JPH1012530A - Apparatus for alignment - Google Patents

Apparatus for alignment

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JPH1012530A
JPH1012530A JP16597896A JP16597896A JPH1012530A JP H1012530 A JPH1012530 A JP H1012530A JP 16597896 A JP16597896 A JP 16597896A JP 16597896 A JP16597896 A JP 16597896A JP H1012530 A JPH1012530 A JP H1012530A
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JP
Japan
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light
alignment
beat signal
mark
wafer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP16597896A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Ota
和哉 太田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH1012530A publication Critical patent/JPH1012530A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for alignment wherein beat signal obtained from a reticle mark is not affected, even by precisely adjusting the difference in interference fringe of two wavelengths, and by adjusting difference of interfer ence fringe on a wafer, when alignment is performed by heterodyne interference method, using two wavelengths of light. SOLUTION: Reticle mark and wafer mark are illuminated by two color lights of laser light sources 11, 12. Wavelength components of the laser light source 11, included in diffraction light from the reticle mark, are guided to a photoelectric detecting element 30, and two color diffraction lights from the wafer mark are guided to a photoelectric detecting element 31. Beat signals SR, SW are then obtained from the photoelectric detecting elements 30, 31 respectively. The phase difference between the beat signals SR and SW when the laser light source 11 is imaginary turned off is obtained, on the basis of information about the beat signal SW when the laser light source 12 is turned off, and information of the beat signal SW when both the laser light sources 11, 12 is turned in. Difference in the interference fringe is adjusted, based on the phase difference obtained.

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、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子(CCD)、又は薄膜磁気
ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で、
マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して感
光基板上に転写する露光装置に備えられたアライメント
(位置合わせ)装置に関し、特に、感光基板に対して複
数波長のアライメント光を用いて、マスクと感光基板と
の相対的な位置合わせを行うヘテロダイン干渉方式のア
ライメント装置に適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, a liquid crystal display device, an image pickup device (CCD), or a thin film magnetic head.
The present invention relates to an alignment (positioning) device provided in an exposure device that transfers a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system. In particular, using alignment light of a plurality of wavelengths for the photosensitive substrate, The present invention is suitably applied to an alignment apparatus of a heterodyne interference system for performing relative positioning between a mask and a photosensitive substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等の製造に使用される投影露
光装置においては、ウエハ(又はガラスプレート等)上
に形成される多数層の回路パターン相互の重ね合わせ精
度を高く維持する必要があるため、特にウエハ上の2層
目以降にマスクとしてのレチクルのパターン像を露光す
る際に、レチクルとウエハとを高精度にアライメントす
ることが重要である。そのためには、レチクルとウエハ
との位置関係を高精度に検出するためのアライメント系
が必要である。現状で原理的に最も高い精度で実現でき
るアライメント系は、投影光学系を介してレチクルとウ
エハとの相対位置関係を検出するTTR(スルー・ザ・
レチクル)方式である。ところで、アライメント系で使
用される検出光(アライメント光)としては、ウエハに
塗布されたフォトレジストが感光しないよう、露光光の
波長とは異なる波長の光束を用いる必要がある。
2. Description of the Related Art In a projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device or the like, it is necessary to maintain high accuracy of superimposition of a plurality of circuit patterns formed on a wafer (or a glass plate or the like). In particular, when exposing a pattern image of a reticle as a mask on the second and subsequent layers on the wafer, it is important to align the reticle and the wafer with high accuracy. For that purpose, an alignment system for detecting the positional relationship between the reticle and the wafer with high accuracy is required. At present, an alignment system that can be realized with the highest accuracy in principle is a TTR (through-the-track) that detects the relative positional relationship between a reticle and a wafer via a projection optical system.
(Reticle) method. By the way, as the detection light (alignment light) used in the alignment system, it is necessary to use a light flux having a wavelength different from the wavelength of the exposure light so that the photoresist applied to the wafer is not exposed.

【0003】一方、露光光とは異なる波長のアライメン
ト光に対して、投影光学系で色収差が発生する問題があ
り、この色収差に対する対策が特開平3−3224号公
報(以下、「文献1」という」)及び特公平1−404
90号公報(以下、「文献2」という)等で提案されて
いる。文献1で開示されている方法は、投影光学系の入
射瞳位置の光軸を中心に1枚の色収差補正レンズを配置
することにより、露光波長とアライメント波長との間の
色収差を補正し、これによりウエハマークからの±1次
回折光を検出してアライメントを行うものである。
On the other hand, there is a problem that chromatic aberration occurs in the projection optical system with respect to alignment light having a wavelength different from the exposure light, and a measure against this chromatic aberration is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-3224 (hereinafter referred to as "Document 1"). ") And Tokuhei 1-404
No. 90 (hereinafter, referred to as “Document 2”). The method disclosed in Document 1 corrects chromatic aberration between an exposure wavelength and an alignment wavelength by arranging one chromatic aberration correcting lens around an optical axis at an entrance pupil position of a projection optical system. Alignment is performed by detecting ± 1st-order diffracted light from the wafer mark.

【0004】また、文献2で開示されている方法では、
レチクルと投影光学系との間の露光光路外あるいは露光
光路内に補正光学系を配置して、アライメント光が投影
光学系を介することによる色収差を補正している。そし
て投影光学系を介してウエハ上に形成されるレチクルマ
ーク像とウエハマークとを検出してアライメントを行っ
ている。
In the method disclosed in Reference 2,
A correction optical system is arranged outside the exposure optical path between the reticle and the projection optical system or inside the exposure optical path to correct the chromatic aberration caused by the alignment light passing through the projection optical system. Then, alignment is performed by detecting a reticle mark image formed on the wafer and the wafer mark via the projection optical system.

【0005】更に、アライメント光に対する色収差の補
正に関して、本出願人は、投影光学系の瞳面の近傍に位
相格子等の色収差制御部材を配することによりアライメ
ント光を偏向させて、レチクルとウエハとを高精度に位
置合わせするヘテロダイン干渉方式のアライメント装置
を提案している。また、色収差の問題とは別に、ウエハ
マークの位置検出を単色光で行うものとすると、フォト
レジストの厚さ、又はマークの段差等の条件によって戻
り光が弱くなって、そのマークの検出が困難になること
がある。そこで、本出願人は、アライメント光として複
数の波長(色)の光を使用すると共に、各波長の光束に
対してそれぞれ色収差制御用の位相格子を配すること
で、より高精度な位置合わせができる装置をも提案して
いる。
Further, with respect to correction of chromatic aberration with respect to alignment light, the present applicant disposes a chromatic aberration control member such as a phase grating near the pupil plane of the projection optical system to deflect the alignment light so that the reticle and the wafer can be moved. Has proposed a heterodyne interference type alignment device that aligns the position of the laser beam with high accuracy. In addition to the problem of chromatic aberration, if the position detection of a wafer mark is performed by monochromatic light, return light becomes weak due to conditions such as the thickness of the photoresist or the step of the mark, and it is difficult to detect the mark. It may be. Accordingly, the present applicant uses light of a plurality of wavelengths (colors) as alignment light and arranges a phase grating for controlling chromatic aberration for each light flux of each wavelength, thereby achieving more accurate alignment. A device that can do this is also proposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、アライメント光として複数波長の光束を使用
し、投影光学系の瞳面の近傍に対応するように位相格子
を配したアライメント装置によれば、投影光学系自身の
色収差と、投影光学系の瞳近傍に配した位相格子による
色収差とは互いに相殺するため、複数のアライメント光
の波長において、ほぼ色収差を無視できる条件を満たす
ことができる。
In the prior art as described above, an alignment apparatus using light beams of a plurality of wavelengths as alignment light and arranging a phase grating so as to correspond to the vicinity of a pupil plane of a projection optical system. According to the above, since the chromatic aberration of the projection optical system itself and the chromatic aberration of the phase grating arranged near the pupil of the projection optical system cancel each other, it is possible to satisfy the condition that the chromatic aberration can be almost ignored at a plurality of alignment light wavelengths. it can.

【0007】しかしながら、厳密には若干の色収差が残
るため、レチクル上とウエハ上とで同時に複数色の干渉
縞を厳密に一致させることができないという不都合があ
った。また、アライメント装置の観察系(顕微鏡)を露
光領域内で移動させると、投影光学系の特性上、複数波
長のアライメント光に対するウエハ上での縞ずれ量(干
渉縞のずれ量)が変化する。これに関して、多数層の回
路パターンが形成されるウエハ上の様々な層によって波
長に対する反射率の特性が異なるため、ある層において
は一方の波長をもつ光束を殆ど反射しなかったり、別の
層ではもう一方の波長をもつ光束を全く反射しないこと
がある。
However, strictly, some chromatic aberration remains, so that there is an inconvenience that interference fringes of a plurality of colors cannot be exactly matched on the reticle and on the wafer at the same time. Further, when the observation system (microscope) of the alignment apparatus is moved within the exposure area, the amount of fringe deviation (the amount of interference fringe deviation) on the wafer with respect to alignment light of a plurality of wavelengths changes due to the characteristics of the projection optical system. In this regard, since the characteristics of the reflectance with respect to wavelength are different depending on various layers on the wafer on which a multi-layer circuit pattern is formed, one layer hardly reflects a light beam having one wavelength, and another layer does not. The light beam having the other wavelength may not be reflected at all.

【0008】そのため、上述のように縞ずれ量が変化す
ると、例えば2つの波長で反射率の異なる層では、これ
ら異なった2つの波長の光束を均等に反射する層に比べ
て、縞ずれ量の分だけアライメント検出位置がずれると
いう不都合があった。この場合、異なった2つの波長の
光束によってウエハマークから得られるビート信号のコ
ントラストが最大になるように光学系を調整して、縞ず
れ量を小さくする方法(コントラスト法)もある。しか
し、縞ずれの影響による誤差を十分に無視できるよう調
整を行うには、縞ずれ量を数nmから数十nmの範囲内
に抑制する必要があり、コントラスト法では甚だ不十分
である。
For this reason, when the fringe shift amount changes as described above, for example, a layer having different reflectances at two wavelengths has a smaller fringe shift amount than a layer which reflects light beams of two different wavelengths evenly. There is a disadvantage that the alignment detection position is shifted by an amount. In this case, there is a method (contrast method) in which the optical system is adjusted so that the contrast of a beat signal obtained from a wafer mark by light beams having two different wavelengths is maximized, thereby reducing the amount of fringe displacement. However, in order to make an adjustment so that the error due to the influence of the fringe shift can be sufficiently ignored, it is necessary to suppress the fringe shift amount within a range from several nm to several tens nm, and the contrast method is extremely insufficient.

【0009】また、仮に2つの波長の光束によるウエハ
上で生じる縞ずれ量を小さくする調整が行えたとして
も、その調整を行うと自動的にレチクル上での縞ずれが
発生するため、2つの波長の光束の光量比が1:1で、
縞ずれ量が半ピッチになると、レチクルマークから得ら
れるビート信号の振幅が殆ど0になってしまうという不
都合があった。
Further, even if an adjustment can be made to reduce the amount of fringe shift generated on the wafer due to light beams of two wavelengths, the adjustment automatically causes a fringe shift on the reticle. The light amount ratio of the light beam of the wavelength is 1: 1.
When the fringe shift amount becomes a half pitch, the amplitude of the beat signal obtained from the reticle mark becomes almost zero.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、2つの波長のア
ライメント光に対する縞ずれを高精度に計測して、且つ
調整できると共に、ウエハ上での縞ずれ調整を行って
も、レチクルマークから得られるビート信号が影響を受
けないヘテロダイン干渉方式のアライメント装置を提供
することを目的とする。
In view of the above, the present invention can measure and adjust the fringe deviation with respect to the alignment light of two wavelengths with high accuracy, and even if the fringe deviation on the wafer is adjusted, it can be obtained from the reticle mark. It is an object of the present invention to provide a heterodyne interference type alignment apparatus in which a beat signal to be received is not affected.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト装置は、露光用の照明光のもとでマスク(4)上に形
成されたパターンを投影光学系(5)を介して感光基板
(6)上に投影する露光装置に設けられ、その感光基板
(6)上に形成された回折格子状マーク(48A)に基
づいてその感光基板(6)の位置合わせを行うアライメ
ント装置において、第1の波長(λ1 )で所定の周波数
差を有する2光束(B1 ,B2 )を所定の参照格子(3
5A)に照射すると共に、その投影光学系(5)を介し
てその回折格子状マーク(48A)に照射する第1の光
照射手段(11,13〜26)と、その第1の波長と異
なる第2の波長(λ2 )でその所定の周波数差と同じ周
波数差を有する2光束(B3 ,B4 )を、その投影光学
系(5)を介して回折格子状マーク(48A)に照射す
る第2の光照射手段(12,13〜26)と、その参照
格子(35A)での回折によって発生する1組以上のヘ
テロダインビーム(RB1 +1 ,RB2 -1 )を光電変換し
て参照ビート信号(SR )を発生する第1の光電検出手
段(30)と、その回折格子状マーク(48A)での回
折によって発生する1組以上のヘテロダインビーム(W
1 +1 ,WB2 -1 ,WB3 +1 ,WB4 - 1 )を光電変換し
て被検ビート信号(SW )を発生する第2の光電検出手
段(31)と、を有する。
According to the alignment apparatus of the present invention, a pattern formed on a mask (4) under illumination light for exposure is exposed through a projection optical system (5) to a photosensitive substrate (6). An alignment apparatus, which is provided in an exposure apparatus for projecting the light onto the photosensitive substrate (6) and aligns the photosensitive substrate (6) based on a diffraction grating mark (48A) formed on the photosensitive substrate (6), has a first wavelength. The two light beams (B 1 , B 2 ) having a predetermined frequency difference at (λ 1 ) are converted into a predetermined reference grating (3
5A) and a first light irradiating means (11, 13 to 26) for irradiating the diffraction grating mark (48A) via the projection optical system (5) with a first wavelength different from the first wavelength. Two beams (B 3 , B 4 ) having the same frequency difference as the predetermined frequency difference at the second wavelength (λ 2 ) are irradiated on the diffraction grating mark (48A) via the projection optical system (5). The second light irradiating means (12, 13 to 26) and one or more sets of heterodyne beams (RB 1 +1 and RB 2 -1 ) generated by diffraction at the reference grating (35A). First photoelectric detection means (30) for generating a reference beat signal (S R ) and one or more sets of heterodyne beams (W) generated by diffraction at the diffraction grating mark (48A).
Having 1) a photoelectric conversion to test the beat signal (second photoelectric detecting means for generating S W) (31), the - B 1 +1, WB 2 -1 , WB 3 +1, WB 4.

