JPH09119811A - Alignment device, apparatus and method for exposure - Google Patents

Alignment device, apparatus and method for exposure

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JPH09119811A
JPH09119811A JP8293035A JP29303596A JPH09119811A JP H09119811 A JPH09119811 A JP H09119811A JP 8293035 A JP8293035 A JP 8293035A JP 29303596 A JP29303596 A JP 29303596A JP H09119811 A JPH09119811 A JP H09119811A
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reticle
wafer
optical system
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an alignment device by which irradiation light is aligned at a desired angle so as to irradiate an object by a method wherein a plurality of irradiation optical systems by which a frequency modulator, a substrate and a reference mark are set to a mutually conjugate relationship are provided, a beam splitter is provided and a photoelectric detection means is provided. SOLUTION: The ± first-order light which is passed through a spatial filter 15 is transmitted through a beam splitter 20 so as to be incident on a bifocal optical system 21. P-polarized light which is radiated from the optical system 21 forms an image in a focal point 26a in the upper-part space of a reticle 1, and S-polarized light forms an image in a focal point 27a which agrees with a pattern face on the rear surface of the reticle 1. The focal point 26a conjugates with an image formation face 26b which agrees with the surface of a wafer 4 by a projection lens 3, and the focal point 27a conjugates with an image formation face 27b which is separated at the lower part from the surface of the wafer 4 by the lens 3. Reflected and diffracted light from a diffraction grating mark on the reticle 1 is reflected by the beam splitter 20 via the optical system 21 and the like so as to reach a photoelectric detector 25. The reflected and diffracted light from the diffraction grating mark on the wafer 4 is returned to its original optical path via the lens 3, and it is transmitted through the reticle 1 and the like so as to reach the detector 25.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の製
造に使用される投影露光装置の位置合わせ装置に関する
ものであり、特に原画パターンを有するマスクと、この
原画パターンが転写される半導体ウェハ等の基板とを相
対的に位置合わせ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 for a projection exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements and the like, and more particularly to a mask having an original image pattern, a semiconductor wafer to which this original image pattern is transferred, etc. The present invention relates to a device for relatively aligning the substrate with the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子等の微細パターンを高
分解能で半導体ウェハ上に転写する装置として、投影型
露光装置(ステッバー)が多用されるようになった。従
来よりこの種のステッバーにおいては、レチクル(マス
クと同義)とウェハ上の1つのシヨット領域との位置合
わせ、所謂アライメント方式として、レチクルの回路パ
ターン周辺に形成されたアライメントマークと、ウェハ
上のショット領域周辺に形成されたアライメントマーク
とを同時検出するものが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, a projection type exposure apparatus (stepber) has been widely used as an apparatus for transferring a fine pattern of a semiconductor element or the like onto a semiconductor wafer with high resolution. Conventionally, in this type of stubber, alignment between a reticle (synonymous with a mask) and one sailboat region on the wafer, which is a so-called alignment method, is an alignment mark formed around the reticle circuit pattern and a shot on the wafer. It is known to simultaneously detect an alignment mark formed around the area.

【0003】このアライメント方式ではしチクル上のマ
ークとウェハ上のマークとをともに高精度に検出し、そ
の相対位置ずれ量を求め、このずれ量が補正されるよう
にレチクル、又はウェハを微動させている。一般に投影
型露光装置では、レチクルのパターンをウェハ上に高解
像力で結像するために、投影光学系は露光用の照明光
(例えば波長436nmのg線あるいは波長365nmのi
線)のみに対して良好に色収差補正されているのが現状
である。このことは投影光学系を介してレチクルのマー
クとウェハのマークとを検出するアライメント光学系に
おいて、マーク照明用の光が露光光の波長と同一、もし
くは極めてそれに近い波長に制限されることを意味す
る。
In this alignment method, both the mark on the reticle and the mark on the wafer are detected with high accuracy, the relative positional deviation amount is obtained, and the reticle or the wafer is finely moved so as to correct this deviation amount. ing. Generally, in a projection type exposure apparatus, in order to form a reticle pattern on a wafer with high resolution, the projection optical system uses an illumination light for exposure (eg, g-line of wavelength 436 nm or i of wavelength 365 nm).
The current situation is that chromatic aberration is satisfactorily corrected only for the line). This means that in an alignment optical system that detects a reticle mark and a wafer mark via a projection optical system, the light for illuminating the mark is limited to the same wavelength as or very close to the wavelength of the exposure light. I do.

【0004】露光工程のウェハには表面にレジスト層が
形成されており、アライメント時にはしジスト層を介し
てウェハ上のマークを検出する。このレジスト層は、よ
り高解像のパターン形成を可能とするために、露光光に
対する吸収率が高く、透過率が低くなるような多層レジ
スト構造等を採用することが考えられてきた。この場
合、アライメント用の照明光がウェハ上のマークに達す
るまでに減衰を受けることと、マークからの反射光(正
反射光、散乱光、回折光等)も減衰を受けることによっ
て、ウェハ上のマークがアライメント光学系によって十
分な光量で認識されないといった問題が生じる。
A resist layer is formed on the surface of the wafer in the exposure process, and a mark on the wafer is detected through the resist layer during alignment. In order to enable the formation of a pattern with higher resolution, it has been considered to adopt a multilayer resist structure or the like having a high absorption rate for exposure light and a low transmittance rate. In this case, the illumination light for alignment is attenuated before reaching the mark on the wafer, and the reflected light (specular reflection light, scattered light, diffracted light, etc.) from the mark is also attenuated. There arises a problem that the mark is not recognized by the alignment optical system with a sufficient amount of light.

【0005】そこで、このようなしジストに対して透過
率の高い波長城の光をアライメント用照明光とすること
が考えられる。そのー例として、特開昭56−1102
34号公報に開示されているように、レチクルと投影光
学系との間のアライメント光路中に色収差補正用の小レ
ンズ等を設け、露光光とは異なる波長の光のもとでも、
レチクル上のマークとウェハ上のマークとを互いに共役
にする技術が知られている。この方式では、投影光学系
に対して補正用光学系を可動にしておくと、補正用光学
系の設定時の不安定要因からアライメント精度が極端に
低下してしまうため、専ら固定の位置関係に定められて
いる。このため露光時に補正光学系が回路パターンの結
像光束のー部を遮断しないように、レチクル上のマーク
は回路パターン領域から十分に離れた位置に設けられ
る。一方、投影型露光装置の中でも、ステップアンドリ
ピート方式により、ウェハ上の複数のショット領域の各
々に対して順次レチクルのパターン像を重ね合わせて露
光するステッパーでは、ウェハ上のショット領域毎にア
ライメントできることが望ましい。
Therefore, it is conceivable to use the light of the wavelength castle having a high transmittance for such a resist as the illumination light for alignment. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-1102
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 34-34, a small lens for chromatic aberration correction is provided in the alignment optical path between the reticle and the projection optical system, and even under light of a wavelength different from the exposure light,
A technique is known in which a mark on a reticle and a mark on a wafer are conjugated with each other. In this method, if the correction optical system is movable with respect to the projection optical system, the alignment accuracy is extremely reduced due to instability when setting the correction optical system. Stipulated. For this reason, the mark on the reticle is provided at a position sufficiently distant from the circuit pattern area so that the correction optical system does not block the negative part of the image formation light flux of the circuit pattern during exposure. On the other hand, among projection type exposure apparatuses, a stepper that repeats and exposes pattern images of a reticle sequentially on each of a plurality of shot areas on a wafer by a step-and-repeat method can align each shot area on the wafer. Is desirable.

【0006】ところでアライメント精度は、マーク位置
の検出分解能を高めれば、それにみあって向上するもの
であるが、現在、最も高精度な検出が可能なマークとし
て回折格子を用いることが注目されている。これはしチ
クル上にマークとして形成された格子と、ウェハ上にマ
ークとして形成された格子との各々から発生する回折光
同志を相対的に格子の配列方向に移動させることによっ
て得られる光電信号の位相差から、レチクルとウェハの
位置ずれを検出するものである。そのー例として特公昭
61−9733号公報に開示されたものが知られてい
る。その他に、プロキシミティ方式ではマスクの格子か
ら発生する回折光と、ウェハの格子から発生する回折光
とを干渉させて得られる光情報(正弦波状の強度変化)
に基づいてマスクとウェハの位置ずれを、回折格子のピ
ッチの数分の1〜数十分の1以下の分解能で検出する方
式もある。
By the way, the alignment accuracy is improved by increasing the detection resolution of the mark position, but at present, attention is paid to using a diffraction grating as a mark capable of the most accurate detection. . This is because the diffracted light generated from each of the grating formed as a mark on the chicle and the grating formed as a mark on the wafer is moved relative to the arrangement direction of the grating. The position difference between the reticle and the wafer is detected from the phase difference. As an example thereof, the one disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-9733 is known. In addition, in the proximity method, optical information (sinusoidal intensity change) obtained by causing the diffracted light generated by the mask grating and the diffracted light generated by the wafer grating to interfere with each other.
There is also a method of detecting the positional deviation between the mask and the wafer on the basis of the above with a resolution of 1 / several tens to tens of minutes of the pitch of the diffraction grating.

【0007】この場合、実験上では、回折格子を用いた
アライメントで数nm程度の検出分解能を得られるとの
報告もなされている。
In this case, it has been reported experimentally that alignment using a diffraction grating can provide a detection resolution of about several nm.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】さて、従来のように補
正光学系を有する投影露光方式の場合、以下のような問
題が生じる。ウェハ上の各ショット領域の間は、通常5
0〜100μm幅程度のスクライブ線で区画されてい
る。仮りに、あるショット領域に付随したマークをスク
ラィブ線上の回路パターン領域から100μmだけ離れ
た位置に設けるとした場合、投影光学系の縮小率を1/
10にしたとしてもレチクル上のマークはレチクル上の
回路パターン領域からわずか1000μm(1mm)しか
離れず、補正光学系を小レンズで構成したとすると、回
路パターンの結像光路を遮断しないためには、鏡筒も含
めて直径、わずか2mm程度のレンズ系を用意しなければ
ならないことになる。このことは極めて非現実的であ
る。そこでこの問題点を解決して、レチクル上のマーク
を回路パターン領域から大きく離しても、ウェハ上のシ
ョット領域に付随したマークとの共役状態が保たれるよ
うに工夫された補正光学系の構成が特公昭58−307
36号公報に開示されている。
In the case of the conventional projection exposure system having a correction optical system, the following problems occur. Usually 5 shots between each shot area on the wafer.
It is divided by scribe lines having a width of about 0 to 100 μm. If a mark attached to a certain shot area is provided at a position 100 μm away from the circuit pattern area on the scribing line, the reduction ratio of the projection optical system is reduced to 1 /.
Even if it is set to 10, the mark on the reticle is only 1000 μm (1 mm) away from the circuit pattern area on the reticle, and if the correction optical system is composed of a small lens, in order not to block the imaging optical path of the circuit pattern, It is necessary to prepare a lens system with a diameter of only 2 mm including the lens barrel. This is extremely impractical. Therefore, by solving this problem, even if the mark on the reticle is largely separated from the circuit pattern area, the configuration of the correction optical system is devised so that the conjugate state with the mark attached to the shot area on the wafer is maintained. Is Japanese Patent Sho 58-307
No. 36 publication.

【0009】しかしながら、先の特開昭56−1102
34号公報にしても、この特公昭58−30736号公
報にしても、ウェハ上のショット領域の大きさ(すなわ
ちレチクル上の回路パターンの大きさ)が変化すること
には対応できず、結局、補正光学系(もしくはそのー
部)を動かす構成を採用するか、又はアライメント時と
露光時とでレチクルとウェハの相対位置が予め決った量
だけオフセットしたサイトアライメント方式を採用する
かのいずれかを選択せざるを得なかった。
However, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 34 or this Japanese Patent Publication No. 58-30736 cannot cope with the change in the size of the shot area on the wafer (that is, the size of the circuit pattern on the reticle), and in the end, Select either to adopt a configuration that moves the correction optical system (or its part), or to adopt a site alignment method in which the relative position between the reticle and the wafer is offset by a predetermined amount during alignment and during exposure. I had to do it.

