JPS60262423A - Position detector - Google Patents

Position detector

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JPS60262423A
JPS60262423A JP59119463A JP11946384A JPS60262423A JP S60262423 A JPS60262423 A JP S60262423A JP 59119463 A JP59119463 A JP 59119463A JP 11946384 A JP11946384 A JP 11946384A JP S60262423 A JPS60262423 A JP S60262423A
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mark
stage
detecting
spot light
marks
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Toshio Matsuura
松浦 敏男
Shigeo Murakami
成郎 村上
Yuji Imai
裕二 今井
Kazuya Oota
和哉 太田
Shoichi Tanimoto
昭一 谷元
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Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Abstract

PURPOSE:To detect a position rapidly, by moving a stage linearly in the scanning direction which intersects the X direction and by detecting registering marks in the X and Y directions simultaneously. CONSTITUTION:A control unit 17 moves an optical axis obliquely in the 45 deg. direction along the line connecting the center CC of a chip and the point of intersection P0 of line segments l1 and l2. When a registering mark M passes across the light point LA along the scanning track SC, a photoelectric signal SA has the peak value. A processing circuit 16 processes a position data from a length measuring device 3 and the signal SA to detect the peak position coordinates x0 and y0. Thus, the positional relation between the optical axis and the point P0 can be determined. The processing circuit 16 outputs to the control unit 17 while the position of the mark M (x0+DELTAx, y0+DELTAy) where DELTAx and DELTAy are predetermined offsets for the mark M is set as the target value. The control unit 17 servo controls a table 2 such that the positional data PD reaches the target value. Consequently, the optical axis of the lenses is allowed to pass the center CC of the chip correctly and a wafer is aligned precisely. According to this construction, the marks Mx and My can be detected simultaneously, and therefore the position can be detected rapidly.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は位置合せ用のマークを有する基板の位置を検出
する装置に関し、荷に半導体素子製造用の露光装置に好
適な被露光基板(ウエノ・)の位置検出装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an apparatus for detecting the position of a substrate having alignment marks, and the present invention relates to an apparatus for detecting the position of a substrate having alignment marks. ) related to a position detection device.

(発明の背景) 大規模集積回路(LS I )パターンの微細化は年々
進行しているが、微細化に対する要求を満たし、且つ生
産性の高い回路パターン焼付は装置として縮小投影型露
光装置が普及してきている。従来より用いられてきたこ
れらの装置においては、シリコンウェハに焼付けされる
べきパターンの何倍か(例えば5倍)のレチクルパター
ンが投影レンズによって縮小投影され、1回の露光で焼
付けされるのはウェハ上で対角長21mrnの正方形よ
りも小さい程度の領域である。従って直径125M1位
のウェハ全面にパターンを焼付けるには、ウェハをステ
ージに載せて一定距d移動させては露光を繰返す、いわ
ゆるステップアンドリピート方式を採用している。
(Background of the Invention) The miniaturization of large-scale integrated circuit (LSI) patterns is progressing year by year, and reduction projection exposure equipment has become popular as a device for printing circuit patterns that meet the demands for miniaturization and has high productivity. I've been doing it. In these conventionally used devices, a reticle pattern that is several times (for example, 5 times) the size of the pattern to be printed on the silicon wafer is reduced and projected by a projection lens, and the pattern that is printed in one exposure is This area is smaller than a square with a diagonal length of 21 mrn on the wafer. Therefore, in order to print a pattern on the entire surface of a wafer with a diameter of about 125M1, a so-called step-and-repeat method is used in which the wafer is placed on a stage, moved a certain distance d, and exposed repeatedly.

LSIの製造においては、数層以上のパターンがウェハ
上に順次形成されでいくが、異なる層間のパターンの重
ね合せ誤差(位置ずれ)を一定値以下Iこしておかなけ
れば、層間の導電または18縁状態が意図するものでな
くなり、LSIの機能を果すことができなくなる。例え
ば1μmの最小線幅の回路に対しては、せいぜい0.2
μm8度の位置ずれしか許されない。
In LSI manufacturing, patterns of several layers or more are sequentially formed on a wafer, but if the overlay error (positional deviation) of patterns between different layers is not kept below a certain value, conductivity between layers or 18 The edge state is no longer the intended one, and the LSI is no longer able to perform its functions. For example, for a circuit with a minimum line width of 1 μm, at most 0.2
Only a positional deviation of 8 degrees μm is allowed.

