JPH10284369A - Aligner - Google Patents

Aligner

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JPH10284369A
JPH10284369A JP9085138A JP8513897A JPH10284369A JP H10284369 A JPH10284369 A JP H10284369A JP 9085138 A JP9085138 A JP 9085138A JP 8513897 A JP8513897 A JP 8513897A JP H10284369 A JPH10284369 A JP H10284369A
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JP
Japan
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reticle
exposure
mark
light
exposure light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9085138A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Mizutani
英夫 水谷
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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 JPH10284369A publication Critical patent/JPH10284369A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect at least a reticle mark position or a wafer mark position on a reticle without making an area lighted with exposure light larger than that in exposure. SOLUTION: During exposure, under exposure light IL which has passed through a capacitor lens 12, the pattern of a reticle R is transferred on a wafer W through a projection optical system PL. During alignment, deflection angle prisms 40A and 40B and a rhombic prism 43 are arranged between a capacitor lens 12 and the reticle R. Then, the reticle marks 33A and 34A are lighted with exposure light IL whose optical path is horizontally shifted by the rhombic prism 43, and a wafer mark 37A is lighted with exposure light which has passed a window between the reticle marks through the projection optical system PL. Reflected light from the marks are received by an alignment sensor 39 including a beam splitter 45, and the positions of the marks are detected.

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リソグラフィ工程で使用さ
れる露光装置に関し、更に詳しくはマスク上からこのマ
スクの位置合わせ用マーク、又は感光性基板上の位置合
わせ用マークの少なくとも一方の位置を検出するマーク
位置検出系を備えた露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used in a lithography 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. The present invention relates to an exposure apparatus provided with a mark position detection system for detecting at least one of the position of the alignment mark of the mask and the position of the alignment mark on the photosensitive substrate from above.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用される
ステッパー等の投影露光装置、又はプロキシミティ方式
の露光装置等の露光装置では、感光性基板としての感光
材料が塗布されたウエハ上の各ショット領域内に既に形
成されている回路パターンと、これから転写するマスク
としてのレチクルのパターンとの位置合わせ(アライメ
ント)を高精度に行う必要がある。そのため、それらの
露光装置には、レチクルとウエハとの位置ずれ量を検出
するためのアライメントセンサ(マーク位置検出系)、
及びこの検出結果に基づいてレチクル及びウエハの位置
決めを行うためのステージ機構等からなるアライメント
機構が備えられている。
2. Description of the Related Art In an exposure apparatus such as a stepper or a proximity type exposure apparatus used in manufacturing a semiconductor element or the like, a wafer on which a photosensitive material as a photosensitive substrate is coated is used. It is necessary to perform high-precision alignment (alignment) between a circuit pattern already formed in each shot area and a reticle pattern as a mask to be transferred from now on. Therefore, these exposure apparatuses include an alignment sensor (mark position detection system) for detecting the amount of misalignment between the reticle and the wafer,
And an alignment mechanism including a stage mechanism for positioning the reticle and the wafer based on the detection result.

【0003】そのような従来のアライメントセンサで、
高精度にレチクルとウエハとの位置ずれ量を検出できる
方式の一つが、レチクル上から、更に投影光学系を有す
る場合にはその投影光学系を介して、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TTR(スルー・ザ・レチクル)方式である。このT
TR方式のアライメントセンサは、どのような照明光を
使用するかによって、(a)自己照明型及び(b)露光
光利用型の2通りに分けられる。
With such a conventional alignment sensor,
One of the methods capable of detecting the amount of positional deviation between the reticle and the wafer with high accuracy is to use an alignment mark (reticle mark) on the reticle from the reticle or via a projection optical system if the reticle has a projection optical system. This is a TTR (through-the-reticle) method for detecting a positional shift amount from an alignment mark (wafer mark) on a wafer. This T
TR type alignment sensors are classified into two types, (a) self-illumination type and (b) exposure light type, depending on what kind of illumination light is used.

【0004】(a)の自己照明型は、独立に露光光と同
じ波長の照明光を生成する照明光源を備え、その照明光
源からの照明光で検出対象のマークを照明する方式であ
る。一方、(b)の露光光利用型は、露光用の照明光学
系からレチクル上の照明領域に照射される露光光を照明
光として利用する方式であり、この方式ではレチクルの
上方にハーフミラーを配置して、検出対象のマークで反
射された露光光をそのハーフミラーを介して受光してい
る。
[0004] The self-illumination type shown in (a) is a system in which an illumination light source that independently generates illumination light having the same wavelength as the exposure light is used, and the mark to be detected is illuminated by the illumination light from the illumination light source. On the other hand, the exposure light utilization type shown in (b) uses exposure light emitted from an illumination optical system for exposure to an illumination area on a reticle as illumination light. In this method, a half mirror is provided above the reticle. The exposure light reflected by the mark to be detected is received through the half mirror.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のTT
R方式のアライメントセンサの内で、(a)の自己照明
型では、露光光とアライメント用の照明光とで照明条件
が異なっている。このように照明条件が異なると、アラ
イメント用の照明光のもとでのレチクルとウエハとの位
置ずれ量と、露光光のもとでの位置ずれ量との間に偏差
が生じて、この偏差が重ね合わせ誤差になる恐れがあ
る。特に、露光用の照明光学系のコヒーレンスファクタ
(所謂σ値)を変えたり、又は変形照明等を用いたりす
る場合には、通常の照明条件の場合に比べると、投影像
のフォーカス位置やディストーション等が微妙にずれた
りする恐れがあるため、自己照明型では重ね合わせ誤差
が生ずる恐れがある。これを避けるためには、アライメ
ントセンサ用の照明光学系の照明条件を露光用の照明光
学系にできるだけ近付ければよいが、そのためにはアラ
イメントセンサ用の照明光学系が複雑化し、且つ大型化
してしまう。更に、露光用の照明光学系が変形照明等に
切り替わった場合にも、両方の照明光学系の照明条件を
ほぼ同一とみなせるようにするのは困難である。
The conventional TT as described above
Among the R-type alignment sensors, in the self-illumination type (a), illumination conditions are different between exposure light and illumination light for alignment. When the illumination conditions are different as described above, a deviation occurs between the amount of positional deviation between the reticle and the wafer under the illumination light for alignment and the amount of positional deviation under the exposure light. May cause an overlay error. In particular, when the coherence factor (so-called σ value) of the illumination optical system for exposure is changed, or when deformed illumination is used, the focus position, distortion, etc. of the projected image are compared with those under normal illumination conditions. May be slightly shifted, and a self-illumination type may cause an overlay error. In order to avoid this, the illumination conditions of the illumination optical system for the alignment sensor may be set as close as possible to the illumination optical system for exposure, but for that purpose, the illumination optical system for the alignment sensor becomes complicated and large. I will. Furthermore, even when the illumination optical system for exposure is switched to modified illumination or the like, it is difficult to make the illumination conditions of both illumination optical systems almost the same.

【0006】一方、(b)の露光光利用型では、露光時
とアライメント時とで照明条件は同じであるため、重ね
合わせ誤差が生ずる恐れはなくなる。しかしながら、従
来の露光光利用型は、露光光でそのまま検出対象のマー
クを照明し、このマークからの反射光をハーフミラーで
取り込む方式であるため、露光用の照明光学系の照明領
域の最大の領域(有効照明領域)を広げる必要がある。
即ち、一般にレチクルマークはレチクルのパターン領域
の外側にあることが多く、ウエハマークはウエハ上のシ
ョット領域の間の領域にあることが多いため、アライメ
ント時には実際の露光に必要な領域外まで露光光を照射
する必要がある。このように露光光の照明領域を広げる
と、露光用の照明光学系が大型化するという不都合があ
る。
On the other hand, in the exposure light type shown in FIG. 1B, the illumination conditions are the same at the time of exposure and at the time of alignment. However, the conventional exposure light utilization type illuminates the mark to be detected with the exposure light as it is, and takes in the reflected light from the mark with a half mirror, so that the maximum illumination area of the illumination optical system for exposure is used. It is necessary to expand the area (effective illumination area).
That is, in general, the reticle mark is often outside the pattern region of the reticle, and the wafer mark is often in the region between the shot regions on the wafer. Need to be irradiated. If the illumination area of the exposure light is widened in this way, there is a disadvantage that the illumination optical system for exposure becomes large.