【0010】一方、回折格子を用いたアライメント方式
では高分解能なマーク位置検出が可能ではあるが、先の
特公昭61−9733号公報に開示された技術において
も、レチクルと投影光学系との間のアライメント光路中
に光学的変調器等を設けることから、補正光学系を設け
た場合とまったく同じ問題が生じてしまう。このよう
に、回折格子の周期構造によって一義的に決まる周期的
な光情報を直接利用するアライメント方式は高精度にな
ることが知られてはいるものの、投影型露光装置、特に
ステッパーに適用するための実用的な構造については、
いまだに考えられていなかった。
On the other hand, although the alignment method using the diffraction grating can detect the mark position with high resolution, in the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-9733, there is a gap between the reticle and the projection optical system. Since an optical modulator or the like is provided in the alignment optical path of, the same problem as in the case where the correction optical system is provided occurs. As described above, although it is known that the alignment method that directly uses the periodic optical information uniquely determined by the periodic structure of the diffraction grating has high accuracy, it is applied to the projection exposure apparatus, particularly the stepper. For the practical structure of
Had not yet been considered.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、回折格子を用
いた位置合わせ方式を投影型露光装置に適用する際に生
じる種々の問題点を解決し、装置としての安定性とアラ
イメント精度の向上とを同時に満足するためになされた
ものである。本発明においては、移動可能なステージ上
に保持された基板上の格子マークを照明し、該格子マー
クから発生する回折光を受光して得られる光電信号に基
づいてステージの移動を制御することによって基板を位
置合わせする装置において、基板の格子マークを照明す
るための可干渉性ビームを放射する光源と;可干渉性ビ
ームを入射して所定の周波数差を有する1対の照明ビー
ムを生成する周波数変調器と;1対の照明ビームを格子
マークに所定の交差角度で照射するために、周波数変調
器と基板とを相互に共役関係にする第1の照射光学系
と、該第1の照射光学系の光路内に配置されて1対の照
明ビームを分割するビームスプリッタと、該分割された
1対の照明ビームを参照格子上に所定の交差角度で照射
するために、周波数変調器と前記参照格子とを相互に共
役関係にする第2の照射光学系と、格子マークから発生
する2つの回折ビームの干渉光を受光して所定の周波数
差に応じた周期で強度変化する第1交流信号を出力する
とともに、参照格子から発生する2つの回折ビームの干
渉光を受光して所定の周波数差に応じた周波数で強度変
化する第2交流信号とを出力する光電検出手段と、第1
交流信号と第2交流信号との間の位相差を計測すること
によって参照格子に対する格子マークの位置ずれ量を計
測する計測手段と、該計測された位置ずれ量に基づいて
ステージの移動を制御する制御系とを設けた。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves various problems that occur when a positioning method using a diffraction grating is applied to a projection type exposure apparatus, and the stability and alignment accuracy of the apparatus are improved. It was done to satisfy both and. In the present invention, by illuminating the lattice mark on the substrate held on the movable stage and controlling the movement of the stage based on the photoelectric signal obtained by receiving the diffracted light generated from the lattice mark. In a device for aligning a substrate, a light source emitting a coherent beam for illuminating a grating mark on the substrate; a frequency for injecting the coherent beam to generate a pair of illumination beams having a predetermined frequency difference A modulator; a first irradiation optical system in which the frequency modulator and the substrate are conjugated to each other so as to irradiate the grating mark with a pair of illumination beams at a predetermined intersection angle; and the first irradiation optical system. A beam splitter disposed in the optical path of the system for splitting a pair of illumination beams; a frequency modulator and the beam modulator for illuminating the split pair of illumination beams on a reference grating at a predetermined crossing angle. A second irradiation optical system that makes the diffraction grating mutually conjugate with each other, and a first AC signal whose intensity changes at a cycle according to a predetermined frequency difference by receiving the interference light of two diffracted beams generated from the grating mark. And a photoelectric detection means for receiving interference light of two diffracted beams generated from the reference grating and outputting a second AC signal whose intensity changes at a frequency according to a predetermined frequency difference;
Measuring means for measuring the positional deviation amount of the grid mark with respect to the reference grating by measuring the phase difference between the AC signal and the second AC signal, and the movement of the stage is controlled based on the measured positional deviation amount. And a control system.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例による位置合
わせ装置の構成を第1図に参照して説明する。所定の回
路パターンとアライメント用の回折格子マークとを有す
るレチクル1は2次元移動可能なレチクルスブージ2に
保持される。レチクル1上の各パターンは両側テレセン
トリックな投影レンズ3によって露光光のもとでウェハ
4上に結像される。ただしこの投影レンズ3は露光用の
照明光波長(g線、i線等)に関して良好に色収差補正
されており、その露光用の波長に関してレチクル1とウ
ェハ4とが互いに共役になるように配置される。またウ
ェハ4上にもしチクル1に形成された格子マークと同様
の回折格子マークが形成されている。さて、ウェハ4は
ステップアンドリピート方式で2次元移動するステージ
5上に吸着され、ウェハ4上の1つのショット領域に対
するレチクル1の転写露光が終了すると、次のショット
位置までステッピングされる。レチクルステージ2の一
部には、レチクル1の水平面内でのx方向、y方向及び
回転(a)方向の位置を検出するためのレーザ光波干渉
式側長器(以下、干渉計とする)43からのレーザビー
ムを反射する移動鏡6が固定されている。この干渉計4
3はx方向、y方向、白方向の位置を独立に検出するた
めに3本の側長用レーザビームを有するが、ここでは説
明を簡単にするため図示をー部省略してある。レチクル
ステージ2の移動ストロークは数ミリメートル以下であ
り、干渉計43の検出分解能は、例えば0.01μm程
度に定められている。一方、ウェハステージ5のー部に
は、ウェハ4の水平面内でのx方向、y方向の位置を検
出するための干渉計45からのレーザビームを反射する
移動鏡7が固定されている。この干渉計45もx方向、
y方向の位置を独立に検出するために2本の棚長用レー
ザビームを有するが、ここでは説明を簡単にするため図
示をー部省略してある。レチクルステージ2のx方向、
y方向、6方向の駆動は駆動モータ42で行なわれ、ウ
ェハステージ5の2次元移動は駆動モータ46で行なわ
れる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the structure of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A reticle 1 having a predetermined circuit pattern and a diffraction grating mark for alignment is held by a reticle slug 2 which is two-dimensionally movable. Each pattern on the reticle 1 is imaged on the wafer 4 under exposure light by the projection lens 3 which is telecentric on both sides. However, the projection lens 3 is satisfactorily corrected for chromatic aberration with respect to the wavelength of illumination light for exposure (g-line, i-line, etc.), and the reticle 1 and the wafer 4 are arranged so as to be conjugate to each other with respect to the wavelength of exposure. You. Diffraction grating marks similar to the grating marks formed on the chicle 1 are also formed on the wafer 4. The wafer 4 is attracted onto the stage 5 which moves two-dimensionally in a step-and-repeat manner. When the transfer exposure of the reticle 1 to one shot area on the wafer 4 is completed, the wafer 4 is stepped to the next shot position. A part of the reticle stage 2 has a laser light wave interference side length device (hereinafter referred to as an interferometer) 43 for detecting the position of the reticle 1 in the x direction, the y direction, and the rotation (a) direction in the horizontal plane. A movable mirror 6 that reflects the laser beam from is fixed. This interferometer 4
Reference numeral 3 has three side length laser beams for independently detecting the positions in the x direction, the y direction, and the white direction, but the illustration is omitted here for the sake of simplicity. The moving stroke of the reticle stage 2 is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer 43 is set to about 0.01 μm, for example. On the other hand, a movable mirror 7 for reflecting the laser beam from the interferometer 45 for detecting the position of the wafer 4 in the horizontal direction in the horizontal plane is fixed to the negative part of the wafer stage 5. This interferometer 45 is also in the x direction,
Although two laser beams for shelf length are provided to detect the position in the y direction independently, the illustration is omitted here for simplification of the description. X direction of reticle stage 2,
Driving in the y and 6 directions is performed by the drive motor 42, and the two-dimensional movement of the wafer stage 5 is performed by the drive motor 46.

【0013】ところで露光用の照明系は、水銀ランプ3
0、楕円鏡31、集光レンズや干渉フィルター等を含む
入力レンズ群32、オブチカルインテグレータ(フライ
アイレンズ)33、ミラー34、メインコンデンサーレ
ンズ35及びダイクロイックミラー22等によって構成
される。ダイクロイックミラー22はレチクル1の上方
に45。で斜設され、コンデンサーレンズ35からの露
光光を垂直に下方に反射させ、レチクル1を均一に照射
する。このダィクロイックミラー22は露光光の波長に
対しては90%以上の反射率を有し、アライメント用の
照明光の波長(露光光よりも長波長)に対しては50%
以上の透過率を有する。
The illumination system for exposure is a mercury lamp 3
0, an elliptic mirror 31, an input lens group 32 including a condenser lens and an interference filter, an optical integrator (fly eye lens) 33, a mirror 34, a main condenser lens 35, a dichroic mirror 22, and the like. The dichroic mirror 22 is 45 above the reticle 1. The exposure light from the condenser lens 35 is vertically reflected downward to irradiate the reticle 1 uniformly. The dichroic mirror 22 has a reflectance of 90% or more with respect to the wavelength of the exposure light and 50% with respect to the wavelength of the illumination light for alignment (longer than the exposure light).
It has the above transmittance.

