JPH06260389A - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JPH06260389A
JPH06260389A JP5044773A JP4477393A JPH06260389A JP H06260389 A JPH06260389 A JP H06260389A JP 5044773 A JP5044773 A JP 5044773A JP 4477393 A JP4477393 A JP 4477393A JP H06260389 A JPH06260389 A JP H06260389A
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JP
Japan
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light
alignment
optical system
chromatic aberration
substrate
Prior art date
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Withdrawn
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JP5044773A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Ota
和哉 太田
Hideo Mizutani
英夫 水谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To simplify the configuration of an alignment optical system and at the same time reduce load of a projection optical system in terms of designing and structure. CONSTITUTION:Wafer illumination light WB1-WB4 from an alignment optical system 1 enter a projection optical system 5 via a dichroic mirror 3, a reticle window 34 etc. of a reticle 4 and wafer illumination light WB1-WB4 enter a wafer mark 37 on a wafer 6 while axial color aberration difference is compensated by axial aberration difference control elements on each aberration control plate 10. Detection light WB1 (+1) and WB2(-1), detection light WB3(+2) and WB4(-2) from the wafer mark 37 return to an alignment optical system 1 via the projection optical system 5 and the reticle window 35 of the reticle 4 without causing color aberration to be compensated.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレチクル上に形
成されたパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写
する投影露光装置のアライメント(位置合わせ)装置に
関し、特に、パターンを転写するための露光光と異なる
波長のアライメント光により、レチクルとウエハとの相
対的な位置合わせを行うアライメント装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus for a projection exposure apparatus for transferring a pattern formed on a reticle onto a wafer via a projection optical system, and more particularly to transferring a pattern. The present invention relates to an alignment apparatus that performs relative alignment between a reticle and a wafer by using alignment light having a wavelength different from that of the exposure light.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をリソグ
ラフィ工程で製造する際に、露光光のもとでフォトマス
ク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)のパタ
ーンを投影光学系を介して感光材が塗布された基板(ウ
エハ、ガラスプレート等)上に転写する投影露光装置が
使用されている。半導体素子の製造を例に取ると、一般
に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回路パターンを重
ねて形成されるため、半導体素子を高い歩留まりで製造
するためには、ウエハ上の前層の回路パターンとこれか
ら転写するレチクルのパターンとの重ね合わせ精度を所
定の許容範囲内に収める必要がある。そのため、投影露
光装置には、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ
するためのアライメント装置が備えられている。
2. Description of the Related Art When a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like is manufactured by a lithography process, a pattern of a photomask or reticle (hereinafter referred to as "reticle") is exposed under exposure light through a projection optical system. A projection exposure apparatus is used in which a material is applied and transferred onto a substrate (wafer, glass plate, or the like). Taking manufacturing of a semiconductor device as an example, generally, a semiconductor device is formed by stacking a plurality of layers of circuit patterns on a wafer. Therefore, in order to manufacture a semiconductor device with a high yield, a circuit of a previous layer on the wafer is manufactured. It is necessary to keep the overlay accuracy of the pattern and the pattern of the reticle to be transferred from now on within a predetermined allowable range. Therefore, the projection exposure apparatus is provided with an alignment device for aligning the reticle and the wafer with high accuracy.

【0003】従来のアライメント装置の中では、投影光
学系を介してレチクルとウエハとの相対位置を直接合わ
せるTTR(スルー・ザ・レチクル)方式の装置が、原
理的に最も高い精度が実現できるものとして期待されて
いる。また、アライメント装置においては、ウエハ上に
塗布されたフォトレジストが感光しないように、アライ
メント光として、露光光の波長と異なる波長の光を用い
ることが要求される。しかしながら、アライメント光の
波長が露光光の波長と異なる場合には、アライメント光
に対して投影光学系で色収差が発生する問題があり、こ
の色収差を補正するようにしたアライメント装置が、特
開平3−3224号公報、特公平1−40490号公報
等で提案されている。
Among the conventional alignment apparatuses, the TTR (Through the Reticle) type apparatus for directly aligning the relative position between the reticle and the wafer through the projection optical system can realize the highest accuracy in principle. Is expected as. Further, in the alignment apparatus, it is required to use light having a wavelength different from the wavelength of the exposure light as the alignment light so that the photoresist coated on the wafer is not exposed to light. However, when the wavelength of the alignment light is different from the wavelength of the exposure light, there is a problem that chromatic aberration occurs in the projection optical system with respect to the alignment light, and an alignment apparatus that corrects this chromatic aberration is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. It is proposed in Japanese Patent No. 3224, Japanese Patent Publication No. 1-40490, and the like.

【0004】先ず、特開平3−3224号公報で開示さ
れたアライメント装置は、投影光学系の入射瞳の位置の
光軸中心に1枚の補正レンズを配置することにより、露
光光の波長とアライメント光の波長との間の色収差を補
正している。これにより、ウエハ上のアライメントマー
ク(ウエハマーク)からの±1次回折光を検出してアラ
イメントを行っている。
First, in the alignment apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-3224, the wavelength of the exposure light and the alignment are aligned by disposing one correction lens at the center of the optical axis at the position of the entrance pupil of the projection optical system. It corrects chromatic aberration with respect to the wavelength of light. Thereby, the ± 1st-order diffracted light from the alignment mark (wafer mark) on the wafer is detected to perform the alignment.

【0005】また、特公平1−40490号公報で開示
されたアライメント装置は、レチクルと投影光学系との
間の露光光路外あるいは露光光路内に補正光学系を配置
し、アライメント光が投影光学系を介することによる色
収差を補正している。そして、投影光学系を介してウエ
ハ上に形成されるレチクルマーク(レチクル上のアライ
メントマーク)の像とウエハマークとを検出して、レチ
クルとウエハとのアライメントを行っている。
In the alignment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-40490, a correction optical system is arranged outside or inside the exposure optical path between the reticle and the projection optical system, and the alignment light is projected onto the projection optical system. To correct chromatic aberration. Then, the image of the reticle mark (alignment mark on the reticle) formed on the wafer and the wafer mark are detected through the projection optical system, and the reticle and the wafer are aligned.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く特開平3−
3224号公報で開示されたアライメント装置では、投
影光学系の入射瞳の中心に配置された色収差補正用の補
正レンズは、露光光に対して悪影響を及ぼさない程度に
小さく構成されている。しかしながら、アライメントイ
精度を向上させるためには、ウエハマークを構成する回
折格子のピッチをより微細にする必要がある。そこで、
ウエハマークを構成する回折格子のピッチを小さくする
と、投影光学系の入射瞳では、検出光としての±1次回
折光の間隔が広がるため、補正レンズを大きくしなけれ
ばならなくなる。その結果として、補正レンズが露光光
に対して及ぼす影響は無視できなくなり、より高精度な
アライメントを行う用途には対応できないという不都合
があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the alignment apparatus disclosed in Japanese Patent No. 3224, the correction lens for correcting chromatic aberration, which is arranged at the center of the entrance pupil of the projection optical system, is small enough not to adversely affect the exposure light. However, in order to improve the alignment accuracy, it is necessary to make the pitch of the diffraction grating forming the wafer mark finer. Therefore,
If the pitch of the diffraction grating that forms the wafer mark is reduced, the distance between the ± first-order diffracted lights as the detection light is increased in the entrance pupil of the projection optical system, and the correction lens must be increased. As a result, the influence of the correction lens on the exposure light cannot be ignored, and there is the inconvenience that it cannot be applied to applications for performing more accurate alignment.

【0007】更に、アライメントマークの段差やデュー
ティ比の条件によっては、±1次回折光の強度が著しく
弱くなることがあるが、この場合は高次の回折光を利用
することが有効である。しかしながら、高次の回折光を
利用する場合には、補正レンズの径が大きくなり、露光
光に対して及ぼす影響が無視できなくなるため、特開平
3−3224号公報で開示されたアライメント装置で
は、高次の回折光を利用することができなかった。
Further, the intensity of the ± 1st-order diffracted light may be significantly weakened depending on the condition of the step of the alignment mark and the duty ratio. In this case, it is effective to use the higher-order diffracted light. However, when high-order diffracted light is used, the diameter of the correction lens becomes large and the influence on the exposure light cannot be ignored. Therefore, in the alignment apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-3224, The higher order diffracted light could not be used.

【0008】また、上述の如く特公平1−40490号
公報で開示されたアライメント装置では、レチクルと投
影レンズとの間の露光光路外あるいは露光光路内に補正
光学系を配置することによって、投影光学系の軸上色収
差を補正することが原理的に可能となっている。しかし
ながら、アライメント光の波長は露光光の波長より長い
ため、投影光学系を介してウエハマークの像を見ると、
投影光学系の横方向の色収差によって、レチクル上では
露光領域内にウエハマーク像が入り込んでしまうという
不都合が生じる。この不都合を避ける方法として、レチ
クルと投影光学系との間での露光光路外に傾角可変な平
行平面板を設け、投影光学系の横方向の色収差を補正し
てウエハマーク像を露光領域外へにシフトさせる方法が
考えられる。ところが、今度はこの平行平面板が露光光
の一部を遮光してしまうため、この方法では十分な対応
できない。
Further, in the alignment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-40490 as described above, the correction optical system is arranged outside or inside the exposure light path between the reticle and the projection lens, so that the projection optical system is provided. In principle, it is possible to correct the axial chromatic aberration of the system. However, since the wavelength of the alignment light is longer than the wavelength of the exposure light, seeing the image of the wafer mark through the projection optical system,
Due to the lateral chromatic aberration of the projection optical system, there arises a disadvantage that the wafer mark image is included in the exposure area on the reticle. As a method of avoiding this inconvenience, a parallel plane plate with a variable tilt angle is provided outside the exposure optical path between the reticle and the projection optical system, and lateral chromatic aberration of the projection optical system is corrected to bring the wafer mark image out of the exposure area. The method of shifting to. However, this parallel flat plate blocks a part of the exposure light this time, and this method cannot sufficiently deal with the problem.

【0009】かと言って、異なる2波長の光(露光光及
びアライメント光)に対して色収差(軸上色収差と横方
向色収差)の無い投影光学系を実現することは、設計上
及び製造上で共に非常に困難である。特に、エキシマレ
ーザ光源を露光光の光源に用いる露光装置では、投影光
学系の硝材が石英、蛍石等に限られているため、前記色
収差は水銀ランプの輝線(g線、i線等)を露光光とす
る露光装置に比べて、数十倍にも及ぶ。
However, to realize a projection optical system free of chromatic aberration (axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration) with respect to light of two different wavelengths (exposure light and alignment light), both in terms of design and manufacturing. Very difficult. Particularly, in an exposure apparatus that uses an excimer laser light source as a light source for exposure light, since the glass material of the projection optical system is limited to quartz, fluorite, and the like, the chromatic aberration causes the bright line (g line, i line, etc.) of the mercury lamp to occur. Compared to an exposure device that uses exposure light, it reaches several tens of times.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構成で投
影光学系の軸上色収差及び/又は横方向の色収差を制御
できるようにすることにより、アライメント光学系の構
成を単純化すると共に、投影光学系の設計及び製造上の
負荷を与えない高性能なアライメント装置を提供するこ
とを目的とする。なお、本発明で言う横方向の色収差と
は、投影光学系を通過することによってガウス像面上で
結像する露光光と同じ波長の軸外光と、投影光学系を通
過することによって上記ガウス像面又はこれの前後で結
像する露光光とは別波長のアライメント光と、の双方の
主光線が上記ガウス像面上で交差する各交差位置間の位
置ずれにより定義されるものである。
In view of the above point, the present invention simplifies the configuration of the alignment optical system by making it possible to control the axial chromatic aberration and / or the lateral chromatic aberration of the projection optical system with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a high-performance alignment device that does not impose a load on the design and manufacturing of the projection optical system. The lateral chromatic aberration referred to in the present invention means the off-axis light having the same wavelength as the exposure light which is imaged on the Gaussian image plane by passing through the projection optical system, and the above-mentioned Gaussian light when passing through the projection optical system. It is defined by the positional deviation between the intersecting positions where the chief rays of both the exposure light that forms an image on the image plane or before and after the exposure light and that has a different wavelength from the exposure light intersect on the Gaussian image plane.

【0011】また、投影光学系を通過することによって
ガウス像面上で結像する露光光と同じ波長の軸外光にお
ける主光線が上記ガウス像面で交差する交差位置から、
上記ガウス像面上での投影光学系の光軸位置までの距離
をδ1 、投影光学系を通過することによって、上記ガウ
ス像面又はこれの前後で結像する露光光とは別波長のア
ライメント光における主光線が上記ガウス像面で交差す
る交差位置から、上記ガウス像面上での投影光学系の光
軸位置までの距離をδ2 とするとき、横方向の色収差量
△Tは次式によって定義される。 △T=|δ2 −δ1 | (1)
Further, from the crossing position where the chief ray in the off-axis light having the same wavelength as the exposure light imaged on the Gauss image plane by passing through the projection optical system intersects on the Gauss image plane,
The distance to the optical axis position of the projection optical system on the Gaussian image plane is δ 1 , and by passing through the projection optical system, alignment of a different wavelength from the exposure light imaged on the Gaussian image plane or before and after the Gaussian image plane. When the distance from the crossing position where the chief ray of light crosses the Gaussian image plane to the optical axis position of the projection optical system on the Gaussian image plane is δ 2 , the lateral chromatic aberration amount ΔT is Defined by ΔT = | δ 2 −δ 1 | (1)

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】発明による第1のアライ
メント装置は、例えば図1〜図6に示すように、マスク
(4)上に形成されたパターンを、露光光のもとで投影
光学系(5)を介して2次元的に移動自在なステージ
(8,9)上の基板(6)上に投影露光する投影露光装
置に設けられ、マスク(4)と基板(6)との相対的な
位置ずれをその露光光とは異なる波長のアライメント光
で検出するアライメント装置において、マスク(4)上
に形成された格子状のアライメントマーク(36)に対
し、そのアライメント光として互いに周波数がΔf1
け異なる可干渉な2光束(RB1 ,RB2 )を、それぞ
れ異なる方向から照射する第1の光照射手段(1)と、
マスク(4)上に形成された格子状のアライメントマー
ク(36)に対し、そのアライメント光として互いに周
波数がΔf1 と異なるΔf2 だけ異なる可干渉な2光束
(RB3 ,RB4 )を、それぞれ異なる方向から照射す
る第2の光照射手段(1)と、基板(6)上に形成され
た格子状のアライメントマーク(37)に対し、マスク
(4)及び投影光学系(5)を介して、そのアライメン
ト光として互いに周波数がΔf1 だけ異なる可干渉な2
光束(WB1 ,WB2 )を、それぞれ異なる方向から照
射する第3の光照射手段(1)と、基板(6)上に形成
された格子状のアライメントマーク(37)に対し、マ
スク(4)及び投影光学系(5)を介して、そのアライ
メント光として互いに周波数がΔf2 だけ異なる可干渉
な2光束(WB3 ,WB4 )を、それぞれ異なる方向か
ら照射する第4の光照射手段(1)とを有する。
A first alignment apparatus according to the present invention uses a projection optical system for projecting a pattern formed on a mask (4) under exposure light as shown in FIGS. 1 to 6, for example. It is provided in a projection exposure apparatus that projects and exposes on a substrate (6) on a stage (8, 9) which is two-dimensionally movable via (5), and the mask (4) and the substrate (6) are relative to each other. In an alignment apparatus that detects a large positional deviation with alignment light having a wavelength different from that of the exposure light, the lattice-shaped alignment marks (36) formed on the mask (4) have frequencies Δf 1 as the alignment light. A first light irradiating means (1) for irradiating two different coherent light fluxes (RB 1 , RB 2 ) respectively from different directions,
Two coherent light beams (RB 3 and RB 4 ) having different frequencies from each other by Δf 2 different from each other as Δf 1 are generated as alignment light for the lattice-shaped alignment mark (36) formed on the mask (4). The second light irradiation means (1) for irradiating from different directions and the lattice-shaped alignment marks (37) formed on the substrate (6) are passed through the mask (4) and the projection optical system (5). , The coherent light whose frequencies are different from each other by Δf 1 as the alignment light
The mask (4) is applied to the third light irradiation means (1) for irradiating the light fluxes (WB 1 and WB 2 ) from different directions and the grid-like alignment marks (37) formed on the substrate (6). ) And the projection optical system (5), as the alignment light, a coherent two light beams (WB 3 , WB 4 ) whose frequencies are different from each other by Δf 2 are irradiated from different directions. 1) and.