【0007】また、これらの露光装置では通常、照度分
布均一性の向上のためにオプティカル・インテグレータ
としてフライアイレンズが使用されるが、フライアイレ
ンズの各レンズエレメントの入射面とレチクルのパター
ン面とは共役であるために、レチクル上の有効照明領域
はそのフライアイレンズの各レンズエレメントの断面形
状と相似な長方形等の領域となる。そのため、マーク検
出のためにそのフライアイレンズの各レンズエレメント
の断面形状を変えて、有効照明領域を拡大するものとす
ると、露光光の照度が大きく低下して露光工程のスルー
プット(生産性)が低下するという不都合もあった。
In these exposure apparatuses, a fly-eye lens is usually used as an optical integrator for improving the uniformity of the illuminance distribution. Is conjugate, the effective illumination area on the reticle is an area such as a rectangle similar to the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens. Therefore, if the effective illumination area is enlarged by changing the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens for mark detection, the illuminance of exposure light is greatly reduced, and the throughput (productivity) of the exposure process is reduced. There was also the inconvenience of lowering.

【0008】本発明は斯かる点に鑑み、露光光の照明領
域を露光時に比べて広くすることなく、レチクル上から
レチクルマーク、又はウエハマークの少なくとも一方の
位置を検出できる検出系を備えた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 an exposure apparatus having a detection system capable of detecting at least one position of a reticle mark or a wafer mark from a reticle without making an illumination area of exposure light wider than at the time of exposure. It is intended to provide a device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による露光装置
は、転写用パターンの形成されたマスク(R)上の所定
の照明領域(13)を露光光で照明する照明光学系(1
〜12)と、その露光光と同じ波長域の照明光を用いて
マスク(R)上に形成された位置合わせ用マーク(33
A)、又は感光性基板(W)上に形成された位置合わせ
用マーク(37A)の少なくとも一方の位置を検出する
マーク位置検出系(45〜47)と、を備え、このマー
ク位置検出系の検出結果に基づいてそのマスクとその感
光性基板との位置合わせを行って、その露光光のもとで
そのマスクのパターンをその感光性基板上に転写する露
光装置において、その照明光学系からそのマスクに照射
されるその露光光の一部を照明領域(13)外の領域に
偏向する光束偏向部材(43)を設け、この光束偏向部
材で偏向された露光光をそのマーク位置検出系の照明光
として使用するものである。
An exposure apparatus according to the present invention comprises an illumination optical system (1) for illuminating a predetermined illumination area (13) on a mask (R) on which a transfer pattern is formed with exposure light.
To 12) and an alignment mark (33) formed on the mask (R) using illumination light in the same wavelength range as the exposure light.
A) or a mark position detection system (45-47) for detecting at least one position of the alignment mark (37A) formed on the photosensitive substrate (W). An exposure apparatus that aligns the mask with the photosensitive substrate based on the detection result and transfers the pattern of the mask onto the photosensitive substrate under the exposure light. A light beam deflecting member (43) for deflecting a part of the exposure light applied to the mask to an area outside the illumination area (13) is provided, and the exposure light deflected by the light beam deflecting member is illuminated by a mark position detection system. It is used as light.

【0010】斯かる本発明によれば、例えば図1に示す
ように、露光時の照明領域(13)の外側に検出対象の
マーク(33A)があるものとすると、その照明領域
(13)に向かう露光光の一部を光束偏向部材(43)
を介してそのマーク(33A)の上方に偏向し、このよ
うに偏向された露光光で例えばそのマーク検出系の一部
のビームスプリッタ(45)を介してそのマーク(33
A)を照明する。そして、マーク(33A)から反射さ
れる露光光をビームスプリッタ(45)を介してそのマ
ーク検出系の観察系に導くことによって、露光光の照明
領域を拡大することなくそのマーク(33A)の位置が
検出できる。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, if there is a mark (33A) to be detected outside the illumination area (13) at the time of exposure, the illumination area (13) A part of the incoming exposure light is a light beam deflecting member (43)
The mark (33A) is deflected upward through the mark (33A), and the exposure light deflected in this way is transmitted through the beam splitter (45) of a part of the mark detection system, for example.
A) Illuminate. Then, the exposure light reflected from the mark (33A) is guided to the observation system of the mark detection system via the beam splitter (45), so that the position of the mark (33A) can be increased without expanding the illumination area of the exposure light. Can be detected.

【0011】この場合、光束偏向部材(43)によって
偏向された光束の光路長を、それ以外のその露光光の光
路長に近付けるための光路長調整部材(40A,40
B)を設けることが望ましい。これによって、その照明
光学系から直接マスク(R)に照射される露光光の光路
長に対して、光束偏向部材(43)を介してマスク
(R)に照射される露光光の光路長が近付くため、より
露光時の照明状態に近い照明状態で検出対象のマークを
照明できる。
In this case, the optical path length adjusting members (40A, 40A) for bringing the optical path length of the light beam deflected by the light beam deflecting member (43) closer to the optical path length of the other exposure light.
It is desirable to provide B). Thereby, the optical path length of the exposure light irradiated on the mask (R) via the light beam deflecting member (43) is closer to the optical path length of the exposure light irradiated directly on the mask (R) from the illumination optical system. Therefore, the mark to be detected can be illuminated in an illumination state closer to the illumination state at the time of exposure.

【0012】また、光束偏向部材(43)を介して検出
対象のマークに照射される露光光のテレセントリック性
を光路長調整部材(40A,40B)によって調整する
ことが望ましい。本発明では露光光の光路を横ずれさせ
ているが、例えば更に投影光学系を介して感光性基板
(W)上のマーク(37A)を検出する場合には、その
感光性基板上でのテレセントリック性の条件を満たすた
めには、対応するマスク(R)上での露光光の主光線の
入射角を変える必要が生ずることがある。更に、光束偏
向部材(43)の製造誤差等によってマスク(R)に対
する露光光の入射角が変化することもある。このような
場合には、光路長調整部材(40A,40B)によって
露光光のテレセントリック性を制御して、感光性基板
(W)上の位置合わせ用マーク(37A)に露光光の主
光線が垂直に入射するようにすることで、位置合わせ用
マーク(37A)の位置が高精度に検出される。
It is desirable that the optical path length adjusting members (40A, 40B) adjust the telecentricity of the exposure light applied to the mark to be detected via the light beam deflecting member (43). In the present invention, the optical path of the exposure light is laterally shifted. For example, when the mark (37A) on the photosensitive substrate (W) is detected via a projection optical system, the telecentricity on the photosensitive substrate is detected. In order to satisfy the condition (1), it may be necessary to change the incident angle of the principal ray of the exposure light on the corresponding mask (R). Further, the incident angle of the exposure light to the mask (R) may change due to a manufacturing error of the light beam deflecting member (43) or the like. In such a case, the telecentricity of the exposure light is controlled by the optical path length adjusting members (40A, 40B) so that the chief ray of the exposure light is perpendicular to the alignment mark (37A) on the photosensitive substrate (W). , The position of the alignment mark (37A) is detected with high accuracy.

【0013】また、光束偏向部材(43)はその露光光
の光路に対して退避自在であることが望ましい。露光時
には光束偏向部材(43)を退避させることで、光束偏
向部材(43)が露光の障害になることがない。
It is desirable that the light beam deflecting member (43) be retractable with respect to the optical path of the exposure light. By retracting the light beam deflecting member (43) during exposure, the light beam deflecting member (43) does not hinder the exposure.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光装置の第
1の実施の形態につき図1〜図3を参照して説明する。
本例は、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期
走査することにより、レチクルのパターン像をウエハ上
の各ショット領域に逐次転写するステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus that sequentially transfers a reticle pattern image to each shot area on a wafer by synchronously scanning a reticle and a wafer with respect to a projection optical system. It was done.