縮小投影露光方式では、パターンを重ね合わせる方法、
即ちレティクル上のパターンの投影慮ト、既に形成され
たウェハ上のパターンとを重ね合わせる方法の1つとし
て、スルー・ザ・レンズ(TTL)方式と呼ばれるもの
がある。T ’f’ L方式による一般的な位置合せは
、ウェハ上に既に形成されたパターン、すなわちチップ
に付随して設けられた2つのマークを投影レンズを介し
て検出することによって行なわnる。その2つのマーク
は例えばウェハの2次元的な立置合せ方向に合せて、X
方向に細長く伸びた線状パターンと、X方向と直交する
X方向に細長く伸びた線状パターンとで形成され、それ
ぞれ、チップ周辺の異なる部ヤ 分に設けられでいる。このような2つのマークはそれぞ
れ投影レンズを介して別々の位置合せ光学系によって検
出される。ウェハの実際の位置合せの手順は、投影レン
ズの投影領域(イメージフィールド)内に位置合せすべ
きチップを概ね位置決めした後、2つのマークのうちX
方向に伸びたマークのX方向の位置を一方の位置合せ光
学系によりアライメントするようにステージのX方向の
位置決めをした後、X方向に伸びたマークのX方向の位
置を能力の位置合せ光学系によりアライメントするよう
にステージのX方向の位置決めをするのが一般的であっ
た。このように、ウエノ・のX方向(!:y方向との位
置を、独立した専用のマークを使って検出することは精
度的には良好な結果が得られるものの、X方向とX方向
の位置検出、すなわち2回の位置検出動作が必賛になる
ため、位置合せの高速化に限界が生じるといった欠点が
あった。
The reduction projection exposure method uses a method of overlapping patterns,
That is, one method of overlapping the projection of a pattern on a reticle with a pattern already formed on a wafer is the through-the-lens (TTL) method. General alignment using the T'f'L method is performed by detecting a pattern already formed on the wafer, that is, two marks attached to the chip, through a projection lens. For example, the two marks are aligned with the two-dimensional alignment direction of the wafers,
It is formed of a linear pattern extending long and thin in the X direction, and a linear pattern extending long and thin in the X direction perpendicular to the X direction, each of which is provided in a different portion of the periphery of the chip. These two marks are each detected by separate alignment optical systems via projection lenses. The actual procedure for aligning the wafer is to approximately position the chip to be aligned within the projection area (image field) of the projection lens, and then
After positioning the stage in the X direction so that the position of the mark extending in the X direction is aligned by one alignment optical system, the position of the mark extending in the X direction is aligned in the X direction by one alignment optical system. It has been common practice to position the stage in the X direction so as to achieve alignment. In this way, although it is possible to obtain good results in terms of accuracy by detecting the position of Ueno in the X direction (!: y direction) using an independent dedicated mark, Since detection, that is, two position detection operations are required, there is a drawback that there is a limit to the speeding up of alignment.

(発明の目的) 本発明はこれらの欠点を屏決し、基板のX方向とX方向
の位置検出動作を別々に行なうことのない高速な位置検
出装置を得ることを目的とする。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to overcome these drawbacks and provide a high-speed position detection device that does not require separate position detection operations in the X direction and the X direction of the substrate.