【0013】更に本発明は、投影光学系(5)中の瞳面
又はこの近傍の面上で、その第3の光照射手段からの2
光束及びその第4の光照射手段からの2光束が通過する
領域に配置され、それぞれその第3の光照射手段からの
光束及びその第4の光照射手段からの光束に対する投影
光学系(5)の軸上色収差を所定の値に制御する照射光
制御手段(G11A〜G11D)と、それぞれマスク(4)
上のアライメントマーク(36)により同一方向に回折
される2光束よりなる2組以上の光束(RB1(+1),RB
2(-1) とRB3(+2),RB4(-2))を検出する第1の検出手
段(1)と、それぞれ基板(6)上のアライメントマー
ク(37)により同一方向に回折される2光束よりなる
2組以上の光束(WB1(+1),WB2(-1) とWB3(+2),W
4(-2))を検出する第2の検出手段(1)と、その第1
の検出手段及びその第2の検出手段から得られる検出信
号の内の周波数Δf1 の成分同士の位相を比較する第1
の位相比較手段(53)と、その第1の検出手段及びそ
の第2の検出手段から得られる検出信号の内の周波数Δ
2 の成分同士の位相を比較する第2の位相比較手段
(54)と、これら2つの位相比較手段によってそれぞ
れ得られた位相差に基づいてマスク(4)と基板(6)
との相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段
(57)とを有するものである。
Further, according to the present invention, on the pupil plane in the projection optical system (5) or on a plane in the vicinity thereof, the light from the third light irradiating means is provided.
A projection optical system (5) arranged in a region through which the light flux and the two light fluxes from the fourth light irradiation means pass, and for the light flux from the third light irradiation means and the light flux from the fourth light irradiation means, respectively. Irradiation light control means (G1 1A to G1 1D ) for controlling the on-axis chromatic aberration to a predetermined value, and the mask (4), respectively.
Two or more sets of light fluxes (RB 1 (+1), RB) consisting of two light fluxes diffracted in the same direction by the alignment mark (36) above.
Diffract in the same direction by the first detection means (1) for detecting 2 (-1) and RB 3 (+2), RB 4 (-2)) and the alignment mark (37) on the substrate (6). Two or more pairs of light fluxes (WB 1 (+1), WB 2 (-1) and WB 3 (+2), W
B 4 (-2)) second detecting means (1) and its first
Comparing the phases of the components of the frequency Δf 1 in the detection signals obtained from the detecting means and the second detecting means.
Of the phase comparison means (53) and the detection signals obtained from the first detection means and the second detection means thereof.
Second phase comparing means (54) for comparing the phases of the components of f 2 and the mask (4) and the substrate (6) based on the phase differences respectively obtained by these two phase comparing means.
And a positional deviation detecting means (57) for detecting a relative positional deviation amount with respect to.

【0014】この場合、基板(6)上のアライメントマ
ーク(37)上にその第3の光照射手段から照射される
2光束(WB1 ,WB2 )による計測方向と、基板
(6)上のアライメントマーク(37)上にその第4の
光照射手段から照射される2光束(WB3 ,WB4 )に
よる計測方向とが直交していてもよい。また、本発明の
第2のアライメント装置は、例えば図11〜図14に示
すように、マスク(4)上に形成されたパターンを、露
光光のもとで投影光学系(5)を介して2次元的に移動
自在なステージ(8,9)上の基板(6)上に投影露光
する投影露光装置に設けられ、マスク(4)と基板
(6)との相対的な位置ずれをその露光光とは異なる波
長のアライメント光で検出するアライメント装置におい
て、マスク(4)上に形成された格子状のアライメント
マーク(41)に対し、そのアライメント光として互い
に周波数がΔf1 だけ異なる可干渉な2光束(RB1
RB2 )を、それぞれ異なる方向から照射する第1の光
照射手段(1)と、マスク(4)上に形成された格子状
のアライメントマーク(41)に対し、そのアライメン
ト光として互いに周波数がΔf1 と異なるΔf2 だけ異
なる可干渉な2光束(RB3 ,RB4 )を、それぞれ異
なる方向から照射する第2の光照射手段(1)と、基板
(6)上に形成された格子状のアライメントマーク(3
7)に対し、マスク(4)及び投影光学系(5)を介し
て、そのアライメント光として互いに周波数がΔf1
け異なる可干渉な2光束(WB1 ,WB2 )を、それぞ
れ異なる方向から照射する第3の光照射手段(1)と、
基板(6)上に形成された格子状のアライメントマーク
(37)に対し、マスク(6)及び投影光学系(5)を
介して、そのアライメント光として互いに周波数がΔf
2 だけ異なる可干渉な2光束(WB3 ,WB4 )を、そ
れぞれ異なる方向から照射する第4の光照射手段(1)
とを有する。
In this case, the alignment mark (37) on the substrate (6) is measured by the two light beams (WB 1 , WB 2 ) emitted from the third light emitting means, and the alignment mark (37) on the substrate (6). The alignment mark (37) may be orthogonal to the measurement direction of the two light beams (WB 3 , WB 4 ) emitted from the fourth light emitting means. Further, the second alignment apparatus of the present invention, as shown in, for example, FIGS. 11 to 14, passes a pattern formed on the mask (4) through the projection optical system (5) under exposure light. It is provided in a projection exposure apparatus that projects and exposes onto a substrate (6) on a stage (8, 9) that is two-dimensionally movable, and exposes the relative displacement between the mask (4) and the substrate (6). In an alignment apparatus that detects alignment light having a wavelength different from that of light, the alignment marks (41) formed on the mask (4) have a coherent frequency difference of Δf 1 as the alignment light. Luminous flux (RB 1 ,
The first light irradiating means (1) for irradiating RB 2 ) from different directions and the lattice-like alignment mark (41) formed on the mask (4) have mutually different frequencies Δf as alignment light. Second light irradiating means (1) for irradiating two coherent light fluxes (RB 3 , RB 4 ) different from each other by Δf 2 different from 1, and a grid-like pattern formed on the substrate (6). Alignment mark (3
For 7), through the mask (4) and the projection optical system (5), two coherent light beams (WB 1 , WB 2 ) having different frequencies by Δf 1 are emitted as alignment light from different directions. Third light irradiation means (1) for
The alignment marks (37) in the form of a grid formed on the substrate (6) have a frequency of Δf as alignment light through the mask (6) and the projection optical system (5).
Only two different two coherent light beams (WB 3, WB 4), the fourth light irradiating means for irradiating from different directions (1)
Have and.

【0015】更に本発明は、投影光学系(5)中の瞳面
又はこの近傍の面上で、その第3の光照射手段からの2
光束及びその第4の光照射手段からの2光束が通過する
領域に配置され、それぞれその第3の光照射手段からの
光束及びその第4の光照射手段からの光束に対する投影
光学系(5)の横方向の色収差を所定の値に制御する照
射光制御手段(G31A〜G31D)と、投影光学系(5)
中の瞳面又はこの近傍の面上で、それぞれ基板(6)上
のアライメントマーク(37)から同一方向に回折され
る2光束よりなる2組以上の光束が通過する領域に配置
され、それぞれ基板(6)上のアライメントマーク(3
7)からの光束に対して所定量の横方向の色収差を発生
させる検出光制御手段(G31E)と、それぞれマスク
(4)上のアライメントマーク(41)により同一方向
に回折される2光束よりなる2組以上の光束(RB1(+
1),RB2(-1) とRB3(+2),RB4(-2))を検出する第1
の検出手段(1)と、それぞれ基板(6)上のアライメ
ントマーク(37)により同一方向に回折される2光束
よりなる2組以上の光束(WB1(+1),WB2(-1) とWB
3(+2),WB4(-2))を検出する第2の検出手段(1)と、
その第1の検出手段及びその第2の検出手段から得られ
る検出信号の内の周波数Δf1 の成分の位相を比較する
第1の位相比較手段と、その第1の検出手段及び前記第
2の検出手段から得られる検出信号の内の周波数Δf2
の成分の位相を比較する第2の位相比較手段と、これら
2つの位相比較手段により得られた位相差に基づいてマ
スク(4)と基板(6)との相対的な位置ずれ量を検出
する位置ずれ検出手段とを有するものである。
The present invention further relates to the pupil plane in the projection optical system (5).
Or, on the surface in the vicinity thereof, 2 from the third light irradiation means.
The light flux and the two light fluxes from the fourth light irradiation means pass therethrough.
The third light irradiating means arranged respectively in the areas.
Projection of luminous flux and its luminous flux from the fourth light irradiation means
An illumination for controlling the lateral chromatic aberration of the optical system (5) to a predetermined value.
Emission control means (G31A~ G31D) And projection optical system (5)
On the substrate (6) on the inner pupil plane or the plane near this plane, respectively.
Diffracted in the same direction from the alignment mark (37) of
Placed in an area where two or more sets of two light fluxes
Alignment marks (3
Generates a certain amount of lateral chromatic aberration for the light flux from 7)
Detection light control means (G31E) And a mask
(4) Alignment mark (41) on the same direction
Two or more light fluxes (RB1(+
1), RB2(-1) and RB3(+2), RBFourThe first to detect (-2))
Detection means (1) and aligning means on the substrate (6) respectively.
Two light beams diffracted in the same direction by the dot mark (37)
2 or more sets of luminous flux (WB1(+1), WB2(-1) and WB
3(+2), WBFourSecond detecting means (1) for detecting (-2)),
Obtained from the first detection means and the second detection means
Frequency Δf of the detected signal1 Compare the phases of the components of
First phase comparing means, first detecting means thereof, and the first
Frequency Δf of the detection signals obtained from the second detection means2 
Second phase comparing means for comparing the phases of the components of
Based on the phase difference obtained by the two phase comparison means,
Detects the amount of relative displacement between the disk (4) and the substrate (6)
And a position shift detecting means for performing the above.

【0016】この場合、その照射光制御手段が、その第
3の光照射手段からの光束及びその第4の光照射手段か
らの光束に対する投影光学系(5)の軸上色収差をも所
定の値に制御し、その検出光制御手段が、基板(6)上
のアライメントマーク(37)からの光束に対する投影
光学系(5)の軸上色収差もを所定の値に制御すること
が望ましい。
In this case, the irradiation light control means also sets the axial chromatic aberration of the projection optical system (5) for the light flux from the third light irradiation means and the light flux from the fourth light irradiation means to a predetermined value. It is preferable that the detection light control means controls the axial chromatic aberration of the projection optical system (5) with respect to the light flux from the alignment mark (37) on the substrate (6) to a predetermined value.

【0017】また、基板(6)上のアライメントマーク
(37)上にその第3の光照射手段から照射される2光
束による計測方向と、基板(6)上のアライメントマー
ク(37)上にその第4の光照射手段から照射される2
光束による計測方向とが直交しても良い。
Further, the alignment mark (37) on the substrate (6) is measured on the alignment mark (37) on the substrate (6) and the measurement direction by the two light beams emitted from the third light emitting means. 2 emitted from the fourth light emitting means
The measurement direction by the light flux may be orthogonal.

【0018】[0018]

【作用】斯かる本発明の第1のアライメント装置におい
て、1組のアライメント光としての2光束は、投影光学
系(5)の瞳面又はその近傍を通過する際、互いに空間
的に離れた位置を通過する。その間隔は、基板(6)の
アライメントマーク(37)に照射される際に2光束の
成す角度θが大きくなるほど拡がる。一方、格子状のア
ライメントマーク(37)によって発生する回折光の角
度は、格子ピッチPに反比例するが、例えば2光束の±
1次回折光が同一方向に発生するためにそれら2光束が
なす角度θ1 の条件は、アライメント光の波長をλとす
れば、次のようになる。
In the first alignment apparatus of the present invention, when the two light fluxes as one set of alignment light pass through the pupil plane of the projection optical system (5) or its vicinity, they are spatially separated from each other. Pass through. The interval becomes wider as the angle θ formed by the two light fluxes when the alignment mark (37) of the substrate (6) is irradiated becomes larger. On the other hand, the angle of the diffracted light generated by the lattice-shaped alignment mark (37) is inversely proportional to the lattice pitch P.
The condition of the angle θ 1 formed by the two light fluxes because the first-order diffracted light is generated in the same direction is as follows, where λ is the wavelength of the alignment light.

【0019】sin(θ1 /2)=λ/P (2) これに対し、アライメントマーク(37)に照射される
2光束の±2次回折光が同一方向に発生するためにそれ
ら2光束がなす角度θ2 の条件は、次のようになる。 sin(θ2 /2)=2λ/P (3) 即ち、投影光学系(5)の瞳面の近傍を通過する際の2
光束の間隔は2倍に拡がってしまう。従って、仮にその
瞳面に補正レンズを入れる場合は、±1次回折光のみを
検出するときに比べてレンズ径が2倍必要となり、面積
比では4倍になってしまう。
[0019] sin (θ 1/2) = λ / P (2) In contrast, ± 2-order diffracted light of the two beams to be irradiated on the alignment mark (37) is formed by those two beams in order to generate the same direction The condition for the angle θ 2 is as follows. sin (θ 2/2) = 2λ / P (3) i.e., 2 when passing through the vicinity of the pupil plane of the projection optical system (5)
The spacing of the light flux will be doubled. Therefore, if a correction lens is inserted in the pupil plane, the lens diameter needs to be twice as large as when only the ± 1st order diffracted light is detected, and the area ratio becomes four times.

【0020】これに対して本発明では、色収差制御手段
で色収差を制御するようにしているので、それぞれ2光
束からなるアライメント光の組(WB1 ,WB2 とWB
3 ,WB4 )の数に応じて色収差制御手段の数を増やす
だけで良い。従って、個々の色収差制御手段の面積は同
じでよいため、アライメント光の2組の場合には、色収
差制御手段の面積は2倍になるだけで済む。そして、第
1のマスク側の2光束(RB1 ,RB2 )から検出され
るマスク(4)の位置と第1の基板側の2光束(WB
1 ,WB2 )から検出される基板(6)の位置との差か
ら、マスク(4)と基板(6)との第1の位置ずれが求
められ、第2のマスク側の2光束(RB3,RB4 )か
ら検出されるマスク(4)の位置と第2の基板側の2光
束(WB3,WB4 )から検出される基板(6)の位置
との差から、マスク(4)と基板(6)との第2の位置
ずれが求められる。そして、位置ずれ検出手段で例えば
それら複数の位置ずれ量の加重平均等を求めることによ
り、基板(6)のアライメントマーク(37)からの±
1次回折光が弱い場合でも、マスク(4)と基板(6)
との位置ずれが正確に求められる。
On the other hand, in the present invention, since the chromatic aberration is controlled by the chromatic aberration control means, a set of alignment lights (WB 1 , WB 2 and WB) each consisting of two light fluxes is used.
3 and WB 4 ), it is only necessary to increase the number of chromatic aberration control means. Therefore, since the areas of the individual chromatic aberration control means may be the same, in the case of two sets of alignment light, the area of the chromatic aberration control means need only be doubled. The position of the mask (4) detected from the two light beams (RB 1 , RB 2 ) on the first mask side and the two light beams (WB on the first substrate side (WB
1 , WB 2 ) from the position of the substrate (6) detected by the first displacement of the mask (4) and the substrate (6), and the second light flux (RB) on the second mask side (RB). 3 , RB 4 ) and the position of the substrate (6) detected from the two light beams (WB 3 , WB 4 ) on the second substrate side, the mask (4) is detected. A second misalignment between the substrate and the substrate (6) is obtained. Then, for example, by calculating a weighted average of the plurality of positional deviation amounts by the positional deviation detection means, the ± from the alignment mark (37) of the substrate (6) is determined.
Mask (4) and substrate (6) even when the first-order diffracted light is weak
The positional shift between and is accurately obtained.

