JPH06283419A - Positioning device - Google Patents

Positioning device

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JPH06283419A
JPH06283419A JP5207941A JP20794193A JPH06283419A JP H06283419 A JPH06283419 A JP H06283419A JP 5207941 A JP5207941 A JP 5207941A JP 20794193 A JP20794193 A JP 20794193A JP H06283419 A JPH06283419 A JP H06283419A
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Japan
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pattern
mark
coordinate
wafer
patterns
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Toshio Matsuura
敏男 松浦
Satoshi Yomo
智 四方
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Nikon Corp
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately recognize a mark for alignment by selecting, as a coordinate position for reference pattern, at least one coordinate among a plurality of pattern coordinates in which the space between adjoining patterns is almost equivalent to that between a plurality of specific patterns, in the coordinate positions of respective patterns. CONSTITUTION:On a wafer on which circuit patterns are formed, three marks YMa, YMb and YMc are formed as a Y mark parallel to each other. The space between marks YMa and YMb in a scanning direction of spot light YS is B and the space between marks YMb and YMc is C, further they are respectively placed at the specified positions against the circuit patterns. In addition, these three marks YMa, YMb an YMc have the same grid pattern, and when the spot light YS is applied thereto, diffracted light of the same intensity is similarly generated therefrom. Furthermore, when the spot light is scanned, a detection signal generates the peaks caused by the diffracted light from the pattern as well as the diffracted light from the marks.

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、半導体装置製造用の露
光装置に適した位置決め装置に関し、特に位置合わせ用
マークと他のパターンとを有する基板を位置決めする
際、そのマークと他のパターンとを識別して検出し、位
置決めする装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, when positioning a substrate having an alignment mark and other patterns, the marks and other patterns The present invention relates to a device for identifying, detecting, and positioning.

【0002】[0002]

【従来の技術】大規模集積回路(LSI)パターンの微
細化は年々進行しているが、微細化に対する要求を満た
し、かつ生産性の高い回路パターン焼付装置として縮小
投影型露光装置が普及してきている。従来より用いられ
てきたこれらの装置においては、シリコンウェハに焼き
付けされるべきパターンの何倍か(例えば5倍)のレチ
クルパターンが投影レンズによって縮小投影され、1回
の露光で焼き付けされるのはウェハ上で対角長21mm
の正方形よりも小さい程度の領域である。従って、直径
125mm位のウェハ全面にパターンを焼き付けるに
は、ウェハをステージに載せて一定距離移動させては露
光を繰り返す、いわゆるステップアンドリピート方式を
採用している。
2. Description of the Related Art Although miniaturization of large-scale integrated circuit (LSI) patterns is progressing year by year, reduction projection type exposure apparatuses have come into widespread use as circuit pattern printing apparatuses satisfying the requirements for miniaturization and having high productivity. There is. In these devices which have been conventionally used, a reticle pattern, which is several times (for example, five times) the pattern to be printed on a silicon wafer, is reduced and projected by a projection lens and printed in a single exposure. 21mm diagonal on the wafer
The area is smaller than the square. Therefore, in order to print a pattern on the entire surface of a wafer having a diameter of about 125 mm, a so-called step-and-repeat method is adopted in which the wafer is placed on a stage, moved for a certain distance, and then exposure is repeated.

【0003】LSI製造においては、数層以上のパター
ンがウェハ上に順次形成されていくが、異なる層間のパ
ターンの重ね合わせ誤差(位置ずれ)を一定値以下にし
ておかなければ、層間の導電又は絶縁状態が意図するも
のでなくなり、LSIの機能を果たすことができなくな
る。例えば1μmの最小線幅の回路に対しては、せいぜ
い0.2μm程度の位置ずれしか許されない。縮小投影
露光方式では、パターンを重ね合わせる方法、即ちレチ
クル上のパターンの投影像と既に形成されたウェハ上の
パターンとを重ね合わせる方法として、オフ・アクシス
(Off-Axis)方式とスルー・ザ・レンズ(TTL)方式と
の2つの方法がある。
In LSI manufacturing, patterns of several layers or more are sequentially formed on a wafer. However, if the overlay error (positional deviation) of patterns between different layers is not kept below a certain value, the conductivity or The insulation state becomes unintended, and the LSI function cannot be achieved. For example, for a circuit having a minimum line width of 1 μm, only a positional deviation of about 0.2 μm is allowed. The reduction projection exposure method is a method of superimposing patterns, that is, a method of superimposing a projected image of a pattern on a reticle and a pattern on a wafer that has already been formed.
There are two methods, an (Off-Axis) method and a through-the-lens (TTL) method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の方式にしろ、ウェハはステージに載置される際に、粗
く位置決め(プリアライメント)される。このプリアラ
イメントの精度が悪いと、ウェハ上に形成された位置合
わせ用のマークは、オフ・アクシス方式によるアライメ
ント顕微鏡、又はTTL方式による観察系(検出系)の
検出中心位置から大きくずれてしまう。このため、その
マーク以外のパターンを誤認識して検出し、その結果誤
った位置合わせを行ってしまうという欠点があった。
However, whichever method is used, the wafer is roughly positioned (pre-aligned) when it is mounted on the stage. If the precision of this pre-alignment is poor, the alignment mark formed on the wafer will be greatly displaced from the detection center position of the alignment microscope by the off-axis method or the observation system (detection system) by the TTL method. Therefore, there is a drawback that a pattern other than the mark is erroneously recognized and detected, and as a result, incorrect alignment is performed.

【0005】本発明はこれらの欠点を解決し、たとえ基
板(ウェハ)のプリアライメント精度が悪くても正確に
位置合わせ用のマークを認識して、基板の位置決めを行
う装置を得ることを目的とする。
It is an object of the present invention to solve these drawbacks and to obtain an apparatus for accurately recognizing alignment marks and positioning a substrate even if the pre-alignment accuracy of the substrate (wafer) is poor. To do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、所定のパターン(回路パターン
等)が形成された基板(ウェハ3)を保持して2次元移
動する基板ステージ(4)と、所定の静止座標系(直交
座標系XY)内での基板ステージの座標位置を計測する
座標測定手段(X、Y干渉計ブロック9、10)と、静
止座標系内で基板ステージを駆動する移動手段(駆動部
13、14)とを備え、静止座標系内の所定位置(例え
ばアライメント顕微鏡のスポット光の照射位置)に基板
を位置決めする装置において、基板は、回路パターン
(61、65)に隣接して形成されるとともに、所定方
向(探査方向)に予め定められた間隔(B、C)で配置
された複数の特定パターン(マークYMa、YMb、Y
Mc)から成る基準パターンを有し、基板ステージを探
査方向に移動させたとき、基板上で探査方向に回路パタ
ーンの少なくとも一部と基準パターンとを含んで所定距
離だけ延びた探査領域内のパターン分布に応じた光電信
号を出力するパターン検出手段(オフアクシス方式のア
ライメント顕微鏡等)と、この出力された光電信号と、
基板ステージを探査方向に移動させたときに座標測定手
段から出力される位置情報(座標値)とに基づいて、探
査領域内のパターンの静止座標系上での各座標位置を検
出する位置検出手段(マイクロコンピュータ等)と、こ
の検出された各パターンの座標位置のうち、隣接するパ
ターン間の間隔が複数の特定パターンの間隔とほぼ一致
する複数のパターンの座標位置のうちの少なくとも1つ
を、基準パターンの座標位置として選び出す判定手段
(マイクロコンピュータ)と、この選び出された座標位
置と座標計測手段によって計測される座標位置とに基づ
いて移動手段を制御して、基板を所定位置に位置決めす
る制御手段(マイクロコンピュータ)とを設けることと
した。
In order to solve such a problem, in the present invention, a substrate stage (4) that holds a substrate (wafer 3) on which a predetermined pattern (circuit pattern or the like) is formed and moves two-dimensionally. ), Coordinate measuring means (X, Y interferometer blocks 9, 10) for measuring the coordinate position of the substrate stage in a predetermined stationary coordinate system (orthogonal coordinate system XY), and driving the substrate stage in the stationary coordinate system. And a moving unit (driving unit 13, 14) for positioning the substrate at a predetermined position (for example, the spot light irradiation position of the alignment microscope) in the stationary coordinate system, the substrate has a circuit pattern (61, 65). A plurality of specific patterns (marks YMa, YMb, Y) that are formed adjacent to each other and are arranged at predetermined intervals (B, C) in a predetermined direction (search direction).
A pattern in a search region which has a reference pattern of Mc) and which extends on the substrate by a predetermined distance including at least a part of the circuit pattern and the reference pattern in the search direction when the substrate stage is moved in the search direction. A pattern detection means (off-axis type alignment microscope or the like) that outputs a photoelectric signal according to the distribution, and the output photoelectric signal,
Position detecting means for detecting each coordinate position on the stationary coordinate system of the pattern in the search area based on the position information (coordinate value) output from the coordinate measuring means when the substrate stage is moved in the search direction. (A microcomputer or the like), and at least one of the coordinate positions of the plurality of patterns in which the intervals between the adjacent patterns substantially match the intervals of the plurality of specific patterns among the detected coordinate positions of the patterns, The determining means (microcomputer) for selecting the coordinate position of the reference pattern, and the moving means for controlling the moving means based on the selected coordinate position and the coordinate position measured by the coordinate measuring means to position the substrate at a predetermined position. A control means (microcomputer) is provided.