【0014】次に本実施例のアライメント系について説
明する。アライメント用の照明光はレーザ光源10から
射出され、透過型の基準回折格子を放射状に形成したラ
ジアル・グレイティング11を通り、フーリエ変換レン
ズ13とビームスブリッタ14を介してフーリエ面(ア
ライメント光学系の瞳面)に配置された空間フィルター
15に達する。ラジアル・グレイティング11はモータ
12によってほぼー定の速度で回転可能に構成される。
このラジアル・グレイティング11に入射したレーザ光
は0次光、±1次光、±2次光……のように、回折し、
それぞれ異なった回折角で広がっていく。第1図では0
次光LBo、+1次光+LB1 及び−1次光−LB1
みを示す。これら0次光、±1次光は空間フィルター1
5上で明確に分離して分布し、0次光LBoのみが遮断
され、±1次光は透過する。空間フィルター15を通っ
た±1次光はビームスブリッター20を透過して2焦点
光学系21に入射する。2焦点光学系21は第1図では
簡単に示してあるが、実際には複屈折物質(水晶、方解
石等)と顕微鏡用等のテレセントリックな対物レンズと
を組み合わせたもので構成され、レーザ光の±1次光の
偏光成分(P偏光とS偏光)に応じて異なるパワーを与
えるものである。このため2焦点光学系21を射出した
一方の偏光(例えばP偏光)はしチクル1の上方空間の
焦点26aに精機し、他方の偏光(例えばS偏光)はレ
チクル1の下面のパターン面と一致した焦点27aに結
像する。また2焦点光学系21の他方の焦点、すなわち
レーザ光源10側で焦点26a、27aの夫々と共役な
面は、ラジアル・グレィティング11とー致している。
ここで2焦点光学系21の2つの焦点26a、27bの
光軸方向の間隔はアライメント用のレーザ光の波長にお
ける投影レンズ3のレチクル1側での色収差量に対応し
ている。この焦点面26aは投影レンズ3によってウェ
ハ4の表面とー致した結後面26bと共役になり、焦点
面27a(レチクルパターン面)は投影レンズ3によっ
てウェハ4の表面から空間的に下方に離れた結後面27
bと共役になる。結後面26bと27bの間隔は投影レ
ンズ3のウェハ4側での色収差量に対応している。ここ
で結後面26bと27bの間隔距離をDw、焦点面26
aと27aの間隔距離をDr、そして投影レンズ3の投
影倍率を1/M(通常Mは1、25、5、10)とする
と、一般的にDr=M2.Dwの関係がある。アライメ
ント用のレーザ光の波長が露光光の波長から離れれば離
れる程、投影レンズ3の収差特性に応じてDw、Drは
大きくなる。この種の投影レンズの焦点深度は極めて浅
く、±1μm程度であり、アライメント用照明光の波長
にもよるが間隔Dwは数10μm程度に達することもあ
る。尚、アライメント用照明光(レーザ光)はウェハ4
に塗布されたレジストに対してほとんど感度を持たない
波長にすることが望しいが、本発明においては必ずしも
満たされるべき条件ではない。それは投影レンズによっ
て露光光の波長とアライメント用照明光の波長とで極端
に大きな収差が生じ、特にウェハ4上の回折格子マーク
からの光情報自体に大きな歪みが加えられてしまうから
である。このためその収差との兼ね合いで最適なアライ
メント用照明光を定めることを優先することの方が重要
である。従ってアライメント用照明光が長時間(例えば
1分以上)レジストを照射すると、感光させてしまう
(現像後に薄減りが生じる)ような弱い感度の波長にな
る場合もある。
Next, the alignment system of this embodiment will be described. The illumination light for alignment is emitted from the laser light source 10, passes through a radial grating 11 in which a transmission type reference diffraction grating is radially formed, and passes through a Fourier transform lens 13 and a beam splitter 14 on a Fourier plane (of the alignment optical system). Reach the spatial filter 15 located on the pupil plane). The radial grating 11 is configured to be rotatable by a motor 12 at a substantially constant speed.
The laser light incident on the radial grating 11 is diffracted like 0th order light, ± 1st order light, ± 2nd order light.
Each spreads at a different diffraction angle. In FIG. 1, 0
Only the next light LBo, the + 1st order light + LB 1 and the −1st order light −LB 1 are shown. These 0th order light and ± 1st order light are spatial filters 1
5 are clearly separated and distributed, and only the 0th-order light LBo is blocked and the ± 1st-order lights are transmitted. The ± first-order light that has passed through the spatial filter 15 passes through the beam splitter 20 and enters the bifocal optical system 21. Although the bifocal optical system 21 is simply shown in FIG. 1, it is actually composed of a combination of a birefringent substance (quartz, calcite, etc.) and a telecentric objective lens for a microscope or the like. Different powers are given depending on the polarization components (P-polarized light and S-polarized light) of the ± first-order light. Therefore, one polarized light (e.g., P-polarized light) emitted from the bifocal optical system 21 is focused on the focal point 26a in the upper space of the reticle 1, and the other polarized light (e.g., S-polarized light) coincides with the pattern surface of the lower surface of the reticle 1. An image is formed on the focused focal point 27a. The other focal point of the bifocal optical system 21, that is, the plane conjugate with the focal points 26a and 27a on the laser light source 10 side is designated as the radial grating 11.
Here, the distance between the two focal points 26a and 27b of the bifocal optical system 21 in the optical axis direction corresponds to the amount of chromatic aberration on the reticle 1 side of the projection lens 3 at the wavelength of the alignment laser light. This focal plane 26a becomes conjugate with the back surface 26b which is the surface of the wafer 4 by the projection lens 3, and the focal plane 27a (reticle pattern surface) is spatially downwardly separated from the surface of the wafer 4 by the projection lens 3. Back surface 27
Becomes conjugate with b. The distance between the rear surfaces 26b and 27b corresponds to the amount of chromatic aberration on the wafer 4 side of the projection lens 3. Here, the distance between the rear surfaces 26b and 27b is Dw, and the focal plane 26
a and 27a, and the projection magnification of the projection lens 3 is 1 / M (usually M is 1, 25, 5, 10), Dr = M2. Dw. As the wavelength of the laser light for alignment becomes farther from the wavelength of the exposure light, Dw and Dr become larger according to the aberration characteristics of the projection lens 3. The depth of focus of this type of projection lens is extremely shallow, about ± 1 μm, and the distance Dw may reach several tens of μm depending on the wavelength of the alignment illumination light. The illumination light (laser light) for alignment is
It is desirable that the wavelength has almost no sensitivity to the resist coated on the substrate, but this is not necessarily the condition to be satisfied in the present invention. This is because the projection lens causes an extremely large aberration between the wavelength of the exposure light and the wavelength of the illumination light for alignment, and in particular, a large distortion is applied to the optical information itself from the diffraction grating mark on the wafer 4. Therefore, it is more important to give priority to determining the optimal illumination light for alignment in consideration of the aberration. Therefore, when the alignment illumination light irradiates the resist for a long time (for example, 1 minute or more), the wavelength may be weakly sensitive such that the resist is exposed (a thinning occurs after development).

【0015】さて、アライメント用のレーザ光の±1次
光LB・(S偏光)は焦点面27aでレチクル1の回折
格子マーク部分に、+1次光+LB1 と−1次光−LB
1 との成す角度で2方向から入射し結像する。またレチ
クル1の透明部を透過した焦点面26aからの±1次光
LB・(P偏光)は、投影レンズ3を介して焦点面26
bでウェハ4の回折格子マーク部分に、+1次光と−1
次光との成す角度で2方向から入射し結像する。そして
レチクル1の回折格子マークからの反射回折光はダイク
ロイックミラー22、2焦点光学系21を介してビーム
スプリッタ20で反射され、空間フィルター23でフィ
ルタリングされた後、集光レンズ24によって光電検出
器25に達する。またウェハ4の回折格子マークからの
反射回折光は投影レンズ3を介して元の光路を戻り、レ
チクル1の透明部を透過してダイクロイックミラー2
2、2焦点光学系21、ビームスプリッタ20、空間フ
ィルター23、及び集光レンズ24を通って光電検出器
25に達する。空間フィルター23はアライメント光学
系の瞳面と共役な位置、すなわち投影レンズ3の瞳(射
出瞳)と実質共役な位置に配置され、レチクル1、又は
ウェハ4からの正反射光を遮断し、レチクル1又はウェ
ハ4の回折格子に垂直(面の法綾方向)に回折される光
のみを通すように定められている。そして光電検出器2
5は2焦点光学系21、レンズ24を介してレチクル
1、ウェハ4の夫々と共役に配置されている。
The ± 1st-order light LB · (S-polarized light) of the alignment laser light is added to the + 1st-order light + LB 1 and −1st-order light −LB on the diffraction grating mark portion of the reticle 1 on the focal plane 27a.
The light enters from two directions at an angle of 1 and forms an image. Further, the ± first-order light LB · (P-polarized light) from the focal plane 26 a that has passed through the transparent portion of the reticle 1 is transmitted through the projection lens 3 to the focal plane 26 a.
b, the +1 order light and -1
It forms an image by entering from two directions at an angle formed by the next light. Then, the diffracted light reflected from the diffraction grating mark of the reticle 1 is reflected by the beam splitter 20 via the dichroic mirror 22, the bifocal optical system 21, filtered by the spatial filter 23, and then the photoelectric detector 25 by the condenser lens 24. Reach Further, the diffracted light reflected from the diffraction grating mark on the wafer 4 returns to the original optical path through the projection lens 3, passes through the transparent portion of the reticle 1, and passes through the dichroic mirror 2.
It reaches the photoelectric detector 25 through the bifocal optical system 21, the beam splitter 20, the spatial filter 23, and the condenser lens 24. The spatial filter 23 is arranged at a position conjugate with the pupil plane of the alignment optical system, that is, at a position substantially conjugate with the pupil (exit pupil) of the projection lens 3, blocks the specular reflection light from the reticle 1 or the wafer 4, and It is defined that only the light diffracted in the direction perpendicular to the diffraction grating of the wafer 1 or the wafer 4 (the normal traverse direction of the surface) is transmitted. And photoelectric detector 2
The reticle 1 and the wafer 4 are arranged to be conjugate with each other via the bifocal optical system 21 and the lens 24.

【0016】さて光電検出器25から得られる光電信号
は2つの回折格子マークの各々からの回折光同志が干渉
したものとなり、ラジアル・グレイティング11の回転
速度に応じた正弦波状の交流信号となる。ところでラジ
アル・グレイティング11からの±1次光、0次光は、
ビームスプリッタ14を透過し、瞳(フーリエ面)に配
置された空間フィルター16で0次光のみが遮断され、
レンズ系(逆フーリエ変換レンズ)17によって参照用
回折格子18上に結像する。この参照用回折格子18は
装置上で固定されているものである。この回折格子18
にも+1次光+LB1 と−1次光−LB1 とが所定の角
度で2方向から入射する。光電検出器19は参照用回折
格子18を透過した回折光(又は干渉光)を受光して、
正弦波状の光電信号を出力する。位相検出系40は、光
電検出器26からの光電信号と光電検出器19からの光
電信号とを入力し、両信号の波形上の位相差を検出す
る。検出された位相差(±180。)はレチクル1、ウ
ェハ4の夫々に形成された回折格子マークの格子ピッチ
の1/2内の相対位置ずれ量に一義的に対応している。
制御系41は検出された位相差(位置ずれ量)の情報、
サーボシステム44を介して得られる干渉計43、45
の各々からの位置情報等に基づいて駆動モータ42、4
6を制御し、レチクル1とウェハ4の相対位置合わせ
(アライメント)を行なう。
The photoelectric signal obtained from the photoelectric detector 25 is the interference of the diffracted light from each of the two diffraction grating marks, and becomes a sinusoidal AC signal corresponding to the rotational speed of the radial grating 11. . By the way, the ± 1st order light and the 0th order light from the radial grating 11 are
Only the 0th order light is blocked by the spatial filter 16 which is transmitted through the beam splitter 14 and is arranged on the pupil (Fourier plane),
An image is formed on the reference diffraction grating 18 by the lens system (inverse Fourier transform lens) 17. The reference diffraction grating 18 is fixed on the apparatus. This diffraction grating 18
Also, the + 1st order light + LB 1 and the −1st order light −LB 1 are incident from two directions at a predetermined angle. The photoelectric detector 19 receives the diffracted light (or interference light) transmitted through the reference diffraction grating 18,
Outputs a sinusoidal photoelectric signal. The phase detection system 40 inputs the photoelectric signal from the photoelectric detector 26 and the photoelectric signal from the photoelectric detector 19, and detects the phase difference on the waveform of both signals. The detected phase difference (± 180.) Uniquely corresponds to the relative positional deviation amount within 1/2 of the grating pitch of the diffraction grating marks formed on the reticle 1 and the wafer 4, respectively.
The control system 41 provides information on the detected phase difference (position shift amount),
Interferometers 43, 45 obtained via servo system 44
Drive motors 42, 4 based on the position information from each of the
6 is controlled to perform relative alignment between the reticle 1 and the wafer 4.

【0017】以上、本実施例の全体構成において、アラ
イメント光学系のー部、特に2焦点光学系21はレチク
ル1上のアライメントマークの配置に応じて任意の位置
に可動とされ、どのようなマーク配置であってもマーク
検出が可能となっている。さらにレチクル1の上方に斜
設したダイクロックミラー22によって露光光とアライ
メント用照明光とを分離するため、露光動作中であって
もマーク検出が可能となる。これは露光中において何ら
かの外乱でレチクル1とウェハ4とのアライメント状態
が狂った場合も、その時点でただちに検出できることを
意味する。さらに位相検出系40からの位相差情報に基
づいて露光動作中であってもレチクルステージ2とウェ
ハステージ5との位置決めサーボをクローズド・ループ
で実行できることをも意味する。尚、露光光の光源は水
銀ランプ以外のエキシマレーザ光源等に置きかえてもよ
い。
As described above, in the overall structure of this embodiment, the part of the alignment optical system, especially the bifocal optical system 21 is movable to any position according to the arrangement of the alignment mark on the reticle 1, and what kind of mark is used. Mark detection is possible even with the arrangement. Further, since the exposure light and the alignment illumination light are separated by the dichroic mirror 22 obliquely provided above the reticle 1, it is possible to detect the mark even during the exposure operation. This means that even if the alignment between the reticle 1 and the wafer 4 is out of order due to some disturbance during the exposure, it can be detected immediately at that time. Further, it also means that the positioning servo between the reticle stage 2 and the wafer stage 5 can be executed in a closed loop even during the exposure operation based on the phase difference information from the phase detection system 40. The light source of the exposure light may be replaced with an excimer laser light source other than the mercury lamp.