【0021】また、第1の2光束(WB1 ,WB2 )に
よる基板(6)上の計測方向と、第2の2光束(WB
3 ,WB4 )による基板(6)上の計測方向とが直交し
ている場合には、1つのアライメント装置で例えばX方
向及びY方向の位置ずれ量を同時に検出することができ
る。この場合、基板(6)側のアライメントマークに照
射されるアライメント光に対する投影光学系(5)の軸
上色収差を制御することができるので、マスク(4)側
のアライメントマークにアライメント光を照射する光照
射手段と、基板(6)側のアライメントマークにアライ
メント光を照射する光照射手段とをかなりの部分で共通
化できる。
The measurement direction on the substrate (6) by the first two light fluxes (WB 1 , WB 2 ) and the second two light fluxes (WB
When the measurement directions on the substrate (6) by ( 3 , WB 4 ) are orthogonal to each other, one alignment device can simultaneously detect the positional deviation amounts in the X direction and the Y direction, for example. In this case, since the axial chromatic aberration of the projection optical system (5) with respect to the alignment light with which the alignment mark on the substrate (6) side is irradiated can be controlled, the alignment light on the mask (4) side is irradiated with the alignment light. The light irradiating means and the light irradiating means for irradiating the alignment mark on the substrate (6) side with the alignment light can be shared in a considerable part.

【0022】また、本発明の第2のアライメント装置に
よれば、基板(6)のアライメントマークに対する照明
光とこのアライメントマークからの検出光との両方に対
して、投影光学系(5)の横方向の色収差を制御する手
段が設けられている。従って、アライメント光がマスク
(4)を経由する点を露光領域外にすると共に、基板
(6)側のアライメントマークを露光領域内に設定する
ことができる。これにより、基板(6)側のアライメン
トマークに露光光が当たらないようにマスク(4)側に
遮光帯を設けることが可能となり、基板(6)上のレイ
ヤ毎のアライメントマークの打ち替え回数を低減するこ
とができる。また、その横方向の色収差制御量は自由に
調整できるため、投影光学系の設計の負担を軽くするこ
とができる。
Further, according to the second alignment apparatus of the present invention, the projection optical system (5) is laterally moved with respect to both the illumination light with respect to the alignment mark of the substrate (6) and the detection light from this alignment mark. Means are provided for controlling directional chromatic aberration. Therefore, it is possible to set the point where the alignment light passes through the mask (4) outside the exposure area and set the alignment mark on the substrate (6) side within the exposure area. This makes it possible to provide a light-shielding band on the mask (4) side so that exposure light does not strike the alignment marks on the substrate (6) side, and the alignment mark replacement count for each layer on the substrate (6) can be changed. It can be reduced. In addition, since the lateral chromatic aberration control amount can be freely adjusted, the burden of designing the projection optical system can be reduced.

【0023】この場合、更に軸方向の色収差の制御機能
を持たせることにより、マスク(4)用のアライメント
光の光学系と基板(6)用のアライメント光の光学系と
をかなりの部分で共通化できる。また、この場合におい
ても、第1の2光束(WB1 ,WB2 )による基板
(6)上の計測方向と、第2の2光束(WB3 ,WB
4 )による基板(6)上の計測方向とが直交している場
合には、1つのアライメント装置で例えばX方向及びY
方向の位置ずれ量を同時に検出することができる。
In this case, the optical system for the alignment light for the mask (4) and the optical system for the alignment light for the substrate (6) are shared in a considerable part by providing a function of controlling the chromatic aberration in the axial direction. Can be converted. Also in this case, the measurement direction on the substrate (6) by the first two light fluxes (WB 1 , WB 2 ) and the second two light fluxes (WB 3 , WB 2).
When the measurement direction on the substrate (6) by 4 ) is orthogonal, a single alignment device can be used, for example, in the X direction and the Y direction.
It is possible to detect the positional deviation amount in the same direction at the same time.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の第1
実施例につき図1〜図8を参照して説明する。本実施例
は、レチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上
に露光する投影露光装置に備えられたTTR(スルー・
ザ・レチクル)方式のアライメント装置に本発明を適用
したものである。また、本実施例は、ウエハ上のアライ
メントマーク(ウエハマーク)に照射されるアライメン
ト光に対する投影光学系の軸上色収差のみを制御する例
である。
EXAMPLE A first example of an alignment apparatus according to the present invention will be described below.
An example will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a TTR (through / through) provided in a projection exposure apparatus that exposes a reticle pattern onto a wafer via a projection optical system.
The present invention is applied to an alignment device of the reticle type. Further, the present embodiment is an example in which only the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the alignment light with which the alignment mark (wafer mark) on the wafer is irradiated is controlled.

【0025】図1(a)は本実施例の投影露光装置の要
部を示し、図1(b)は図1(a)を右側面から見た状
態を示し、投影光学系5の光軸に垂直な面内で図1
(a)の紙面に平行にY軸を取り、図1(b)の紙面に
平行にX軸を取る。図1(a)において、レチクル4上
にダイクロイックミラー3が45°の傾斜角で斜設さ
れ、図示省略された照明光学系からの波長λ1 の露光光
がダイクロイックミラー3で反射されて、レチクル4上
に描かれた回路パターンを均一な照度で照明する。その
波長λ1 の露光光のもとで、レチクル4上の回路パター
ンの像が投影光学系5により1/5に縮小されてフォト
レジストが塗布されたウエハ6上に転写される。ウエハ
6は、投影光学系5の光軸AXに平行なZ方向に上下で
きるZステージ7上に載置され、Zステージ7は、光軸
AXに垂直なX方向に移動できるXステージ8上に載置
され、Xステージ8は、光軸AXに垂直で且つX方向に
垂直なY方向に移動できるYステージ9上に載置されて
いる。
FIG. 1A shows the main part of the projection exposure apparatus of this embodiment, and FIG. 1B shows the state of FIG. 1A viewed from the right side, showing the optical axis of the projection optical system 5. In a plane perpendicular to
The Y axis is taken parallel to the paper surface of (a), and the X axis is taken parallel to the paper surface of FIG. In FIG. 1A, a dichroic mirror 3 is obliquely installed on a reticle 4 at an inclination angle of 45 °, and exposure light of a wavelength λ 1 from an illumination optical system (not shown) is reflected by the dichroic mirror 3 to form a reticle. 4. Illuminate the circuit pattern drawn on 4 with uniform illuminance. Under the exposure light of the wavelength λ 1 , the image of the circuit pattern on the reticle 4 is reduced to ⅕ by the projection optical system 5 and transferred onto the wafer 6 coated with the photoresist. The wafer 6 is placed on a Z stage 7 that can move up and down in the Z direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system 5, and the Z stage 7 is placed on an X stage 8 that can move in the X direction perpendicular to the optical axis AX. The X stage 8 is placed and is placed on a Y stage 9 which is movable in the Y direction which is perpendicular to the optical axis AX and perpendicular to the X direction.

【0026】図1(a)及び(b)において、本実施例
のアライメント装置は、アライメント光学系1、対物レ
ンズ2及び投影光学系5の瞳面上に配置された色収差制
御板10から構成されている。アライメント光学系1の
詳細な構成は、図2に示されている。なお、実際には、
ダイクロイックミラー3の上方には4軸分のアライメン
ト光学系が配置されているが、以下では或る1軸用のア
ライメント光学系1について説明する。
In FIGS. 1A and 1B, the alignment apparatus of this embodiment comprises an alignment optical system 1, an objective lens 2 and a chromatic aberration control plate 10 arranged on the pupil plane of the projection optical system 5. ing. The detailed configuration of the alignment optical system 1 is shown in FIG. In addition, in fact,
Although an alignment optical system for four axes is arranged above the dichroic mirror 3, the alignment optical system 1 for a certain one axis will be described below.

【0027】そのアライメント光学系1からは、それぞ
れ周波数差△f1(=50kHz)の2光束からなるレチ
クルアライメント照明光RB1 ,RB2 (図1(a)中
で破線で示されている)及びウエハアライメント照明光
WB1 ,WB2 と、それぞれ周波数差△f2(=75kH
z)の2光束からなるレチクルアライメント照明光RB
3 ,RB4 (図1(a)中で破線で示されている)及び
ウエハアライメント照明光WB3 ,WB4 とが射出され
る。また、それら4組の照明光の平均波長はそれぞれλ
2 であり、波長λ2 は露光光の波長λ1 とは異なってい
る。その内のレチクルアライメント照明光(レチクル照
明光)RB1 ,RB2 は、対物レンズ2及びダイクロイ
ックミラー3を経てレチクル4上に集光される。
From the alignment optical system 1, reticle alignment illumination lights RB 1 and RB 2 (shown by broken lines in FIG. 1 (a)) each consisting of two light beams having a frequency difference Δf 1 (= 50 kHz). And wafer alignment illumination light WB 1 and WB 2, and frequency difference Δf 2 (= 75 kHz)
z) reticle alignment illumination light RB consisting of two light fluxes
3 , RB 4 (indicated by a broken line in FIG. 1A) and wafer alignment illumination light WB 3 , WB 4 are emitted. Also, the average wavelengths of the four sets of illumination light are λ respectively.
2 and the wavelength λ 2 is different from the wavelength λ 1 of the exposure light. The reticle alignment illumination light (reticle illumination light) RB 1 and RB 2 among them is focused on the reticle 4 via the objective lens 2 and the dichroic mirror 3.

【0028】図4はレチクル4上の回路パターン領域の
近傍を示し、この図4に示すように、レチクル4上の回
路パターン領域の近傍には、X方向に格子ピッチPR
回折格子よりなるレチクルマーク36が形成され、この
レチクルマーク36の近傍に光透過部よりなるレチクル
窓35が形成されている。図1(b)に戻り、レチクル
照明光RB1 ,RB2 は、レチクルマーク36(レチク
ル窓35の手前)上にそれぞれ入射角−θR ,θR で照
射される。このとき、レチクルマーク36の格子ピッチ
R は、次式を満足するため、照明光RB1 の+1次回
折光RB1(+1)と照明光RB2 の−1次回折光RB2(-1)
とはそれぞれ計測方向(X方向)に関して真上に発生
してアライメント光学系1に戻る。
FIG. 4 shows the vicinity of the circuit pattern area on the reticle 4, and as shown in FIG. 4, the vicinity of the circuit pattern area on the reticle 4 is composed of a diffraction grating having a grating pitch P R in the X direction. A reticle mark 36 is formed, and a reticle window 35 made of a light transmitting portion is formed near the reticle mark 36. Returning to FIG. 1B, the reticle illumination lights RB 1 and RB 2 are irradiated onto the reticle mark 36 (in front of the reticle window 35) at incident angles −θ R and θ R , respectively. At this time, since the grating pitch P R of the reticle mark 36 satisfies the following equation, the + 1st- order diffracted light RB 1 (+1) of the illumination light RB 1 and the −1st-order diffracted light RB 2 (-1) of the illumination light RB 2 are obtained.
Are generated directly above in the measurement direction (X direction) and return to the alignment optical system 1.

【0029】sin(θR )=λ2 /PR (3) 同様に、レチクルアライメント照明光RB3 ,RB4
も、対物レンズ2及びダイクロイックミラー3を経て、
レチクル4上のレチクルマーク36にそれぞれ入射角−
2θR ,2θR で照射される。このとき、照明光RB3
の+2次回折光RB3(+2) と照明光RB4 の−2次回折
光RB4(-2) とがそれぞれレチクルマーク36から真上
に発生して、アライメント光学系1に戻る。
Sin (θ R ) = λ 2 / P R (3) Similarly, reticle alignment illumination lights RB 3 and RB 4
Also through the objective lens 2 and the dichroic mirror 3,
The incident angle on the reticle mark 36 on the reticle 4 is −
Irradiation is performed at 2θ R and 2θ R. At this time, the illumination light RB 3
The + 2nd-order diffracted light RB 3 (+2) and the −2nd-order diffracted light RB 4 (-2) of the illumination light RB 4 are generated right above the reticle mark 36 and return to the alignment optical system 1.

【0030】一方、ウエハアライメント照明光(ウエハ
照明光)WB1 ,WB2 は、図1(a)に示すように、
対物レンズ2及びダイクロイックミラー3を経て、レチ
クル4上のレチクル窓35を通過した後、投影光学系5
中の色収差制御板10に達する。図6は色収差制御板1
0を示し、この図4に示すように、透明基板よりなる色
収差制御板10上において、光軸AXを通りY軸に平行
な直線Y1に関して軸対称に、且つ光軸AXを通りX軸
に平行な直線X1から所定間隔離れた位置に1対の軸上
色収差制御素子G11A,G11Bが形成されている。本実
施例では、これら軸上色収差制御素子G11A,G11B
よりウエハ6上の1個のウエハマークに照射される2つ
のウエハ照明光WB1 ,WB2 の軸上色収差が補正され
る。それら軸上色収差制御素子G11A,G11Bの外側に
も直線Y1に関して軸対称に1対の回折格子状の軸上色
収差制御素子G11C,G11Dが形成され、これら軸上色
収差制御素子G11C,G11Dにより、ウエハ6上の1個
のウエハマークに照射される残りの2つのウエハ照明光
WB3 ,WB4 の軸上色収差が補正される。
On the other hand, the wafer alignment illumination lights (wafer illumination lights) WB 1 and WB 2 are, as shown in FIG.
After passing through the reticle window 35 on the reticle 4 via the objective lens 2 and the dichroic mirror 3, the projection optical system 5
The chromatic aberration control plate 10 is reached. FIG. 6 shows the chromatic aberration control plate 1.
0, as shown in FIG. 4, on the chromatic aberration control plate 10 made of a transparent substrate, it is axially symmetric with respect to the straight line Y1 passing through the optical axis AX and parallel to the Y axis, and passing through the optical axis AX and parallel to the X axis. A pair of on-axis chromatic aberration control elements G1 1A and G1 1B are formed at positions separated from the straight line X1 by a predetermined distance. In the present embodiment, the on-axis chromatic aberration control elements G1 1A and G1 1B correct the on-axis chromatic aberration of the two wafer illumination lights WB 1 and WB 2 irradiated on one wafer mark on the wafer 6. Outside the axial chromatic aberration control elements G1 1A and G1 1B, a pair of diffraction grating-shaped axial chromatic aberration control elements G1 1C and G1 1D are formed axially symmetrical with respect to the straight line Y1, and these axial chromatic aberration control elements G1 1C are formed. , G1 1D corrects the axial chromatic aberration of the remaining two wafer illumination lights WB 3 and WB 4 irradiated on one wafer mark on the wafer 6.

【0031】また、本実施例では、投影光学系5の露光
フィールド内の異なる4箇所のウエハマークの位置を検
出できるように、色収差制御板10上には、合計で16
(=4×4)個の軸上色収差制御素子が設けられてい
る。即ち、光軸AXに関して軸上色収差制御素子G11A
〜G11Dと点対称な位置に、軸上色収差制御素子G13A
〜G13Dが設けられ、上記の8個の軸上色収差制御素子
を90°回転した位置に軸上色収差制御素子G12A〜G
2D及びG14A〜G14Dが設けられている。即ち、光軸
AXからの間隔が異なる位置に1対の回折格子状の軸上
色収差制御素子G13B,G13Aが形成され、直線X1に
関して軸対称に2対の軸上色収差制御素子G12A,G1
2B及びG14B,G14Aが形成されている。これらの軸上
色収差制御素子(G11A等)は凹凸パターンの位相格子
より構成されている。
Further, in this embodiment, a total of 16 on the chromatic aberration control plate 10 so that the positions of four different wafer marks in the exposure field of the projection optical system 5 can be detected.
(= 4 × 4) on-axis chromatic aberration control elements are provided. That is, with respect to the optical axis AX, the axial chromatic aberration control element G1 1A
~ Axial chromatic aberration control element G1 3A at a position point-symmetrical with G1 1D
˜G1 3D are provided, and the axial chromatic aberration control elements G1 2A to G are located at positions where the above eight axial chromatic aberration control elements are rotated by 90 °.
1 2D and G1 4A to G1 4D are provided. That is, a pair of on-axis chromatic aberration control elements G1 3B and G1 3A in the form of a diffraction grating are formed at positions with different distances from the optical axis AX, and two pairs of on-axis chromatic aberration control elements G1 2A are symmetrical about the straight line X1. G1
2B and G1 4B and G1 4A are formed. These axial chromatic aberration control elements (G1 1A, etc.) are composed of a phase grating having an uneven pattern.