【0007】[0007]

【作用】本発明では、位置合わせ用の基準パターンを複
数の特定パターンで構成するとともに、この複数の特定
パターンの間隔を利用して、位置検出手段によって検出
される各パターンの座標位置の中から基準パターンの座
標位置を選び出すようにした。このため、基板上で回路
パターン等に隣接して形成された位置合わせ用の基準パ
ターンであってもその座標位置を正確に検出することが
できる。
In the present invention, the reference pattern for alignment is composed of a plurality of specific patterns, and by utilizing the intervals between the plurality of specific patterns, the coordinate position of each pattern detected by the position detecting means is selected. The coordinate position of the reference pattern is selected. Therefore, even if the reference pattern for alignment is formed adjacent to the circuit pattern or the like on the substrate, its coordinate position can be accurately detected.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の実施例が適用される縮小投影
型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。所定の
回路パターンが描かれたフォトマスクやレチクル(以
下、レチクルで代表する)1は不図示の照明光源からの
光で照明される。縮小投影レンズ(以下、単に投影レン
ズとする)2はレチクル1のパターン像を縮小して感光
剤の塗布されたウェハ3に投影する。2次元移動可能な
ステージ4は、ウェハ3を載置して図中の直交座標系X
Yに従って移動する。ステージ4にはウェハ3を真空吸
着するとともに、ステージ4に対して回転可能なθテー
ブル4aが設けられる。また、ステージ4には位置決め
や位置合わせ(アライメント)時に基準となるマーク板
(以下、単に基準マークと呼ぶ)4bが固設される。ウ
ェハ3をオフ・アクシス方式でアライメントするため
に、3本のアライメント顕微鏡5、6、7が投影レンズ
2の周辺に設けられ、各顕微鏡の光軸は投影レンズ2の
光軸lと平行に配置される。顕微鏡5はウェハ3のY方
向の位置ずれを検出するのに用いられるので、以降Y顕
微鏡5と呼び、顕微鏡6はY顕微鏡5とともにウェハ3
の回転ずれを検出するので、以降θ顕微鏡6と呼び、顕
微鏡7はウェハ3のX方向の位置ずれを検出するので、
以降X顕微鏡7と呼ぶことにする。
1 is a perspective view showing a schematic structure of a reduction projection type exposure apparatus to which an embodiment of the present invention is applied. A photomask or reticle (hereinafter represented by a reticle) 1 on which a predetermined circuit pattern is drawn is illuminated with light from an illumination light source (not shown). A reduction projection lens (hereinafter, simply referred to as a projection lens) 2 reduces the pattern image of the reticle 1 and projects it onto a wafer 3 coated with a photosensitive agent. The stage 4 which can be moved two-dimensionally is mounted on the orthogonal coordinate system X in the figure with the wafer 3 placed thereon.
Move according to Y. The stage 4 is provided with a θ table 4a that is capable of vacuum-adsorbing the wafer 3 and rotatable with respect to the stage 4. A mark plate (hereinafter simply referred to as a reference mark) 4b serving as a reference at the time of positioning and alignment is fixedly provided on the stage 4. In order to align the wafer 3 by the off-axis method, three alignment microscopes 5, 6, 7 are provided around the projection lens 2, and the optical axis of each microscope is arranged parallel to the optical axis 1 of the projection lens 2. To be done. Since the microscope 5 is used to detect the positional deviation of the wafer 3 in the Y direction, it will be referred to as the Y microscope 5 hereinafter, and the microscope 6 together with the Y microscope 5 will be referred to as the wafer 3.
Since the rotational deviation of the wafer 3 is detected, it will be referred to as a θ microscope 6 hereinafter, and the microscope 7 detects the positional deviation of the wafer 3 in the X direction.
Hereinafter, it will be referred to as an X microscope 7.

【0009】ヘリウムネオンレーザ光源(以下、単にレ
ーザ光源とする)8はウェハ3の感光剤を感光させない
波長のレーザ光を発生する。光学部材8aはビームエク
スパンダとシリンドリカルレンズとを有し、レーザ光源
8からのレーザ光を横断面が細長い楕円形の平行光束に
成形する。光学部材8aからのレーザ光の平行光束はビ
ームスプリッタ8bで2つに分割され、その一方の光束
はミラー8cで反射されてX顕微鏡7に入射する。ま
た、ビームスプリッタ8bで分割された他方の光束はミ
ラー8dで反射された後、ビームスプリッタ8eでさら
に2つに分割され、その一方の光束はθ顕微鏡6に入射
し、他方の光束はミラー8fで反射されてY顕微鏡5に
入射する。各顕微鏡5、6、7に入射したレーザ光束は
光学部材8aに設けられたシリンドリカルレンズの働き
で、ウェハ3上でそれぞれ微小な細長い楕円形のスポッ
ト光YS、θS、XSに結像される。スポット光YS、
θSはステージ4の移動方向のうちX方向に細長く伸び
るように定められ、スポット光XSはY方向に細長く伸
びるように定められる。しかもスポット光YSとθSと
を結ぶ線分の方向がX方向と一致するように、Y顕微鏡
5とθ顕微鏡6とは所定の関係で配置されている。これ
らスポット光YS、θS、XSはウェハ3上に形成され
た位置合わせ用のマーク、又は基準マーク4bを検出す
るためのものである。
A helium neon laser light source (hereinafter, simply referred to as a laser light source) 8 generates laser light having a wavelength that does not expose the photosensitive agent on the wafer 3 to light. The optical member 8a has a beam expander and a cylindrical lens, and shapes the laser light from the laser light source 8 into a parallel light flux having an elongated elliptical cross section. The parallel light flux of the laser light from the optical member 8a is split into two by the beam splitter 8b, and one of the light fluxes is reflected by the mirror 8c and enters the X microscope 7. The other light beam split by the beam splitter 8b is reflected by the mirror 8d and then further split into two by the beam splitter 8e. One of the light beams enters the θ microscope 6 and the other light beam is reflected by the mirror 8f. It is reflected by and enters the Y microscope 5. The laser light flux incident on each of the microscopes 5, 6 and 7 is imaged on the wafer 3 into minute elongated elliptical spot lights YS, θS and XS by the action of the cylindrical lens provided on the optical member 8a. Spot light YS,
θS is determined to be elongated in the X direction of the movement direction of the stage 4, and the spot light XS is determined to be elongated in the Y direction. Moreover, the Y microscope 5 and the θ microscope 6 are arranged in a predetermined relationship so that the direction of the line segment connecting the spot lights YS and θS coincides with the X direction. These spot lights YS, θS, and XS are for detecting the alignment mark or the reference mark 4b formed on the wafer 3.

【0010】さて、X干渉計ブロック9は、ステージ4
の端部に設けられて、Y方向に伸びた反射平面を有する
X移動鏡11に周波数が安定したレーザ光束を照射する
とともに、X干渉計ブロック9内に設けられた参照鏡に
もレーザ光束を照射する。そして、X干渉計ブロック9
はX移動鏡11と参照鏡とからの反射光を干渉させて、
その干渉波面に生じる干渉縞の変化を光電検出すること
によってステージ4のX方向の位置を検出する。この検
出はレーザ光束の波長の安定度がよいため、例えば0.
02μmの分解能で行われる。一方、Y干渉計ブロック
10もX干渉計ブロック9と全く同様に構成され、ステ
ージ4にX方向に延設されたY移動鏡12にレーザ光束
を照射し、ステージ4のY方向の位置を0.02μmの
分解能で検出する。モータ等の駆動部13はステージ4
をX方向に直線移動させ、駆動部14はステージ4をY
方向に直線移動させる。これら駆動部13、14によっ
てステージ4は任意の位置に2次元的に位置決めされ
る。
Now, the X interferometer block 9 includes the stage 4
The X moving mirror 11 having a reflection plane extending in the Y direction is irradiated with a laser beam having a stable frequency, and the reference mirror provided in the X interferometer block 9 is also irradiated with the laser beam. Irradiate. Then, the X interferometer block 9
Causes the reflected light from the X moving mirror 11 and the reference mirror to interfere with each other,
The position of the stage 4 in the X direction is detected by photoelectrically detecting the change in the interference fringe that occurs on the interference wavefront. Since this detection has good stability of the wavelength of the laser beam, for example, 0.
It is performed with a resolution of 02 μm. On the other hand, the Y interferometer block 10 is also constructed in exactly the same manner as the X interferometer block 9, and irradiates the laser beam on the Y moving mirror 12 extending in the X direction to set the position of the stage 4 in the Y direction to 0. Detection with a resolution of 0.02 μm. The drive unit 13 such as a motor is the stage 4
Is moved linearly in the X direction, and the drive unit 14 moves the stage 4 to the Y direction.
Move linearly in the direction. The stage 4 is two-dimensionally positioned at an arbitrary position by these drive units 13 and 14.

【0011】さて、ここでステージ4に載置されるウェ
ハ3の一例を図2により説明する。図2に示すウェハ3
は、例えば図1に示した露光装置を用いてレチクル1の
パターンをステップアンドリピート方式で露光して第1
層目のパターンを形成したものである。図2ではウェハ
3上にマトリックス状に形成された複数のパターンのう
ち、特定の一列についてのみ示してある。ウェハ3には
円周の一部に直線状の切欠き(以下、フラットと呼ぶ)
Fが形成されていて、ステージ4にこのウェハ3を載置
する際、このフラットFの直線方向が図1中X方向と一
致するように、不図示の予備位置決め装置によって位置
決め(プリアライメント)される。第1層目のパターン
(表面に微小な凹凸で形成された幾何学的な形状)はこ
のプリアライメント精度に依存してウェハ3上にマトリ
ックス状に配列される。そこで、このマトリックス状の
配列の座標を配列座標系X’Y’とし、この配列座標系
X’Y’に従って形成された複数の矩形状のパターンを
チップと呼ぶことにする。この配列座標系X’Y’はス
テージ4の移動座標系XYと対応するものであり、配列
座標系X’Y’の原点はウェハ3のほぼ中心に定められ
る。配列座標系X’Y’のX’軸に沿った複数のチップ
のそれぞれには、その周辺に微小な凹凸で形成された3
つのマーク(基準パターン)YM、θM、XMが形成さ
れる。マークYM、θMはX’軸に沿って直線状に交互
に配置され、各チップともマークYMとθMのX’方向
の間隔は同一である。さて、これら複数のマークYM、
θM、XMのうち、ウェハ3上の左端に位置するチップ
C1とともに形成されたマークYM1と、中央部に位置
するチップC2とともに形成されたマークXM2と、右
端に位置するチップC3とともに形成されたマークθM
3との3つを用いて、ウェハ3の全体的なアライメント
(グローバルアライメント)を行う。このため、マーク
YM1とθM3とのX’方向の間隔が、スポット光YS
とθSとのX方向の間隔と一致するように、チップの配
列ピッチやチップの大きさ(サイズ)等に応じて1チッ
プ内のマークYMとθMの間隔が設計上予め定められて
いる。また、マークXM2は図2ではY’軸と一致する
ものとしたが、その他極端には例えばマークXM1を通
るようにY’軸を設定してもよい。尚、図1においてウ
ェハ3を載置するθテーブル4aの回転中心はウェハ3
の中心Oとは一致しておらず、むしろ偏心していて、こ
こではチップC1のマークYM1の位置か、その近傍の
位置に定められている。
Now, an example of the wafer 3 placed on the stage 4 will be described with reference to FIG. Wafer 3 shown in FIG.
Is exposed by a step-and-repeat method on the pattern of the reticle 1 using, for example, the exposure apparatus shown in FIG.
The pattern of the layer is formed. In FIG. 2, only a specific row is shown among a plurality of patterns formed in a matrix on the wafer 3. The wafer 3 has a linear notch on a part of its circumference (hereinafter referred to as a flat).
F is formed, and when the wafer 3 is mounted on the stage 4, it is positioned (pre-aligned) by a pre-positioning device (not shown) so that the linear direction of the flat F coincides with the X direction in FIG. It The pattern of the first layer (geometrical shape formed by minute irregularities on the surface) is arranged in a matrix on the wafer 3 depending on the prealignment accuracy. Therefore, the coordinates of this matrix array are referred to as an array coordinate system X'Y ', and a plurality of rectangular patterns formed according to this array coordinate system X'Y' are referred to as chips. The array coordinate system X′Y ′ corresponds to the moving coordinate system XY of the stage 4, and the origin of the array coordinate system X′Y ′ is set at substantially the center of the wafer 3. Each of the plurality of chips along the X ′ axis of the array coordinate system X′Y ′ is formed with minute unevenness around the chips.
One mark (reference pattern) YM, θM, XM is formed. The marks YM and θM are linearly and alternately arranged along the X ′ axis, and the distance between the marks YM and θM in the X ′ direction is the same in each chip. Now, these plural marks YM,
Of θM and XM, a mark YM1 formed with the chip C1 located at the left end on the wafer 3, a mark XM2 formed with the chip C2 located at the center, and a mark formed with the chip C3 located at the right end. θM
3 and 3 are used to perform overall alignment (global alignment) of the wafer 3. Therefore, the distance between the marks YM1 and θM3 in the X ′ direction is equal to the spot light YS.
The distance between the marks YM and θM in one chip is designed in advance in accordance with the arrangement pitch of the chips and the size (size) of the chips so as to match the distance in the X direction between θS and θS. Although the mark XM2 coincides with the Y ′ axis in FIG. 2, the Y ′ axis may be set so as to pass through the mark XM1 at the other extreme. In FIG. 1, the rotation center of the θ table 4a on which the wafer 3 is placed is the wafer 3
It does not coincide with the center O of the mark, but is rather eccentric, and here it is set at the position of the mark YM1 of the chip C1 or in the vicinity thereof.

