JPH06232026A - Aligner - Google Patents

Aligner

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JPH06232026A
JPH06232026A JP5014035A JP1403593A JPH06232026A JP H06232026 A JPH06232026 A JP H06232026A JP 5014035 A JP5014035 A JP 5014035A JP 1403593 A JP1403593 A JP 1403593A JP H06232026 A JPH06232026 A JP H06232026A
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Japan
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alignment
exposure apparatus
light
mark portion
alignment system
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JP5014035A
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Ushio Sagawa
潮 寒川
Yoshito Nakanishi
淑人 中西
Takeo Sato
健夫 佐藤
Hiroyuki Takeuchi
宏之 竹内
Shinichiro Aoki
新一郎 青木
Yoshiyuki Sugiyama
吉幸 杉山
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain an aligner mounted with a highly accurate and highly stable positioning device by substantially passing two coherent light rays having different vibration frequencies through the same optical path in a precision alignment system which has relatively high detection accuracy for measuring the absolute position of a first or second object. CONSTITUTION:Two beat signals are respectively obtained from two precision alignment systems 3 and 5. A phase comparator 6 measures the phase difference between the two beat signals and calculates the relative positional deviation between a wafer 9 and reticle 1. A control system 7 positions the wafer 9 by moving a stage 8 so that the positional deviation can become zero or a prescribed value. Thus two kinds of light rays having frequencies f+F1 and f+F2 are made incident to a diffraction grating 10 at different angles theta1 and theta2 against the wafer 9. In addition, the light rays are also made incident to another diffraction grating 2 at different angles theta1' and theta2' against the reticle 1. Therefore, the reflected and diffracted light rays of the light rays can be made to pass through the same optical path.

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、第1物体のパターンを
第2物体に転写する露光装置に関し、特に第1物体と第
2物体の相対的位置を計測し、位置合わせを行う位置合
わせ装置を有する露光装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for transferring a pattern of a first object onto a second object, and more particularly to an alignment apparatus for measuring the relative positions of the first object and the second object and performing alignment. The present invention relates to an exposure apparatus having

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、技術革新の原動力となった半導体
装置、特に集積回路はますます高密度化され、素子を形
成している微細パターンの大きさは0.5μm以下に及
ぼうとしている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices, especially integrated circuits, which have been the driving force of technological innovation, have been increasingly densified, and the size of fine patterns forming elements is about 0.5 μm or less.

【0003】ウェハが集積回路になるまでには、多数回
にわたる重ね合わせ露光が行なわれるが、それが半導体
装置として正常に動作するためには、各露光の位置合わ
せが極めて大切であり、その総合重ね合わせ精度は0.
1μm以下が必要とされている。
Until the wafer becomes an integrated circuit, a large number of overlay exposures are performed. In order for it to operate properly as a semiconductor device, the alignment of each exposure is extremely important. The overlay accuracy is 0.
1 μm or less is required.

【0004】現在、位置合わせ装置に用いられる光学系
構成例は多数種類報告されているが、重ね合わせ精度
0.1μm以下を実現する光学系の一候補としては、理
論的にも分解能の高い光ヘテロダイン干渉の応用した構
成が考えられる。
At present, many kinds of optical system configuration examples used in the alignment apparatus have been reported, but as a candidate for an optical system that achieves an overlay accuracy of 0.1 μm or less, a theoretically high resolution optical system is used. A configuration to which heterodyne interference is applied can be considered.

【0005】光ヘテロダイン干渉を用いた位置合わせ装
置の位置ずれ検出精度は、大変高いのであるが、検出可
能領域が小さいために、露光装置用の位置合わせ装置と
して使用する場合には、検出範囲の広いもう一つの位置
検出装置と、光ヘテロダイン干渉を応用した位置合わせ
装置とを一つの位置合わせ装置として融合させることが
必要となる。
Although the positional deviation detection accuracy of the alignment apparatus using optical heterodyne interference is very high, the detection range is small when it is used as an alignment apparatus for an exposure apparatus due to its small detectable area. It is necessary to combine another wide position detecting device and a position adjusting device applying optical heterodyne interference as one position adjusting device.

【0006】以下に、従来の露光装置に搭載されている
検出範囲の広い位置検出装置の一構成例と、従来の光ヘ
テロダイン干渉を用いた位置合わせ装置の一構成例につ
いて説明する。
A configuration example of a position detection device having a wide detection range mounted in a conventional exposure apparatus and a configuration example of a conventional alignment device using optical heterodyne interference will be described below.

【0007】これからは、簡単のために検出範囲の広い
位置合わせ装置を粗アライメント系、そして光ヘテロダ
イン干渉を用いた位置合わせ装置系を精密アライメント
系と略称する。
For the sake of simplicity, a positioning device having a wide detection range will be abbreviated as a coarse alignment system, and a positioning device system using optical heterodyne interference will be abbreviated as a precision alignment system.

【0008】図25は従来の位置合わせ装置の露光装置
への搭載例を示すものである。図25において、200
は照明光学系、201は投影用光源であり、照明光20
8を生成する。
FIG. 25 shows an example of mounting a conventional alignment device on an exposure device. In FIG. 25, 200
Is an illumination optical system, 201 is a light source for projection, and the illumination light 20
Generate 8.

【0009】206はレチクル、207は投影レンズ、
214はウェハで、レチクル206上のパターンが投影
レンズ207によってウェハ214に転写される。
Reference numeral 206 is a reticle, 207 is a projection lens,
214 is a wafer, and the pattern on the reticle 206 is transferred onto the wafer 214 by the projection lens 207.

【0010】205、205’は第1のアライメントマ
ーク、213、213’は第2のアライメントマーク、
215、215’はX−認識マーク、Y−認識マーク、
101、101’はX−粗アライメント系、Y−粗アラ
イメント系で、これらによりレチクル206とウェハ2
14の大まかな位置合わせが行われる。
205 and 205 'are first alignment marks, 213 and 213' are second alignment marks,
215 and 215 ′ are X-recognition marks, Y-recognition marks,
Reference numerals 101 and 101 ′ are an X-coarse alignment system and a Y-coarse alignment system, which are used for reticle 206 and wafer
14 rough alignments are performed.

【0011】204、204’は第1の回折格子、21
1、211’は第2の回折格子、102、102’はX
−精密アライメント系、Y−精密アライメント系で、こ
れらにより更に精密な位置合わせが行われる。
Reference numerals 204 and 204 'denote the first diffraction grating and 21.
1, 211 'is the second diffraction grating, and 102, 102' is X
-A precision alignment system and a Y-precision alignment system for more precise alignment.

【0012】212、212’は第2の回折格子21
1、211’からの反射回折光の干渉光で位置ずれ情報
を担っている。
Reference numerals 212 and 212 'denote the second diffraction grating 21.
Positional deviation information is carried by the interference light of the reflected and diffracted light from 1, 211 '.

【0013】202は粗アライメント用光源で、レジス
トの感度の低い波長帯での広帯域光、あるいはレジスト
感光が問題にならない場合は白色光を発生する。
Reference numeral 202 denotes a light source for rough alignment, which emits wide band light in a wavelength band where the resist has low sensitivity, or white light when resist exposure is not a problem.

【0014】203は精密アライメント用光源で、周波
数のわずかに異なる2つのコヒーレント光を発生する。
A light source 203 for precision alignment generates two coherent light beams having slightly different frequencies.

【0015】2つのコヒーレント光は互いに偏光面の直
交する直線偏光光で、1本の光線として出射され、この
ような光源として、実際にはゼーマンレーザが使用され
る。
The two coherent lights are linearly polarized lights whose polarization planes are orthogonal to each other and are emitted as one light beam. As such a light source, a Zeeman laser is actually used.

【0016】209はステージの制御系、210はステ
ージで、X−アライメント系、Y−アライメント系10
1、101’、102、102’からの位置ずれ情報を
基にしてステージ210を駆動し位置合わせを行う。
Reference numeral 209 denotes a stage control system, 210 denotes a stage, which is an X-alignment system and a Y-alignment system 10.
Based on the positional deviation information from 1, 101 ′, 102, and 102 ′, the stage 210 is driven and alignment is performed.

【0017】以上のように構成された位置合わせ装置に
ついて、以下その動作について説明する。
The operation of the position adjusting device having the above structure will be described below.

【0018】まず、投影用光源201から発生した照明
光208は、照明光学系200によって種々の補正が行
なわれ後にレチクル206に導かれる。
First, the illumination light 208 generated from the projection light source 201 is guided to the reticle 206 after being variously corrected by the illumination optical system 200.

【0019】レチクル206のパターンからの照明光2
08の透過散乱光を、投影レンズ207でウェハ214
表面上に集光することにより、レチクル206のパター
ンをウェハ214に転写する。
Illumination light 2 from the pattern of the reticle 206
The transmitted scattered light of 08 is projected onto the wafer 214 by the projection lens 207.
The pattern of the reticle 206 is transferred onto the wafer 214 by focusing on the surface.

【0020】このとき、レチクル206のパターンをウ
ェハ214の所定の位置に転写するために、レチクル2
06に対するウェハ214の位置合わせを行う。
At this time, in order to transfer the pattern of the reticle 206 to a predetermined position on the wafer 214, the reticle 2
The wafer 214 is aligned with the wafer 06.

【0021】ウェハ214が、投影レンズ207の直下
へ搬送される以前に、何らかの方法でウェハ214とレ
チクル206の相対的な回転成分が除去されているとす
ると、レチクル216に対するウェハ214の位置合わ
せはX軸、Y軸の2軸の平行移動のみで行なえることに
なる。
If the relative rotational component of the wafer 214 and the reticle 206 is removed by some method before the wafer 214 is transported to a position right below the projection lens 207, the alignment of the wafer 214 with respect to the reticle 216 will be performed. It can be performed only by the parallel movement of the X axis and the Y axis.

【0022】そのために本従来例では、X軸、Y軸の互
いに直交する2つの方向に対する位置合わせを行う2つ
の独立した位置合わせ装置が露光装置に搭載されてい
る。
Therefore, in this conventional example, the exposure apparatus is equipped with two independent aligning devices for aligning the X-axis and the Y-axis in two directions orthogonal to each other.

【0023】図25において、X−粗アライメント系1
01と精密アライメント系2でX軸方向の位置合わせを
行い、Y−粗アライメント系101’と精密アライメン
ト系2’でY軸方向の位置合わせを行う。
In FIG. 25, the X-coarse alignment system 1
01 and the precision alignment system 2 perform alignment in the X-axis direction, and the Y-coarse alignment system 101 ′ and the precision alignment system 2 ′ perform alignment in the Y-axis direction.

【0024】精密アライメント系2、2’は光ヘテロダ
イン干渉を応用した位置合わせ装置であるため、X、Y
軸のそれぞれにもう1つの粗の位置合わせ装置101、
101’が必要になることは上述した通りである。
Since the precision alignment systems 2 and 2'are alignment devices that apply optical heterodyne interference, X, Y
Another coarse alignment device 101 on each of the axes,
As described above, 101 'is required.

【0025】粗アライメント系101、101’の位置
合わせ方法は、画像認識によるもので、レチクル206
上の十分離れた位置に刻まれている第1のアライメント
マーク205、205’と、ウェハ214上の所定の位
置にあらかじめ刻印されている第2のアライメントマー
ク213、213’、および粗アライメント系101、
101’に内蔵されている認識マーク215、215’
の3種類のマーク像をそれぞれ光学的に1つの合成像に
し、それを画像認識の手法による処理を行いX、Y軸方
向の大まかな位置合わせをおこなう。
The alignment method of the coarse alignment systems 101 and 101 'is based on image recognition.
The first alignment marks 205 and 205 ′ that are engraved at sufficiently upper positions, the second alignment marks 213 and 213 ′ that are pre-engraved at predetermined positions on the wafer 214, and the coarse alignment system 101. ,
Identification marks 215, 215 'built into 101'
The three types of mark images are optically combined into one composite image, and the combined image is processed by the image recognition method to perform rough alignment in the X and Y axis directions.

【0026】その後、レチクル205の十分離れた位置
に刻まれている格子方向の直交した2つの回折格子20
4、204’を、精密アライメント用光源203からの
2周波光で垂直上方より照明し、適当な空間フィルタと
偏光板を通過させることにより、0次と高次回折光を遮
り±1次回折光のみ選択し、なおかつ回折光が1周波の
直線偏光光だけからなるような状態で投影レンズ207
に入射させる。
After that, two diffraction gratings 20 orthogonal to each other in the grating direction are formed on the reticle 205 at positions sufficiently separated from each other.
4, 204 ′ is illuminated vertically from above with the dual-frequency light from the precision alignment light source 203, and is passed through an appropriate spatial filter and polarizing plate to block the 0th-order and higher-order diffracted light and select only ± 1st-order diffracted light. In addition, the projection lens 207 is used in such a state that the diffracted light is only linearly polarized light of one frequency.
Incident on.

【0027】具体的にいえば、例えば、光源203から
の2周波光の振動数がそれぞれF1、F2としたとき、
回折格子205、205’を透過してきた回折光はどれ
も2周波光F1、F2が存在するのだが、2周波光が振
動数によって異なる偏光面を持つという特性を利用し、
偏光板を用いて一つの直線偏光光のみ抽出すれば、+1
次回折光に振動数F1の光のみが、また、−1次回折光
には振動数F2の光のみが存在するようにすることがで
きる。
Specifically, for example, when the frequencies of the two-frequency light from the light source 203 are F1 and F2, respectively,
The diffracted light that has passed through the diffraction gratings 205 and 205 'has two-frequency light F1 and F2, respectively. However, by utilizing the characteristic that the two-frequency light has different polarization planes depending on the frequency,
If you extract only one linearly polarized light using a polarizing plate, +1
It is possible that only the light of the frequency F1 exists in the diffracted light of the second order, and only the light of the frequency F2 exists in the diffracted light of the −1st order.

【0028】以上のような状態で、投影レンズ207を
通過してきた±1次回折光は、ウェハ214上の所定の
位置にあらかじめ刻印されている格子方向の直交した2
つの回折格子211、211’上で一つのスポットを形
成し、その回折格子211、211’の反射回折光21
2、212’は、同一光路を鉛直上方に向かう。
In the above-described state, the ± first-order diffracted lights that have passed through the projection lens 207 are orthogonal to each other in the lattice direction, which is pre-marked at a predetermined position on the wafer 214.
One spot is formed on the two diffraction gratings 211 and 211 ', and the reflected diffraction light 21 of the diffraction gratings 211 and 211' is formed.
The reference numerals 2, 212 'extend vertically upward along the same optical path.

【0029】反射回折光212、212’は、精密アラ
イメント系2、2’で各々干渉光となり、精密アライメ
ント用光源から出射される2周波光の差周波数で明滅を
繰り返すビート光となる。
The reflected diffracted lights 212 and 212 'become interference lights in the precision alignment systems 2 and 2', respectively, and become beat lights that repeatedly blink at the difference frequency of the two-frequency light emitted from the light source for precision alignment.

【0030】そのビート光の位相変化を計測し、それら
の結果を用いることにより、より精密な位置合わせを行
う。
By measuring the phase change of the beat light and using the results, more precise alignment is performed.

【0031】粗アライメント系1、1’と精密アライメ
ント系2、2’からの位置計測値を基に、制御系209
を通じてステージ210を駆動しレチクル206に対す
るウェハ214の位置合わせを行うのが、従来の位置合
わせ装置の動作である。
The control system 209 is based on the position measurement values from the coarse alignment systems 1 and 1'and the fine alignment systems 2 and 2 '.
It is the operation of the conventional alignment apparatus that drives the stage 210 through the wafer to align the wafer 214 with the reticle 206.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では下記の課題を有していた。
However, the above-mentioned conventional structure has the following problems.

【0033】まず、精密アライメント用光源203から
の2周波光が、第1の回折格子204、204’で+1
次、−1次の2つの光に分離されるわけであるが、分離
された±1次回折光は、第1の回折格子204、20
4’から第2の回折格子211、211’までの間、異
なる経路を通過することになる。
First, the two-frequency light from the precision alignment light source 203 is +1 at the first diffraction gratings 204 and 204 '.
The light is separated into two lights of the 1st and -1st orders, and the separated ± 1st order diffracted light is divided into the first diffraction gratings 204 and 20.
From 4'to the second diffraction grating 211, 211 ', different paths will be passed.

【0034】そのため、周囲環境の変化によって各々の
経路が独立した光路長変動を受けた場合、光路長変動に
よるビート光の位相変化と純粋にレチクルとウェハの位
置ずれによる位相変化とを判別することが不可能なの
で、位置合わせ精度が著しく低下するという大きな課題
を有している。
Therefore, when each path undergoes independent optical path length fluctuations due to changes in the surrounding environment, it is possible to distinguish between the phase change of the beat light due to the optical path length fluctuations and the phase change due to the positional deviation between the reticle and the wafer. Therefore, there is a big problem that the alignment accuracy is significantly lowered.