【0015】図1は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図1において、KrFエキシマレーザ光源(発
振波長248nm)、又はArFエキシマレーザ光源
(発振波長193nm)等の露光光源1から射出された
レーザ光よりなる露光光ILは、ミラー2及びビーム整
形光学系3等を介して、照度分布均一化用のフライアイ
レンズ4に入射する。フライアイレンズ4を構成する多
数のレンズエレメントの入射面は、転写対象のレチクル
のパターン面と共役であり、それらのレンズエレメント
の断面形状とレチクル上の有効照明領域とは相似であ
る。また、フライアイレンズ4の射出面に開口絞り板5
が回転自在に配置され、開口絞り板5の周縁部に円形開
口よりなる通常の開口絞り、小さい円形開口よりなる小
σ値(コヒーレンスファクタ)用の開口絞り、輪帯絞
り、及び例えば4個の小さい円形開口を軸対称に配置し
てなる変形照明用の開口絞り等の種々の開口絞り(σ絞
り)が配置され、装置全体の動作を制御する主制御装置
14の指令のもとで、回転モータ6を介して開口絞り板
5を回転することによって、フライアイレンズ4の射出
面に所望の開口絞りを設置できるように構成されてい
る。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, light is emitted from an exposure light source 1 such as a KrF excimer laser light source (oscillation wavelength of 248 nm) or an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength of 193 nm). The exposure light IL made of the laser light is incident on the fly-eye lens 4 for uniforming the illuminance distribution via the mirror 2 and the beam shaping optical system 3 and the like. The incident surfaces of a number of lens elements constituting the fly-eye lens 4 are conjugate with the pattern surface of the reticle to be transferred, and the cross-sectional shapes of these lens elements are similar to the effective illumination area on the reticle. Also, an aperture stop plate 5 is provided on the exit surface of the fly-eye lens 4.
Are rotatably arranged, a normal aperture stop having a circular aperture on the periphery of the aperture stop plate 5, an aperture stop having a small circular aperture for a small σ value (coherence factor), an annular aperture stop, and, for example, four aperture stops. Various aperture stops ([sigma] stops) such as an aperture stop for deformed illumination in which small circular apertures are arranged axially symmetrically are arranged, and rotated under a command of a main controller 14 for controlling the operation of the entire apparatus. By rotating the aperture stop plate 5 via the motor 6, a desired aperture stop can be set on the exit surface of the fly-eye lens 4.

【0016】フライアイレンズ4の射出面の開口絞りを
通過した露光光ILは、露光時には第1リレーレンズ
7、可変視野絞り(レチクルブラインド)8、第2リレ
ーレンズ10、光路折り曲げ用のミラー11、及びコン
デンサレンズ12を経てレチクルRのパターン面(下
面)の矩形の照明領域13を均一な照度分布で照明す
る。以上の露光光源1〜コンデンサレンズ12より露光
用の照明光学系が構成されている。可変視野絞り8の配
置面はそのパターン面と共役であり、主制御装置14が
駆動装置9を介して可変視野絞り8の開口の形状を制御
することよって、照明領域13の形状が規定される。但
し、照明領域13の可能な最大の領域(有効照明領域)
は、フライアイレンズ4の各レンズエレメントの断面形
状によって規定されており、可変視野絞り8はその有効
照明領域内で更に照明領域を規定するものである。な
お、露光光ILとしては、エキシマレーザ光の他に、金
属蒸気レーザやYAGレーザの高調波、又は水銀ランプ
の輝線(波長365nmのi線等)等を使用することも
できる。
Exposure light IL that has passed through the aperture stop on the exit surface of the fly-eye lens 4 is exposed to a first relay lens 7, a variable field stop (reticle blind) 8, a second relay lens 10, and a mirror 11 for bending the optical path. , And the condenser lens 12 illuminates the rectangular illumination area 13 on the pattern surface (lower surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution. The above-described exposure light source 1 to condenser lens 12 constitute an illumination optical system for exposure. The arrangement surface of the variable field stop 8 is conjugate with its pattern surface, and the shape of the illumination area 13 is defined by the main controller 14 controlling the shape of the opening of the variable field stop 8 via the driving device 9. . However, the largest possible area of the illumination area 13 (effective illumination area)
Is defined by the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens 4, and the variable field stop 8 further defines an illumination area within its effective illumination area. As the exposure light IL, a harmonic of a metal vapor laser or a YAG laser, a bright line of a mercury lamp (such as an i-line with a wavelength of 365 nm), or the like can be used in addition to the excimer laser light.

【0017】露光時には、露光光ILのもとでレチクル
R上の照明領域13内のパターンの像が、両側(又はウ
エハ側に片側)テレセントリックな投影光学系PLを介
して投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等)で、フ
ォトレジストが塗布されたウエハW上の矩形の露光領域
に投影露光される。以下では、投影光学系PLの光軸A
X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。
At the time of exposure, the image of the pattern in the illumination area 13 on the reticle R under the exposure light IL is projected through a telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer side) to a projection magnification β (β is For example, 1/4, 1/5, etc.), a rectangular exposure area on the wafer W coated with the photoresist is projected and exposed. Hereinafter, the optical axis A of the projection optical system PL will be described.
The description will be made by taking the Z axis parallel to X, the X axis parallel to the plane of FIG. 1, and the Y axis perpendicular to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis.

【0018】本例では、レチクルRはレチクルステージ
15上に保持され、レチクルステージ15は、レチクル
ベース16上で光軸AXに垂直な平面内で2次元的にレ
チクルRの位置決めを行うと共に、Y方向(走査方向)
にレチクルRを所定速度で走査できるように構成されて
いる。レチクルステージ15上の移動鏡17m、及びレ
ーザ干渉計17によって計測されるレチクルステージ1
5の2次元座標が、主制御装置14に供給され、主制御
装置14は供給された座標に基づいてリニアモータ等の
駆動部を介してレチクルステージ15の位置、及び速度
を制御する。
In this embodiment, the reticle R is held on a reticle stage 15, and the reticle stage 15 two-dimensionally positions the reticle R on a reticle base 16 in a plane perpendicular to the optical axis AX. Direction (scanning direction)
The reticle R can be scanned at a predetermined speed. Reticle stage 1 measured by moving mirror 17 m on reticle stage 15 and laser interferometer 17
The two-dimensional coordinates 5 are supplied to the main controller 14, and the main controller 14 controls the position and speed of the reticle stage 15 via a driving unit such as a linear motor based on the supplied coordinates.

【0019】一方、ウエハWは、ウエハホルダ(不図
示)を介してウエハステージ19上に載置されている。
ウエハステージ19は、X方向及びY方向にウエハWの
位置決めを行うと共に、Y方向にウエハWを一定速度で
走査できるように構成されている。また、ウエハステー
ジ19は、オートフォーカス方式でウエハWのZ方向の
位置(フォーカス位置)の制御を行う。ウエハステージ
19上の移動鏡20m、及び外部のレーザ干渉計20に
よって計測されるウエハステージ19の2次元座標が主
制御装置14に供給され、主制御装置14は駆動モータ
等の駆動部を介してウエハステージ19の動作を制御す
る。走査露光時には、レチクルステージ15を介してレ
チクルRが+Y方向(又は−Y方向)に速度VR で走査
されるのに同期して、ウエハステージ19を介してウエ
ハW上の1つのショット領域が速度β・VR(βは投影倍
率)で−Y方向(又は+Y方向)に走査される。
On the other hand, the wafer W is mounted on a wafer stage 19 via a wafer holder (not shown).
The wafer stage 19 is configured to position the wafer W in the X direction and the Y direction and to scan the wafer W in the Y direction at a constant speed. The wafer stage 19 controls the position (focus position) of the wafer W in the Z direction by an autofocus method. The two-dimensional coordinates of the moving mirror 20m on the wafer stage 19 and the wafer stage 19 measured by the external laser interferometer 20 are supplied to the main controller 14, and the main controller 14 is driven via a drive unit such as a drive motor. The operation of the wafer stage 19 is controlled. During scanning exposure, in synchronism with being scanned at a velocity V R to the reticle R is + Y direction (or the -Y direction) via the reticle stage 15, one shot area on the wafer W via the wafer stage 19 speed β · V R (β is the projection magnification) is scanned in the -Y direction (or + Y direction).

【0020】また、ウエハステージ19上のウエハWの
近傍には、ウエハWの表面と同じ高さの表面を有する基
準マーク部材22が固定され、基準マーク部材22上に
アライメントセンサ等のための基準マーク23が形成さ
れている。次に、本例の投影露光装置のアライメントセ
ンサにつき詳細に説明する。本例では、TTR方式で且
つ画像処理方式のアライメントセンサを使用する。その
アライメントを行うために、レチクルR及びウエハW上
にそれぞれアライメントマーク(レチクルマーク及びウ
エハマーク)が形成されている。
In the vicinity of the wafer W on the wafer stage 19, a reference mark member 22 having a surface at the same height as the surface of the wafer W is fixed. A mark 23 is formed. Next, the alignment sensor of the projection exposure apparatus of this embodiment will be described in detail. In this example, an alignment sensor of a TTR method and an image processing method is used. In order to perform the alignment, alignment marks (reticle mark and wafer mark) are formed on reticle R and wafer W, respectively.