【0012】さて、ウェハ3上のマークYM、θM、X
Mは例えば図3のように複数の微小線要素が一定ピッチ
で一方向に規則的に配列した、いわゆる格子構造を有し
ており、ここではその微小線要素は座標系X’Y’の各
軸X’、Y’に対して45°傾いているものとする。図
3にはマークYM1とスポット光YSの位置関係を示
し、マークYM1は45°傾いた複数の微小線要素を
X’方向に一列に形成したものである。また、マークθ
M3もマークYM1と全く同様な構造であり、マークX
M2は45°傾いた複数の微小線要素をY’方向に一列
に形成したものである。このマークYM1にスポット光
YSを照射すると、スポット光YSの波長、すなわちヘ
リウムネオンレーザ光の波長と格子周期とによってマー
クYM1から回折光L0 が発生する。尚、本実施例では
スポット光の幅とマークの幅とは等しく、マークはスポ
ット光よりも長いものとする。
Now, the marks YM, θM, X on the wafer 3
M has a so-called lattice structure in which a plurality of minute line elements are regularly arranged in one direction at a constant pitch as shown in FIG. 3, and the minute line elements are each of the coordinate system X'Y '. It is assumed that it is inclined by 45 ° with respect to the axes X'and Y '. FIG. 3 shows the positional relationship between the mark YM1 and the spot light YS. The mark YM1 is formed by forming a plurality of minute line elements inclined at 45 ° in a line in the X ′ direction. Also, mark θ
M3 has the same structure as mark YM1, and mark X
M2 is formed by forming a plurality of minute line elements inclined at 45 ° in a line in the Y ′ direction. When this mark YM1 is irradiated with the spot light YS, diffracted light L 0 is generated from the mark YM1 depending on the wavelength of the spot light YS, that is, the wavelength of the helium neon laser light and the grating period. In this embodiment, the width of the spot light is equal to the width of the mark, and the mark is longer than the spot light.

【0013】図4はウェハ3上のマークYM、θM、X
Mを光電的に検出してウェハ3のアライメントを行うた
めの検出系と制御系のブロック図である。ここではY顕
微鏡5の検出系のみを示すが、他のθ顕微鏡6、X顕微
鏡7についても同様に構成される。図1においては不図
示であるが、レーザ光源8、光学部材8aから射出した
レーザ光束は一定の振幅で微小振動する振動ミラー20
によって、微小角度偏向される。振動ミラー20からの
レーザ光束は前述のミラー8fで反射されてY顕微鏡5
に入射するが、ここでミラー8fはハーフミラーとす
る。このため、スポット光YSは長手方向と直交したY
方向に微小振動する。そして、マークYM1からの回折
光L0 はY顕微鏡5の対物レンズ5aに逆入射し、ミラ
ー8fを透過してダイクロイックミラー21で反射して
回折光検出部22に入射する。回折光検出部22はスポ
ット光YSのウェハ3表面での正反射光L’を遮断し
て、回折光L0 のみを透過する空間フィルターと、その
回折光L0 を集光するレンズと、集光された回折光L0
を受光してその光強度に応じた光電信号S1 を出力する
光電検出器とから成る。光電信号S1 は増幅器23で所
定量増幅されて、位相同期検波回路(以下、PSDとす
る)24に入力する。PSD24は振動ミラー20を振
動させるための周波数fの発振信号と、その周波数fの
2倍の周波数2fの発振信号とを入力して、そのいずれ
か一方の発振信号により周波数fで変調された光電信号
1 を同期検波する。周波数2fの発振信号で光電信号
1 を同期検波した時の検波出力信号S2 は、所定の基
準レベルVL と比較する比較器25に入力し、比較器2
5は検波出力信号S2 を2値化する。その2値化信号S
3 はエッジ検出回路26に入力して、2値化信号S3
立上がり、立下がりに応じたエッジ信号を出力する。
FIG. 4 shows marks YM, θM, X on the wafer 3.
3 is a block diagram of a detection system and a control system for photoelectrically detecting M to perform alignment of the wafer 3. FIG. Although only the detection system of the Y microscope 5 is shown here, the other θ microscope 6 and X microscope 7 are similarly configured. Although not shown in FIG. 1, the laser light beam emitted from the laser light source 8 and the optical member 8a is a vibrating mirror 20 that slightly vibrates at a constant amplitude.
Is deflected by a small angle. The laser light flux from the vibrating mirror 20 is reflected by the above-mentioned mirror 8f and is reflected by the Y microscope 5
The mirror 8f is a half mirror. Therefore, the spot light YS is Y which is orthogonal to the longitudinal direction.
It vibrates slightly in the direction. Then, the diffracted light L 0 from the mark YM1 is incident back on the objective lens 5a of the Y microscope 5, is transmitted through the mirror 8f, is reflected by the dichroic mirror 21, and is incident on the diffracted light detector 22. The diffracted light detector 22 blocks the specularly reflected light L 'on the wafer 3 surface of the spotlight YS, a spatial filter which transmits only the diffracted light L 0, a lens for condensing the diffracted light L 0, collecting Diffracted light L 0
And a photoelectric detector that outputs a photoelectric signal S 1 according to the light intensity. The photoelectric signal S 1 is amplified by the amplifier 23 by a predetermined amount and input to the phase-locked detection circuit (hereinafter referred to as PSD) 24. The PSD 24 inputs an oscillation signal of a frequency f for vibrating the oscillating mirror 20 and an oscillation signal of a frequency 2f which is twice the frequency f, and photoelectrically modulates the oscillation signal with the frequency f by either one of the oscillation signals. The signal S 1 is synchronously detected. The detection output signal S 2 obtained by synchronously detecting the photoelectric signal S 1 with the oscillation signal of the frequency 2f is input to the comparator 25 which compares it with a predetermined reference level V L, and the comparator 2
5 binarizes the detection output signal S 2 . The binarized signal S
3 is input to the edge detection circuit 26 and outputs an edge signal according to the rising and falling of the binarized signal S 3 .

【0014】干渉計カウンター27はX干渉計ブロック
9とY干渉計ブロック10からの干渉縞に応じた光電信
号に基づいて所定の計数パルスを生成し、その計数パル
スをカウントするものである。この干渉計カウンター2
7はステージ4のX方向の位置検出用のXカウンタ27
xと、Y方向の位置検出用のYカウンタ27yとを有す
る。ステージ駆動回路28はステージ4の駆動部13、
14を所定量駆動させるものであり、θテーブル駆動回
路29はステージ4上のθテーブル4aを所定量回転さ
せるモータを駆動させるものである。そして、これら制
御系と検出系はマイクロコンピュータ(以下、μCOM
とする)30によって統括制御される。μCOM30は
インターフェース回路(以下、IFCとする)31を介
して、基準レベルVL の出力、エッジ検出回路26のエ
ッジ信号の入力、PSD24の周波数fの発振信号によ
る検波出力信号S4 の入力、干渉計カウンター27のX
カウンタ27x、Yカウンタ27yからの計数値(X位
置情報とY位置情報)の入力、及び各駆動回路28、2
9への駆動情報の出力を行う。尚、Y顕微鏡5にはスポ
ット光YSを含む局所領域を観察するための照明用光源
33が設けられ、この照明用光源33からの照明光はハ
ーフミラー34で反射されて対物レンズ5aに入射し、
ウェハ3を照明する。テレビカメラ35は対物レンズ5
aの視野内で観察された像を撮像してテレビブラウン管
上に表示する。以上、Y顕微鏡5の検出系を中心に説明
したが、θ顕微鏡6、X顕微鏡7の検出系についても、
回折光検出回路、比較回路、PSD等が全く同様に構成
され、μCOM30によって統括制御される。また、ス
ポット光θSはY方向に微小振動し、スポット光XSは
X方向に微小振動している。尚、スポット光YS、θ
S、XSの振動振幅は、例えばマークの幅とほぼ等しく
定められている。
The interferometer counter 27 generates a predetermined counting pulse based on the photoelectric signal corresponding to the interference fringes from the X interferometer block 9 and the Y interferometer block 10 and counts the counting pulse. This interferometer counter 2
7 is an X counter 27 for detecting the position of the stage 4 in the X direction.
It has x and a Y counter 27y for position detection in the Y direction. The stage drive circuit 28 includes the drive unit 13 of the stage 4,
14 drives a predetermined amount, and the θ table drive circuit 29 drives a motor that rotates the θ table 4a on the stage 4 by a predetermined amount. The control system and the detection system are microcomputers (hereinafter, μCOM
30). The μCOM 30 outputs the reference level V L , the edge signal of the edge detection circuit 26, the detection output signal S 4 of the oscillation signal of the frequency f of the PSD 24, and the interference through the interface circuit (hereinafter, IFC) 31. X of total counter 27
Input of count values (X position information and Y position information) from the counter 27x and the Y counter 27y, and the drive circuits 28 and 2
The drive information is output to 9. The Y microscope 5 is provided with an illumination light source 33 for observing a local area including the spot light YS, and the illumination light from this illumination light source 33 is reflected by the half mirror 34 and enters the objective lens 5a. ,
Illuminate the wafer 3. The TV camera 35 has an objective lens 5
An image observed in the visual field of a is taken and displayed on the television cathode ray tube. The detection system of the Y microscope 5 has been mainly described above, but the detection systems of the θ microscope 6 and the X microscope 7 are also described.
The diffracted light detection circuit, the comparison circuit, the PSD, etc. are configured in exactly the same manner, and are collectively controlled by the μCOM 30. The spot light θS slightly vibrates in the Y direction, and the spot light XS slightly vibrates in the X direction. The spot light YS, θ
The vibration amplitudes of S and XS are set to be substantially equal to the width of the mark, for example.