【0012】更に、本発明は、その参照ビート信号(S
R )とその被検ビート信号(SW )との位相差に基づい
てその参照格子(35A)とその回折格子状マーク(4
8A)との相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ量検
出手段(70)と、その感光基板(6)上の回折格子状
マーク(48A)上でのその第1の波長(λ1 )の2光
束(B1 ,B2 )の照射位置とその第2の波長(λ2
の2光束(B3 ,B4)の照射位置との計測方向に対す
る相対位置を調整する相対位置調整手段(25)と、そ
の第2の波長の光束(B3 ,B4 )の光強度を小さくし
たときのその参照ビート信号(SR )とその被検ビート
信号(SW )との位相差Δφ1 及びその被検ビート信号
(SW )の振幅A1 と、第1及び第2の波長の光束の光
強度を共に大きくしたときのその参照ビート信号
(SR )とその被検ビート信号(SW )との位相差Δφ
0 及びその被検ビート信号(SW )の振幅A0 とに基づ
いて、仮想的にその第1の波長の光束(B1 ,B2 )の
光強度を小さくしたときのその参照ビート信号(SR
とその被検ビート信号(SW )との位相差Δφ2 を算出
する演算手段(64a)と、この演算手段によって算出
された位相差Δφ2 とその位相差Δφ1 とが等しくなる
ように相対位置調整手段(25)を駆動する制御手段
(64)とを有するものである。
Further, according to the present invention, the reference beat signal (S
R ) and the reference grating (35A) and the diffraction grating mark (4) based on the phase difference between the beat signal (S W ) and the test beat signal (S W ).
8A), and a first wavelength (λ 1 ) on a diffraction grating mark (48A) on the photosensitive substrate (6). Irradiation positions of the two light beams (B 1 , B 2 ) and the second wavelength (λ 2 )
Relative position adjusting means (25) for adjusting the relative position of the two light beams (B 3 , B 4 ) with respect to the measurement direction with respect to the measurement direction, and the light intensity of the light beam (B 3 , B 4 ) of the second wavelength. The phase difference Δφ 1 between the reference beat signal (S R ) and the test beat signal (S W ) and the amplitude A 1 of the test beat signal (S W ), The phase difference Δφ between the reference beat signal (S R ) and the test beat signal (S W ) when both the light intensities of the light beams of the wavelengths are increased.
0 and on the basis of the amplitude A 0 of the the test beat signal (S W), virtually the first light flux of the wavelength (B 1, B 2) the reference beat signal when the light intensity is reduced in the ( S R )
And its the test beat signal calculation means for calculating a phase difference [Delta] [phi 2 between the (S W) (64a), relative to the phase difference [Delta] [phi 2 calculated by the calculation means and the phase difference [Delta] [phi 1 equals Control means (64) for driving the position adjusting means (25).

【0013】斯かる本発明のアライメント装置によれ
ば、2つのアライメント光による縞ずれ量が高精度に調
整される。従って、感光基板(6)上の回折格子状マー
ク(48A)の位置は異なる2つの波長のアライメント
光で同時に計測されるため、感光基板(4)上におい
て、フォトレジスト等の感光材料の厚さ、生成物の膜
厚、膜質、膜段差等の諸条件で分光反射率が一様でなく
とも高精度な位置合わせが可能となる。
According to the alignment apparatus of the present invention, the amount of fringe shift caused by the two alignment lights is adjusted with high accuracy. Therefore, since the position of the diffraction grating mark (48A) on the photosensitive substrate (6) is measured simultaneously with the alignment light having two different wavelengths, the thickness of the photosensitive material such as a photoresist on the photosensitive substrate (4) is reduced. Even if the spectral reflectance is not uniform under various conditions such as the film thickness, film quality, and film level of the product, highly accurate positioning can be performed.

【0014】また、参照格子(35A)の位置検出は、
1つの波長のアライメント光でのみ行っているため、感
光基板(6)上で2つの波長のアライメント光の位置関
係を最適に補正したときにおいても、参照格子(35
A)のアライメント信号のコントラストの低下等の悪影
響はない。この場合、その演算手段(64a)は、一例
として次の演算によってその位相差Δφ2 を求めること
が望ましい。
The position of the reference grid (35A) is detected by
Since the alignment is performed using only one wavelength of alignment light, even when the positional relationship between the two wavelengths of alignment light is optimally corrected on the photosensitive substrate (6), the reference grating (35) is used.
There is no adverse effect such as a decrease in contrast of the alignment signal in A). In this case, it is desirable that the calculating means (64a) obtains the phase difference Δφ 2 by the following calculation, for example.

【0015】 Δφ2 =(Δφ0 +Δφ1)/2 +arctan[{(A0 +A1)/(A0 −A1)}tan{(Δφ0 −Δφ1)/2}] (1) また、参照格子(35A)として、マスク(4)上に形
成された回折格子を使用する場合に、それら第1及び第
2の光照射手段はそれぞれマスク(4)を介して感光基
板(6)上の回折格子状マーク(48A)に対してその
第1の波長の2光束及びその第2の波長の2光束を照射
することが望ましい。これによってTTR方式のアライ
メントが行われる。
Δφ 2 = (Δφ 0 + Δφ 1 ) / 2 + arctan [{(A 0 + A 1 ) / (A 0 −A 1 )} tan {(Δφ 0 −Δφ 1 ) / 2}] (1) When the diffraction grating formed on the mask (4) is used as the reference grating (35A), the first and second light irradiation means respectively operate on the photosensitive substrate (6) via the mask (4). It is desirable to irradiate the diffraction grating mark (48A) with two light beams of the first wavelength and two light beams of the second wavelength. Thereby, alignment by the TTR method is performed.

【0016】また、それら第1及び第2の波長がそれぞ
れその露光用の照明光の波長と異なる場合に、投影光学
系(5)中のマスク(4)に対するフーリエ変換面、又
は該フーリエ変換面の近傍面上で、それら第1及び第2
の波長の光束が通過する領域にそれぞれ第1及び第2の
波長の光束に対する投影光学系(5)の色収差をそれぞ
れ所定の値に制御する照射光制御素子(10)を配置す
ることが望ましい。これによって、例えばアライメント
光のもとでもマスク(4)と感光基板(6)とが共役と
なり、検出用光学系が単純化される。
When the first and second wavelengths are different from the wavelength of the illumination light for exposure, respectively, a Fourier transform plane for the mask (4) in the projection optical system (5) or the Fourier transform plane is used. Of the first and second
It is desirable to dispose an irradiation light control element (10) for controlling the chromatic aberration of the projection optical system (5) with respect to the light beams of the first and second wavelengths to predetermined values, respectively, in a region through which the light beam of the wavelength passes. Thereby, for example, even under the alignment light, the mask (4) and the photosensitive substrate (6) become conjugate, and the detection optical system is simplified.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるアライメント
装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明す
る。図1は、本例によるアライメント装置を備えた投影
露光装置を示す概略構成図であり、この図1において、
レチクル4はレチクルステージ9上に保持され、感光基
板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ6はウエ
ハステージ61上に保持され、露光時には露光照明系6
7からの露光用の波長λ0 の照明光束がダイクロイック
ミラー3を介してレチクル4に照射され、その照明光の
もとでレチクル4のパターン像が投影光学系5を介し
て、ウエハ6の各ショット領域に露光される。レチクル
ステージ9、及びウエハステージ61は、それぞれ投影
光学系5の光軸に垂直な平面上でレチクル4及びウエハ
6の位置決め(アライメント)を行う。レチクルステー
ジ9、及びウエハステージ61の2次元座標はそれぞれ
レチクル4側の干渉計62、及びウエハ6側の干渉計6
3により検出され、検出結果が中央制御系64に供給さ
れ、中央制御系64は、レチクルステージ制御系65、
及びウエハステージ制御系66を介して、それぞれレチ
クルステージ9、及びウエハステージ61の動作を制御
する。中央制御系64には、数値計算用の補助コンピュ
ータよりなる演算部64aが接続されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an alignment apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus including an alignment apparatus according to the present embodiment.
The reticle 4 is held on a reticle stage 9, and a wafer 6 coated with a photoresist as a photosensitive substrate is held on a wafer stage 61.
The illumination luminous flux of wavelength λ 0 for exposure from irradiates the reticle 4 via the dichroic mirror 3, and a pattern image of the reticle 4 is projected through the projection optical system 5 on the wafer 6 under the illumination light. The shot area is exposed. The reticle stage 9 and the wafer stage 61 perform positioning (alignment) of the reticle 4 and the wafer 6 on a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 5, respectively. The two-dimensional coordinates of the reticle stage 9 and the wafer stage 61 correspond to the interferometer 62 on the reticle 4 side and the interferometer 6 on the wafer 6 side, respectively.
3, the detection result is supplied to a central control system 64, and the central control system 64 includes a reticle stage control system 65,
The operation of the reticle stage 9 and the operation of the wafer stage 61 are controlled via the wafer stage control system 66. The central control system 64 is connected to an arithmetic unit 64a including an auxiliary computer for numerical calculation.

【0018】また、ウエハステージ61上には基準マー
ク等が形成された基準マーク部材41が固定され、レチ
クル4のアライメント時には、基準マーク部材41が投
影光学系5の露光フィールド内に移動され、基準マーク
が底面側から露光用の照明光と同じ波長λ0 の光束で照
明される。その基準マークを通過した照明光は、投影光
学系5を介して、レチクル4の下面に設けられたレチク
ルアライメントマーク上に基準マーク像を形成し、レチ
クル4の上方のレチクルアライメント顕微鏡39,40
によりそれらレチクルアライメントマーク及び基準マー
クの像が撮像され、撮像信号が中央制御系64に供給さ
れる。中央制御系64では、供給された撮像信号を処理
して基準マークに対するレチクルアライメントマークの
位置ずれ量を求める。
A reference mark member 41 on which a reference mark or the like is formed is fixed on the wafer stage 61. When the reticle 4 is aligned, the reference mark member 41 is moved into the exposure field of the projection optical system 5, and The mark is illuminated from the bottom side with a light beam having the same wavelength λ 0 as the illumination light for exposure. The illumination light passing through the reference mark forms a reference mark image on a reticle alignment mark provided on the lower surface of the reticle 4 via the projection optical system 5, and the reticle alignment microscopes 39 and 40 above the reticle 4.
Thereby, the images of the reticle alignment mark and the reference mark are picked up, and an image pickup signal is supplied to the central control system 64. The central control system 64 processes the supplied image signal to determine the amount of displacement of the reticle alignment mark with respect to the reference mark.