【0021】図2(a)はレチクルR上のレチクルマー
クの配列を示し、この図2(a)において、レチクルR
のパターン領域31の+X方向の外側に、Y方向に所定
ピッチで光透過部と光反射部とを配列してなるライン・
アンド・スペースパターンよりなるY軸の2つのレチク
ルマーク33A,34Aが窓部35Aを隔てて形成され
ている。この場合、レチクルマーク33A,34A及び
窓部35Aは、露光用の照明光学系による露光光ILの
照明領域13を含む有効照明領域に対して+X方向に外
れた領域に形成されている。また、図1の投影光学系P
LによってウエハW上に投影できる最大の領域を円形の
有効視野32とすると、レチクルマーク33A,34A
及び窓部35Aはその有効視野32内に収まっている。
但し、実際には少なくとも窓部35Aのみが有効視野3
2内に収まっていればよい。それらのレチクルマークと
光軸AXを通りY軸に平行な直線に関して対称に、パタ
ーン領域31の−X方向の外側にも、Y軸の2つのレチ
クルマーク33B,34Bが窓部35Bを隔てて形成さ
れている。また、図示省略されているが、X方向に所定
ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターン
よりなるX軸のレチクルマークも形成されている。
FIG. 2A shows an arrangement of reticle marks on the reticle R. In FIG.
Outside of the + X direction of the pattern region 31 of FIG.
Two Y-axis reticle marks 33A and 34A each formed of an AND space pattern are formed across a window 35A. In this case, the reticle marks 33A and 34A and the window 35A are formed in a region deviated in the + X direction from the effective illumination region including the illumination region 13 of the exposure light IL by the exposure illumination optical system. Further, the projection optical system P of FIG.
Assuming that the maximum area that can be projected onto the wafer W by L is a circular effective field of view 32, the reticle marks 33A and 34A
The window portion 35A is within the effective visual field 32.
However, at least only the window 35A has an effective visual field of 3
It only has to be within 2. Two Y-axis reticle marks 33B and 34B are formed symmetrically with respect to the reticle mark and a straight line parallel to the Y axis passing through the optical axis AX and outside the pattern region 31 in the −X direction with the window 35B interposed therebetween. Have been. Although not shown, an X-axis reticle mark formed of a line-and-space pattern arranged at a predetermined pitch in the X direction is also formed.

【0022】図2(b)はウエハW上の1つのショット
領域36に付設されたウエハマークの配列を示し、この
図2(b)において、ショット領域36に−X方向に隣
接するように、Y方向に所定ピッチで凸部と凹部とを配
列してなるY軸のウエハマーク37A、及びX方向に所
定ピッチで凸部と凹部とを配列してなるX軸のウエハマ
ーク38Aが形成されている。また、その1対のウエハ
マークと対称に、そのショット領域36に+X方向に隣
接するように、Y軸のウエハマーク37B、及びX軸の
ウエハマーク38Bが形成されている。レチクルRのパ
ターン領域31とウエハW上のショット領域36とが位
置合わせされた状態で、レチクルR上の窓部35A,3
5Bの中心とウエハマーク37A,37Bの中心とはほ
ぼ共役である。
FIG. 2B shows an arrangement of wafer marks attached to one shot area 36 on the wafer W. In FIG. 2B, the shot mark 36 is adjacent to the shot area 36 in the -X direction. A Y-axis wafer mark 37A in which convex portions and concave portions are arranged at a predetermined pitch in the Y direction, and an X-axis wafer mark 38A in which convex portions and concave portions are arranged at a predetermined pitch in the X direction are formed. I have. Further, a Y-axis wafer mark 37B and an X-axis wafer mark 38B are formed symmetrically with the pair of wafer marks and adjacent to the shot area 36 in the + X direction. With the pattern region 31 of the reticle R and the shot region 36 on the wafer W aligned, the windows 35A, 3A on the reticle R are aligned.
The center of 5B and the centers of wafer marks 37A and 37B are substantially conjugate.

【0023】TTR方式でショット領域36のアライメ
ントを行う際には、レチクルR上のY軸の第1のレチク
ルマーク33A,34A及び第2のレチクルマーク33
B,34Bと、それぞれ対応するウエハW上のショット
領域36のウエハマーク37A及び37BとのY方向へ
の位置ずれ量が対応するアライメントセンサによって検
出され、同様にレチクルR上の不図示のX軸のレチクル
マークと対応するウエハW上のX軸のウエハマーク38
A,38BとのX方向への位置ずれ量が対応するアライ
メントセンサによって検出され、これらの検出結果がそ
れぞれ所定の許容範囲内に収められた状態で露光が行わ
れる。以下では、レチクルマーク33A,34Aと対応
するウエハマーク37AとのY方向への位置ずれ量を検
出するためのアライメントセンサにつき説明する。
When performing alignment of the shot area 36 by the TTR method, the first reticle marks 33A, 34A and the second reticle mark 33 on the Y axis on the reticle R are used.
B, 34B and the amount of displacement in the Y direction between the corresponding wafer mark 37A and the wafer mark 37B of the shot area 36 on the wafer W are detected by the corresponding alignment sensor, and similarly, an X-axis (not shown) on the reticle R X-axis wafer mark 38 on wafer W corresponding to reticle mark
The amount of displacement in the X direction with respect to A and 38B is detected by the corresponding alignment sensor, and exposure is performed with the results of these detections falling within predetermined allowable ranges. Hereinafter, an alignment sensor for detecting the amount of displacement in the Y direction between reticle marks 33A and 34A and corresponding wafer mark 37A will be described.

【0024】図1において、レチクルRのレチクルマー
ク33A,34Aの上方にTTR方式のアライメントセ
ンサ39が配置されている。このアライメントセンサ3
9は、レチクルマーク33A,34Aの上方で光軸AX
に対して45°で傾斜して外側を向くように配置された
ビームスプリッタ45と、このビームスプリッタ45か
らの光束を集光する対物光学系46と、この対物光学系
46で形成された像を撮像する2次元CCD等の撮像素
子とから構成されている。本例のレチクルマーク33
A,34Aは有効照明領域の外側にあるため、ビームス
プリッタ45もその有効照明領域に向かう露光光の光路
外に位置している。
In FIG. 1, a TTR type alignment sensor 39 is disposed above reticle marks 33A and 34A of reticle R. This alignment sensor 3
9 is an optical axis AX above the reticle marks 33A and 34A.
The beam splitter 45 is arranged so as to be inclined outward at 45 ° to face the outside, an objective optical system 46 for condensing a light beam from the beam splitter 45, and an image formed by the objective optical system 46. And an imaging element such as a two-dimensional CCD for imaging. Reticle mark 33 of this example
Since A and 34A are outside the effective illumination area, the beam splitter 45 is also located outside the optical path of the exposure light toward the effective illumination area.

【0025】また、アライメント時に露光光ILの一部
をアライメントセンサ39用の照明光とするために、ア
ライメントセンサ39の上方に1対の楔状の偏角プリズ
ム40A,40B、及びY方向から見た形状が菱型の菱
型プリズム43が配置されている。この場合、偏角プリ
ズム40A,40Bはこれらのプリズムを個別に回転で
きる回転装置41を介して支持アーム42に固定され、
菱型プリズム43も支持アーム42に固定され、支持ア
ーム42はスライダ44にY方向に出し入れ自在に取り
付けられている。そして、露光時には支持アーム42を
スライダ44内に引き込むことで、偏角プリズム40
A,40B及び菱型プリズム43を露光光ILの光路か
ら退避でき、アライメント時には支持アーム42をスラ
イダ44から引き出すことで偏角プリズム40A,40
B及び菱型プリズム43の入射面を露光光ILの光路に
設置できるように構成されている。
In order to use a part of the exposure light IL as illumination light for the alignment sensor 39 at the time of alignment, the pair of wedge-shaped deflection prisms 40A and 40B is viewed above the alignment sensor 39 from the Y direction. A rhombic prism 43 having a rhombic shape is arranged. In this case, the deflection prisms 40A and 40B are fixed to a support arm 42 via a rotation device 41 that can individually rotate these prisms,
The rhombic prism 43 is also fixed to the support arm 42, and the support arm 42 is attached to the slider 44 so as to be able to move in and out in the Y direction. Then, at the time of exposure, the support arm 42 is pulled into the slider 44 so that the deflection prism 40
A and 40B and the rhombic prism 43 can be retracted from the optical path of the exposure light IL. At the time of alignment, the support arm 42 is pulled out from the slider 44 to thereby provide the deflection prisms 40A and 40A.
It is configured such that the incident surfaces of B and the rhombic prism 43 can be set in the optical path of the exposure light IL.

