JPH10261576A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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Publication number
JPH10261576A
JPH10261576A JP9067739A JP6773997A JPH10261576A JP H10261576 A JPH10261576 A JP H10261576A JP 9067739 A JP9067739 A JP 9067739A JP 6773997 A JP6773997 A JP 6773997A JP H10261576 A JPH10261576 A JP H10261576A
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JP
Japan
Prior art keywords
alignment
wafer
mark
reticle
image
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9067739A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Umagome
伸貴 馬込
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH10261576A publication Critical patent/JPH10261576A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection aligner with an alignment system having the advantages of a TTR(through the reticle) on-axis system and those of an off-axis system. SOLUTION: A microscope system 55A of an alignment system 56A is arranged between a reticle 1 and a wafer 3 at the outside of a projection optical system PL. Light is applied to a search alignment mark 54A on the wafer 3 via, for example, a visual field diaphragm 37, a half prism 17, and an objective lens 18 due to a non-photosensitive illumination beam AL1. Reflection light from the mark forms the image of an alignment mark 53A and the search alignment mark 54A on an image pick-up element 29 via, for example, objective lenses 18 and 22, the reticle 1, a relay lens 23, and a mirror 24, thus detecting the amount of position deviation of both marks by processing the image signal of the image pick-up element 29.

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、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、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
マスクパターンを感光基板上に転写するために使用され
る投影露光装置に関し、更に詳しくはマスクと感光基板
との位置合わせ(アライメント)を行う機能を備えた投
影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate in a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, an imaging device (such as a CCD), a liquid crystal display device, or a thin film magnetic head. More specifically, the present invention relates to a projection exposure apparatus having a function of performing alignment between a mask and a photosensitive substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より半導体素子等を製造する際に、
マスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)のパタ
ーンを投影光学系を介して感光基板としてのウエハ(又
はガラスプレート等)上に転写するためのステッパー等
の投影露光装置が使用されている。これらの投影露光装
置では、ウエハ上の各ショット領域に既に形成されてい
る回路パターン上にレチクルのパターンを正確に重ね合
わせて転写するため、レチクルとウエハの各ショット領
域との位置合わせを行うためのアライメント装置が備え
られている。このアライメント装置は、レチクル上のア
ライメントマーク(レチクルマーク)とウエハ上のアラ
イメントマーク(ウエハマーク)との位置ずれ量を検出
するためのアライメント系と、レチクルとウエハとの位
置決めを行うためのステージ系とから構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when manufacturing semiconductor devices and the like,
A projection exposure apparatus such as a stepper for transferring a pattern of a reticle (or a photomask or the like) as a mask onto a wafer (or a glass plate or the like) as a photosensitive substrate via a projection optical system is used. In these projection exposure apparatuses, in order to transfer a reticle pattern accurately on a circuit pattern already formed in each shot area on a wafer and to transfer the reticle pattern, the reticle and each shot area on the wafer are aligned. Is provided. This alignment apparatus includes an alignment system for detecting an amount of displacement between an alignment mark (reticle mark) on a reticle and an alignment mark (wafer mark) on a wafer, and a stage system for positioning the reticle and the wafer. It is composed of

【0003】従来のアライメント系としては、種々の方
式が提案され、実用化されてきた。その内のTTR(ス
ルー・ザ・レチクル)・オン・アクシス方式は、レチク
ルマークを観察するのと同時に、レチクル及び投影光学
系を介してウエハ上のウエハマークを観察する方式であ
る。この方式は直接レチクルマークとウエハマークとの
位置ずれ量を検出する方式であるため、極めて高精度に
両マークの位置ずれ量を検出できる。なお、TTR・オ
ン・アクシス方式は、通常は単にTTR方式と呼ばれて
いる。
As a conventional alignment system, various systems have been proposed and put into practical use. The TTR (through the reticle) on-axis method is a method of observing a reticle mark and simultaneously observing a wafer mark on a wafer via a reticle and a projection optical system. Since this method is a method for directly detecting the amount of displacement between the reticle mark and the wafer mark, the amount of displacement between both marks can be detected with extremely high accuracy. Note that the TTR-on-axis method is usually simply called the TTR method.

【0004】次に、TTL(スルー・ザ・レンズ)方式
のアライメント系も実用化されている。この方式はレチ
クルは照明しないが、アライメント光を投影光学系を介
してウエハ上に照射することによって、ウエハマークの
位置を測定するものである。このTTL方式では、露光
光の照射エネルギーや大気圧の変化等によって投影光学
系の結像特性が変化して、レチクル像の結像位置がずれ
ても、アライメント光も同時にずれるため、その環境変
化等の影響を受け難いと言われている。更に、レチクル
像の中心(露光中心)とアライメント系の検出中心との
間隔(ベースライン量)が小さく、ベースライン量の変
動が小さい等の利点もある。
Next, an alignment system of a TTL (through-the-lens) system has been put to practical use. In this method, the reticle is not illuminated, but the position of the wafer mark is measured by irradiating the alignment light onto the wafer via the projection optical system. In this TTL system, even if the imaging characteristic of the projection optical system changes due to a change in the irradiation energy of the exposure light, a change in the atmospheric pressure, and the like, and the imaging position of the reticle image shifts, the alignment light also shifts. It is said that it is hard to be affected by such factors. Further, there are advantages that the distance (baseline amount) between the center of the reticle image (exposure center) and the detection center of the alignment system is small, and the fluctuation of the baseline amount is small.

【0005】更に別の方式として、投影光学系の外側に
配置されたアライメント顕微鏡を介してウエハマークを
観察するオフ・アクシス方式もある。この方式では、投
影光学系には全く関係なくアライメント光の波長を選択
できるため、例えば各種プロセスやウエハ上のフォトレ
ジストに殆ど影響されないような広帯域の波長のアライ
メント光を使用できる。更に、最近はウエハの平坦化プ
ロセスの導入によって段差の小さいウエハマークを検出
する必要性が高まっており、そのためには位相差顕微鏡
や微分干渉顕微鏡等が好適である。これに関して、オフ
・アクシス方式であれば、アライメント顕微鏡として、
位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等を含むどのような顕微
鏡でも使用できる利点もある。
As another method, there is an off-axis method in which a wafer mark is observed through an alignment microscope arranged outside a projection optical system. In this method, since the wavelength of the alignment light can be selected irrespective of the projection optical system, it is possible to use, for example, an alignment light having a wide wavelength which is hardly influenced by various processes or a photoresist on a wafer. Further, recently, the need to detect a wafer mark having a small step has been increasing due to the introduction of a wafer flattening process. For this purpose, a phase contrast microscope, a differential interference microscope, or the like is suitable. In this regard, if the off-axis method is used, as an alignment microscope,
There is also an advantage that any microscope including a phase contrast microscope and a differential interference microscope can be used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のアラ
イメント系の内、TTR・オン・アクシス方式はレチク
ルマークとウエハマークとの位置ずれ量を直接高精度に
検出できる。しかしながら、投影光学系は露光波長を中
心とする極く限られた範囲でのみ色収差が補正されてい
るため、露光光と同じ波長域のアライメント光を使用し
ない限り、色収差の発生は避けられず、何らかの光学系
を用いてその色収差を補正するものとするとアライメン
ト系が複雑化する不都合がある。一方、露光光と同じ波
長域のアライメント光を使用する場合には、フォトレジ
ストの薄膜干渉等の影響を受け易いと共に、フォトレジ
ストを感光させないように光量を弱くするか、又は観察
時間を短くする必要がある。
Among the conventional alignment systems as described above, the TTR-on-axis method can directly and accurately detect the amount of displacement between a reticle mark and a wafer mark. However, since the chromatic aberration of the projection optical system is corrected only in a very limited range centering on the exposure wavelength, the occurrence of chromatic aberration is inevitable unless an alignment light in the same wavelength range as the exposure light is used. If the chromatic aberration is corrected using any optical system, there is a disadvantage that the alignment system becomes complicated. On the other hand, when using alignment light in the same wavelength range as the exposure light, the light is easily affected by thin film interference of the photoresist, and the amount of light is reduced so as not to expose the photoresist, or the observation time is shortened. There is a need.

【0007】また、TTL方式のアライメント系は、T
TR方式よりは制約が少ないが、TTL方式も投影光学
系を使用している点では同じであるため、色収差補正用
の光学部材を使用しない場合には限られた範囲の波長域
のアライメント光しか使用できないという不都合があ
る。また、そのような光学部材を使用することなく、そ
の範囲を超える波長のアライメント光を使用した場合に
は、アライメント誤差が発生する恐れがある。
Further, the alignment system of the TTL system
Although there are fewer restrictions than the TR method, the TTL method is the same in that the projection optical system is used. Therefore, when the chromatic aberration correcting optical member is not used, only the alignment light in a limited wavelength range is used. There is a disadvantage that it cannot be used. Further, when an alignment light having a wavelength exceeding the range is used without using such an optical member, an alignment error may occur.

【0008】これに対して、オフ・アクシス方式では、
投影光学系には全く関係なくアライメント光の波長を選
択できると共に、位相差顕微鏡等も使用できる。しかし
ながら、従来のオフ・アクシス方式ではレチクルマーク
を観察することなくウエハマークのみを観察していると
共に、露光中心と検出中心との間隔(ベースライン量)
が最も長いため、レチクルの位置ずれ等がそのままアラ
イメント誤差になる不都合があった。
On the other hand, in the off-axis method,
The wavelength of the alignment light can be selected irrespective of the projection optical system, and a phase contrast microscope or the like can be used. However, in the conventional off-axis method, only the wafer mark is observed without observing the reticle mark, and the distance between the center of exposure and the center of detection (baseline amount).
Is the longest, there is a disadvantage that a reticle position shift or the like directly causes an alignment error.

【0009】本発明は斯かる点に鑑み、従来の高精度に
レチクルとウエハとの位置ずれ量を直接検出できるTT
R・オン・アクシス方式の利点と、アライメント光に対
する波長選択の自由度が高いオフ・アクシス方式の利点
との両方を活かすことができるアライメント系を備えた
投影露光装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a conventional TT capable of directly detecting the amount of displacement between a reticle and a wafer with high accuracy.
It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus having an alignment system that can take advantage of both the advantages of the R-on-axis system and the advantages of the off-axis system having a high degree of freedom in wavelength selection for alignment light. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、所定の露光光でマスク(1)を照明し、その露光
光のもとでマスク(1)に形成されたパターンの像を投
影光学系(PL)を介して感光基板(3)上に転写する
投影露光装置において、投影光学系(PL)を介するこ
となく、且つその露光光とは異なる波長の照明光を用い
てマスク(1)に形成された位置合わせ用マーク(53
A)及び感光基板(3)に形成された位置合わせ用マー
ク(54A)の位置を同時に検出するアライメント系
(52A;56A)を有するものである。
A projection exposure apparatus according to the present invention illuminates a mask (1) with predetermined exposure light and projects an image of a pattern formed on the mask (1) under the exposure light. In a projection exposure apparatus for transferring onto a photosensitive substrate (3) via an optical system (PL), a mask (1) is used without using the projection optical system (PL) and using illumination light having a wavelength different from that of the exposure light. ) Formed on the alignment mark (53).
A) and an alignment system (52A; 56A) for simultaneously detecting the positions of the alignment marks (54A) formed on the photosensitive substrate (3).