【0035】また、レチクル、ウェハ上の回折格子、ア
ライメントマークが各々別々の離れた位置にあるため、
粗アライメントと精密アライメントを行う位置が異なる
ことになり、プロセスを経ることによるウェハ面の伸縮
や温度変化などの外乱を受け易くなり、位置合わせ精度
が低下するという課題をも有していた。
Further, since the reticle, the diffraction grating on the wafer, and the alignment mark are located separately from each other,
Since the positions for performing the rough alignment and the precise alignment are different from each other, it is likely to be affected by disturbance such as expansion and contraction of the wafer surface and temperature change due to the process, and there is also a problem that the alignment accuracy is lowered.

【0036】さらには、実際の使用上において、何回も
プロセスを経ることによる回折格子の劣化が、位置合わ
せ精度に影響することを回避するため、旧回折格子を基
準に新しく回折格子を打ち直すという回折格子の更新の
機会が何度かある。
Further, in actual use, in order to avoid the deterioration of the diffraction grating due to many processes going on, affecting the alignment accuracy, a new diffraction grating is re-corrected based on the old diffraction grating. There are several opportunities to update the diffraction grating.

【0037】しかし、この場合、新回折格子が旧回折格
子に対し十分な精度で更新され、新回折格子に十分正確
な位置合わせを行っても、度重なる更新の度に位置合わ
せの残存誤差が加算される場合があり、総合的な位置合
わせ精度が悪化するという課題が生じる。
However, in this case, the new diffraction grating is updated with sufficient accuracy with respect to the old diffraction grating, and even if the new diffraction grating is aligned with sufficient accuracy, the residual error of the alignment will occur with each repeated update. There is a case where they are added, which causes a problem that the overall alignment accuracy deteriorates.

【0038】また、第2の回折格子211、211’に
入射する精密アライメント用光源203からのコヒーレ
ント光のスポットサイズが、回折格子の面積よりも大き
い場合、回折格子以外からの乱反射光、特に荒れた反射
面にコヒーレント光が反射された際に発生するスペック
ル光がビート光に混入し、検出信号のS/Nが低下する
ため位置合わせ精度が悪くなるという課題も存在した。
When the spot size of the coherent light from the precision alignment light source 203 which is incident on the second diffraction gratings 211 and 211 'is larger than the area of the diffraction grating, irregular reflection light from other than the diffraction grating, especially rough surface. Another problem is that the speckle light generated when the coherent light is reflected by the reflecting surface is mixed with the beat light and the S / N of the detection signal is lowered, so that the alignment accuracy is deteriorated.

【0039】また、ウェハが投影レンズ直下に搬送され
る前に、何らかの手段でレチクルとウェハとの回転角度
のずれを十分な精度で除去しておくことが必要であるこ
とは上述した通りである。
As described above, it is necessary to remove the deviation of the rotation angle between the reticle and the wafer with sufficient accuracy by some means before the wafer is conveyed to the position just below the projection lens. .

【0040】そのため、現在の投影レンズの高NA化傾
向により、投影レンズ下面とウェハ面との間隔を十分に
とれないことをも考慮し、通常は投影レンズの直下以外
の場所で回転角度のずれを除き、その後ステージを高い
精度で平行移動させ露光位置にウェハをセットする。
Therefore, in consideration of the fact that the current projection lens tends to have a higher NA, the distance between the lower surface of the projection lens and the wafer surface cannot be sufficiently taken into consideration. After that, the stage is moved in parallel with high accuracy and the wafer is set at the exposure position.

【0041】ところが、移動の際、やはりステージの移
動誤差に起因するレチクルとウェハの回転角度のずれが
生じることは免れ得ず、位置合わせ精度の低下を招いて
しまう。
However, it is inevitable that the rotational angle of the reticle and the wafer will be displaced from each other due to the movement error of the stage during the movement, resulting in deterioration of the alignment accuracy.

【0042】また、気圧、温度、湿度などの投影レンズ
周囲の環境変動などにより、投影レンズのレチクルパタ
ーンのウェハへの投影倍率が変化するが、従来例の構成
ではこの投影倍率の変動を実際に重ね合わせ露光を行う
まで知ることができないという課題もあった。
Further, the projection magnification of the reticle pattern of the projection lens on the wafer changes due to environmental changes around the projection lens such as atmospheric pressure, temperature, and humidity. However, in the configuration of the conventional example, this change in projection magnification actually occurs. There was also a problem that it was impossible to know until overlay exposure was performed.

【0043】本発明は、上記従来例の問題点を解決する
もので、露光装置周囲の環境に影響されない、プロセス
の影響を被り難い、高精度かつ高安定な位置合わせ装置
を搭載した露光装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the problems of the conventional example described above, and provides an exposure apparatus equipped with a highly accurate and highly stable alignment device that is not affected by the environment around the exposure device, is not easily affected by the process. The purpose is to provide.

【0044】[0044]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の露光装置は、第1物体のパターンを第2物体
に投影露光するための露光装置であって、前記露光装置
は、前記第1物体および/または第2物体の位置合わせ
を行うための位置合わせ装置を有し、前記位置合わせ装
置は、振動数の異なる2つのコヒーレント光で前記第1
物体および/または第2物体の少なくとも1つの第1の
マーク部を照明することによって得られる光信号から、
前記第1物体および第2物体の相対的位置、または前記
第1物体および/または第2物体の絶対位置を計測する
検出精度が相対的に高い精密アライメント系を有し、前
記精密アライメント系において、前記振動数の異なる2
つのコヒーレント光が実質的に同一光路を通過する露光
装置である。
To achieve this object, an exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a first object onto a second object, the exposure apparatus comprising: An alignment device for aligning the first object and / or the second object is provided, and the alignment device uses the two first coherent light beams having different frequencies.
From the optical signal obtained by illuminating at least one first mark portion of the object and / or the second object,
A precision alignment system having relatively high detection accuracy for measuring the relative position of the first object and the second object, or the absolute position of the first object and / or the second object, and in the precision alignment system, 2 with different frequencies
An exposure apparatus in which two coherent light beams pass through substantially the same optical path.

【0045】また、第1物体のパターンを第2物体に投
影露光するための露光装置であって、前記露光装置は、
前記第1物体および/または第2物体の位置合わせを行
うための位置合わせ装置を有し、前記位置合わせ装置
は、振動数の異なる2つのコヒーレント光で前記第1物
体および/または第2物体の少なくとも1つのマーク部
を照明することによって得られる光信号から、前記第1
物体および第2物体の相対的位置、または前記第1物体
および/または第2物体の相対的位置絶対位置を計測す
る検出精度が相対的に高い精密アライメント系を有し、
前記位置合わせ装置は、前記振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光が前記第1物体および/または第2物体の第
1のマーク部の内の少なくとも1つのマーク部のその一
部を照明するように前記コヒーレント光を制御する制御
手段を有する露光装置である。
An exposure apparatus for projecting and exposing the pattern of the first object onto the second object, said exposure apparatus comprising:
An alignment device for aligning the first object and / or the second object is provided, and the alignment device uses two coherent light beams having different frequencies for the first object and / or the second object. From the optical signal obtained by illuminating at least one mark part, the first
A precision alignment system having relatively high detection accuracy for measuring the relative position of the object and the second object, or the relative position and absolute position of the first object and / or the second object,
The alignment device may be configured such that the two coherent light beams having different frequencies illuminate a part of at least one of the first mark portions of the first object and / or the second object. It is an exposure apparatus having a control means for controlling coherent light.

【0046】そして、この場合、具体的な制御手段は、
振動数の異なる2つのコヒーレント光の光束を制限し、
前記光束の光軸と交差するように移動可能な開口手段で
ある。
In this case, the specific control means is
Limit the flux of two coherent light beams with different frequencies,
The opening means is movable so as to intersect the optical axis of the light flux.

【0047】また、第1物体のパターンを第2物体に投
影露光するための露光装置であって、前記第1物体およ
び/または第2物体の位置合わせを行うための位置合わ
せ装置を有し、前記位置合わせ装置は、前記第1物体お
よび第2物体の相対的位置合わせ、または前記第1物体
および/または第2物体の絶対的位置合わせを行なう相
対的に検出精度が低い粗アライメント系と、前記第1物
体および第2物体の相対的位置合わせ、または前記第1
物体および/または第2物体の絶対的位置合わせを行な
う検出精度が相対的に高い精密アライメント系とを有
し、前記粗アライメント系と前記精密アライメント系と
が、共通の光軸を有する光学系を備えた露光装置であ
る。
Further, an exposure apparatus for projecting and exposing the pattern of the first object onto the second object, comprising an alignment apparatus for aligning the first object and / or the second object, The alignment device performs relative alignment of the first object and the second object or absolute alignment of the first object and / or the second object, and a relatively low detection accuracy of a coarse alignment system, Relative alignment of the first and second objects, or the first
An optical system having a precision alignment system with relatively high detection accuracy for performing absolute alignment of an object and / or a second object, wherein the coarse alignment system and the precision alignment system have a common optical axis. It is an exposure apparatus provided.

【0048】そして、この場合、粗アライメント系は、
第1および/または第2物体の粗アライメント用マーク
部と精密アライメント用マーク部の少なくとも一部を、
同一画面にとらえて画像処理することによって、第1物
体および/または第2物体の位置合わせを行い、望まし
くは、前記第1および/または第2物体の粗アライメン
ト用マーク部と精密アライメント用マーク部とが、一体
に形成されている。
In this case, the coarse alignment system is
At least a part of the rough alignment mark portion and the fine alignment mark portion of the first and / or second object,
By aligning the first object and / or the second object by performing image processing on the same screen, preferably, the rough alignment mark portion and the fine alignment mark portion of the first and / or second object are aligned. And are integrally formed.

【0049】また、第1物体のパターンを第2物体に投
影露光するための露光装置であって、モアレ縞を利用し
て前記第1物体および第2物体の相対的位置合わせ、ま
たは前記第1物体および/または第2物体の絶対的位置
合わせを行うための位置合わせ装置を有する露光装置で
ある。
An exposure apparatus for projecting and exposing the pattern of the first object onto the second object, wherein the first object and the second object are relatively aligned using moire fringes, or the first object is used. An exposure apparatus having an alignment device for performing absolute alignment of an object and / or a second object.

【0050】そして、この場合、露光装置は、望ましく
は、モアレ縞の形状を検出することにより前記投影レン
ズの投影倍率を検出し、前記投影レンズの投影倍率が実
質的に一定となるように投影レンズの投影倍率を制御す
る手段を有する。
Then, in this case, the exposure apparatus preferably detects the projection magnification of the projection lens by detecting the shape of the moire fringes, and performs projection so that the projection magnification of the projection lens becomes substantially constant. It has means for controlling the projection magnification of the lens.

【0051】更に、位置合わせ装置は、相対的に検出精
度が低い粗アライメント系を有し、モアレ縞は、第1物
体および/または第2物体に設けられた第1のマーク部
と、前記粗アライメント系に設けられた第2のマーク部
によって形成される。
Further, the alignment device has a coarse alignment system having relatively low detection accuracy, and the moire fringes are caused by the first mark portion provided on the first object and / or the second object, and the rough object. It is formed by the second mark portion provided in the alignment system.

【0052】または、粗アライメント装置は、第1物体
および/または第2物体に設けられた第1のマーク部か
らの出射光を撮像する撮像手段を有し、第2のマーク部
は前記撮像手段に形成される。
Alternatively, the rough alignment device has an image pickup means for picking up the light emitted from the first mark portion provided on the first object and / or the second object, and the second mark portion has the image pickup means. Is formed.

【0053】[0053]

【作用】本発明は上記構成によって、2周波光を同じ光
路を通過させることが可能になり、上記従来例で問題と
なっていた温度,湿度,気流などの装置周囲の環境変動
による光路長の変化に起因した位置合わせ精度の悪化を
除去することができる。
According to the present invention, the two-frequency light can be passed through the same optical path by the above-mentioned structure, and the optical path length due to environmental changes around the device such as temperature, humidity, and air flow, which have been problems in the above-mentioned conventional example, can be achieved. It is possible to eliminate the deterioration of the alignment accuracy due to the change.

【0054】また、回折格子とアライメントマークを隣
接させたことによって粗,精密アライメントを被計測物
体の同一場所で行なえるようになったこと、アパーチャ
を装備することによって散乱光の信号への混ざり込みを
低減できるようになったことにより、更に高精度な位置
合わせ装置を有した露光装置を提供することが可能にな
る。
Further, since the diffraction grating and the alignment mark are adjacent to each other, coarse and precise alignment can be performed at the same place on the object to be measured, and by equipping the aperture, the scattered light is mixed into the signal. As a result, it is possible to provide an exposure apparatus having a highly accurate alignment device.

【0055】また、認識マークに付加された格子と回折
格子とによって生成されるモアレパターンを観測するこ
とにより、1つの位置合わせ装置で回転角度と1つの方
向の平行移動量を計測することができるので、露光中に
おける回転角度の測定が可能になる。
Further, by observing the moire pattern generated by the diffraction grating and the grating added to the recognition mark, the rotation angle and the parallel movement amount in one direction can be measured by one alignment device. Therefore, it is possible to measure the rotation angle during the exposure.

【0056】また、モアレパターンの観測より常時投影
レンズの投影倍率をモニターできるため、倍率を一定に
する手段を露光装置に付加することによって周囲環境の
変動に影響されにくい高安定かつ高精度な露光装置を提
供できる。
Further, since the projection magnification of the projection lens can be constantly monitored by observing the moire pattern, the exposure apparatus is provided with a means for keeping the magnification constant so that the exposure is highly stable and highly accurate and is not easily affected by the fluctuation of the surrounding environment. A device can be provided.

【0057】[0057]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0058】図1は、本発明の第1実施例におけるX軸
粗および精密アライメント系の装置構成の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of the device configuration of an X-axis coarse and precise alignment system in the first embodiment of the present invention.

【0059】図1において、1はレチクル、2は第1の
回折格子、3はレチクル用精密アライメント系、4は振
動数f+F1とf+F2の2つのコヒーレント光を発生
する光源、5はウエハ用精密アライメント系、6はレチ
クル用精密アライメント系3、ウェハ用精密アライメン
ト系5からのビート信号の位相差を検出する位相比較
器、7は制御系、8は位相比較器6によって検出された
位相差をもとに制御系7により移動されせレチクル1と
ウェハ9の精密アライメントを行うステージ、9はウエ
ハ、10は第2の回折格子、11はレチクル1のパター
ンをウェハ9上に転写する投影レンズ、12は画像認識
の手法による大まかな位置合わせを行う粗アライメント
系、13は第1のアライメントマーク、14は第2のア
ライメントマークである。
In FIG. 1, 1 is a reticle, 2 is a first diffraction grating, 3 is a reticle precision alignment system, 4 is a light source which generates two coherent light beams of frequencies f + F1 and f + F2, and 5 is a wafer precision alignment. The system, 6 is a phase comparator for detecting the phase difference of the beat signals from the reticle precision alignment system 3 and the wafer precision alignment system 5, 7 is a control system, and 8 is the phase difference detected by the phase comparator 6. A stage which is moved by a control system 7 to perform precise alignment between the reticle 1 and the wafer 9, 9 is a wafer, 10 is a second diffraction grating, 11 is a projection lens which transfers the pattern of the reticle 1 onto the wafer 9, Is a rough alignment system for performing rough alignment by an image recognition method, 13 is a first alignment mark, and 14 is a second alignment mark. That.

【0060】図1には図示省略されているが、X軸精密
アライメント系と同一光学系構成のY軸精密アライメン
ト系が従来例と同様に配置されており、あらかじめ回転
誤算の除去されたウェハ9とレチクル1との平行移動量
を前記2つの精密アライメント系で測定する。
Although not shown in FIG. 1, a Y-axis precision alignment system having the same optical system configuration as that of the X-axis precision alignment system is arranged in the same manner as in the conventional example, and the wafer 9 from which miscalculation of rotation has been removed in advance. The parallel movement amount between the reticle 1 and the reticle 1 is measured by the two precision alignment systems.

【0061】以上のように構成された位置合わせ装置に
ついて、図1を用いて装置全体の構成、動作をより詳細
に説明する。
With respect to the alignment apparatus configured as described above, the configuration and operation of the entire apparatus will be described in more detail with reference to FIG.

【0062】最初に、粗アライメント系12について説
明する。まず、レチクル1上のアライメントマーク1
3、及びウェハ9の所定の位置に刻印されたアライメン
トマーク14と、粗アライメント系12の内部にある基
準となる認識マークを光学的に合成する。
First, the rough alignment system 12 will be described. First, the alignment mark 1 on the reticle 1
3 and the alignment mark 14 imprinted at a predetermined position on the wafer 9 and the reference recognition mark inside the coarse alignment system 12 are optically combined.