【0026】図1に示すように、アライメントを行うた
めに偏角プリズム40A,40B及び菱型プリズム43
の入射面を露光光ILの光路中に設置した状態では、コ
ンデンサレンズ12からレチクルRに向かう露光光IL
の一部は、順に光軸AXに沿って配置された偏角プリズ
ム40A及び40Bを経て菱型プリズム43の入射面に
入射する。このように菱型プリズム43に入射した露光
光は、菱型プリズム43内部の対向する傾斜面で2回全
反射された後、菱型プリズム43の底面から射出されて
ビームスプリッタ45に向かう。そして、ビームスプリ
ッタ45を透過した露光光の一部はレチクルRのレチク
ルマーク33A,34Aを照明し、残りの露光光はレチ
クルRの窓部35A(図2(a)参照)を通過した後、
投影光学系PLを介してウエハW上のウエハマーク37
Aを照明する。
As shown in FIG. 1, the deflection prisms 40A and 40B and the rhombic prism 43 are used for alignment.
Is set in the optical path of the exposure light IL, the exposure light IL traveling from the condenser lens 12 to the reticle R.
Is incident on the incident surface of the rhombic prism 43 via the deflection prisms 40A and 40B arranged in order along the optical axis AX. The exposure light that has entered the rhombic prism 43 as described above is totally reflected twice on opposing inclined surfaces inside the rhombic prism 43, then exits from the bottom surface of the rhombic prism 43 and travels toward the beam splitter 45. Then, a part of the exposure light transmitted through the beam splitter 45 illuminates the reticle marks 33A and 34A of the reticle R, and the remaining exposure light passes through the window 35A of the reticle R (see FIG. 2A).
Wafer mark 37 on wafer W via projection optical system PL
Illuminate A.

【0027】このウエハマーク37Aで反射された露光
光は、再び投影光学系PLを経てレチクルRの窓部35
Aにそのウエハマーク37Aの像を形成する。その窓部
35Aに戻された露光光、及びレチクルマーク33A,
34Aで反射された露光光はビームスプリッタ45に向
かい、ビームスプリッタ45で反射された露光光は対物
光学系46を経て撮像素子47の撮像面に、ウエハマー
ク37A及びレチクルマーク33A,34Aの像を形成
する。撮像素子47の撮像信号は主制御装置14内の画
像処理部に供給され、この画像処理部ではその撮像信号
を処理してレチクルマーク33A,34Aの中心に対す
るウエハマーク37Aの中心のY方向への位置ずれ量を
求める。同様に他のマーク間の位置ずれ量も求められ、
これらの位置ずれ量からレチクルRとウエハWとの位置
合わせが行われる。
The exposure light reflected by the wafer mark 37A passes through the projection optical system PL again and passes through the window 35 of the reticle R.
An image of the wafer mark 37A is formed on A. The exposure light returned to the window 35A and the reticle marks 33A,
The exposure light reflected by 34A is directed to beam splitter 45, and the exposure light reflected by beam splitter 45 passes the image of wafer mark 37A and reticle marks 33A and 34A onto the imaging surface of image sensor 47 via objective optical system 46. Form. The image pickup signal of the image pickup device 47 is supplied to an image processing unit in the main control device 14, and the image processing unit processes the image pickup signal to move the center of the wafer mark 37A relative to the center of the reticle marks 33A, 34A in the Y direction. Find the amount of displacement. Similarly, the displacement amount between the other marks is also obtained,
The reticle R and the wafer W are aligned with each other based on the positional shift amounts.

【0028】上述のように本例では、アライメントセン
サ39を使用してレチクルRとウエハWとの位置ずれ量
を検出する際に、スライダ44によって偏角プリズム4
0A,40B及び菱型プリズム43が露光光ILの光路
中に設定され、その露光光ILの一部を偏向して得られ
る光束によって検出対象のレチクルマーク及びウエハマ
ークが照明される。従って、例えば開口絞り板5を回転
して開口絞りを小σ値用の開口絞り、輪帯絞り、又は変
形照明用の開口絞り等に切り換えた場合でも、切り換え
た照明条件で対応するマーク間の位置ずれ量が検出でき
るため、照明条件によって投影光学系PLのディストー
ション等が変化しても、高い重ね合わせ精度が得られ
る。また、露光光ILの有効照明領域を、レチクルRの
パターン領域の外側まで広げる必要がないため、露光用
の照明光学系は小型化されている。更に、露光時の露光
光ILの照度が高くなっているため、ウエハWの各ショ
ット領域に対する露光時間を短縮でき露光工程のスルー
プットも向上する。
As described above, in the present embodiment, when the displacement between the reticle R and the wafer W is detected using the alignment sensor 39, the deflection prism 4 is moved by the slider 44.
0A, 40B and a rhombic prism 43 are set in the optical path of the exposure light IL, and the reticle mark and the wafer mark to be detected are illuminated by a light beam obtained by deflecting a part of the exposure light IL. Therefore, for example, even when the aperture stop plate 5 is rotated to switch the aperture stop to an aperture stop for a small σ value, an annular stop, an aperture stop for a modified illumination, or the like, the gap between the corresponding marks is changed under the switched illumination condition. Since the amount of displacement can be detected, high overlay accuracy can be obtained even if the distortion or the like of the projection optical system PL changes depending on the illumination conditions. Further, since it is not necessary to extend the effective illumination area of the exposure light IL to outside the pattern area of the reticle R, the illumination optical system for exposure is downsized. Further, since the illuminance of the exposure light IL at the time of exposure is high, the exposure time for each shot area of the wafer W can be shortened, and the throughput of the exposure process can be improved.

【0029】定量的にその照度がどの程度高くなってい
るかを見積もると、図2(a)において、ステップ・ア
ンド・スキャン方式での照明領域13の大きさは一例と
して非走査方向(X方向)の幅が100mmで、走査方
向(Y方向)の幅が30mm程度である。一方、レチク
ルマーク33A,34AはレチクルRのパターン領域3
1から例えばX方向に5mm程度離れた位置に形成され
ている。従って、光路偏向部材を使用することなく露光
光でレチクルマーク33A,34A(及び反対側のレチ
クルマーク33B,34B)を照明しようとすると、露
光光による有効照明領域のX方向の幅を110mm程度
にする必要がある。これに対して、本例では光路偏向部
材としての菱型プリズム43が使用されているため、有
効照明領域のX方向の幅はほぼ100mmでよい。従っ
て、本例の有効照明領域の面積は従来例に比べて10%
程度狭くできるため、露光光の照度は逆に10%程度大
きくできることになる。
When quantitatively estimating how much the illuminance increases, in FIG. 2A, the size of the illumination area 13 in the step-and-scan method is, for example, in the non-scanning direction (X direction). Is about 100 mm, and the width in the scanning direction (Y direction) is about 30 mm. On the other hand, reticle marks 33A and 34A correspond to pattern area 3 of reticle R.
For example, it is formed at a position about 5 mm away from 1 in the X direction. Therefore, if the reticle marks 33A, 34A (and the reticle marks 33B, 34B on the opposite side) are to be illuminated with the exposure light without using the optical path deflecting member, the width of the effective illumination area by the exposure light in the X direction is reduced to about 110 mm. There is a need to. On the other hand, in this example, since the rhombic prism 43 is used as an optical path deflecting member, the width of the effective illumination area in the X direction may be approximately 100 mm. Therefore, the area of the effective illumination area in this example is 10% as compared with the conventional example.
Since it can be made as narrow as possible, the illuminance of the exposure light can be increased by about 10%.

【0030】次に、図1の偏角プリズム40A,40B
の動作につき図3を参照して説明する。図3は、図1の
菱型プリズム43の周辺を示す拡大図であり、この図3
において2枚の偏角プリズム40A,40Bを1個の光
軸方向(Z方向)の厚さd2の平行平板ガラスよりなる
光学部材40で置き換えてある。また、菱型プリズム4
3の上面と底面との光軸方向の厚さをd1、菱型プリズ
ム43の対向する傾斜面の光軸に垂直なX方向の間隔
(即ち、露光光の横シフト量)をHとして、光学部材4
0及び菱型プリズム43の露光光に対する屈折率をnと
する。
Next, the deflection prisms 40A and 40B shown in FIG.
Will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view showing the periphery of the rhombic prism 43 of FIG.
In FIG. 7, the two deflection prisms 40A and 40B are replaced by one optical member 40 made of a parallel plate glass having a thickness d2 in the optical axis direction (Z direction). In addition, the rhombic prism 4
Assuming that the thickness in the optical axis direction between the top surface and the bottom surface of 3 is d1 and the interval in the X direction perpendicular to the optical axis of the opposed inclined surface of the rhombic prism 43 (ie, the lateral shift amount of the exposure light) is H, Member 4
Let n be the refractive index of the 0 and rhombic prism 43 with respect to the exposure light.