【0011】斯かる本発明によれば、投影光学系(P
L)とは独立した外付けの顕微鏡等よりなるアライメン
ト系によって、マスク上の位置合わせ用マーク(53
A)及び感光基板上の位置合わせ用マーク(54A)の
位置がほぼ同軸で直接検出され、この検出結果よりマス
クと感光基板との位置ずれ量が高精度に求められる。更
に、そのアライメント系中の観察光学系は投影光学系
(PL)とは独立な光学系であり、必ずしも露光光に対
して収差補正を行う必要がないため、アライメント光に
対する波長選択の自由度が高く、例えば非感光性で感光
材料における薄膜干渉の影響が少ない広帯域の光束も使
用できると共に、例えば感光基板上の低段差の位置合わ
せ用マークに対応すべく、微分干渉機能や位相差増幅機
能等を容易に持たせることができる。また、マスク上の
位置合わせ用マーク(53A)の位置に基づいて、マス
ク(1)のみのアライメントも行うことができる。
According to the present invention, the projection optical system (P
L), the alignment mark (53) on the mask is provided by an alignment system including an external microscope and the like.
A) and the position of the alignment mark (54A) on the photosensitive substrate are directly detected substantially coaxially, and the positional deviation between the mask and the photosensitive substrate can be obtained with high accuracy from the detection result. Further, the observation optical system in the alignment system is an optical system independent of the projection optical system (PL), and it is not always necessary to correct aberration for the exposure light. High, for example, a non-photosensitive broadband luminous flux that is less affected by thin film interference on the photosensitive material can be used. In addition, for example, a differential interference function or a phase difference amplification function can be used to support low-level alignment marks on a photosensitive substrate. Can be easily held. In addition, alignment of only the mask (1) can be performed based on the position of the alignment mark (53A) on the mask.

【0012】更に、そのアライメント系を複数個備え、
この複数個のアライメント系で例えばマスク上の複数個
の位置合わせ用マーク(53A,53B)と対応する感
光基板上の位置合わせ用マーク(54A,54B)との
位置ずれ量を計測するようにしてもよい。これによっ
て、マスクに対する感光基板の回転角のずれや伸縮等を
含む位置ずれ量が求められるため、例えばそれ程高い重
ね合わせ精度が要求されないラフなレイヤであれば、そ
の位置ずれ量を補正して位置決め(例えばグローバル・
アライメント)を行うだけで必要な重ね合わせ精度が得
られる。
Further, a plurality of the alignment systems are provided,
For example, the plurality of alignment systems measure the amount of misalignment between the plurality of alignment marks (53A, 53B) on the mask and the corresponding alignment marks (54A, 54B) on the photosensitive substrate. Is also good. As a result, the amount of positional deviation including the deviation of the rotation angle and the expansion and contraction of the photosensitive substrate with respect to the mask is obtained. For example, if the layer is a rough layer that does not require such a high overlay accuracy, the amount of positional deviation is corrected and the positioning is performed. (Eg global
The required overlay accuracy can be obtained simply by performing (alignment).

【0013】また、そのアライメント系の検出中心から
そのマスクのパターン像の中心までの間隔(ベースライ
ン量)を記憶する記憶装置(41)と、そのアライメン
ト系の検出結果及びその記憶装置に記憶されている間隔
に基づいてそのマスクとその感光基板との位置合わせを
行う位置合わせ装置(2A,2B,4Z,4XY)と、
を備えることが望ましい。この場合、感光基板上の所定
のショット領域に付設された位置合わせ用マークの位置
をそのアライメント系で検出し、検出結果をそのベース
ライン量で補正することによって、所謂ファインアライ
メントを行うことができる。
Further, a storage device (41) for storing an interval (baseline amount) from the detection center of the alignment system to the center of the pattern image of the mask, and the detection result of the alignment system and the storage device. An alignment device (2A, 2B, 4Z, 4XY) for performing alignment between the mask and the photosensitive substrate based on the distance between the mask and the photosensitive substrate;
It is desirable to provide. In this case, so-called fine alignment can be performed by detecting the position of an alignment mark provided in a predetermined shot area on the photosensitive substrate with the alignment system and correcting the detection result with the baseline amount. .

【0014】また、そのアライメント系の他に、投影光
学系(PL)を介して、且つその露光光と同じ波長域の
照明光を用いてマスク(1)に形成された位置合わせ用
マーク(57A)と感光基板(3)に形成された位置合
わせ用マーク(58A)との位置ずれ量を検出する露光
波長アライメント系(24〜36)を備えるようにして
もよい。その露光波長アライメント系は、通常のTTR
・オン・アクシス方式のアライメント系であり、例えば
この露光波長アライメント系で1対のマークの位置ずれ
量を検出した後、本発明のアライメント系を介して1対
のマークの位置ずれ量を検出することで、このアライメ
ント系のベースライン量のキャリブレーション等を行う
ことができる。
In addition to the alignment system, an alignment mark (57A) formed on the mask (1) via a projection optical system (PL) and using illumination light in the same wavelength range as the exposure light. ) And an exposure wavelength alignment system (24 to 36) for detecting the amount of displacement between the alignment mark (58A) formed on the photosensitive substrate (3). The exposure wavelength alignment system uses a normal TTR
An alignment system of an on-axis system, for example, after detecting the positional shift amount of a pair of marks by the exposure wavelength alignment system, detecting the positional shift amount of the pair of marks via the alignment system of the present invention; Thus, calibration of the baseline amount of the alignment system can be performed.

【0015】また、投影光学系(PL)を介することな
く、且つそのアライメント系の一部を介して所定の位置
合わせ用マークの像を感光基板(3)上に露光する露光
系(13A;33A,37A)を更に備えることが望ま
しい。この露光系によって、感光基板上に本発明のアラ
イメント系用の位置合わせ用マークを正確な位置関係で
露光できる。
An exposure system (13A; 33A) for exposing an image of a predetermined alignment mark onto the photosensitive substrate (3) without passing through the projection optical system (PL) and through a part of the alignment system. , 37A). With this exposure system, the alignment marks for the alignment system of the present invention can be exposed on the photosensitive substrate in an accurate positional relationship.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
の第1の実施の形態につき図1〜図4を参照して説明す
る。図1は、本例のステッパー型の投影露光装置の概略
構成を示し、この図1において、露光時には露光光源、
フライアイレンズ、及びレチクルブラインド(可変視野
絞り)等を含む不図示の照明光学系から射出された露光
光ILがレチクル1のパターン領域を照明する。露光光
ILのもとで、レチクル1に形成されたパターンの像
が、レンズ群PLa及びPLbよりなる投影光学系PL
を介して所定の投影倍率β(βは例えば1/4,1/5
等)でウエハ3上に投影される。ウエハ3の表面にはフ
ォトレジストが塗布されている。露光光ILとしては、
水銀ランプのi線等の輝線の他、KrFエキシマレーザ
やArFエキシマレーザ等のエキシマレーザ光等が使用
でき、投影光学系PLは極めて狭い波長域の露光光IL
に対して諸収差が高精度に補正されている。以下、投影
光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直
な平面内で図1の紙面に平行にX軸を、図1の紙面に垂
直にY軸を取って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a stepper type projection exposure apparatus of this example. In FIG.
Exposure light IL emitted from an unillustrated illumination optical system including a fly-eye lens and a reticle blind (variable field stop) illuminates the pattern area of the reticle 1. Under the exposure light IL, an image of a pattern formed on the reticle 1 is projected onto a projection optical system PL including lens groups PLa and PLb.
Through a predetermined projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5
Etc.) onto the wafer 3. A photoresist is applied to the surface of the wafer 3. As the exposure light IL,
In addition to an emission line such as an i-line of a mercury lamp, an excimer laser beam such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser can be used, and the projection optical system PL uses an exposure light IL having an extremely narrow wavelength range.
Are corrected with high accuracy. In the following, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG. I do.

【0017】先ず、レチクル1はレチクルステージ2A
上に吸着保持され、レチクルステージ2Aはレチクルベ
ース2B上にX方向、Y方向、回転方向に微動自在に載
置されている。レチクルステージ2Aの位置は移動鏡6
m及びレーザ干渉計6により計測され、その計測結果が
装置全体の動作を統轄制御する主制御系41に供給さ
れ、主制御系41はレチクルステージ駆動系7を介して
レチクルステージ2Aの位置決めを行う。
First, the reticle 1 is a reticle stage 2A.
The reticle stage 2A is mounted on the reticle base 2B so as to be finely movable in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. The position of the reticle stage 2A is the movable mirror 6.
m and the laser interferometer 6, and the measurement result is supplied to a main control system 41 that supervises and controls the operation of the entire apparatus, and the main control system 41 positions the reticle stage 2 A via the reticle stage drive system 7. .

【0018】一方、ウエハ3は不図示のウエハホルダを
介してZチルトステージ4Z上に保持されている。Zチ
ルトステージ4Zは内部の駆動系を介して高さ方向(Z
方向)への移動、傾斜角補正、及び所定範囲での回転が
可能に構成され、Zチルトステージ4Zは、X方向及び
Y方向に移動自在なXYステージ4XY上に載置されて
いる。Zチルトステージ4Z(ウエハ3)の位置は移動
鏡8m及びレーザ干渉計8により計測され、この計測値
が主制御系41に供給され、主制御系41はその計測値
に基づいてウエハステージ駆動系9を介してXYステー
ジ4XYの位置決め動作を制御する。以上のZチルトス
テージ4Z、及びXYステージ4XY等からウエハステ
ージが構成されている。
On the other hand, the wafer 3 is held on a Z tilt stage 4Z via a wafer holder (not shown). The Z tilt stage 4Z is moved in the height direction (Z
), Tilt angle correction, and rotation within a predetermined range, and the Z tilt stage 4Z is mounted on an XY stage 4XY that is movable in the X and Y directions. The position of the Z tilt stage 4Z (wafer 3) is measured by the movable mirror 8m and the laser interferometer 8, and the measured value is supplied to the main control system 41. 9 to control the positioning operation of the XY stage 4XY. A wafer stage is composed of the Z tilt stage 4Z, the XY stage 4XY, and the like.