【0063】得られた合成像を利用し、画像認識的手法
を用いてレチクル1とウェハ9の相対的位置関係を計測
し、大まかな位置合わせを行う。なお、同様な画像認識
的手法によりレチクル1とウェハ9は、各々所定の基準
位置に対して絶対的な位置合わせをすることも可能であ
る。
Using the obtained composite image, the relative positional relationship between the reticle 1 and the wafer 9 is measured using an image recognition method, and rough alignment is performed. It should be noted that the reticle 1 and the wafer 9 can also be absolutely aligned with respect to a predetermined reference position by a similar image recognition method.

【0064】以上のように、この粗アライメント系12
の光学系の基本的構成は上記従来例と同様である。
As described above, this coarse alignment system 12
The basic configuration of the optical system is the same as that of the conventional example.

【0065】なお、粗アライメント系12は、同一視野
内にアライメントマーク13、14をとらえなければな
らいので、アライメントマーク13、14のそれぞれの
レチクル、ウェハ上での位置は投影レンズ11に対して
光学的共役関係になくてはならない。
Since the coarse alignment system 12 has to capture the alignment marks 13 and 14 within the same field of view, the positions of the alignment marks 13 and 14 on the reticle and the wafer are optical with respect to the projection lens 11. Must be in a conjugate relationship.

【0066】つまり、アライメントマーク13の投影レ
ンズ11による像の位置に、アライメントマーク14が
刻印されていなければならない。
That is, the alignment mark 14 must be engraved at the position of the image of the alignment mark 13 by the projection lens 11.

【0067】次に、ウェハ用精密アライメント系5につ
いて説明する。光源4から射出された2周波光f+F
1、f+F2は、途中で、レチクル用精密アライメント
系3用の2周波光とウェハ用精密アライメント系5用の
2周波光とに二分される。
Next, the wafer precision alignment system 5 will be described. Dual frequency light f + F emitted from the light source 4
1 and f + F2 are halved on the way into two-frequency light for the reticle precision alignment system 3 and two-frequency light for the wafer precision alignment system 5.

【0068】分離された一方の2周波光は、ウェハ用精
密アライメント系5により、ウェハ9に対し、その法線
に関して各々角度θ1、θ2で入射するような角度で、
投影レンズ11に落射される。
One of the separated two-frequency light is incident on the wafer 9 by the precision alignment system 5 for the wafer at angles θ1 and θ2 with respect to the normal line thereof.
It is incident on the projection lens 11.

【0069】角度θ1、θ2は特別な角度で、以下で詳
しく説明するが、θ2は、θ1で入射してきたコヒーレ
ント光の1次反射回折角で、θ1は、θ2で入射してき
たコヒーレント光の−1次反射回折角である。
The angles θ1 and θ2 are special angles, which will be described in detail below. Θ2 is the first-order reflection diffraction angle of the coherent light incident at θ1, and θ1 is the − of the coherent light incident at θ2. This is the primary reflection diffraction angle.

【0070】このように、2周波光の入射角度を選ぶ
と、例えば、f+F1が角度θ1で入射したとすると、
f+F1の1次回折光が角度θ2をもって反射され、角
度θ2で入射したf+F2の−1次回折光が角度θ1で
もって反射され、各々他の入射光線と同一経路を逆にた
どり、ウェハ用精密アライメント系5で干渉され、ビー
ト光を生成するようにすることができる。
Thus, when the incident angle of the two-frequency light is selected, for example, if f + F1 is incident at the angle θ1, then
The first-order diffracted light of f + F1 is reflected at an angle θ2, and the −1st-order diffracted light of f + F2 incident at an angle θ2 is reflected at an angle θ1. Can be interfered with to generate beat light.

【0071】レチクル用精密アライメント系3のついて
も、ウェハ用精密アライメント系5と同様な光学系の構
成で、二分後の光源4からの2周波光の残り一方が、回
折格子2に対して入射角度θ1’、θ2’で一つのスポ
ットを形成するよう入射され、その±1次反射回折光
は、互いに他の入射光と同一光路を逆にたどり、レチク
ル用精密アライメント系3で干渉光となり、ビート光を
生成する。
The reticle precision alignment system 3 also has the same optical system configuration as the wafer precision alignment system 5, and the other half of the two-frequency light from the light source 4 after two minutes is incident on the diffraction grating 2. The ± 1st-order reflected diffracted lights that are incident so as to form one spot at the angles θ1 ′ and θ2 ′ follow the same optical path as each other, but become interference light in the reticle precision alignment system 3. Generates beat light.

【0072】ここで、入射角度θ1’、θ2’の関係は
ウェハアライメント系5のときと同様に、回折格子2に
角度θ1’で入射した光線の1次反射回折角がθ2’、
回折格子2に角度θ2’で入射した光線の1次反射回折
角がθ1’である。
Here, the relationship between the incident angles θ1 ′ and θ2 ′ is the same as in the case of the wafer alignment system 5, where the first-order reflection diffraction angle of the ray incident on the diffraction grating 2 at the angle θ1 ′ is θ2 ′,
The first-order reflection diffraction angle of the light beam incident on the diffraction grating 2 at the angle θ2 ′ is θ1 ′.

【0073】以上のようにして、2つの精密アライメン
ト系3、5からの2つのビート信号が得られるが、それ
ら2つのビート信号の位相差を、位相比較器6で測定
し、それよりウェハ9とレチクル1の相対的位置ずれ量
を算出し、制御系7により位置ずれ量がゼロかあるいは
所定の値になるようステージ8を移動し位置合わせを行
うのが、本発明の第1の実施例における位置合わせ装置
の動作である。なお、この場合、各ビート信号の位相を
基準信号の所定の位相と比較して、ウェハ9、レチクル
1の絶対位置をも求めることもできる。
As described above, the two beat signals from the two precision alignment systems 3 and 5 are obtained. The phase difference between the two beat signals is measured by the phase comparator 6, and the wafer 9 The first embodiment of the present invention is to calculate the relative positional deviation amount between the reticle 1 and the reticle 1 and move the stage 8 by the control system 7 so that the positional deviation amount becomes zero or a predetermined value. The operation of the alignment device in FIG. In this case, the absolute positions of the wafer 9 and the reticle 1 can also be obtained by comparing the phase of each beat signal with the predetermined phase of the reference signal.

【0074】このように2周波光f+F1、f+F2を
ウェハ9に対し異なる角度θ1、θ2で回折格子10へ
入射し、また、レチクル1対し異なる角度θ1’、θ
2’で回折格子2に入射させることによって、反射回折
光を同一光路を通過させることが可能となる。
Thus, the two-frequency light f + F1, f + F2 is incident on the diffraction grating 10 at different angles θ1 and θ2 with respect to the wafer 9, and different angles θ1 ′ and θ are different from the reticle 1.
The reflected diffracted light can be made to pass through the same optical path by being incident on the diffraction grating 2 at 2 '.

【0075】そのために、本発明では上記従来例で問題
となっていた周囲の環境変動による位置測定精度の悪化
を防ぐことができる。
Therefore, in the present invention, it is possible to prevent the deterioration of the position measurement accuracy due to the surrounding environment change, which has been a problem in the above-mentioned conventional example.

【0076】では、次に2つのコヒーレント光f+F
1、f+F2の回折格子への入射角度を、実際にどのよ
うにとればよいかについて図2を参照しながら以下詳細
に説明する。
Next, two coherent light beams f + F
The actual incident angles of 1, f + F2 to the diffraction grating will be described in detail below with reference to FIG.

【0077】図2は、ウェハ上の回折格子に対して垂
直、回折格子平面の法線に対して平行な断面から見た回
折光の経路を示している。
FIG. 2 shows the path of diffracted light seen from a cross section perpendicular to the diffraction grating on the wafer and parallel to the normal to the diffraction grating plane.

【0078】A、Bは回折格子の格子点で、2点の間隔
はPである。LAは点Aに、LBは点Bに入射する光線
で、両光線とも入射角はθin、回折角はθoutであ
る。
A and B are lattice points of the diffraction grating, and the distance between the two points is P. LA is a light ray incident on the point A and LB is a light ray incident on the point B, both of which have an incident angle of θin and a diffraction angle of θout.

【0079】すなわち、図2は一つのコヒーレント光束
が回折格子に角度θinで入射し、その回折光が角度θ
outで反射されている状態を表現している。
That is, in FIG. 2, one coherent light beam is incident on the diffraction grating at the angle θin, and the diffracted light is reflected at the angle θ.
It represents the state reflected by out.

【0080】ここで、回折条件は、光線LAと光線LB
の光路長差(x1−x2)が、コヒーレント光の波長の
整数倍に等しいということである。
Here, the diffraction conditions are ray LA and ray LB.
The optical path length difference (x1-x2) is equal to an integral multiple of the wavelength of the coherent light.

【0081】よって、入射角θinの光線の1次回折光
が角度θoutでもどってくる場合、両角度θin、θ
outの関係は以下の(数1)のようになる。
Therefore, when the first-order diffracted light of the ray with the incident angle θin returns at the angle θout, both angles θin, θ
The relationship of out is as shown in (Equation 1) below.

【0082】[0082]

【数1】 [Equation 1]

【0083】一方、入射角θoutの光線の−1次回折
光が角度θinでもどってくる場合、両角度の関係は
(数2)のようになり、(数1)と一致する。
On the other hand, when the −1st-order diffracted light of the light beam having the incident angle θout returns at the angle θin, the relationship between the two angles is as shown in (Equation 2), which coincides with (Equation 1).

【0084】[0084]

【数2】 [Equation 2]

【0085】よって、2つの光線を(数1)の関係を満
足するような角度で、ウェハ上の回折格子に入射させれ
ば、その±1次回折光は2つの入射光線と同じ光路を経
て、精密アライメント系にもどってくることがわかる。
Therefore, if two light rays are incident on the diffraction grating on the wafer at an angle that satisfies the relationship of (Equation 1), the ± first-order diffracted light travels through the same optical path as the two incident light rays, You can see that it returns to the precision alignment system.

【0086】例として、波長633nmのヘリウムネオ
ンレーザを用い、θin=8°、P=8μmとした場
合、θout=12.6°とすれば上記光学系を実現で
きることが(数1)から求めることができる。
As an example, when a helium neon laser having a wavelength of 633 nm is used and θin = 8 ° and P = 8 μm, the above optical system can be realized by setting (θout = 12.6 °) from (Equation 1). You can

【0087】次に、光源4と精密アライメント系の光学
系構成について、図を参照しながら詳細に説明する。
Next, the optical system configuration of the light source 4 and the precision alignment system will be described in detail with reference to the drawings.

【0088】まず、本発明の実施例における光源4の光
学系の構成について、図3を参照しながら詳細に説明す
る。
First, the structure of the optical system of the light source 4 in the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0089】図3において、15は単一周波数の直線偏
光光を発生するレーザ、16はビームスプリッタ、1
7、17’は音響光学変調器である。
In FIG. 3, reference numeral 15 is a laser for generating linearly polarized light of a single frequency, 16 is a beam splitter, and 1 is a beam splitter.
Reference numerals 7 and 17 'are acousto-optic modulators.

【0090】ウェハ上での位置合わせ場所は露光位置に
極めて接近しているため、光源4のレーザ15の発振波
長は、露光波長と異なっていなければならない。
Since the position of alignment on the wafer is extremely close to the exposure position, the oscillation wavelength of the laser 15 of the light source 4 must be different from the exposure wavelength.

【0091】以上のように構成された光源4について、
図3を用いて、その構成、動作を説明する。
Regarding the light source 4 configured as described above,
The configuration and operation will be described with reference to FIG.

【0092】まず、レーザ15から、偏光面が図3の紙
面に垂直(S偏光)で振動数fの直線偏光光が発射され
る。
First, the laser 15 emits linearly polarized light having a frequency f and a plane of polarization perpendicular to the plane of FIG. 3 (S polarization).

【0093】射出光線はビームスプリッタ16によって
二分され、内部振動子の振動数がそれぞれf’+F1、
f’+F2の音響光学変調器17、17’によって周波
数変調を受け、振動数(f+f’)+F1、(f+
f’)+F2でそれらの振動数差が(F1−F2)のS
偏光光になる。
The emitted light beam is divided into two by the beam splitter 16, and the frequencies of the internal oscillators are f ′ + F1, respectively.
The frequency is modulated by the acousto-optic modulators 17 and 17 ′ of f ′ + F2, and the frequencies (f + f ′) + F1 and (f +
f ′) + F2 and the frequency difference between them is (F1-F2) S
It becomes polarized light.

【0094】変調された2つの光線は、ミラーなどで近
接した平行光線に矯正され、精密アライメント系へ向か
う。
The two modulated light rays are corrected into parallel light rays by a mirror or the like, and travel to a precision alignment system.

【0095】ここで、近接した平行光線にする理由は、
本発明の実施例において、この領域が2つの光線が独立
の光路を経る部分で、空気の揺らぎなどの影響を受け易
い唯一の部分である。
Here, the reason for making parallel rays close to each other is as follows.
In the embodiment of the present invention, this region is a portion where two light rays pass through independent optical paths, and is the only portion which is easily affected by fluctuations of air.

【0096】よって、そのような影響を低減化するため
に、2つの光線が混じり合わない程度に、できるだけ2
つの光線を近接させるのである。
Therefore, in order to reduce such an influence, it is possible to reduce the influence of the two rays by as much as possible.
The two rays are brought close together.

【0097】ここで、以下、音響光学変調器を使用する
場合の効果について述べる。周波数のわずかに異なる2
つの光を発生する光源としては、2周波ゼーマンレーザ
の使用も考えられるが、ゼーマンレーザからの2周波光
を各周波に完全に分離することは不可能で、分離後の単
一周波光に若干ながら他の周波の混ざり込むという現象
が存在する。
Now, the effect of using the acousto-optic modulator will be described below. 2 with slightly different frequencies
A dual-frequency Zeeman laser may be used as a light source for generating two lights, but it is not possible to completely separate the dual-frequency light from the Zeeman laser into each frequency. There is a phenomenon that other frequencies are mixed.

【0098】このような混ざり込みがあると、ウェハか
らの反射回折光がビート光を生成し、その位相から回折
格子の位置ずれを測定する際に、実際の位置ずれ量とか
なり異なる測定値を計測するという問題が生じる。
With such mixing, the reflected diffracted light from the wafer produces beat light, and when measuring the displacement of the diffraction grating from its phase, a measured value that is considerably different from the actual displacement is obtained. The problem of measuring occurs.

【0099】また、2周波ゼーマンレーザからの2周波
光中には高調波成分がわずかに混入しており、これも実
際の値と異なる測定値を返す一原因である。
Further, a slight amount of harmonic components is mixed in the two-frequency light from the two-frequency Zeeman laser, which is also one of the causes of returning a measured value different from the actual value.

【0100】以下で詳述するが、純粋な2周波光の反射
回折光がビート光を生成した場合に限り、ビート光の位
相と回折格子の移動量は線形関係にあるが、2周波の混
ざり込みがあると、この線形関係が崩れるてしまう。
As will be described in detail below, the phase of the beat light and the amount of movement of the diffraction grating have a linear relationship only when the reflected and diffracted light of the pure two-frequency light produces the beat light. If there is a gap, this linear relationship will break.

【0101】そのため、実際の位置ずれ量と測定値が異
なり、位置合わせ精度が悪化することになる。
Therefore, the actual amount of positional deviation differs from the measured value, and the positioning accuracy deteriorates.

【0102】そこで、わずかに周波数の異なる単一周波
光を音響光学変調器を用いて、独立に生成すれば、完全
にこの混ざり込みがなくなり、位置合わ精度は理論通り
保証される。
Therefore, if single-frequency lights having slightly different frequencies are independently generated by using an acousto-optic modulator, this mixing is completely eliminated, and the alignment accuracy is guaranteed theoretically.

【0103】次に、レチクル用精密アライメント系3、
ウェハ用精密アラメント系5の光学系構成について、図
4を参照しながら、その構成、動作について詳細に説明
する。
Next, the reticle precision alignment system 3,
The optical system configuration of the wafer precision alignment system 5 will be described in detail with reference to FIG.

【0104】ただし、ウェハ用精密アラメント系3とレ
チクル用精密アラメント系5の光学系構成は全く同一で
あるので、以下では両者を精密アラメント系と略記し区
別しないことにする。
However, since the optical system configurations of the wafer precision alignment system 3 and the reticle precision alignment system 5 are exactly the same, both will be abbreviated as precision alignment system and will not be distinguished below.