【0031】図3において、光学部材40の入射面の中
心を点Aとして、光学部材40及び菱型プリズム43が
無い場合には、Z軸に平行に点Aに入射した露光光48
は、そのままレチクルRのパターン面の点Bに入射す
る。このときの、露光光48の点Aから点Bまでの光路
長S1は、d1及びd2以外の長さをδとして次のよう
に表すことができる。
In FIG. 3, when the center of the incident surface of the optical member 40 is point A and the optical member 40 and the rhombic prism 43 are not provided, the exposure light 48 incident on the point A in parallel to the Z axis.
Enters the point B on the pattern surface of the reticle R as it is. At this time, the optical path length S1 from the point A to the point B of the exposure light 48 can be expressed as follows, where δ is a length other than d1 and d2.

【0032】S1=d1+d2+δ (1) これに対して、菱型プリズム43のみを露光光48の光
路に設置すると、点Aを通過した露光光48は、菱型プ
リズム43の一方の傾斜面の点D、及び他方の傾斜面の
点Eを経た後、Z軸に平行にビームスプリッタ45を透
過してレチクルマーク33A上の点Cに入射する。点B
と点Cとの間隔はHであり、レチクルマーク33A,3
4Aは有効照明領域13Aの外側に位置している。この
ままでは、露光光48が点Aから点Cに至るまでの光路
長と(1)式の光路長との差分が大きい場合があるた
め、更に光学部材40を点Aと点Dとの間に配置する
と、露光光48が光学部材40及び菱型プリズム43を
通過して点Cに至る際の光路の長さを空気中での長さに
換算した空気換算長S2は、次のようになる。
S1 = d1 + d2 + δ (1) On the other hand, if only the rhombic prism 43 is set in the optical path of the exposure light 48, the exposure light 48 passing through the point A will be reflected at the point on one inclined surface of the rhombic prism 43. After passing through D and a point E on the other inclined surface, the light passes through the beam splitter 45 in parallel with the Z axis and is incident on a point C on the reticle mark 33A. Point B
The distance between the reticle mark 33A and the point C is H,
4A is located outside the effective illumination area 13A. In this state, since the difference between the optical path length of the exposure light 48 from the point A to the point C and the optical path length of the equation (1) may be large, the optical member 40 is further moved between the point A and the point D. When arranged, the air-converted length S2 obtained by converting the length of the optical path when the exposure light 48 reaches the point C through the optical member 40 and the rhombic prism 43 into the length in the air is as follows. .

【0033】 S2=(d1+d2+H)/n+δ (2) 従って、これを(1)式の光路長S1と等しくするため
の条件は、次のようになる。 d1+d2=H/(n−1) (3) そこで、本例では光学部材40(偏角プリズム40A,
40B)の厚さd1、菱型プリズム43の厚さd2、及
び菱型プリズム43による露光光の横シフト量Hが
(3)式の条件を満たすように設定する。これによっ
て、レチクルマーク33A,34Aを照明する露光光の
光路長は、露光時の光路長と等しくなるため、露光時の
照明状態と全く同じ状態で対応するマーク間の位置ずれ
量を高精度に検出できる。
S2 = (d1 + d2 + H) / n + δ (2) Accordingly, the condition for making this equal to the optical path length S1 of the equation (1) is as follows. d1 + d2 = H / (n-1) (3) Therefore, in this example, the optical member 40 (deflection prism 40A,
The thickness d1 of 40B), the thickness d2 of the rhombic prism 43, and the lateral shift amount H of the exposure light by the rhombic prism 43 are set so as to satisfy the condition of Expression (3). As a result, the optical path length of the exposure light illuminating the reticle marks 33A and 34A becomes equal to the optical path length at the time of exposure. Can be detected.

【0034】図1に戻り、菱型プリズム43の上方の偏
角プリズム40A,40Bは、(3)式を満たすように
合計の厚さが調整されている。更に、偏角プリズム40
A,40Bはそれぞれ楔状であるために、それぞれを回
転することにより、入射する露光光を所定の角度範囲内
で2次元的な任意の方向に任意の角度だけ偏向すること
ができる。本例では回転装置41を介してそれらの偏角
プリズム40A,40Bの回転角を制御することによっ
て、菱型プリズム43を経てレチクルマーク33A,3
4A及び窓部35Aを照明する露光光の主光線の入射角
(テレセントリック性)の調整を行う。
Returning to FIG. 1, the total thickness of the deflection prisms 40A and 40B above the rhombic prism 43 is adjusted so as to satisfy the equation (3). Furthermore, the deflection prism 40
Since A and 40B are wedge-shaped, respectively, by rotating each, it is possible to deflect the incident exposure light by an arbitrary angle in an arbitrary two-dimensional direction within a predetermined angle range. In this example, the rotation angles of the deflection prisms 40A and 40B are controlled via a rotation device 41, so that the reticle marks 33A and 33A pass through a rhombic prism 43.
The incident angle (telecentricity) of the principal ray of the exposure light for illuminating the window 4A and the window 35A is adjusted.

【0035】それは、投影光学系PLの収差がある場合
でも、ウエハW上のウエハマーク37Aを露光光でテレ
セントリックな条件で照明するためには、レチクルR上
の対応する位置(窓部35A)ではテレセントリックな
条件から若干外れた状態で照明する必要があるからであ
る。即ち、ウエハW上でテレセントリックな照明を行う
ための、レチクルR上の窓部35Aでの露光光の入射角
の条件と、菱型プリズム43が無い場合のレチクルR上
の入射位置での露光光の入射角の条件とは若干異なると
共に、露光光を横シフトするための菱型プリズム43や
ビームスプリッタ45の製造誤差等に起因して露光光の
入射角のずれが生ずる場合もあるため、偏角プリズム4
0A,40Bで露光光の入射角を調整することによっ
て、ウエハW上のウエハマーク37Aを常にテレセント
リックな条件で照明する。従って、ウエハWの高さが変
動した場合でも高精度にウエハマーク37Aの位置を検
出できる。
In order to illuminate the wafer mark 37A on the wafer W with the exposure light in a telecentric condition even when there is an aberration of the projection optical system PL, a corresponding position (the window 35A) on the reticle R is required. This is because it is necessary to illuminate slightly out of telecentric conditions. That is, the condition of the incident angle of the exposure light at the window 35A on the reticle R for performing telecentric illumination on the wafer W, and the exposure light at the incident position on the reticle R without the rhombic prism 43 Is slightly different from the condition of the incident angle of the exposure light, and the deviation of the incident angle of the exposure light may occur due to a manufacturing error of the rhombic prism 43 and the beam splitter 45 for laterally shifting the exposure light. Square prism 4
The wafer mark 37A on the wafer W is always illuminated under telecentric conditions by adjusting the incident angle of the exposure light at 0A and 40B. Therefore, even if the height of the wafer W changes, the position of the wafer mark 37A can be detected with high accuracy.

【0036】なお、図1のアライメントセンサ39を移
動する装置を設けて、レチクルR上の別の位置にあるレ
チクルマーク及び対応するウエハマークをアライメント
センサ39で検出するようにしてもよい。この場合に
は、スライダ44を更にY方向にも移動できるように構
成して、露光光を移動後のアライメントセンサ39のビ
ームスプリッタ45上に供給すればよい。また、検出対
象のレチクルマークの位置が変化すると、ウエハW上で
テレセントリックな照明を行うための露光光の主光線の
傾斜角の条件が変化することがあるため、このように傾
斜角の条件が変化したときには回転装置41を介して偏
角プリズム40A,40Bの回転角を制御して、露光光
の主光線の傾斜角を補正すればよい。これは特に、露光
用の照明光学系がテレセントリックでない場合に有効で
ある。
A device for moving the alignment sensor 39 shown in FIG. 1 may be provided so that the alignment sensor 39 detects a reticle mark at another position on the reticle R and a corresponding wafer mark. In this case, the slider 44 may be configured to be further movable in the Y direction, and the exposure light may be supplied onto the beam splitter 45 of the alignment sensor 39 after the movement. Further, when the position of the reticle mark to be detected changes, the condition of the inclination angle of the principal ray of the exposure light for performing telecentric illumination on the wafer W may change. When it changes, the rotation angle of the deflection prisms 40A and 40B may be controlled via the rotation device 41 to correct the inclination angle of the principal ray of the exposure light. This is particularly effective when the illumination optical system for exposure is not telecentric.