【0018】次に第2図を用いてアライメント系のみの
詳細な構成、及びアライメントの原理を説明する。第2
図において、第1図中のものと同一の部材には同じ符号
をつけてある。ラジアル・グレイティング(基準回折格
子)11にはレーザ光源10から成形されたレーザ光束
(ほぼ平行光束)LBが入射する。このレーザ光束LB
の偏光方向は、2焦点光学系21によってP偏光とS偏
光に分離されて焦点26a、27aに集光するとき、P
偏光とS偏光とでその光強度(光量)が所定の比になる
ように調整されている。通常、ウェハ4に達する光の方
が損失が多いので、ウェハ4への光量を増やすようにす
る。そのためには、2重焦点素子を光軸の回りに回転さ
せたり、レーザ光源とラジアル・グレィティング11の
間にλ/2板を挿入し、それを光軸の回りに回転させた
りする構造を採用すればよい。すなわち、それによって
レチクル1に達する偏光とウェハ4へ達する偏光との光
量比を最適なものに調整できる。さて、ラジアル・グレ
ィティング11からの±1次光LBIは、テレセントリ
ックな2焦点光学系21に入射し、+1次光+LB 1
偏光成分によってP偏光の+LB1PとS偏光の+LB1S
とに分離れ、2焦点光学系21の光軸に対して回折角で
決まる角度だけ傾いてレチクル1に達する。同様に−1
次光−LB1 もP偏光の−LB1PとS偏光の−LB1S
に分離され、光軸をはさんで+1次光(+LB1P、+L
1S)と対称的な角度でレチクル1に達する。P偏光に
関しては焦点27a、すなわちレチクル1の回折格子マ
ークRMの位置に結像するため、P偏光の1次光+LB
1P、−LB1Pは回折格子マークRMのところで交差(結
像)する。第2図においてマークRMの格子配列方向は
紙面内の左右方向であり、1次光+LB1P、−LB1P
各々の光軸からの傾き方向も第2図の紙面内に定められ
る。レチクル1には第3図(a)に示すように回折格子
マークRMと透明な窓部Poとが形成されており、1次
光+LB1P、−LB1PはともにマークRMと窓部Poと
をカバーする大きさでレチクル1を照射する。第3図
(a)に示したマークRMはx方向(格子配列方向)の
位置検出に使われるものであり、ウェハ4上の回折格子
マークWMも第3図(b)に示すように、これと対応し
ている。マークWMはアライメント時(又は露光時)に
レチクル1の窓部Poの位置に整列するように定められ
ている。さて2焦点光学系21を射出したS偏光の1次
光+LB1S、−LB1Sは空間上の焦点26aで一度結像
した後、レチクル1の窓部Poを透過し、投影レンズ3
を介してウェハ4の回折格子マークWMに互いに異なる
2方向から入射するように結像される。投影レンズ3か
ら射出したS偏光の1次光+LB1S、−LB1Sの各々
は、回折格子マークWMの格子配列方向に関して対称的
に傾いて入射する。ウェハ4に達したS偏光の1次光+
LB1S、−LB 1Sの成す角度は大きくても投影レンズ3
の射出(ウェハ)側の閉口数を越えることはない。尚、
ラジアル・グレイティング11に対してレチクル1とウ
ェハ4とはそれぞれ共役に配置されるため、レーザ光束
LBが平行光束であるとすると、各回折光束+LB1P
−LB1P、+LB1S、−LB1Sも平行光束となる。
Next, referring to FIG. 2, only the alignment system will be described.
The detailed configuration and the principle of alignment will be described. Second
In the figure, the same members as those in FIG.
Is attached. Radial grating (reference diffraction scale)
The laser beam formed from the laser light source 10 is
(Almost parallel light beam) LB is incident. This laser beam LB
Are polarized by the bifocal optical system 21 to be P-polarized light and S-polarized light.
When the light is separated into light and condensed at focal points 26a and 27a, P
The light intensity (light amount) of the polarized light and the S-polarized light has a predetermined ratio.
Has been adjusted as follows. Normally, the light reaching the wafer 4
However, the amount of light to the wafer 4 should be increased because
You. To do so, rotate the bifocal element around the optical axis.
Of the laser source and the radial grating 11
Insert a λ / 2 plate between them and rotate it around the optical axis
What is necessary is just to employ | adopt the structure which does. That is, by that
Light with polarized light reaching reticle 1 and polarized light reaching wafer 4
The quantity ratio can be adjusted to the optimal one. Well, radial gre
± 1 order light LBI from the lighting 11
Incident on the two-focal optical system 21 and + 1st-order light + LB 1Is
+ LB of P polarization depending on polarization component1PAnd + LB of S-polarized light1S
And the diffraction angle with respect to the optical axis of the bifocal optical system 21
The reticle 1 is inclined by the determined angle. Similarly, -1
Next light-LB1Also P-polarized -LB1PAnd -LB of S-polarized light1SWhen
+ 1st-order light (+ LB)1P, + L
B1SThe reticle 1 is reached at an angle symmetrical to that of the reticle 1. For P polarized light
As for the focal point 27a, that is, the diffraction grating
To form an image at the position of the peak RM, the primary light of P-polarized light + LB
1P, -LB1PCrosses at the diffraction grating mark RM.
Image). In FIG. 2, the grid arrangement direction of the mark RM is
In the horizontal direction in the paper plane, primary light + LB1P, -LB1Pof
The direction of tilt from each optical axis is also defined in the plane of FIG.
You. The reticle 1 has a diffraction grating as shown in FIG.
The mark RM and the transparent window Po are formed.
Light + LB1P, -LB1PAre both mark RM and window Po
Irradiate the reticle 1 with a size that covers. Fig. 3
The mark RM shown in (a) is in the x direction (grid arrangement direction).
Diffraction grating on wafer 4 used for position detection
The mark WM also corresponds to this, as shown in FIG.
ing. The mark WM is at the time of alignment (or at the time of exposure)
It is determined to be aligned with the position of the window Po of the reticle 1.
ing. Now, the first order of the S-polarized light emitted from the bifocal optical system 21
Light + LB1S, -LB1SIs formed once at the focal point 26a in space
After passing through the window Po of the reticle 1, the projection lens 3
To the diffraction grating mark WM of the wafer 4 via
The image is formed so as to enter from two directions. 3 projection lenses
S-polarized primary light + LB emitted from1S, -LB1SEach of
Is symmetric with respect to the grating arrangement direction of the diffraction grating mark WM.
Incident light. S-polarized primary light reaching wafer 4 +
LB1S, -LB 1SIs large even if the angle formed by
Does not exceed the number of openings on the injection (wafer) side. still,
Reticle 1 and c for radial grating 11
Since the laser 4 and the laser 4 are arranged conjugate with each other,
Assuming that LB is a parallel light beam, each diffracted light beam + LB1P,
-LB1P, + LB1S, -LB1SAlso become a parallel light beam.

【0019】ここでP偏光の1次光+LB1P、−LB1P
のレチクル1のマークRMに対するふるまいを第5図を
用いて詳述する。第5図はレチクル1のマークRMを模
式的に表わしたもので、P偏光の1次光+LB1Pが角度
6でマークRMに入射しているものとする。このとき1
次光+LB1Pのレチクル1での正反射光D1Pも角度6で
反射することになる。光束+LB1Pが角度6で入射する
ことは、光束一LB1Pについても角度6で、正反射光D
1Pと逆向きにレチクル1に入射することを意味する。そ
こで回折格子マークRMの格子ピッチをP、レーザ光束
LBの波長を久、そしてnを整数として、以下の(1)
式を満たすようにピッチPと角度8とを定める。 sinθ=(λ/P)×n ……(1) この(1)式を満足すると、1次光+LB1P、−LB1P
の照射によりマークRMから発生する特定次数の回折光
104は、レチクル1と垂直な方向、すなわち2焦点光
学系21の光軸に沿った方向に進む。もちろんその他の
回折光103も発生するが、これは回折光104とは異
なる方向に進む。
Here, the P-polarized primary light + LB 1P , -LB 1P
The behavior of the reticle 1 with respect to the mark RM will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 schematically shows the mark RM of the reticle 1, and it is assumed that the P-polarized primary light + LB 1P is incident on the mark RM at an angle of 6. At this time 1
The regular reflection light D 1P of the next light + LB 1P on the reticle 1 is also reflected at the angle 6. The light beam + LB 1P entering at an angle of 6 means that the light beam LB 1P has an angle of 6 and the specularly reflected light D
It means that it is incident on the reticle 1 in the opposite direction to 1P . Therefore, assuming that the grating pitch of the diffraction grating mark RM is P, the wavelength of the laser light beam LB is n, and n is an integer, the following (1)
The pitch P and the angle 8 are determined so as to satisfy the formula. sin θ = (λ / P) × n (1) If this equation (1) is satisfied, the primary light + LB 1P , −LB 1P
The diffracted light 104 of a specific order generated from the mark RM due to the irradiation of 1 travels in the direction perpendicular to the reticle 1, that is, in the direction along the optical axis of the bifocal optical system 21. Of course, other diffracted light 103 is also generated, but this travels in a different direction from the diffracted light 104.

【0020】ところでレチクル1のマークRMには2方
向から光束+LB1P、−LB1Pが交差するように照射さ
れ、その両光束が同一のレーザ光源10から射出された
ものであることから、マークRM上には2つの光束+L
1Pと−LB1Pとの干渉により、明暗の綿、所謂干渉縞
が生じる。仮りにラジアル・グレイティング11が停止
しているものとすると、この干渉縞はマークRMの格子
配列方向に所定のピッチで配列する。干渉縞のピッチと
マークRMの格子ピッチとは必要とされる検出分解能に
応じて適宜決定される。従って、マークRMからの回折
光104は、この干渉縞がマークRMを照射したことに
よって生じたものである。あるいは、一方の光束+LB
1Pの照射によってマークRMから生じた回折光と、他方
の光束−LB1Pの照射によってマークRMから生じた回
折光とが同一光路(2焦点光学系21の軸上)を戻るこ
とから相互に干渉したものとも考えられる。このように
マークRM上に異なる2方向から光束十LB1P、−LB
1Pが照射されると、マークRMには干渉縞が生じるが、
ラジアル・グレイティング11が回転している場合は、
その干渉縞がマークRMの格子配列方向に移動する(流
れる)ことになる。これはラジアル・グレイティング1
1の1次光+LB1 、−LB1 による昭視野像がレチク
ル1のマークRM上に結像していることによる。このた
め、マークRM上を干渉縞(ラジアル・グレイティング
11の2焦点光学系21等によって投影された回折像)
が走査することによって、回折光104は明暗の変化を
周期的に繰り返すことになる。よって光電検出器25か
らの信号は、その明暗変化の周期に応じた正弦波状の交
流信号となる。
By the way, the mark RM of the reticle 1 is irradiated from two directions so that the light fluxes + LB 1P and -LB 1P intersect each other, and both the light fluxes are emitted from the same laser light source 10. Two luminous fluxes + L above
The interference between B 1P and −LB 1P causes light and dark cotton, so-called interference fringes. Assuming that the radial grating 11 is stopped, the interference fringes are arranged at a predetermined pitch in the grid arrangement direction of the marks RM. The pitch of the interference fringes and the grating pitch of the mark RM are appropriately determined according to the required detection resolution. Therefore, the diffracted light 104 from the mark RM is generated by irradiating the mark RM with the interference fringes. Alternatively, one light beam + LB
The diffracted light generated from the mark RM by the irradiation of 1P and the diffracted light generated from the mark RM by the irradiation of the other light beam −LB 1P return on the same optical path (on the axis of the bifocal optical system 21) and interfere with each other. It is also considered to have been done. In this way, the light flux LB 1P , −LB from the two different directions on the mark RM is
When 1P is irradiated, interference fringes are generated on the mark RM,
If the radial grating 11 is rotating,
The interference fringes move (flow) in the grating arrangement direction of the marks RM. This is Radial Grating 1
This is because the clear field image formed by the primary light beams + LB 1 and −LB 1 of No. 1 is formed on the mark RM of the reticle 1. Therefore, interference fringes on the mark RM (diffraction image projected by the bifocal optical system 21 of the radial grating 11)
The scanning of the beam causes the diffracted light 104 to repeatedly change in brightness and darkness. Therefore, the signal from the photoelectric detector 25 is a sinusoidal AC signal corresponding to the cycle of the light / dark change.

【0021】以上のことは、ウェハ4上の回折格子マー
クWMとS偏光の光束+LB1S、−LB1Sとの関係にお
いても全く同様であり、マークWMからは回折光105
が発生し、これは投影レンズ3の主光線に沿って進み、
レチクル1の窓部Poを介して光電検出器25に達す
る。2焦点光学系21を射出したS偏光の光束+L
1S、−LB1Sは焦点26aでは交差するように結像す
るが、レチクル1のマークRM、窓部Poにおいては大
きくデフォーカスしてしまう。
The above is the same in the relationship between the diffraction grating mark WM on the wafer 4 and the S-polarized light beams + LB 1S and -LB 1S, and the diffracted light 105 is emitted from the mark WM.
Occurs along the chief ray of the projection lens 3,
It reaches the photoelectric detector 25 through the window Po of the reticle 1. S-polarized light beam + L emitted from bifocal optical system 21
B 1S and -LB 1S are imaged so as to intersect at the focal point 26a, but are largely defocused at the mark RM of the reticle 1 and the window Po.