【0105】図4は本実施例における精密アラメント系
の光学系構成図である。図4において、18は1/2λ
板、19は偏光ビームスプリッタである。
FIG. 4 is a block diagram of the optical system of the precision alignment system in this embodiment. In FIG. 4, 18 is 1 / 2λ
A plate and 19 are polarization beam splitters.

【0106】ここで、光源4から出射された2周波光f
+F1、f+F2の偏光面の方向を、光軸に対し回転可
能な偏光板の機能を有する1/2λ板18で、偏光ビー
ムスプリッタ19の偏光軸方向に合わせる。
Here, the two-frequency light f emitted from the light source 4
The directions of the polarization planes of + F1 and f + F2 are aligned with the polarization axis direction of the polarization beam splitter 19 by the ½λ plate 18 having the function of a polarizing plate rotatable with respect to the optical axis.

【0107】20は1/4λ板、21は落射光学系、2
2は1/2λ板、23は偏光ビームスプリッタ、24は
偏光板、25は全反射ミラー、26はビート光検出器、
52は回折格子である。
Reference numeral 20 is a 1/4 λ plate, 21 is an epi-optical system, 2
2 is a 1 / 2λ plate, 23 is a polarization beam splitter, 24 is a polarizing plate, 25 is a total reflection mirror, 26 is a beat photodetector,
52 is a diffraction grating.

【0108】以上のように構成された精密アラメント系
について、図4を参照しながらその動作を詳細に説明す
る。
The operation of the precision alignment system constructed as described above will be described in detail with reference to FIG.

【0109】まず、光源4からの2つの単一周波光f+
F1とf+F2の偏光面は、1/2λ板18によってP
偏光に矯正される。
First, two single-frequency lights f + from the light source 4
The polarization planes of F1 and f + F2 are P
It is corrected to polarized light.

【0110】P偏光になった2つの光線は、偏光ビーム
スプリッタ19を通過し、1/4λ板20で円偏光光に
される。
The two P-polarized light rays pass through the polarization beam splitter 19 and are converted into circularly polarized light by the 1/4 λ plate 20.

【0111】2つの円偏光光は落射光学系21により、
レチクルあるいはウェハ平面に対しそれぞれ角度θi
n、θoutで入射する。
The two circularly polarized lights are reflected by the epi-optical system 21.
Angle θi with respect to reticle or wafer plane
It is incident at n and θout.

【0112】ここで角度θin、θoutは図2を用い
て説明した特別な角度であり、この入射角度を満足する
かぎり、回折格子52からの±1次回折光は、同じ経路
を通り再び落射光学系21に戻ってくる。
Here, the angles θin and θout are the special angles described with reference to FIG. 2. As long as this incident angle is satisfied, the ± first-order diffracted light from the diffraction grating 52 passes through the same path again and is reflected by the incident optical system. Return to 21.

【0113】戻ってきた±1次回折光は再び1/4λ板
20を通過し、円偏光がそこでS偏光になる。
The returned ± 1st-order diffracted light passes through the ¼λ plate 20 again, and the circularly polarized light becomes S-polarized light there.

【0114】S偏光になった2つの回折光は偏光ビーム
スプリッタ19で反射し、光線27、28になる。
The two diffracted lights that have been S-polarized are reflected by the polarization beam splitter 19 and become light rays 27 and 28.

【0115】S偏光の光線27は、1/2λ板22によ
り偏光面を90°回転させられP偏光光になり、偏光ビ
ームスプリッタ23を通過する。
The S-polarized light beam 27 has its polarization plane rotated 90 ° by the ½λ plate 22 to become P-polarized light, and passes through the polarization beam splitter 23.

【0116】もう一方の回折光28は、全反射ミラー2
5で偏光ビームスプリッタ23方向に反射され、光線2
8はS偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ23の
反射面で全反射され、以降光線27と光路を共有するこ
とになる。
The other diffracted light 28 is the total reflection mirror 2
5 is reflected in the direction of the polarizing beam splitter 23 at
Since 8 is S-polarized light, it is totally reflected by the reflection surface of the polarization beam splitter 23, and thereafter shares an optical path with the light ray 27.

【0117】P偏光の光線27とS偏光の光線28は、
そのままでは干渉しないので、光線27、28の偏光面
に対して偏光軸が特定の角度をなすように置かれた偏光
板24を通過させることによって偏光面を揃える。
The P-polarized light ray 27 and the S-polarized light ray 28 are
Since it does not interfere as it is, the polarization planes are aligned by passing through the polarizing plate 24 placed so that the polarization axes form a specific angle with respect to the polarization planes of the light rays 27 and 28.

【0118】偏光板24の偏光軸の角度は、光線27、
28の振幅に対応して決定され、ビート光のAC成分の
割合が高くなるように選択する。
The angle of the polarization axis of the polarizing plate 24 is defined by the light rays 27,
It is determined corresponding to the amplitude of 28 and is selected so that the ratio of the AC component of the beat light is high.

【0119】例えば、光線27、28の振幅が等しい場
合は45°の角度で設置すれば良い。
For example, when the light beams 27 and 28 have the same amplitude, they may be installed at an angle of 45 °.

【0120】さて、偏光板24を通過して、はじめて2
つの光線27、28は干渉し、ビート光29を生成する
が、ビート光29は検出器26で電気信号に変換され、
信号の位相が検出される。
Now, after passing through the polarizing plate 24, 2
The two light rays 27 and 28 interfere with each other to generate a beat light 29, which is converted into an electric signal by the detector 26,
The phase of the signal is detected.

【0121】ここで、ビート光は次の(数3)で示され
る量に比例する。
Here, the beat light is proportional to the amount shown by the following (Equation 3).

【0122】[0122]

【数3】 [Equation 3]

【0123】ここで、A1、A2はそれぞれ光線27、
28の振幅、tは時間、θは位相定数で2光線の位相差
である。
Here, A1 and A2 are rays 27 and
The amplitude of 28, t is time, and θ is a phase constant, which is the phase difference between two light beams.

【0124】また、Φは回折格子の位置変化に依存して
変化する位相定数で、回折格子の格子に垂直な方向への
移動量Δxと次の(数4)で示される線形関係が存在す
る。
Further, Φ is a phase constant that changes depending on the position change of the diffraction grating, and there is a linear relationship represented by the following (Equation 4) with the movement amount Δx of the diffraction grating in the direction perpendicular to the grating. .

【0125】[0125]

【数4】 [Equation 4]

【0126】ここで、Pは回折格子22の格子定数であ
る。このビート光の位相Φを計測すれば、(数4)に従
って回折格子の移動量Δxを計測できることになる。
Here, P is the grating constant of the diffraction grating 22. If the phase Φ of the beat light is measured, the movement amount Δx of the diffraction grating can be measured according to (Equation 4).

【0127】実際には、図1を参照して簡単に説明した
が、実際の位置合わせは(数5)に示すように、レチク
ル、ウェハ用精密アラメント系3、5から得られたビー
ト信号の位相Φ[レチクル]とΦ[ウェハ]との差より
位置合わせを行う。
Actually, a brief description was given with reference to FIG. 1, but the actual alignment is, as shown in (Equation 5), the beat signals obtained from the reticle and the precision alignment system for wafers 3 and 5. Positioning is performed based on the difference between the phase Φ [reticle] and Φ [wafer].

【0128】[0128]

【数5】 [Equation 5]

【0129】最後に、なぜ精密アラメント系以外に粗ア
ラメント系が必要になるか、具体的に説明する。
Finally, the reason why the coarse alignment system is required in addition to the precise alignment system will be specifically described.

【0130】(数3)、(数4)をみればわかるよう
に、移動量ΔxがP/2以上になるとビート光の位相が
2π以上変化するため、精密アラメント系はP/2を越
える回折格子の移動量を計測することができない。
As can be seen from (Equation 3) and (Equation 4), since the phase of the beat light changes by 2π or more when the movement amount Δx becomes P / 2 or more, the precision alignment system diffracts over P / 2. The amount of movement of the grid cannot be measured.

【0131】そのため、図1で説明したようにP/2を
越える位置情報をとらえることができる粗アラメント系
が必要になるのである。
Therefore, as described with reference to FIG. 1, a coarse alignment system capable of capturing position information exceeding P / 2 is required.

【0132】以上、本実施例においては、光源4からの
2つの単一周波光f+F1、f+F2を、回折格子52
に対し、(数1)を満足する角度で入射させることによ
り、2つの光線がビート光を生成するまで実質的に同等
の光路を経ることになるため、光路途中の空気のゆらぎ
などによる測定精度の悪化を解消できる。
As described above, in this embodiment, the two single frequency lights f + F1 and f + F2 from the light source 4 are converted into the diffraction grating 52.
On the other hand, when the light rays are incident at an angle satisfying (Equation 1), the two light rays pass through substantially the same optical path until the beat light is generated. Therefore, the measurement accuracy due to the fluctuation of air in the optical path, etc. The deterioration of can be eliminated.

【0133】特にウェハ用精密アラメント系5において
は露光装置の構造上、精密アラメント系からの2つの光
線が回折格子にあたり反回折光が再びアラメント系に返
ってくるまで大変長い光路を経ることになるので、本発
明の効果は非常に高く現出する。
Especially in the precision alignment system 5 for wafers, due to the structure of the exposure apparatus, two rays from the precision alignment system hit the diffraction grating and go through a very long optical path until the anti-diffracted light returns to the alignment system again. Therefore, the effect of the present invention is very high.

【0134】また、光源4において、2周波光の生成を
音響光学素子を用いて各周波ごと独立に行うようにした
ことと、精密アラメント系の光学構成を混ざり光の少な
以上対を維持できるようにしたため、2周波光の混入が
なくなり位置測定の信頼性が向上する。
Further, in the light source 4, the generation of the two-frequency light is performed independently for each frequency by using the acousto-optic device, and the optical arrangement of the precision alignment system is mixed to maintain a small number of pairs of light or more. Therefore, the mixing of the two-frequency light is eliminated, and the reliability of the position measurement is improved.

【0135】(実施例2)さて、上記第1の実施例で
は、ウェハ、レチクルの回折格子サイズが、レーザ光ス
ポットサイズより小さくなった場合のことが考慮されて
いなかった。
(Embodiment 2) In the first embodiment, the case where the diffraction grating size of the wafer and the reticle is smaller than the laser beam spot size is not taken into consideration.

【0136】おこで、次に述べる本発明の第2の実施例
では、レーザ光のスポットサイズが常に回折格子サイズ
より小さくするよう、アパーチャを精密アラメント系直
前に配置してある。
Then, in the second embodiment of the present invention described below, the aperture is arranged immediately before the precise alignment system so that the spot size of the laser beam is always smaller than the diffraction grating size.

【0137】以下、第2の実施例の光学系構成につい
て、図5から図8を参照し詳細に説明する。
The optical system configuration of the second embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 5 to 8.

【0138】従来例および第1の実施例は、位置合わせ
場所、すなわちウェハ上の回折格子場所と露光位置とが
実質的に一致する位置合わせ、いわゆるOn Axis
アライメント用の光学系であるため、回折格子の大き
さをあまり大きくすることができない。
The conventional example and the first example are so-called On Axis, where the position of alignment, that is, the position of the diffraction grating on the wafer and the exposure position substantially coincide with each other.
Since it is an optical system for alignment, the size of the diffraction grating cannot be increased so much.

【0139】そのため、光源4のレーザ管からの出射光
をそのまま使用すると、ウェハ上でのスポットサイズが
回折格子より極めて大きくなり、回折格子以外の領域ま
で照明することになる。
Therefore, if the light emitted from the laser tube of the light source 4 is used as it is, the spot size on the wafer becomes much larger than that of the diffraction grating, and the area other than the diffraction grating is illuminated.

【0140】一方、ウェハ表面自体は、多数回のプロセ
スを経るに従い、荒れた反射面になってしまう。
On the other hand, the wafer surface itself becomes a rough reflecting surface as it goes through many processes.

【0141】図8に示したように、コヒーレント光51
が荒れた反射面を照明領域54として照明すると、その
面の荒れ具合にも依存するが、反射光57に、回折光5
5のみならずスペックル光56とよばれる散乱光成分が
混ざるようになる。
As shown in FIG. 8, the coherent light 51
When a rough reflecting surface is illuminated as the illumination area 54, the reflected light 57 and the diffracted light 5 depend on the roughness of the surface.
In addition to 5, the scattered light component called speckle light 56 comes to be mixed.

【0142】スペックル光56は、図8に示したよう
に、無秩序に光斑が散乱したような散乱光で、空間的強
度分布がかなり大きい。
As shown in FIG. 8, the speckle light 56 is scattered light in which light spots are randomly scattered, and its spatial intensity distribution is considerably large.

【0143】そのため、従来例及び第1の実施例におけ
る精密アライメント系で測定されるビート光にスペック
ル光が混入すると、回折格子の移動に伴いビート光強度
が大幅に変動するため、位置合わせ精度が悪化してしま
う。
Therefore, if the speckle light is mixed in the beat light measured by the precision alignment system in the conventional example and the first embodiment, the beat light intensity fluctuates greatly as the diffraction grating moves. Will get worse.

【0144】そこで、本発明の第2の実施例では、図5
に示すように、レーザ光が精密アライメント系に入る直
前にアパーチャを通過させることによってビーム径を絞
り、スポットサイズが回折格子より常に小さくなるよう
にする。
Therefore, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG.
As shown in, the beam diameter is narrowed by passing the laser beam through the aperture immediately before entering the precision alignment system so that the spot size is always smaller than that of the diffraction grating.

【0145】そうすることにより、スペックル光のビー
ト光への混入が効果的に防止され、位置合わせ精度が向
上させることが可能になる。
By doing so, it is possible to effectively prevent the speckle light from mixing in the beat light, and improve the alignment accuracy.

【0146】以下、本発明の第2の実施例における構成
について、図5を用いて詳細に説明する。
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIG.

【0147】第2の実施例と第1の実施例との相違は、
光源4と精密アライメント系の間にビーム径縮小光学系
なる部分を挿入したことのみで、他の装置構成は同様で
あるので、以下ではビーム径縮小光学系の説明のみ行
う。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that
Since the other device configurations are the same except that the beam diameter reduction optical system is inserted between the light source 4 and the precision alignment system, only the beam diameter reduction optical system will be described below.

【0148】図5において30、30’はビーム径縮小
光学系で、それ以外は図1の第1の実施例と同様な装置
構成である。
In FIG. 5, reference numerals 30 and 30 'denote beam diameter reduction optical systems, and other than that, the device configuration is the same as that of the first embodiment of FIG.

【0149】以上のような位置に装備されたビーム径縮
小光学系30、30’は、両方とも全く同じ光学系構成
であるため、以下では両者を区別せずビーム径縮小光学
系30のみ説明する。
Since the beam diameter reduction optical systems 30 and 30 'installed at the above positions have the same optical system configuration, the beam diameter reduction optical system 30 will be described below without distinguishing both. .

【0150】ビーム縮小光学系30の装置構成の詳細に
ついて図6を参照し説明する。図6はビーム縮小光学系
30の概略構成図である。
Details of the device configuration of the beam reduction optical system 30 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the beam reduction optical system 30.

【0151】図6において、31は第1の光学系、32
はアパーチャ、33は第2の光学系である。
In FIG. 6, 31 is the first optical system, and 32 is
Is an aperture, and 33 is a second optical system.

【0152】光源4からの2つの光線は、第1の光学系
31によってアパーチャ32で一つのスポットを形成す
る。
The two light beams from the light source 4 form one spot at the aperture 32 by the first optical system 31.

【0153】アパーチャ32には開口があり、そこを光
線が通過することによってビーム径が絞られる。
The aperture 32 has an opening, and the beam diameter is narrowed by the passage of light rays therethrough.

【0154】絞られた光線は第2の光学系33によって
再び平行光線に矯正され、精密アライメント系に向か
う。
The squeezed light rays are again corrected into parallel light rays by the second optical system 33, and head for the precision alignment system.

【0155】ここで、アパーチャ32の開口の大きさ
は、2光線の回折格子上でのスポットサイズが回折格子
サイズより小さくなるように選ばれる。
Here, the size of the aperture of the aperture 32 is selected so that the spot size of the two light beams on the diffraction grating is smaller than the diffraction grating size.

【0156】このアパーチャ32によって、レーザ光が
回折格子外部を照明しなくなることから反射回折光にス
ペックル光が混入する割合が減少し、精密アライメント
系で測定されるビート光のS/Nが高くなり位置合わせ
精度が向上する。
The aperture 32 prevents the laser light from illuminating the outside of the diffraction grating, so that the proportion of speckle light mixed in the reflected diffracted light is reduced, and the S / N of the beat light measured by the precision alignment system is increased. The alignment accuracy is improved.