【0019】更に不図示であるが、投影光学系PLの側
面にはウエハ3のZ方向の位置(フォーカス位置)を検
出するための送光光学系、及び受光光学系からなる斜入
射方式の焦点位置検出系が備えられている。この焦点位
置検出系によるフォーカス位置の情報が主制御系41に
供給され、主制御系41はその情報に基づいてオートフ
ォーカス方式でZチルトステージ4Z(ウエハ3)の高
さを制御する。そして、露光時には、ウエハ3上の1つ
のショット領域への露光が終わった後、XYステージ4
XYのステッピングにより次のショット領域を投影光学
系PLの露光フィールドに移動して露光を繰り返すとい
うステップ・アンド・リピート方式によって、レチクル
1のパターン像がウエハ3上の各ショット領域に転写さ
れる。
Although not shown, the oblique incidence type focal point including a light transmitting optical system for detecting the position (focus position) of the wafer 3 in the Z direction (focus position) and a light receiving optical system is provided on a side surface of the projection optical system PL. A position detection system is provided. Information on the focus position obtained by the focus position detection system is supplied to the main control system 41, and the main control system 41 controls the height of the Z tilt stage 4Z (wafer 3) by an autofocus method based on the information. At the time of exposure, after exposing one shot area on the wafer 3, the XY stage 4
The pattern image of the reticle 1 is transferred to each shot area on the wafer 3 by a step-and-repeat method in which the next shot area is moved to the exposure field of the projection optical system PL by XY stepping and exposure is repeated.

【0020】次に、本例のアライメント系につき詳細に
説明する。先ず、Zチルトステージ4Z上には後述のア
ライメント系のベースライン量の計測等を行うための複
数の基準マークFMが形成された基準マーク部材5が固
定されている。基準マーク部材5は、石英ガラスのよう
な低膨張ガラスの表面のクロム膜上に基準マークを形成
したものである。そして、レチクル1のパターン面の周
囲に、レチクル1とウエハ3との位置合わせを行うため
の4個のアライメントマーク(図1ではその内の2つの
アライメントマーク53A,53Bを示す)が形成され
ている。更に、ウエハ3上にもそれらのマークと同じ配
置で4個のサーチアライメントマーク54A〜54D
(図4参照)が形成されている。
Next, the alignment system of this embodiment will be described in detail. First, on the Z tilt stage 4Z, a reference mark member 5 on which a plurality of reference marks FM for measuring a baseline amount of an alignment system to be described later is fixed. The reference mark member 5 has a reference mark formed on a chromium film on the surface of low expansion glass such as quartz glass. Then, around the pattern surface of the reticle 1, four alignment marks (two alignment marks 53A and 53B are shown in FIG. 1) for aligning the reticle 1 with the wafer 3 are formed. I have. Further, the four search alignment marks 54A to 54D are arranged on the wafer 3 in the same arrangement as those marks.
(See FIG. 4).

【0021】図4は、ウエハ3上に形成されたサーチア
ライメントマーク54A〜54Dの配置の一例を示し、
この図4において、X軸及びY軸に平行で且つ投影光学
系PLの光軸AXを原点とする座標をそれぞれx軸及び
y軸とする。このとき、ウエハ3の中心が光軸AXにほ
ぼ合致している状態で、ウエハ3上のほぼx軸上で原点
に関して対称な位置に1対のサーチアライメントマーク
54A,54Bが形成され、それらを90°回転したほ
ぼy軸上の位置にサーチアライメントマーク54C,5
4Dが形成されている。サーチアライメントマーク54
A〜54Dはそれぞれ例えば十字マークよりなる2次元
マークである。サーチアライメントマーク54A〜54
D、及び対応するレチクル1上のアライメントマークに
基づいて大まかな位置合わせ(サーチアライメント)が
行われる。また、ウエハ3上の各ショット領域SAには
より高精度な位置合わせ(ファイン・アライメント)を
行うためのX軸のウエハマークWMX、及びY軸のウエ
ハマークWMYも形成されている。
FIG. 4 shows an example of the arrangement of search alignment marks 54A to 54D formed on the wafer 3.
In FIG. 4, coordinates which are parallel to the X axis and the Y axis and have the origin at the optical axis AX of the projection optical system PL are defined as an x axis and a y axis, respectively. At this time, a pair of search alignment marks 54A and 54B are formed at positions substantially symmetric about the origin on the wafer 3 with the center of the wafer 3 substantially coinciding with the optical axis AX. The search alignment marks 54C, 5 are located at positions substantially on the y-axis rotated by 90 °.
4D is formed. Search alignment mark 54
Each of A to 54D is a two-dimensional mark formed of, for example, a cross mark. Search alignment marks 54A-54
Rough positioning (search alignment) is performed based on D and the corresponding alignment mark on reticle 1. Further, in each shot area SA on the wafer 3, an X-axis wafer mark WMX and a Y-axis wafer mark WMY for performing more precise alignment (fine alignment) are also formed.

【0022】図1に戻り、本例の投影光学系PLの周囲
には4軸のアライメント系が配置されている。図1では
それらの内のアライメント系52A,52Bのみが現れ
ている。本例のアライメント系52A,52B等はいわ
ばTTR(スルー・ザ・レチクル)・オフ・アクシス方
式とも呼べるものであるが、以下では単に「外付けのア
ライメント系」と呼ぶ。この外付けのアライメント系は
最小限の構成では1軸あればよいが、本例では測定効率
を高めるため、及びウエハの伸縮等を同時に計測するた
めに4軸配置している。図1では、レチクル1の中心及
びウエハ3の中心がそれぞれ光軸AX付近に位置決めさ
れて、レチクル1のアライメントマーク53A,53B
等と対応するウエハ3上のサーチアライメントマーク5
4A,54B等とがそれぞれほぼ同軸に配置されている
ものとする。この状態で、一方の外付けのアライメント
系52Aは、レチクル1上のアライメントマーク53A
とウエハ3上のサーチアライメントマーク54Aとの間
に配置された顕微鏡51Aと、アライメントマーク53
Aの上方の検出系とから構成され、他方の外付けのアラ
イメント系52Bも、アライメントマーク53Bとサー
チアライメントマーク54Bとの間に配置された顕微鏡
51Bと、アライメントマーク53Bの上方の検出系
(不図示)とから構成されている。他の2軸の外付けの
アライメント系も同じ構成である。
Returning to FIG. 1, a four-axis alignment system is arranged around the projection optical system PL of this embodiment. FIG. 1 shows only those alignment systems 52A and 52B. The alignment systems 52A, 52B, etc. of this example can be called a TTR (through-the-reticle) off-axis system, but are hereinafter simply referred to as "external alignment systems". The external alignment system may have only one axis in the minimum configuration, but in this example, four axes are arranged in order to increase measurement efficiency and simultaneously measure expansion and contraction of the wafer. In FIG. 1, the center of the reticle 1 and the center of the wafer 3 are respectively positioned near the optical axis AX, and the alignment marks 53A and 53B of the reticle 1 are provided.
Search alignment mark 5 on wafer 3 corresponding to
4A, 54B, etc. are arranged substantially coaxially. In this state, one of the external alignment systems 52A is provided with an alignment mark 53A on the reticle 1.
A microscope 51A arranged between the wafer and a search alignment mark 54A on the wafer 3;
A, and the other external alignment system 52B is also provided with a microscope 51B disposed between the alignment mark 53B and the search alignment mark 54B, and a detection system (not shown) above the alignment mark 53B. (Shown). The other two-axis external alignment systems have the same configuration.

【0023】図2は、それらのアライメント系の顕微鏡
の配置を示し、この図2において、原点(光軸AX)に
関して対称なx軸上に顕微鏡51A,51Bが配置さ
れ、これらの顕微鏡を90°回転したy軸上に他の2軸
のアライメント系の顕微鏡51C,51Dが配置されて
いる。図1のウエハステージ側のレーザ干渉計8は、実
際にはほぼx軸に沿った1本のレーザビーム、及びY軸
に沿った2本のレーザビームを対応する移動鏡に照射す
る3軸のレーザ干渉計であるため、図2の顕微鏡51A
〜51Dはほぼレーザ干渉計8からのレーザビームの光
路に沿って配置されていることになる。
FIG. 2 shows the arrangement of the microscopes of these alignment systems. In FIG. 2, the microscopes 51A and 51B are arranged on the x-axis symmetrical with respect to the origin (optical axis AX). Microscopes 51C and 51D of another two-axis alignment system are arranged on the rotated y-axis. The laser interferometer 8 on the wafer stage side in FIG. 1 is actually a three-axis laser beam that irradiates a corresponding laser beam with one laser beam substantially along the x-axis and two laser beams along the Y-axis. Because it is a laser interferometer, the microscope 51A of FIG.
To 51D are arranged substantially along the optical path of the laser beam from the laser interferometer 8.

【0024】但し、それらの外付けのアライメント系、
ひいては顕微鏡51A〜51Dを、図3に示すようにx
軸及びy軸の間に配置するようにしてもよい。図1に戻
り、代表的にアライメント系52Aの構成につき詳細に
説明する。レチクル1のアライメントマーク53Aの上
方の検出系において、光ファイバ32を介してウエハ3
上のフォトレジストに対して非感光性の広帯域の照明光
AL1が導かれている。照明光AL1は、本例の投影露
光装置が設置されたチャンバの外部に配置された不図示
のハロゲンランプ等の白色光源より射出された光束から
選択された照明光である。また、例えばアライメントマ
ーク53Aの像をウエハ3上に露光する際には、その照
明光AL1はフォトレジストを感光させる感光光と切り
換えられるように構成されている。この際の感光度を高
めるためには、露光光ILの一部を分岐してその感光光
として使用してもよい。
However, those external alignment systems,
The microscopes 51A to 51D are then moved to x as shown in FIG.
It may be arranged between the axis and the y axis. Returning to FIG. 1, the configuration of the alignment system 52A will be typically described in detail. In the detection system above the alignment mark 53A of the reticle 1, the wafer 3
Non-photosensitive broadband illumination light AL1 is guided to the upper photoresist. The illumination light AL1 is illumination light selected from a light beam emitted from a white light source such as a halogen lamp (not shown) arranged outside a chamber in which the projection exposure apparatus of the present example is installed. Further, for example, when exposing the image of the alignment mark 53A on the wafer 3, the illumination light AL1 is configured to be switched to the photosensitive light for exposing the photoresist. In order to increase the sensitivity at this time, a part of the exposure light IL may be branched and used as the photosensitive light.