【0022】さて、光電検出器25は2焦点光学系21
を介してマークRMとマークWMの夫々と共役に配置さ
れるとしたが、実際には第2図に示すように、マークR
M、WMの夫々と共役な位置に、第3図(C)に示すよ
うなマスク部材25’を設け、このマスク部材25’の
アパーチャAP 、AS を透過した回折光104、105
を光電検出するように構成される。ここでアパーチャA
P は、例えばレチクル1のマークRMからの回折光10
4による回折像を取り出すものであり、アパーチャAS
はウェハ1のマークWMからの回折光105による回折
像を取り出すものである。従って光電検出器25を各ア
パーチャAP 、AS の後に別個に設けることによって、
マークRMによるレチクル1の位置検出とマークWMに
よるウェハ1の位置検出とが独立に可能となる。満、ア
パーチャAP にはP偏光の光束+LB1P、−LB1Pによ
って照射されたレチクル1のマークRMの像ができる
が、同時にS偏光の光束+LB1S、−LB1Sの反射回折
光もバックグラウンドノイズとして入ってくる。このた
めアバーチャAPにはP偏光を通す偏光板を設け、アパ
ーチャAS にはS偏光を通す偏光板を設けるとよい。こ
うすると、2つの光電検出器25の夫々で、ウェハから
の光とレチクルからの光とが混在してしまうクロストー
クは十分に低減される。
The photoelectric detector 25 is a bifocal optical system 21.
Although the mark RM and the mark WM are arranged so as to be conjugate with each other through the mark, in reality, as shown in FIG.
A mask member 25 'as shown in FIG. 3C is provided at a position conjugate with each of M and WM, and the diffracted light 104, 105 transmitted through the apertures A P , A S of the mask member 25'.
Is photoelectrically detected. Where aperture A
P is the diffracted light 10 from the mark RM of the reticle 1, for example.
4 to extract the diffraction image, and the aperture A S
Is for extracting a diffraction image by the diffracted light 105 from the mark WM of the wafer 1. Therefore, by providing the photoelectric detector 25 separately after each aperture A P , A S ,
The position detection of the reticle 1 by the mark RM and the position detection of the wafer 1 by the mark WM can be performed independently. The aperture A P has an image of the mark RM of the reticle 1 illuminated by the P-polarized light beams + LB 1P and −LB 1P , but at the same time the S-polarized light beams + LB 1S and −LB 1S reflected and diffracted light are also in the background. It comes in as noise. Therefore, it is preferable that the aperture AP is provided with a polarizing plate that transmits P-polarized light, and the aperture A S is provided with a polarizing plate that transmits S-polarized light. By doing so, crosstalk in which light from the wafer and light from the reticle are mixed in each of the two photoelectric detectors 25 is sufficiently reduced.

【0023】ここでラジアル・グレィティング11が停
止している場合に、アパーチャAPを介してえられる回
折光104の光電信号について解析してみる。先の
(1)式でn=±1にすると、格子ピッチPはラジアル
・グレイティング11の基準格子のピッチと、レンズ1
3、2焦点光学系21を通した結後倍率の関係にある。
(同様にしてウェハ4上のマークWMの格子ピッチも、
マークRMの格子ピッチPと投影レンズ3の結像倍率に
関連している。)さて、マークRMに入射する光束+L
1Pによって生じる回折光の振幅VR+ は(2)式で与
えられ、光束−LB1Pによって生じる回折光の振幅VR
- は(3)式で与えられる。 VR+ =a・sin〔φ+2π(x/P)〕 ……(2) VR- =a’・sin〔φ−2π(x/P)〕 ……(3) ここでPはマークRMの格子ピッチであり、xはマーク
RMの格子配列方向の変位量である。これら2つの回折
光VR+ 、VR- が互いに干渉したものが光電検出され
るから、光電信号の変化(回折光104の振幅)は
(4)式のように表わされる。 │VR+ +VR- 2 = a2 +a’2 +2・a・a’・cos〔4π(x/P)〕 ……(4) ここでa2 +a’2 は信号のバイアス(直流成分)であ
り、2a・a’が信号変化の振幅成分である。この
(4)式から明らかなように、光電信号はラジアル・グ
レイティング11とマークRMとが格子配列方向に相対
的に変位すると正弦波状に変化する。その相対変位量x
が、x=P/2(格子ピッチの半分)になるたびに、信
号幅幅は1周期だけ変化する。一方、ウェハ4のマーク
WMからの回折光105についても全く同様で、(4)
式のように表わされる。そこでこの2つの光電信号の位
相関係を合致させるように、レチクル1又はウェハ4を
移動させることによってアライメントが完了する。ただ
し(4)式からもわかるように各信号は正弦波状であ
り、検出できる位相差も±180°の範囲内であるた
め、レチクル1とウェハ4とは予めマークRM、WMの
格子ピッチPの1/2以下の精度でプリアライメントさ
れている必要がある。このようにラジアル・グレイティ
ング11が停止している場合は、得られる光電信号の振
幅レベルはしチクル1又はウェハ4を移動させることに
よってはじめて正弦波状に変化する。
Here, the photoelectric signal of the diffracted light 104 obtained through the aperture A P when the radial grating 11 is stopped will be analyzed. When n = ± 1 in the above equation (1), the grating pitch P is the same as the pitch of the reference grating of the radial grating 11 and the lens 1
There is a relationship of the magnification after formation through the third and second focus optical systems 21.
(Similarly, the grid pitch of the mark WM on the wafer 4 is also
It is related to the grating pitch P of the mark RM and the imaging magnification of the projection lens 3. Now, the light beam + L incident on the mark RM
The amplitude VR + of the diffracted light generated by B 1P is given by the equation (2), and the amplitude VR + of the diffracted light generated by the light beam −LB 1P
- is given by the equation (3). VR + = a · sin [φ + 2π (x / P)] …… (2) VR = a ′ · sin [φ-2π (x / P)] …… (3) where P is the grating pitch of the mark RM. And x is the amount of displacement of the marks RM in the lattice array direction. Since the two diffracted lights VR + and VR which interfere with each other are photoelectrically detected, the change in the photoelectric signal (amplitude of the diffracted light 104) is expressed by the equation (4). │VR + + VR - in │ 2 = a 2 + a ' 2 +2 · a · a' · cos [4 [pi] (x / P)] ...... (4) where a 2 + a '2 is signal bias (DC component) Yes, 2a · a ′ is the amplitude component of the signal change. As is apparent from equation (4), the photoelectric signal changes in a sine wave form when the radial grating 11 and the mark RM are relatively displaced in the lattice arrangement direction. The relative displacement x
However, each time x = P / 2 (half the grating pitch), the signal width changes by one cycle. On the other hand, the same applies to the diffracted light 105 from the mark WM on the wafer 4, (4)
It is expressed as an equation. Then, the alignment is completed by moving the reticle 1 or the wafer 4 so that the phase relationship between the two photoelectric signals matches. However, as can be seen from the equation (4), since each signal has a sine wave shape and the detectable phase difference is within a range of ± 180 °, the reticle 1 and the wafer 4 have the grating pitch P of the marks RM and WM in advance. It must be pre-aligned with an accuracy of 1/2 or less. When the radial grating 11 is stopped in this way, the amplitude level of the obtained photoelectric signal is changed to a sine wave shape only by moving the chipule 1 or the wafer 4.

【0024】ところでラジアル・グレイティング11が
回転していると、回折光104、105は周期的(正弦
波状)な明暗情報となり、得られる光電信号は、レチク
ル1又はウェハ4が静止していたとしても、正弦波状の
交流信号となる。従ってこの場合は、第1図中に示した
光電検出器19からの光電信号(正弦波交流信号)を基
本信号として、マークRMからの回折光104の光電信
号(正弦波交流信号)との位相差φr を位相検出系で検
出する。同様にして、マークWMからの回折光105の
光電信号と基本信号との位相差φW を検出する。そし
て、位相差φr とφW の差を求めれば、レチクル1とウ
ェハWのx方向のずれ量がわかる。この検出方式は所謂
光へテロダイン方式と呼ばれ、レチクル1とウェハ4が
格子ピッチPの1/2の位置誤差範囲内であれば、静止
状態であっても検出高分解能で位置ずれ検出できるた
め、レチクル1のパターンをウェハ4のレジストへ露光
している間に微小な位置ずれが生じないようにクローズ
ド・ループの位置サーボをかけるのに好都合である。こ
の検出方式では、φr −φW が零(又は所定値)になる
ようにレチクル1又はウェハ4を移動させてアライメン
トを完了させた後、引き続きそのアライメント位置でレ
チクル1とウェハ4とが相対移動しないようにサーボ・
ロックをかけることができる。
By the way, when the radial grating 11 is rotated, the diffracted lights 104 and 105 become periodic (sinusoidal) light and dark information, and the obtained photoelectric signal assumes that the reticle 1 or the wafer 4 is stationary. Also becomes a sinusoidal AC signal. Therefore, in this case, the photoelectric signal (sine wave AC signal) from the photoelectric detector 19 shown in FIG. 1 is used as a basic signal, and the position of the diffracted light 104 from the mark RM is higher than that of the photoelectric signal (sine wave AC signal). The phase difference φ r is detected by the phase detection system. Similarly, the phase difference φ W between the photoelectric signal of the diffracted light 105 from the mark WM and the basic signal is detected. Then, if the difference between the phase differences φ r and φ W is obtained, the amount of deviation between the reticle 1 and the wafer W in the x direction can be known. This detection method is called a so-called optical heterodyne method, and if the reticle 1 and the wafer 4 are within the position error range of 1/2 of the grating pitch P, the positional deviation can be detected with high resolution even in a stationary state. , It is convenient to apply the closed-loop position servo so that a minute positional deviation does not occur while the pattern of the reticle 1 is exposed on the resist of the wafer 4. In this detection method, the reticle 1 or the wafer 4 is moved so that φ r −φ W becomes zero (or a predetermined value) to complete the alignment, and then the reticle 1 and the wafer 4 are relatively moved at the alignment position. Servo so as not to move
Can be locked.

【0025】以上本実施例では、アライメント光学系を
x方向の位置ずれ検出用に1組だけ設けて説明したが、
実際には2組、又は3組が必要であり、x方向、y方向
のアライメント、あるいはx方向、y方向、6方向のア
ライメントが行なわれる。3組のアライメント光学系を
配置する場合、ウェハ上のマーク配置は1例として第4
図に示すものが考えられる。第4図はウェハ上の1つの
ショット領域SAに付随した3ケ所の回折格子状マーク
WMx、WMy、WM6を表わし、マークWM白、WM
yはショット領域の両端に設けられ、ともにy方向のず
れ検出に使われる。マークWMy、WM8のずれ量の差
からショット毎にレチクル1との相対回転誤差が求めら
れる。尚、第4図においてマークWMx、WMy、WM
6はショット領域内に設けたが、スクライブライン(ス
トリートライン)SL上に設けるようにしてもよい。
In the above description of the present embodiment, only one set of alignment optical system is provided for detecting the positional deviation in the x direction.
Actually, two sets or three sets are required, and alignment in x direction, y direction, or alignment in x direction, y direction, 6 direction is performed. When arranging three sets of alignment optical systems, the mark arrangement on the wafer is, for example, the fourth arrangement.
The one shown in the figure is conceivable. FIG. 4 shows three diffraction grating marks WMx, WMy, WM6 associated with one shot area SA on the wafer. The marks WM white, WM
y is provided at both ends of the shot area, and both are used for detecting deviation in the y direction. A relative rotation error with respect to the reticle 1 is obtained for each shot from the difference between the deviation amounts of the marks WMy and WM8. The marks WMx, WMy, WM in FIG.
Although 6 is provided in the shot area, it may be provided on the scribe line (street line) SL.