【0032】図1(b)に戻り、照明光WB1 ,WB2
は、それぞれ色収差制御板10上の軸上色収差制御素子
G11B,G11Aに入射し、光路がそれぞれ角度−θG1
θG1だけ曲げられる。そして、照明光WB1 ,WB2
は、ウエハ6上のウエハマーク37に対しそれぞれ入射
角−θW ,θW で照射される。図5はウエハ6上のウエ
ハマーク37を示し、この図5に示すように、ウエハマ
ーク37は計測方向であるX方向に格子ピッチPW の回
折格子状である。そのウエハマーク37の格子ピッチP
W は、次式を満足するため、図1(b)に示すように、
照明光WB1 の+1次回折光WB1(+1) と照明光WB2
の−1次回折光WB2(-1) とはそれぞれ計測方向(X方
向)に関して真上に発生して、アライメント検出光とな
る。
Returning to FIG. 1B, the illumination lights WB 1 and WB 2
Respectively enter the axial chromatic aberration control elements G1 1B and G1 1A on the chromatic aberration control plate 10, and the optical paths respectively form the angles −θ G1 and
Can be bent by θ G1 . Then, the illumination light WB 1 , WB 2
Are irradiated onto the wafer mark 37 on the wafer 6 at incident angles of −θ W and θ W , respectively. FIG. 5 shows a wafer mark 37 on the wafer 6. As shown in FIG. 5, the wafer mark 37 has a diffraction grating shape having a grating pitch P W in the X direction which is the measurement direction. The lattice pitch P of the wafer mark 37
Since W satisfies the following equation, as shown in FIG.
Illumination light WB 1 + 1st order diffracted light WB 1 (+1) and illumination light WB 2
The −1st-order diffracted light WB 2 (−1) is generated directly above in the measurement direction (X direction) and becomes alignment detection light.

【0033】sin(θW )=λ2 /PW (4) 同様に、ウエハ照明光WB3 ,WB4 はそれぞれ色収差
制御板10上の軸上色収差制御素子G11C,G11Dに入
射し、光路がそれぞれ角度−θG1,θG1だけ曲げられ
る。そして、ウエハ照明光WB3 ,WB4 はウエハマー
ク37に対しそれぞれ入射角−2θW ,2θW で照射さ
れる。そして、照明光WB3 の+2次回折光WB3(+2)
と照明光WB4 の−2次回折光WB4(-2) とがそれぞれ
ウエハマーク37から真上に発生して、アライメント検
出光となる。
Sin (θ W ) = λ 2 / P W (4) Similarly, the wafer illumination lights WB 3 and WB 4 respectively enter the axial chromatic aberration control elements G1 1C and G1 1D on the chromatic aberration control plate 10, The optical paths are bent by angles −θ G1 and θ G1 respectively. Then, the wafer illumination lights WB 3 and WB 4 are applied to the wafer mark 37 at incident angles of −2θ W and 2θ W , respectively. Then, the + 2nd order diffracted light WB 3 (+2) of the illumination light WB 3
And the −2nd-order diffracted light WB 4 (−2) of the illumination light WB 4 are generated directly above the wafer mark 37 and serve as alignment detection light.

【0034】また、ウエハマーク36に対する照明光W
1 〜WB4 は、図1(a)に示すように、非計測方向
であるY方向においてウエハ6の法線に対して角度θm
だけ傾いて入射するため、上記の2組のアライメント検
出光が色収差制御板10を通過する位置は、それぞれ入
射時に通過した位置と異なり、軸上色収差制御素子G1
1A,G11B,G11C,G11Dを通ることはない。その
後、各アライメント検出光はレチクル4上のレチクル窓
35を経て再びアライメント光学系1へと戻る。
Further, the illumination light W for the wafer mark 36
As shown in FIG. 1A, B 1 to WB 4 have an angle θ m with respect to the normal line of the wafer 6 in the Y direction which is the non-measurement direction.
Therefore, the positions where the above two sets of alignment detection lights pass through the chromatic aberration control plate 10 are different from the positions where they are passed at the time of incidence, and the axial chromatic aberration control element G1 is incident.
It does not pass through 1A , G1 1B , G1 1C and G1 1D . After that, each alignment detection light returns to the alignment optical system 1 again through the reticle window 35 on the reticle 4.

【0035】次に、図2を参照して図1中のアライメン
ト光学系1について詳しく説明する。図2(a)はアラ
イメント光学系1を図1(a)と同じ方向から見た図、
図2(b)はアライメント光学系1を図1(b)と同じ
方向から見た図、図2(c)は図2(b)の底面図であ
る。図2において、レーザ光源11aから射出されたレ
ーザビームは、ビームスプリッタプリズム12aによっ
て2光束に分割され、一方の光束は音響光学変調素子
(以下、「AOM」という)14aに入射し、他方の光
束は反射プリズム13aで反射されてAOM15aに入
射する。
Next, the alignment optical system 1 in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. 2A is a view of the alignment optical system 1 viewed from the same direction as FIG. 1A,
2B is a view of the alignment optical system 1 viewed from the same direction as FIG. 1B, and FIG. 2C is a bottom view of FIG. 2B. In FIG. 2, a laser beam emitted from a laser light source 11a is split into two light beams by a beam splitter prism 12a, one light beam enters an acousto-optic modulator (hereinafter referred to as "AOM") 14a, and the other light beam. Is reflected by the reflection prism 13a and enters the AOM 15a.

【0036】AOM14a及び15aはそれぞれ周波数
1 及びF2 で駆動され、周波数F 1 及びF2 の周波数
差Δf1 が50kHzである。AOM14a及び15a
によって回折された各次数のレーザビームの内、それぞ
れ+1次回折光のみがスリット16a及び17bによっ
て選び出され、これがアライメント照明光B1 及びB 2
になる。このとき、AOM14a及び15aに入射する
レーザビームの周波数をf0 とすれば、アライメント照
明光B1 及びB2 の周波数は、それぞれAOM14及び
15の駆動周波数F1 及びF2 分だけ高い周波数f1
びf2 となる。即ち、次の関係式が成立する。
AOMs 14a and 15a are respectively frequency
F1 And F2 Driven by the frequency F 1 And F2 Frequency
Difference Δf1 Is 50 kHz. AOM 14a and 15a
Of the laser beams of each order diffracted by
Only the + 1st order diffracted light is generated by the slits 16a and 17b.
Is selected and this is the alignment illumination light B1 And B 2 
become. At this time, it is incident on the AOMs 14a and 15a.
The frequency of the laser beam is f0 If so, the alignment light
Meiko B1 And B2 The frequencies of AOM14 and
Driving frequency F of 151 And F2 Higher frequency f1 Over
And f2 Becomes That is, the following relational expression holds.

【0037】 f1 =f0 +F1 (5) f2 =f0 +F2 (6) これら照明光の内の照明光B1 は、光路調整用の平行平
板ガラス18a及び反射プリズム20aを経て合成プリ
ズム21aに入射し、他方の照明光B2 は光路調整用の
平行平板ガラス19aを経て合成プリズム21aに入射
する。合成プリズム21aから射出された互いに周波数
がΔf1 異なる2つの照明光(ヘテロダインビーム)B
1 及びB2 は、反射プリズム22を介して合成プリズム
23に向かう。
F 1 = f 0 + F 1 (5) f 2 = f 0 + F 2 (6) Of these illumination lights, the illumination light B 1 is synthesized through the parallel plate glass 18 a for adjusting the optical path and the reflection prism 20 a. The illumination light B 2 on the other side is incident on the prism 21a, and then is incident on the synthetic prism 21a via the parallel plate glass 19a for adjusting the optical path. Two illumination lights (heterodyne beams) B emitted from the combining prism 21a and having frequencies different from each other by Δf 1
1 and B 2 travel toward the combining prism 23 via the reflecting prism 22.

【0038】また、レーザ光源11a〜合成プリズム2
1aよりなる第1のヘテロダインビーム生成系と対称
に、レーザ光源11b〜合成プリズム21bよりなる第
2のヘテロダインビーム生成系が設けられている。この
第2のヘテロダインビーム生成系において、レーザ光源
11bから射出されたレーザビームは、ビームスプリッ
タプリズム12bによって2光束に分割され、一方の光
束は駆動周波数F3 のAOM14bに入射し、他方の光
束は反射プリズム13bで反射されて駆動周波数F4
AOM15bに入射する。周波数F3 及びF4 の周波数
差Δf2 が75kHzである。AOM14b及び15b
によって回折された各次数のレーザビームの内、それぞ
れ+1次回折光のみがスリット16b及び17bによっ
て選び出され、これが互いに周波数がΔf2 異なるアラ
イメント照明光B3 及びB4 になる。これらの照明光B
3 及びB4 は、合成プリズム21bを介してほぼ平行に
合成プリズム23に向かう。
Further, the laser light source 11a to the synthetic prism 2
A second heterodyne beam generation system including a laser light source 11b to a combining prism 21b is provided in symmetry with the first heterodyne beam generation system including 1a. In this second heterodyne beam generation system, the laser beam emitted from the laser light source 11b is split into two light beams by the beam splitter prism 12b, one light beam incident on the AOM 14b having the drive frequency F 3 , and the other light beam. The light is reflected by the reflection prism 13b and enters the AOM 15b having the driving frequency F 4 . The frequency difference Δf 2 between the frequencies F 3 and F 4 is 75 kHz. AOM 14b and 15b
Among the laser beams of the respective orders diffracted by, only the + 1st order diffracted lights are selected by the slits 16b and 17b, respectively, and become the alignment illumination lights B 3 and B 4 whose frequencies are different from each other by Δf 2 . These illumination lights B
3 and B 4 head toward the combining prism 23 almost in parallel via the combining prism 21b.

【0039】そして、合成プリズム23で光路がほぼ平
行に設定された照明光B1 〜B4 は、レンズ24により
レチクル及びウエハと共役位置にある視野スリット25
上に集光される。視野スリット24の後に、入射面がハ
ーフミラーとなるように薄膜が蒸着された平行平面板2
6が配置されている。そして、視野スリット25の開口
部から射出された照明光B1 〜B4 は、平行平面板26
によって、レチクル照明光RB1 〜RB4 (図2(a)
内で破線で示す)とウエハ照明光WB1 〜WB 4 とに分
割される。照明光RB1 〜RB4 及び照明光WB1 〜W
4 は、レンズ28及びビームスプリッター29を通っ
てアライメント光学系1から射出される。
Then, the optical path is almost flat by the combining prism 23.
Illumination light B set in the row1 ~ BFour By the lens 24
Field slit 25 at a conjugate position with the reticle and wafer
Focused on top. After the field slit 24, the entrance surface is
A plane parallel plate 2 with a thin film deposited to be a mirror
6 are arranged. And the opening of the field slit 25
Light B emitted from the section1 ~ BFour Is a plane-parallel plate 26
By reticle illumination light RB1 ~ RBFour (Fig. 2 (a)
(Indicated by a broken line in the figure) and wafer illumination light WB1 ~ WB Four And to minutes
To be split. Illumination light RB1 ~ RBFour And illumination light WB1 ~ W
BFour Passes through the lens 28 and the beam splitter 29.
And is emitted from the alignment optical system 1.

【0040】図1のレチクルマーク36から戻されたア
ライメント光及びウエハマーク37から戻されたアライ
メント光よりなるアライメント検出光は、図2(b)に
示すように、アライメント光学系1のビームスプリッタ
ー29に入射する。ビームスプリッター29で反射され
たアライメント検出光は、レンズ30によりレチクル及
びウエハと共役な位置にある検出光分離プリズム31に
入射し、検出光分離プリズム31において、レチクルマ
ークからのレチクル検出光とウエハマークからのウエハ
検出光とに分離される。この場合、図2(c)に示すよ
うに、破線で示すレチクル検出光と実線で示すウエハ検
出光とは検出光分離プリズム31上の異なる領域に入射
するため、検出光分離プリズム31の反射面の一部を透
過部とすることで、両者を完全に分離することができ
る。
The alignment detection light composed of the alignment light returned from the reticle mark 36 and the alignment light returned from the wafer mark 37 of FIG. 1 is, as shown in FIG. 2B, a beam splitter 29 of the alignment optical system 1. Incident on. The alignment detection light reflected by the beam splitter 29 is incident on the detection light separation prism 31 at a position conjugate with the reticle and the wafer by the lens 30, and in the detection light separation prism 31, the reticle detection light from the reticle mark and the wafer mark. From the wafer detection light. In this case, as shown in FIG. 2C, since the reticle detection light shown by the broken line and the wafer detection light shown by the solid line are incident on different areas on the detection light separation prism 31, the reflection surface of the detection light separation prism 31. By using a part of the as a transparent part, it is possible to completely separate the both.

【0041】そして、レチクル検出光としての±1次回
折光RB1(+1),RB2(-1) 及び±2次回折光RB3(+2),
RB4(-2) は、検出光分離プリズム31を透過した後、
光電検出素子32によって光電変換され、レチクル信号
SRが出力される。一方、ウエハ検出光としての±1次
回折光WB1(+1),WB2(-1) 及び±2次回折光WB3(+
2),WB4(-2) は、検出光分離プリズム31で反射され
た後、レンズ33を経て光電検出素子34によってそれ
ぞれ光電変換され、ウエハ信号SWが出力される。従っ
て、レチクル信号SRは、±1次回折光RB1(+1),RB
2(-1) による周波数Δf1 のビート信号と、±2次回折
光RB3(+2),RB4(-2) による周波数Δf 2 のビート信
号とが混合された信号であり、同様に、ウエハ信号SW
は、±1次回折光WB1(+1),WB2(-1) による周波数Δ
1 のビート信号と、±2次回折光WB3(+2),WB4(-
2) による周波数Δf2 のビート信号とが混合された信
号である。
Then, ± 1 next time as reticle detection light
Origami RB1(+1), RB2(-1) and ± 2nd order diffracted light RB3(+2),
RBFour(-2) is after passing through the detection light separation prism 31,
The reticle signal is photoelectrically converted by the photoelectric detection element 32.
SR is output. On the other hand, ± 1st order as wafer detection light
Diffracted light WB1(+1), WB2(-1) and ± 2nd order diffracted light WB3(+
2), WBFour(-2) is reflected by the detection light separation prism 31.
After passing through the lens 33,
Each is photoelectrically converted and a wafer signal SW is output. Obey
The reticle signal SR is the ± first-order diffracted light RB.1(+1), RB
2Frequency Δf due to (-1)1 Beat signal and ± 2nd order diffraction
Optical RB3(+2), RBFourFrequency Δf due to (-2) 2 Beat of
Signal is a mixed signal, and similarly, the wafer signal SW
Is the ± first-order diffracted light WB1(+1), WB2Frequency Δ due to (-1)
f1 Beat signal and ± 2nd order diffracted light WB3(+2), WBFour(-
2) Frequency Δf2 Signal mixed with the beat signal of
No.

【0042】図3は本例の信号処理系の一例を示し、こ
の図3において、レチクル信号SRをローパスフィルタ
回路(LPF)51及びハイパスフィルタ回路(HP
F)52に供給する。本例では、周波数Δf1 と周波数
Δf2 との中間の周波数は60kHzであるため、ロー
パスフィルタ回路51及びハイパスフィルタ回路52の
カットオフ周波数をそれぞれ60kHzに設定する。こ
れにより、ローパスフィルタ回路51で抽出した周波数
Δf1 のレチクル信号SR(±1)を位相差検出部53の
一方の入力部に供給し、ハイパスフィルタ回路52で抽
出した周波数Δf 2 のレチクル信号SR(±2)を位相差
検出部54の一方の入力部に供給する。
FIG. 3 shows an example of the signal processing system of this example.
3, the reticle signal SR is filtered by a low-pass filter.
Circuit (LPF) 51 and high-pass filter circuit (HP
F) Supply to 52. In this example, the frequency Δf1 And frequency
Δf2 Since the intermediate frequency between and is 60 kHz,
Of the pass filter circuit 51 and the high pass filter circuit 52
The cutoff frequencies are set to 60 kHz respectively. This
As a result, the frequency extracted by the low-pass filter circuit 51
Δf1 Reticle signal SR(± 1) of the phase difference detector 53
It is supplied to one of the input parts and extracted by the high-pass filter circuit 52.
Output frequency Δf 2 Reticle signal SR(± 2) is the phase difference
It is supplied to one input unit of the detection unit 54.