【0025】光ファイバ32から射出された照明光AL
1は、集光レンズ31及びミラー30を介してハーフプ
リズム27に入射し、ハーフプリズム27で反射された
照明光AL1は、ミラー24及び第1リレーレンズ23
を介してレチクル1上のアライメントマーク53Aを照
明する。アライメントマーク53Aで散乱、回折された
照明光は第1リレーレンズ23、ミラー24、ハーフプ
リズム27及び第2リレーレンズ28を経てCCD等か
らなる2次元の撮像素子29上にアライメントマーク5
3Aの像を形成する。一方、アライメントマーク53A
の周囲を通過した照明光AL1は、顕微鏡51Aを構成
する第2対物レンズ22及び第1対物レンズ18を介し
てウエハ3上のサーチアライメントマーク54Aを照明
し、サーチアライメントマーク54Aで散乱、回折され
た照明光AL1は、顕微鏡51Aを経てレチクル1のパ
ターン面にサーチアライメントマーク54Aの像を形成
し、この像が第1リレーレンズ23、ミラー24、ハー
フプリズム27、第2リレーレンズ28を介して撮像素
子29上にリレーされる。リレーレンズ23,28はフ
ォトレジストに対して非感光性の照明光AL1に対して
諸収差が補正されている。
The illumination light AL emitted from the optical fiber 32
1 enters the half prism 27 via the condenser lens 31 and the mirror 30, and the illumination light AL1 reflected by the half prism 27 is reflected by the mirror 24 and the first relay lens 23.
Illuminates the alignment mark 53A on the reticle 1 via the. The illumination light scattered and diffracted by the alignment mark 53A passes through the first relay lens 23, the mirror 24, the half prism 27, and the second relay lens 28, and is transferred onto the two-dimensional imaging device 29 such as a CCD or the like.
An image of 3A is formed. On the other hand, alignment mark 53A
Illumination light AL1 that has passed through the surroundings illuminates the search alignment mark 54A on the wafer 3 via the second objective lens 22 and the first objective lens 18 constituting the microscope 51A, and is scattered and diffracted by the search alignment mark 54A. The illumination light AL1 forms an image of the search alignment mark 54A on the pattern surface of the reticle 1 via the microscope 51A, and this image is transmitted through the first relay lens 23, the mirror 24, the half prism 27, and the second relay lens 28. It is relayed on the image sensor 29. The relay lenses 23 and 28 are corrected for various aberrations with respect to the illumination light AL1 that is not photosensitive to the photoresist.

【0026】この場合、リレーレンズ23及び28をズ
ームレンズとして、倍率可変にしておくことが望まし
い。そして、例えばサーチアライメント時には低倍率に
して、ファインアライメント時には高倍率にすること
で、必要な重ね合わせ精度が得られる。撮像素子29上
にはアライメントマーク53Aの像、及びサーチアライ
メントマーク54Aの像が重ねて形成され、撮像素子2
9からの画像信号がアライメント信号処理系40に供給
され、アライメント信号処理系40ではその画像信号よ
り2つのマーク像の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量
を主制御系41に供給する。また、アライメント信号処
理系40ではそれらのマーク像のコントラスト等より焦
点ずれ量の検出を行うこともできる。
In this case, it is desirable that the magnification of the relay lenses 23 and 28 be variable as a zoom lens. Then, for example, by setting the magnification to be low at the time of the search alignment and by setting the magnification to be high at the time of the fine alignment, necessary overlay accuracy can be obtained. An image of the alignment mark 53A and an image of the search alignment mark 54A are formed on the image sensor 29 so as to overlap with each other.
9 is supplied to the alignment signal processing system 40, the alignment signal processing system 40 determines the amount of positional deviation between the two mark images from the image signal, and supplies the amount of positional deviation to the main control system 41. Further, the alignment signal processing system 40 can also detect the amount of defocus from the contrast or the like of the mark images.

【0027】上述のように顕微鏡51Aに関して、非感
光性の照明光AL1のもとでウエハ3の表面とレチクル
1のパターン面とが共役に設定されている。顕微鏡51
Aの光軸AX1に沿って配置された対物レンズ18,2
2は、フォトレジストに対して感光性の光束から非感光
性の光束までの広帯域で色収差を含む諸収差が補正され
たレンズ系であり、且つ顕微鏡51Aのウエハ3及びレ
チクル1までの作動距離(working distance)は、それ
ぞれ投影光学系PLの作動距離よりも長く設定されてい
る。顕微鏡51Aの観察視野は投影光学系PLの視野に
比べてかなり狭くともよいため、上記の光学特性は容易
に達成できる。そのように作動距離が長いことによっ
て、レチクル1及びウエハ3を移動した場合でもステー
ジの一部やウエハ等が顕微鏡51Aに接触することがな
い。また、顕微鏡51Aのウエハ3からレチクル1への
倍率(ここでは対物レンズ18及び22の焦点距離の比
で決定される)は、投影光学系PLのウエハ3からレチ
クル1への投影倍率(1/β)に等しく設定され、対物
レンズ18,22は合焦用にZ方向に微動できるように
構成されている。これによって、両マークの位置ずれ量
は投影光学系PLを介して検出される位置ずれ量と等し
くなるため、アライメントが容易になる。但し、必ずし
も顕微鏡51Aの倍率を投影光学系PLの投影倍率に等
しく設定する必要はない。同様に、他方の顕微鏡51B
も対物レンズ18,22より構成されている。
As described above, with respect to the microscope 51A, the surface of the wafer 3 and the pattern surface of the reticle 1 are set to be conjugate under the non-photosensitive illumination light AL1. Microscope 51
Objectives 18, 2 arranged along the optical axis AX1 of A
Reference numeral 2 denotes a lens system in which various aberrations including chromatic aberration have been corrected in a wide band from a light flux that is photosensitive to a non-photosensitive light to the photoresist, and a working distance between the wafer 3 and the reticle 1 of the microscope 51A ( The working distance is set longer than the working distance of the projection optical system PL. Since the observation field of view of the microscope 51A may be considerably narrower than the field of view of the projection optical system PL, the above optical characteristics can be easily achieved. Due to such a long working distance, even when the reticle 1 and the wafer 3 are moved, a part of the stage or the wafer does not come into contact with the microscope 51A. The magnification of the microscope 51A from the wafer 3 to the reticle 1 (here, determined by the ratio of the focal lengths of the objective lenses 18 and 22) is the projection magnification of the projection optical system PL from the wafer 3 to the reticle 1 (1/1). β), and the objective lenses 18 and 22 are configured to be finely movable in the Z direction for focusing. Thereby, the positional deviation amount between the two marks becomes equal to the positional deviation amount detected via the projection optical system PL, so that the alignment is facilitated. However, it is not always necessary to set the magnification of the microscope 51A equal to the projection magnification of the projection optical system PL. Similarly, the other microscope 51B
Is also composed of objective lenses 18 and 22.

【0028】次に、本例の外付けのアライメント系52
A等を使用した場合のアライメント動作の一例につき説
明する。先ず、図1のXYステージ4XYを駆動して基
準マーク部材5の基準マークFM内の所定の基準マーク
をアライメント系52Aの顕微鏡51Aの視野内に移動
し、この像を撮像素子29で観察することによって、顕
微鏡51A及びリレーレンズ23,28の倍率を所定の
目標値に設定すると共に、像のコントラスト等から合焦
を行う。次に、例えば基準マークFM内の別の基準マー
クと、対応するレチクル1上のマークの投影光学系PL
を介した像とを合わせた状態で、基準マークFM内の所
定の基準マーク及びレチクル1上のアライメントマーク
53Aを顕微鏡51Aを介して撮像素子29で観察し、
画像信号をアライメント信号処理系40で処理すること
によって、アライメント系52Aの検出中心(この場合
にはアライメントマーク53Aの中心)とレチクル1の
パターン像の中心との間隔であるベースライン量を求
め、このベースライン量を主制御系41内の記憶部に記
憶する。同様に他のアライメント系52B等の倍率調整
やベースライン量の計測も行われる。
Next, the external alignment system 52 of the present embodiment.
An example of the alignment operation when A or the like is used will be described. First, the XY stage 4XY of FIG. 1 is driven to move a predetermined reference mark in the reference mark FM of the reference mark member 5 into the field of view of the microscope 51A of the alignment system 52A, and this image is observed by the image sensor 29. Thereby, the magnification of the microscope 51A and the relay lenses 23 and 28 is set to a predetermined target value, and focusing is performed based on the contrast of the image and the like. Next, for example, another reference mark in the reference mark FM and the projection optical system PL of the mark on the reticle 1 corresponding thereto.
In a state where the image is combined with the image via the microscope, the predetermined reference mark in the reference mark FM and the alignment mark 53A on the reticle 1 are observed by the image sensor 29 via the microscope 51A.
By processing the image signal by the alignment signal processing system 40, a baseline amount which is an interval between the detection center of the alignment system 52A (the center of the alignment mark 53A in this case) and the center of the pattern image of the reticle 1 is obtained. This baseline amount is stored in the storage unit in the main control system 41. Similarly, magnification adjustment of the other alignment system 52B and the like and measurement of the baseline amount are also performed.

【0029】その後、ウエハ3をZチルトステージ4Z
上に外形基準で粗く位置決めして載置した後、外付けの
アライメント系52Aでレチクル1上のアライメントマ
ーク53A及びウエハ3上のサーチアライメントマーク
54Aを観察し、アライメント信号処理系40で両マー
クの位置ずれ量を検出する。同様に、図4に示す他のサ
ーチアライメントマーク54B〜54Dについても、対
応する外付けのアライメント系52B等を介してアライ
メントマーク53B等との位置ずれ量を検出し、主制御
系41ではそれらの位置ずれ量を例えば最小自乗法等で
処理することによって、レチクル1のパターンに対する
ウエハ3のX方向、Y方向への位置ずれ量、回転誤差、
及びウエハ3の伸縮率(ウエハスケーリング)を算出
し、XYステージ4XYを介して位置ずれ量を補正し、
レチクルステージ2Aを介して回転誤差を補正する。
Thereafter, the wafer 3 is moved to the Z tilt stage 4Z.
After being roughly positioned and mounted on the outer shape reference, the alignment mark 53A on the reticle 1 and the search alignment mark 54A on the wafer 3 are observed by an external alignment system 52A, and the alignment signal processing system 40 Detect the displacement amount. Similarly, with respect to the other search alignment marks 54B to 54D shown in FIG. 4, the amount of misalignment with the alignment mark 53B or the like is detected via the corresponding external alignment system 52B or the like. By processing the displacement amount by, for example, the least square method or the like, the displacement amount of the wafer 3 with respect to the pattern of the reticle 1 in the X and Y directions, the rotation error,
And the expansion / contraction rate of the wafer 3 (wafer scaling) is calculated, and the positional shift amount is corrected via the XY stage 4XY.
The rotation error is corrected via the reticle stage 2A.