【0026】以上、本実施例においては、ダイクロイッ
クミラー22で露光光とアライメント用照明光とを分離
し、アライメント光学系は露光中においてもレジストを
感光させにくい照明光によってレチクルとウェハとを同
時観察できるようにしてある。しかも2焦点光学系を用
いて投影レンズの色収差量に対応するようにアライメン
ト用照明光を2焦点化するため、レチクルとウェハとの
間のアライメント光路中には、従来のように補正光学系
を設ける必要かなく、レチクル上のマークとウェハ上の
マークとを直接検出して高精度なアライメントが可能と
なる。さらにアライメント用のマークは高分解能で位置
ずれ検出のできる回折格子とし、この回折格子の周期構
造に応じて発生する回折光の正弦波状のレベル変化をと
らえるようにしたため、レジストに対して透明な波長の
照明光(非感光光)を用いることと相まって、極めて安
定で高精度の位置ずれ検出が可能となる。また本実施例
では、ラジアル・グレイティングを回転させて、回折格
子マークを2方向から照明する2つの光束+LB1P、−
LB1P(又は+LB1S、−LB1S)に位相差を与えるこ
とによって、光へテロダイン方式の位置ずれ検出を行な
うようにしたが、レーザ光束LBをゼーマンレーザにし
て固定の基準回折格子に入射させて2つの光束を得た
り、又は超音波光変銅器(AOM)等を用いて互いに周
波数がわずかに異なる2つのしーザ光束を得たりするこ
とによっても、同様に光へテロダイン方式の計測がてき
る。特に超音波光変調器等を用いると、ラジアル・グレ
イティングのような機械的可動部がいらないこと、変調
による周波数差がラジアル・グレイティングの場合より
も数段大きくとれることから、位相差検出の分解能が上
げられることなどの利点がある。
As described above, in the present embodiment, the exposure light and the alignment illumination light are separated by the dichroic mirror 22, and the alignment optical system simultaneously observes the reticle and the wafer with the illumination light that does not easily expose the resist even during the exposure. I can do it. In addition, since the illumination light for alignment is bifocalized so as to correspond to the chromatic aberration amount of the projection lens by using the bifocal optical system, a correction optical system as in the past is provided in the alignment optical path between the reticle and the wafer. It is possible to directly detect the mark on the reticle and the mark on the wafer for high-precision alignment without the need to provide them. In addition, the alignment mark is a diffraction grating that can detect misalignment with high resolution, and a sinusoidal level change of the diffracted light generated according to the periodic structure of this diffraction grating is captured, so that a wavelength that is transparent to the resist is used. In combination with the use of the illumination light (non-photosensitive light), extremely stable and highly accurate positional deviation detection becomes possible. Further, in this embodiment, the radial grating is rotated so that two light fluxes + LB 1P , −LB that illuminate the diffraction grating mark from two directions.
LB 1P (or + LB 1S , -LB 1S ) is provided with a phase difference to detect the positional deviation of the optical heterodyne method, but the laser beam LB is made a Zeeman laser and made incident on a fixed reference diffraction grating. Similarly, the optical heterodyne method can also be used to obtain two luminous fluxes, or to obtain two laser fluxes having slightly different frequencies using an ultrasonic photocopper (AOM) or the like. Come on. In particular, when an ultrasonic optical modulator is used, there is no need for a mechanical movable part such as radial grating, and the frequency difference due to modulation can be several steps larger than in the case of radial grating. There are advantages such as higher resolution.

【0027】また本実施例では、露光光とアライメント
光とで波長が異なり、その色収差量が大きいために2焦
点素子を用いた検出光学系を用いた。しかし投影レンズ
自体が上記2つの波長に対して収差補正されている場合
は、2焦点素子は必要なく、2つの波長で色消しされた
テレセントリックな対物レンズがあればよい。この場合
でも、検出系の受光面ではウェハからの信号とレチクル
からの信号とを分離して受光することができる。これは
ウェハ、レチクル、受光面の夫々がアライメント光の波
長のもとでも共役になるからである。
In this embodiment, the wavelength of the exposure light is different from that of the alignment light, and the amount of chromatic aberration is large. Therefore, a detection optical system using a bifocal element is used. However, when the projection lens itself is aberration-corrected for the two wavelengths, a bifocal element is not required, and a telecentric objective lens achromatized at the two wavelengths is sufficient. Even in this case, the light receiving surface of the detection system can separate and receive the signal from the wafer and the signal from the reticle. This is because the wafer, reticle, and light receiving surface are each conjugate even under the wavelength of the alignment light.

【0028】さらに露光光とアライメント光との波長を
近似させてもよい。この場合は投影レンズによって大き
な色収差量は発生しないものの、実質的に光源が異なる
ことからアライメント精度に影響を与える程度の収差が
残存することもあり、検出光学系として色消しされたテ
レセントリックな対物レンズを用いる。このようなとき
に、露光光の波長に近いアライメント光を発生する光源
が存在しない場合は、非線形結晶にレーザ光を入射さ
せ、この結晶から高調波を発生させ、それを利用するこ
ともできる。特にエキシマレーザを用いた露光装置の場
合、露光波長に近い波長で連続発振するレーザが存在し
ないことがあり、このようなときに非線形結晶を用いて
所望のアライメント光を取り出すようにするとよい。
Further, the wavelengths of the exposure light and the alignment light may be approximated. In this case, a large amount of chromatic aberration does not occur depending on the projection lens, but since the light source is substantially different, aberrations that may affect the alignment accuracy may remain. Therefore, the achromatized telecentric objective lens is used as the detection optical system. Is used. In such a case, if there is no light source that generates alignment light close to the wavelength of the exposure light, a laser beam can be made incident on the nonlinear crystal to generate a harmonic from the crystal, which can be used. In particular, in the case of an exposure apparatus using an excimer laser, there may be no laser that continuously oscillates at a wavelength close to the exposure wavelength. In such a case, it is preferable to use a nonlinear crystal to extract desired alignment light.

【0029】以上本実施例においては、アライメント光
学系の照明光迭光路中に2焦点光学系等の検出光学系を
設け、照明光自体を色収差量に対応して2重焦点化(色
消し)することによって、マスク(レチクル)と投影光
学系との間に補正光学系を設けることを不要とした。従
って露光光とは異なる波長の光でマーク(回折格子)を
検出するにもかかわらず、従来のような補正光学系に起
因する各種問題が一掃され、極めて安定した位置合わせ
が可能となる。さらにマスク上の格子と基板上の格子と
の相対的な位置ずれを検出するために、各格子の配列方
向に関して異なった2方向からアライメント用照明光が
照射されるように、2焦点光学系(検出光学系)に入射
するアライメント用照明光の配向特性を制御するように
した。このため各格子から発生する正反射光と回折光
(±1次光、±2次光等)とが明瞭に分離されることに
なり、回折光を用いた格子間の位置ずれが高精度に求め
られる。また、回折格子に2方向から照明光を入射する
ことによって、一方の方向からの照射により発生する回
折光と、他方の方向からの照射により発生する回折光と
を同一の光路にして干渉させることができるため、所謂
光へテロダイン法を容易に採用することができ、位置ず
れ計測の分解能は十分に高精度になり、計測再現生、安
定性とも十分に向上する。
As described above, in this embodiment, a detection optical system such as a bifocal optical system is provided in the optical path of the illumination light of the alignment optical system, and the illumination light itself is double-focused (achromatic) corresponding to the amount of chromatic aberration. By doing so, it becomes unnecessary to provide a correction optical system between the mask (reticle) and the projection optical system. Therefore, despite the fact that the mark (diffraction grating) is detected with light having a wavelength different from the exposure light, various problems caused by the conventional correction optical system are eliminated, and extremely stable alignment can be performed. Further, in order to detect the relative positional deviation between the grating on the mask and the grating on the substrate, the bifocal optical system (so that the illumination light for alignment is emitted from two different directions with respect to the arrangement direction of each grating The alignment characteristics of the alignment illumination light incident on the detection optical system) are controlled. For this reason, regular reflection light and diffraction light (± first-order light, ± second-order light, etc.) generated from each grating are clearly separated, and misalignment between gratings using diffraction light can be accurately detected. Desired. Further, by making illumination light incident on the diffraction grating from two directions, the diffracted light generated by irradiation from one direction and the diffracted light generated by irradiation from the other direction are made to have the same optical path and interfere with each other. Therefore, the so-called optical heterodyne method can be easily adopted, the resolution of the positional deviation measurement becomes sufficiently high accuracy, and the measurement reproducibility and stability are sufficiently improved.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、周波数変
調器と位置合わせ対象物(基板、基準格子)を共役関係
としたので回折格子を用いた位置合わせ方式において、
周波数変調器が位置ずれしたり、周波数変調器と位置合
わせ対象物との間の光路中で空気ゆらぎが生じたりして
もアライメント誤差が生じない。従って装置としての安
定性とアライメント精度とを同時に満足することが可能
となる。
As described above, according to the present invention, since the frequency modulator and the alignment object (substrate, reference grating) have a conjugate relationship, the alignment method using the diffraction grating
An alignment error does not occur even if the frequency modulator is displaced or air fluctuation occurs in the optical path between the frequency modulator and the alignment target. Therefore, it is possible to simultaneously satisfy the stability as a device and the alignment accuracy.

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

【図1】本発明の実施例による投影露光装置の全体的な
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】アライメント系のみの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of only an alignment system.

【図3】(a)はレチクル上の回折格子マークの形状を
示す平面図であり、(b)はウェハ上の回折格子マーク
の形状を示す平面図であり、(c)は光電検出系に設け
られたマスク部材の形状を示す平面図である。
3A is a plan view showing a shape of a diffraction grating mark on a reticle, FIG. 3B is a plan view showing a shape of a diffraction grating mark on a wafer, and FIG. It is a top view which shows the shape of the provided mask member.

【図4】ウェハ上のマーク配置を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an arrangement of marks on a wafer.

【図5】レーザ光束の入射の様子を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing how a laser beam is incident.

【主要部分の符号の説明】[Description of Signs of Main Parts]

1…レチクル 3…投影レンズ 4…ウェハ 10…レーザ光源 11…ラジアル・グレイティング 21…2焦点光学系 25…光電検出器 25’…マスク部材 30…水銀ランプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reticle 3 ... Projection lens 4 ... Wafer 10 ... Laser light source 11 ... Radial grating 21 ... Bifocal optical system 25 ... Photoelectric detector 25 '... Mask member 30 ... Mercury lamp

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年12月5日[Submission date] December 5, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】位置合わせ装置、露光装置及び露光方法Title: Positioning device, exposure device and exposure method