(発明の概快) (5) 本発明は、X方向の位置合せ用のマークMxと、X方向
と直交するX方向の位置合せ用のマークMyとを夫々異
なる部分lこ有する基板の位置を検出する装置において
、基板を保持してX方向とX方向の2次元に移動するス
テージ(2)と、このステージが所定の第1位置(P8
、又はP。)に位置したとき、前記マークMxを検出可
能であるとともに、ステージが所定の第2位fit (
P i、又はPo)に位置したときマークMyを検出可
能なマーク検出手段(スポット光Lkx 、LAy及び
4〜15)と、基板の位置検出の際、ステージが第1位
置と第2位置とを通るように、X方向と一定の角度で交
わる探査方向にステージを移動させる制御手段(制御装
置17.モータ20)と、ステージの探査方向への移動
中、マーク検出手段がマークMxを検出したときの基板
のX方向の位It(xo)と、マークMyを検出したと
きの基板のX方向の位置(yo)の位置とを検出する手
段(アライメント信号処理回路16)、とを設けること
を技術的な要点としている。
(Summary of the Invention) (5) The present invention provides a method for determining the position of a substrate having a mark Mx for positioning in the X direction and a mark My for positioning in the X direction perpendicular to the X direction in different parts. The detection device includes a stage (2) that holds the substrate and moves in two dimensions in the X direction and the
, or P. ), the mark Mx can be detected and the stage is positioned at a predetermined second position fit (
Mark detection means (spot lights Lkx, LAy, and 4 to 15) capable of detecting mark My when positioned at position P i or Po), and a stage that detects the first position and second position when detecting the position of the substrate A control means (control device 17. motor 20) for moving the stage in an exploration direction intersecting the X direction at a constant angle so that the mark M The technique is to provide means (alignment signal processing circuit 16) for detecting the position It(xo) of the substrate in the X direction and the position (yo) of the substrate in the X direction when the mark My is detected. This is the main point.

(6) (実施例) 第1図は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
概略的な構成を示す図である。縮小投影レンズ(以下、
単に投影レンズとする)1はレチクルRに形成された回
路パターン等の像をウェハWに115、父は1/10に
縮小して露光する。
(6) (Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure apparatus suitable for an embodiment of the present invention. Reduction projection lens (hereinafter referred to as
1 (simply referred to as a projection lens) exposes an image of a circuit pattern formed on a reticle R onto a wafer W by 115 degrees, and the father reduces the image to 1/10.

レチクルRは不図示のレチクルステージに載置され、こ
のレチクルステージは不図示の駆動部lこよってX、Y
方向、及びθ(回転)方向に微動する。
The reticle R is placed on a reticle stage (not shown), and this reticle stage is driven by a drive unit (not shown)
direction, and the θ (rotation) direction.

そしてレチクルRは不図示の位置合せ顕#境を使って、
例えば投影レンズ1の光軸AXに対して所定位置にアラ
イメント(位置合せ、あるいは位置決め)される。また
レチクルRはウェハWに塗布されたレジストを感光させ
るのlこ有効な波長(例えばg線やi線)を含む露光光
によって照明される。この露光光の照明1こより、レチ
クル凡のパターン1象を形成する光束ELは、ウェハW
の表面に結1象する。一方、このウェハWはX、Y方向
に2次元移動するステージ2に載置される。ステージ2
は不図示であるが、ウェハWを上下動させるためのZス
テージ部と、このZステージ部上に設けられてウェハW
を微小回転させるθテーブルとを有するっステージ2の
2次元的な移動は駆動部(モータ等)20によって行な
われ、またステージ2のXY座標系における位#(座標
値)はレーザ干渉計等の副長器3によって、例えば0.
02μmの分解能で常時検出されている。
Then, the reticle R uses an alignment visualization (not shown) to
For example, it is aligned (positioned or positioned) at a predetermined position with respect to the optical axis AX of the projection lens 1. Further, the reticle R is illuminated with exposure light containing effective wavelengths (eg, g-line and i-line) for exposing the resist coated on the wafer W. The luminous flux EL that forms one pattern on the reticle from one illumination of this exposure light is the wafer W.
A crystal appears on the surface. On the other hand, this wafer W is placed on a stage 2 that moves two-dimensionally in the X and Y directions. stage 2
Although not shown, there is a Z stage section for moving the wafer W up and down, and a Z stage section provided on the Z stage section for moving the wafer W up and down.
The two-dimensional movement of the stage 2, which has a θ table that minutely rotates the For example, 0.
It is constantly detected with a resolution of 0.02 μm.