【0030】例えばそれ程高い重ね合わせ精度が要求さ
れないラフなレイヤへ露光する場合には、そのサーチア
ライメントの結果に基づいてそのまま露光を行うことが
できる。即ち、グローバルアライメントを適用し、ウエ
ハ3上の試料座標系に沿って配置されている各ショット
領域の配列座標を、サーチアライメントの結果に基づい
てウエハステージの座標系上の配列座標に変換し、変換
後の配列座標に基づいて各ショット領域の位置決めを行
ってそれぞれ投影光学系PLを介してレチクル1のパタ
ーン像を露光する。
For example, when exposure is performed on a rough layer that does not require very high overlay accuracy, exposure can be performed as it is based on the result of the search alignment. That is, global alignment is applied, and the array coordinates of each shot area arranged along the sample coordinate system on the wafer 3 are converted to array coordinates on the wafer stage coordinate system based on the result of the search alignment. Each shot area is positioned based on the converted array coordinates, and the pattern image of the reticle 1 is exposed through the projection optical system PL.

【0031】また、より高い重ね合わせ精度が要求され
るレイヤへ露光する場合には、アライメント系52Aを
介してウエハ3上から選択された所定のショット領域
(サンプルショット)のウエハマークの座標を検出し
て、例えばエンハンスト・グローバル・アライメント
(EGA)方式でファインアライメントを行う。図4の
ショット領域SAのウエハマークWMXのX座標を検出
する際には、図1のXYステージ4XYを駆動してウエ
ハマークWMXをアライメント系52Aの観察視野内に
移動して、アライメントマーク53Aに対する位置ずれ
量を検出し、この位置ずれ量をレーザ干渉計8で計測さ
れる座標に加算すればよい。そして、それらのサンプル
ショットの座標を統計処理して各ショット領域の配列座
標を算出し、この算出結果に主制御系41の記憶部に記
憶されているベースライン量を加算し、これによって得
られた配列座標に基づいてXYステージ4XYを駆動し
て位置決めを行って、それぞれ投影光学系PLを介して
レチクル1のパターン像を露光する。
When exposing a layer requiring higher overlay accuracy, the coordinates of a wafer mark in a predetermined shot area (sample shot) selected from the wafer 3 via the alignment system 52A are detected. Then, fine alignment is performed by, for example, an enhanced global alignment (EGA) method. When detecting the X coordinate of the wafer mark WMX in the shot area SA in FIG. 4, the XY stage 4XY in FIG. 1 is driven to move the wafer mark WMX into the observation field of the alignment system 52A, and to move the wafer mark WMX with respect to the alignment mark 53A. The amount of displacement may be detected, and the amount of displacement may be added to the coordinates measured by the laser interferometer 8. Then, the coordinates of these sample shots are statistically processed to calculate the array coordinates of each shot area, and the base line amount stored in the storage unit of the main control system 41 is added to the calculation result. The XY stage 4XY is driven and positioned based on the arranged coordinates, and the pattern image of the reticle 1 is exposed through the projection optical system PL.

【0032】なお、ウエハ3上にサーチアライメントマ
ーク54Aを形成する方法としては、前のレイヤの露光
時にレチクル1と同様にアライメントマーク53Aが形
成されたレチクルを使用し、アライメント系52Aの検
出系で非感光性の照明光AL1の換わりに感光性の照明
光をアライメントマーク53Aに照射して、このアライ
メントマーク53Aの像をウエハ3上に露光すればよ
い。この場合には、顕微鏡51Aの対物レンズ18,2
2を動かしてその感光性の照明光に対してレチクル1と
ウエハ3とを共役にしておく。同様に他のアライメント
系を使用して、他のサーチアライメントマーク54B〜
54Dも形成できる。
As a method of forming the search alignment mark 54A on the wafer 3, a reticle on which the alignment mark 53A is formed in the same manner as the reticle 1 at the time of exposing the previous layer is used, and the detection system of the alignment system 52A is used. The alignment mark 53A may be irradiated with photosensitive illumination light instead of the non-photosensitive illumination light AL1, and the image of the alignment mark 53A may be exposed on the wafer 3. In this case, the objective lenses 18 and 2 of the microscope 51A are used.
The reticle 1 and the wafer 3 are conjugated to the photosensitive illumination light by moving 2. Similarly, other search alignment marks 54B to 54B
54D can also be formed.

【0033】上述のように本例によれば、外付けのアラ
イメント系52A等が使用されているため、フォトレジ
ストを感光させない、且つフォトレジストの薄膜干渉の
影響の少ない広帯域の照明光を介して、レチクル1上の
アライメントマークとウエハ3上のサーチアライメント
マーク又はウエハマークとの位置ずれ量を直接高精度に
検出できる。従って、高い重ね合わせ精度が得られる。
また、レチクル1とウエハ3との間の顕微鏡51Aを微
分干渉顕微鏡や位相差顕微鏡等にすることも容易である
ため、ウエハ3上の検出対象マークが平坦化プロセスに
よって低段差マークとなっている場合にもそのマークを
正確に検出できる。
As described above, according to this embodiment, since the external alignment system 52A and the like are used, the photoresist is not exposed, and the illumination light of a wide band which is less affected by the thin film interference of the photoresist is used. In addition, the amount of displacement between the alignment mark on the reticle 1 and the search alignment mark or wafer mark on the wafer 3 can be directly detected with high accuracy. Therefore, high overlay accuracy can be obtained.
Further, since it is easy to make the microscope 51A between the reticle 1 and the wafer 3 a differential interference microscope, a phase contrast microscope, or the like, the detection target mark on the wafer 3 is a low step mark due to the flattening process. In such a case, the mark can be accurately detected.

【0034】次に、本発明の第2の実施の形態につき図
5及び図6を参照して説明する。本例は第1の実施の形
態のアライメント系の照明系等を変更すると共に、TT
R・オン・アクシス方式のアライメント系を付加したも
のであり、図5において図1に対応する部分には同一符
号を付してその詳細説明を省略する。図5は本例の投影
露光装置の要部を示し、この図5において、投影光学系
PLの側面に外付けのアライメント系56Aが配置され
ている。この例でもアライメント系56Aと同一のアラ
イメント系が投影光学系PLの周囲に4軸配置されてい
る。本例のアライメント系56Aも、レチクル1のアラ
イメントマーク53Aとウエハ3上のサーチアライメン
トマーク54Aとの間に配置された顕微鏡系55Aと、
アライメントマーク53Aの上方の検出系とから構成さ
れている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the illumination system and the like of the alignment system of the first embodiment are changed, and
An R-on-axis type alignment system is added. In FIG. 5, portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 5 shows a main part of the projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 5, an external alignment system 56A is arranged on a side surface of the projection optical system PL. Also in this example, the same alignment system as alignment system 56A is arranged on four axes around projection optical system PL. The alignment system 56A of this example also includes a microscope system 55A disposed between the alignment mark 53A of the reticle 1 and the search alignment mark 54A on the wafer 3.
And a detection system above the alignment mark 53A.

【0035】先ず、本例の投影露光装置が設置されてい
るチャンバの外部のハロゲンランプ等の白色光源10か
ら射出された広帯域の照明光は、熱吸収フィルタ11を
経て不要な赤外線が除去された後、集光レンズ12、及
び波長選択フィルタ13を介して光ファイバ14に入射
する。波長選択フィルタ13では、ウエハ3上のフォト
レジストに非感光性の照明光AL1が選択される。ま
た、例えばウエハ3上にアライメントマーク像を露光す
る場合には、波長選択フィルタ13の代わりに、フォト
レジストに感光性の照明光AL2を選択する波長選択フ
ィルタ13Aが設置される。そして、光ファイバ14を
介した照明光AL1が顕微鏡系55Aに供給されてい
る。白色光源10がチャンバの外部にあるため、投影露
光装置に対する熱的な悪影響が除去されている。なお、
ウエハ3上にアライメントマーク像を露光する場合に
は、光ファイバ14を介して感光性の照明光AL2が供
給されるが、それでは感光力が十分でない場合、又は露
光光がエキシマレーザ光であるような場合には、露光光
の一部を分岐した光束を使用してもよい。
First, the broadband illumination light emitted from the white light source 10 such as a halogen lamp outside the chamber in which the projection exposure apparatus of the present embodiment is installed has unnecessary infrared rays removed through the heat absorption filter 11. Thereafter, the light enters the optical fiber 14 via the condenser lens 12 and the wavelength selection filter 13. In the wavelength selection filter 13, the illumination light AL1 that is non-photosensitive to the photoresist on the wafer 3 is selected. For example, when exposing an alignment mark image on the wafer 3, a wavelength selection filter 13 </ b> A for selecting photosensitive illumination light AL <b> 2 on a photoresist is provided instead of the wavelength selection filter 13. Then, the illumination light AL1 via the optical fiber 14 is supplied to the microscope system 55A. Since the white light source 10 is outside the chamber, the adverse thermal effect on the projection exposure apparatus is eliminated. In addition,
When exposing the alignment mark image on the wafer 3, the photosensitive illumination light AL2 is supplied via the optical fiber 14, but if the photosensitive power is not sufficient, or if the exposure light is excimer laser light. In such a case, a light beam obtained by branching a part of the exposure light may be used.

【0036】顕微鏡系55Aにおいて、光ファイバ14
から射出された照明光AL1は、コリメータレンズ15
を介して視野絞り37に入射する。視野絞り37の配置
面とウエハ3の表面とは共役であり、視野絞り37によ
ってウエハ3上の照明領域が規定される。視野絞り37
はアライメントマークのパターンが形成されたレチクル
37Aと交換可能であり、視野絞り37をレチクル37
Aと交換し、照明光AL1を感光性の照明光AL2に交
換することで、ウエハ3上にアライメントマーク像が露
光できる。視野絞り37を通過した照明光AL1は、広
帯域で収差補正されたリレーレンズ16を介して第1の
ハーフプリズム17に入射し、ハーフプリズム17によ
り下方に反射された照明光AL1は、広帯域で収差補正
された第1対物レンズ18を介してウエハ3上のサーチ
アライメントマーク54Aを照明する。第1対物レンズ
18及び後述の第2対物レンズ22は、それぞれ駆動部
38及び39を介して主制御系41によってZ方向の位
置を制御できるように構成されている。
In the microscope system 55A, the optical fiber 14
Illumination light AL1 emitted from the collimator lens 15
Is incident on the field stop 37 through. The arrangement surface of the field stop 37 and the surface of the wafer 3 are conjugate, and the field stop 37 defines an illumination area on the wafer 3. Field stop 37
Can be replaced with a reticle 37A on which an alignment mark pattern is formed.
By exchanging the illumination light AL1 with the photosensitive illumination light AL2, the alignment mark image can be exposed on the wafer 3. The illumination light AL1 that has passed through the field stop 37 enters the first half prism 17 via the relay lens 16 whose aberration has been corrected in a wide band, and the illumination light AL1 reflected downward by the half prism 17 has an aberration in a wide band. The search alignment mark 54A on the wafer 3 is illuminated via the corrected first objective lens 18. The first objective lens 18 and a second objective lens 22, which will be described later, are configured so that the position in the Z direction can be controlled by a main control system 41 via driving units 38 and 39, respectively.