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、回折格子を用
いた位置合わせ方式を位置合わせ装置や投影露光装置に
適用する際に生じる種々の問題点を解決し、装置として
の安定性とアライメント精度の向上とを同時に満足する
ためになされたものである。本発明においては、移動可
能なステージ上に保持された基板上のマークを照明し、
該マークから発生する回折光を受光して得られる光電信
号に基づいて前記ステージの移動を制御することによっ
て基板を位置合わせする装置において、基板のマークを
照明するための照明光を放射する光源と;照明光を入射
して所定の周波数差を有する1対の照明光を生成する周
波数変調器と;1対の照明光をマークに所定の交差角度
で照射するために、周波数変調器と基板とを相互に共役
関係にする第1の照射光学系と;第1の照射光学系の光
路内に配置されて1対の照明光を分割するビームスプリ
ッタと;分割された1対の照明光を参照マークに所定の
交差角度で照射するために、周波数変調器と参照マーク
を相互に共役関係にする第2の照射光学系と;マークか
ら発生する2つの回折光の干渉光を受光して所定の周波
数差に応じた周期で強度変化する第1交流信号を出力す
るとともに、参照マークから発生する2つの回折光の干
渉光を受光して所定の周波数差に応じた周波数で強度変
化する第2交流信号とを出力する光電検出手段と;第1
交流信号と第2交流信号との間の位相差を計測すること
によって参照マークに対する前記マークの位置ずれ量を
計測する計測手段と;計測された位置ずれ量に基づいて
前記ステージの移動を制御する制御系とを備えた。ま
た、移動可能なステージ上に保持された基板上のマーク
を照明し、該マークから発生する回折光を受光して得ら
れる光電信号に基づいて前記ステージの移動を制御する
ことによって基板を位置合わせする装置において、マー
クを照明するための照明光を放射する光源と;照明光を
入射して1対の照明光を生成する2光束発生手段と1対
の照明光を前記マークに所定の交差角度で照射する照射
光学系と;マークから発生する2つの回折光の干渉光を
受光して光電信号を出力する光電検出手段と;光電信号
に基づいて前記マークの位置を計測する計測手段と;該
計測された前記マークの位置に基づいて前記ステージの
移動を制御する制御系とを備えた。また、移動可能なス
テージ上に保持された基板上にマスクのパターンを転写
する露光装置において、基板のマークを照明するための
照明光を放射する光源と;照明光を入射して1対の照明
光を生成する2光束発生手段と;1対の照明光を前記マ
ークに所定の交差角度で照射する第1の照射光学系と;
第1の照射光学系の光路内に配置されて1対の照明光を
分割するビームスプリッタと;分割された1対の照明光
を参照マークに所定の交差角度で照射する第2の照射光
学系と;マークから発生する2つの回折光の干渉光を受
光して第1光電信号を出力するとともに、参照マークか
ら発生する2つの回折光の干渉光を受光して第2光電信
号とを出力する光電検出手段と;第1光電信号と第2光
電信号とに基づいて参照マークに対するマークの位置ず
れ量を計測する計測手段と;計測された位置ずれ量に基
づいてステージの移動を制御することによって基板とマ
スクとを位置合わせする制御系とを備えた。また、移動
可能なステージ上に保持された基板上にマスクのパター
ンを転写する露光方法において、光源からの照明光を2
光束発生手段に入射させる工程と;2光束発生手段から
の所定の周波数差を有する1対の照明光を第1の照射光
学系を介して基板上のマークに照射する工程と;第1の
照射光学系の光路内に配置されたビームスプリッタによ
って分割された1対の照明光を第2の照射光学系を介し
て参照マークに照射する工程と;マークから発生する2
つの回折光の干渉光と前記参照マークから発生する2つ
の回折光の干渉光とに基づいて参照マークに対するマー
クの位置ずれ量を計測し、計測された位置ずれ量に基づ
いてステージの移動を制御することによって基板とマス
クとを位置合わせする工程とを備えた。役関係にするこ
とを特徴とする請求項第3項に記載の露光方法。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves various problems that occur when an alignment method using a diffraction grating is applied to an alignment apparatus or a projection exposure apparatus, and stability and alignment of the apparatus are achieved. This was done in order to satisfy both the improvement of accuracy and the accuracy. In the present invention, illuminating the mark on the substrate held on the movable stage,
In a device for aligning a substrate by controlling the movement of the stage based on a photoelectric signal obtained by receiving diffracted light generated from the mark, a light source that emits illumination light for illuminating the mark on the substrate. A frequency modulator that receives illumination light and generates a pair of illumination lights having a predetermined frequency difference; and a frequency modulator and a substrate for irradiating the mark with the pair of illumination light at a predetermined crossing angle A first irradiating optical system that makes the two mutually conjugate with each other; a beam splitter arranged in an optical path of the first irradiating optical system to split a pair of illuminating lights; see a pair of split illuminating lights A second irradiation optical system that makes the frequency modulator and the reference mark conjugate with each other in order to irradiate the mark at a predetermined crossing angle; Cycle according to frequency difference Photoelectric detection that outputs a first alternating-current signal whose intensity changes and also receives an interference light of two diffracted lights generated from a reference mark and outputs a second alternating-current signal whose intensity changes at a frequency according to a predetermined frequency difference. Means and first
Measuring means for measuring the positional deviation amount of the mark with respect to the reference mark by measuring the phase difference between the AC signal and the second AC signal; and controlling the movement of the stage based on the measured positional deviation amount. And a control system. In addition, the substrate is aligned by illuminating the mark on the substrate held on the movable stage and controlling the movement of the stage based on the photoelectric signal obtained by receiving the diffracted light generated from the mark. A light source that emits illumination light for illuminating the mark; two light flux generating means that emits the illumination light to generate a pair of illumination light, and a pair of illumination light to the mark at a predetermined intersection angle. An irradiation optical system for irradiating with a mark; photoelectric detection means for receiving interference light of two diffracted lights generated from the mark and outputting a photoelectric signal; measuring means for measuring the position of the mark based on the photoelectric signal; And a control system for controlling the movement of the stage based on the measured position of the mark. Further, in an exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a substrate held on a movable stage, a light source that emits illumination light for illuminating a mark on the substrate; Two light flux generating means for generating light; a first irradiation optical system for irradiating the mark with a pair of illumination lights at a predetermined crossing angle;
A beam splitter arranged in the optical path of the first irradiation optical system to divide a pair of illumination light; a second irradiation optical system for emitting the divided pair of illumination light to a reference mark at a predetermined crossing angle And; receiving the interference light of two diffracted lights generated from the mark and outputting the first photoelectric signal, and receiving the interference light of two diffracted lights generated from the reference mark and outputting the second photoelectric signal. Photoelectric detecting means; measuring means for measuring the positional deviation amount of the mark with respect to the reference mark based on the first photoelectric signal and the second photoelectric signal; and controlling the movement of the stage based on the measured positional deviation amount. A control system for aligning the substrate and the mask was provided. Further, in the exposure method of transferring the pattern of the mask onto the substrate held on the movable stage, the illumination light from the light source is changed to 2
Incident on the light flux generating means; irradiating a pair of illumination light from the two light flux generating means with a predetermined frequency difference to the mark on the substrate through the first irradiation optical system; first irradiation Irradiating a pair of illumination light beams split by a beam splitter arranged in the optical path of the optical system to the reference mark via the second irradiation optical system;
The amount of positional deviation of the mark with respect to the reference mark is measured based on the interference light of one diffracted light and the interference light of the two diffracted light generated from the reference mark, and the movement of the stage is controlled based on the measured amount of positional deviation. By aligning the substrate with the mask. The exposure method according to claim 3, wherein the exposure relationship is established.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例による位置合
わせ装置の構成を第1図に参照して説明する。所定の回
路パターンとアライメント用の回折格子マークとを有す
るレチクル1は2次元移動可能なレチクルスブージ2に
保持される。レチクル1上の各パターンは両側テレセン
トリックな投影レンズ3によって露光光のもとでウェハ
4上に結像される。ただしこの投影レンズ3は露光用の
照明光波長(g線、i線等)に関して良好に色収差補正
されており、その露光用の波長に関してレチクル1とウ
ェハ4とが互いに共役になるように配置される。またウ
ェハ4上にもしチクル1に形成された格子マークと同様
の回折格子マークが形成されている。さて、ウェハ4は
ステップアンドリピート方式で2次元移動するステージ
5上に吸着され、ウェハ4上の1つのショット領域に対
するレチクル1の転写露光が終了すると、次のショット
位置までステッピングされる。レチクルステージ2の一
部には、レチクル1の水平面内でのx方向、y方向及び
回転(θ)方向の位置を検出するためのレーザ光波干渉
式側長器(以下、干渉計とする)43からのレーザビー
ムを反射する移動鏡6が固定されている。この干渉計4
3はx方向、y方向、θ方向の位置を独立に検出するた
めに3本の側長用レーザビームを有するが、ここでは説
明を簡単にするため図示をー部省略してある。レチクル
ステージ2の移動ストロークは数ミリメートル以下であ
り、干渉計43の検出分解能は、例えば0.01μm程
度に定められている。一方、ウェハステージ5のー部に
は、ウェハ4の水平面内でのx方向、y方向の位置を検
出するための干渉計45からのレーザビームを反射する
移動鏡7が固定されている。この干渉計45もx方向、
y方向の位置を独立に検出するために2本の棚長用レー
ザビームを有するが、ここでは説明を簡単にするため図
示をー部省略してある。レチクルステージ2のx方向、
y方向、6方向の駆動は駆動モータ42で行なわれ、ウ
ェハステージ5の2次元移動は駆動モータ46で行なわ
れる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the structure of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A reticle 1 having a predetermined circuit pattern and a diffraction grating mark for alignment is held by a reticle slug 2 which is two-dimensionally movable. Each pattern on the reticle 1 is imaged on the wafer 4 under exposure light by the projection lens 3 which is telecentric on both sides. However, the projection lens 3 is satisfactorily corrected for chromatic aberration with respect to the wavelength of illumination light for exposure (g-line, i-line, etc.), and the reticle 1 and the wafer 4 are arranged so as to be conjugate to each other with respect to the wavelength of exposure. You. Diffraction grating marks similar to the grating marks formed on the chicle 1 are also formed on the wafer 4. The wafer 4 is attracted onto the stage 5 which moves two-dimensionally in a step-and-repeat manner. When the transfer exposure of the reticle 1 to one shot area on the wafer 4 is completed, the wafer 4 is stepped to the next shot position. Some of the reticle stage 2, x direction in the horizontal plane of the reticle 1, y-direction and rotation (theta) laser light waves for detecting the direction of the position interferometric side length unit (hereinafter referred to as an interferometer) 43 A movable mirror 6 that reflects the laser beam from is fixed. This interferometer 4
Reference numeral 3 has three side length laser beams for independently detecting the positions in the x-direction, the y-direction, and the θ- direction, but here, for simplification of description, the illustration is omitted. The moving stroke of the reticle stage 2 is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer 43 is set to about 0.01 μm, for example. On the other hand, a movable mirror 7 for reflecting the laser beam from the interferometer 45 for detecting the position of the wafer 4 in the horizontal direction in the horizontal plane is fixed to the negative part of the wafer stage 5. This interferometer 45 is also in the x direction,
Although two laser beams for shelf length are provided to detect the position in the y direction independently, the illustration is omitted here for simplification of the description. X direction of reticle stage 2,
Driving in the y and 6 directions is performed by the drive motor 42, and the two-dimensional movement of the wafer stage 5 is performed by the drive motor 46.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0014】次に本実施例のアライメント系について説
明する。アライメント用の照明光はレーザ光源10から
射出され、透過型の基準回折格子を放射状に形成したラ
ジアル・グレイティング11を通り、フーリエ変換レン
ズ13とビームスリッタ14を介してフーリエ面(ア
ライメント光学系の瞳面)に配置された空間フィルター
15に達する。ラジアル・グレイティング11はモータ
12によってほぼー定の速度で回転可能に構成される。
このラジアル・グレイティング11に入射したレーザ光
は0次光、±1次光、±2次光……のように、回折し、
それぞれ異なった回折角で広がっていく。第1図では0
次光LBo、+1次光+LB1 及び−1次光−LB1
みを示す。これら0次光、±1次光は空間フィルター1
5上で明確に分離して分布し、0次光LBoのみが遮断
され、±1次光は透過する。空間フィルター15を通っ
た±1次光はビームスブリッター20を透過して2焦点
光学系21に入射する。2焦点光学系21は第1図では
簡単に示してあるが、実際には複屈折物質(水晶、方解
石等)と顕微鏡用等のテレセントリックな対物レンズと
を組み合わせたもので構成され、レーザ光の±1次光の
偏光成分(P偏光とS偏光)に応じて異なるパワーを与
えるものである。このため2焦点光学系21を射出した
一方の偏光(例えばP偏光)はチクル1の上方空間の
焦点26aに結像し、他方の偏光(例えばS偏光)はレ
チクル1の下面のパターン面と一致した焦点27aに結
像する。また2焦点光学系21の他方の焦点、すなわち
レーザ光源10側で焦点26a、27aの夫々と共役な
面は、ラジアル・グレィティング11とー致している。
ここで2焦点光学系21の2つの焦点26a、27bの
光軸方向の間隔はアライメント用のレーザ光の波長にお
ける投影レンズ3のレチクル1側での色収差量に対応し
ている。この焦点面26aは投影レンズ3によってウェ
ハ4の表面とー致した結後面26bと共役になり、焦点
面27a(レチクルパターン面)は投影レンズ3によっ
てウェハ4の表面から空間的に下方に離れた結後面27
bと共役になる。結後面26bと27bの間隔は投影レ
ンズ3のウェハ4側での色収差量に対応している。ここ
で結後面26bと27bの間隔距離をDw、焦点面26
aと27aの間隔距離をDr、そして投影レンズ3の投
影倍率を1/M(通常Mは1、25、5、10)とする
と、一般的にDr=M2.Dwの関係がある。アライメ
ント用のレーザ光の波長が露光光の波長から離れれば離
れる程、投影レンズ3の収差特性に応じてDw、Drは
大きくなる。この種の投影レンズの焦点深度は極めて浅
く、±1μm程度であり、アライメント用照明光の波長
にもよるが間隔Dwは数10μm程度に達することもあ
る。尚、アライメント用照明光(レーザ光)はウェハ4
に塗布されたレジストに対してほとんど感度を持たない
波長にすることが望しいが、本発明においては必ずしも
満たされるべき条件ではない。それは投影レンズによっ
て露光光の波長とアライメント用照明光の波長とで極端
に大きな収差が生じ、特にウェハ4上の回折格子マーク
からの光情報自体に大きな歪みが加えられてしまうから
である。このためその収差との兼ね合いで最適なアライ
メント用照明光を定めることを優先することの方が重要
である。従ってアライメント用照明光が長時間(例えば
1分以上)レジストを照射すると、感光させてしまう
(現像後に薄減りが生じる)ような弱い感度の波長にな
る場合もある。
Next, the alignment system of this embodiment will be described. Illumination light for alignment are emitted from the laser light source 10, through the radial grating 11 formed a transmissive reference diffraction grating radially Fourier plane through the Fourier transform lens 13 and the beam-flop splitter 14 (the alignment optical system Reach the spatial filter 15 arranged on the pupil plane of the. The radial grating 11 is configured to be rotatable by a motor 12 at a substantially constant speed.
The laser light incident on the radial grating 11 is diffracted like 0th order light, ± 1st order light, ± 2nd order light.
Each spreads at a different diffraction angle. In FIG. 1, 0
Only the next light LBo, the + 1st order light + LB 1 and the −1st order light −LB 1 are shown. These 0th order light and ± 1st order light are spatial filters 1
5 are clearly separated and distributed, and only the 0th-order light LBo is blocked and the ± 1st-order lights are transmitted. The ± first-order light that has passed through the spatial filter 15 passes through the beam splitter 20 and enters the bifocal optical system 21. Although the bifocal optical system 21 is simply shown in FIG. 1, it is actually composed of a combination of a birefringent substance (quartz, calcite, etc.) and a telecentric objective lens for a microscope or the like. Different powers are given depending on the polarization components (P-polarized light and S-polarized light) of the ± first-order light. Thus bifocal optical system 21 while polarized light emitted (for example, P polarized light) focused on the focal point 26a of the upper space of les chicle 1, other polarization (e.g., S-polarized light) and the lower surface of the pattern surface of the reticle 1 An image is formed at the matched focal point 27a. The other focal point of the bifocal optical system 21, that is, the plane conjugate with the focal points 26a and 27a on the laser light source 10 side is designated as the radial grating 11.
Here, the distance between the two focal points 26a and 27b of the bifocal optical system 21 in the optical axis direction corresponds to the amount of chromatic aberration on the reticle 1 side of the projection lens 3 at the wavelength of the alignment laser light. This focal plane 26a becomes conjugate with the back surface 26b which is the surface of the wafer 4 by the projection lens 3, and the focal plane 27a (reticle pattern surface) is spatially downwardly separated from the surface of the wafer 4 by the projection lens 3. Back surface 27
Becomes conjugate with b. The distance between the rear surfaces 26b and 27b corresponds to the amount of chromatic aberration on the wafer 4 side of the projection lens 3. Here, the distance between the rear surfaces 26b and 27b is Dw, and the focal plane 26
a and 27a, and the projection magnification of the projection lens 3 is 1 / M (usually M is 1, 25, 5, 10), Dr = M2. Dw. As the wavelength of the laser light for alignment becomes farther from the wavelength of the exposure light, Dw and Dr become larger according to the aberration characteristics of the projection lens 3. The depth of focus of this type of projection lens is extremely shallow, about ± 1 μm, and the distance Dw may reach several tens of μm depending on the wavelength of the alignment illumination light. The illumination light (laser light) for alignment is
It is desirable that the wavelength has almost no sensitivity to the resist coated on the substrate, but this is not necessarily the condition to be satisfied in the present invention. This is because the projection lens causes an extremely large aberration between the wavelength of the exposure light and the wavelength of the illumination light for alignment, and in particular, a large distortion is applied to the optical information itself from the diffraction grating mark on the wafer 4. Therefore, it is more important to give priority to determining the optimal illumination light for alignment in consideration of the aberration. Therefore, when the alignment illumination light irradiates the resist for a long time (for example, 1 minute or more), the wavelength may be weakly sensitive such that the resist is exposed (a thinning occurs after development).