次lこウェハWの位置合せ庚出元学系(アライメント光
学系)について説明する。レーザ光源4からのレーザ光
はビーム拡大器5で所定のビーム径に拡大され、シリン
ドリカルレンズ61こよっC断面が細長い楕円ビームに
整形される。そして、この整形されたレーザビームはミ
ラー7で反射され、レンズ8、ビームスグリツタ9、レ
ンズ10を通り、ミラー11によってレチクルRの下面
から上方に向けて反射される。ミラー11からのレーザ
ビームは一度スリット状に収束した後、レチクル IR
の下方にレチクルlもと平行な反射平面を有するミラー
12に至り、ここでレーザビームは投影レンズ1の入射
瞳1aに向けて反射される。
Next, the alignment optical system for positioning the wafer W will be explained. The laser beam from the laser light source 4 is expanded to a predetermined beam diameter by the beam expander 5, and shaped into an elongated elliptical beam by the cylindrical lens 61. This shaped laser beam is reflected by mirror 7, passes through lens 8, beam smitter 9, and lens 10, and is reflected upward from the lower surface of reticle R by mirror 11. The laser beam from the mirror 11 once converges into a slit shape, and then the reticle IR
Below the reticle l, a mirror 12 having a reflection plane parallel to the reticle l is reached, where the laser beam is reflected towards the entrance pupil 1a of the projection lens 1.

投影レンズ1を通ったレーザビームはシリンドリカルレ
ンズ6の働きでウェハW上で細長い帯状のスポット光L
Ayに結像される。このスポット光はウェハWのレジス
トを感光させないような波長に定められでいる。クエハ
W上には予め位置合せ用のマーク(アライメントマーク
)が形成されているので、スポット光LAyがこのマー
クを照射すると、マークからは散乱光や回折光が生じる
The laser beam that has passed through the projection lens 1 is turned into a long and narrow strip-shaped spot light L on the wafer W by the action of the cylindrical lens 6.
The image is formed on Ay. The wavelength of this spot light is determined so as not to expose the resist on the wafer W. Since a positioning mark (alignment mark) is previously formed on the wafer W, when the spot light LAy irradiates this mark, scattered light or diffracted light is generated from the mark.

本実施例ではマークを回折格子状のパターンとしたので
、マークからは主としてスポット光LA4の正反射光(
0次回折光)と回折光(1次光以上)とが生じる。これ
らマークからの光情報は投影レンズ1に逆入射し、入射
ff1laを通っCミラー1211で反射され、レンズ
10を通ってビームスプリッタ9で反射され、空間フィ
ルター13に達する。空間フィルター13は投影レンズ
】の入射瞳1aと共役であり、ウェハWの減面からの正
反射光(0次回折元)のみを遮断する。ウェハWの表面
(マーク)からの回折光(散乱光)は空間周波数によっ
て正反射光の光路Iこ対しで変位する。そ(9) こで、空間フィルター13は、回折光や散乱光のみを通
し、集光レンズ14はそれら回折光や散乱光を光電検出
器として受光素子15に集光する。
In this example, since the mark is a diffraction grating pattern, the mark mainly reflects the specularly reflected light of the spot light LA4 (
0th-order diffracted light) and diffracted light (first-order light or higher) are generated. The optical information from these marks enters the projection lens 1 in the opposite direction, passes through the incident ff1la, is reflected by the C mirror 1211, passes through the lens 10, is reflected by the beam splitter 9, and reaches the spatial filter 13. The spatial filter 13 is conjugate with the entrance pupil 1a of the projection lens, and blocks only specularly reflected light (0th-order diffraction source) from the reduced surface of the wafer W. The diffracted light (scattered light) from the surface (mark) of the wafer W is displaced in the optical path I of the specularly reflected light depending on the spatial frequency. (9) Here, the spatial filter 13 passes only the diffracted light and scattered light, and the condenser lens 14 condenses the diffracted light and scattered light onto the light receiving element 15 as a photoelectric detector.

受光素子15は回折光や散乱光の強度に応じた光電信号
SAを出力し、この光電信号SAはアジイメ/ト信号処
理回路(以下、単に処理回路とする)16に入力する。
The light-receiving element 15 outputs a photoelectric signal SA corresponding to the intensity of the diffracted light or scattered light, and this photoelectric signal SA is input to an azimuth signal processing circuit (hereinafter simply referred to as a processing circuit) 16.