【0157】以上のように、本実施例によれば、回折格
子上での2つの光線のスポットサイズが、回折格子サイ
ズより小さくなるようにするためのアパーチャ32を装
備することにより、プロセスによるウェハ表面の荒れに
極めて強い、位置合わせ装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the aperture 32 for making the spot size of the two light beams on the diffraction grating smaller than the diffraction grating size, the process wafer It is possible to provide an alignment device that is extremely resistant to surface roughness.

【0158】なお、図5を用いて説明した第2の実施例
の位置合わせ装置の露光装置への搭載例は第1の実施例
と同様な装置構成であったが、図7に示すように、従来
例の装置構成にアパーチャ32を挿入することによって
も、上記第2の実施例と同様の効果が得られる。
The mounting example of the alignment apparatus of the second embodiment described with reference to FIG. 5 in the exposure apparatus has the same apparatus configuration as that of the first embodiment, but as shown in FIG. Also, by inserting the aperture 32 in the device configuration of the conventional example, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

【0159】図7において、精密アライメント用光源2
03の後にアパーチャ32が付加されているが、それ以
外は図25における従来例の装置構成と同様である。
In FIG. 7, the precision alignment light source 2 is shown.
The aperture 32 is added after 03, but other than that, it is the same as the device configuration of the conventional example in FIG.

【0160】このアパーチャ32によって、精密アライ
メント用光源203からの出射光線を絞ることによっ
て、ウェハ上の回折格子サイズよりスポットサイズを小
さくし、位置合わせ精度を向上させることが可能であ
る。
By narrowing the light beam emitted from the precision alignment light source 203 by this aperture 32, it is possible to make the spot size smaller than the diffraction grating size on the wafer and improve the alignment accuracy.

【0161】(実施例3)次に、本発明の第3の実施例
について、図9から図11を用いて詳細に説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 9 to 11.

【0162】本実施例においては、第2の実施例のビー
ム径縮小光学系30、30’に対応したビーム縮小光学
系を除き、他の装置構成は第2の実施例と同様である。
In this embodiment, except for the beam reduction optical system corresponding to the beam diameter reduction optical systems 30 and 30 'of the second embodiment, the other device construction is the same as that of the second embodiment.

【0163】以下、本実施例のビーム径縮小光学系につ
いて、ビーム径縮小光学系300に代表して詳細に説明
する。
Hereinafter, the beam diameter reducing optical system of this embodiment will be described in detail on behalf of the beam diameter reducing optical system 300.

【0164】図9は、本発明の第3の実施例におけるビ
ーム径縮小光学系の構成図を示している。
FIG. 9 is a block diagram of the beam diameter reduction optical system in the third embodiment of the present invention.

【0165】図9において、34は光路選択用制御系
で、これによってアパーチャ32をアパーチャ平面に平
行な方向に2次元的に移動させることが可能である。
In FIG. 9, reference numeral 34 denotes an optical path selection control system, which allows the aperture 32 to be two-dimensionally moved in a direction parallel to the aperture plane.

【0166】以上の装置構成を有したビーム径縮小光学
系300において、以下その動作について図10から図
11をも用いて説明する。
The operation of the beam diameter reduction optical system 300 having the above-described device configuration will be described below with reference to FIGS. 10 to 11.

【0167】アパーチャ32を移動させることにより、
アパーチャ32の開口部も移動するのだが、開口部がア
パーチャ面における入射光線スポット内にある限り、絞
られたあとの光線60がアパーチャ32の移動に従って
平行に移動する。
By moving the aperture 32,
Although the aperture of the aperture 32 also moves, as long as the aperture is within the incident ray spot on the aperture plane, the light beam 60 after being focused moves in parallel as the aperture 32 moves.

【0168】アパーチャ32に絞られた後の光線が、X
軸、Y軸について平行移動している様子が図10に模式
的に示されている。
The light beam after being focused on the aperture 32 is X
FIG. 10 schematically shows the state of parallel translation about the axis and the Y axis.

【0169】さて、精密アライメント系に入射する平行
な2光線は、アパーチャの移動により2光線とも互いの
距離を変えず平行に移動するので、2光線60は、やは
りウェハ、レチクル上の異なった場所で1つのスポット
を形成する。
Now, the two parallel rays incident on the precision alignment system move in parallel due to the movement of the aperture without changing the distance between the two rays. Therefore, the two rays 60 are different from each other on the wafer and the reticle. To form one spot.

【0170】互いに近接して複数の回折格子が存在する
場合、上述したアパーチャ32の移動によって望む回折
格子上にスポットが形成させることができるので、回折
格子の方を移動させることなく、所望の位置の回折格子
に位置合わせができることになる。
When a plurality of diffraction gratings are present in close proximity to each other, a spot can be formed on the desired diffraction grating by moving the aperture 32, so that the desired position can be obtained without moving the diffraction grating. It will be possible to align with the diffraction grating of.

【0171】具体的には、図11において、光線の平行
移動によって所望の回折格子だけが照明されている様子
が模式的に示されている。
Specifically, FIG. 11 schematically shows that only a desired diffraction grating is illuminated by the parallel movement of light rays.

【0172】アパーチャ32によって絞られ平行移動に
より位置合わせをされた精密アライメント光学系からの
2光線60は、アパーチャによって絞られない場合のス
ポット62に比較して、より的確に所望の回折格子を照
明することができる。
The two light beams 60 from the precision alignment optical system, which are focused by the aperture 32 and aligned by the parallel movement, illuminate a desired diffraction grating more accurately than the spot 62 when the aperture is not focused. can do.

【0173】一般には、例えばICのような半導体装置
として完成するまでに、ウェハは何回ものプロセスを経
る。
Generally, a wafer undergoes many processes until it is completed as a semiconductor device such as an IC.

【0174】これ故に、ウェハに刻印された回折格子は
プロセスを経るに従い劣化し、格子パターンの乱れや崩
れが生じてくる。
Therefore, the diffraction grating engraved on the wafer deteriorates as the process progresses, and the grating pattern is disturbed or broken.

【0175】格子パターンの劣化が大きくなると、それ
による回折光強度の低下やビート光検出器でとらえられ
る信号のS/Nの低下が問題になってくる。
When the deterioration of the grating pattern becomes large, there arises a problem that the intensity of the diffracted light decreases and the S / N of the signal detected by the beat light detector decreases.

【0176】このような問題を回避するために、一般に
は格子パターンの劣化が顕著になる前に古くなった回折
格子の近傍に新しく回折格子を打ち直す。そして更新さ
れた回折格子をもとにして位置合わせを行うのである。
In order to avoid such a problem, in general, a new diffraction grating is rewound near the old diffraction grating before the deterioration of the grating pattern becomes remarkable. Then, the alignment is performed based on the updated diffraction grating.

【0177】新回折格子は旧回折格子で位置合わせを行
った後に所定の位置に刻印されるので、新旧回折格子の
相対的位置関係は完全に設計値通りにはならず、位置合
わせ誤差を含んだ値になる。
Since the new diffraction grating is imprinted at a predetermined position after the alignment with the old diffraction grating, the relative positional relationship between the old and new diffraction gratings does not completely meet the design value, and the alignment error is included. It becomes a value.

【0178】そのため、上記のような回折格子の更新が
度重なると、最新の回折格子に対して十分に位置合わせ
がなされていても、総合的位置合わせ精度が期待できな
くなる場合がある。
Therefore, if the diffraction grating is repeatedly updated as described above, the total alignment accuracy may not be expected even if the latest diffraction grating is sufficiently aligned.

【0179】回折格子の更新における位置合わせ誤差の
加算の影響を抑えるためには、回折格子が更新される度
に新旧回折格子の相対的位置関係をあらかじめ測定して
おき、その結果を新回折格子での位置合わせ過程に盛り
込むことが必要になる。
In order to suppress the influence of the addition of the alignment error in updating the diffraction grating, the relative positional relationship between the old and new diffraction gratings is measured in advance every time the diffraction grating is updated, and the result is measured by the new diffraction grating. It will be necessary to include it in the alignment process in.

【0180】すなわち、位置合わせ装置に、位置合わせ
用の回折格子の選択機構が備わっていない従来の場合に
おける新旧回折格子位置関係の測定方法は、まず旧回折
格子で位置合わせをしたのち、十分な並進精度と測長手
段を有したステージで新回折格子を位置合わせ装置の測
定領域内に導入し位置合わせを行い、ステージの測長手
段によってステージ移動量を読み取ることによって新旧
回折格子の相対的位置関係の設計値からのズレ量を求め
るものである。
That is, the conventional method of measuring the positional relationship between the old and new diffraction gratings, in which the alignment apparatus is not equipped with a mechanism for selecting the diffraction grating for the alignment, first performs the alignment with the old diffraction grating and then performs a sufficient measurement. The relative position of the old and new diffraction gratings is read by introducing the new diffraction grating into the measurement area of the alignment device on the stage equipped with translational accuracy and length measuring means and performing alignment, and reading the stage movement amount by the stage length measuring means. The amount of deviation from the design value of the relationship is obtained.

【0181】ところが、このような方法を用いる限りス
テージの移動誤差が必ず測定値に含まれることになり、
やはり総合的な位置合わせ精度の向上は望めない。
However, as long as such a method is used, the movement error of the stage is always included in the measured value,
After all, we cannot expect improvement in the overall positioning accuracy.

【0182】つまり、新旧回折格子間の具体的な位置誤
差は、旧回折格子をもとに新回折格子が刻印されたこと
を考えると、必ず回折格子の格子定数Pを越えないはず
で、精密アライメント系の測定精度と同程度である。
That is, the specific position error between the old and new diffraction gratings must not exceed the grating constant P of the diffraction gratings, considering that the new diffraction gratings are stamped based on the old diffraction gratings. It is comparable to the measurement accuracy of the alignment system.

【0183】そこで、本実施例においては、位置合わせ
装置の方に回折格子の選択手段を持たせた構成を有す
る。
Therefore, in the present embodiment, the alignment device is provided with a diffraction grating selecting means.

【0184】ゆえに、旧回折格子で十分な位置合わせを
行い、その状態のままステージを移動させず、アパーチ
ャ32の移動のみによって、新回折格子を測定領域に導
入し、精密アライメント系で位置ズレ量を測定すれば、
その値が即旧回折格子を基準にした新回折格子の刻印位
置誤差となり、回折格子間の測定値にステージの移動精
度が影響するという上記の問題はなくなるのである。
Therefore, sufficient alignment is performed with the old diffraction grating, the stage is not moved in that state, and the new diffraction grating is introduced into the measurement region only by moving the aperture 32, and the positional deviation amount is set by the precision alignment system. If you measure
The value becomes a marking position error of the new diffraction grating based on the old diffraction grating, and the above-mentioned problem that the movement accuracy of the stage affects the measurement value between the diffraction gratings is eliminated.

【0185】以上のように本第3の実施例によれば、光
路選択用制御系34を設けたことによってウェハ,レチ
クルを移動させることなく目的の回折格子を測定領域に
導入することができるため、回折格子の更新があった場
合に、旧回折格子に対する新回折格子の位置を高精度で
測定できる。
As described above, according to the third embodiment, since the optical path selection control system 34 is provided, the target diffraction grating can be introduced into the measurement region without moving the wafer and reticle. When the diffraction grating is updated, the position of the new diffraction grating with respect to the old diffraction grating can be measured with high accuracy.

【0186】よって回折格子の更新が度重なっても、総
合的位置合わせ精度の悪化の少ない位置合わせ装置を提
供することができる。
Therefore, it is possible to provide a positioning apparatus in which the total positioning accuracy is less deteriorated even if the diffraction grating is frequently updated.

【0187】(実施例4)以下本発明の第4の実施例に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0188】図12において、35はハーフミラーで、
他の装置構成は第1の実施例と同様である。
In FIG. 12, 35 is a half mirror,
The other device configuration is similar to that of the first embodiment.

【0189】図12に示すように、ハーフミラー35
を、光源4とレチクル用精密アライメント系3間の光路
に配置することによって、粗アライメント系光路とレチ
クル用精密アライメント系光路を一致させることができ
るようになるため、アライメントマークと回折格子を接
近させることが可能となる上に、粗アライメント系12
において、アライメントマークと回折格子像を同一視野
にとらえることが可能となる。
As shown in FIG. 12, the half mirror 35.
Is arranged in the optical path between the light source 4 and the reticle precision alignment system 3, the rough alignment system optical path and the reticle precision alignment system optical path can be made to coincide with each other, and therefore the alignment mark and the diffraction grating are brought close to each other. In addition to the above, the coarse alignment system 12
In, it becomes possible to capture the alignment mark and the diffraction grating image in the same visual field.

【0190】以上のように構成された位置合わせ装置の
粗アライメント系12について、以下、図13を参照し
より詳細に説明する。
The coarse alignment system 12 of the alignment apparatus configured as described above will be described in more detail below with reference to FIG.

【0191】図13は、粗アライメント系の光学系概略
構成図である。図13において、36はアライメントマ
ーク、37、40、41、43はレンズ、38はミラ
ー、42は認識マーク、44は受像部である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an optical system of the coarse alignment system. In FIG. 13, 36 is an alignment mark, 37, 40, 41, 43 are lenses, 38 is a mirror, 42 is a recognition mark, and 44 is an image receiving portion.

【0192】以上のように構成された粗アライメント系
において、以下その動作について説明する。
The operation of the coarse alignment system configured as described above will be described below.

【0193】照明光は、レンズ40を通過し、ハーフミ
ラー39で粗アライメント光軸に導入される。
The illumination light passes through the lens 40 and is introduced to the coarse alignment optical axis by the half mirror 39.

【0194】照明光は、ミラー38、レンズ37によっ
てアライメントマーク36を照明し、アライメントマー
ク36からの散乱光は、レンズ41によって、認識マー
ク42面上で像を結ぶ。
The illumination light illuminates the alignment mark 36 by the mirror 38 and the lens 37, and the scattered light from the alignment mark 36 forms an image on the surface of the recognition mark 42 by the lens 41.

【0195】そこで、アライメントマーク36の像と認
識マーク42の像が光学的に合成され、この合成像は、
レンズ43と受像部44で画像信号に変換される。
Therefore, the image of the alignment mark 36 and the image of the recognition mark 42 are optically combined, and the combined image is
The image signal is converted by the lens 43 and the image receiving unit 44.

【0196】ここで、受像部44としては、例えばCC
D(固体撮像素子)の使用が可能である。
Here, as the image receiving unit 44, for example, CC
It is possible to use D (solid-state image sensor).

【0197】受像部44の画像信号を処理することによ
って、アライメントマーク36と認識マーク42の相対
的ずれを抽出し、アライメントマーク36の位置合わせ
を行う。
By processing the image signal of the image receiving section 44, the relative displacement between the alignment mark 36 and the recognition mark 42 is extracted, and the alignment mark 36 is aligned.

【0198】次に、本実施例で使用可能なアライメント
マーク36と回折格子2とが、接近したパターンの一例
を図14に示す。
Next, FIG. 14 shows an example of a pattern in which the alignment mark 36 and the diffraction grating 2 usable in this embodiment are close to each other.

【0199】図14において、直線状のアライメントマ
ーク36と直線状の回折格子2が一つの位置合わせマー
クとして統合されている。
In FIG. 14, the linear alignment mark 36 and the linear diffraction grating 2 are integrated as one alignment mark.

【0200】アライメントマーク部の先端部に、三角形
のパターンが存在するが、これは画像認識でアライメン
トマークを自動的に認識するためのもので、パターン認
識で三角形部分を判別し、他の紛らわしいパターンをと
らえないようにするためのものである。
There is a triangular pattern at the tip of the alignment mark portion, but this is for automatically recognizing the alignment mark by image recognition. The triangular portion is discriminated by the pattern recognition and other confusing patterns are detected. The purpose is not to catch.

【0201】更に、図15に、本実施例で使用可能な認
識マークパターンの一例を示す。この認識パターン36
は、所定幅を有する2辺からなる4つの矩形状図形を、
それらの頂角が対向するように配置したもので、一例と
しては、透明光学基盤の表面にクロームメッキを施した
ものが使用できる。
Further, FIG. 15 shows an example of a recognition mark pattern usable in this embodiment. This recognition pattern 36
Is a four rectangular figure consisting of two sides having a predetermined width,
They are arranged so that their apex angles face each other. As an example, a transparent optical substrate having a surface plated with chrome can be used.

【0202】さて、図15の認識マーク42と図14の
アライメントマーク36、回折格子2の合成像が図16
に示してある。
Now, the combined image of the recognition mark 42 of FIG. 15, the alignment mark 36 of FIG. 14, and the diffraction grating 2 is shown in FIG.
It is shown in.

【0203】図16において、アライメントマーク36
が認識マーク42に対して若干右方向にずれている様子
が示されている。
In FIG. 16, the alignment mark 36
Is slightly shifted to the right with respect to the recognition mark 42.