【0019】更に、最終的なアライメントを行うため
に、TTR方式で且つヘテロダイン干渉方式のアライメ
ント系が設けられている。このアライメント系は、レー
ザ制御系69、アライメント送光系1a、ビームスプリ
ッター26、対物レンズ2、アライメント受光系1b、
及びアライメント信号処理系70等より構成されてい
る。アライメントを行う際に、中央制御系64はレーザ
制御系69を介して、アライメント送光系1a中の2個
のレーザ光源により、露光波長λ0 と異なる波長λ 1
レーザビームと、波長λ1 に近い波長λ2 のレーザビー
ムとを発生する。アライメント送光系1a中のレーザ光
源から射出されたレーザビームは、所定の周波数変調を
経てアライメント照明光として、ビームスプリッター2
6、対物レンズ2、ダイクロイックミラー3を介して、
レチクル4上のレチクルマークに照射され、レチクル4
を透過した一部のアライメント照明光が基準マーク部材
41上の基準マーク(又は、ウエハ6上のウエハマー
ク)に照射される。
Further, in order to perform a final alignment,
Alignment of TTR system and heterodyne interference system
System is provided. This alignment system is
Control system 69, alignment light transmission system 1a, beam splitter
, An objective lens 2, an alignment light receiving system 1b,
And an alignment signal processing system 70 and the like.
You. When performing alignment, the central control system 64 uses a laser
Via the control system 69, two in the alignment light transmission system 1a
Exposure wavelength λ0Wavelength λ different from 1of
Laser beam and wavelength λ1Wavelength λ close toTwoLaser Bee
And cause. Laser light in alignment light transmission system 1a
The laser beam emitted from the source undergoes a predetermined frequency modulation.
Beam alignment splitter 2 as alignment illumination light
6, through the objective lens 2 and the dichroic mirror 3,
The reticle mark on the reticle 4 is irradiated,
Part of the alignment illumination light that has passed through
Reference mark 41 (or wafer marker on wafer 6)
H).

【0020】そして、基準マーク(又は、ウエハマー
ク)での回折により生じたヘテロダインビームと、レチ
クルマークでの回折により生じたヘテロダインビームと
が、ダイクロイックミラー3、対物レンズ2、ビームス
プリッター26を介して、アライメント受光系1bに入
射し、アライメント受光系1bでは2つのビート信号が
生成される。これらのビート信号がアライメント信号処
理系70に供給され、ここで2つのビート信号の位相差
が検出され、検出された位相差が中央制御系64に供給
される。検出された位相差に基づいて、中央制御系64
はアライメント時の目標位相差を求めるか、又は最終的
なアライメントを行う。また、本例のアライメント信号
処理系70はそのビート信号の振幅を検出する機能も備
えている。
Then, the heterodyne beam generated by diffraction at the reference mark (or wafer mark) and the heterodyne beam generated by diffraction at the reticle mark are transmitted through the dichroic mirror 3, the objective lens 2, and the beam splitter 26. Are incident on the alignment light receiving system 1b, and two beat signals are generated in the alignment light receiving system 1b. These beat signals are supplied to the alignment signal processing system 70, where the phase difference between the two beat signals is detected, and the detected phase difference is supplied to the central control system 64. Based on the detected phase difference, the central control system 64
Calculates a target phase difference at the time of alignment or performs final alignment. Further, the alignment signal processing system 70 of the present example also has a function of detecting the amplitude of the beat signal.

【0021】次に、本例のレチクルアライメント顕微
鏡、及びヘテロダイン方式のアライメント系につき詳細
に説明する。図2は、本例の投影露光装置のステージ系
及びアライメント光学系の概略構成図であり、図2にお
いて、投影光学系5の光軸AXに平行にZ軸を取り、Z
軸に垂直な平面の直交座標系をX軸、及びY軸とする。
図2(a)はその投影露光装置をY方向に見た正面図で
あり、図2(b)は図2(a)の側面図である。アライ
メント光学系1は、図1のアライメント送光系1a、ビ
ームスプリッター26、及びアライメント受光系1bに
対応し、ウエハ6をX方向及びY方向にそれぞれ位置決
めするXステージ8X、及びYステージ8Yが図1のウ
エハステージ61に対応する。
Next, the reticle alignment microscope of this embodiment and the heterodyne type alignment system will be described in detail. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a stage system and an alignment optical system of the projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 2, the Z axis is taken in parallel with the optical axis AX of the projection optical system 5, and
An orthogonal coordinate system on a plane perpendicular to the axis is defined as an X axis and a Y axis.
FIG. 2A is a front view of the projection exposure apparatus viewed in the Y direction, and FIG. 2B is a side view of FIG. 2A. The alignment optical system 1 corresponds to the alignment light transmission system 1a, the beam splitter 26, and the alignment light receiving system 1b in FIG. 1, and includes an X stage 8X and a Y stage 8Y for positioning the wafer 6 in the X direction and the Y direction, respectively. This corresponds to one wafer stage 61.

【0022】また、図2ではXステージ8X、及びYス
テージ8Yとウエハ6との間に、ウエハ6を保持するウ
エハホルダ7が設けられている。実際には、Xステージ
8X上に、ウエハ6をZ方向に位置決めするZステージ
が載置され、このZステージ上に基準マーク部材41が
設けられている。本例のアライメント光学系1は、露光
波長λ0 と異なる平均波長λ1 で周波数差Δf(本例で
は50kHz)のレチクルアライメント照明光RB1
RB2 、及びウエハアライメント照明光WB1 ,WB2
と、波長λ1 に近い平均波長λ2で周波数差Δf(=5
0kHz)のレチクルアライメント照明光RB3 ,RB
4、及びウエハアライメント照明光WB3 ,WB4 とを
射出する。
In FIG. 2, a wafer holder 7 for holding the wafer 6 is provided between the wafer 6 and the X stage 8X and the Y stage 8Y. Actually, a Z stage for positioning the wafer 6 in the Z direction is mounted on the X stage 8X, and the reference mark member 41 is provided on the Z stage. The alignment optical system 1 according to the present embodiment includes a reticle alignment illumination light RB 1 having an average wavelength λ 1 different from the exposure wavelength λ 0 and a frequency difference Δf (50 kHz in this example).
RB 2 and wafer alignment illumination light WB 1 , WB 2
And a frequency difference Δf (= 5) at an average wavelength λ 2 close to the wavelength λ 1.
0 kHz) reticle alignment illumination light RB 3 , RB
4 and the wafer alignment illumination light WB 3 , WB 4 .

【0023】図2(a)に示すように、レチクルアライ
メント照明光RB1 ,RB2 は、対物レンズ2によって
レチクル4上に集光し、レチクル4の下面の回折格子状
のレチクルマーク35Aにそれぞれ入射角−θR1,θR1
で入射する。図3は、本例のレチクル4のパターン配置
を示し、この図3において、レチクル4の中央部の転写
パターン領域32の周囲に遮光帯33が形成され、遮光
帯33中のX方向に伸びた辺中にY方向にピッチPR
形成された回折格子よりなるY軸用のレチクルマーク3
6A及び36Bが形成され、Y方向に伸びた辺中にX方
向にピッチPR で形成された回折格子よりなるX軸用の
レチクルマーク35A及び35Bが形成されている。レ
チクルマーク35A及び35Bの内側にそれぞれウエハ
側に向かうアライメント照明光を通過させるための透過
性の窓部(以下、「レチクル窓」と呼ぶ)37A及び3
7Bが形成され、レチクルマーク36A及び36Bの内
側にそれぞれウエハ6側に向かうアライメント照明光を
通過させるためのレチクル窓38A及び38Bが形成さ
れている。更に、遮光帯33をX方向に挟むように十字
型のレチクルアライメントマーク34A及び34Bが形
成されている。
As shown in FIG. 2A, the reticle alignment illumination lights RB 1 and RB 2 are condensed on the reticle 4 by the objective lens 2 and are respectively formed on diffraction grating-like reticle marks 35A on the lower surface of the reticle 4. Incident angle − θ R1 , θ R1
Incident. FIG. 3 shows the pattern arrangement of the reticle 4 of the present example. In FIG. 3, a light-shielding band 33 is formed around a transfer pattern region 32 at the center of the reticle 4, and extends in the X direction in the light-shielding band 33. reticle mark 3 for the Y axis composed of the diffraction grating formed at a pitch P R in the Y direction during the sides
6A and 36B are formed, the reticle mark 35A and 35B for the X-axis made of the diffraction grating formed at a pitch P R in the X direction during a side extending in the Y direction is formed. Transmissive windows (hereinafter, referred to as “reticle windows”) 37A and 3 for passing alignment illumination light toward the wafer side inside reticle marks 35A and 35B, respectively.
7B are formed, and reticle windows 38A and 38B are formed inside the reticle marks 36A and 36B for passing the alignment illumination light directed toward the wafer 6 side. Further, cross-shaped reticle alignment marks 34A and 34B are formed so as to sandwich the light shielding band 33 in the X direction.

【0024】図9は、図3中のレチクルマーク35A及
びレチクル窓37Aの拡大図であり、図9において、レ
チクルマーク35Aにレチクルアライメント照明光RB
1 ,RB2 ,RB3 ,RB4 よりなるアライメント照明
光50が照射され、レチクル窓37Aをウエハアライメ
ント照明光WB1 ,WB2 ,WB3 ,WB4 よりなるア
ライメント照明光51が通過している。
FIG. 9 is an enlarged view of reticle mark 35A and reticle window 37A in FIG. 3. In FIG. 9, reticle mark 35A has reticle alignment illumination light RB.
1, RB 2, RB 3, RB 4 aligned illuminated illumination light 50 is made of, the reticle window 37A wafer alignment illumination light WB 1, WB 2, WB 3 , WB alignment illumination light 51 consisting of 4 is passing .

【0025】図2に戻り、入射角−θR1,θR1とレチク
ルマーク35Aの格子ピッチPR とは次に示す(2)式
の関係にあり、レチクルアライメント照明光RB1 の+
1次回折光RB1 +1 とレチクルアライメント照明光RB
2 の−1次回折光RB2 -1 とはそれぞれ真上に発生し、
ヘテロダインビーム(レチクルアライメント検出光)と
して対物レンズ2を介してアライメント光学系1に戻
る。
Referring back to FIG. 2, the incident angles -θ R1 , θ R1 and the grating pitch P R of the reticle mark 35A have a relationship represented by the following equation (2), and the reticle alignment illumination light RB 1 +
First order diffracted light RB 1 +1 and reticle alignment illumination light RB
2 and the -1st order diffracted light RB 2 -1 are generated directly above, respectively.
The light returns to the alignment optical system 1 via the objective lens 2 as a heterodyne beam (reticle alignment detection light).

【0026】 sin (θR1)=λ1 /PR (2) 同様に、レチクルアライメント照明光RB3 ,RB4
対物レンズ2によってレチクル4上に集光され、レチク
ル4上のレチクルマーク35Aに入射角−θR2,θR2
照射される。このとき、レチクルアライメント照明光R
3 の+1次回折光RB3 +1 とレチクルアライメント照
明光RB4 の−1次回折光RB4 -1 とがそれぞれ真上に
発生し、対物レンズ2を介してアライメント光学系1に
戻る。
Sin (θ R1 ) = λ 1 / P R (2) Similarly, the reticle alignment illumination lights RB 3 and RB 4 are also condensed on the reticle 4 by the objective lens 2 and are focused on the reticle mark 35 A on the reticle 4. Irradiation is performed at incident angles −θ R2 and θ R2 . At this time, the reticle alignment illumination light R
The + 1st-order diffracted light RB 3 +1 of B 3 and the −1st-order diffracted light RB 4 -1 of the reticle alignment illumination light RB 4 are generated directly above, and return to the alignment optical system 1 via the objective lens 2.

【0027】一方、ウエハアライメント照明光WB1
WB2 はレチクル4上のレチクル窓37Aを通過し、投
影光学系5中の色収差制御板10に達する。色収差制御
板10の照明光WB1 ,WB2 が通過する部分には、そ
れぞれ回折格子状の軸上色収差制御素子G1A ,G1B
(図8参照)が形成されており、照明光WB1 ,WB 2
はそれぞれ角度−θG1,θG1だけ曲げられて、回折格子
状のウエハマーク48Aに対しそれぞれ入射角−θW1
θW1で照射される。
On the other hand, the wafer alignment illumination light WB1,
WBTwoPasses through the reticle window 37A on the reticle 4 and
The light reaches the chromatic aberration control plate 10 in the shadow optical system 5. Chromatic aberration control
Illumination light WB of plate 101, WBTwoIn the area where
On-axis chromatic aberration control element G1 each in the form of a diffraction gratingA, G1B
(See FIG. 8), and the illumination light WB1, WB Two
Is the angle -θG1, ΘG1Only bent, diffraction grating
Angle -θ with respect to the wafer mark 48AW1,
θW1Irradiation.