【0037】サーチアライメントマーク54Aで散乱及
び回折された照明光(これをBL1とする)は、第1対
物レンズ18及びハーフプリズム17を経て第2のハー
フプリズム19に入射し、ハーフプリズム19で反射さ
れた照明光BL1は、広帯域で収差補正された結像レン
ズ20を介してCCD等の2次元の撮像素子21上にサ
ーチアライメントマーク54Aの像を形成する。撮像素
子21からの画像信号はアライメント信号処理系40に
送られ、アライメント信号処理系40は、その画像信号
を処理して例えばそのマーク像のコントラストから焦点
ずれを検出すると共に、所定の基準位置に対するそのマ
ーク像の位置ずれ量を検出し、検出結果を主制御系41
に供給する。マーク像がデフォーカスしている場合に
は、主制御系41は駆動部38を介して合焦を行う。
Illumination light scattered and diffracted by the search alignment mark 54A (referred to as BL1) enters the second half prism 19 via the first objective lens 18 and the half prism 17, and is reflected by the half prism 19. The illumination light BL <b> 1 forms an image of the search alignment mark 54 </ b> A on the two-dimensional imaging device 21 such as a CCD via the imaging lens 20 which has been corrected for aberrations in a wide band. An image signal from the image sensor 21 is sent to an alignment signal processing system 40, which processes the image signal to detect a defocus from, for example, the contrast of the mark image, and to detect a defocus from a predetermined reference position. The amount of misregistration of the mark image is detected, and the detection result is transmitted to the main control system 41.
To supply. When the mark image is defocused, the main control system 41 performs focusing through the drive unit 38.

【0038】また、その撮像素子21を介して検出され
るマーク像に基づいて通常のオフ・アクシス方式のアラ
イメントを行うこともできる。この場合、第1対物レン
ズ18及び結像レンズ20の焦点距離の比によって定ま
る投影倍率は可変であることが望ましく、撮像素子21
を介してサーチアライメントを行うときには低倍率に設
定し、ファインアライメントを行うときには高倍率に設
定することで、作業効率と測定精度とのバランスを取る
ことができる。
In addition, a normal off-axis alignment can be performed based on the mark image detected via the image sensor 21. In this case, it is desirable that the projection magnification determined by the ratio of the focal lengths of the first objective lens 18 and the imaging lens 20 is variable,
By setting the magnification at a low magnification when performing search alignment and at a high magnification when performing fine alignment via the interface, it is possible to balance work efficiency and measurement accuracy.

【0039】一方、ハーフプリズム19を透過した照明
光BL1は、広帯域で収差補正された第1対物レンズ2
2を介してレチクル1のパターン面のアライメントマー
ク53Aの近傍に、サーチアライメントマーク54Aの
像を形成すると共に、アライメントマーク53Aを照明
する。レチクル1を透過した照明光BL1は、第1リレ
ーレンズ23、ミラー24、ハーフプリズム27、及び
第2リレーレンズ28を介して撮像素子29上にサーチ
アライメントマーク54A及びアライメントマーク53
Aの重なった像を形成する。撮像素子29からの画像信
号はアライメント信号処理系40に送られ、そこで両マ
ークの位置ずれ量が検出され、検出結果が主制御系41
に供給される。また、アライメント信号処理系40で
は、サーチアライメントマーク54Aの像のコントラス
トから焦点ずれを検出して検出結果を主制御系41に供
給し、これに応じて主制御系41は駆動部39を介して
合焦を行う。
On the other hand, the illumination light BL1 transmitted through the half prism 19 is converted to the first objective lens 2 whose aberration has been corrected in a wide band.
An image of the search alignment mark 54A is formed near the alignment mark 53A on the pattern surface of the reticle 1 through the reticle 1, and the alignment mark 53A is illuminated. The illumination light BL1 transmitted through the reticle 1 passes through the first relay lens 23, the mirror 24, the half prism 27, and the second relay lens 28 onto the image sensor 29 on the search alignment mark 54A and the alignment mark 53.
A superimposed image of A is formed. The image signal from the image sensor 29 is sent to the alignment signal processing system 40, where the amount of displacement between the two marks is detected, and the detection result is sent to the main control system 41.
Supplied to The alignment signal processing system 40 detects a defocus from the contrast of the image of the search alignment mark 54A and supplies the detection result to the main control system 41. Perform focusing.

【0040】本例においても、対物レンズ18,22の
倍率は投影光学系PLのウエハからレチクルへの倍率
(1/β)に等しく設定され(但し、異なっていても差
し支えない)、リレーレンズ23,28の倍率は高低に
切り換え自在となっている。上述のように本例では、ハ
ーフプリズム17から導入した照明光AL1によってウ
エハ3を落射照明し、且つレチクル1を透過照明できる
ように構成されている。更に、本例ではウエハ3上の所
定のショット領域にウエハマーク58Aが形成され、そ
のショット領域の中心が露光中心に合致している状態で
ウエハマーク58Aと共役なレチクル1上の位置にレチ
クルマーク57Aが形成されている。これらのウエハマ
ーク58A及びレチクルマーク57Aはアライメント系
56A用のマークであり、同様に他の3軸のアライメン
ト系にも1対の不図示のウエハマーク及びレチクルマー
クが対応している。
Also in this example, the magnification of the objective lenses 18 and 22 is set equal to the magnification (1 / β) from the wafer to the reticle of the projection optical system PL (however, it may be different), and the relay lens 23 is used. , 28 can be switched between high and low. As described above, in this example, the illumination light AL1 introduced from the half prism 17 illuminates the wafer 3 with incident light and allows the reticle 1 to be transmitted and illuminated. Further, in this example, a wafer mark 58A is formed in a predetermined shot area on the wafer 3, and the reticle mark is placed at a position on the reticle 1 conjugate with the wafer mark 58A in a state where the center of the shot area matches the exposure center. 57A are formed. These wafer mark 58A and reticle mark 57A are marks for alignment system 56A. Similarly, a pair of wafer marks and reticle marks (not shown) correspond to the other three-axis alignment systems.

【0041】そして、レチクル1の上方に第1の実施の
形態と同様の照明系も設けられており、何れかの照明方
式を選択できるように構成されている。即ち、白色光源
36から射出された広帯域の照明光は、熱吸収フィルタ
35を経た後、集光レンズ34、及び波長選択フィルタ
33又は33Aを介して光ファイバ32に入射する。波
長選択フィルタ33では、非感光性の照明光AL1が選
択され、波長選択フィルタ33Aでは露光光と同一波長
の照明光IL2が選択され、光ファイバ32を介した照
明光(図5では照明光AL1)が検出系に供給されてい
る。露光波長の照明光IL2は、後述のようにTTR・
オン・アクシス方式のアライメント系の照明光、又はア
ライメントマーク像の露光に使用される。
An illumination system similar to that of the first embodiment is also provided above the reticle 1, so that any illumination system can be selected. That is, the broadband illumination light emitted from the white light source 36 passes through the heat absorption filter 35 and then enters the optical fiber 32 via the condenser lens 34 and the wavelength selection filter 33 or 33A. In the wavelength selection filter 33, the non-photosensitive illumination light AL1 is selected, and in the wavelength selection filter 33A, the illumination light IL2 having the same wavelength as the exposure light is selected, and the illumination light via the optical fiber 32 (the illumination light AL1 in FIG. ) Is supplied to the detection system. The illumination light IL2 having the exposure wavelength is generated by the TTR ·
It is used for illuminating light of an on-axis type alignment system or for exposing an alignment mark image.

【0042】照明光AL1は、集光レンズ31、ミラー
30、ハーフプリズム27を経てミラー24に入射し、
ミラー24で反射された照明光AL1は、第1の実施の
形態と同様に、第1リレーレンズ23を介してレチクル
1上のアライメントマーク53Aを照明し、アライメン
トマーク53Aで散乱、回折された照明光AL1は第1
リレーレンズ23、ミラー24、ハーフプリズム27、
第2リレーレンズ28を介して撮像素子29上にアライ
メントマーク53Aの像を形成する。また、アライメン
トマーク53Aの周囲を通過した照明光AL1が、対物
レンズ22,18等を介してウエハ3上のサーチアライ
メントマーク54Aを照明し、サーチアライメントマー
ク54Aで散乱、回折された照明光が撮像素子21及び
29上にそれぞれサーチアライメントマーク54Aの像
を形成する。この場合、撮像素子29上にはアライメン
トマーク53A及びサーチアライメントマーク54Aの
像が重ねて形成され、撮像素子29の画像信号がアライ
メント信号処理系40で処理されて、両マークの位置ず
れ量が算出され、この位置ずれ量が主制御系41に供給
される。この場合にも、対物レンズ18,22の合焦が
行われる。
The illumination light AL1 enters the mirror 24 via the condenser lens 31, the mirror 30, and the half prism 27,
The illumination light AL1 reflected by the mirror 24 illuminates the alignment mark 53A on the reticle 1 via the first relay lens 23 as in the first embodiment, and is scattered and diffracted by the alignment mark 53A. Hikari AL1 is the first
Relay lens 23, mirror 24, half prism 27,
An image of the alignment mark 53A is formed on the image sensor 29 via the second relay lens. The illumination light AL1 passing around the alignment mark 53A illuminates the search alignment mark 54A on the wafer 3 via the objective lenses 22 and 18, and the illumination light scattered and diffracted by the search alignment mark 54A is imaged. An image of the search alignment mark 54A is formed on each of the elements 21 and 29. In this case, the images of the alignment mark 53A and the search alignment mark 54A are formed on the image sensor 29 so as to be superimposed, and the image signal of the image sensor 29 is processed by the alignment signal processing system 40 to calculate the amount of displacement between the two marks. Then, the positional deviation amount is supplied to the main control system 41. Also in this case, focusing of the objective lenses 18 and 22 is performed.

【0043】更に本例では、レチクル1上のミラー24
は照明光の光路に対して退避自在に構成されており、露
光波長の照明光IL2が光ファイバ32を介して検出系
に供給されたときには、ミラー24は退避する。この場
合、ハーフプリズム27で反射された露光波長の照明光
IL2は、レチクル1の上面に沿って配置された第1リ
レーレンズ25、及びミラー26を介してレチクル1の
パターン面のレチクルマーク57Aを照明する。そし
て、レチクルマーク57Aで散乱、回折された照明光I
L2は、ミラー26、第1リレーレンズ25、ハーフプ
リズム27、及び第2リレーレンズ28を介して撮像素
子29上にレチクルマーク57Aの像を形成する。
Further, in this embodiment, the mirror 24 on the reticle 1
Is configured to be retractable with respect to the optical path of the illumination light. When the illumination light IL2 having the exposure wavelength is supplied to the detection system via the optical fiber 32, the mirror 24 is retracted. In this case, the illumination light IL2 having the exposure wavelength reflected by the half prism 27 forms the reticle mark 57A on the pattern surface of the reticle 1 via the first relay lens 25 disposed along the upper surface of the reticle 1 and the mirror 26. Light up. The illumination light I scattered and diffracted by the reticle mark 57A
L2 forms an image of the reticle mark 57A on the image sensor 29 via the mirror 26, the first relay lens 25, the half prism 27, and the second relay lens 28.