【0015】次に、本装置におけるウェハアライメント
の動作の一例について、図5、図6のフローチャート図
に基づいて説明する。まずステップ100、101で図
2に示すようなウェハ3は、不図示のプリアライメント
機構によってフラットFがステージ4の座標系のX軸と
平行になるように位置決めされる。その後、ステップ1
02でその状態を保ってウェハ3をステージ4のθテー
ブル4a上に搬送し、ステージ4を移動してY顕微鏡5
とθ顕微鏡6の下にウェハ3を運び込む。このとき、ウ
ェハ3のプリアライメント精度に応じた誤差でウェハ3
上のマークYM1(Yマーク)とマークθM3(θマー
ク)とはそれぞれスポット光YS、θSと所定の位置関
係で整列する。図7はその状態を示すウェハ3とスポッ
ト光YS、θSとの配置図である。図7ではウェハ3が
回転誤差とXY方向の誤差とを伴ってステージ4上に載
置されている。次にμCOM30は、ステップ103で
Y、θマーク部のレーザスキャンを実行する。これは、
ステージ4(ウェハ3)をY方向に移動してスポット光
YS(θS)がマークYM1(θM3)を相対的に走査
することによって行われる。また、その移動量はウェハ
3のプリアライメント精度と、マークYM1(θM3)
の走査方向の前後に設けたパターン禁止領域の長さとを
足し合わせた距離よりも十分に長い範囲(探査領域)に
定められる。
Next, an example of the wafer alignment operation in this apparatus will be described with reference to the flow charts of FIGS. First, in steps 100 and 101, the wafer 3 as shown in FIG. 2 is positioned by a pre-alignment mechanism (not shown) such that the flat F is parallel to the X axis of the coordinate system of the stage 4. Then step 1
In 02, the wafer 3 is transferred to the θ table 4a of the stage 4 while keeping the state, and the stage 4 is moved to move the Y microscope 5
Then, the wafer 3 is carried under the θ microscope 6. At this time, due to an error according to the pre-alignment accuracy of the wafer 3, the wafer 3
The upper mark YM1 (Y mark) and the mark θM3 (θ mark) are aligned in a predetermined positional relationship with the spot lights YS and θS, respectively. FIG. 7 is an arrangement diagram of the wafer 3 and the spot lights YS and θS showing the state. In FIG. 7, the wafer 3 is placed on the stage 4 with a rotation error and an error in the XY directions. Next, the μCOM 30 executes laser scanning of the Y and θ mark portions in step 103. this is,
This is performed by moving the stage 4 (wafer 3) in the Y direction and relatively scanning the mark YM1 (θM3) with the spot light YS (θS). The amount of movement is determined by the pre-alignment accuracy of the wafer 3 and the mark YM1 (θM3).
Is set to a range (exploration region) that is sufficiently longer than the sum of the lengths of the pattern inhibition regions provided before and after the scanning direction.

【0016】図8はステップ103でスポット光YSが
マークYM1を含むウェハ3上の一定の範囲を走査する
様子を示している。実際にはステージ4(ウェハ3)が
Y方向に移動するが、説明の便宜上スポット光YSが同
図中矢印66の方向(探査方向)にウェハ3上を移動
(走査)するものとする。パターン禁止領域とは、マー
クYM1の走査方向の前後に、回路パターン61、65
の形成が禁止される領域のことであり、設計上予め決ま
った範囲の領域だけ確保される。本実施例ではこのパタ
ーン禁止領域をマークYM1の前後の範囲A、Bとし、
範囲Aは範囲Bよりも走査方向の距離が短いものとす
る。尚、図8中、マークYM1と回路パターン65との
間にはチップとチップを区画するためのスクライブライ
ン64が形成されている。
FIG. 8 shows how the spot light YS scans a certain range on the wafer 3 including the mark YM1 in step 103. Actually, the stage 4 (wafer 3) moves in the Y direction, but for convenience of explanation, it is assumed that the spot light YS moves (scans) on the wafer 3 in the direction of arrow 66 (search direction) in the figure. The pattern prohibited area is defined by the circuit patterns 61 and 65 before and after the mark YM1 in the scanning direction.
Is a region in which the formation of is prohibited, and is secured only in a predetermined range in design. In this embodiment, the pattern prohibited area is defined as the areas A and B before and after the mark YM1.
Range A has a shorter distance in the scanning direction than range B. In FIG. 8, chips and scribe lines 64 for partitioning the chips are formed between the mark YM1 and the circuit pattern 65.

【0017】さて、ステップ103が実行されると、μ
COM30は図6のフローチャート図に従ってウェハ3
からの回折光に基づいて、ウェハ3のマーク位置検出を
行う。この動作を図9のタイムチャート図とともに説明
する。まずステップ200で図8の如くスポット光YS
が左端に位置した状態から右端に向けて走査されるよう
に、ステージ4は所定の速度でY方向の移動を開始す
る。スポット光YSが矢印66の方向に移動すると、図
9(a)のように検波出力信号S2 は回路パターン61
のところでピーク72、73となり、マークYM1で大
きなピーク74となり、スクライブライン64で小さな
ピーク74となり、回路パターン65のところでピーク
76、77、78となる。このような検波出力信号S2
は比較器25で基準レベルVL と比較され、検波出力信
号S2 が基準レベルVL よりも大きいときに理論値
「H」となるように2値化信号S3 が作られる。この検
波出力信号S2 のうち、基準レベルVL よりも小さいピ
ーク72、77は無視される。次に、μCOM30はス
テップ201でエッジ検出回路26からのエッジ信号を
検出し、立上りエッジの場合はステップ202で干渉計
カウンター27のYカウンタ27yの値Y1 をラッチす
る。そして、再びステップ201で立上りエッジか否か
を検出する。次にμCOM30はステップ203でエッ
ジ検出回路26からのエッジ信号をモニターし、立下り
エッジの場合はステップ204でYカウンタ27yの値
2 をラッチする。そして、μCOM30はステップ2
05で値Y1とY2 の差の絶対値、すなわち検波出力信
号S2 が基準レベルVL よりも大きくなっている間のス
テージ4のY方向の移動量を求め、その絶対値|Y1
2 |が予め定められた値WAとWBの間の値か否かを
判断する。マークYM1のY方向の幅は設計上予めわか
っている。そこで、マークの幅よりもわずかに小さな値
WAとマーク幅よりもわずかに大きい値WBとの間に絶
対値|Y1 −Y2 |があれば、それはマークYM1らし
きパターンからの回折光を受光したと判断する。この条
件を満足しないものはマークである可能性がないので、
再びステップ201から繰り返される。もしその条件を
満足するものであれば、μCOM30はステップ206
でラッチした立上りエッジの位置、すなわち値Y1 を記
憶して再びステップ201からの動作を繰り返す。図9
(c)は、ステップ205の条件によって2値化信号S
3 が等価的にフィルタリングされた様子を表す2値化信
号である。図9(b)の2値化信号S3 中のパルス79
と80は、その幅が狭く先の条件を満足しないので、図
9(c)のように消去される。そして、ステップ206
で記憶される値Y1 は、図9(d)のように図9(c)
の2値化信号の立上りエッジに対応した4つの位置8
1、82、83、84を表わす。また、μCOM30は
ステップ203で立下りエッジを検出しなかったとき
は、ステップ207に進む。ステップ207でμCOM
30は、スポット光YSが図8中の右端まで所定距離だ
け移動したか否かを判断し、その移動が完了していなけ
れば、ステップ201からの動作を繰り返し実行する。
Now, when step 103 is executed, μ
The COM 30 is the wafer 3 according to the flowchart of FIG.
The mark position of the wafer 3 is detected based on the diffracted light from the. This operation will be described with reference to the time chart of FIG. First, in step 200, the spot light YS as shown in FIG.
The stage 4 starts moving in the Y direction at a predetermined speed so that the scanning is performed from the state of being positioned at the left end toward the right end. When the spot light YS moves in the direction of the arrow 66, the detection output signal S 2 becomes the circuit pattern 61 as shown in FIG.
There are peaks 72 and 73 at the position, a large peak 74 at the mark YM1, a small peak 74 at the scribe line 64, and peaks 76, 77 and 78 at the circuit pattern 65. Such a detection output signal S 2
Is compared with the reference level V L by the comparator 25, and the binarized signal S 3 is generated so that it becomes the theoretical value “H” when the detection output signal S 2 is larger than the reference level V L. In the detected output signal S 2 , peaks 72 and 77 that are smaller than the reference level V L are ignored. Next, the μCOM 30 detects the edge signal from the edge detection circuit 26 in step 201, and latches the value Y 1 of the Y counter 27y of the interferometer counter 27 in step 202 in the case of a rising edge. Then, again in step 201, it is detected whether or not it is a rising edge. Next, the μCOM 30 monitors the edge signal from the edge detection circuit 26 in step 203, and in the case of the falling edge, latches the value Y 2 of the Y counter 27y in step 204. Then, the μCOM 30 performs step 2
In 05, the absolute value of the difference between the values Y 1 and Y 2 , that is, the movement amount of the stage 4 in the Y direction while the detection output signal S 2 is larger than the reference level V L is obtained, and the absolute value | Y 1
It is determined whether Y 2 | is a value between a predetermined value WA and WB. The width of the mark YM1 in the Y direction is known in advance by design. Therefore, if there is an absolute value | Y 1 −Y 2 | between the value WA which is slightly smaller than the width of the mark and the value WB which is slightly larger than the width of the mark, it receives the diffracted light from the pattern that seems to be the mark YM 1. I judge that I did. Those that do not satisfy this condition cannot be marks, so
The process is repeated from step 201 again. If the condition is satisfied, the μCOM 30 proceeds to step 206.
The position of the rising edge latched in step 1 , that is, the value Y 1 is stored and the operation from step 201 is repeated again. Figure 9
(C) shows the binarized signal S depending on the condition of step 205.
Reference numeral 3 is a binarized signal that represents the equivalently filtered state. The pulse 79 in the binarized signal S 3 of FIG.
Since the widths of 80 and 80 are narrow and do not satisfy the above condition, they are erased as shown in FIG. 9C. And step 206
The value Y 1 stored in FIG. 9C is as shown in FIG.
4 positions 8 corresponding to the rising edge of the binary signal of
Represents 1, 82, 83, 84. If the μCOM 30 does not detect the falling edge in step 203, the process proceeds to step 207. ΜCOM in step 207
30 determines whether or not the spot light YS has moved to the right end in FIG. 8 by a predetermined distance, and if the movement has not been completed, repeats the operation from step 201.