【0028】図4は、ウエハ6のショット配列の一部を
示し、この図4において、露光対象とするショット領域
47をX方向に挟むようにY方向にピッチPW で形成さ
れた回折格子よりなるY軸用のウエハマーク49A及び
49Bが形成され、ショット領域47をY方向に挟むよ
うにX方向にピッチPW で形成された回折格子よりなる
X軸用のウエハマーク48A及び48Bが形成されてい
る。他のショット領域にもそれぞれウエハマークが付設
されている。
FIG. 4 shows a part of a shot arrangement on the wafer 6. In FIG. 4, a diffraction grating formed at a pitch P W in the Y direction so as to sandwich the shot area 47 to be exposed in the X direction. The wafer marks 49A and 49B for the Y-axis are formed, and the wafer marks 48A and 48B for the X-axis are formed by a diffraction grating formed at a pitch PW in the X-direction so as to sandwich the shot area 47 in the Y-direction. ing. Each of the other shot areas is also provided with a wafer mark.

【0029】図10は、図4中のウエハマーク48Aの
拡大図であり、この図10において、ウエハマーク48
Aに、ウエハアライメント照明光WB1 ,WB2 ,WB
3 ,WB4 よりなるアライメント照明光51が照射され
ている。図2(a)に戻り、入射角−θW1,θW1とウエ
ハマーク48Aの格子ピッチP W とは次に示す(3)式
の関係にあり、ウエハアライメント照明光WB1 の+1
次回折光WB1 +1 とウエハアライメント照明光WB2
−1次回折光WB2 -1 とはそれぞれ真上に発生し、これ
ら2つの回折光がヘテロダインビーム(ウエハアライメ
ント検出光)となる。
FIG. 10 shows the wafer mark 48A shown in FIG.
FIG. 10 is an enlarged view of FIG.
A, wafer alignment illumination light WB1, WBTwo , WB
Three, WBFourIllumination light 51 composed of
ing. Returning to FIG. 2A, the incident angle −θW1, ΘW1And Ue
Lattice pitch P of HAMARK 48A WIs the following equation (3)
And the wafer alignment illumination light WB1+1
Next order diffracted light WB1 +1 And wafer alignment illumination light WBTwoof
-1st order diffracted light WBTwo -1 Each occur directly above,
These two diffracted lights are heterodyne beams (wafer alignment
(Light detection light).

【0030】 sin (θW1)=λ1 /PW (3) 同様に、ウエハアライメント照明光WB3 ,WB4 はウ
エハアライメント照明束WB1 ,WB2 に波長が近いた
め、色収差制御板10上で通過する位置は、それぞれほ
ぼ軸上色収差制御素子G1A ,G1B 上と見なせる。そ
のため、照明光WB3 ,WB4 はそれぞれ角度−θG2
θG2だけ曲げられて、ウエハマーク48Aに対しそれぞ
れ入射角−θW2,θW2で照射される。そして、照明光W
3 の+1次回折光WB3 +1 と照明光WB4 の−1次回
折光WB4 -1 とがそれぞれ真上に発生し、ヘテロダイン
ビームとなる。
Sin (θ W1 ) = λ 1 / P W (3) Similarly, since the wavelengths of the wafer alignment illumination lights WB 3 and WB 4 are close to the wafer alignment illumination bundles WB 1 and WB 2, they are on the chromatic aberration control plate 10. Can be regarded as substantially on the axial chromatic aberration control elements G1 A and G1 B , respectively. Therefore, the illumination lights WB 3 and WB 4 are respectively at angles −θ G2 ,
The light beam is bent by θ G2 and irradiated onto the wafer mark 48A at incident angles −θ W2 and θ W2 , respectively. And the illumination light W
Order diffracted light WB 3 +1 of B 3 and the -1-order diffracted light WB 4 -1 of the illumination light WB 4 occurs directly above each a heterodyne beam.

【0031】この場合、図2(b)に示すように、色収
差制御板10の偏向作用によりアライメント照明光は、
非計測方向(Y方向)においてウエハ6に対して角度θ
m だけ傾いて入射するため、上記各ヘテロダインビーム
が色収差制御板10上で通過する位置は入射時に通過し
た位置と異なる。ウエハマーク48Aからのヘテロダイ
ンビームは、色収差制御板10上の軸上色収差制御素子
G1C (図8参照)を通ることによって横方向の色収差
が補正されて、レチクル窓37Aに向かう。その後、各
検出光はレチクル窓37A、及び対物レンズ2を介して
再びアライメント光学系1へと戻る。また、ウエハアラ
イメント照明光は、色収差制御板10が配置されない場
合に比べ、ウエハ6の表面でY方向にΔβだけずれた位
置を照明する。
In this case, as shown in FIG. 2B, the alignment illumination light is deflected by the chromatic aberration control plate 10,
Angle θ with respect to wafer 6 in the non-measurement direction (Y direction)
Since the light enters at an angle of m , the position at which each heterodyne beam passes on the chromatic aberration control plate 10 is different from the position at the time of incidence. The heterodyne beam from the wafer mark 48A passes through the axial chromatic aberration control element G1 C (see FIG. 8) on the chromatic aberration control plate 10 so that the chromatic aberration in the horizontal direction is corrected and goes to the reticle window 37A. Thereafter, each detection light returns to the alignment optical system 1 again via the reticle window 37A and the objective lens 2. Further, the wafer alignment illumination light illuminates a position shifted by Δβ in the Y direction on the surface of the wafer 6 as compared with the case where the chromatic aberration control plate 10 is not provided.

【0032】図8は、本例による色収差制御板10を示
した構成図であり、図8において、ガラス基板等よりな
る透過性の色収差制御板10上には、12個の軸上色収
差制御素子が配置されている。そして、3個の軸上色収
差制御素子G1A ,G1B ,G1C が図2のアライメン
ト光学系1のウエハアライメント照明光、及びヘテロダ
インビームの偏向用に使用されている。実際には、他に
3軸のアライメント光学系があるため、色収差制御板1
0上には全体で12(=3×4)個の軸上色収差制御素
子G1A ,G1B ,G1C 〜G4A ,G4B ,G4C
形成されている。
FIG. 8 is a block diagram showing the chromatic aberration control plate 10 according to the present embodiment. In FIG. 8, 12 axial chromatic aberration control elements are provided on a transmissive chromatic aberration control plate 10 made of a glass substrate or the like. Is arranged. Then, the three-axis chromatic aberration control elements G1 A, G1 B, G1 C is used for the deflection of the wafer alignment illumination light, and a heterodyne beam alignment optical system 1 FIG. Actually, since there is another three-axis alignment optical system, the chromatic aberration control plate 1
0 throughout On 12 (= 3 × 4) pieces of the axial chromatic aberration control elements G1 A, G1 B, G1 C ~G4 A, G4 B, G4 C are formed.

【0033】ここで、図6、及び図7を参照して、本例
のアライメント光学系1について詳しく説明する。図6
(b)はアライメント光学系1を図2(b)と同じ方向
から見た図、図6(a)はアライメント光学系1を図2
(a)と同じ方向から見た図、図6(c)は図6(a)
の底面図であり、図7はアライメント光学系の前段部を
示す斜視図である。
Here, the alignment optical system 1 of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. 6 and FIG. FIG.
FIG. 6B is a view of the alignment optical system 1 viewed from the same direction as FIG. 2B, and FIG.
FIG. 6C is a diagram viewed from the same direction as FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a front part of the alignment optical system.

【0034】図6において、例えばレーザダイオードよ
りなる第1のレーザ光源11から射出された波長λ1
レーザビームと、例えばHe−Neレーザ光源よりなる
第2のレーザ光源12から射出された波長λ2 のレーザ
ビームとは、ビーム合成プリズム13によってアライメ
ント照明光Bに合成され、それぞれ周波数F1 で駆動さ
れている音響光学変調素子(以下、「AOM」と呼ぶ)
14に入射する。AOMの多くは+1次回折光の強度を
高めるため、光束をブラッグ角で入射させるタイプ(所
謂ブラッグ型AOM)であるが、AOM14は光束を垂
直に入射させてラマン・ナス回折による±1次回折光を
均等に得るもの、即ちラマン・ナス型AOMである。ア
ライメント照明光B内の2つのレーザビームは波長が若
干異なるため、AOM14によってそれぞれ若干異なる
角度に回折される。波長毎に異なる方向に回折されたア
ライメント照明光を図7の実線及び破線で示す。これら
+1次、及び−1次に回折されたアライメント照明光
は、もとの周波数に対してそれぞれ+F1 ,及び−F1
の周波数差を持っている。
In FIG. 6, a laser beam having a wavelength λ 1 emitted from a first laser light source 11 composed of a laser diode, for example, and a wavelength λ emitted from a second laser light source 12 composed of a He—Ne laser light source, for example. the second laser beams are combined by the beam combining prism 13 in alignment illumination light B, acousto-optic modulation device that is driven by the respective frequency F 1 (hereinafter, referred to as "AOM")
14 is incident. Most AOMs are of the type in which a light beam is incident at a Bragg angle (so-called Bragg-type AOM) in order to increase the intensity of the + 1st-order diffracted light. What is obtained evenly, that is, Raman-nasal AOM. Since the two laser beams in the alignment illumination light B have slightly different wavelengths, the two laser beams are diffracted by the AOM 14 at slightly different angles. The alignment illumination light diffracted in different directions for each wavelength is shown by a solid line and a broken line in FIG. These +1 order and -1 then diffracted alignment illumination light are respectively the original frequency + F 1, and -F 1
Frequency difference.

【0035】図7において、AOM14から射出された
レーザビームは、レンズ15を介して、空間フィルタ1
6に入射し、空間フィルタ16によって±1次に回折さ
れた光束のみがアライメント照明光として選択され、次
に、レンズ17を介して、AOM14に対して45°回
転して配置され、且つ周波数F2 で駆動されているAO
M18に交差するように入射する。AOM18はブラッ
グ型AOMであり、入射角はブラッグ角の1/sin 45
°になるよう設定してある。従って、光軸の回りに45
°回転した面で見れば、アライメント照明光の入射角は
ブラッグ角である。この場合、AOM14で+F1 の周
波数変調を受けたレーザビームはAOM18で−1次回
折光が強く発生し、同時にAOM18で−F2 の周波数
変調を受け、レーザ光源11,12から射出されるとき
に対して+(F1 −F2 )の周波数変調を受けたアライ
メント照明光B1 ,B3 になる。同様に、AOM14で
−F1 の周波数変調を受けたレーザビームはAOM18
で+1次回折光が強く発生し、同時にAOM18で−F
2 の周波数変調を受け、レーザ光源11,12から射出
されるときに対して−(F1 −F2 )の周波数変調を受
けたアライメント照明光B2 ,B4 になる。その結果、
アライメント照明光B1 ,B3 とアライメント照明光B
2 ,B4 との周波数差Δfは2(F1 −F2 )で表さ
れ、この例ではΔfは50kHzに設定されるものとす
る。AOM18を通過したアライメント光束は、レンズ
19を経て空間フィルタ20に入射し、空間フィルタ2
0で選択されたアライメント照明光B1 〜B4 は後段へ
と導かれる。
In FIG. 7, the laser beam emitted from the AOM 14 passes through a lens 15 and passes through a spatial filter 1.
6 and only the light beam diffracted by ± 1 order by the spatial filter 16 is selected as the alignment illumination light, and is then disposed via the lens 17 at a 45 ° rotation with respect to the AOM 14 and at the frequency F AO driven by 2
The light enters so as to intersect M18. The AOM 18 is a Bragg-type AOM, and the incident angle is 1 / sin 45 of the Bragg angle.
° is set. Therefore, 45 around the optical axis.
The angle of incidence of the alignment illumination light is the Bragg angle when viewed from a plane rotated by °. In this case, the laser beam that has been subjected to + F 1 frequency modulation by the AOM 14 generates strongly −1st-order diffracted light at the AOM 18, and at the same time receives the −F 2 frequency modulation by the AOM 18, and is emitted from the laser light sources 11 and 12. On the other hand, it becomes the alignment illumination lights B 1 and B 3 that have been subjected to + (F 1 −F 2 ) frequency modulation. Similarly, the laser beam subjected to frequency modulation of -F 1 in AOM 14 AOM18
+ 1st order diffracted light is strongly generated at the same time,
The alignment illumination lights B 2 and B 4 are subjected to frequency modulation of −2 and subjected to frequency modulation of − (F 1 −F 2 ) with respect to the light emitted from the laser light sources 11 and 12. as a result,
Alignment illumination light B 1 , B 3 and alignment illumination light B
The frequency difference Δf between 2 and B 4 is represented by 2 (F 1 −F 2 ). In this example, it is assumed that Δf is set to 50 kHz. The alignment light beam that has passed through the AOM 18 enters the spatial filter 20 through the lens 19,
The alignment illumination lights B 1 to B 4 selected at 0 are guided to the subsequent stage.