【0037】また、図1のアライメントセンサ39は、
ウエハマーク37Aの他に基準マーク部材22上の基準
マーク23の位置を検出することもできる。基準マーク
23の位置検出を行うのは、例えばアライメントセンサ
39の検出中心とレチクルRのパターン像の中心との間
隔であるベースライン量の計測を行う場合である。ま
た、本例のアライメントセンサ39は、投影光学系PL
を介してウエハW上のウエハマーク37Aの像を撮像し
ているため、このように撮像された像のコントラストを
算出することによって、ウエハWの表面の投影光学系P
Lの像面からのデフォーカス量を検出することも可能で
ある。また、アライメントセンサ39で単にそのウエハ
マーク37Aの像を撮像するのではなく、例えば被検面
の光学的フーリエ変換面(瞳面)付近において、光軸を
通る直線で光束を異なる方向に2分割し、これら2つの
光束の結像位置の横ずれ量を検出することによって、ウ
エハWの表面のデフォーカス量を検出してもよい。この
デフォーカス量の検出も、照明光学系の照明状態による
投影光学系PLの結像特性の変化に敏感であるため、露
光光をそのまま使用してデフォーカス量を検出すること
によって、照明条件に応じた正確なデフォーカス量が検
出できる利点がある。
The alignment sensor 39 shown in FIG.
In addition to the wafer mark 37A, the position of the reference mark 23 on the reference mark member 22 can be detected. The detection of the position of the reference mark 23 is performed, for example, when measuring a baseline amount, which is an interval between the detection center of the alignment sensor 39 and the center of the pattern image of the reticle R. In addition, the alignment sensor 39 of the present example includes a projection optical system PL
, The image of the wafer mark 37A on the wafer W is captured, and by calculating the contrast of the image captured in this manner, the projection optical system P on the surface of the wafer W is calculated.
It is also possible to detect the amount of defocus from the image plane of L. Further, instead of simply taking an image of the wafer mark 37A with the alignment sensor 39, for example, near the optical Fourier transform plane (pupil plane) of the test surface, the light beam is divided into two by a straight line passing through the optical axis in different directions. Then, the amount of defocus on the surface of the wafer W may be detected by detecting the amount of lateral shift between the image forming positions of these two light beams. Since the detection of the defocus amount is also sensitive to a change in the imaging characteristics of the projection optical system PL due to the illumination state of the illumination optical system, the exposure condition can be used as it is to detect the defocus amount. There is an advantage that a corresponding accurate defocus amount can be detected.

【0038】なお、光束偏向部材としては図1の菱型プ
リズム43の代わりに、図4に示すように、平行四辺形
状に配置された2枚のミラー49A,49Bを使用して
もよい。即ち、図4において、厚さd2の光学部材40
を光軸に平行に通過した露光光48は、光軸に対して4
5°で傾斜したミラー49Aによって反射されて、ミラ
ー49Aと平行なミラー49Bに向かい、ミラー49B
で反射された露光光48は図3のレチクルRに向かう。
この場合も、ミラー49A,49Bの光軸に垂直な方向
の間隔(露光光の横シフト量)はHとなっている。図4
の場合には、光学部材40及びミラー49A,49Bが
無いときの露光光48の光路長を(d2+δ’)とする
と、光学部材40及びミラー49A,49Bが有るとき
の光路の長さの空気換算長は(d2/n+H+δ’)と
なるため、ミラー49A,49Bが無い場合と有る場合
とで露光光48の光路長を等しくするための光学部材4
0の厚さd2の条件は次のようになる。
As the light beam deflecting member, two mirrors 49A and 49B arranged in a parallelogram may be used as shown in FIG. 4 instead of the rhombic prism 43 of FIG. That is, in FIG. 4, the optical member 40 having a thickness d2
The exposure light 48 that has passed through the optical axis in parallel to the optical axis
The light is reflected by the mirror 49A inclined at 5 °, and travels toward the mirror 49B parallel to the mirror 49A.
Exposure light 48 reflected by is directed to reticle R in FIG.
Also in this case, the distance between the mirrors 49A and 49B in the direction perpendicular to the optical axis (the lateral shift amount of the exposure light) is H. FIG.
In the case of (2), assuming that the optical path length of the exposure light 48 without the optical member 40 and the mirrors 49A and 49B is (d2 + δ ′), the air path length when the optical member 40 and the mirrors 49A and 49B are present is converted into air. Since the length is (d2 / n + H + δ ′), the optical member 4 for equalizing the optical path length of the exposure light 48 between the case where the mirrors 49A and 49B are not provided and the case where the mirrors 49B are provided.
The condition of the thickness d2 of 0 is as follows.

【0039】d2=n・H/(n−1) (4) この条件を満たすことによって、アライメント時の照明
条件が露光時の照明条件により近付くことになる。次
に、本発明の第2の実施の形態につき図5を参照して説
明する。本例は、投影光学系を使用することなく、レチ
クルとウエハとを近接させて露光を行う所謂プロキシミ
ティ方式の露光装置に本発明を適用したものである。な
お、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。
D2 = nH / (n-1) (4) By satisfying this condition, the illumination condition at the time of alignment becomes closer to the illumination condition at the time of exposure. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the present invention is applied to a so-called proximity type exposure apparatus that performs exposure by bringing a reticle and a wafer close to each other without using a projection optical system. In FIG. 5, portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0040】図5は、本例の露光装置の要部を示し、こ
の図5において、ウエハWはウエハステージ51上に保
持され、ウエハステージ51はウエハWの2次元的な位
置決めを行うと共に、ウエハWの高さの調整も行う。ウ
エハWの上方に所定の間隔を隔ててレチクルRが不図示
のレチクルステージを介して配置され、露光時には照明
光学系のコンデンサレンズ12からの露光光ILによっ
てレチクルRが照明され、露光光ILのもとでレチクル
RのパターンがウエハW上に転写される。
FIG. 5 shows a main part of the exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 5, a wafer W is held on a wafer stage 51, and the wafer stage 51 performs two-dimensional positioning of the wafer W. The height of the wafer W is also adjusted. A reticle R is arranged above the wafer W at a predetermined interval via a reticle stage (not shown). At the time of exposure, the reticle R is illuminated by exposure light IL from the condenser lens 12 of the illumination optical system. Originally, the pattern of reticle R is transferred onto wafer W.

【0041】また、レチクルRのパターン面(下面)で
有効照明領域の外部にレチクルマーク52が形成され、
ウエハW上の対向する位置にウエハマーク53が形成さ
れ、不図示であるが他の位置にもレチクルマーク及びウ
エハマークが形成されている。そして、レチクルマーク
52の上方にビームスプリッタ45、対物光学系46、
及び撮像素子47よりなるアライメントセンサ39が配
置されている。また、コンデンサレンズ12からレチク
ルRに向けて、スライダ44によって露光光ILの光路
に対して退避自在に偏角プリズム40A,40B及び菱
型プリズム43が配置され、これらを露光光ILの光路
上に配置した場合に露光光の一部が菱型プリズム43を
介してビームスプリッタ45に導かれるように構成され
ている。
A reticle mark 52 is formed outside the effective illumination area on the pattern surface (lower surface) of reticle R,
Wafer marks 53 are formed at opposing positions on the wafer W, and reticle marks and wafer marks are formed at other positions (not shown). The beam splitter 45, the objective optical system 46, and the
And an alignment sensor 39 including an image sensor 47. Further, from the condenser lens 12 toward the reticle R, the deflection prisms 40A and 40B and the rhombic prism 43 are disposed so as to be retractable with respect to the optical path of the exposure light IL by the slider 44, and these are arranged on the optical path of the exposure light IL. When arranged, a part of the exposure light is guided to the beam splitter 45 via the rhombic prism 43.