【0018】以上のようにして検波出力信号S2 のレベ
ルが所定値以上か否かの判定(レベル判定)と、マーク
の幅に近似しているか否かの判定(幅判定)とを行って
マークYM1のY方向位置の候補となる位置81、8
2、83、84が求まるとμCOM30はステージ4の
移動を中止する。尚、上記の動作はスポット光θSに関
しても同時に全く同様に行われ、マークθM3らしきパ
ターンのY方向の位置がμCOM30に記憶される。
As described above, it is determined whether the level of the detection output signal S 2 is equal to or higher than a predetermined value (level determination) and whether it is close to the mark width (width determination). Positions 81 and 8 that are candidates for the Y-direction position of the mark YM1
When 2, 83 and 84 are obtained, the μCOM 30 stops moving the stage 4. The above operation is performed in the same manner for the spot light θS, and the position in the Y direction of the pattern that looks like the mark θM3 is stored in the μCOM 30.

【0019】次にμCOM30は図5のステップ104
を実行する。ステップ104はマークの形成条件、すな
わちマークYM1の前後の範囲AとBに何らパターンが
存在しないという条件に基づいて、候補として検出され
た位置のうち、その条件を満足する位置を見つけ出すも
のである。μCOM30は図9(d)のようにマークY
M1の候補となった位置81、82、83、84を記憶
している。そこで、μCOM30はまず位置81につい
て、その前後の範囲A、B(距離A、B)内に何らパタ
ーンがないか否かを調べる。位置81の前、すなわち図
9(d)では左端については範囲A内に何らパターンは
ない。しかし、位置81の後(図9(d)では右側)に
は、範囲B内に候補となるパターン(位置82)が存在
している。このため、μCOM30は位置81に存在す
るパターンがマークYM1でないと判定する。次にμC
OM30は位置82について同様に調べる。このとき、
位置82に存在するパターンはマーク形成条件を満足し
ているので、μCOM30はそのパターンをマークYM
1と判断する。尚、位置83、84についても同様の判
定を行い、位置82がマークYM1の位置であることを
確認する。
Next, the μCOM 30 executes step 104 in FIG.
To execute. In step 104, based on the mark forming condition, that is, there is no pattern in the ranges A and B before and after the mark YM1, a position satisfying the condition is found among the positions detected as candidates. . The μCOM 30 has a mark Y as shown in FIG.
The positions 81, 82, 83, 84 that are candidates for M1 are stored. Therefore, the μCOM 30 first checks the position 81 for any pattern within the ranges A and B (distances A and B) before and after the position 81. There is no pattern in the range A before the position 81, that is, the left end in FIG. However, after position 81 (on the right side in FIG. 9D), there is a candidate pattern (position 82) in range B. Therefore, the μCOM 30 determines that the pattern existing at the position 81 is not the mark YM1. Next μC
The OM 30 also looks at position 82. At this time,
Since the pattern existing at the position 82 satisfies the mark forming condition, the μCOM 30 sets the pattern to the mark YM.
Judge as 1. It should be noted that the same determination is performed for the positions 83 and 84 to confirm that the position 82 is the position of the mark YM1.

【0020】次にμCOM30はステップ105の目標
Yマーク位置決めで、干渉計カウンター27のYカウン
タ27yの計測位置が記憶された位置82と一致するよ
うにステージ4をY方向に戻し、スポットYSとマーク
YM1とを重ねる。通常、ステップ104で判定した位
置82に基づいてステージ4を位置決めすれば、スポッ
ト光YSとマークYM1は誤差なく一致する。尚、この
動作の間、μCOM30はマークθM3の候補となった
複数の位置のうち、パターン禁止領域(範囲Aと範囲
B)内に何らパターンが存在しないという条件を満足す
る位置をステップ104と同様に検出する。
Next, the μCOM 30 returns the stage 4 in the Y direction so that the measurement position of the Y counter 27y of the interferometer counter 27 coincides with the stored position 82 at the target Y mark positioning in step 105, and marks the spot YS. Overlap with YM1. Normally, if the stage 4 is positioned based on the position 82 determined in step 104, the spot light YS and the mark YM1 coincide with each other without error. During this operation, the μCOM 30 selects a position satisfying the condition that no pattern exists in the pattern prohibited area (range A and range B) among the plurality of positions that are candidates for the mark θM3, as in step 104. To detect.

【0021】さて、スポット光YSとマークYM1とが
重なると、マークYM1から強い回折光L0 が発生す
る。スポット光YSはY方向に微小振動しており、その
振幅は例えばマークYM1の幅とほぼ等しく定められて
いるので、PSD24により周波数fで同期検波された
検波信号S4 は図10に示すようなSカーブ信号とな
る。図10において、縦軸は検波出力信号S4 の大きさ
を表し、横軸はスポット光YSの振動中心位置に対する
マークYM1の幅の中心位置のずれ量ΔDを表す。この
ずれ量ΔDが零になったとき、すなわち検波出力信号S
4 が零になったとき、スポット光YSの振動中心とマー
クYM1の幅の中心が一致して精密な位置合わせが達成
されたことになる。そこで、μCOM30はステップ1
06のYマーク精密位置決めで、ステージ4のY方向の
位置を検波出力信号S4 を用いてサーボ制御により精密
に位置決めする。具体的には、PSD24からの検波出
力信号S4 に基づいて、検波出力信号24の大きさが
零、あるいは零を含む所定範囲内になるように、ステー
ジ駆動回路28をサーボ制御(フィードバック制御)す
る。これによってマークYM1とスポット光YSとは正
確に一致する。
When the spot light YS and the mark YM1 overlap, a strong diffracted light L 0 is generated from the mark YM1. Since the spot light YS vibrates slightly in the Y direction and its amplitude is set to be substantially equal to the width of the mark YM1, for example, the detection signal S 4 synchronously detected by the PSD 24 at the frequency f is as shown in FIG. It becomes an S-curve signal. In FIG. 10, the vertical axis represents the magnitude of the detection output signal S 4 , and the horizontal axis represents the deviation amount ΔD of the center position of the width of the mark YM1 with respect to the vibration center position of the spot light YS. When this deviation amount ΔD becomes zero, that is, the detection output signal S
When 4 becomes zero, it means that the vibration center of the spot light YS and the center of the width of the mark YM1 coincide with each other, and precise alignment is achieved. Therefore, the μCOM30 is step 1
In the Y mark precision positioning of 06, the position of the stage 4 in the Y direction is precisely positioned by servo control using the detection output signal S 4 . Specifically, based on the detection output signal S 4 from the PSD 24, the stage drive circuit 28 is servo-controlled (feedback control) so that the magnitude of the detection output signal 24 is zero or within a predetermined range including zero. To do. As a result, the mark YM1 and the spot light YS exactly match.

【0022】この動作と共に、μCOM30はステップ
107の回転方向判定でウェハ3の回転方向、すなわち
ステージ4の座標系XYのX軸に対して、ウェハ3の配
列座標系X’Y’のX’軸がどちらの方向に傾いている
かを検出する。これは、先のステップ104で検出され
たマークYM1のY方向の位置82と、マークθM3の
Y方向の位置との偏差を計算し、その差値が正になるか
負になるかを判断することによって求められる。例えば
その偏差が正の時は、図7のようにステージ4の座標系
XYに関してウェハ3は反時計方向に回転しており、逆
に負の時は時計方向に回転している。次にμCOM30
はステップ108のθテーブル回転でθテーブル4aを
その検出した回転方向と反対方向に回転する。このと
き、スポット光θSにより発生した回折光を光電検出
し、周波数2fの発振信号で同期検波された検波出力信
号を得て、この検波出力信号を2値化した2値化信号に
基づいて、μCOM30はマークθM3らしきパターン
の検出動作を同時に行う。
Along with this operation, the μCOM 30 determines the rotation direction of the wafer 3 in the rotation direction determination in step 107, that is, the X'axis of the coordinate system X'Y 'of the wafer 3 with respect to the X axis of the coordinate system XY of the stage 4. Detect which direction the is tilted. This is done by calculating the deviation between the Y-direction position 82 of the mark YM1 detected in the previous step 104 and the Y-direction position of the mark θM3, and determining whether the difference value is positive or negative. Required by For example, when the deviation is positive, the wafer 3 rotates counterclockwise with respect to the coordinate system XY of the stage 4 as shown in FIG. 7, and when the deviation is negative, the wafer 3 rotates clockwise. Next, μCOM30
Rotates the θ table 4a in the direction opposite to the detected rotation direction by the θ table rotation in step 108. At this time, the diffracted light generated by the spot light θS is photoelectrically detected to obtain a detection output signal which is synchronously detected by the oscillation signal of frequency 2f, and based on the binarized signal obtained by binarizing the detection output signal, The μCOM 30 simultaneously performs the detection operation of the pattern that looks like the mark θM3.