【0043】また、ウエハ信号SWをカットオフ周波数
がそれぞれ60kHzのローパスフィルタ回路(LP
F)55及びハイパスフィルタ回路(HPF)56に供
給する。そして、ローパスフィルタ回路55で抽出した
周波数Δf1 のウエハ信号SW(±1)を位相差検出部5
3の他方の入力部に供給し、ハイパスフィルタ回路56
で抽出した周波数Δf2 のウエハ信号SW(±2)を位相
差検出部54の他方の入力部に供給する。これら位相差
検出部53及び54でそれぞれ検出された位相差を演算
部57に供給する。演算部57では、それら2つの位相
差に基づいて図1のレチクルマーク36(レチクル4)
とウエハマーク37(ウエハ6)との位置ずれ量を求め
る。
The wafer signal SW has a low-pass filter circuit (LP) having a cutoff frequency of 60 kHz.
F) 55 and a high pass filter circuit (HPF) 56. Then, the wafer signal S W (± 1) of the frequency Δf 1 extracted by the low-pass filter circuit 55 is supplied to the phase difference detection unit 5
3 to the other input portion of the high-pass filter circuit 56.
In supplies the extracted frequency Delta] f 2 of the wafer signal S W a (± 2) to the other input of the phase difference detecting unit 54. The phase difference detected by each of the phase difference detectors 53 and 54 is supplied to the calculator 57. The calculation unit 57 calculates the reticle mark 36 (reticle 4) of FIG. 1 based on the two phase differences.
Then, the positional deviation amount between the wafer mark 37 and the wafer mark 37 (wafer 6) is obtained.

【0044】図7及び図8は図3の信号処理系の中で得
られるレチクル信号及びウエハ信号を示す。図7に示さ
れているレチクル信号SR(±1)とウエハ信号SW
1)とは、それぞれ周波数差Δf1 の±1次回折光RB
1(+1),RB2(-1) 及び周波数差Δf2 の±1次回折光W
1(+1),WB2(-1) の干渉によって生じる正弦波であ
る。これら2つの信号の位相差△φ1 を検出することに
より、次式からレチクル4とウエハ6との相対的な位置
ずれ△x1 を検出することができる。
7 and 8 show the reticle signal and wafer signal obtained in the signal processing system of FIG. The reticle signal S R (± 1) and the wafer signal SW (±) shown in FIG.
1) means ± first-order diffracted light RB having a frequency difference Δf 1
1 (+1), RB 2 (-1) and ± 1st-order diffracted light W with frequency difference Δf 2
It is a sine wave generated by the interference of B 1 (+1) and WB 2 (-1). By detecting the phase difference Δφ 1 between these two signals, the relative positional deviation Δx 1 between the reticle 4 and the wafer 6 can be detected from the following equation.

【0045】△x1 =Pw・△φ1 / 4π (7) 同様に、図8に示されているレチクル信号SR(±2)及
びウエハ信号SW(±2)は、それぞれ周波数差Δf2
±2次回折光RB3(+2),RB4(-2) 及び周波数差Δf2
の±2次回折光WB3(+2),WB4(-2) の干渉によって生
じる正弦波である。従って、これら2つの信号の位相差
△φ2 を検出することによっても、次式からレチクル4
とウエハ6との相対的な位置ずれ△x2 を検出すること
ができる。
Δx 1 = Pw · Δφ 1 / 4π (7) Similarly, the reticle signal S R (± 2) and the wafer signal SW (± 2) shown in FIG. 2 ± 2nd order diffracted light RB 3 (+2), RB 4 (-2) and frequency difference Δf 2
Is a sine wave generated by the interference of the ± 2nd-order diffracted lights WB 3 (+2) and WB 4 (-2). Therefore, by detecting the phase difference Δφ 2 between these two signals, the reticle 4 can be calculated from the following equation.
The relative positional deviation Δx 2 between the wafer 6 and the wafer 6 can be detected.

【0046】△x2 =Pw・△φ2 / 4π (8) (7)式及び(8)式でそれぞれ求められる位置ずれ△
1 及び△x2 の使い分けの方法には種々の方法が考え
られる。一例として、例えばウエハ信号SW(±1)の信
号レベルとウエハ信号SW(±2)の信号レベルとの大小
に応じて、信号レベルの大きい方を使うことが考えられ
る。その他の方法として、予め代表的なサンプルウエハ
を用いて、ウエハ信号SW(±1)の平均振幅レベルA1
とウエハ信号SW(±2)の平均振幅レベルA2とを求め
ておき、実際のウエハ6に対してウエハ信号SW(±1)
の信号レベルの平均振幅レベルA1からの偏差σ1とウ
エハ信号SW(±2)の信号レベルの平均振幅レベルA2
からの偏差σ2とを求める。そして、偏差σ1の関数及
び偏差σ2の関数を用いて位置ずれ△x1 及び△x 2
重み付きの平均を取り、この平均をレチクル4とウエハ
6との相対的な位置ずれとすることが考えられる。ま
た、ウエハ信号SW(±1)とウエハ信号SW(±2)との
内で、対応する平均振幅レベルに近い方の信号のみを用
いても良い。
Δx2 = Pw / Δφ2 / 4π (8) Positional deviation obtained by equation (7) and equation (8) respectively Δ
x1 And △ x2 There are various ways to use
To be As an example, for example, the wafer signal SW(± 1) belief
Signal level and wafer signal SWLarge and small with (± 2) signal level
It is possible to use the one with higher signal level, depending on
It As another method, a typical sample wafer is prepared in advance.
Using the wafer signal SW(± 1) average amplitude level A1
And wafer signal SWCalculate the average amplitude level A2 of (± 2)
The wafer signal S for the actual wafer 6W(± 1)
Deviation σ1 from the average amplitude level A1 of
Eha signal SWAverage amplitude level A2 of the signal level of (± 2)
And the deviation σ2 from. And the function of the deviation σ1
Position deviation Δx using a function of1 And △ x 2 of
Take a weighted average and use this average for reticle 4 and wafer
It is conceivable that the relative displacement with respect to 6 is set. Well
Wafer signal SW(± 1) and wafer signal SWWith (± 2)
Only the signal that is closer to the corresponding average amplitude level
You may stay.

【0047】ところで、上述の実施例では、±1次回折
光によるビート周波数Δf1 と±2次回折光によるビー
ト周波数Δf2 とを異ならしめ、信号処理の段階でフー
リエ級数法により分けている。このフーリエ級数法にお
いては、周波数がΔf1 の成分と周波数がΔf2 の成分
とが混入している検出信号より、夫々周波数がΔF1
信号及び周波数がΔf2 の信号を通過させるバンドパス
フィルタ(又はローパスフィルタ等)を用いて±1次回
折光による干渉光の信号と±2次回折光による干渉光の
信号とが分離されている。それ以外に、レーザ光源11
a及び11bの射出端にそれぞれシャッタを配置して、
これらシャッタを交互にオン及びオフすることにより、
ビート周波数Δf1 の成分とビート周波数Δf2 の成分
とを時分割的に検出してもよい。この場合には、原理的
にその周波数Δf1 とその周波数Δf2 とが等しくても
良いことは明きらかである。この場合、シャッタでオン
・オフする代わりに、レーザ光源11a及び11bとし
て半導体レーザ素子を用いることにより、レーザ光源自
体の発光をオン・オフしてもよい。また、AOM14
a,14b,15a,15bをオン・オフしてもよい。
By the way, in the above embodiment, made different and a beat frequency Delta] f 2 by the beat frequency Delta] f 1 and ± 2-order diffracted light by ± 1-order diffracted light, is divided by the Fourier series method at the stage of signal processing. In this Fourier series method, a bandpass filter that allows a signal having a frequency of ΔF 1 and a signal of a frequency of Δf 2 to pass from a detection signal in which a component of frequency Δf 1 and a component of frequency Δf 2 are mixed. (Or a low-pass filter or the like) is used to separate the interference light signal of the ± first-order diffracted light and the interference light signal of the ± second-order diffracted light. Other than that, the laser light source 11
Dispose shutters at the exit ends of a and 11b,
By alternately turning on and off these shutters,
The beat frequency Δf 1 component and the beat frequency Δf 2 component may be detected in a time division manner. In this case, it is clear that the frequency Δf 1 and the frequency Δf 2 may be the same in principle. In this case, the light emission of the laser light source itself may be turned on / off by using a semiconductor laser element as the laser light sources 11a and 11b instead of turning on / off the shutter. In addition, AOM14
You may turn on / off a, 14b, 15a, 15b.

【0048】次に、本発明の第2実施例につき図9及び
図10を参照して説明する。この第2実施例は、ウエハ
マークに照射されるアライメント光に対する投影光学系
5の軸上色収差及び横方向の色収差を補正するのみなら
ず、ウエハマークから戻されるアライメント光に対する
軸上色収差及び横方向の色収差をも補正する例である。
この図9において、図1に対応する部分には同一符号を
付してその詳細説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The second embodiment not only corrects the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the projection optical system 5 with respect to the alignment light with which the wafer mark is irradiated, but also the axial chromatic aberration and the lateral direction with respect to the alignment light returned from the wafer mark. This is an example in which the chromatic aberration of is also corrected.
9, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0049】図9(a)は本実施例の投影露光装置をX
方向から見た図、図9(b)は図9(a)の右側面図で
ある。本実施例では、投影光学系5の瞳面上に色収差制
御板38が配置されているが、この色収差制御板38上
の色収差制御素子の配置及び役割が第1実施例の色収差
制御板10と異なっている。図10は、この第2実施例
の色収差制御板38上の色収差制御素子の配置及び形状
を示し、この透明基板よりなる色収差制御板38上にお
いて、光軸AXを通りY軸に平行な直線Y1に関して軸
対称に1対の回折格子状の軸上及び横方向色収差制御素
子G21A,G21Bが形成され、その外側にも直線Y1に
関して軸対称に1対の回折格子状の軸上及び横方向色収
差制御素子G21C,G21Dが形成されている。本実施例
では、これら軸上及び横方向色収差制御素子G21A〜G
1Dによりウエハ6上の1個のウエハマークに照射され
る4つの光束の軸上色収差及び横方向の色収差が制御さ
れる。
FIG. 9A shows an X-ray projection exposure apparatus of this embodiment.
9B is a right side view of FIG. 9A. In the present embodiment, the chromatic aberration control plate 38 is arranged on the pupil plane of the projection optical system 5, but the arrangement and role of the chromatic aberration control element on this chromatic aberration control plate 38 are different from those of the chromatic aberration control plate 10 of the first embodiment. Is different. FIG. 10 shows the arrangement and shape of chromatic aberration control elements on the chromatic aberration control plate 38 of the second embodiment. On the chromatic aberration control plate 38 made of this transparent substrate, a straight line Y1 passing through the optical axis AX and parallel to the Y axis is shown. A pair of on-axis and lateral chromatic aberration control elements G2 1A and G2 1B are formed in axial symmetry with respect to, and also on the outside thereof, a pair of on-axis and lateral directions of a diffraction grating are axially symmetric with respect to the straight line Y1. Chromatic aberration control elements G2 1C and G2 1D are formed. In this embodiment, these axial and lateral chromatic aberration control elements G2 1A to G 2
The 2 1D controls the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the four light beams with which one wafer mark on the wafer 6 is irradiated.

【0050】また、光軸AXを通りX方向に平行な直線
X1に関して色収差制御素子G21A〜G21Dの中点と対
称な位置、即ち直線Y1上に、ほぼ直線Y1の方向に所
定ピッチの回折格子状の横方向色収差制御素子G21E
形成されている。この横方向色収差制御素子G21Eによ
り、ウエハマーク37からのアライメント検出光に対す
る横方向の色収差の補正が行われる。本実施例でも、投
影光学系5の露光フィールド内の異なる4箇所のウエハ
マークの位置を検出できるように、色収差制御板38上
には、合計で20(=5×4)個の色収差制御素子が設
けられている。即ち、色収差制御素子G21A〜G21E
光軸AXを中心として90°、180°及び270°回
転した位置にそれぞれ、色収差制御素子G22A〜G
2E、色収差制御素子G23A〜G23E及び色収差制御素
子G24A〜G24Eが設けられている。
Further, with respect to a straight line X1 which passes through the optical axis AX and is parallel to the X direction, diffraction is performed at a position symmetrical to the midpoint of the chromatic aberration control elements G2 1A to G2 1D , that is, on the straight line Y1 and at a predetermined pitch in the direction of the straight line Y1. A lattice-shaped lateral chromatic aberration control element G2 1E is formed. The lateral chromatic aberration control element G21E corrects lateral chromatic aberration with respect to the alignment detection light from the wafer mark 37. Also in this embodiment, a total of 20 (= 5 × 4) chromatic aberration control elements are provided on the chromatic aberration control plate 38 so that the positions of four different wafer marks in the exposure field of the projection optical system 5 can be detected. Is provided. That is, the chromatic aberration control elements G2 1A to G2 1E are respectively rotated by 90 °, 180 ° and 270 ° about the optical axis AX, and the chromatic aberration control elements G2 2A to G2 1
2 2E , chromatic aberration control elements G2 3A to G2 3E, and chromatic aberration control elements G2 4A to G2 4E are provided.

【0051】図9(a)及び(b)に戻り、本実施例で
ウエハ6上のウエハマーク37に照射されるウエハアラ
イメント照明光WB1 〜WB4 は、レチクル4上のレチ
クル窓34を経て投影光学系5に入射する。そして、照
明光WB1 〜WB4 は、色収差制御板38上の軸上及び
横方向色収差制御素子G21A〜G21Dによって軸上色収
差のみでなく、横方向の色収差が制御された状態で、ウ
エハ6上のウエハマーク37上に照射される。この際
に、図9(a)に示すように、ウエハマーク37上に照
射される照明光WB1 〜WB4 の位置が、第1実施例に
比べて△βだけ投影光学系5の光軸AXの方向、即ちメ
リジオナル方向に近づいている。
Returning to FIGS. 9A and 9B, the wafer alignment illumination lights WB 1 to WB 4 applied to the wafer mark 37 on the wafer 6 in this embodiment pass through the reticle window 34 on the reticle 4. It is incident on the projection optical system 5. Then, the illumination lights WB 1 to WB 4 are transferred to the wafer in a state where not only the axial chromatic aberration but also the lateral chromatic aberration is controlled by the axial and lateral chromatic aberration control elements G2 1A to G2 1D on the chromatic aberration control plate 38. The wafer mark 37 on 6 is irradiated. At this time, as shown in FIG. 9A, the positions of the illumination lights WB 1 to WB 4 irradiated on the wafer mark 37 are Δβ as compared with those in the first embodiment, the optical axis of the projection optical system 5. It is approaching the AX direction, that is, the meridional direction.