【0044】一方、レチクルマーク57Aの周囲を透過
した露光波長の照明光IL2は、投影光学系PLを介し
てウエハ3上のウエハマーク58Aに照射され、ウエハ
マーク58Aで散乱、回折された照明光IL2は、投影
光学系PL、レチクル1、ミラー26、第1リレーレン
ズ25、ハーフプリズム27、及び第2リレーレンズ2
8を介して撮像素子29上にウエハマーク58Aの像を
形成する。従って、撮像素子29上にはレチクルマーク
57A及びウエハマーク58Aの像が重ねて形成され、
アライメント信号処理系40では撮像素子29の画像信
号を処理して両マークの位置ずれ量を検出し、検出結果
を主制御系41に供給する。この場合、ミラー26、第
1リレーレンズ25、ハーフプリズム27、第2リレー
レンズ28、及び撮像素子29よりなる検出系は、露光
波長の照明光を使用するTTR・オン・アクシス方式の
アライメント系を構成している。
On the other hand, the illumination light IL2 of the exposure wavelength transmitted around the reticle mark 57A is applied to the wafer mark 58A on the wafer 3 via the projection optical system PL, and is scattered and diffracted by the wafer mark 58A. IL2 is a projection optical system PL, a reticle 1, a mirror 26, a first relay lens 25, a half prism 27, and a second relay lens 2.
An image of the wafer mark 58 </ b> A is formed on the image sensor 29 through the interface 8. Therefore, the images of the reticle mark 57A and the wafer mark 58A are formed on the image sensor 29 in an overlapping manner.
The alignment signal processing system 40 processes the image signal of the image sensor 29 to detect the amount of displacement between the two marks, and supplies the detection result to the main control system 41. In this case, the detection system including the mirror 26, the first relay lens 25, the half prism 27, the second relay lens 28, and the imaging device 29 is a TTR-on-axis type alignment system using illumination light of an exposure wavelength. Make up.

【0045】同様に、他の外付けのアライメント系内の
TTR・オン・アクシス方式のアライメント系でもそれ
ぞれ1対のレチクルマーク及びウエハマークの位置ずれ
量が検出され、検出結果が主制御系41に供給される。
主制御系41では、それら4個の位置ずれ量が例えば対
称に振り分けられるようにウエハ3の位置決めを行って
から、レチクル1のパターン像の露光を行うことで、高
い重ね合わせ精度が得られる。また、そのTTR・オン
・アクシス方式のアライメント系を介して顕微鏡系55
Aのキャリブレーションを行うこともできる。これ以外
の基準マーク部材5、及びウエハステージ等の構成は第
1の実施の形態(図1)と同様である。
Similarly, in the TTR-on-axis type alignment system in another external alignment system, the positional deviation amounts of a pair of reticle marks and wafer marks are respectively detected, and the detection results are sent to the main control system 41. Supplied.
The main control system 41 performs high-accuracy overlay by positioning the wafer 3 so that the four positional shift amounts are distributed symmetrically, for example, and then exposing the pattern image of the reticle 1. Further, the microscope system 55 is connected via the TTR-on-axis type alignment system.
A calibration can also be performed. Other configurations of the reference mark member 5, the wafer stage, and the like are the same as those of the first embodiment (FIG. 1).

【0046】次に、本例の投影露光装置の露光シーケン
スの一例につき図6を参照して簡単に説明する。図6
は、大まかな露光シーケンスを示すフローチャートであ
り、この図6に示すように、直前のウエハへの露光が終
わるとステップ101においてウエハの交換が行われ
る。この場合、露光工程のスループットを高めるため、
ウエハ交換と並行したステップ102において、必要に
応じて外付けのアライメント系56A等のベースライン
量等のキャリブレーションが行われる。キャリブレーシ
ョンに際しては、図1のXYステージ4XYを駆動する
ことで、基準マーク部材5上の第1の基準マークが図5
の顕微鏡系55Aの観察視野内に設定された後、例えば
白色光源10が点灯されて、非感光性の照明光AL1の
もとでその基準マークの像が撮像素子21,29で観察
されて、倍率調整、及び合焦が行われる。
Next, an example of an exposure sequence of the projection exposure apparatus of this embodiment will be briefly described with reference to FIG. FIG.
6 is a flowchart showing a rough exposure sequence. As shown in FIG. 6, when exposure to the immediately preceding wafer is completed, the wafer is replaced in step 101. In this case, to increase the throughput of the exposure process,
In step 102 in parallel with the wafer exchange, calibration of the baseline amount of the external alignment system 56A and the like is performed as necessary. At the time of calibration, the first reference mark on the reference mark member 5 is moved by driving the XY stage 4XY in FIG.
Is set in the observation field of view of the microscope system 55A, for example, the white light source 10 is turned on, and the image of the reference mark is observed by the imaging devices 21 and 29 under the non-photosensitive illumination light AL1. Magnification adjustment and focusing are performed.

【0047】その後、白色光源10を消灯し、他方の白
色光源36を点灯し、ミラー24を退避させて露光波長
の照明光IL2を選択する。そして、基準マーク部材5
上の第2の基準マークをほぼレチクル1上のアライメン
トマーク57Aと共役な位置に移動し、TTR・オン・
アクシス方式のアライメント系(リレーレンズ25,2
8等)を介して両マークの位置ずれ量を検出し、この位
置ずれ量がほぼ0になるようにウエハステージの位置を
調整する。その状態で、照明光を非感光性の照明光AL
1に変えてミラー24を光路上に戻した後、ウエハステ
ージをベースライン量の初期値分だけ移動して、顕微鏡
系55Aを介して基準マーク部材5上のその第2の基準
マークとアライメントマーク53Aとの位置ずれ量を検
出すると、そのベースライン量の初期値にその位置ずれ
量を加算した結果が新たなベースライン量となり、この
較正後のベースライン量が主制御系41の記憶部に記憶
される。この場合、レチクル1の移動はそのままベース
ライン量に反映されるため、より正確にベースライン量
を求めることができる。このベースライン量の計測動作
は自動化しておくことが望ましい。また、基準マーク部
材5を用いて投影光学系PLの投影倍率の計測及び補正
等も行われる。
Thereafter, the white light source 10 is turned off, the other white light source 36 is turned on, the mirror 24 is retracted, and the illumination light IL2 having the exposure wavelength is selected. And the reference mark member 5
The upper second reference mark is moved to a position substantially conjugate with the alignment mark 57A on the reticle 1, and the TTR-on-
Axis type alignment system (relay lens 25, 2
8) to detect the positional deviation of both marks, and adjust the position of the wafer stage so that the positional deviation becomes substantially zero. In that state, the illumination light is changed to non-photosensitive illumination light AL.
After returning the mirror 24 to the optical path in place of the reference mark 1, the wafer stage is moved by the initial value of the baseline amount, and the second reference mark and the alignment mark on the reference mark member 5 are transferred via the microscope system 55A. When the amount of misalignment with 53A is detected, the result of adding the amount of misalignment to the initial value of the amount of baseline becomes a new amount of baseline, and the corrected amount of baseline is stored in the storage unit of the main control system 41. It is memorized. In this case, the movement of the reticle 1 is directly reflected on the baseline amount, so that the baseline amount can be obtained more accurately. It is desirable that the operation of measuring the baseline amount be automated. In addition, measurement and correction of the projection magnification of the projection optical system PL are performed using the reference mark member 5.

【0048】また、投影光学系PLの焦点位置の補正
は、焦点位置検出系の測定値に基づいて基準マーク部材
5、又はウエハ3そのものを上下することで常時実行さ
れているため、顕微鏡系55Aでは焦点位置がずれるこ
とがある。この場合には、検出されるマーク像のコント
ラスト等に基づいて駆動部38,39を介して対物レン
ズ18,22をZ方向に微動することで、オートフォー
カス方式で合焦が行われる。この際に、顕微鏡系55A
の倍率が変わらないような補正も同時に行われる。
The correction of the focal position of the projection optical system PL is always performed by moving the reference mark member 5 or the wafer 3 itself up and down based on the measurement value of the focal position detecting system. In this case, the focus position may be shifted. In this case, focusing is performed by the autofocus method by finely moving the objective lenses 18 and 22 in the Z direction via the driving units 38 and 39 based on the contrast of the detected mark image and the like. At this time, the microscope system 55A
Is corrected at the same time so that the magnification does not change.

【0049】次に、ステップ103においてウエハ3の
アライメントが行われる。ウエハ3はZチルトステージ
4Z上のウエハホルダに載置される時点で、例えばノッ
チ又はオリエンテーションフラット等の外形基準でプリ
アライメントが行われている。そして、ステップ103
では、先ず図4のウエハ3のサーチアライメントマーク
54A〜54Dと、対応するレチクル1上のアライメン
トマーク53A等との位置ずれ量を、図5の白色光源1
0からの非感光性の照明光AL1のもとで顕微鏡系55
A等を介して検出する。そして、第1の実施の形態と同
様に、重ね合わせ精度が比較的低くともよいレイヤで
は、そのサーチアライメントの結果より各ショット領域
の位置決めを行ってレチクル1のパターン像を露光す
る。また、重ね合わせ精度が高いレイヤでは、所定のシ
ョット領域のウエハマークの位置を顕微鏡系55Aを介
して検出して例えばEGA方式でファインアライメント
を行ってから露光を行う。その後ステップ105で未露
光のウエハが尽きるまで上述のアライメント及び露光が
繰り返される。
Next, in step 103, alignment of the wafer 3 is performed. At the time when the wafer 3 is mounted on the wafer holder on the Z tilt stage 4Z, prealignment is performed on the basis of an outer shape such as a notch or an orientation flat. And step 103
First, the amount of misalignment between the search alignment marks 54A to 54D of the wafer 3 in FIG. 4 and the corresponding alignment marks 53A on the reticle 1 is determined by the white light source 1 in FIG.
The microscope system 55 under the non-photosensitive illumination light AL1 from 0
A is detected via A or the like. Then, as in the first embodiment, in a layer where the overlay accuracy may be relatively low, each shot area is positioned based on the result of the search alignment, and the pattern image of the reticle 1 is exposed. In a layer having high overlay accuracy, exposure is performed after detecting the position of a wafer mark in a predetermined shot area via the microscope system 55A and performing fine alignment using, for example, an EGA method. Thereafter, in step 105, the above-described alignment and exposure are repeated until the unexposed wafer runs out.