【0023】そして、θテーブル4aを回転し始めてか
ら、マークθM3らしきパターンがいくつ検出されたか
を調べる。その動作を図11を参照して説明する。図1
1はθテーブル4aの回転前のウェハ3の状態を模式的
に表した図である。線l1 はスポット光YSとθSの両
振動中心を結ぶ線分であり、ステージ4の座標系XYの
X軸と平行である。Yマーク位置情報は図9(d)に示
したマークYM1らしきパターンの位置81、82、8
3、84をY方向に表したものであり、θマーク位置情
報はマークθM3らしきパターンの位置85、86、8
7、88をY方向に表したものである。そしてマークY
M1、θM3の位置は、前述のステップ104でそれぞ
れ位置82と位置87と判定されている。さて、θテー
ブル4aの回転中心がマークYM1の近傍であること
と、スポット光YSとマークYM1とが一致するように
ステージ4にY方向のサーボが働いていることから、θ
テーブル4aの回転によってマークYM1とスポット光
YSとはずれることがなく、マークθM3とスポット光
θSとが相対的にY方向に走査されることになる。μC
OM30はマークYM1の位置82に対して、マークθ
M3らしきパターンの各位置85〜89がY方向のどち
らにあるかを判断する。θテーブル4aを矢印90のよ
うに時計方向に回転したとき、位置82に対して位置8
5は線l1 を横切ることはない。そこでμCOM30は
その位置85を除いてマークθM3らしきパターンの位
置86の次の位置87、すなわちθテーブル4aを回転
し始めてから発生する信号の2番目を検出する。この
際、μCOM30はθ顕微鏡6で検出された回折光の光
電信号に基づいて、マークθM3らしきパターンをレベ
ル判定と幅判定とによって検出する。尚、このときの幅
判定にあたっては、干渉計カウンタ27のYカウンタ2
7yの計測値を使えないので、θテーブル4aの回転速
度を用いて算出するようにする。
Then, after the rotation of the θ table 4a is started, it is checked how many marks θM3-like patterns are detected. The operation will be described with reference to FIG. Figure 1
1 is a diagram schematically showing the state of the wafer 3 before the rotation of the θ table 4a. A line l 1 is a line segment that connects both vibration centers of the spot light YS and θS, and is parallel to the X axis of the coordinate system XY of the stage 4. The Y mark position information is the positions 81, 82, 8 of the pattern like the mark YM1 shown in FIG.
3 and 84 are represented in the Y direction, and the θ mark position information is the positions 85, 86, and 8 of the pattern that looks like the mark θM3.
7 and 88 are represented in the Y direction. And mark Y
The positions of M1 and θM3 are determined to be the position 82 and the position 87, respectively, in step 104 described above. Now, since the rotation center of the θ table 4a is in the vicinity of the mark YM1 and the Y-direction servo is operating on the stage 4 so that the spot light YS and the mark YM1 coincide with each other,
The mark YM1 and the spot light YS are not displaced by the rotation of the table 4a, and the mark θM3 and the spot light θS are relatively scanned in the Y direction. μC
The OM30 has a mark θ for the position 82 of the mark YM1.
It is determined in which direction each of the positions 85 to 89 of the M3-like pattern is in the Y direction. When the θ table 4a is rotated clockwise as indicated by arrow 90,
5 does not cross the line l 1 . Therefore, the μCOM 30 detects the second position of the signal generated after starting the rotation of the θ table 4a, that is, the position 87 next to the position 86 of the mark θM3-like pattern except for the position 85. At this time, the μCOM 30 detects the mark-like pattern of the mark θM3 by the level determination and the width determination based on the photoelectric signal of the diffracted light detected by the θ microscope 6. When determining the width at this time, the Y counter 2 of the interferometer counter 27 is used.
Since the measured value of 7y cannot be used, the rotation speed of the θ table 4a is used for calculation.

【0024】μCOM30はθテーブル4aが回転を開
始すると、θ顕微鏡6で検出された光電信号に基づいて
エッジ検出回路26θのエッジ信号から立上りエッジと
立下りエッジを検出する。そして、その立上りエッジと
立下りエッジとの時間間隔を求めた後、θテーブル4a
の回転によるマークθM3とスポットθSのY方向の相
対移動速度から、立上りエッジと立下りエッジの幅を算
出する。以上のようにして検出した幅WSが幅判定の条
件(WA≦WS≦WB)を満足しているときは、そのエ
ッジ信号を1番目(図11の位置86)の信号として検
出する。同様にしてμCOM30が2番目(図11の位
置87)の信号を検出したとき、μCOM30はθテー
ブル4aの回転を中止する。そのとき、図11中、位置
82と87を結ぶ線l2 、すなわち配列座標系X’Y’
のX’軸と線l1 とは一致する。
When the θ table 4a starts rotating, the μCOM 30 detects a rising edge and a falling edge from the edge signal of the edge detection circuit 26θ based on the photoelectric signal detected by the θ microscope 6. Then, after obtaining the time interval between the rising edge and the falling edge, the θ table 4a
The widths of the rising edge and the falling edge are calculated from the relative moving speeds of the mark θM3 and the spot θS in the Y direction due to the rotation. When the width WS detected as described above satisfies the width determination condition (WA ≦ WS ≦ WB), the edge signal is detected as the first signal (position 86 in FIG. 11). Similarly, when the μCOM 30 detects the second signal (position 87 in FIG. 11), the μCOM 30 stops the rotation of the θ table 4a. At that time, in FIG. 11, the line l 2 connecting the positions 82 and 87, that is, the array coordinate system X′Y ′
The X'axis of and the line l 1 coincide.

【0025】次に、μCOM30は図5のステップ10
9のθマーク精密位置決めを行う。これはθ顕微鏡6で
検出された光電信号を周波数fの発振信号で同期検波し
た検波出力信号(Sカーブ信号)に基づいて、マークθ
M3のY方向の中心とスポット光θSの振動中心とが一
致するように、θテーブル4aの回転駆動をサーボ制御
する。この制御もステップ107と同様にSカーブ信号
が零になるように行われる。もちろんこのステップ10
9の間、ステップ106のステージ4のY方向のサーボ
制御も継続して行われ、マークYM1とマークθM3は
同時に位置決めされる。以上によって、マークYM1の
Y方向の中心(幅中心)とスポット光YSの振動中心と
が一致し、マークθM3のY方向の中心(幅中心)とス
ポット光θSの振動中心とが一致し、ステージ4の座標
系XYとウェハ3の配列座標系X’Y’との回転ずれが
精密に補正される。その後μCOM30は干渉計カウン
タ27のYカウンタ27yに、投影レンズ2の光軸lか
ら、スポット光YSとθSを結ぶ線l1 までのY方向の
距離に対応した値をプリセットする。これにより、投影
レンズ2の光軸lに対するウェハ3のY方向の位置が規
定される。
Next, the μCOM 30 executes step 10 in FIG.
9 θ mark precise positioning is performed. This is based on the detection output signal (S curve signal) obtained by synchronously detecting the photoelectric signal detected by the θ microscope 6 with the oscillation signal of the frequency f.
The rotation drive of the θ table 4a is servo-controlled so that the center of the M3 in the Y direction and the vibration center of the spot light θS coincide with each other. This control is also performed so that the S-curve signal becomes zero as in step 107. Of course this step 10
During 9, the servo control of the stage 4 in the Y direction is also continuously performed, and the marks YM1 and θM3 are simultaneously positioned. As described above, the center (width center) of the mark YM1 in the Y direction and the vibration center of the spot light YS match, the center (width center) of the mark θM3 in the Y direction and the vibration center of the spot light θS match, and the stage The rotational deviation between the coordinate system XY of No. 4 and the arrangement coordinate system X'Y 'of the wafer 3 is accurately corrected. After that, the μCOM 30 presets in the Y counter 27y of the interferometer counter 27 a value corresponding to the distance in the Y direction from the optical axis 1 of the projection lens 2 to the line l 1 connecting the spot lights YS and θS. This defines the position of the wafer 3 in the Y direction with respect to the optical axis 1 of the projection lens 2.

【0026】次にμCOM30は、ステップ110のX
アライメントで、上記マークYM1、θM3の検出及び
位置決めと全く同様にマークXM2とスポット光XSと
を一致させて、同期検波によりさらに精密なX方向の位
置合せを行う。そしてその位置合わせ完了後、μCOM
30は干渉計カウンタ27のXカウンタ27xに、投影
レンズ2の光軸lからX顕微鏡7によるスポット光XS
までのX方向の距離に対応した値をプリセットする。こ
れにより、投影レンズ2の光軸lに対するウェハ3のX
方向の位置が規定される。以上で、オフ・アキシス方式
によるウェハのグローバル・アライメントが終了する。
そしてμCOM30は次のステップ111の露光動作を
実行し、干渉計カウンタ27の計測値に基づいて、ステ
ージ4をX方向、Y方向にステッピングさせては、レチ
クル1の回路パターンをウェハ3上に露光することを繰
り返す。
Next, the μCOM 30 sets X in step 110.
In alignment, the mark XM2 and the spot light XS are made to coincide with each other in exactly the same way as the detection and positioning of the marks YM1 and θM3, and more precise X-direction alignment is performed by synchronous detection. After completing the alignment, μCOM
Reference numeral 30 denotes an X counter 27x of the interferometer counter 27, and a spot light XS from the optical axis l of the projection lens 2 from the X microscope 7.
The value corresponding to the distance in the X direction up to is preset. As a result, the X of the wafer 3 with respect to the optical axis 1 of the projection lens 2 is
The directional position is defined. This completes the global alignment of the wafer by the off-axis method.
Then, the μCOM 30 executes the exposure operation of the next step 111, and steps the stage 4 in the X direction and the Y direction based on the measurement value of the interferometer counter 27 to expose the circuit pattern of the reticle 1 onto the wafer 3. Repeat what you do.

【0027】以上の動作によれば、ウェハ3のプリアラ
イメント精度が悪くても、回折光の強度に応じた光電信
号が基準レベルVL よりも高く、しかもその幅が所定の
条件を満足するか否か、すなわちマークの幅と近似した
値か否かを検出するとともに、マークの形成条件、すな
わちマークの前後の所定距離の範囲A、B内に何らパタ
ーンが存在しないという条件から、真のマークを認識す
るものであり、ウェハ3の回転ずれ、X、Y方向の位置
ずれは極めて正確に検出される。
According to the above operation, even if the pre-alignment accuracy of the wafer 3 is poor, whether the photoelectric signal corresponding to the intensity of the diffracted light is higher than the reference level V L , and the width thereof satisfies the predetermined condition. It is determined whether or not the value is close to the width of the mark, and the condition for forming the mark, that is, that there is no pattern within the range A, B of the predetermined distance before and after the mark, the true mark Is recognized, and the rotational deviation of the wafer 3 and the positional deviation in the X and Y directions are detected extremely accurately.

【0028】尚、ステップ108ではθテーブル4aの
回転速度からエッジ信号の幅を求めたが、θテーブル4
aの回転量を精密に検出するエンコーダ等がある場合
は、そのエンコーダの計測信号からエッジ信号の幅を求
めるようにしてもよい。さらにそのエンコーダが設けら
れている場合は、ステップ107で位置82と87のY
方向の偏差を求め、その偏差に応じたθテーブル4aの
回転量を算出した後、エンコーダの計測信号を読み取り
つつその回転量だけθテーブル4aを回転させてから、
ステップ109を実行するようにしてもよい。
In step 108, the width of the edge signal is obtained from the rotation speed of the θ table 4a.
If there is an encoder or the like that accurately detects the rotation amount of a, the width of the edge signal may be obtained from the measurement signal of the encoder. If the encoder is also provided, then in step 107 the Y at positions 82 and 87
After obtaining the deviation in the direction and calculating the rotation amount of the θ table 4a according to the deviation, while rotating the θ table 4a by the rotation amount while reading the measurement signal of the encoder,
You may make it implement step 109.