【0052】そして、ウエハマーク37からは第1実施
例と同様に、ウエハ検出光WB1(+1),WB2(-1) 及びウ
エハ検出光WB3(+2),WB4(-2) が発生する。これらウ
エハ検出光が再び色収差制御板32に達する際、これら
ウエハ検出光はそれぞれ横方向色収差制御素子G21E
よって、横方向の色収差が制御される。その結果、各ウ
エハ検出光は、入射時に通過したレチクル窓35を経て
アライメント光学系1へ戻る。この他の構成及び動作は
第1実施例と同様であるため、その説明を省略する。
From the wafer mark 37, the wafer detection lights WB 1 (+1), WB 2 (-1) and the wafer detection lights WB 3 (+2), WB 4 (-2) are obtained as in the first embodiment. ) Occurs. When the wafer detection light reaches the chromatic aberration control plate 32 again, the lateral chromatic aberration of each of the wafer detection lights is controlled by the lateral chromatic aberration control element G21E . As a result, each wafer detection light returns to the alignment optical system 1 through the reticle window 35 that has passed at the time of incidence. The other structure and operation are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0053】この第2実施例によれば、ウエハマーク3
7に照射されるアライメント光の色収差及びウエハマー
ク37からのアライメント光の色収差が制御されている
ので、アライメント光学系1から見ると、アライメント
光のもとでレチクルマーク36とウエハマーク37とは
共役であり、アライメント光学系1の構成が単純化され
る。また、ウエハ照明光及びウエハ検出光がレチクル4
上で通過する位置を露光領域より外側に配置できるた
め、ウエハ6上の露光領域に占めるウエハマーク領域の
面積を縮小することができる。更に、レチクル4に形成
されるレチクル窓35の位置を都合の良い位置に設定で
きると共に、ウエハマーク37の位置も例えば露光光の
照射が少ない位置等の所望の位置に設定できる。更に、
レチクル窓35を小さくできる。
According to the second embodiment, the wafer mark 3
Since the chromatic aberration of the alignment light radiated to 7 and the chromatic aberration of the alignment light from the wafer mark 37 are controlled, when viewed from the alignment optical system 1, the reticle mark 36 and the wafer mark 37 are conjugated under the alignment light. Therefore, the configuration of the alignment optical system 1 is simplified. In addition, the wafer illumination light and the wafer detection light are transmitted to the reticle 4.
Since the position passing above can be arranged outside the exposure area, the area of the wafer mark area occupying the exposure area on the wafer 6 can be reduced. Further, the position of the reticle window 35 formed on the reticle 4 can be set at a convenient position, and the position of the wafer mark 37 can also be set at a desired position such as a position where the exposure light is less irradiated. Furthermore,
The reticle window 35 can be made smaller.

【0054】次に、本発明の第3実施例につき図11〜
図14を参照して説明する。この第3実施例は、第2実
施例の色収差制御素子より軸上色収差の制御機能を取り
去ったものである。この図11において図9に対応する
部分には同一符号を付してその詳細説明を省略し、図1
2において図2に対応する部分には同一符号を付してそ
の詳細説明を省略する。
Next, FIG. 11 to FIG. 11 according to the third embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. The third embodiment has the axial chromatic aberration control function removed from the chromatic aberration control element of the second embodiment. 11, parts corresponding to those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
In FIG. 2, parts corresponding to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0055】図11(a)は本実施例の投影露光装置を
X方向から見た図、図11(b)は図11(a)の右側
面図である。本実施例では、投影光学系5の瞳面上に色
収差制御板39が配置されているが、この色収差制御板
39上の色収差制御素子の役割が第2実施例の色収差制
御板38と異なっている。図14は、この第3実施例の
色収差制御板39上の色収差制御素子の配置及び形状を
示し、この透明基板よりなる色収差制御板39上におい
て、光軸AXを通りY軸に平行な直線Y1に関して軸対
称に1対の回折格子状の横方向色収差制御素子G31A
G31Bが形成され、その外側にも1対の回折格子状の横
方向色収差制御素子G31C,G31Dが形成されている。
本実施例では、これら横方向色収差制御素子G31A〜G
1Dによりウエハ6上の1個のウエハマークに照射され
る4つの光束の横方向の色収差が制御される。
FIG. 11A is a view of the projection exposure apparatus of this embodiment seen from the X direction, and FIG. 11B is a right side view of FIG. 11A. In this embodiment, the chromatic aberration control plate 39 is arranged on the pupil plane of the projection optical system 5, but the role of the chromatic aberration control element on this chromatic aberration control plate 39 is different from that of the chromatic aberration control plate 38 of the second embodiment. There is. FIG. 14 shows the arrangement and shape of chromatic aberration control elements on the chromatic aberration control plate 39 of the third embodiment. On the chromatic aberration control plate 39 made of this transparent substrate, a straight line Y1 passing through the optical axis AX and parallel to the Y axis is shown. A pair of diffraction grating-shaped lateral chromatic aberration control elements G3 1A , which are axially symmetrical with respect to
G3 1B is formed, and a pair of diffraction grating-shaped lateral chromatic aberration control elements G3 1C and G3 1D are also formed on the outside thereof.
In the present embodiment, these lateral chromatic aberration control elements G3 1A to G3 1
3 1D controls the lateral chromatic aberration of the four light beams with which one wafer mark on the wafer 6 is irradiated.

【0056】また、光軸AXを通りX方向に平行な直線
X1に関して色収差制御素子G31A〜G31Dの中点と対
称な位置に、ほぼ直線Y1の方向に所定ピッチの回折格
子状の横方向色収差制御素子G31Eが形成されている。
この横方向色収差制御素子G31Eにより、ウエハマーク
37からのアライメント検出光に対する色収差の補正が
行われる。本実施例でも、投影光学系5の露光フィール
ド内の異なる4箇所のウエハマークの位置を検出できる
ように、色収差制御板39上には、合計で20(=5×
4)個の色収差制御素子が設けられている。即ち、色収
差制御素子G3 1A〜G31Eを光軸AXを中心として90
°、180°及び270°回転した位置にそれぞれ、色
収差制御素子G32A〜G32E、色収差制御素子G33A
G33E及び色収差制御素子G34A〜G34Eが設けられて
いる。
A straight line passing through the optical axis AX and parallel to the X direction
Chromatic aberration control element G3 with respect to X11A~ G31DPaired with the midpoint
At a nominal position, a diffraction pattern with a predetermined pitch in the direction of the straight line Y1
Child-shaped lateral chromatic aberration control element G31EAre formed.
This lateral chromatic aberration control element G31EBy the wafer mark
Correction of chromatic aberration for alignment detection light from 37
Done. Also in this embodiment, the exposure field of the projection optical system 5
Can detect the position of 4 different wafer marks
Thus, a total of 20 (= 5 ×
4) There are provided chromatic aberration control elements. That is, color collection
Difference control element G3 1A~ G31E90 about the optical axis AX
Colors at positions rotated by °, 180 ° and 270 ° respectively
Aberration control element G32A~ G32E, Chromatic aberration control element G33A~
G33EAnd chromatic aberration control element G34A~ G34EIs provided
There is.

【0057】図11(a)及び(b)に戻り、本実施例
でウエハ6上のウエハマーク37に照射されるウエハ照
明光WB1 〜WB4 は、レチクル4上のレチクル窓40
を経て投影光学系5に入射する。そして、照明光WB1
〜WB4 は、色収差制御板39上の横方向色収差制御素
子G31A〜G31Dによって、横方向の色収差のみが制御
された状態で、ウエハ6上のウエハマーク37上に照射
される。
Returning to FIGS. 11A and 11B, the wafer illumination lights WB 1 to WB 4 applied to the wafer mark 37 on the wafer 6 in this embodiment are reticle windows 40 on the reticle 4.
And then enters the projection optical system 5. And the illumination light WB 1
.About.WB 4 is irradiated onto the wafer mark 37 on the wafer 6 in a state where only the lateral chromatic aberration is controlled by the lateral chromatic aberration control elements G3 1A to G3 1D on the chromatic aberration control plate 39.

【0058】そして、ウエハマーク37からは第2実施
例と同様に、ウエハ検出光WB1(+1),WB2(-1) 及びウ
エハ検出光WB3(+2),WB4(-2) が発生する。これらウ
エハ検出光が再び色収差制御板39に達する際、これら
ウエハ検出光はそれぞれ横方向色収差制御素子G31E
よって、横方向の色収差が制御される。その結果、各ウ
エハ検出光は、入射時に通過したレチクル窓40を経て
アライメント光学系1へ戻る。この他の構成及び動作は
第1実施例と同様であるため、その説明を省略する。
From the wafer mark 37, the wafer detection lights WB 1 (+1), WB 2 (-1) and the wafer detection lights WB 3 (+2), WB 4 (-2) are obtained as in the second embodiment. ) Occurs. When these wafer detection lights reach the chromatic aberration control plate 39 again, the lateral chromatic aberration of each of the wafer detection lights is controlled by the lateral chromatic aberration control element G31E . As a result, each wafer detection light returns to the alignment optical system 1 through the reticle window 40 that has passed when it was incident. The other structure and operation are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0059】この際に、本実施例では、軸上色収差補正
を行わないため、図11(b)に示すように、ウエハマ
ーク37を照明するためのウエハ照明光WB1 〜WB4
は、レチクル4より軸上色収差△L分だけ上側に集光さ
れるよう構成されている。図12はこの第3実施例のア
ライメント光学系1の構成を示し、図2(a)〜(c)
に対応するそれら図12(a)〜(c)に示すように、
平行平面板26で分離されたレチクル照明光RB1 〜R
4 の光路上に光路差発生素子27を設けている。その
他の構成は図2(a)〜(c)と同様である。その光路
差発生素子27により、図11(a)及び(b)におい
て、レチクル照明光RB1 〜RB4とウエハ照明光WB1
〜WB4 との交差位置を異ならせている。その他に、
両照明光の偏光状態を異ならせて、図12のレンズ28
を2重焦点レンズとする方法等も考えられる。
At this time, in this embodiment, since the axial chromatic aberration correction is not performed, the wafer illumination lights WB 1 to WB 4 for illuminating the wafer mark 37 as shown in FIG. 11B.
Are configured so that they are condensed above the reticle 4 by the axial chromatic aberration ΔL. FIG. 12 shows the configuration of the alignment optical system 1 according to the third embodiment, which is shown in FIGS.
As shown in FIGS. 12A to 12C corresponding to
Reticle illumination lights RB 1 to R separated by the plane-parallel plate 26
An optical path difference generating element 27 is provided on the optical path of B 4 . Other configurations are the same as those in FIGS. By the optical path difference generating element 27, in FIGS. 11A and 11B, the reticle illumination lights RB 1 to RB 4 and the wafer illumination light WB 1 are used.
~ The crossing position with WB 4 is different. Other,
By changing the polarization states of both illumination lights, the lens 28 of FIG.
It is also conceivable to use a double focus lens.

【0060】また、図13は本例のレチクル4上のレチ
クルマーク41及びレチクル窓40を示す。本例ではウ
エハ照明光WB1 〜WB4 の軸上色収差が補正されてい
ないので、図13に示すように、その分だけレチクル窓
40の幅を広くする必要がある。この第3実施例によれ
ば、ウエハマーク37に照射されるアライメント光の横
方向の色収差及びウエハマーク37からのアライメント
光の横方向の色収差が制御されているので、レチクル4
に形成されるレチクル窓40の位置を都合の良い位置に
設定できると共に、ウエハマーク37の位置も例えば露
光光の照射が少ない位置等の所望の位置に設定できる。
また、ウエハ照明光に対する投影光学系5の軸上色収差
を補正せず、横方向の色収差のみを制御しているため、
露光光とアライメント光との軸上色収差が大きくない場
合(例えば露光光として水銀ランプのi線を使用し、ア
ライメント光としてNe−Neレーザビームを使用する
場合等)には、色収差制御素子の格子パターンを直交す
る2方向のみで構成でき、色収差制御板39の製作が容
易である。
FIG. 13 shows a reticle mark 41 and a reticle window 40 on the reticle 4 of this example. In this example, since the axial chromatic aberration of the wafer illumination lights WB 1 to WB 4 is not corrected, it is necessary to widen the reticle window 40 by that amount, as shown in FIG. According to the third embodiment, since the lateral chromatic aberration of the alignment light irradiated on the wafer mark 37 and the lateral chromatic aberration of the alignment light from the wafer mark 37 are controlled, the reticle 4
The position of the reticle window 40 formed on the substrate can be set to a convenient position, and the position of the wafer mark 37 can also be set to a desired position such as a position where the exposure light irradiation is small.
Further, since the axial chromatic aberration of the projection optical system 5 with respect to the wafer illumination light is not corrected, only the lateral chromatic aberration is controlled.
When the on-axis chromatic aberration between the exposure light and the alignment light is not large (for example, when the i-line of a mercury lamp is used as the exposure light and the Ne-Ne laser beam is used as the alignment light), the grating of the chromatic aberration control element is used. The pattern can be formed only in two directions orthogonal to each other, and the chromatic aberration control plate 39 can be easily manufactured.

【0061】なお、上述の第2実施例及び第3実施例で
は、横方向の色収差の制御は、例えば図9(a)に示す
ように、投影光学系5の光軸AXに対して半径方向、即
ちメリジオナル方向に行っている。しかしながら、横方
向の色収差の制御は、メリジオナル方向のみでなく、任
意の方向に行うことができる。
In the second and third embodiments, the lateral chromatic aberration is controlled in the radial direction with respect to the optical axis AX of the projection optical system 5 as shown in FIG. 9A, for example. That is, it is going in the meridional direction. However, the lateral chromatic aberration can be controlled not only in the meridional direction but also in any direction.

【0062】次に、本発明の第4実施例につき図15〜
図17を参照して説明する。本実施例では、上述の3つ
の実施例とは異なり、1つのアライメント光学系によ
り、レチクル4とウエハ6とのX方向の位置ずれのみな
らず、Y方向の位置ずれをも検出するものである。その
ため、図9に示すようなX方向のアライメントを行うた
めのウエハ照明光WB1 〜WB4 及びレチクル照明光R
1 〜RB4 に加えて、Y方向のアライメントを行うた
めの不図示のウエハ照明光WB5 〜WB8 及びレチクル
照明光RB5 〜RB8 が、図9の対物レンズ2に対応す
る対物レンズから射出される。それらY方向のアライメ
ントを行うための不図示のウエハ照明光WB5 〜WB8
及びレチクル照明光RB5 〜RB8 は、図9(b)の紙
面に垂直な面内でそれぞれウエハマーク及びレチクルマ
ークに照射される。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, unlike the above-mentioned three embodiments, one alignment optical system detects not only the positional deviation between the reticle 4 and the wafer 6 in the X direction but also the positional deviation in the Y direction. . Therefore, the wafer illumination lights WB 1 to WB 4 and the reticle illumination light R for performing the alignment in the X direction as shown in FIG.
In addition to B 1 ~RB 4, the wafer illumination light WB 5 ~WB 8 and the reticle illumination light RB 5 ~RB 8 (not shown) for performing alignment in Y direction is, the objective lens corresponding to the objective lens 2 of FIG. 9 Is ejected from. Wafer illumination lights WB 5 to WB 8 (not shown) for performing the alignment in the Y direction
And reticle illumination light RB 5 ~RB 8 is irradiated to the wafer mark and the reticle mark respectively in a plane perpendicular to the plane of FIG. 9 (b).

【0063】図15は、この第4実施例で投影光学系の
瞳面に配置される色収差制御板42上の色収差制御素子
の配列及び形状を示し、この図15において、X方向用
のウエハ照明光WB1 〜WB4 の軸上及び横方向の色収
差の補正を行うための色収差制御素子G41A〜G4
1Dと、それらウエハ照明光によるウエハマークからの検
出光の横方向の色収差の補正を行うための色収差制御素
子G41Eとが設けられている。これら色収差制御素子G
1A〜G41Eの形状及び配置は、第2実施例の図10に
示す軸上及び横方向色収差制御素子G21A〜G21D及び
横方向色収差制御素子G21Eと同じである。
FIG. 15 shows the arrangement and shape of the chromatic aberration control elements on the chromatic aberration control plate 42 arranged on the pupil plane of the projection optical system in the fourth embodiment. In FIG. 15, wafer illumination for the X direction is shown. Chromatic aberration control elements G4 1A to G4 for correcting axial and lateral chromatic aberrations of the lights WB 1 to WB 4.
1D and a chromatic aberration control element G4 1E for correcting lateral chromatic aberration of the detection light from the wafer mark by the wafer illumination light are provided. These chromatic aberration control elements G
The shapes and arrangements of 4 1A to G4 1E are the same as those of the axial and lateral chromatic aberration control elements G2 1A to G2 1D and the lateral chromatic aberration control element G2 1E shown in FIG. 10 of the second embodiment.