【0036】図6に戻り、アライメント照明光B1 〜B
4 はレンズ21によって視野絞り22上に集光され、レ
チクル4又はウエハ6上でのビーム形状が決められた
後、レチクル・ウエハビーム分離プリズム23によって
レチクルアライメント照明光RB1 〜RB4 、及びウエ
ハアライメント照明光WB1 〜WB4 に分けられる。そ
の後、アライメント照明光はレンズ24を介して直視プ
リズム25に到達する。直視プリズム25は光軸を中心
に回転可能であり、モータ80によって図1の中央制御
系64からの指示により駆動される。直視プリズム25
が回転すると波長λ1 ,λ2 の2色の照明光は相対角度
が変化し、波長λ1 のアライメント照明光RB1 ,WB
1 ,RB2 ,WB2 に対してそれぞれ波長λ2 のアライ
メント照明光RB3 ,WB3 ,RB4 ,WB4 が分離さ
れる。このように相対角度が変化したアライメント照明
光は、ビームスプリッタ26を介して図2の対物レンズ
2に向かう。相対角度の変化により、波長λ1 ,λ2
2色のアライメント照明光のレチクル4及びウエハ6上
での照射位置の相対関係も変化する。
Referring back to FIG. 6, the alignment illumination lights B 1 to B
4 is condensed on a field stop 22 by a lens 21 and a beam shape on a reticle 4 or a wafer 6 is determined, and then a reticle / wafer beam separating prism 23 causes reticle alignment illumination light RB 1 to RB 4 and wafer alignment. It is divided into illumination light WB 1 ~WB 4. After that, the alignment illumination light reaches the direct-view prism 25 via the lens 24. The direct-view prism 25 is rotatable about the optical axis, and is driven by a motor 80 in accordance with an instruction from the central control system 64 in FIG. Direct-view prism 25
Rotate, the relative angles of the two colors of illumination light of wavelengths λ 1 and λ 2 change, and the alignment illumination light RB 1 and WB of wavelength λ 1
The alignment illumination lights RB 3 , WB 3 , RB 4 , and WB 4 having the wavelength λ 2 are separated from 1 , RB 2 , and WB 2 , respectively. The alignment illumination light whose relative angle has changed in this way goes to the objective lens 2 in FIG. 2 via the beam splitter 26. Due to the change in the relative angle, the relative relationship between the irradiation positions of the alignment illumination light of two colors of wavelengths λ 1 and λ 2 on the reticle 4 and the wafer 6 also changes.

【0037】一方、図2のレチクルマーク37A及びウ
エハマーク48Aからのヘテロダインビームは、図6の
アライメント光学系1に戻った後、ビームスプリッタ2
6により反射され、レンズ27を介して、レチクル4、
及びウエハ6と共役な位置にある検出光分離プリズム2
8によって、レチクルマーク37Aによるヘテロダイン
ビームとウエハマーク48Aからのヘテロダインビーム
とに分離される。レチクルマークからの回折光RB
1 +1 ,RB2 -1 及びRB3 +1 ,RB4 -1 よりなるヘテロ
ダインビームは検出光分離プリズム28を透過し、波長
λ1 の光束のみを透過させる色フィルタ29により回折
光RB1 +1 ,RB2 -1 のみが選別され、光電検出素子3
0によって受光される。ウエハマークからの回折光WB
1 +1 ,WB2 - 1 及びWB 3 +1,WB4 -1 よりなるヘテロ
ダインビームは、検出光分離プリズム28で反射され
て、光電検出素子31によって受光される。光電検出素
子30からレチクルマーク35Aの位置に対応するレチ
クルビート信号SR が出力され、光電検出素子31から
ウエハマーク45Aの位置に対応するウエハビート信号
W が出力される。
On the other hand, the reticle mark 37A shown in FIG.
The heterodyne beam from Ehamark 48A is shown in FIG.
After returning to the alignment optical system 1, the beam splitter 2
6, the reticle 4, via the lens 27,
Light separating prism 2 at a position conjugate with wafer 6
8, heterodyne with reticle mark 37A
Beam and heterodyne beam from wafer mark 48A
And separated. Diffracted light RB from reticle mark
1 +1 , RBTwo -1 And RBThree +1 , RBFour -1 Heterogeneous
The Dyne beam passes through the detection light separation prism 28 and has a wavelength
λ1Diffracted by the color filter 29 that transmits only the light beam of
Light RB1 +1 , RBTwo -1 Only the photodetection element 3
0 is received. Diffracted light WB from wafer mark
1 +1 , WBTwo - 1 And WBThree +1, WBFour -1 Heterogeneous
The Dyne beam is reflected by the detection light separation prism 28.
Thus, the light is received by the photoelectric detection element 31. Photoelectric detector
Reticle corresponding to the position of reticle mark 35A from child 30
Curve beat signal SRIs output from the photoelectric detection element 31.
Wafer beat signal corresponding to the position of wafer mark 45A
S WIs output.

【0038】レチクルビート信号SR は回折光RB
1 +1 ,RB2 -1 による周波数Δfの正弦波状のビート信
号であり、ウエハビート信号SW は回折光WB1 +1 ,W
2 -1 、及びWB3 +1 ,WB4 -1 による周波数Δfの正
弦波状のビート信号である。両者の位相差Δφ[ra
d]はレチクル4、及びウエハ6のX方向への相対移動
量により変化し、その相対移動量Δxは以下の(4)、
及び(5)式に示す通りである。
Reticle beat signal S R is diffracted light RB
1 +1, a sinusoidal beat signal of a frequency Δf due to RB 2 -1, wafer beat signal S W diffracted light WB 1 +1, W
This is a sinusoidal beat signal having a frequency Δf based on B 2 −1 , WB 3 +1 and WB 4 −1 . The phase difference Δφ [ra
d] changes depending on the relative movement amount of the reticle 4 and the wafer 6 in the X direction, and the relative movement amount Δx is given by the following (4):
And (5).

【0039】 Δx(レチクル上)=PR ・Δφ/(4π) (4) Δx(ウエハ上) =PW ・Δφ/(4π) (5) また、Y方向用のアライメント系により、Y軸用のレチ
クルマーク及びウエハマークに対応するビート信号は、
X方向と同様に求められ、これらビート信号の位相差が
求められる。
Δx (on reticle) = P R · Δφ / (4π) (4) Δx (on wafer) = P W · Δφ / (4π) (5) Also, for the Y axis, The beat signal corresponding to the reticle mark and the wafer mark of
The phase difference between these beat signals is obtained in the same manner as in the X direction.

【0040】なお、図2では、ウエハマークが投影光学
系5の下に位置決めされているが、アライメント光学系
1の調整(キャリブレーション)時には、基準マーク部
材41を投影光学系5の下に移動し、基準マーク部材4
1上の格子マークをウエハアライメント照明光で照明す
る。図5は、基準マーク部材41上の構成を説明するた
めの平面図を示し、この図5において、ガラス基板等か
らなる透過性の基準マーク部材41の上面には、X方向
に所定間隔で枠型の基準マーク44A及び44Bが形成
され、それら基準マークの間にY方向に所定ピッチで回
折格子状の基準回折格子マーク46A,46Bが形成さ
れ、X方向に所定ピッチで回折格子状の基準回折格子マ
ーク45A,45Bが形成されている。基準回折格子マ
ーク45A〜46Bのピッチは、図4のウエハマーク4
8A〜49Bのピッチと等しい。
Although the wafer mark is positioned below the projection optical system 5 in FIG. 2, the reference mark member 41 is moved below the projection optical system 5 when the alignment optical system 1 is adjusted (calibrated). And reference mark member 4
1 is illuminated with the wafer alignment illumination light. FIG. 5 is a plan view for explaining the configuration on the reference mark member 41. In FIG. 5, a frame is provided at a predetermined interval in the X direction on the upper surface of the transparent reference mark member 41 made of a glass substrate or the like. Reference marks 44A and 44B are formed, and reference diffraction grating marks 46A and 46B are formed between the reference marks at a predetermined pitch in the Y direction. The reference diffraction marks are formed at a predetermined pitch in the X direction. Grid marks 45A and 45B are formed. The pitch of the reference diffraction grating marks 45A to 46B is the same as the wafer mark 4 in FIG.
Equal to the pitch of 8A to 49B.

【0041】前述の通り、レチクルアライメント時に
は、基準マーク部材41が投影光学系5の露光フィール
ド内に移動され、基準マーク44A,44Bが底面側か
ら露光光と同じ波長λ0 の光束で照明される。また、ア
ライメント光学系1のキャリブレーション時には、やは
り基準マーク部材41が投影光学系5の露光フィールド
内に移動され、基準マーク部材41上の格子マーク45
Aがウエハマークと同様にウエハアライメント照明光で
照明される。
As described above, at the time of reticle alignment, the reference mark member 41 is moved into the exposure field of the projection optical system 5, and the reference marks 44A and 44B are illuminated from the bottom side with a light beam having the same wavelength λ 0 as the exposure light. . When the alignment optical system 1 is calibrated, the reference mark member 41 is also moved into the exposure field of the projection optical system 5 and the grid mark 45 on the reference mark member 41 is moved.
A is illuminated with the wafer alignment illumination light similarly to the wafer mark.

【0042】以上のように、本例のアライメント装置に
使用されるアライメント光学系1では、薄膜干渉等の影
響を低減させるために、ウエハマークに対しては、2つ
の波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光を使用すると共
に、レチクルマーク側での縞ずれをなくすため、レチク
ルマーク用の光電検出素子30の前に波長λ1 のアライ
メント照明光のみを透過させる色フィルタ29を設け
て、波長λ2 のアライメント照明光を遮断し、波長λ1
のアライメント照明光のみによるレチクルビート信号S
R を出力させている。更に、回転自在な直視プリズム2
5を設けて2つの波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光
のウエハ6上での照射位置の相対関係を変化させるよう
にしている。
As described above, in the alignment optical system 1 used in the alignment apparatus of this embodiment, in order to reduce the influence of the thin film interference and the like, the two wavelengths λ 1 and λ 2 are applied to the wafer mark. In addition to using alignment illumination light, a color filter 29 that transmits only alignment illumination light of wavelength λ 1 is provided in front of the reticle mark photoelectric detection element 30 in order to eliminate fringe deviation on the reticle mark side. 2 to block the alignment illumination light, wavelength λ 1
Reticle beat signal S using only the alignment illumination light
R is output. Furthermore, a rotatable direct-view prism 2
5 is provided to change the relative relationship between the irradiation positions on the wafer 6 of the alignment illumination light of the two wavelengths λ 1 and λ 2 .

【0043】次に、本例におけるアライメントの動作に
つき、アライメント光学系1の調整からなるステップ
と、ウエハ6のアライメント及び露光からなるステップ
との2つのステップに分け、主に図1を参照して具体的
に説明する。なお、以下ではX方向への位置決め動作に
つき説明するが、Y方向への位置決めも同様に行われ
る。
Next, the alignment operation in this embodiment is divided into two steps, namely, a step consisting of adjustment of the alignment optical system 1 and a step consisting of alignment and exposure of the wafer 6, and mainly with reference to FIG. This will be specifically described. In the following, the positioning operation in the X direction will be described, but the positioning in the Y direction is performed in the same manner.

【0044】先ず、第1のステップであるアライメント
光学系1の調整について説明する。始めに、レチクル4
が、不図示のレチクルオートローダによってレチクルス
テージ9上に搬送される。ここで、先ずレチクル4に対
し、レチクルアライメントが行われる。レチクルアライ
メントは、波長λ0 の露光光を用いて、レチクル4上に
形成された図3に示されるレチクルアライメントマーク
34A,34Bと、図5に示されるウエハステージ61
上に搭載された基準マーク部材41に形成された基準マ
ーク44A,44Bとをレチクルアライメント顕微鏡3
9,40により観察して行われる。レチクルアライメン
トが終了した時点で、アライメント送光系1aから図5
の基準マーク部材41上の基準回折格子マーク45Aに
対してウエハアライメント照明光が照射される。このと
き、レチクルR上のレチクルマーク35Aにはレチクル
アライメント照明光が照射される。
First, the adjustment of the alignment optical system 1, which is the first step, will be described. First, reticle 4
Is transported onto the reticle stage 9 by a reticle autoloader (not shown). Here, the reticle 4 is first subjected to reticle alignment. The reticle alignment is performed by using exposure light of wavelength λ 0 , and reticle alignment marks 34 A and 34 B shown in FIG. 3 formed on reticle 4 and wafer stage 61 shown in FIG.
The reference marks 44A and 44B formed on the reference mark member 41 mounted on the reticle alignment microscope 3
Observed according to 9, 40. At the time when the reticle alignment is completed, the alignment light transmitting system 1a
The reference diffraction grating mark 45A on the reference mark member 41 is irradiated with wafer alignment illumination light. At this time, the reticle mark 35A on the reticle R is irradiated with reticle alignment illumination light.