【0029】次に、本発明の実施例を図12、図13を
用いて説明する。本実施例においてはマーク(YM、θ
M、XM)の形成条件が先の動作例とは異なり、複数の
マークをスポット光との相対走査方向に所定の間隔で配
置し、その間隔を認識するものである。図12はそのマ
ークの配置とウェハ3上の回路パターン等の様子を示す
平面図である。図12では、先の図8と同一の回路パタ
ーンが形成されたウェハ3上に、Yマークとして3つの
マークYMa、YMb、YMcが互いに平行に形成され
ている。マークYMaとYMbのスポット光YSの走査
方向の間隔はBであり、マークYMbとYMcの間隔は
Cであり、いずれも設計上予め定められた値であり、回
路パターンに対して所定位置に設けられている。また、
この3つのマークYMa、YMb、YMcは共に同一の
格子状のパターンであり、スポット光YSが照射される
と、共に同一強度の回折光を生じる。このようなマーク
はθマーク、Xマークについても全く同様に形成され
る。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the marks (YM, θ
Unlike the previous operation example, the formation conditions of (M, XM) are such that a plurality of marks are arranged at a predetermined interval in the relative scanning direction with respect to the spot light, and the intervals are recognized. FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of the marks and the circuit pattern on the wafer 3. In FIG. 12, three marks YMa, YMb, and YMc are formed in parallel as Y marks on the wafer 3 on which the same circuit pattern as in FIG. 8 is formed. The distance between the marks YMa and YMb in the scanning direction of the spot light YS is B, and the distance between the marks YMb and YMc is C, both of which are predetermined values in design and are provided at predetermined positions with respect to the circuit pattern. Has been. Also,
The three marks YMa, YMb, and YMc have the same grid pattern, and when the spot light YS is irradiated, they all generate diffracted light of the same intensity. Such marks are formed in the same manner for the θ mark and the X mark.

【0030】さて、ウェハ3のアライメントは、図5の
フローチャート図と全く同様の手順によって行われる。
但し、ステップ104のマーク条件判定が異なる。ステ
ップ103でスポット光YSを図12中の矢印66のよ
うに走査すると、図13(a)のように検波出力信号S
2 にはパターンからの回折光によるピークとともに、マ
ークYMa、YMb、YMcからの強い回折光によるピ
ーク74a、74b、74cが生じる。この検波出力信
号S2 を2値化すると、図13(b)のような2値化信
号S3 が得られ、さらに幅判定によって図13(c)の
ような信号が得られ、その信号の立上りエッジの位置8
1、82a、82b、82c、83、84を検出する。
そして、ステップ104のマーク条件判定でμCOM3
0は、それら複数の位置のうち位置82aと位置82b
の間隔がBで、それに引き続く位置82bと位置82c
の間隔がCであることを検出して位置82a、82b、
82cがそれぞれマークYMa、YMb、YMcの位置
であると判断する。
Now, the alignment of the wafer 3 is performed by the same procedure as that of the flow chart of FIG.
However, the mark condition determination in step 104 is different. When the spot light YS is scanned as indicated by the arrow 66 in FIG. 12 in step 103, the detection output signal S is obtained as shown in FIG.
In No. 2, peaks 74a, 74b, and 74c due to the strong diffracted light from the marks YMa, YMb, and YMc occur together with the peak due to the diffracted light from the pattern. When this detection output signal S 2 is binarized, a binarized signal S 3 as shown in FIG. 13 (b) is obtained, and a signal as shown in FIG. 13 (c) is obtained by the width determination. Rising edge position 8
1, 82a, 82b, 82c, 83, 84 are detected.
Then, in the mark condition determination in step 104, μCOM3
0 is the position 82a and the position 82b of the plurality of positions.
Is B, and the succeeding positions 82b and 82c are
Position 82a, 82b,
It is determined that 82c is the position of the marks YMa, YMb, YMc, respectively.

【0031】このとき、パターン禁止領域による判定を
付加してもよい。例えば位置82aの手前、すなわち図
12、13でスポット光YSがマークYMaを照射する
手前の範囲A内に何らパターンがないこと、及びスポッ
ト光YSがマークYMcを照射した後の範囲D内に何ら
パターンがないことを判定する。尚、図12では範囲D
内にスクライブライン64があるが、スクライブライン
64は回折光を積極的に発生するような構造ではないの
で、検波出力信号S2 に生じるピーク75は小さくその
幅も狭く、最終的にマーク条件を判定するまでには図1
3(d)のように情報として残ることは少ない。このよ
うな場合には、パターン禁止領域内(領域B)にスクラ
イブライン64が存在しても構わないが、ウェハの製造
工程によってはスクライブライン64からも強い回折光
が生じるので、誤検出を避けるためにはスクライブライ
ンもパターン禁止領域外にあることが好ましい。そし
て、次のステップ105のYマーク位置決めにおいて、
例えばマークYMaとスポット光YSとが一致するよう
にステージ4を位置82aに移動する。もちろん、他の
マークYMb、YMcを使うようにしてもよく、それは
予め適宜決めておけばよいことである。以上のように本
実施例によれば、ステップ104のマーク条件判定によ
る検出率、すなわち認識率が飛躍的に向上し、マークを
確実に検出する。
At this time, determination based on the pattern prohibited area may be added. For example, before the position 82a, that is, there is no pattern in the range A before the spot light YS irradiates the mark YMa in FIGS. 12 and 13, and in the range D after the spot light YS irradiates the mark YMc. Determine that there is no pattern. In addition, in FIG. 12, range D
Although there is a scribe line 64 in the inside, since the scribe line 64 does not have a structure that actively generates diffracted light, the peak 75 generated in the detection output signal S 2 is small and its width is narrow, and the mark condition is finally set. Figure 1
It rarely remains as information like 3 (d). In such a case, the scribe line 64 may be present in the pattern prohibited area (area B), but strong diffracted light is also generated from the scribe line 64 depending on the wafer manufacturing process, so erroneous detection is avoided. Therefore, it is preferable that the scribe line is also outside the pattern prohibited area. Then, in the next step 105 of Y mark positioning,
For example, the stage 4 is moved to the position 82a so that the mark YMa and the spot light YS match. Of course, the other marks YMb and YMc may be used, which can be appropriately determined in advance. As described above, according to the present embodiment, the detection rate by the mark condition determination in step 104, that is, the recognition rate is dramatically improved, and the mark is surely detected.

【0032】次に、以上の実施例の変形例を説明する。
図4において、比較器25に印加する基準レベルV
L は、例えばデジタル−アナログ変換器を用いてμCO
M30の指令で適宜任意の値に設定可能である。そこで
図4の回路ブロックに、検波出力信号S2 の最大値を保
持するピークホールド回路40と、その保持したピーク
値をμCOM30がインターフェース31を介して読み
込むためのアナログ−デジタル変換器41とを付加す
る。そして、図5のステップ103でマークを含む一定
範囲のスポット光による走査を2回、すなわち1往復行
う。1回目の走査のときはピークホールド回路40を作
動させて、検波出力信号S2 の最大のピーク値を保持す
る。そしてμCOM30はそのピーク値を読み込み、そ
の値の70〜80%程度の値に基準レベルVL が設定さ
れるように制御する。その後、μCOM30は逆方向に
ウェハ3とスポット光とを走査して、2値化信号S3
エッジ位置を同様に検出する。この際、図9、図13に
示した検波出力信号S2 を2値化した信号は、マークか
らの回折光の強度が大きいため、他のパターンからの弱
い回折光によるピーク成分は検出されず、マークによる
パルスだけが現れる。しかしながら、プリアライメント
精度が悪く、しかも回路パターンが微細なときは、その
パターンからマークによる回折光と同程度の回折光が生
じることもあるので、先の実施例と同様にマークの形成
条件(ステップ104)を判定して真のマークか否かを
検出する。本例によれば、マークからの回折光のように
できるだけ大きな強度の回折光に応じた光電信号(検波
出力信号S2 )を2値化するので、マークの認識がより
簡単に、しかも確実になるという利点がある。
Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In FIG. 4, the reference level V applied to the comparator 25
L is a μCO using a digital-analog converter, for example.
It can be arbitrarily set to any value by the command of M30. Therefore, a peak hold circuit 40 for holding the maximum value of the detection output signal S 2 and an analog-digital converter 41 for the μCOM 30 to read the held peak value via the interface 31 are added to the circuit block of FIG. To do. Then, in step 103 of FIG. 5, scanning with spot light in a certain range including the mark is performed twice, that is, one reciprocation. During the first scan, the peak hold circuit 40 is operated to hold the maximum peak value of the detection output signal S 2 . Then, the μCOM 30 reads the peak value and controls so that the reference level VL is set to a value of about 70 to 80% of the peak value. After that, the μCOM 30 scans the wafer 3 and the spot light in the opposite direction, and similarly detects the edge position of the binarized signal S 3 . At this time, since the signal obtained by binarizing the detection output signal S 2 shown in FIGS. 9 and 13 has a high intensity of diffracted light from the mark, a peak component due to weak diffracted light from other patterns is not detected. , Only the pulse due to the mark appears. However, when the pre-alignment accuracy is low and the circuit pattern is fine, the pattern may generate diffracted light at the same level as the diffracted light by the mark. Therefore, similar to the previous embodiment, the mark forming condition (step 104) to determine whether the mark is a true mark. According to this example, since the photoelectric signal (detection output signal S 2 ) corresponding to the diffracted light having the largest possible intensity such as the diffracted light from the mark is binarized, the mark can be recognized more easily and reliably. Has the advantage that

【0033】以上、本発明の実施例を説明したが、その
他各種変形が可能である。本実施例ではスポット光Y
S、θS、MSはそれぞれ微小振動させるとしたが、静
止していてもよい。その場合、回折光に応じた光電信号
は検波出力信号S2と同様の波形になる。また、スポッ
ト光が静止している場合は、位相同期検波回路が使えな
いので、そのままでは精密なアライメントが困難であ
る。そこで、スポット光をウェハ3上で走査する際、干
渉計カウンタ27に入力する計数パルス(例えば0.0
2μm毎に1パルス)で回折光に応じた光電信号を順次
サンプリングしてデジタル値に変換した後、メモリ回路
に順次記憶するような構成にするとよい。そして、光電
信号の波形を一時記憶して、マークの波形らしきものを
抽出する処理、いわゆる波形処理によってマークの位置
を検出することによって、レーザ干渉計の計測分解能に
応じたアライメントができる。もちろん、マークの形成
条件も同時に判定される。
Although the embodiment of the present invention has been described above, various other modifications are possible. In this embodiment, the spot light Y
Although S, θS, and MS are each made to vibrate slightly, they may be stationary. In that case, the photoelectric signal corresponding to the diffracted light has the same waveform as the detection output signal S 2 . In addition, when the spot light is stationary, the phase-locked detection circuit cannot be used, and thus precise alignment is difficult as it is. Therefore, when scanning the spot light on the wafer 3, a counting pulse (for example, 0.0
It is preferable that the photoelectric signal corresponding to the diffracted light is sequentially sampled at every 2 μm), converted into a digital value, and then sequentially stored in the memory circuit. Then, the waveform of the photoelectric signal is temporarily stored and the position of the mark is detected by a process of extracting what appears to be the waveform of the mark, so-called waveform processing, whereby alignment according to the measurement resolution of the laser interferometer can be performed. Of course, the mark forming conditions are also determined at the same time.