【0050】また、ウエハ3上のサーチアライメントマ
ーク54A〜54Dは、前のレイヤのパターンを形成す
る際に前述のように、図5の視野絞り37の代わりにレ
チクル37Aを配置して感光性の照明光AL2を照射す
るか、又は露光波長の照明光IL2を選択してアライメ
ントマーク53Aと同様のマークを照明することによっ
て容易に形成できる。この際に、4軸のアライメント系
56A等を介して同時にそれらのマークを形成すること
によって、極めて短時間に、且つ高精度に目標とする配
置のマークを形成できる。
Further, as described above, the search alignment marks 54A to 54D on the wafer 3 are formed by disposing the reticle 37A instead of the field stop 37 in FIG. It can be easily formed by irradiating the illumination light AL2 or selecting the illumination light IL2 having the exposure wavelength and illuminating a mark similar to the alignment mark 53A. At this time, by forming those marks at the same time via the four-axis alignment system 56A, etc., the marks of the target arrangement can be formed in a very short time and with high accuracy.

【0051】上述のように本例のアライメント系56A
は、投影光学系PLとは独立のオフ・アクシス方式で、
且つレチクル1上のマークとウエハ3上のマークとを同
軸で直接観察しているため、照明光として投影光学系P
Lに制約されることなく、非感光性で且つ薄膜干渉の影
響の少ない広帯域の光束を使用できる。従って、両マー
クの位置ずれ量を直接高精度に検出できる。また、顕微
鏡系55Aとして位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡等の各
種の顕微鏡を使用することによって、低段差マークにも
容易に対応できる。更に、4軸のアライメント系56A
等を備えているため、特にサーチアライメントを短時間
に行うことができる。
As described above, the alignment system 56A of the present embodiment is used.
Is an off-axis method independent of the projection optical system PL.
Moreover, since the mark on the reticle 1 and the mark on the wafer 3 are directly observed coaxially, the projection optical system P
Without being restricted by L, a broadband light beam that is non-photosensitive and less affected by thin film interference can be used. Therefore, the displacement between the two marks can be directly detected with high accuracy. Further, by using various microscopes such as a phase contrast microscope and a differential interference microscope as the microscope system 55A, it is possible to easily cope with a low step mark. Furthermore, a 4-axis alignment system 56A
And so on, particularly, search alignment can be performed in a short time.

【0052】なお、本発明はステッパー型の投影露光装
置の他に、レチクルのパターンの一部を投影光学系を介
してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを
投影光学系に対して同期走査してレチクルのパターン像
をウエハの各ショット領域に逐次転写するステップ・ア
ンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置にも
同様に適用できる。このように、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。
It should be noted that, in addition to the stepper type projection exposure apparatus, the present invention applies the reticle and the wafer to the projection optical system while projecting a part of the reticle pattern onto the wafer via the projection optical system. The present invention can be similarly applied to a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a step-and-scan method in which a pattern image of a reticle is sequentially transferred to each shot area of a wafer by synchronous scanning. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の投影露光装置によれば、投影光
学系を介することなく、且つ露光光とは異なる波長の照
明光を用いてマスクに形成された位置合わせ用マーク及
び感光基板に形成された位置合わせ用マークの位置を同
時に検出するアライメント系を有するため、従来のTT
R・オン・アクシス方式と同様に2つのマークの位置ず
れ量を直接高精度に検出できる。更に、投影光学系とは
別体のアライメント系を使用しているため、従来のオフ
・アクシス方式と同様に露光波長以外の光束を自由に使
用できる利点がある。従って、各種のプロセス中の感光
基板上の位置合わせ用マークの位置を高精度に検出で
き、高精度にアライメントを行うことができる。
According to the projection exposure apparatus of the present invention, an alignment mark formed on a mask and formed on a photosensitive substrate without using a projection optical system and using illumination light having a wavelength different from the exposure light. The conventional TT system has an alignment system for simultaneously detecting the position of the alignment mark thus set.
As in the case of the R-on-axis method, the amount of displacement between two marks can be directly detected with high accuracy. Furthermore, since an alignment system separate from the projection optical system is used, there is an advantage that light beams other than the exposure wavelength can be used freely as in the conventional off-axis system. Therefore, the position of the alignment mark on the photosensitive substrate during various processes can be detected with high accuracy, and alignment can be performed with high accuracy.

【0054】また、アライメント系の検出中心からマス
クのパターン像の中心までの間隔を記憶する記憶装置
と、そのアライメント系の検出結果及びその記憶装置に
記憶されている間隔に基づいてマスクと感光基板との位
置合わせを行う位置合わせ装置と、を備えた場合には、
例えばファインアライメントを高精度に行うことができ
る。
Further, a storage device for storing an interval from the detection center of the alignment system to the center of the pattern image of the mask, and a mask and a photosensitive substrate based on the detection result of the alignment system and the interval stored in the storage device. And a positioning device for performing positioning with
For example, fine alignment can be performed with high accuracy.

【0055】また、そのアライメント系の他に、投影光
学系を介して、且つ露光光と同じ波長域の照明光を用い
てマスクに形成された位置合わせ用マークと感光基板に
形成された位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出す
る露光波長アライメント系を備えた場合には、この露光
波長アライメント系を用いて本発明のアライメント系の
ベースライン量のキャリブレーション等を容易に行うこ
とができる。
In addition to the alignment system, an alignment mark formed on the mask and an alignment mark formed on the photosensitive substrate are projected through a projection optical system and using illumination light having the same wavelength range as the exposure light. In the case where an exposure wavelength alignment system for detecting the amount of displacement from the use mark is provided, calibration of the baseline amount of the alignment system of the present invention can be easily performed using the exposure wavelength alignment system.

【0056】また、投影光学系を介することなくそのア
ライメント系の一部を介して所定の位置合わせ用マーク
の像を感光基板上に露光する露光系を更に備えた場合に
は、本発明のアライメント系で検出対象となるマークを
容易に正確な位置関係で形成できる利点がある。
Further, when an exposure system for exposing an image of a predetermined alignment mark onto a photosensitive substrate through a part of the alignment system without passing through the projection optical system is further provided, the alignment system according to the present invention is provided. There is an advantage that a mark to be detected in the system can be easily formed in an accurate positional relationship.

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

【図1】本発明による投影露光装置の第1の実施の形態
の要部を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図2】図1の投影露光装置で使用される外付けのアラ
イメント系の顕微鏡の配置を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement of a microscope of an external alignment system used in the projection exposure apparatus of FIG.

【図3】図2のアライメント系の顕微鏡の配置の他の例
を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing another example of the arrangement of the microscope of the alignment system in FIG. 2;

【図4】その実施の形態で露光対象とされているウエハ
上のサーチアライメントマーク等の配置を示す平面図で
ある。
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement of search alignment marks and the like on a wafer to be exposed in the embodiment.

【図5】本発明の第2の実施の形態で使用される外付け
のアライメント系を示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an external alignment system used in a second embodiment of the present invention.

【図6】第2の実施の形態における露光シーケンスの一
例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an exposure sequence according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レチクル PL 投影光学系 3 ウエハ 4XY XYステージ 5 基準マーク部材 10,36 白色光源 21,29 撮像素子 40 アライメント信号処理系 51A,51B 顕微鏡 52A 外付けのアライメント系 53A,53B アライメントマーク 54A〜54D サーチアライメントマーク 55A 顕微鏡系 56A 外付けのアライメント系 Reference Signs List 1 reticle PL projection optical system 3 wafer 4XY XY stage 5 reference mark member 10, 36 white light source 21, 29 image sensor 40 alignment signal processing system 51A, 51B microscope 52A external alignment system 53A, 53B alignment mark 54A to 54D search alignment Mark 55A Microscope system 56A External alignment system

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の露光光でマスクを照明し、前記露
光光のもとで前記マスクに形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に転写する投影露光装置に
おいて、 前記投影光学系を介することなく、且つ前記露光光とは
異なる波長の照明光を用いて前記マスクに形成された位
置合わせ用マーク及び前記感光基板に形成された位置合
わせ用マークの位置を同時に検出するアライメント系を
有することを特徴とする投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus which illuminates a mask with predetermined exposure light and transfers an image of a pattern formed on the mask under the exposure light onto a photosensitive substrate via a projection optical system. Detecting the positions of the alignment mark formed on the mask and the alignment mark formed on the photosensitive substrate simultaneously without using a projection optical system and using illumination light having a wavelength different from the exposure light. A projection exposure apparatus having an alignment system.
【請求項2】 請求項1記載の投影露光装置であって、 前記アライメント系の検出中心から前記マスクのパター
ン像の中心までの間隔を記憶する記憶装置と、 前記アライメント系の検出結果及び前記記憶装置に記憶
されている間隔に基づいて前記マスクと前記感光基板と
の位置合わせを行う位置合わせ装置と、を備えたことを
特徴とする投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein a storage device stores an interval from a detection center of the alignment system to a center of a pattern image of the mask, and the detection result of the alignment system and the storage. A projection exposure apparatus, comprising: a positioning device that performs positioning between the mask and the photosensitive substrate based on an interval stored in the device.
【請求項3】 請求項1、又は2記載の投影露光装置で
あって、 前記アライメント系の他に、前記投影光学系を介して、
且つ前記露光光と同じ波長域の照明光を用いて前記マス
クに形成された位置合わせ用マークと前記感光基板に形
成された位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する
露光波長アライメント系を備えたことを特徴とする投影
露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein, in addition to the alignment system, via the projection optical system,
And an exposure wavelength alignment system that detects an amount of displacement between an alignment mark formed on the mask and an alignment mark formed on the photosensitive substrate using illumination light having the same wavelength range as the exposure light. A projection exposure apparatus.
【請求項4】 請求項1、2、又は3記載の投影露光装
置であって、 前記投影光学系を介することなく前記アライメント系の
一部を介して所定の位置合わせ用マークの像を前記感光
基板上に露光する露光系を更に備えたことを特徴とする
投影露光装置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the image of the predetermined alignment mark is exposed through a part of the alignment system without passing through the projection optical system. A projection exposure apparatus further comprising an exposure system for exposing a substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442954B1 (en) * 2002-08-26 2004-08-04 엘지전자 주식회사 combination structure and examination method for prism of optical engine
JP2007509500A (en) * 2003-10-24 2007-04-12 エーエスエムエル ホールデイング エヌ.ブイ. Method and apparatus for adding wafer alignment marks
JP2012016727A (en) * 2010-07-08 2012-01-26 Ushio Inc Laser lift method and laser lift device

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