【0204】受像部44で撮影された合成像は所定の画
像処理がなされ、図16に示されているように認識マー
ク42とアライメントマーク36のギヤップ間隔X1、
X2を検出し、それより位置合わせを行う。
The composite image photographed by the image receiving unit 44 is subjected to predetermined image processing, and as shown in FIG. 16, the gap G1 between the recognition mark 42 and the alignment mark 36,
Detect X2 and perform alignment from it.

【0205】受像部44で撮影される撮像領域58は、
図17に示されているようにアライメントマーク36と
回折格子2とが入る程度の大きさである。
The image pickup area 58 photographed by the image receiving section 44 is
As shown in FIG. 17, the size is such that the alignment mark 36 and the diffraction grating 2 enter.

【0206】本実施例においては、粗アライメント系と
精密アライメント系が同じ光路を共有していることか
ら、図17に示すようにレーザ光のスポット像59も同
時に撮影される。
In this embodiment, since the rough alignment system and the fine alignment system share the same optical path, the spot image 59 of the laser light is also photographed at the same time as shown in FIG.

【0207】これによって、回折格子パターンの崩れや
回折格子の所定の位置にレーザ光がスポットを形成して
いるかを判断できるため、精密アライメント系での測定
ミスの生じる確率を低下させることができる。
As a result, it is possible to determine whether the diffraction grating pattern is broken or the laser beam forms a spot at a predetermined position on the diffraction grating, so that the probability of a measurement error in the precision alignment system can be reduced.

【0208】以上のように本実施例によれば、粗アライ
メント系12と精密アライメント系3の光路を一致させ
ることにより、回折格子2とアライメントマーク36と
を隣接させることが可能になる。
As described above, according to this embodiment, the diffraction grating 2 and the alignment mark 36 can be adjacent to each other by making the optical paths of the rough alignment system 12 and the fine alignment system 3 coincide with each other.

【0209】従って、粗アライメントと精密アライメン
トを同一位置で行うことが可能となり、ウェハ面の伸縮
などの影響が排除されることより位置合わせ精度の信頼
性が向上する。
Therefore, the rough alignment and the fine alignment can be performed at the same position, and the influence of expansion and contraction of the wafer surface is eliminated, so that the reliability of the alignment accuracy is improved.

【0210】また、回折格子2とアライメントマーク3
6を粗アライメント系で同時に撮影することが可能とな
り、回折格子の格子パターン形状や精密アライメント系
からのレーザ光のスポット位置、スポットの重なり具合
を、位置合わせ最中でも観察することができるようにな
り、精密アライメント系3での測定ミスを効果的に防止
することができる。
Also, the diffraction grating 2 and the alignment mark 3
6 can be simultaneously imaged by the coarse alignment system, and the grating pattern shape of the diffraction grating, the spot position of the laser beam from the precision alignment system, and the overlapping degree of the spots can be observed even during the alignment. It is possible to effectively prevent a measurement error in the precision alignment system 3.

【0211】なお、図12を用いて説明した第2の実施
例の位置合わせ装置の露光装置への搭載例は第1の実施
例と同様な装置構成であったが、図18に示すように、
従来例の装置構成に、ハーフミラー45、46、47、
48を挿入することによっても、上記第4の実施例と同
様の効果が得られる。
The example of mounting the alignment apparatus of the second embodiment described with reference to FIG. 12 on the exposure apparatus had the same apparatus configuration as that of the first embodiment, but as shown in FIG. ,
In addition to the conventional device configuration, half mirrors 45, 46, 47,
By inserting 48, the same effect as the fourth embodiment can be obtained.

【0212】また、本実施例では、レチクル用精密アラ
イメント系3に限定して説明したが、ハーフミラー35
をウエハ精密アライメント系5の光軸上に同様に配置す
れば、ウエハ精密アライメント系5についても、粗アラ
イメント系と精密アライメントを同一位置で行うことが
可能となる。
In the present embodiment, the description has been limited to the reticle precision alignment system 3, but the half mirror 35
By similarly arranging on the optical axis of the wafer precision alignment system 5, it is possible to perform the rough alignment system and the precision alignment at the same position for the wafer precision alignment system 5 as well.

【0213】(実施例5)以下本発明の第5の実施例に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Fifth Embodiment) The fifth embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0214】本実施例においてもハーフミラー35を有
する点において、第4の実施例と同様であるが、粗アラ
イメント系12の構成が一部異なる。
This embodiment is similar to the fourth embodiment in that the half mirror 35 is provided, but the structure of the coarse alignment system 12 is partly different.

【0215】本実施例の位置合わせ装置の粗アライメン
ト系12について、以下、図19を参照し、より詳細に
説明する。
The coarse alignment system 12 of the alignment apparatus of this embodiment will be described in more detail below with reference to FIG.

【0216】図19は、粗アライメント系の光学系概略
構成図である。図19において、36はアライメントマ
ーク、37、40、41、43はレンズ、38はミラ
ー、42は認識マーク、44は受像部、49は新たに追
加された遮光マークであり、光軸に対してそれを遮るよ
うに進退自在である。
FIG. 19 is a schematic block diagram of the optical system of the rough alignment system. In FIG. 19, 36 is an alignment mark, 37, 40, 41, 43 are lenses, 38 is a mirror, 42 is a recognition mark, 44 is an image receiving portion, and 49 is a newly added light-shielding mark. You can move back and forth to block it.

【0217】以上のように構成された粗アライメント系
において、以下その動作について説明する。
The operation of the coarse alignment system configured as described above will be described below.

【0218】粗アライメント系光路と精密アライメント
系光路が、ハーフミラー35により一致しているため、
精密アライメント系用の2本のレーザ光の一部は、認識
マーク42上で一つのスポットを形成する。
Since the optical path of the coarse alignment system and the optical path of the fine alignment system are matched by the half mirror 35,
Some of the two laser beams for the precision alignment system form one spot on the recognition mark 42.

【0219】遮光マーク49は、透明ガラス基板の一部
にクロームメッキなどで遮光部分を設けたもので、この
マークによりレーザ光のスポット像のみ遮蔽することが
できる。
The light-shielding mark 49 is formed by providing a light-shielding portion on a part of a transparent glass substrate by chrome plating or the like, and this mark can shield only a spot image of laser light.

【0220】遮光マーク49は進退自在であるため、受
像部44により、精密アライメント系のレーザ光のスポ
ット像と、アライメントマーク像の両方ともとらえるこ
ともできるし、また、アライメントマーク像のみとらえ
ることも可能である。
Since the light-shielding mark 49 is movable back and forth, the image receiving unit 44 can capture both the spot image of the laser beam of the precision alignment system and the alignment mark image, or can capture only the alignment mark image. It is possible.

【0221】以上のような動作を行う遮光マーク42を
設けたことによる利点について説明する。
The advantage of providing the light-shielding mark 42 for performing the above operation will be described.

【0222】アライメントマーク36からのレーザ光
は、認識マーク42でスポットを形成する間に多くの光
学素子を通過するため、乱反射などによる迷光成分が若
干混入している。
Since the laser light from the alignment mark 36 passes through many optical elements while forming a spot on the recognition mark 42, some stray light components due to irregular reflection are mixed.

【0223】レーザ光は干渉性が高いため、たとえ迷光
の強度が低くても干渉現象により、認識マーク42上で
強度の強い無秩序な光斑を形成する場合がある。
Since the laser light has a high coherence, even if the intensity of stray light is low, an interference phenomenon may form a disordered light spot with high intensity on the recognition mark 42.

【0224】具体的に説明するために、図20におい
て、遮光マーク49がない場合の撮像部44で捉えられ
た撮像領域63内のアライメントマーク36と認識マー
ク42の合成像、回折格子2上に形成されたレーザ光の
スポット像59、および撮像領域63中にレーザ光の乱
反射などによる迷光像65が無秩序に分布している様子
が示されている。
To specifically describe, in FIG. 20, a combined image of the alignment mark 36 and the recognition mark 42 in the image pickup area 63 captured by the image pickup section 44 when the light shielding mark 49 is not provided, on the diffraction grating 2. It is shown that the spot image 59 of the formed laser beam and the stray light image 65 due to irregular reflection of the laser beam are randomly distributed in the imaging region 63.

【0225】図20に示されているように、迷光65の
光斑がアライメントマーク36像に重なった場合、画像
処理による測長がうまく動作しないことがある。
As shown in FIG. 20, when the light spots of the stray light 65 overlap the alignment mark 36 image, the length measurement by the image processing may not work properly.

【0226】例えば、アライメントマーク36と認識マ
ーク42の輪郭を検出し、相互の距離を計測することに
よって位置合わせを行う場合には、迷光の濃淡を誤って
検出することがあるため、粗アライメント系の信頼性
が、低下してしまうという問題がある。
For example, when alignment is performed by detecting the contours of the alignment mark 36 and the recognition mark 42 and measuring their mutual distances, the density of stray light may be erroneously detected. However, there is a problem in that the reliability of is reduced.

【0227】この問題を解決するために新たに設けられ
たのが遮蔽マーク49である。画像認識による粗の位置
合わせを行う場合は、遮光マーク49を粗アライメント
系光路中に導入し、アライメントマーク36からのレー
ザ光を遮ることにより、迷光を除去する。
A shield mark 49 is newly provided to solve this problem. When performing rough alignment by image recognition, stray light is removed by introducing a light-shielding mark 49 into the coarse alignment system optical path and blocking the laser light from the alignment mark 36.

【0228】また、回折格子パターンの乱れ、及びレー
ザ光スポット64の様子を観察する場合には、遮光マー
ク49を光路から除く。
When observing the disorder of the diffraction grating pattern and the state of the laser beam spot 64, the light shielding mark 49 is removed from the optical path.

【0229】このように遮光マーク49を進退すること
によって、粗アライメント系が稼働中に精密アライメン
ト系のレーザ光によって発生する迷光65を除去するこ
とができることから、上記第4の実施例の効果に加え、
更に信頼性の向上を図ることができる。
By moving the light-shielding mark 49 back and forth in this manner, it is possible to remove stray light 65 generated by the laser beam of the precision alignment system during operation of the rough alignment system. Therefore, the effect of the fourth embodiment can be obtained. In addition,
Further, the reliability can be improved.

【0230】以上のように、本実施例による粗アライメ
ント系は、進退自在な遮蔽マーク49を設けることによ
り、迷光に影響されない信頼性の高い粗アライメント系
を提供することができる。
As described above, the coarse alignment system according to the present embodiment can provide a highly reliable coarse alignment system that is not affected by stray light by providing the retractable shield mark 49.

【0231】(実施例6)以下本発明の第6の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 6) A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0232】第6の実施例における位置合わせ装置の搭
載例は前記第3の実施例の装置構成図12と同様、また
粗アライメント系12の光学系構成も図13と同様であ
るので、以下では変更した構成である認識マーク66の
パターン形状について詳細に説明する。
The mounting example of the alignment device in the sixth embodiment is the same as the device configuration of the third embodiment shown in FIG. 12, and the optical system configuration of the coarse alignment system 12 is also the same as that of FIG. The pattern shape of the recognition mark 66 having the changed configuration will be described in detail.

【0233】図21本第6の実施例における認識マーク
66のパターン形状を示す。図21において示されてい
るように、前記第3の実施例の十字型の認識マークに隣
接して格子状のパターンが新たに追加された。
FIG. 21 shows the pattern shape of the recognition mark 66 in the sixth embodiment. As shown in FIG. 21, a grid-like pattern is newly added adjacent to the cross-shaped recognition mark of the third embodiment.

【0234】格子状のパターンの位置は、ウェハ、レチ
クルの回折格子像と認識マーク66が合成されたときに
丁度両者の格子像が重なり合うように配置されている。
The positions of the grid pattern are arranged so that when the diffraction grating images of the wafer and reticle and the recognition mark 66 are combined, the two grating images are exactly overlapped.

【0235】また、格子縞の間隔は、位置合わせマーク
の回折格子の認識マーク66上への投影像の格子間隔と
できるだけ等しくなるように選ばれるが、必ずしも完全
に一致する必要はない。
Further, the interval of the lattice fringes is selected so as to be as equal as possible to the lattice interval of the projection image of the alignment mark on the recognition mark 66 of the diffraction grating, but it is not necessarily required to be completely the same.

【0236】認識マーク66はX−、Y−粗アライメン
ト系両方とも図21の形状であっても、あるいは、どち
らか一方が図21の形状で、残り一方が図15の従来の
形状であってもよい。
The recognition marks 66 may have the shape shown in FIG. 21 for both the X- and Y-coarse alignment systems, or one of them may have the shape shown in FIG. 21 and the other may have the conventional shape shown in FIG. Good.

【0237】以上のように追加された認識マーク42の
格子状パターンの作用について以下説明する。
The operation of the grid pattern of the recognition marks 42 added as described above will be described below.

【0238】図22は、受像部44で撮影される位置合
わせマーク36と認識マーク66の合成像を示し、2つ
の格子、つまり格子と認識マーク66の格子状パターン
の重なり合いによって、認識マークの格子縞方向に対し
角度ξをなし、縞間隔がdのモアレ縞50が形成されて
いる様子が示されている。
FIG. 22 shows a composite image of the alignment mark 36 and the recognition mark 66 photographed by the image receiving unit 44, and by the overlapping of two lattices, that is, the lattice and the lattice-like pattern of the recognition mark 66, the lattice pattern of the recognition mark It is shown that moire fringes 50 are formed with an angle ξ with respect to the direction and a fringe spacing of d.

【0239】ここで、図23に詳細に示してあるよう
に、認識マークの格子間隔をd1、回折格子の格子間隔
をd2、2つの格子が角度θをなして重なり合ったこと
によって認識マークの格子に対し角度ξをなす縞間隔d
のモアレ縞50が形成されたとすると、それぞれの量に
は次の(数6)、(数7)の関係が成立する。
Here, as shown in detail in FIG. 23, the grating gap of the recognition mark is d1, the grating gap of the diffraction grating is d2, and the gratings of the recognition mark are overlapped at an angle θ. Fringe spacing d forming an angle ξ with respect to
Assuming that the moire fringes 50 are formed, the respective quantities have the following relationships (Equation 6) and (Equation 7).

【0240】[0240]

【数6】 [Equation 6]

【0241】[0241]

【数7】 [Equation 7]

【0242】一般に、2次元的広がりのある物体の位置
を合わせるためには、2方向の平行移動量と回転角度の
3種の量を計測しなければならない。
In general, in order to align the position of an object having a two-dimensional spread, it is necessary to measure three kinds of amounts of parallel movement in two directions and a rotation angle.

【0243】しかし、これまで説明した全ての実施例に
おいては、位置合わせ装置が2つしか装着されていない
ため、一度の測定で平行移動量と回転角度を測定するこ
とはできない。
However, in all the embodiments described so far, only two alignment devices are mounted, so that the parallel movement amount and the rotation angle cannot be measured by one measurement.

【0244】そのため、ウェハについて説明すると、ウ
ェハ上の異なった地点にある予め位置関係の正確にわか
った多数の回折格子の位置をステージを移動しながら計
測し、統計処理を行うことによってウェハ等の平行移動
量および回転角度を測定する。
Therefore, to explain the wafer, the positions of a large number of diffraction gratings whose positional relationship is accurately known in advance at different points on the wafer are measured while moving the stage, and statistical processing is performed to measure the wafer and the like. Measure the amount of translation and the angle of rotation.

【0245】そして、このようにウェハ全体の十分な位
置合わせができた後に、レーザ干渉系などで正確にステ
ージを所定の値だけ平行移動させ露光を順次行う。
After the wafer is sufficiently aligned in this way, the stage is accurately translated in parallel by a laser interference system or the like, and exposure is sequentially performed.

【0246】このとき、特にウェハについては、レーザ
光が頻繁に照射され、最初に回折格子が十分正確に刻印
されていても、行程を経る度にウェハの伸縮等によるウ
ェハ自体の変化により、回折格子の位置関係は変化する
ため、位置合わせ精度は低下する。
At this time, particularly with respect to the wafer, even if the laser beam is frequently irradiated and the diffraction grating is stamped with sufficient accuracy at the beginning, the diffraction may occur due to the change of the wafer itself due to the expansion and contraction of the wafer after each step. Since the positional relationship of the lattice changes, the alignment accuracy decreases.

【0247】更に、このような露光方式には、必ず、ウ
ェハ自体の変化に加えステージの移動誤差が影響するこ
とになる。
Furthermore, in such an exposure method, the movement error of the stage is always affected in addition to the change of the wafer itself.

【0248】なぜなら、まず、予め刻印されている回折
格子の位置は、ステージの移動精度以上に正確には判ら
ないため、必ず統計処理の時点でステージの移動誤差が
位置合わせ精度を低下させることになる。
First, since the position of the pre-marked diffraction grating is not known more accurately than the movement accuracy of the stage, the movement error of the stage always reduces the alignment accuracy at the time of statistical processing. Become.