【0045】その基準回折格子マーク45Aに照射され
たウエハアライメント照明光はその基準回折格子マーク
で回折され、その回折された光束がアライメント受光系
1bにより受光される。図6(a)の光電検出素子31
からビート信号(以下、この信号も「ウエハビート信号
W 」と呼ぶ)が出力される。このビート信号の振幅情
報はアライメント信号処理系70を介して中央制御系6
4に供給され、中央制御系64はそのウエハビート信号
W の振幅が最大になるように、図6に示されるモータ
80を介してアライメント送光系1a内の直視プリズム
25の回転角を調整する。これで粗調が終了する。
The wafer alignment illumination light applied to the reference diffraction grating mark 45A is diffracted by the reference diffraction grating mark, and the diffracted light beam is received by the alignment light receiving system 1b. The photoelectric detection element 31 of FIG.
Beat signal (hereinafter, this signal is also referred to as a "wafer beat signal S W") is outputted from. The amplitude information of the beat signal is sent to the central control system 6 via the alignment signal processing system 70.
Is supplied to the 4, the central control system 64 so that the amplitude of the wafer beat signal S W is maximized, adjusting the rotational angle of the direct vision prism 25 via the motor 80 alignment light sending system in 1a shown in FIG. 6 . This completes the coarse adjustment.

【0046】粗調工程が終了した後、微調工程に移る。
この微調工程を第1微調工程及び第2微調工程の2つの
工程に分けて説明する。先ず第1微調工程では、中央制
御系64からの指示に基づき、レーザ制御系69により
図6の波長λ2 のアライメント照明光のレーザ光源12
が消灯される。この場合、レーザ光源11からの波長λ
1 のアライメント照明光のみでレチクル4上のレチクル
マーク35Aと基準マーク部材41上の基準回折格子マ
ーク45Aとの相対位置を検出していることになる。
After the coarse adjustment step is completed, the process proceeds to the fine adjustment step.
This fine adjustment step will be described separately in two steps, a first fine adjustment step and a second fine adjustment step. First, in the first fine adjustment step, based on an instruction from the central control system 64, the laser control system 69 causes the laser light source 12 of the alignment illumination light having the wavelength λ 2 in FIG.
Is turned off. In this case, the wavelength λ from the laser light source 11
This means that the relative position between the reticle mark 35A on the reticle 4 and the reference diffraction grating mark 45A on the reference mark member 41 is detected only by the one alignment illumination light.

【0047】図11は、第1微調工程におけるアライメ
ント信号としてアライメント信号処理系70に供給され
るレチクルマーク35Aに対応するレチクルビート信号
Rと、基準回折格子マーク45Aに対応するウエハビ
ート信号SW とを示し、横軸は時間t、縦軸は両ビート
信号SR ,SW を表している。この場合、アライメント
信号処理系70によりレチクルビート信号SR 、及びウ
エハビート信号SW の位相差Δφ1 とウエハビート信号
W の振幅AW1とが求められる。この位相差Δφ1 は0
に近い方が好ましいが、必ずしも0である必要はなく、
ただ計測するだけでよい。
[0047] Figure 11 is a reticle beat signal S R corresponding to the reticle marks 35A to be supplied to the alignment signal processing system 70 as an alignment signal in the first fine adjustment process, the wafer beat signal S W corresponding to the reference diffraction grating mark 45A and the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents both the beat signal S R, S W. In this case, the reticle beat signal S R, and the amplitude A W1 of the phase difference [Delta] [phi 1 and wafer beat signal S W of the wafer beat signal S W is determined by the alignment signal processing system 70. This phase difference Δφ 1 is 0
Is preferable, but it is not necessarily required to be 0.
Just measure it.

【0048】次に、第2微調工程において、中央制御系
64の指示に基づき、レーザ制御系69により図6のレ
ーザ光源12が点灯される。即ち、レーザ光源11から
の波長λ1 のアライメント照明光と、第2のレーザ光源
12からの波長λ2 のアライメント照明光とで、第1微
調工程と同様の検出を行う。図12は、第2微調工程に
おけるアライメント信号としてアライメント信号処理系
70に供給されるレチクルマーク35Aに対応するレチ
クルビート信号SRと、基準回折格子マーク45Aに対
応するウエハビート信号SW とを示し、横軸は時間t、
縦軸は両ビート信号SR ,SW を表している。この場合
にも、アライメント信号処理系70によって、レチクル
ビート信号SR 及びウエハビート信号SW の位相差Δφ
0 と、ウエハビート信号SW の振幅AW0とが求められ
る。なお、図11と図12とを比較して、2つの波長の
レーザ光により検出したウエハビート信号SW の振幅A
W0の方が1つの波長のレーザ光により検出したウエハビ
ート信号SW の振幅AW1より、小さくなっているが、別
に特殊なことではない。2つの波長の縞ずれ量が大きけ
れば、2つの波長に対応する各ウエハビート信号は互い
にコントラストを低下させ合うことになるからである。
Next, in the second fine adjustment step, the laser light source 12 shown in FIG. That is, detection similar to that in the first fine adjustment step is performed by the alignment illumination light of wavelength λ 1 from the laser light source 11 and the alignment illumination light of wavelength λ 2 from the second laser light source 12. Figure 12 shows a reticle beat signal S R corresponding to the reticle marks 35A to be supplied to the alignment signal processing system 70 as an alignment signal in the second fine adjustment process, the wafer beat signal S W corresponding to the reference diffraction grating mark 45A, The horizontal axis is time t,
The vertical axis represents both the beat signal S R, S W. In this case, the alignment signal processing system 70, the phase difference Δφ of the reticle beat signal S R and the wafer beat signal S W
0, is determined and the amplitude A W0 of the wafer beat signal S W. Incidentally, by comparing FIGS. 11 and 12, the wafer beat signal S W detected by the laser beam of two wavelengths amplitude A
Who W0 is than the amplitude A W1 of the wafer beat signal S W detected by the laser beam of one wavelength, but is smaller, not an separate special. This is because if the amount of fringe shift between the two wavelengths is large, the respective wafer beat signals corresponding to the two wavelengths reduce the contrast with each other.

【0049】その後、中央制御系64はアライメント信
号処理系70からアライメント結果Δφ1 ,AW1,Δφ
0 ,AW0を受け取って演算部64aに供給し、演算部6
4aでは仮にレーザ光源12のみを点灯したときの波長
λ2 のアライメント照明光だけでアライメントを行った
ときのレチクルビート信号R とウエハビート信号SW
の間の位相差Δφ2 を下記の(6)式により求めて中央
演算系64に供給する。但し、このとき、レチクルマー
ク35Aのみはレーザ光源11からの照明光で照射され
ているものと仮定されている。ここで、位相差Δφ1
Δφ2 との差が波長λ1 ,λ2 の干渉縞の縞ずれに対応
する。その縞ずれ量は0が理想的であるが、仮に許容量
を越えていた場合は、中央演算系64はアライメント送
光系1a内のモータ80に対し直視プリズム25をその
縞ずれ量に応じた角度だけ回転するように指示する。そ
して、再度同様な方法で位相差Δφ1 とΔφ2 との差が
計測され、その差が許容量以下になるまでその調整工程
が繰り返される。その許容量は必要とされるアライメン
ト精度によって異なるが、近年のLSIの高密度集積化
に伴い、今後10nm以下の許容量が要求されることに
なろう。
Thereafter, the central control system 64 sends the alignment results Δφ 1 , A W1 , Δφ from the alignment signal processing system 70.
0 , A W0 and supplies them to the operation unit 64a.
The phase difference [Delta] [phi 2 between the reticle beat signal R and the wafer beat signal S W when performing alignment in if only the laser light source 12, 4a only alignment illumination light having a wavelength lambda 2 when the lighting of the following (6) It is obtained by the formula and supplied to the central processing system 64. However, at this time, it is assumed that only the reticle mark 35A is irradiated with the illumination light from the laser light source 11. Here, the difference between the phase differences Δφ 1 and Δφ 2 corresponds to the deviation of the interference fringes of the wavelengths λ 1 and λ 2 . The fringe shift amount is ideally 0, but if it exceeds the allowable amount, the central processing system 64 adjusts the direct-view prism 25 to the motor 80 in the alignment light transmission system 1a according to the fringe shift amount. Instruct to rotate by an angle. Then, the difference between the phase differences Δφ 1 and Δφ 2 is measured again by the same method, and the adjustment process is repeated until the difference becomes equal to or less than the allowable amount. The allowable amount varies depending on the required alignment accuracy, but with the recent high-density integration of LSIs, an allowable amount of 10 nm or less will be required in the future.

【0050】 Δφ2 =(Δφ0 +Δφ1)/2 +arctan[{(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan{(Δφ0 −Δφ1)/2}] (6) 以上の方法により、基準マーク部材41上における異な
った2つの波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光による
干渉縞が精度良く補正される。即ち、上記調整により、
2つの波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光の光ビート
信号の位相差が許容範囲内となり、最終アライメント時
にコントラストの良いウエハビート信号SW を得ること
ができる。ここで、中央制御系64は再度2色のレーザ
光源11,12を点灯し、レチクルビート信号SR 及び
ウエハビート信号SW の間の位相差Δφ0 を計測して記
憶する。
Δφ 2 = (Δφ 0 + Δφ 1 ) / 2 + arctan [{(A W0 + A W1 ) / (A W0 −A W1 )} tan {(Δφ 0 −Δφ 1 ) / 2}] (6) By this method, interference fringes on the reference mark member 41 due to the alignment illumination light of two different wavelengths λ 1 and λ 2 are accurately corrected. That is, by the above adjustment,
Two wavelengths lambda 1, the phase difference of the optical beat signal of lambda 2 of the alignment illumination light becomes within the allowable range, it is possible to obtain a good wafer beat signal S W contrast during final alignment. Here, the central control system 64 illuminates the laser light source 11, 12 again two colors, measures and stores the phase difference [Delta] [phi 0 between reticle beat signal S R and the wafer beat signal S W.

【0051】ここで、(6)式の導出過程につき説明す
る。先ず、レーザダイオードからの照明光により得られ
るレチクルビート信号SRを、ビート周波数に対応する
角周波数ω、振幅AR 、及び位相εを用いて次のように
表す。 SR =AR sin(ωt−ε) (B1) 同様に、レーザダイオードからの照明光のみで照射した
ときに得られるウエハビート信号SW1を、振幅AW1及び
位相βを用いて、次のように表す。
Here, the process of deriving equation (6) will be described. First, the reticle beat signal S R obtained by the illumination light from the laser diode is expressed as follows using the angular frequency ω, the amplitude A R , and the phase ε corresponding to the beat frequency. S R = A R sin (ωt -ε) (B1) Similarly, the wafer beat signal S W1 obtained when irradiated with only the illumination light from the laser diode, using the amplitudes A W1 and phase beta, the following To

【0052】SW1=AW1sin(ωt−β) (B2) また、仮想的にHe−Neレーザ光源からの照明光のみ
で照射したときに得られるウエハビート信号SW2を、振
幅AW2及び位相γを用いて、次のように表す。 SW2=AW2sin(ωt−γ) (B3) 更に、レーザダイオード及びHe−Neレーザ光源の両
方を点灯したときに得られるウエハビート信号SW を、
振幅AW0、及び位相αを用いて次のように表す。
[0052] S W1 = A W1 sin (ωt -β) (B2) In addition, wafer beat signal S W2 obtained when irradiated only with the illumination light from the virtually He-Ne laser light source, the amplitude A W2 and phase Using γ, it is expressed as follows. S W2 = A W2 sin (ωt -γ) (B3) Further, the wafer beat signal S W obtained when lit both laser diodes and He-Ne laser light source,
It is expressed as follows using the amplitude A W0 and the phase α.

【0053】SW =AW0sin(ωt−α) (B4) (B2)式〜(B4)式の間には次の関係がある。 AW2sin(ωt−γ)=AW0sin(ωt−α)−AW1sin(ωt−β) (B5) そこで、この式より位相γを求めるため、次のような変
数C及びδを導入する。
S W = A W0 sin (ωt−α) (B4) The following relationship exists between the expressions (B2) and (B4). A W2 sin (ωt−γ) = A W0 sin (ωt−α) −A W1 sin (ωt−β) (B5) In order to obtain the phase γ from this equation, the following variables C and δ are introduced. I do.

【0054】 C=ωt−(α+β)/2,δ=(α−β)/2 (B6) これらの変数を用いると、(B5)式の右辺は次のよう
になる。 AW0sin(C−δ)−AW1sin(C+δ) (B7) この(B7)式を変形すると、次式が得られる。 AW0sin Ccos δ−AW0cos Csin δ−AW1sin Ccos δ−AW1cos Csin δ =(AW0−AW1)sin Ccos δ−(AW0+AW1)cos Csin δ (B8) ここで、次式を満たすような新たな変数G及びξを導入
する。
C = ωt− (α + β) / 2, δ = (α−β) / 2 (B6) When these variables are used, the right side of the expression (B5) is as follows. A W0 sin (C−δ) −A W1 sin (C + δ) (B7) By transforming the equation (B7), the following equation is obtained. A W0 sin Ccos δ−A W0 cos Csin δ−A W1 sin Ccos δ−A W1 cos Csin δ = (A W0 −A W1 ) sin Ccos δ− (A W0 + A W1 ) cos Csin δ (B8) New variables G and ξ that satisfy the following equation are introduced.