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0015】さて、アライメント用のレーザ光の±1次
光LB・(S偏光)は焦点面27aでレチクル1の回折
格子マーク部分に、+1次光+LB1 と−1次光−LB
1 との成す角度で2方向から入射し結像する。またレチ
クル1の透明部を透過した焦点面26aからの±1次光
LB・(P偏光)は、投影レンズ3を介して焦点面26
bでウェハ4の回折格子マーク部分に、+1次光と−1
次光との成す角度で2方向から入射し結像する。そして
レチクル1の回折格子マークからの反射回折光はダイク
ロイックミラー22、2焦点光学系21を介してビーム
スプリッタ20で反射され、空間フィルター23でフィ
ルタリングされた後、集光レンズ24によって光電検出
器25に達する。またウェハ4の回折格子マークからの
反射回折光は投影レンズ3を介して元の光路を戻り、レ
チクル1の透明部を透過してダイクロイックミラー2
2、2焦点光学系21、ビームスプリッタ20、空間フ
ィルター23、及び集光レンズ24を通って光電検出器
25に達する。空間フィルター23はアライメント光学
系の瞳面と共役な位置、すなわち投影レンズ3の瞳(射
出瞳)と実質共役な位置に配置され、レチクル1、又は
ウェハ4からの正反射光を遮断し、レチクル1又はウェ
ハ4の回折格子に垂直(面の法方向)に回折される光
のみを通すように定められている。そして光電検出器2
5は2焦点光学系21、レンズ24を介してレチクル
1、ウェハ4の夫々と共役に配置されている。
The ± 1st-order light LB · (S-polarized light) of the alignment laser light is added to the + 1st-order light + LB 1 and −1st-order light −LB on the diffraction grating mark portion of the reticle 1 on the focal plane 27a.
The light enters from two directions at an angle of 1 and forms an image. Further, the ± first-order light LB · (P-polarized light) from the focal plane 26 a that has passed through the transparent portion of the reticle 1 is transmitted through the projection lens 3 to the focal plane 26 a.
b, the +1 order light and -1
It forms an image by entering from two directions at an angle formed by the next light. Then, the diffracted light reflected from the diffraction grating mark of the reticle 1 is reflected by the beam splitter 20 via the dichroic mirror 22, the bifocal optical system 21, filtered by the spatial filter 23, and then the photoelectric detector 25 by the condenser lens 24. Reach Further, the diffracted light reflected from the diffraction grating mark on the wafer 4 returns to the original optical path through the projection lens 3, passes through the transparent portion of the reticle 1, and passes through the dichroic mirror 2.
It reaches the photoelectric detector 25 through the bifocal optical system 21, the beam splitter 20, the spatial filter 23, and the condenser lens 24. The spatial filter 23 is arranged at a position conjugate with the pupil plane of the alignment optical system, that is, at a position substantially conjugate with the pupil (exit pupil) of the projection lens 3, blocks the specular reflection light from the reticle 1 or the wafer 4, and It is defined to pass only light diffracted in the vertical (law line direction of the surface) in the diffraction grating of 1 or wafer 4. And photoelectric detector 2
The reticle 1 and the wafer 4 are arranged to be conjugate with each other via the bifocal optical system 21 and the lens 24.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Name of item to be corrected] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0025】以上本実施例では、アライメント光学系を
x方向の位置ずれ検出用に1組だけ設けて説明したが、
実際には2組、又は3組が必要であり、x方向、y方向
のアライメント、あるいはx方向、y方向、θ方向のア
ライメントが行なわれる。3組のアライメント光学系を
配置する場合、ウェハ上のマーク配置は1例として第4
図に示すものが考えられる。第4図はウェハ上の1つの
ショット領域SAに付随した3ケ所の回折格子状マーク
WMx、WMy、WMθを表わし、マークWM白、WM
yはショット領域の両端に設けられ、ともにy方向のず
れ検出に使われる。マークWMy、WMθのずれ量の差
からショット毎にレチクル1との相対回転誤差が求めら
れる。尚、第4図においてマークWMx、WMy、WM
θはショット領域内に設けたが、スクライブライン(ス
トリートライン)SL上に設けるようにしてもよい。
In the above description of the present embodiment, only one set of alignment optical system is provided for detecting the positional deviation in the x direction.
Actually, two sets or three sets are required, and alignment in x direction, y direction, or alignment in x direction, y direction, θ direction is performed. When arranging three sets of alignment optical systems, the mark arrangement on the wafer is, for example, the fourth arrangement.
The one shown in the figure is conceivable. FIG. 4 shows three diffraction grating marks WMx, WMy, WM θ associated with one shot area SA on the wafer, and the marks WM white, WM
y is provided at both ends of the shot area, and both are used for detecting deviation in the y direction. Mark WMy, relative rotation error of the reticle 1 every shot from the difference between the amount of deviation of the WM theta is determined. The marks WMx, WMy, WM in FIG.
Although θ is provided in the shot area, it may be provided on the scribe line (street line) SL.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Correction target item name] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光源とは
別設された2光束発生手段からの一対の照明光で位置合
わせ対象物(基板、基準格子)を照明するようにしたの
で所望の角度で照明光をで位置合わせ対象物に照射する
ことができる。また、周波数変調器とで位置合わせ対象
物(基板、基準格子)を共役関係としたので回折格子を
用いた位置合わせ方式において、周波数変調器が位置ず
れしたり、周波数変調器と位置合わせ対象物との間の光
路中で空気ゆらぎが生じたりしてもアライメント誤差が
生じない周波数変調器と位置合わせ対象物(基板、基準
格子)を共役関係としたので回折格子を用いた位置合わ
せ方式において、周波数変調器が位置ずれしたり、周波
数変調器と位置合わせ対象物との間の光路中で空気ゆら
ぎが生じたりしてもアライメント誤差が生じない。従っ
て装置としての安定性とアライメント精度とを同時に満
足することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the object to be aligned (the substrate and the reference grating) is illuminated with a pair of illumination lights from the two light flux generating means provided separately from the light source. It is possible to irradiate the alignment target with the illumination light at a desired angle. In addition, since the alignment target (substrate, reference grating) has a conjugate relationship with the frequency modulator, in the alignment method using the diffraction grating, the frequency modulator is displaced or the frequency modulator and the alignment target are aligned. Since there is no alignment error even if air fluctuations occur in the optical path between and, the frequency modulator and the alignment target (substrate, reference grating) have a conjugate relationship, so in the alignment method using the diffraction grating, An alignment error does not occur even if the frequency modulator is displaced or air fluctuation occurs in the optical path between the frequency modulator and the alignment target. Therefore, it is possible to simultaneously satisfy the stability as a device and the alignment accuracy.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 525R 525K ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/30 525R 525K

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 移動可能なステージ上に保持された基板
上の格子マークを照明し、該格子マークから発生する回
折光を受光して得られる光電信号に基づいて前記ステー
ジの移動を制御することによって前記基板を位置合わせ
する装置において、 前記基板の格子マークを照明するための可干渉性ビーム
を放射する光源と;前記可干渉性ビームを入射して所定
の周波数差を有する1対の照明ビームを生成する周波数
変調器と;前記1対の照明ビームを前記格子マークに所
定の交差角度で照射するために、前記周波数変調器と前
記基板とを相互に共役関係にする第1の照射光学系と;
該第1の照射光学系の光路内に配置されて前記1対の照
明ビームを分割するビームスプリッタと;該分割された
1対の照明ビームを参照格子上に所定の交差角度で照射
するために、前記周波数変調器と前記参照格子とを相互
に共役関係にする第2の照射光学系と;前記格子マーク
から発生する2つの回折ビームの干渉光を受光して前記
所定の周波数差に応じた周期で強度変化する第1交流信
号を出力するとともに、前記参照格子から発生する2つ
の回折ビームの干渉光を受光して前記所定の周波数差に
応じた周波数で強度変化する第2交流信号とを出力する
光電検出手段と;前記第1交流信号と第2交流信号との
間の位相差を計測することによって前記参照格子に対す
る前記格子マークの位置ずれ量を計測する計測手段と;
該計測された位置ずれ量に基づいて前記ステージの移動
を制御する制御系とを備えたことを特徴とする位置合わ
せ装置。
1. Illuminating a grating mark on a substrate held on a movable stage, and controlling movement of the stage based on a photoelectric signal obtained by receiving diffracted light generated from the grating mark. An apparatus for aligning the substrate by means of a light source for emitting a coherent beam for illuminating a grating mark on the substrate; a pair of illumination beams for injecting the coherent beam and having a predetermined frequency difference A frequency modulator for generating a pair of illumination beams for irradiating the pair of illumination beams to the grating mark at a predetermined crossing angle, and a first irradiation optical system for making the frequency modulator and the substrate conjugate with each other. When;
A beam splitter disposed in the optical path of the first irradiation optical system for splitting the pair of illumination beams; and for illuminating the split pair of illumination beams on a reference grating at a predetermined crossing angle. A second irradiation optical system that makes the frequency modulator and the reference grating mutually conjugate with each other; receives interference light of two diffracted beams generated from the grating mark, and responds to the predetermined frequency difference. A first AC signal whose intensity changes periodically, and a second AC signal whose intensity changes at a frequency corresponding to the predetermined frequency difference by receiving interference light of two diffracted beams generated from the reference grating. Photoelectric detecting means for outputting; measuring means for measuring a positional deviation amount of the lattice mark with respect to the reference lattice by measuring a phase difference between the first AC signal and the second AC signal;
And a control system that controls the movement of the stage based on the measured amount of positional deviation.
JP29303596A 1996-11-05 1996-11-05 Positioning apparatus, exposure apparatus and exposure method Expired - Lifetime JP2787303B2 (en)

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