【0249】そして、一旦位置を合わせた後の露光毎の
位置合わせ精度は、その後は位置合わせをしないため、
ステージの平行移動のみで決定されるため、ここでもス
テージの誤差の影響が大きい。
The positioning accuracy for each exposure after the positioning is once performed is that the positioning is not performed thereafter.
Since it is determined only by the parallel movement of the stage, the influence of the stage error is large here.

【0250】この問題を効果的に回避するには、ステー
ジ移動によらず、露光領域にある回折格子だけを使用し
て平行移動量と回転角度を測定し、露光毎に位置合わせ
を行えばよい。
In order to effectively avoid this problem, it is only necessary to measure the parallel movement amount and the rotation angle using only the diffraction grating in the exposure area and perform the alignment for each exposure regardless of the stage movement. .

【0251】それを実現するために、一つの位置合わせ
装置に、回転角度をも測定できる手段を盛り込んだのが
本実施例の構成である。
In order to realize this, the structure of this embodiment is one in which a unit for measuring the rotation angle is incorporated in one aligning device.

【0252】本実施例における回転角度の測定は、モア
レ縞の角度測定により行なう。(数6)を見ればわかる
ようにモアレ縞の角度ξと2つの格子の角度θとは密接
な関係があって、回折格子像の格子間隔がどうであれ、
θ=0のときξ=0となることがわかる。
The rotation angle in this embodiment is measured by measuring the moire fringe angle. As can be seen from (Equation 6), there is a close relationship between the angle ξ of the moire fringes and the angle θ of the two gratings, and regardless of the grating spacing of the diffraction grating image,
It can be seen that when θ = 0, ξ = 0.

【0253】つまり、画像認識でモアレ縞の角度ξを計
測し、ξ=0となるようにステージを回転させれば2つ
の格子の方向が一致し、ウェハと認識マーク66のレチ
クルの回転誤差はないことになる。
That is, if the angle ξ of the moire fringes is measured by image recognition and the stage is rotated so that ξ = 0, the directions of the two gratings match, and the rotation error between the wafer and the reticle of the recognition mark 66 is There will be no.

【0254】同様にモアレ縞を利用することによって、
レチクルと認識マーク66との回転誤差もなくすことが
できる。
Similarly, by using Moire fringes,
A rotation error between the reticle and the recognition mark 66 can be eliminated.

【0255】従って、結果的にウエハとレチクルは、相
対的回転誤差のない状態とできる。つまり、2つの格子
により生成されるモアレ縞50の角度を粗アライメント
系12で画像認識により計測し、それをゼロにすること
によってウエハ、レチクル、およびそれら双方の位置合
わせを行う。
Therefore, as a result, the wafer and the reticle can be brought into a state with no relative rotation error. That is, the angle of the moire fringes 50 generated by the two gratings is measured by the coarse alignment system 12 by image recognition, and is zeroed to align the wafer, the reticle, and both of them.

【0256】以上のように、本実施例によれば認識マー
ク66に格子状パターンを付加したことによるモアレ縞
50を画像認識で観察することにより、一つの位置合わ
せ装置で、1方向の平行移動両と回転角度を測定するこ
とが可能となるため、2つの位置合わせ装置につき各々
一回の測定で、ステージの移動誤差、およびウェハ自体
の変化に左右されない位置合わせが実行できる。
As described above, according to the present embodiment, by observing the moire fringes 50 due to the addition of the grid pattern to the recognition mark 66 by image recognition, one alignment device moves in parallel in one direction. Since it is possible to measure both the rotation angle and the rotation angle, it is possible to perform the alignment that is not affected by the movement error of the stage and the change of the wafer itself by performing the measurement once for each of the two alignment devices.

【0257】また、常時モアレ縞観察ができるために高
い位置合わせ精度が露光中においても保証されるという
利点をも有する。
Further, since it is possible to observe moire fringes at all times, there is an advantage that a high alignment accuracy is guaranteed even during exposure.

【0258】(実施例7)以下、本発明の第7の実施例
について図面を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 7) Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0259】本実施例におけるの装置の構成は、図1
2、13で示される第4の実施例と同様である。
The configuration of the apparatus in this embodiment is shown in FIG.
This is similar to the fourth embodiment shown by 2 and 13.

【0260】また、その内容も第6の実施例と同じく、
モアレ縞の観測による位置合わせに関するものである。
The contents are the same as in the sixth embodiment.
It is related to alignment by observing Moire fringes.

【0261】つまり本実施例において、異なるのはモア
レ縞の生成の方法である。第6の実施例では認識マーク
66に新たに格子パターンを設け、回折格子像とその格
子パターンの重ね合わせによってモアレ縞を生成した。
That is, in this embodiment, the difference lies in the method of generating moire fringes. In the sixth embodiment, a grating pattern is newly provided on the recognition mark 66, and moire fringes are generated by superimposing the diffraction grating image and the grating pattern.

【0262】これに対して、本実施例においては受像部
44においてモアレ縞を生成するものである。
On the other hand, in the present embodiment, the image receiving section 44 generates moire fringes.

【0263】以下、本実施例のモアレ縞の生成方法につ
いて図を参照しながら詳細に説明する。
The moire fringe generation method of this embodiment will be described below in detail with reference to the drawings.

【0264】図24は、CCD(固体撮像素子)60の
表面の画素61の配列を模式的に表現したものである。
FIG. 24 is a schematic representation of the array of pixels 61 on the surface of a CCD (solid-state image sensor) 60.

【0265】CCD60は、小さな矩型の画素が2次元
的に敷き詰められような構造をしているため、一種の2
次元格子(碁盤の目状の格子)が受像面に形成されてい
ると考えることができる。
Since the CCD 60 has a structure in which small rectangular pixels are two-dimensionally spread, it is a kind of 2
It can be considered that a three-dimensional lattice (a grid lattice) is formed on the image receiving surface.

【0266】そこで、受像面上での回折格子像の格子間
隔が、CCD60の画素61の間隔と同程度になるよう
に粗アライメント系の引き延ばし倍率を調整することに
よって、CCDと引き延ばされた回折格子像との組み合
せで、第6の実施例と同様のモアレ縞を生成することが
可能である。
Therefore, the diffraction grating image on the image receiving surface is extended with the CCD by adjusting the enlargement magnification of the rough alignment system so that the lattice spacing is approximately the same as the spacing between the pixels 61 of the CCD 60. By combining with the diffraction grating image, it is possible to generate the moire fringes similar to those in the sixth embodiment.

【0267】このモアレ縞を通して位置合わせを行う方
法は、第6の実施例と全く同様であるので省略する。
The method of performing the alignment through the moire fringes is exactly the same as that of the sixth embodiment, so the description thereof will be omitted.

【0268】以上のように、本実施例においてはCCD
60を受像部に使用し、回折格子の格子間隔が画素と同
程度になるように粗アライメント系の引き延ばし倍率を
設定することにより、容易にモアレ縞を生成することが
可能になる。
As described above, in this embodiment, the CCD
It is possible to easily generate moire fringes by using 60 in the image receiving unit and setting the expansion magnification of the rough alignment system so that the grating spacing of the diffraction grating is about the same as the pixel.

【0269】(実施例8)以下、本発明の第8の実施例
について説明する。
(Embodiment 8) The eighth embodiment of the present invention will be described below.

【0270】本実施例の装置構成は第7の実施例と同様
である。つまり、位置合わせ装置の露光装置への搭載は
図12に示されるものであり、粗アライメント系12の
構成は前記第6、第7の実施例の装置構成のどちらでも
可能であり、回折格子像を用いてモアレ縞を生成する機
構が、粗アライメント系12に備わっていればよい。
The device configuration of this embodiment is the same as that of the seventh embodiment. That is, the alignment apparatus is mounted on the exposure apparatus as shown in FIG. 12, and the rough alignment system 12 can be configured by either of the apparatus configurations of the sixth and seventh embodiments, and the diffraction grating image can be obtained. It suffices that the coarse alignment system 12 be provided with a mechanism for generating moire fringes by using.

【0271】第6、第7の実施例において、モアレ縞の
観察によってレチクルとウェハの回転角度を知ることが
できるということを説明した。
In the sixth and seventh embodiments, it has been described that the rotation angle between the reticle and the wafer can be known by observing the moire fringes.

【0272】しかし、モアレ縞からは、回転角度以外の
有益な情報を得ることができる。前記の(数6)、(数
7)から、モアレ縞の角度ξがゼロになるように回転角
度を調節したのちには、粗アライメント系の格子と平行
な方向にモアレ縞が生成されるようになることがわか
る。
However, useful information other than the rotation angle can be obtained from the moire fringes. From the above (Equation 6) and (Equation 7), after adjusting the rotation angle so that the angle ξ of the moire fringes becomes zero, the moire fringes are generated in the direction parallel to the lattice of the coarse alignment system. It turns out that

【0273】その状態でのモアレ縞間隔の観測により、
2つの格子間隔d1、d2の関係が求められる。
From the observation of the moire fringe spacing in that state,
The relationship between the two lattice intervals d1 and d2 is obtained.

【0274】粗アライメント系の格子間隔d1は既知で
あるから、結局ウェハ上の回折格子の認識マーク位置で
の回折格子像の格子間隔d2が求められる。
Since the grating interval d1 of the rough alignment system is known, the grating interval d2 of the diffraction grating image at the recognition mark position of the diffraction grating on the wafer is finally obtained.

【0275】ゆえに、粗アライメント系を構成する光学
系の引き延ばし倍率が不変の場合には、格子間隔d2と
ウェハ上の回折格子の間隔の実寸値の比より、投影レン
ズの投影倍率の常時モニターが可能になる。
Therefore, when the expansion magnification of the optical system constituting the coarse alignment system is unchanged, the projection magnification of the projection lens can be constantly monitored from the ratio of the grating spacing d2 to the actual size of the diffraction grating spacing on the wafer. It will be possible.

【0276】投影レンズの投影倍率は、たとえレチクル
と投影レンズの距離が不変であっても、そのときの気
温、湿度、気圧変動やレンズ自身の経時変化によって、
時々刻々変化する。
Even if the distance between the reticle and the projection lens does not change, the projection magnification of the projection lens depends on the temperature, humidity, atmospheric pressure fluctuations, and changes over time of the lens itself.
It changes every moment.

【0277】ウェハ自体が、半導体装置となるまでには
異なるパターンが幾度となく露光されるため、個々の露
光の度に投影レンズの投影倍率に変動があると、部分的
に露光パターンの重なり合わない箇所が生じてくるとい
う問題が生じる。
Since different patterns are repeatedly exposed on the wafer itself until it becomes a semiconductor device, if the projection magnification of the projection lens varies with each exposure, the exposure patterns partially overlap each other. There is a problem that some parts do not exist.

【0278】この問題は、露光ごとにモアレ縞間隔の計
測を行い、必ずウェハの回折格子によるモアレ縞間隔が
一定になるよう投影レンズの倍率調整を行うことによっ
て回避できる。
This problem can be avoided by measuring the moire fringe spacing for each exposure and adjusting the magnification of the projection lens so that the moire fringe spacing by the diffraction grating of the wafer is always constant.

【0279】以上のように、本実施例においては、モア
レ縞の間隔観測をすることにより、露光時においても、
また露光間においても常時投影レンズの投影倍率を常時
モニターすることが可能となり、その変化に応じて、即
座に投影レンズの倍率調整を行なうことができる。
As described above, in this embodiment, by observing the interval of moire fringes, even during exposure,
Further, the projection magnification of the projection lens can be constantly monitored during the exposure, and the magnification of the projection lens can be immediately adjusted according to the change.

【0280】[0280]

【発明の効果】以上のように本発明は、精密アラメント
系からの2本のレーザ光が同じ経路を通過するようにし
たこと、精密アラメント系と粗アラメント系の光軸を一
致させたこと、それによって回折格子とアラメントマー
クを隣接して配置できるようになったこと、複数の回折
格子から被測定回折格子をのみを選択する手段を位置合
わせ装置に備えること、粗アラメント系に精密アライメ
ント系からのレーザ光が進入しないよう遮光機構を設け
たこと、粗アラメント系に回折格子像からモアレ縞を生
成させる手段をもたせたこと、そのモアレ縞を画像認識
で観測できるようにすることなどの構成を採用すること
により、周囲の環境変動に起因する光路長の変化に影響
されず、総合的位置合わせ精度が高く、常時、ウェハと
レチクルの回転角度と投影レンズの投影倍率をモニター
できる、レチクルに対するウェハの位置ずれ量を測定す
るための優れた位置合わせ装置を有した露光装置を実現
できるものである。
As described above, according to the present invention, the two laser beams from the precision alignment system pass through the same path, and the optical axes of the precision alignment system and the coarse alignment system coincide with each other. As a result, the diffraction grating and the alignment mark can be arranged adjacent to each other, the alignment device is provided with means for selecting only the diffraction grating to be measured from the plurality of diffraction gratings, and the coarse alignment system and the precision alignment system are provided. A structure that provides a light-shielding mechanism to prevent the laser light from entering from the device, provides the coarse alignment system with means for generating moire fringes from the diffraction grating image, and allows the moire fringes to be observed by image recognition. By adopting, the overall alignment accuracy is high without being affected by changes in the optical path length due to environmental changes, and the rotation angle of the wafer and reticle is constantly maintained. You can monitor the projection magnification of the projection lens and, in which can realize an exposure apparatus having an excellent alignment device for measuring the positional deviation amount of the wafer relative to the reticle.

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

【図1】本発明の第1の実施例における露光装置の位置
合わせ装置の全体構成図
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an alignment device for an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同第1の実施例における精密アラメント系のレ
ーザ光の光路説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical path of a laser beam of a precision alignment system according to the first embodiment.

【図3】同第1の実施例における光源光学系の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a light source optical system in the first embodiment.

【図4】同第1の実施例における精密アラメント光学系
の構成図
FIG. 4 is a configuration diagram of a precision alignment optical system in the first embodiment.

【図5】同第2の実施例における露光装置の位置合わせ
装置の全体構成図
FIG. 5 is an overall configuration diagram of an alignment device for an exposure apparatus according to the second embodiment.

【図6】同第2の実施例におけるビーム径縮小光学系の
構成図
FIG. 6 is a configuration diagram of a beam diameter reduction optical system in the second embodiment.

【図7】同第2の実施例における他の位置合わせ装置の
全体構成図
FIG. 7 is an overall configuration diagram of another alignment device according to the second embodiment.

【図8】同第2の実施例におけるスペックル光の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of speckle light in the second embodiment.

【図9】同第3の実施例におけるビーム径縮小光学系の
構成図
FIG. 9 is a configuration diagram of a beam diameter reduction optical system in the third embodiment.

【図10】同第3の実施例におけるアパーチャの動作説
明図
FIG. 10 is an operation explanatory diagram of an aperture in the third embodiment.

【図11】同第3の実施例における回折格子の照射状態
の説明図
FIG. 11 is an explanatory view of the irradiation state of the diffraction grating in the third embodiment.

【図12】同第4の実施例における露光装置の位置合わ
せ装置全体構成図
FIG. 12 is an overall configuration diagram of an alignment apparatus for an exposure apparatus according to the fourth embodiment.

【図13】同第4の実施例における粗アラメント光学系
の構成図
FIG. 13 is a configuration diagram of a coarse alignment optical system in the same Example 4.

【図14】同第4の実施例におけるアライメントマーク
と回折格子の形状図
FIG. 14 is a shape diagram of an alignment mark and a diffraction grating in the fourth embodiment.

【図15】同第4の実施例における認識マークの形状図FIG. 15 is a shape diagram of a recognition mark according to the fourth embodiment.

【図16】同第4の実施例における認識マーク、アライ
メントマーク、回折格子の合成像を示す図
FIG. 16 is a diagram showing a combined image of the recognition mark, the alignment mark, and the diffraction grating in the fourth embodiment.

【図17】同第4の実施例における認識マーク、アライ
メントマーク、回折格子、レーザ光のスポットの合成像
FIG. 17 is a composite image of a recognition mark, an alignment mark, a diffraction grating, and a laser beam spot in the fourth embodiment.

【図18】同第4の実施例における他の位置合わせ装置
の全体構成図
FIG. 18 is an overall configuration diagram of another alignment device according to the fourth embodiment.

【図19】同第5の実施例における粗アラメント光学系
の構成図
FIG. 19 is a configuration diagram of a coarse alignment optical system in the fifth example.

【図20】同第5の実施例における遮光マークの必要性
を説明する模式図
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating the necessity of a light-shielding mark in the fifth embodiment.

【図21】同第6の実施例における認識マークの形状図FIG. 21 is a shape diagram of a recognition mark according to the sixth embodiment.