【0064】また、Y方向用のウエハ照明光WB5 〜W
8 に関しては、ウエハ上でのビーム位置のずらし量
(図9(a)のΔβに相当する量)の方向が計測方向で
あるY方向と一致するため、軸上色収差を制御するため
に必要な制御素子と、横方向の色収差を制御するために
必要な制御素子の格子の方向が一致する。従って、Y方
向用のウエハ照明光WB5 〜WB8 の色収差の制御は、
色収差制御板42上の光軸AXを通りY方向に平行な直
線Y1上に配列され、直線Y1の方向に所定ピッチで形
成された回折格子状の照明光色収差制御素子G42A〜G
2Dによって行われる。また、ウエハ照明光WB5 〜W
8 によってウエハマークから発生する検出光の色収差
の制御は、X方向用の色収差制御素子G41Eにより兼用
することができる。
Further, the wafer illumination light WB 5 to W for the Y direction is used.
As for B 8 , the direction of the amount of beam position shift on the wafer (the amount corresponding to Δβ in FIG. 9A) coincides with the Y direction, which is the measurement direction, so it is necessary to control the axial chromatic aberration. The direction of the control element and the lattice direction of the control element necessary for controlling the lateral chromatic aberration coincide with each other. Therefore, the control of the chromatic aberration of the wafer illumination light WB 5 to WB 8 for the Y direction is
Illumination light chromatic aberration control elements G4 2A to G4 arranged on a straight line Y1 passing through the optical axis AX on the chromatic aberration control plate 42 and parallel to the Y direction and formed at a predetermined pitch in the direction of the straight line Y1.
It is done by 4 2D . Further, the wafer illumination light WB 5 to W
Control of the chromatic aberration of the detection light generated from the wafer mark by B 8 can be used also by the chromatic aberration control element G4 1E for the X direction.

【0065】また、本実施例では、X方向及びY方向の
位置ずれを検出するためのアライメント光学系が2個配
置できるようになっている。そのため、図15の色収差
制御板42上には、色収差制御素子G41A〜G41E及び
照明光色収差制御素子G42A〜G42Dを90°回転させ
た位置に、それぞれ色収差制御素子G43A〜G43E及び
照明光色収差制御素子G44A〜G44Dが設けられてい
る。従って、色収差制御板42上には、合計で18個の
色収差制御素子が設けられている。
Further, in this embodiment, two alignment optical systems for detecting positional deviations in the X and Y directions can be arranged. Therefore, on the chromatic aberration control plate 42 of FIG. 15, the chromatic aberration control elements G4 1A to G4 1E and the illumination light chromatic aberration control elements G4 2A to G4 2D are rotated by 90 °, respectively, and the chromatic aberration control elements G4 3A to G4 3E , respectively. And illumination light chromatic aberration control elements G4 4A to G4 4D . Therefore, a total of 18 chromatic aberration control elements are provided on the chromatic aberration control plate 42.

【0066】図16は、本例のレチクル上のレチクルマ
ーク44及びレチクル窓43を示し、この図16に示す
ように、レチクルマーク44はX方向にピッチPR の格
子とY方向にピッチPR の格子とを重ねた2次元格子で
形成されている。そして、レチクルマーク44上には、
X方向用のレチクル照明光RB1 〜RB4 とY方向用の
レチクル照明光RB5 〜RB8 とが照射され、レチクル
窓43をX方向用のウエハ照明光WB1 〜WB4 とY方
向用のウエハ照明光WB5 〜WB8 とが通過している。
図17は、本例のウエハ上のウエハマーク45を示し、
この図17に示すように、ウエハマーク45はX方向に
ピッチPW の格子とY方向にピッチPWの格子とを重ね
た2次元格子で形成されている。そして、ウエハマーク
45上には、X方向用のウエハ照明光WB1 〜WB4
Y方向用のウエハ照明光WB5 〜WB8 とが照射されて
いる。
[0066] Figure 16 shows a reticle mark 44 and the reticle window 43 on the reticle of the present embodiment, as shown in FIG. 16, the reticle mark 44 pitch P R is the grating and the Y-pitch P R in the X direction It is formed by a two-dimensional lattice which is overlapped with the lattice. Then, on the reticle mark 44,
The reticle illumination lights RB 1 to RB 4 for the X direction and the reticle illumination lights RB 5 to RB 8 for the Y direction are irradiated, and the reticle window 43 is irradiated with the wafer illumination lights WB 1 to WB 4 for the X direction and for the Y direction. Wafer illuminating lights WB 5 to WB 8 are passing.
FIG. 17 shows a wafer mark 45 on the wafer of this example,
As shown in this FIG. 17, the wafer mark 45 is formed in a two-dimensional grid of repeating the grating pitch P W in a grid and the Y-pitch P W in the X direction. Then, the wafer mark 45 is irradiated with wafer illumination lights WB 1 to WB 4 for the X direction and wafer illumination lights WB 5 to WB 8 for the Y direction.

【0067】本例のアライメント光学系の受光系におい
ては、X方向用のウエハ検出光及びレチクル検出光とそ
れぞれY方向用のウエハ検出光及びレチクル検出光とを
弁別する必要がある。この場合、例えばX方向用のウエ
ハ検出光とY方向用のウエハ検出光とはウエハ上でも投
影光学系の瞳面上でも重なっているため、スリットのよ
うな素子では分離することができない。分離する方法と
しては、例えばX方向用の照明光とY方向用の照明光と
で偏光方向を異ならせる方法が考えられる。
In the light receiving system of the alignment optical system of this example, it is necessary to discriminate the wafer detection light and the reticle detection light for the X direction from the wafer detection light and the reticle detection light for the Y direction, respectively. In this case, for example, the wafer detection light for the X direction and the wafer detection light for the Y direction overlap on the wafer and on the pupil plane of the projection optical system, and therefore cannot be separated by an element such as a slit. As a method of separating, for example, a method of making the polarization directions of the illumination light for the X direction and the illumination light for the Y direction different can be considered.

【0068】しかしながら、本実施例では、X方向用の
アライメント照明光の周波数差をΔf1 及びΔf2
し、Y方向用のアライメント照明光の周波数差をそれら
とは異なるΔf3 及びΔf4 に設定する。そして、4つ
のビート周波数の検出光を1つの光電検出素子で受光
し、この光電変換素子からの出力信号を前記ハイパスフ
ィルタ回路、ローパスフィルタ回路及び2つのバンドパ
スフィルタ回路に供給することにより、4つの独立した
ウエハ信号を得ることができる。レチクル信号について
も同様である。
However, in this embodiment, the frequency difference of the alignment illumination light for the X direction is set to Δf 1 and Δf 2, and the frequency difference of the alignment illumination light for the Y direction is set to Δf 3 and Δf 4 different from them. To do. Then, the detection light of four beat frequencies is received by one photoelectric detection element, and the output signal from this photoelectric conversion element is supplied to the high pass filter circuit, the low pass filter circuit, and the two band pass filter circuits. Two independent wafer signals can be obtained. The same applies to the reticle signal.

【0069】このように本実施例によれば、1つの対物
レンズ(図9(b)の対物レンズ2に対応するレンズ)
で2方向のアライメント検出ができる。従って、レチク
ル4とウエハ6との2次元的な位置ずれ量(X方向及び
Y方向の位置ずれ量と、回転角のずれ量)だけを検出す
るのであれば、対物レンズ2本だけでも装置が成り立つ
のみならず、対物レンズを4本使用することにより、レ
チクル4とウエハ6上のチップとの倍率誤差等をも検出
することができ、よりアライメント精度が高精度化でき
る。
As described above, according to this embodiment, one objective lens (lens corresponding to the objective lens 2 in FIG. 9B)
Can detect alignment in two directions. Therefore, if only the two-dimensional positional shift amount between the reticle 4 and the wafer 6 (the positional shift amount in the X direction and the Y direction and the shift amount of the rotation angle) is detected, the apparatus can be constructed with only two objective lenses. Not only does this hold, but by using four objective lenses, it is also possible to detect magnification errors between the reticle 4 and the chips on the wafer 6, and the alignment accuracy can be further improved.

【0070】なお、例えば図9の実施例において、ウエ
ハマーク37を2次元格子より形成し、図9(b)のウ
エハ照明光WB3 ,WB4 をY方向、即ち図9(b)の
紙面に垂直な面内でウエハマーク37に照射することに
よっても、レチクル4とウエハ6とのY方向の位置ずれ
を検出することができる。また、上述の各実施例に共通
して、複数の周波数の信号が混合された信号からおのお
のの周波数の信号を抽出する方法として、原信号をそれ
ら複数の周波数の内の最高周波数の2倍以上の周波数で
デジタルサンプリングして、一旦メモリに蓄える方法を
使用しても良い。そのようにメモリに蓄えられた信号か
ら、フーリエ級数法により特定の周波数の信号のみを演
算処理で取り出すことができる。この場合、各ビート周
波数(例えばΔf1 ,Δf2 )の比を簡単な整数比に設
定し、サンプリング時間を各信号の周期の公倍数に選ぶ
ことにより、各信号は完全に分離抽出できる。
Note that, for example, in the embodiment of FIG. 9, the wafer mark 37 is formed by a two-dimensional lattice, and the wafer illumination lights WB 3 and WB 4 of FIG. 9B are applied in the Y direction, that is, the paper surface of FIG. 9B. By irradiating the wafer mark 37 in a plane perpendicular to the plane, it is possible to detect the positional deviation between the reticle 4 and the wafer 6 in the Y direction. Further, in common with each of the above-described embodiments, as a method of extracting a signal of each frequency from a signal in which signals of a plurality of frequencies are mixed, the original signal is equal to or more than twice the highest frequency of the plurality of frequencies. It is also possible to use a method in which digital sampling is performed at the frequency of and the data is temporarily stored in the memory. From the signal thus stored in the memory, only the signal of a specific frequency can be taken out by the arithmetic processing by the Fourier series method. In this case, each signal can be completely separated and extracted by setting the ratio of each beat frequency (for example, Δf 1 , Δf 2 ) to a simple integer ratio and selecting the sampling time as a common multiple of the period of each signal.

【0071】また、上述の実施例においては、例えば図
1において、ウエハ照明光WB1,WB2 とウエハ照明光
WB3,WB4 との平均波長は等しく設定されているが、
ウエハ照明光WB1,WB2 の平均波長とウエハ照明光W
3,WB4 の平均波長とを異ならしめてもよい。このよ
うに平均波長を変えた場合には、ウエハ照明光WB1,W
2 によるウエハマークからの検出光とウエハ照明光W
3,WB4 によるウエハマークからの検出光とを例えば
波長弁別により分離してもよい。
In the above embodiment, the average wavelengths of the wafer illumination lights WB 1 and WB 2 and the wafer illumination lights WB 3 and WB 4 are set equal to each other in FIG. 1, for example.
Wafer illumination light WB 1 , WB 2 average wavelength and wafer illumination light W
The average wavelengths of B 3 and WB 4 may be different. When the average wavelength is changed in this way, the wafer illumination lights WB 1 , W
Detection light from wafer mark by B 2 and wafer illumination light W
The detection light from the wafer mark by B 3 and WB 4 may be separated by wavelength discrimination, for example.

【0072】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の第1のアライメント装置によれ
ば、基板上のアライメントマークに照射されるアライメ
ント光に対する投影光学系の軸上色収差のみを照射光制
御手段で制御しているので、そのアライメントマークの
格子ピッチが細かくなった場合でも、その照射光制御素
子の面積を変えることなく、その位置を変えるだけで対
応できる。従って、投影光学系の設計及び製造に対する
負担を軽くして、高性能なアライメント装置を実現する
ことができる。また、周波数Δf1 の成分と周波数Δf
2 の成分とが得られるので、プロセスにより基板の表面
状態が変化して、例えば周波数Δf1 の成分が小さくな
ったような場合でも、正確にアライメントを行うことが
できる。
According to the first alignment apparatus of the present invention, the irradiation light control means controls only the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the alignment light irradiated on the alignment mark on the substrate. Even if the lattice pitch of the alignment mark becomes fine, it can be dealt with by changing the position of the irradiation light control element without changing the area. Therefore, the burden on the design and manufacturing of the projection optical system can be reduced, and a high-performance alignment apparatus can be realized. Also, the frequency Δf 1 component and the frequency Δf
Since the second component is obtained, accurate alignment can be performed even when the surface state of the substrate is changed by the process and the component of the frequency Δf 1 is reduced.

【0074】また、基板上のアライメントマーク上に第
3の光照射手段から照射される2光束による計測方向
と、基板上のアライメントマーク上に第4の光照射手段
から照射される2光束による計測方向とが直交している
場合には、1つのアライメント装置でマスクと基板との
2次元的な位置ずれを検出することができる。また、本
発明の第2のアライメント装置によれば、アライメント
光に対する投影光学系の軸上色収差を補正せず、横方向
の色収差のみを制御しているため、アライメント光がマ
スク上で通過する位置を露光領域より外側に配置でき、
基板上で露光領域に対するアライメントマーク領域の面
積を小さくできる。そして、このアライメント装置を、
例えば露光光とアライメント光との軸上色収差が大きく
ない場合に適用すると、照射光制御手段及び検出光制御
手段の構成が単純であり、アライメント装置の製造が容
易である。
Further, the alignment mark on the substrate is measured by the two light beams emitted from the third light irradiation unit, and the alignment mark on the substrate is measured by the two light beams emitted from the fourth light irradiation unit. When the directions are orthogonal to each other, the two-dimensional positional deviation between the mask and the substrate can be detected by one alignment device. Further, according to the second alignment apparatus of the present invention, the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the alignment light is not corrected and only the lateral chromatic aberration is controlled, so that the position where the alignment light passes on the mask is controlled. Can be placed outside the exposure area,
The area of the alignment mark region with respect to the exposure region can be reduced on the substrate. And this alignment device
For example, when it is applied when the axial chromatic aberration between the exposure light and the alignment light is not large, the configuration of the irradiation light control means and the detection light control means is simple, and the manufacture of the alignment apparatus is easy.

【0075】また、周波数Δf1 の成分と周波数Δf2
の成分とが得られるので、プロセスにより基板の表面状
態が変化して、例えば周波数Δf1 の成分が小さくなっ
たような場合でも、正確にアライメントを行うことがで
きる。更に、照射光制御手段と検出光制御手段とが互い
に独立しているため、アライメントマークに照射される
アライメント光の色収差量とアライメントマークからの
検出光の色収差量とを別々に制御することが可能であ
る。例えば、マスクを通過する照明光と検出光との位置
を異ならしめ、照明光のマスクによる正反射光と検出光
とを空間的に分離することにより、両光が混入すること
を防ぐことができる。
The component of frequency Δf 1 and frequency Δf 2
Therefore, even if the surface state of the substrate is changed by the process and the component of the frequency Δf 1 becomes small, the alignment can be accurately performed. Furthermore, since the irradiation light control means and the detection light control means are independent of each other, it is possible to separately control the chromatic aberration amount of the alignment light irradiated on the alignment mark and the chromatic aberration amount of the detection light from the alignment mark. Is. For example, by making the positions of the illumination light passing through the mask and the detection light different and spatially separating the regular reflection light and the detection light of the illumination light by the mask, it is possible to prevent both lights from mixing. .

【0076】この際に、投影光学系の軸上色収差をも制
御するようにすると、アライメント光学系の構成が簡略
化される。そして、基板上のアライメントマーク上に第
3の光照射手段から照射される2光束による計測方向
と、基板上のアライメントマーク上に第4の光照射手段
から照射される2光束による計測方向とが直交している
場合には、1つのアライメント装置でマスクと基板との
2次元的な位置ずれを検出することができる。
At this time, if the axial chromatic aberration of the projection optical system is also controlled, the configuration of the alignment optical system is simplified. Then, the measurement direction by the two light beams emitted from the third light irradiation unit onto the alignment mark on the substrate and the measurement direction by the two light beams emitted from the fourth light irradiation unit onto the alignment mark on the substrate are When they are orthogonal to each other, it is possible to detect a two-dimensional displacement between the mask and the substrate with one alignment device.