【0055】 (AW0−AW1)cos δ=Gcos ξ (B9) (AW0+AW1)sin δ=Gsin ξ (B10) これらの変数G及びξを用いると、(B8)式は次のよ
うになる。なお、(B8)式が(B5)式の左辺と等し
いことを利用している。 AW2sin(ωt−γ)=Gsin Ccos ξ−Gcos Csin ξ =Gsin(C−ξ) =Gsin{ωt−(α+β)/2−ξ} (B11) ここで、(B9)式及び(B10)式より、変数ξは次
式を満たす。
(A W0 −A W1 ) cos δ = G cos ξ (B9) (A W0 + A W1 ) sin δ = G sin と (B10) Using these variables G and ξ, the equation (B8) becomes become. The fact that equation (B8) is equal to the left side of equation (B5) is used. A W2 sin (ωt−γ) = Gsin Ccos ξ−Gcos Csin ξ = Gsin (C−ξ) = Gsin {ωt− (α + β) / 2−ξ} (B11) where (B9) and (B10) From the equation, the variable を 満 た す satisfies the following equation.

【0056】 tan ξ=(AW0+AW1)sin δ/{(AW0−AW1)cos δ} ={(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan δ ={(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan{(α−β)/2} (B12) 従って、(B11)式より振幅AW2、及び位相γは次の
ようになる。 AW2=G (B13) γ=(α+β)/2+ξ =(α+β)/2 +arctan[{(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan{(α−β)/2}] (B14) 次に、He−Neレーザ光源を消したときに得られるレ
チクルビート信号SRとウエハビート信号SW1との位相
差Δφ1 は、次式で示すように位相βとεとの差分であ
り、そのときのウエハビート信号SW1の振幅AW1が計測
されている。
Tan ξ = (A W0 + A W1 ) sin δ / {(A W0 −A W1 ) cos δ} = {(A W0 + A W1 ) / (A W0 −A W1 )} tan δ = {(A W0 + A W1 ) / (A W0 −A W1 ) {tan {(α−β) / 2} (B12) Accordingly, from the equation (B11), the amplitude A W2 and the phase γ are as follows. A W2 = G (B13) γ = (α + β) / 2 + ξ = (α + β) / 2 + arctan [{(A W0 + A W1 ) / (A W0 −A W1 )} tan {(α−β) / 2}] ( B14) next, the phase difference [Delta] [phi 1 between the reticle beat signal S R and the wafer beat signal S W1 obtained when turned off the He-Ne laser light source is located at the difference between the phase β and ε, as shown in the following equation The amplitude A W1 of the wafer beat signal SW 1 at that time is measured.

【0057】Δφ1 =β−ε (B15) また、両方の光源を点灯したときに得られるレチクルビ
ート信号SR とウエハビート信号SW との位相差Δφ0
は、次式で示すように位相αとεとの差分であり、その
ときのウエハビート信号SW の振幅AW0が計測されてい
る。 Δφ0 =α−ε (B16) ここで、求めるべき位相差は、仮想的にウエハ側のみで
レーザダイオードを消したときに得られるレチクルビー
ト信号SR とウエハビート信号SW2との位相差Δφ2
即ち次のように位相γと位相εとの差分であり、この差
分は(B14)式〜(B16)式より次のように(6)
式と合致する。
[0057] Δφ 1 = β-ε (B15 ) The phase difference between the reticle beat signal S R and the wafer beat signal S W obtained when both the light source lit [Delta] [phi 0
Is the difference between the phase α and ε, as shown in the following equation, the amplitude A W0 of the wafer beat signal S W at that time is measured. Δφ 0 = α−ε (B16) Here, the phase difference to be obtained is the phase difference Δφ 2 between the reticle beat signal S R and the wafer beat signal SW 2 obtained when the laser diode is virtually turned off only on the wafer side. ,
That is, the difference between the phase γ and the phase ε is as follows, and this difference is obtained from the equations (B14) to (B16) as follows:
Matches the formula.

【0058】 Δφ2 =γ−ε =(α−ε+β−ε)/2 +arctan[{(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan{(α−ε−β+ε)/2}] =(Δφ0 +Δφ1)/2 +arctan[{(AW0+AW1)/(AW0−AW1)}tan{(Δφ0-Δφ1)/2}] なお、この式は種々に変形が可能である。Δφ 2 = γ−ε = (α−ε + β−ε) / 2 + arctan [{( AW0 + AW1 ) / ( AW0AW1 )} tan {(α−ε−β + ε) / 2}] = (Δφ 0 + Δφ 1 ) / 2 + arctan [{(A W0 + A W1 ) / (A W0 −A W1 )} tan {(Δφ 0 -Δφ 1 ) / 2}] This equation can be variously modified. It is.

【0059】次に、第2のステップであるウエハ6のア
ライメント及び露光について説明する。図1において、
ウエハ6は不図示のウエハオートローダによってウエハ
ステージ61上に搬送される。不図示のウエハプリアラ
イメント系の計測結果に基づいて、ウエハマーク48
A,49AのピッチPW の±1/4以下の精度でウエハ
6の図4に示すショット領域47が投影光学系5の下の
露光位置に位置決めされる。位置決めされた後、アライ
メント送光系1aよりアライメント照明光がレチクルマ
ーク35A及びウエハマーク48Aに照射され、レチク
ル4とウエハ6のショット領域47との最終アライメン
ト(ファインアライメント)が行われる。
Next, the alignment and exposure of the wafer 6, which is the second step, will be described. In FIG.
The wafer 6 is transferred onto the wafer stage 61 by a wafer autoloader (not shown). Based on the measurement result of the wafer pre-alignment system (not shown), the wafer mark 48
The shot area 47 shown in FIG. 4 of the wafer 6 is positioned at the exposure position below the projection optical system 5 with an accuracy of ± 1/4 or less of the pitch PW of A, 49A. After the positioning, the alignment illuminating light is emitted from the alignment light transmitting system 1a to the reticle mark 35A and the wafer mark 48A, and the final alignment (fine alignment) between the reticle 4 and the shot area 47 of the wafer 6 is performed.

【0060】この最終アライメントにおいて、レチクル
ビート信号SR とウエハビート信号SW との位相差が上
記の第1ステップの終わりに計測された位相差Δφ0
なるようにレチクルステージ9又はウエハステージ61
が制御される。レチクル4とウエハ6のショット領域4
7との相対位置が合わされたことがアライメント信号処
理系70を通して中央制御系64に伝わると、露光照明
系67より露光光が照射されレチクル4上のパターン像
がそのショット領域47内に転写される。このようにし
て、順次ウエハ6上の各ショット領域が露光され、ウエ
ハ6のすべてのショット領域の露光が終了すると、ウエ
ハ6は次のウエハと交換されて再びウエハ6に対して行
われたと同様のアライメント及び露光が行われる。
[0060] In this final alignment, the reticle beat signal S R and the wafer beat signal S W and the reticle stage 9 or the wafer stage so that the phase difference becomes a phase difference [Delta] [phi 0, which is measured at the end of the first step of the above 61
Is controlled. Shot area 4 of reticle 4 and wafer 6
7 is transmitted to the central control system 64 through the alignment signal processing system 70, the exposure light is emitted from the exposure illumination system 67, and the pattern image on the reticle 4 is transferred into the shot area 47. . In this manner, each shot area on the wafer 6 is sequentially exposed, and when the exposure of all the shot areas on the wafer 6 is completed, the wafer 6 is replaced with the next wafer and the same as performed on the wafer 6 again. Is performed and exposure is performed.

【0061】以上のように、本例ではアライメント時に
レチクル4のレチクルマーク35Aは、波長λ1 のアラ
イメント照明光のみで照明されている。基本的にレチク
ルのレチクルマークは通常石英ガラスにクロム(Cr)
膜でパターニングされたものであり、ウエハマークに比
べ極めて理想的なマークが形成されているものと考えら
れ、特に2つの波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光を
用いてアライメントする必要もない。本例の実施の形態
はこの点をうまく利用したもので、レチクルビート信号
R が波長λ1 のアライメント照明光のみによるもので
あるために、図6の直視プリズム25を回転しても常に
安定したレチクルビート信号SR が得られる。
As described above, in this example, the reticle mark 35A of the reticle 4 is illuminated with only the alignment illumination light having the wavelength λ 1 during alignment. Basically, the reticle mark of the reticle is usually chrome (Cr) on quartz glass.
Since it is patterned by a film, it is considered that an extremely ideal mark is formed as compared with a wafer mark, and it is not particularly necessary to perform alignment using alignment illumination light of two wavelengths λ 1 and λ 2 . The embodiment of this example makes good use of this point. Since the reticle beat signal S R is based on only the alignment illumination light having the wavelength λ 1 , it is always stable even when the direct-view prism 25 of FIG. 6 is rotated. the reticle beat signal S R that is obtained.

【0062】なお、上述の実施の形態では、第1のレー
ザ光源11としてレーザダイオード、第2のレーザ光源
12としてHe−Neレーザ光源を使用しているので、
第2のレーザ光源12を消灯する際には、シャッタで光
束を遮るようにしてもよい。また、アライメント用の照
明光として2つの波長λ1 ,λ2 のアライメント照明光
を用いたが、3つ以上の波長のアライメント照明光を用
いてもよい。
In the above embodiment, a laser diode is used as the first laser light source 11 and a He—Ne laser light source is used as the second laser light source 12, so that
When turning off the second laser light source 12, the shutter may block the light beam. Further, although the alignment illumination light of two wavelengths λ 1 and λ 2 is used as the illumination light for alignment, alignment illumination light of three or more wavelengths may be used.

【0063】更に、干渉縞調整用に直視プリズム25を
用いたが、回折格子等のグレーティングを用いても同様
の効果を得ることができる。また、上述の実施の形態
は、TTR方式のヘテロダイン干渉方式のアライメント
装置に本発明を適用したものであるが、本発明はTTL
方式又はオフ・アクシス方式のヘテロダイン干渉方式の
アライメント装置にも適用できる。この場合、レチクル
マークの代わりに参照回折格子が使用される。更に、基
準としては、例えばAOMを駆動するための電気信号を
使用してもよい。
Although the direct-view prism 25 is used for adjusting the interference fringes, the same effect can be obtained by using a grating such as a diffraction grating. In the above-described embodiment, the present invention is applied to the alignment apparatus of the heterodyne interference system of the TTR system.
The present invention can also be applied to an alignment apparatus of a heterodyne interference type or an off-axis type. In this case, a reference diffraction grating is used instead of the reticle mark. Further, as a reference, for example, an electric signal for driving the AOM may be used.

【0064】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明のアライメント装置によれば、第
2の波長の光束の光強度を小さくしたときの参照ビート
信号と被検ビート信号との位相差Δφ1 、及び被検ビー
ト信号の振幅A1 と、第1及び第2の波長の光束の光強
度を共に大きくしたときのその参照ビート信号とその被
検ビート信号との位相差Δφ0 及びその被検ビート信号
の振幅A0 とに基づいて、仮想的にその第1の波長の光
束の光強度を小さくしたときのその参照ビート信号とそ
の被検ビート信号との位相差Δφ2 を算出し、この位相
差Δφ2 と位相差Δφ1 とが等しくなるように相対位置
調整手段を駆動している。従って、感光基板の位置を異
なる2つの波長のアライメント光束で同時に計測する際
に、2つのアライメント光の縞ずれ量を高精度にほぼ0
に調整できる利点がある。また、参照格子(マスク上の
マーク)は1色で検出しているため、縞ずれ量を調整し
てもその参照格子から得られる信号は影響を受けない。
According to the alignment apparatus of the present invention, the phase difference Δφ 1 between the reference beat signal and the test beat signal when the light intensity of the light beam of the second wavelength is reduced, and the amplitude of the test beat signal A 1 , the phase difference Δφ 0 between the reference beat signal and the test beat signal when the light intensities of the light beams of the first and second wavelengths are both increased, and the amplitude A 0 of the test beat signal. Based on the calculated phase difference Δφ 2 between the reference beat signal and the test beat signal when the light intensity of the light beam of the first wavelength is reduced virtually, the phase difference Δφ 2 and the phase difference Δφ The relative position adjusting means is driven so that 1 becomes equal to 1 . Therefore, when simultaneously measuring the position of the photosensitive substrate with the alignment light beams having two different wavelengths, the amount of fringe shift between the two alignment lights can be accurately reduced to almost zero.
There is an advantage that can be adjusted. Since the reference grid (mark on the mask) is detected in one color, the signal obtained from the reference grid is not affected even if the amount of fringe deviation is adjusted.