【図22】同第6の実施例におけるモアレ縞の生成図FIG. 22 is a diagram of moire fringe generation according to the sixth embodiment.

【図23】同第6の実施例におけるモアレ縞の詳細図FIG. 23 is a detailed diagram of moire fringes according to the sixth embodiment.

【図24】同第7の実施例におけるCCDの表面図FIG. 24 is a surface view of a CCD according to the seventh embodiment.

【図25】従来の位置合わせ装置の全体構成図FIG. 25 is an overall configuration diagram of a conventional alignment device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レチクル 2 第1の回折格子 3 レチクル用精密アライメント系 4 光源 5 ウェハ用精密アライメント系 6 位相比較器 7 制御系 8 ステージ 9 ウェハ 10 第2の回折格子 11 投影レンズ 12 粗アラメント系 13 第1のアライメントマーク 14 第2のアライメントマーク 15 レーザ 17 音響光学変調器 17’音響光学変調器 18 1/2λ板 19 偏光ビームスプリッタ 20 1/4λ板 21 落射光学系 22 1/2λ板 23 偏光ビームスプリッタ 24 偏光板 25 全反射ミラー 26 ビート光検出器 27 光線 28 光線 29 ビート光 30 ビーム径縮小光学系 30’ビーム径縮小光学系 31 光学系1 32 アパーチャ 33 光学系2 34 光路選択用制御系 35 ハーフミラー 36 アライメントマーク 37 レンズ 38 ミラー 40 レンズ 41 レンズ 42 認識マーク 43 レンズ 44 受像部 45 ハーフミラー 46 ハーフミラー 47 ハーフミラー 48 ハーフミラー 49 遮光マーク 50 モアレ縞 51 コヒーレント光 52 回折格子 53 回折格子 54 照明領域 55 回折光 56 スペックル光 57 反射光 58 撮像領域 59 スポット像 60 アパーチャ通過後の光線 61 回折格子 62 アパーチャを通過させない光線の照明領域 63 撮像領域 64 スポット像 65 迷光 66 認識パターン 101 X−粗アライメント系 101’Y−粗アライメント系 102 X−精密アライメント系 102’Y−精密アライメント系 200 照明光学系 201 投影用光源 202 粗アライメント用光源 203 精密アライメント用光源 204 第1の回折格子 204’第1の回折格子 205 第1のアライメントマーク 205’第1のアライメントマーク 206 レチクル 207 投影レンズ 208 照明光 209 制御系 210 ステージ 211 第2の回折格子 211’第2の回折格子 212 回折格子 213 第2のアライメントマーク 213’第2のアライメントマーク 214 ウエハ 215 認識マーク 215’認識マーク 300 ビーム縮小光学系 1 reticle 2 first diffraction grating 3 reticle precision alignment system 4 light source 5 wafer precision alignment system 6 phase comparator 7 control system 8 stage 9 wafer 10 second diffraction grating 11 projection lens 12 coarse alignment system 13 first Alignment mark 14 Second alignment mark 15 Laser 17 Acousto-optic modulator 17 'Acousto-optic modulator 18 1 / 2λ plate 19 Polarization beam splitter 20 1 / 4λ plate 21 Epi-optical system 22 1 / 2λ plate 23 Polarization beam splitter 24 Polarization Plate 25 Total reflection mirror 26 Beat light detector 27 Light beam 28 Light beam 29 Beat light 30 Beam diameter reduction optical system 30 'Beam diameter reduction optical system 31 Optical system 1 32 Aperture 33 Optical system 2 34 Optical path selection control system 35 Half mirror 36 Alignment mark 37 Lens 38 Mira 40 lens 41 lens 42 recognition mark 43 lens 44 image receiving part 45 half mirror 46 half mirror 47 half mirror 48 half mirror 49 shading mark 50 moire fringes 51 coherent light 52 diffraction grating 53 diffraction grating 54 illumination area 55 diffracted light 56 speckle light 57 Reflected light 58 Imaging area 59 Spot image 60 Light ray after passing through aperture 61 Diffraction grating 62 Illumination area of light ray not passing through aperture 63 Imaging area 64 Spot image 65 Stray light 66 Recognition pattern 101 X-coarse alignment system 101'Y-coarse alignment system 102 X-precision alignment system 102 'Y-precision alignment system 200 Illumination optical system 201 Projection light source 202 Coarse alignment light source 203 Precision alignment light source 204 First diffraction grating 204'th First diffraction mark 205 First alignment mark 205 ′ First alignment mark 206 Reticle 207 Projection lens 208 Illumination light 209 Control system 210 Stage 211 Second diffraction grating 211 ′ Second diffraction grating 212 Diffraction grating 213 Second Alignment mark 213 'Second alignment mark 214 Wafer 215 Recognition mark 215' Recognition mark 300 Beam reduction optical system

フロントページの続き (72)発明者 竹内 宏之 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 青木 新一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 杉山 吉幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内Front page continued (72) Hiroyuki Takeuchi, 3-10-1, Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Shinichiro Aoki 3--10-1, Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture No. Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Inventor Yoshiyuki Sugiyama 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1物体のパターンを第2物体に投影露
光するための露光装置であって、前記露光装置は、前記
第1物体および/または第2物体の位置合わせを行うた
めの位置合わせ装置を有し、前記位置合わせ装置は、振
動数の異なる2つのコヒーレント光で前記第1物体およ
び/または第2物体の少なくとも1つの第1のマーク部
を照明することによって得られる光信号から、前記第1
物体および第2物体の相対的位置、または前記第1物体
および/または第2物体の絶対位置を計測する検出精度
が相対的に高い精密アライメント系を有し、前記精密ア
ライメント系において、前記振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光が実質的に同一光路を通過する露光装置。
1. An exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a first object onto a second object, the exposure apparatus performing alignment for aligning the first object and / or the second object. An alignment device, wherein the alignment device comprises an optical signal obtained by illuminating at least one first mark portion of the first object and / or the second object with two coherent light beams having different frequencies, The first
The precision alignment system has a relatively high detection accuracy for measuring the relative position of the object and the second object, or the absolute position of the first object and / or the second object. An exposure apparatus in which two different coherent light beams of different wavelengths pass through substantially the same optical path.
【請求項2】 精密アライメント系において、振動数の
異なる2つのコヒーレント光の一方の光であって第1物
体および/または第2物体の第1のマーク部に入射後反
射された光の光路と、他方の光であって前記第1物体お
よび/または第2物体の第1のマーク部に入射される光
の光路とが実質的に一致することにより、前記2つのコ
ヒーレント光が実質的に同一光路を通過する請求項1記
載の露光装置。
2. In the precision alignment system, an optical path of one of two coherent light beams having different frequencies, which is reflected after entering the first mark portion of the first object and / or the second object. , The other coherent light is substantially the same as the optical path of the other light that is incident on the first mark portion of the first object and / or the second object. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure apparatus passes through an optical path.
【請求項3】 第1物体のパターンを第2物体に投影露
光するための露光装置であって、前記露光装置は、前記
第1物体および/または第2物体の位置合わせを行うた
めの位置合わせ装置を有し、前記位置合わせ装置は、振
動数の異なる2つのコヒーレント光で前記第1物体およ
び/または第2物体の少なくとも1つのマーク部を照明
することによって得られる光信号から、前記第1物体お
よび第2物体の相対的位置、または前記第1物体および
/または第2物体の相対的位置絶対位置を計測する検出
精度が相対的に高い精密アライメント系を有し、前記位
置合わせ装置は、前記振動数の異なる2つのコヒーレン
ト光が前記第1物体および/または第2物体の第1のマ
ーク部の内の少なくとも1つのマーク部のその一部を照
明するように前記コヒーレント光を制御する制御手段を
有する露光装置。
3. An exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a first object onto a second object, the exposure apparatus performing alignment for aligning the first object and / or the second object. An alignment device, the alignment device comprising: a first optical signal obtained by illuminating at least one mark portion of the first object and / or a second object with two coherent light beams having different frequencies; A precision alignment system having relatively high detection accuracy for measuring the relative position of the object and the second object, or the relative position and absolute position of the first object and / or the second object, and the alignment device, The two coherent light beams having different frequencies illuminate a part of at least one mark portion of the first mark portion of the first object and / or the second object so as to illuminate a part thereof. An exposure apparatus having control means for controlling coherent light.
【請求項4】 制御手段は、振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光が第1物体および/または第2物体の少なく
とも1つの第1のマーク部の内の特定のマーク部に制限
して照明するように制御する請求項3記載の露光装置。
4. The control means limits the illumination of two coherent light beams having different frequencies to a specific mark portion of at least one first mark portion of the first object and / or the second object. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the exposure apparatus is controlled by the method.
【請求項5】 制御手段は、振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光が第1物体および/または第2物体の第1の
マーク部の内部を照明するように制御する請求項3また
は4記載の露光装置。
5. The exposure according to claim 3, wherein the control means controls so that two coherent light beams having different frequencies illuminate the inside of the first mark portion of the first object and / or the second object. apparatus.
【請求項6】 制御手段は、振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光の光束を制限する開口手段である請求項4ま
たは5記載の露光装置。
6. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the control means is an opening means for limiting the luminous flux of two coherent light beams having different frequencies.
【請求項7】 制御手段は、振動数の異なる2つのコヒ
ーレント光の光束を制限し、前記光束の光軸と交差する
ように移動可能な開口手段である請求項6記載の露光装
置。
7. The exposure apparatus according to claim 6, wherein the control means is an opening means that restricts two light fluxes of coherent light beams having different frequencies and is movable so as to intersect the optical axis of the light fluxes.
【請求項8】 第1物体および第2物体の第1のマーク
部は、前記第1物体および第2物体に刻印された回折格
子である請求項1から7記載の露光装置。
8. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the first mark portions of the first object and the second object are diffraction gratings imprinted on the first object and the second object.
【請求項9】 更に、位置合わせ装置は、位置検出精度
が相対的に低い粗アラメント系を有し、前記粗アライメ
ント系は、前記第1物体および/または第2物体の上の
第2のマーク部と前記粗アライメント系の第3のマーク
部とを光学的に合成し、その合成像の画像認識により第
1物体および第2物体の絶対的位置合わせ、または前記
第1物体および/または第2物体の相対的位置合わせを
行う請求項1から8記載の露光装置。
9. The alignment device further includes a coarse alignment system having relatively low position detection accuracy, wherein the coarse alignment system includes a second mark on the first object and / or the second object. Part and the third mark part of the coarse alignment system are optically combined, and the first object and / or the second object is absolutely aligned by image recognition of the combined image, or the first object and / or the second object. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the relative alignment of the objects is performed.
【請求項10】 第1物体のパターンを第2物体に投影
露光するための露光装置であって、前記第1物体および
/または第2物体の位置合わせを行うための位置合わせ
装置を有し、前記位置合わせ装置は、前記第1物体およ
び第2物体の相対的位置合わせ、または前記第1物体お
よび/または第2物体の絶対的位置合わせを行なう相対
的に検出精度が低い粗アライメント系と、前記第1物体
および第2物体の相対的位置合わせ、または前記第1物
体および/または第2物体の絶対的位置合わせを行なう
検出精度が相対的に高い精密アライメント系とを有し、
前記粗アライメント系と前記精密アライメント系とが、
共通の光軸を有する光学系を備えた露光装置。
10. An exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a first object onto a second object, comprising an alignment device for aligning the first object and / or the second object, The alignment device performs relative alignment of the first object and the second object or absolute alignment of the first object and / or the second object, and a relatively low detection accuracy of a coarse alignment system, A precision alignment system having relatively high detection accuracy for performing relative alignment of the first object and the second object, or absolute alignment of the first object and / or the second object,
The coarse alignment system and the precise alignment system,
An exposure apparatus equipped with an optical system having a common optical axis.
【請求項11】 粗アライメント系は、第1および/ま
たは第2物体の粗アライメント用マーク部と精密アライ
メント用マーク部の少なくとも一部を、同一画面にとら
えて画像処理することによって、第1物体および/また
は第2物体の位置合わせを行う請求項10記載の露光装
置。
11. The coarse alignment system captures at least a part of the coarse alignment mark portion and the fine alignment mark portion of the first and / or second object on the same screen to perform image processing to obtain a first object. 11. The exposure apparatus according to claim 10, which aligns the second object and / or the second object.
【請求項12】 第1および/または第2物体の粗アラ
イメント用マーク部と精密アライメント用マーク部と
が、一体に形成されている請求項11記載の露光装置。
12. The exposure apparatus according to claim 11, wherein the rough alignment mark portion and the fine alignment mark portion of the first and / or second object are integrally formed.
【請求項13】 精密アライメント系は、コヒーレント
光を出射する光源を有し、粗アライメント系は、更に、
第1および/または第2物体の精密アライメント用マー
ク部の少なくとも前記コヒーレント光が入射する領域
を、画像処理に用いる画面から排除する排除手段を有す
る請求項11または12記載の露光装置。
13. The precision alignment system has a light source for emitting coherent light, and the coarse alignment system further comprises:
The exposure apparatus according to claim 11 or 12, further comprising an excluding unit that excludes at least a region of the precision alignment mark portion of the first and / or second object on which the coherent light is incident from a screen used for image processing.
【請求項14】 第1および/または第2物体の精密ア
ライメント用マーク部の少なくともコヒーレント光が入
射する領域を画面から排除する排除手段は、前記領域か
らの出射光の光軸に対して交差するように移動可能な遮
蔽手段である請求項13記載の露光装置。
14. Excluding means for excluding at least a region of the precision alignment mark portion of the first and / or second object on which the coherent light is incident from the screen intersects the optical axis of the light emitted from the region. 14. The exposure apparatus according to claim 13, wherein the exposure apparatus is a movable shielding unit.
【請求項15】 遮蔽手段は、透明基板上に形成された
遮蔽マークである請求項14記載の露光装置。
15. The exposure apparatus according to claim 14, wherein the shielding means is a shielding mark formed on the transparent substrate.
【請求項16】 第1物体のパターンを第2物体に投影
露光するための露光装置であって、モアレ縞を利用して
前記第1物体および第2物体の相対的位置合わせ、また
は前記第1物体および/または第2物体の絶対的位置合
わせを行うための位置合わせ装置を有する露光装置。
16. An exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a first object onto a second object, wherein the first object and the second object are relatively aligned using moire fringes, or the first object. An exposure apparatus having an alignment device for performing absolute alignment of an object and / or a second object.
【請求項17】 更に、露光装置は、モアレ縞の形状を
検出することにより投影レンズの投影倍率を検出し、前
記投影レンズの投影倍率が実質的に一定となるように投
影レンズの投影倍率を制御する手段を有する請求項16
記載の露光装置。
17. The exposure apparatus further detects the projection magnification of the projection lens by detecting the shape of the moire fringes, and adjusts the projection magnification of the projection lens so that the projection magnification of the projection lens becomes substantially constant. 17. A means for controlling, comprising:
The exposure apparatus described.
【請求項18】 更に、位置合わせ装置は、相対的に検
出精度が低い粗アラメント系を有し、モアレ縞は、第1
物体および/または第2物体に設けられた第1のマーク
部と、前記粗アライメント系に設けられた第2のマーク
部によって形成される請求項16または17記載の露光
装置。
18. The alignment device has a coarse alignment system with relatively low detection accuracy, and the moire fringes are the first one.
The exposure apparatus according to claim 16 or 17, which is formed by a first mark portion provided on the object and / or a second object and a second mark portion provided on the rough alignment system.
【請求項19】 更に、粗アライメント装置は、第1物
体および/または第2物体に設けられた第1のマーク部
からの出射光を撮像する撮像手段を有し、第2のマーク
部は前記撮像手段に形成される請求項18記載の露光装
置。
19. The coarse alignment device further includes an image pickup means for picking up light emitted from a first mark portion provided on the first object and / or the second object, and the second mark portion is the above-mentioned image pickup means. 19. The exposure apparatus according to claim 18, which is formed on the imaging means.
【請求項20】 撮像手段は、画素が2次元状に配列さ
れたCCDである請求項19記載の露光装置。
20. The exposure apparatus according to claim 19, wherein the image pickup means is a CCD in which pixels are two-dimensionally arranged.
【請求項21】 第1物体および/または第2物体に設
けられた第1のマーク部と、前記粗アライメント系に設
けられた第2のマーク部は、ともに少なくとも一部に直
線部を有する形状であり、前記第1のマーク部と第2の
マーク部の直線部は略同一方向に延在する請求項20記
載の露光装置。
21. The first mark portion provided on the first object and / or the second object and the second mark portion provided on the rough alignment system both have a linear portion at least in part. 21. The exposure apparatus according to claim 20, wherein the linear portions of the first mark portion and the second mark portion extend in substantially the same direction.
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