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

【図1】(a)は本発明によるアライメント装置の第1
実施例が適用された投影露光装置を示す概略構成図、
(b)は図1(a)の右側面図である。
FIG. 1 (a) shows a first alignment apparatus according to the present invention.
A schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which an embodiment is applied,
FIG. 1B is a right side view of FIG.

【図2】(a)は図1中のアライメント光学系1を示す
構成図、(b)は図2(a)の右側面図、(c)は図3
(b)の底面図である。
2A is a configuration diagram showing the alignment optical system 1 in FIG. 1, FIG. 2B is a right side view of FIG. 2A, and FIG.
It is a bottom view of (b).

【図3】図1のアライメント装置の信号処理系の一例を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a signal processing system of the alignment apparatus of FIG.

【図4】第1実施例のレチクル上のレチクルマーク及び
レチクル窓を示す拡大平面図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a reticle mark and a reticle window on the reticle of the first embodiment.

【図5】第1実施例のウエハ上のウエハマークを示す拡
大平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a wafer mark on the wafer of the first embodiment.

【図6】第1実施例の色収差制御板10の色収差制御素
子の配列及び形状を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the arrangement and shape of chromatic aberration control elements of the chromatic aberration control plate 10 of the first example.

【図7】第1実施例で得られる一部のレチクル信号及び
一部のウエハ信号を示す波形図である。
FIG. 7 is a waveform diagram showing some reticle signals and some wafer signals obtained in the first embodiment.

【図8】第1実施例で得られる残りのレチクル信号及び
残りのウエハ信号を示す波形図である。
FIG. 8 is a waveform diagram showing the remaining reticle signal and the remaining wafer signal obtained in the first embodiment.

【図9】(a)は本発明の第2実施例が適用された投影
露光装置を示す概略構成図、(b)は図9(a)の右側
面図である。
9A is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which a second embodiment of the present invention is applied, and FIG. 9B is a right side view of FIG. 9A.

【図10】第2実施例の色収差制御板38の色収差制御
素子の配列及び形状を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing the arrangement and shape of chromatic aberration control elements of the chromatic aberration control plate 38 of the second example.

【図11】(a)は本発明の第3実施例が適用された投
影露光装置を示す概略構成図、(b)は図11(a)の
右側面図である。
11A is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which a third embodiment of the present invention is applied, and FIG. 11B is a right side view of FIG. 11A.

【図12】(a)は図11中のアライメント光学系1を
示す構成図、(b)は図12(a)の右側面図、(c)
は図12(b)の底面図である。
12A is a configuration diagram showing the alignment optical system 1 in FIG. 11, FIG. 12B is a right side view of FIG. 12A, and FIG.
FIG. 12 is a bottom view of FIG.

【図13】第3実施例のレチクル上のレチクルマーク及
びレチクル窓を示す拡大平面図である。
FIG. 13 is an enlarged plan view showing a reticle mark and a reticle window on the reticle of the third embodiment.

【図14】第3実施例の色収差制御板39の色収差制御
素子の配列及び形状を示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view showing the arrangement and shape of chromatic aberration control elements of the chromatic aberration control plate 39 of the third example.

【図15】本発明の第4実施例のアライメント装置で使
用される色収差制御板42の色収差制御素子の配列及び
形状を示す平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing the arrangement and shape of chromatic aberration control elements of the chromatic aberration control plate used in the alignment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

【図16】第4実施例のレチクル上のレチクルマーク及
びレチクル窓を示す拡大平面図である。
FIG. 16 is an enlarged plan view showing a reticle mark and a reticle window on the reticle of the fourth embodiment.

【図17】第4実施例のウエハ上のウエハマークを示す
拡大平面図である。
FIG. 17 is an enlarged plan view showing a wafer mark on the wafer of the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アライメント光学系 2 対物レンズ 3 ダイクロイックミラー 4 レチクル 5 投影光学系 6 ウエハ 10,38,39,42 色収差制御板 11a,11b レーザ光源 12a,12b ビームスプリッタプリズム 14a,14b,15a,15b 音響光学変調素子
(AOM) 16a,16b,17a,17b スリット 25 視野スリット 26 平行平面板 29 ビームスプリッタ 31 検出光分離プリズム 35,40,43 レチクル窓(ウエハ照明光用の透過
窓) 36,41,44 レチクルマーク 37,45 ウエハマーク RB1 〜RB4 レチクルアライメント照明光 WB1 〜WB4 ウエハアライメント照明光 G11A〜G11D,G21A〜G21E 色収差制御素子 G31A〜G31E,G41A〜G41E 色収差制御素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Alignment optical system 2 Objective lens 3 Dichroic mirror 4 Reticle 5 Projection optical system 6 Wafers 10, 38, 39, 42 Chromatic aberration control plate 11a, 11b Laser light source 12a, 12b Beam splitter prism 14a, 14b, 15a, 15b Acousto-optic modulator (AOM) 16a, 16b, 17a, 17b Slit 25 Field slit 26 Parallel plane plate 29 Beam splitter 31 Detection light separation prism 35, 40, 43 Reticle window (transmission window for wafer illumination light) 36, 41, 44 Reticle mark 37 , 45 wafer marks RB 1 ~RB 4 reticle alignment illumination light WB 1 ~WB 4 wafer alignment illumination light G1 1A ~G1 1D, G2 1A ~G2 1E aberration control element G3 1A ~G3 1E, G4 1A ~G4 1E aberration control element

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスク上に形成されたパターンを、露光
光のもとで投影光学系を介して2次元的に移動自在なス
テージ上の基板上に投影露光する投影露光装置に設けら
れ、前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれを前記
露光光とは異なる波長のアライメント光で検出するアラ
イメント装置において、 前記マスク上に形成された格子状のアライメントマーク
に対し、前記アライメント光として互いに周波数がΔf
1 だけ異なる可干渉な2光束を、それぞれ異なる方向か
ら照射する第1の光照射手段と、 前記マスク上に形成された格子状のアライメントマーク
に対し、前記アライメント光として互いに周波数がΔf
1 と異なるΔf2 だけ異なる可干渉な2光束を、それぞ
れ異なる方向から照射する第2の光照射手段と、 前記基板上に形成された格子状のアライメントマークに
対し、前記マスク及び前記投影光学系を介して、前記ア
ライメント光として互いに周波数がΔf1 だけ異なる可
干渉な2光束を、それぞれ異なる方向から照射する第3
の光照射手段と、 前記基板上に形成された格子状のアライメントマークに
対し、前記マスク及び前記投影光学系を介して、前記ア
ライメント光として互いに周波数がΔf2 だけ異なる可
干渉な2光束を、それぞれ異なる方向から照射する第4
の光照射手段と、 前記投影光学系中の瞳面又はこの近傍の面上で、前記第
3の光照射手段からの2光束及び前記第4の光照射手段
からの2光束が通過する領域に配置され、それぞれ前記
第3の光照射手段からの光束及び前記第4の光照射手段
からの光束に対する前記投影光学系の軸上色収差を所定
の値に制御する照射光制御手段と、 それぞれ前記マスク上のアライメントマークにより同一
方向に回折される2光束よりなる2組以上の光束を検出
する第1の検出手段と、 それぞれ前記基板上のアライメントマークにより同一方
向に回折される2光束よりなる2組以上の光束を検出す
る第2の検出手段と、 前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段から得られ
る検出信号の内の周波数Δf1 の成分同士の位相を比較
する第1の位相比較手段と、 前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段から得られ
る検出信号の内の周波数Δf2 の成分同士の位相を比較
する第2の位相比較手段と、 該2つの位相比較手段によってそれぞれ得られた位相差
に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれ
量を検出する位置ずれ検出手段とを有することを特徴と
するアライメント装置。
1. A projection exposure apparatus which projects and exposes a pattern formed on a mask onto a substrate on a stage that is two-dimensionally movable under exposure light via a projection optical system, In an alignment apparatus that detects a relative displacement between a mask and the substrate with alignment light having a wavelength different from that of the exposure light, a grid-shaped alignment mark formed on the mask has a mutual frequency of the alignment light. Is Δf
The first light irradiating means for irradiating two coherent light fluxes different from each other from different directions and the lattice-shaped alignment mark formed on the mask have a frequency Δf as the alignment light.
Second masking means for irradiating two coherent light fluxes different from each other by Δf 2 different from 1 , respectively from different directions, and the mask and the projection optical system with respect to the lattice-like alignment marks formed on the substrate. A third coherent light flux having a frequency different from each other by Δf 1 as the alignment light is emitted from different directions via
The light irradiating means and the grid-like alignment mark formed on the substrate, through the mask and the projection optical system, two coherent light beams having different frequencies as the alignment light by Δf 2 , Fourth irradiation from different directions
On the pupil plane in the projection optical system or on a surface in the vicinity of the pupil plane in the area where the two light beams from the third light irradiation unit and the two light beams from the fourth light irradiation unit pass. Irradiation light control means arranged to control the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light flux from the third light irradiation means and the light flux from the fourth light irradiation means to a predetermined value, respectively. First detection means for detecting two or more sets of light beams consisting of two light beams diffracted in the same direction by the alignment mark above, and two sets of two light beams diffracted in the same direction by the alignment mark on the substrate, respectively. First phase comparison for comparing the phases of the components of frequency Δf 1 in the detection signals obtained from the first detection means and the second detection means with the second detection means for detecting the above luminous flux Means and Respectively obtained by said first detection means and the second and the second phase comparing means for comparing the phase of the component between the frequency Delta] f 2 of the detection signal obtained from the detection means, the two phase comparing means An alignment apparatus comprising: a positional deviation detection unit that detects a relative positional deviation amount between the mask and the substrate based on the phase difference.
【請求項2】 前記基板上のアライメントマーク上に前
記第3の光照射手段から照射される2光束による計測方
向と、前記基板上のアライメントマーク上に前記第4の
光照射手段から照射される2光束による計測方向とが直
交していることを特徴とする請求項1記載のアライメン
ト装置。
2. The alignment mark on the substrate is irradiated with the two light beams emitted from the third light irradiation unit, and the alignment mark on the substrate is illuminated with the fourth light irradiation unit. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the measurement directions of the two light fluxes are orthogonal to each other.
【請求項3】 マスク上に形成されたパターンを、露光
光のもとで投影光学系を介して2次元的に移動自在なス
テージ上の基板上に投影露光する投影露光装置に設けら
れ、前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれを前記
露光光とは異なる波長のアライメント光で検出するアラ
イメント装置において、 前記マスク上に形成された格子状のアライメントマーク
に対し、前記アライメント光として互いに周波数がΔf
1 だけ異なる可干渉な2光束を、それぞれ異なる方向か
ら照射する第1の光照射手段と、 前記マスク上に形成された格子状のアライメントマーク
に対し、前記アライメント光として互いに周波数がΔf
1 と異なるΔf2 だけ異なる可干渉な2光束を、それぞ
れ異なる方向から照射する第2の光照射手段と、 前記基板上に形成された格子状のアライメントマークに
対し、前記マスク及び前記投影光学系を介して、前記ア
ライメント光として互いに周波数がΔf1 だけ異なる可
干渉な2光束を、それぞれ異なる方向から照射する第3
の光照射手段と、 前記基板上に形成された格子状のアライメントマークに
対し、前記マスク及び前記投影光学系を介して、前記ア
ライメント光として互いに周波数がΔf2 だけ異なる可
干渉な2光束を、それぞれ異なる方向から照射する第4
の光照射手段と、 前記投影光学系中の瞳面又はこの近傍の面上で、前記第
3の光照射手段からの2光束及び前記第4の光照射手段
からの2光束が通過する領域に配置され、それぞれ前記
第3の光照射手段からの光束及び前記第4の光照射手段
からの光束に対する前記投影光学系の横方向の色収差を
所定の値に制御する照射光制御手段と、 前記投影光学系中の瞳面又はこの近傍の面上で、それぞ
れ前記基板上のアライメントマークから同一方向に回折
される2光束よりなる2組以上の光束が通過する領域に
配置され、それぞれ前記基板上のアライメントマークか
らの光束に対して所定量の横方向の色収差を発生させる
検出光制御手段と、 それぞれ前記マスク上のアライメントマークにより同一
方向に回折される2光束よりなる2組以上の光束を検出
する第1の検出手段と、 それぞれ前記基板上のアライメントマークにより同一方
向に回折される2光束よりなる2組以上の光束を検出す
る第2の検出手段と、 前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段から得られ
る検出信号の内の周波数Δf1 の成分の位相を比較する
第1の位相比較手段と、 前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段から得られ
る検出信号の内の周波数Δf2 の成分の位相を比較する
第2の位相比較手段と、 該2つの位相比較手段により得られた位相差に基づいて
前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれ量を検出す
る位置ずれ検出手段とを有することを特徴とするアライ
メント装置。
3. A projection exposure apparatus which projects and exposes a pattern formed on a mask onto a substrate on a stage that is two-dimensionally movable under exposure light via a projection optical system, In an alignment apparatus that detects a relative displacement between a mask and the substrate with alignment light having a wavelength different from that of the exposure light, a grid-shaped alignment mark formed on the mask has a mutual frequency of the alignment light. Is Δf
The first light irradiating means for irradiating two coherent light fluxes different from each other from different directions and the lattice-shaped alignment mark formed on the mask have a frequency Δf as the alignment light.
Second masking means for irradiating two coherent light fluxes different from each other by Δf 2 different from 1 , respectively from different directions, and the mask and the projection optical system with respect to the lattice-like alignment marks formed on the substrate. A third coherent light flux having a frequency different from each other by Δf 1 as the alignment light is emitted from different directions via
The light irradiating means and the grid-like alignment mark formed on the substrate, through the mask and the projection optical system, two coherent light beams having different frequencies as the alignment light by Δf 2 , Fourth irradiation from different directions
On the pupil plane in the projection optical system or on a surface in the vicinity of the pupil plane in the area where the two light beams from the third light irradiation unit and the two light beams from the fourth light irradiation unit pass. Irradiation light control means arranged to control the lateral chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light flux from the third light irradiation means and the light flux from the fourth light irradiation means to a predetermined value, respectively. It is arranged on a pupil plane in the optical system or on a surface in the vicinity thereof in a region through which two or more sets of light fluxes of two light fluxes diffracted in the same direction from the alignment mark on the substrate pass, respectively, on the substrate. Detection light control means for generating a predetermined amount of lateral chromatic aberration with respect to the light beam from the alignment mark, and two or more sets of light beams each consisting of two light beams diffracted in the same direction by the alignment mark on the mask. First detecting means for detecting; second detecting means for detecting two or more sets of light fluxes each of which is diffracted in the same direction by the alignment mark on the substrate; A first phase comparing means for comparing the phases of components of the frequency Δf 1 in the detection signal obtained from the second detecting means; and a detection signal obtained from the first detecting means and the second detecting means. Second phase comparison means for comparing the phases of the components of the frequency Δf 2 within, and the relative positional deviation amount between the mask and the substrate is detected based on the phase difference obtained by the two phase comparison means. An alignment apparatus comprising:
【請求項4】 前記照射光制御手段が、前記第3の光照
射手段からの光束及び前記第4の光照射手段からの光束
に対する前記投影光学系の軸上色収差をも所定の値に制
御し、 前記検出光制御手段が、前記基板上のアライメントマー
クからの光束に対する前記投影光学系の軸上色収差もを
所定の値に制御することを特徴とする請求項3記載のア
ライメント装置。
4. The irradiation light control means controls the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light flux from the third light irradiation means and the light flux from the fourth light irradiation means to a predetermined value. 4. The alignment apparatus according to claim 3, wherein the detection light control means controls the axial chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light flux from the alignment mark on the substrate to a predetermined value.
【請求項5】 前記基板上のアライメントマーク上に前
記第3の光照射手段から照射される2光束による計測方
向と、前記基板上のアライメントマーク上に前記第4の
光照射手段から照射される2光束による計測方向とが直
交していることを特徴とする請求項3又は4記載のアラ
イメント装置。
5. The alignment mark on the substrate is irradiated with the two light fluxes measured by the third light irradiation unit, and the alignment mark on the substrate is irradiated with the fourth light irradiation unit. The alignment apparatus according to claim 3 or 4, wherein the measurement directions of the two light fluxes are orthogonal to each other.
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