【0066】また、演算手段が、(1)式の演算式によ
って位相差Δφ2 を求める場合には、1回の計測で高精
度に縞ずれ量が求められ、縞ずれ調整を短時間に行うこ
とができる。また、参照格子としてそのマスク上の回折
格子状マークを使用し、2つの光照射手段はそれぞれマ
スクを介して感光基板上の回折格子状マークに光束を照
射する場合には、TTR方式で高精度に直接マスクと感
光基板との位置ずれ量が検出できるという利点がある。
When the calculating means obtains the phase difference Δφ 2 by the calculation formula (1), the fringe displacement amount is obtained with high accuracy by one measurement, and the fringe displacement adjustment is performed in a short time. be able to. Also, when a diffraction grating mark on the mask is used as a reference grating, and the two light irradiating means respectively irradiate the diffraction grating mark on the photosensitive substrate with a light beam through the mask, a high precision by the TTR method is used. Another advantage is that the amount of displacement between the mask and the photosensitive substrate can be directly detected.

【0067】また、第1及び第2の波長が露光用の照明
光の波長と異なる際に、その投影光学系中のマスクに対
するフーリエ変換面、又は該フーリエ変換面の近傍面上
で、それら第1、及び第2の波長の光束が通過する領域
にそれぞれそれら第1、及び第2の波長の光束に対する
その投影光学系の色収差をそれぞれ所定の値に制御する
照射光制御素子を配置する場合には、アライメント光束
に関してそのマスクとその基板とを容易に共役にできる
ため、マスク用及び基板用の検出光学系を共通にして簡
単な光学系でTTR方式でアライメントができるという
利点がある。
Further, when the first and second wavelengths are different from the wavelength of the illumination light for exposure, on the Fourier transform plane for the mask in the projection optical system or on the plane near the Fourier transform plane, the first and second wavelengths are different. When irradiating light control elements for controlling the chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light beams of the first and second wavelengths to respective predetermined values are respectively arranged in regions through which the light beams of the first and second wavelengths pass. Has the advantage that the mask and its substrate can be easily conjugated with respect to the alignment light beam, so that alignment can be performed by the TTR method with a simple optical system using a common detection optical system for the mask and the substrate.

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

【図1】本発明によるアライメント装置の実施の形態を
示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an alignment apparatus according to the present invention.

【図2】(a)は図1のアライメント装置の主にステー
ジ系及びアライメント光学系を示す正面図、(b)は図
2(a)の側面図である。
2A is a front view mainly showing a stage system and an alignment optical system of the alignment apparatus of FIG. 1, and FIG. 2B is a side view of FIG. 2A.

【図3】図2のレチクル4のパターン配置を示す平面図
である。
FIG. 3 is a plan view showing a pattern arrangement of a reticle 4 of FIG. 2;

【図4】図2のウエハ6のショット領域及びウエハマー
クを示す拡大平面図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a shot area and a wafer mark of the wafer 6 of FIG. 2;

【図5】図2の基準マーク部材41上のマーク配置を示
す拡大平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a mark arrangement on a reference mark member 41 of FIG. 2;

【図6】(a)は図2のアライメント光学系1の構成を
示す正面図、(b)は図6(a)の側面図、(c)は図
6(a)の底面図である。
6A is a front view showing the configuration of the alignment optical system 1 of FIG. 2, FIG. 6B is a side view of FIG. 6A, and FIG. 6C is a bottom view of FIG. 6A.

【図7】図6のAOM14から空間フィルタ20までの
構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration from an AOM 14 to a spatial filter 20 in FIG.

【図8】図2中の色収差制御板10上の色収差制御素子
の配置を示す平面図である。
8 is a plan view showing an arrangement of a chromatic aberration control element on a chromatic aberration control plate 10 in FIG.

【図9】図3のレチクルマーク35A及びレチクル窓3
7Aを示す拡大平面図である。
9 is a reticle mark 35A and reticle window 3 of FIG.
It is an enlarged plan view which shows 7A.

【図10】図4のウエハマーク48Aを示す拡大平面図
である。
FIG. 10 is an enlarged plan view showing a wafer mark 48A of FIG.

【図11】本発明によるアライメント装置の実施の形態
のヘテロダイン干渉方式のアライメント系で得られる2
つのビート信号の第1の波長のアライメント光束のみで
照明したときの位相関係を示す波形図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention, which is obtained by an alignment system using a heterodyne interference method.
FIG. 6 is a waveform diagram showing a phase relationship when only one beat signal is illuminated with an alignment light beam having a first wavelength.

【図12】本発明によるアライメント装置の実施の形態
のヘテロダイン干渉方式のアライメント系で得られる2
つのビート信号の第1、及び第2の波長のアライメント
光束で照明したときの位相関係を示す波形図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a waveform diagram showing a phase relationship when one beat signal is illuminated with alignment light beams having first and second wavelengths.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アライメント光学系 2 対物レンズ 3 ダイクロイックミラー 4 レチクル 5 投影光学系 6 ウエハ 7 ウエハホルダ 8X Xステージ 8Y Yステージ 9 レチクルステージ 10 色収差制御板 11,12 レーザ光源 14,18 音響光学変調素子(AOM) 22 視野絞り 23 レチクル・ウエハビーム分離プリズム 25 直視プリズム 26 ビームスプリッタ 29 色フィルタ 30,31 光電検出素子 34A,34B レチクルアライメントマーク 35A,35B,36A,36B レチクルマーク 39,40 レチクルアライメント顕微鏡 48A,48B,49A,49B ウエハマーク 41 基準マーク部材 44A,44B 基準マーク 45A,45B,46A,46B 基準回折格子マーク 64 中央制御系 64a 演算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Alignment optical system 2 Objective lens 3 Dichroic mirror 4 Reticle 5 Projection optical system 6 Wafer 7 Wafer holder 8X X stage 8Y Y stage 9 Reticle stage 10 Chromatic aberration control plate 11,12 Laser light source 14,18 Acoustic optical modulator (AOM) 22 Field of view Aperture 23 Reticle / wafer beam separation prism 25 Direct-view prism 26 Beam splitter 29 Color filter 30, 31 Photodetector 34A, 34B Reticle alignment mark 35A, 35B, 36A, 36B Reticle mark 39, 40 Reticle alignment microscope 48A, 48B, 49A, 49B Wafer mark 41 Reference mark member 44A, 44B Reference mark 45A, 45B, 46A, 46B Reference diffraction grating mark 64 Central control system 64a Operation unit

───────────────────────────────────────────────────── 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 516B 525M ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location H01L 21/30 516B 525M

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光用の照明光のもとでマスク上に形成
されたパターンを投影光学系を介して感光基板上に投影
する露光装置に設けられ、前記感光基板上に形成された
回折格子状マークに基づいて前記感光基板の位置合わせ
を行うアライメント装置において、 第1の波長で所定の周波数差を有する2光束を所定の参
照格子に照射すると共に、前記投影光学系を介して前記
回折格子状マークに照射する第1の光照射手段と、 前記第1の波長と異なる第2の波長で前記所定の周波数
差と同じ周波数差を有する2光束を、前記投影光学系を
介して前記回折格子状マークに照射する第2の光照射手
段と、 前記参照格子での回折によって発生する1組以上のヘテ
ロダインビームを光電変換して参照ビート信号を発生す
る第1の光電検出手段と、 前記回折格子状マークでの回折によって発生する1組以
上のヘテロダインビームを光電変換して被検ビート信号
を発生する第2の光電検出手段と、 前記参照ビート信号と前記被検ビート信号との位相差に
基づいて前記参照格子と前記回折格子状マークとの相対
的な位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、 前記感光基板上の回折格子状マーク上での前記第1の波
長の2光束の照射位置と前記第2の波長の2光束の照射
位置との計測方向に対する相対位置を調整する相対位置
調整手段と、 前記第2の波長の光束の光強度を小さくしたときの前記
参照ビート信号と前記被検ビート信号との位相差Δφ1
及び前記被検ビート信号の振幅A1 と、前記第1及び第
2の波長の光束の光強度を共に大きくしたときの前記参
照ビート信号と前記被検ビート信号との位相差Δφ0
び前記被検ビート信号の振幅A0 とに基づいて、仮想的
に前記第1の波長の光束の光強度を小さくしたときの前
記参照ビート信号と前記被検ビート信号との位相差Δφ
2 を算出する演算手段と、 該演算手段によって算出された位相差Δφ2 と前記位相
差Δφ1 とが等しくなるように前記相対位置調整手段を
駆動する制御手段と、を有することを特徴とするアライ
メント装置。
1. A diffraction grating provided on an exposure apparatus for projecting a pattern formed on a mask under an illumination light for exposure onto a photosensitive substrate via a projection optical system, and formed on the photosensitive substrate. An alignment device for performing positioning of the photosensitive substrate based on a shape mark, irradiating a predetermined reference grating with two light beams having a predetermined frequency difference at a first wavelength, and the diffraction grating via the projection optical system. A first light irradiating means for irradiating the shape mark, and a diffraction grating through the projection optical system, the two light fluxes having the same frequency difference as the predetermined frequency difference at a second wavelength different from the first wavelength. Second light irradiating means for irradiating the mark, first photoelectric detecting means for photoelectrically converting one or more sets of heterodyne beams generated by diffraction on the reference grating to generate a reference beat signal, Second photoelectric detection means for photoelectrically converting at least one set of heterodyne beams generated by diffraction at the lattice mark to generate a test beat signal; and a phase difference between the reference beat signal and the test beat signal. A position shift amount detection unit for detecting a relative position shift amount between the reference grating and the diffraction grating mark based on the first and second wavelengths of the first wavelength on the diffraction grating mark on the photosensitive substrate. Relative position adjusting means for adjusting the relative position of the irradiation position and the irradiation position of the two light beams of the second wavelength with respect to the measurement direction; and the reference beat signal when the light intensity of the light beam of the second wavelength is reduced. Phase difference Δφ 1 from the test beat signal
And the phase difference Δφ 0 between the reference beat signal and the test beat signal when both the amplitude A 1 of the test beat signal and the light intensity of the light beams of the first and second wavelengths are increased, and The phase difference Δφ between the reference beat signal and the test beat signal when the light intensity of the light beam of the first wavelength is virtually reduced based on the amplitude A 0 of the detection beat signal.
2 , and control means for driving the relative position adjusting means such that the phase difference Δφ 2 calculated by the calculating means is equal to the phase difference Δφ 1. Alignment device.
【請求項2】 請求項1記載のアライメント装置であっ
て、 前記演算手段は次の演算によって前記位相差Δφ2 を求
めることを特徴とするアライメント装置。 Δφ2 =(Δφ0 +Δφ1)/2+arctan[{(A0 +A1)
/(A0 −A1)}tan{(Δφ0 −Δφ1)/2}]
2. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said calculation means obtains said phase difference Δφ 2 by the following calculation. Δφ 2 = (Δφ 0 + Δφ 1 ) / 2 + arctan [{(A 0 + A 1 )
/ (A 0 −A 1 ) {tan {(Δφ 0 −Δφ 1 ) / 2}]
【請求項3】 請求項1又は2記載のアライメント装置
であって、 前記参照格子は前記マスク上に形成された回折格子状マ
ークであり、 前記第1及び第2の光照射手段はそれぞれ前記マスクを
介して前記感光基板上の回折格子状マークに対して前記
第1の波長の2光束及び前記第2の波長の2光束を照射
することを特徴とするアライメント装置。
3. The alignment apparatus according to claim 1, wherein said reference grating is a diffraction grating mark formed on said mask, and said first and second light irradiation means are each said mask. And irradiating the diffraction grating mark on the photosensitive substrate with two light beams of the first wavelength and the two light beams of the second wavelength via the light emitting device.
【請求項4】 請求項1、2、又は3記載のアライメン
ト装置であって、 前記第1及び第2の波長はそれぞれ前記露光用の照明光
の波長と異なり、 前記投影光学系の前記マスクのパターン面に対するフー
リエ変換面の近傍に前記第1及び第2の波長の光束に対
する前記投影光学系の色収差を制御する照射光制御素子
が配置されたことを特徴とするアライメント装置。
4. The alignment apparatus according to claim 1, wherein the first and second wavelengths are different from the wavelength of the illumination light for exposure, respectively, and the first and second wavelengths are different from each other. An alignment apparatus, wherein an irradiation light control element for controlling chromatic aberration of the projection optical system with respect to the light beams of the first and second wavelengths is arranged near a Fourier transform surface with respect to a pattern surface.
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JP (1) JPH1012530A (en)

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