【0042】本例でも、露光用の照明光学系を用いて、
且つ有効照明領域を広くすることなく露光光でレチクル
マーク52及びウエハマーク53を照明し、アライメン
トセンサ39を介して両者の位置ずれ量を検出できる。
従って、照明条件が変化した場合でも、正確にその位置
ずれ量を検出できるため、常に高い重ね合わせ精度が得
られる。
Also in this example, using an illumination optical system for exposure,
In addition, the reticle mark 52 and the wafer mark 53 are illuminated with exposure light without widening the effective illumination area, and the amount of displacement between the two can be detected via the alignment sensor 39.
Therefore, even if the illumination condition changes, the amount of displacement can be accurately detected, so that a high overlay accuracy can always be obtained.

【0043】なお、上述の実施の形態では図1及び図5
に示すように、露光光を横シフトさせた場合の光路長の
補正を行うために偏角プリズム40A,40Bが配置さ
れているが、その横シフト量が小さい場合はそれらを省
略しても実用上問題ない。特に、レチクルR上で露光光
源が無限遠にある場合、即ち露光用の照明光学系がテレ
セントリックな場合には殆ど問題ない。そのように偏角
プリズム40A,40Bを省くことにより、装置構成を
簡素化することができる。
In the above-described embodiment, FIGS.
As shown in FIG. 7, the deflection prisms 40A and 40B are arranged to correct the optical path length when the exposure light is shifted laterally, but if the amount of the shift is small, it is practical to omit them. No problem. In particular, when the exposure light source is at infinity on the reticle R, that is, when the illumination optical system for exposure is telecentric, there is almost no problem. By omitting the deflection prisms 40A and 40B in such a manner, the device configuration can be simplified.

【0044】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.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、露光光をマーク位置検
出系用の照明光として使用できるように偏向する光束偏
向部材が設けられているため、露光光の照明領域を露光
時に比べて広くすることなく、マスク上からマスク上の
位置合わせ用マーク、又は感光性基板上の位置合わせ用
マークの少なくとも一方の位置を検出できる利点があ
る。従って、露光光の照明条件の違いによる転写像の変
化等に対応した高精度な位置検出が可能になる。また、
マーク位置検出系に独自の照明系を必要としないので装
置構成の簡略化につながる利点もある。
According to the present invention, the light beam deflecting member for deflecting the exposure light so that it can be used as the illumination light for the mark position detection system is provided. There is an advantage that the position of at least one of the alignment mark on the mask or the alignment mark on the photosensitive substrate can be detected from above the mask without performing. Therefore, highly accurate position detection corresponding to a change in a transferred image due to a difference in the illumination condition of the exposure light becomes possible. Also,
Since a unique illumination system is not required for the mark position detection system, there is an advantage that the configuration of the apparatus is simplified.

【0046】また、その光束偏向部材によって偏向され
た光束の光路長を、それ以外のその露光光の光路長に近
付けるための光路長調整部材を設けた場合には、マーク
位置検出時の照明条件を露光時の照明条件により近付け
ることができるため、より高精度にマークの位置検出を
行うことができる。また、その光束偏向部材を介して検
出対象のマークに照射される照明光のテレセントリック
性をその光路長調整部材によって調整する場合には、例
えば投影光学系が使用されている場合に感光性基板上で
のテレセントリック性の条件を満たすことによって、感
光性基板上の位置合わせ用マークの検出精度を高めるこ
とができる。
In the case where an optical path length adjusting member is provided for bringing the optical path length of the light beam deflected by the light beam deflecting member closer to the other optical path length of the exposure light, the illumination conditions for detecting the mark position are provided. Can be brought closer to the illumination conditions at the time of exposure, so that the position of the mark can be detected with higher accuracy. Further, when adjusting the telecentricity of the illuminating light applied to the mark to be detected through the light beam deflecting member by the optical path length adjusting member, for example, when a projection optical system is used, the photosensitive substrate may be placed on the photosensitive substrate. By satisfying the condition of telecentricity in the above, the detection accuracy of the alignment mark on the photosensitive substrate can be improved.

【0047】また、その光束偏向部材はその露光光の光
路に対して退避自在である場合には、露光時にはその光
束偏向部材を退避させることによってその光束偏向部材
が露光の障害にならない利点がある。
When the light beam deflecting member is retractable with respect to the optical path of the exposure light, the light beam deflecting member is retracted at the time of exposure so that the light beam deflecting member does not hinder the exposure. .

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

【図1】本発明による露光装置の第1の実施の形態を示
す一部を切り欠いた構成図である。
FIG. 1 is a partially cut-away configuration view showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.

【図2】(a)は図1のレチクルR上のレチクルマーク
の配置を示す平面図、(b)は図1のウエハW上のウエ
ハマークの配置を示す平面図である。
2A is a plan view showing an arrangement of reticle marks on a reticle R in FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view showing an arrangement of wafer marks on a wafer W in FIG.

【図3】図1の菱型プリズム43付近の構成を示す一部
を簡略化した拡大図である。
FIG. 3 is a partially enlarged view showing a configuration around a rhombic prism 43 in FIG. 1;

【図4】図1の菱型プリズム43の代わりに使用できる
光学部材を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical member that can be used instead of the rhombic prism 43 of FIG. 1;

【図5】本発明の第2の実施の形態の要部を示す構成図
である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a main part of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 露光光源 4 フライアイレンズ 5 開口絞り板 12 コンデンサレンズ R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 14 主制御装置 19 ウエハステージ 33A,34A レチクルマーク 35A 窓部 37A ウエハマーク 39 アライメントセンサ 40A,40B 偏角プリズム 43 菱型プリズム 44 スライダ 45 ビームスプリッタ 46 対物光学系 47 撮像素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 exposure light source 4 fly-eye lens 5 aperture stop plate 12 condenser lens R reticle PL projection optical system W wafer 14 main controller 19 wafer stage 33A, 34A reticle mark 35A window 37A wafer mark 39 alignment sensor 40A, 40B deflection prism 43 Diamond prism 44 Slider 45 Beam splitter 46 Objective optical system 47 Image sensor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転写用パターンの形成されたマスク上の
所定の照明領域を露光光で照明する照明光学系と、 前記露光光と同じ波長域の照明光を用いて前記マスク上
に形成された位置合わせ用マーク、又は感光性基板上に
形成された位置合わせ用マークの少なくとも一方の位置
を検出するマーク位置検出系と、を備え、 該マーク位置検出系の検出結果に基づいて前記マスクと
前記感光性基板との位置合わせを行って、前記露光光の
もとで前記マスクのパターンを前記感光性基板上に転写
する露光装置において、 前記照明光学系から前記マスクに照射される前記露光光
の一部を前記照明領域外の領域に偏向する光束偏向部材
を設け、 該光束偏向部材で偏向された露光光を前記マーク位置検
出系の照明光として使用することを特徴とする露光装
置。
1. An illumination optical system for illuminating a predetermined illumination area on a mask on which a transfer pattern is formed with exposure light, and an illumination optical system formed on the mask using illumination light in the same wavelength range as the exposure light. A mark position detection system that detects at least one position of the alignment mark or the alignment mark formed on the photosensitive substrate, wherein the mask and the mark are formed based on a detection result of the mark position detection system. In an exposure apparatus that performs alignment with a photosensitive substrate and transfers the pattern of the mask onto the photosensitive substrate under the exposure light, the exposure light applied to the mask from the illumination optical system An exposure apparatus, comprising: a light beam deflecting member for deflecting a part of the light beam to an area outside the illumination area; and using exposure light deflected by the light beam deflecting member as illumination light of the mark position detection system.
【請求項2】 請求項1記載の露光装置であって、 前記光束偏向部材によって偏向された光束の光路長を、
それ以外の前記露光光の光路長に近付けるための光路長
調整部材を設けたことを特徴とする露光装置。
2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein an optical path length of the light beam deflected by the light beam deflecting member is:
An exposure apparatus, further comprising an optical path length adjusting member for approaching the optical path length of the exposure light.
【請求項3】 請求項2記載の露光装置であって、 前記光束偏向部材を介して検出対象のマークに照射され
る照明光のテレセントリック性を前記光路長調整部材に
よって調整することを特徴とする露光装置。
3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the optical path length adjusting member adjusts telecentricity of illumination light applied to the mark to be detected via the light beam deflecting member. Exposure equipment.
【請求項4】 請求項1、2、又は3記載の露光装置で
あって、 前記光束偏向部材は前記露光光の光路に対して退避自在
であることを特徴とする露光装置。
4. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the light beam deflecting member is retractable with respect to an optical path of the exposure light.
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