【0034】また、スポット光は、その長手方向と直交
する方向に走査したが、必ずしもその必要はなく、走査
軌道に対してスポット光とマークとが所定の角度(例え
ば45°)傾いても同様の効果が得られる。さらにマー
クは45°傾斜した微小線要素が一列に集合した格子状
パターンとしたが、45°の傾斜は必ずしも必要ではな
い。
The spot light was scanned in the direction orthogonal to the longitudinal direction, but it is not always necessary, and the same applies even if the spot light and the mark are inclined at a predetermined angle (for example, 45 °) with respect to the scanning orbit. The effect of is obtained. Further, the mark has a grid pattern in which minute line elements inclined at 45 ° are gathered in a line, but the inclination at 45 ° is not always necessary.

【0035】さらに、本発明の実施例のように同一のマ
ークを複数設ける場合は、図13(a)のように検波出
力信号S2 の中のマークに対応したピーク74a、74
b、74cの各波形(シェイプ)が同一になることを利
用して、マークらしきパターンから得られた複数のピー
クの波形を例えば相関演算により互いに比較して、同一
であると判定されたピーク波形からマークを認識するよ
うにしてもよい。この方法によれば、例えばマークがウ
ェハの現像、エッチング等の処理によって複数のマーク
の各々が同一に変化したときでもマーク認識率が高いと
いう利点がある。また、スポット光は細長い楕円形でな
く、単なる円形でもよく、マークは格子状のパターンで
はなく1本のストライブ状のパターン、あるいは走査方
向に複数本配列したストライブ状のパターンでもよい。
この場合は、ストライブ状のパターンのエッジで生じる
散乱光を光電検出すればよい。また、レーザ光を集光し
たスポット光を用いてマークを検出する代わりに、マー
クの対物レンズによる観察像を振動スリットを介して光
電検出する、いわゆる振動スリット型光電顕微鏡を用い
ても同様の効果が得られる。さらに、スルー・ザ・レン
ズ(TTL)方式でウェハ上のマークを観察及び検出す
るような構成の露光装置に本発明を利用しても全く同様
の効果が得られる。
Further, when a plurality of the same marks are provided as in the embodiment of the present invention, the peaks 74a, 74 corresponding to the marks in the detection output signal S 2 as shown in FIG. 13A.
By utilizing the fact that the waveforms (shapes) of b and 74c are the same, the waveforms of a plurality of peaks obtained from the mark-like pattern are compared with each other, for example, by a correlation operation, and the peak waveforms determined to be the same You may make it recognize a mark from. According to this method, there is an advantage that the mark recognition rate is high even when each of a plurality of marks changes to the same due to a process such as development and etching of the wafer. Further, the spot light may be a simple circle instead of the elongated elliptical shape, and the mark may be a single stripe pattern instead of a grid pattern or a stripe pattern in which a plurality of stripes are arranged in the scanning direction.
In this case, scattered light generated at the edge of the stripe pattern may be photoelectrically detected. Further, instead of detecting the mark by using the spot light obtained by condensing the laser light, the so-called vibration slit type photoelectric microscope that photoelectrically detects the observation image of the mark by the objective lens through the vibration slit has the same effect. Is obtained. Further, even when the present invention is applied to an exposure apparatus having a structure for observing and detecting a mark on a wafer by a through-the-lens (TTL) method, the same effect can be obtained.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アライメ
ント用の複数のマークの間隔等の条件を満足した光電信
号(エッジ信号)を選択するので、マークからの信号を
他のパターンからの信号と区別することができ、プリア
ライメント精度が悪くても、基板(ウェハ)を正確に位
置決めできるという効果が得られる。さらにマークの認
識率が向上するので、マーク周辺の禁止領域を狭くする
ことができ、このためICやLSIの回路パターン領域
の面積を大きくできるという効果も得られる。
As described above, according to the present invention, since the photoelectric signal (edge signal) satisfying the conditions such as the interval between the plurality of marks for alignment is selected, the signal from the mark is transmitted from another pattern. It can be distinguished from the signal, and the effect that the substrate (wafer) can be accurately positioned even if the pre-alignment accuracy is poor is obtained. Further, since the recognition rate of the mark is improved, the prohibited area around the mark can be narrowed, and the effect of increasing the area of the circuit pattern area of the IC or LSI is also obtained.

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

【図1】本発明の実施例が適用される縮小投影型露光装
置の概略的な構成を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.

【図2】ウェハ上に形成されたチップとマークを示す平
面図。
FIG. 2 is a plan view showing chips and marks formed on a wafer.

【図3】マークとスポット光との配置関係を示す平面
図。
FIG. 3 is a plan view showing a positional relationship between marks and spot lights.

【図4】位置合わせのための検出系と制御系の構成を示
すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a detection system and a control system for alignment.

【図5】ウェハの位置合わせのための全体的な動作を説
明するフローチャート図。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an overall operation for aligning a wafer.

【図6】マークらしきパターンの検出動作を説明するフ
ローチャート図。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a mark-like pattern detecting operation.

【図7】プリアライメント後のウェハとスポット光との
配置関係を示す平面図。
FIG. 7 is a plan view showing an arrangement relationship between a wafer and spot light after prealignment.

【図8】ウェハ上のパターンやマークとスポット光との
配置を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of patterns and marks on a wafer and spot light.

【図9】図8に示したスポット光を走査したときに得ら
れる各種信号の様子を示すタイムチャート図。
9 is a time chart diagram showing the states of various signals obtained when the spot light shown in FIG. 8 is scanned.

【図10】検波出力信号(Sカーブ信号)の一例を示す
波形図。
FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of a detection output signal (S curve signal).

【図11】ウェハの回転ずれを模式的に表した図。FIG. 11 is a diagram schematically showing a rotation deviation of a wafer.

【図12】本発明の実施例によるマークの配置関係を示
す平面図。
FIG. 12 is a plan view showing an arrangement relationship of marks according to an embodiment of the present invention.

【図13】図12に示したパターンとマークとをスポッ
ト光で走査して得られる各種信号の様子を示すタイムチ
ャート図。
FIG. 13 is a time chart diagram showing states of various signals obtained by scanning the pattern and the mark shown in FIG. 12 with spot light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・レチクル 2・・・・縮小投影レンズ 3・・・・ウェハ 4・・・・ステージ 4a・・・θテーブル 5・・・・Y顕微鏡 6・・・・θ顕微鏡 7・・・・X顕微鏡 YS、θS、XS・・・スポット光 YM、θM、XM・・・マーク 1 ... Reticle 2 ... Reduction projection lens 3 ... Wafer 4 ... Stage 4a ... θ table 5 ... Y microscope 6 ... θ microscope 7 ...・ X microscope YS, θS, XS ... Spot light YM, θM, XM ... Mark

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定のパターンが形成された基板を保持
して2次元移動する基板ステージと、所定の静止座標系
内での前記基板ステージの座標位置を計測する座標測定
手段と、前記静止座標系内で前記基板ステージを駆動す
る移動手段とを備え、前記静止座標系内の所定位置に前
記基板を位置決めする装置において、 前記基板は、前記パターンに隣接して形成されるととも
に、所定方向に予め定められた間隔で配置された複数の
特定パターンから成る基準パターンを有し;前記基板ス
テージを前記所定方向に移動させたとき、前記基板上で
前記所定方向に前記パターンの少なくとも一部と前記基
準パターンとを含んで所定距離だけ延びた探査領域内の
パターン分布に応じた光電信号を出力するパターン検出
手段と;該出力された光電信号と、前記基板ステージを
前記所定方向に移動させたときに前記座標測定手段から
出力される位置情報とに基づいて、前記探査領域内のパ
ターンの前記静止座標系上での各座標位置を検出する位
置検出手段と;該検出された各パターンの座標位置のう
ち、隣接するパターン間の間隔が前記複数の特定パター
ンの間隔とほぼ一致する複数のパターンの座標位置の少
なくとも1つを、前記基準パターンの座標位置として選
び出す判定手段と;該選び出された座標位置と前記座標
計測手段によって計測される座標位置とに基づいて前記
移動手段を制御して、前記基板を前記所定位置に位置決
めする制御手段とを備えたことを特徴とする位置決め装
置。
1. A substrate stage that two-dimensionally moves while holding a substrate on which a predetermined pattern is formed, coordinate measuring means for measuring the coordinate position of the substrate stage within a predetermined stationary coordinate system, and the stationary coordinates. A device for moving the substrate stage in a system, which positions the substrate at a predetermined position in the stationary coordinate system, wherein the substrate is formed adjacent to the pattern and is arranged in a predetermined direction. A reference pattern composed of a plurality of specific patterns arranged at predetermined intervals; at least a part of the pattern in the predetermined direction on the substrate when the substrate stage is moved in the predetermined direction; Pattern detection means for outputting a photoelectric signal according to a pattern distribution in a search region extending by a predetermined distance and including a reference pattern; and the output photoelectric signal, Position detection for detecting each coordinate position on the stationary coordinate system of the pattern in the search region based on the position information output from the coordinate measuring means when the substrate stage is moved in the predetermined direction. A coordinate pattern of the reference pattern, at least one of coordinate positions of a plurality of patterns in which an interval between adjacent patterns substantially matches an interval of the plurality of specific patterns among coordinate positions of the detected patterns. Determination means for selecting as a position; and control means for controlling the moving means based on the selected coordinate position and the coordinate position measured by the coordinate measuring means to position the substrate at the predetermined position. A positioning device characterized by being provided.
【請求項2】 前記基準パターンは、前記所定方向と直
交する方向に延びた3本の直線状パターンを前記複数の
特定パターンとして含み、該3本の直線状パターンの間
隔を互いに異ならせたことを特徴とする請求項1に記載
の装置。
2. The reference pattern includes three linear patterns extending in a direction orthogonal to the predetermined direction as the plurality of specific patterns, and the intervals of the three linear patterns are different from each other. An apparatus according to claim 1, characterized in that
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JPS5021232A (en) * 1973-06-28 1975-03-06
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