処理回路16は測定器3からの位置情@(時系列的なア
ップ・ダウンパルス信号、又はパラレルなデジタル信号
)pDも入力して、マークからの回折光に応じた光電信
号SAの発生値It(走置位置)を検出する。具体的に
は、ステージ4の単位移動量(0,02μm)母に発生
するアップ・ダウンパルス信号によって光電信号SAを
サンプリングし、各サンプリング値をデジタル値に変換
してメモリに番地順lこ記憶させた後、所定の演算処理
によって、マークの走置位置を検出するものである。制
御装置17は、検出されたマークの位置清報に基づいて
駆動部20を制御する。
The processing circuit 16 also inputs the position information @ (time-series up/down pulse signal or parallel digital signal) pD from the measuring device 3, and calculates the generated value It of the photoelectric signal SA according to the diffracted light from the mark. (travel position) is detected. Specifically, the photoelectric signal SA is sampled by up and down pulse signals generated at the unit movement distance (0.02 μm) of stage 4, and each sampling value is converted into a digital value and stored in memory in address order. After that, the moving position of the mark is detected by predetermined calculation processing. The control device 17 controls the drive unit 20 based on the detected mark position information.

ウェハW上のマークが、ウェハ上の複数のチップの各々
lこ付随して設けられたものであれば、各マ(10) −りの位置を検出することによって、チップの中心と光
軸AXとを正確に位置合せすることができる。
If the mark on the wafer W is attached to each of a plurality of chips on the wafer, the center of the chip and the optical axis AX can be determined by detecting the position of each center (10). and can be accurately aligned.

第2図は投影レンズ1の円形のイメージフィールドif
とスポット光LAYの配置関係を示す平面図である。第
1図では説明を簡単にするためlこ、アライメント光学
系の1組のみを示したが、実際には第1図の紙面と垂直
な方向に同様の構成のアライメント光学系がもう1組設
けられている。投影レンズ1の光軸AXを直交座標系x
yの原点を通るように定めたとき、スポット光LAyは
第2図のようにX軸上でX方向に細長く、もう1mのア
ライメント光学系によるスポット光LAxはy軸上でX
方向に細長くなるように形成される。各スポット光は必
らずしも、それぞれX軸、y軸上に位置する必要はない
が、ここでは説明を簡単にするため、X、y軸上lこ一
致しているものとする。
Figure 2 shows the circular image field if of the projection lens 1.
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement relationship between the light beam LAY and the spot light LAY. In order to simplify the explanation, only one set of alignment optical systems is shown in Fig. 1, but in reality, another set of alignment optical systems with a similar configuration is installed in the direction perpendicular to the plane of the paper in Fig. 1. It is being The optical axis AX of the projection lens 1 is the orthogonal coordinate system x
When determined to pass through the origin of y, the spot light LAy is elongated in the X direction on the X axis as shown in Figure 2, and the spot light LAx from the alignment optical system of another 1 m is
It is formed to be elongated in the direction. Although the respective spotlights do not necessarily have to be located on the X and y axes, in order to simplify the explanation, it is assumed here that they are aligned on the X and y axes.

スポラ)LAYはウェハW上にX方向に伸びたアライメ
ントマークのX方向の位置検出に使われ、スポット光L
A′XはウェハW上でX方向に伸びたアライメントマー
クのX方向の位置検出lこ使われる。
Spora) LAY is used to detect the position of the alignment mark extending in the X direction on the wafer W, and the spot light L
A'X is used to detect the position of an alignment mark extending in the X direction on the wafer W in the X direction.

また第2図からも明らかなように、スポット光LAy、
LAxの位置はイメージフィールドif内であって、か
つこれに内接する矩形のパターン投影領域PA外lこ定
められている。また、本実施゛例においてはスポット光
LAxのX方向の中心位置から光軸AXまでの距mDy
と、スポット光LAyのX方向の中心位置から光軸AX
までの距pliDxとは装置の製造時等に予めわかって
いるものとする。尚、スポット光LAx、LAyが夫々
y軸、X軸上に一致していない場合は、スポット光L 
A xの中心を通りy軸と平行な線分と、スポット光L
AYの中心を通りX軸と平行な線分とが直交する交点P
Pから、スポット光LAx、LAyまでの各距離Dy、
J)xが予めわかっていわばよい0 第3図は本装置によるアライメントに好適なウリ エバW上のマーク配置を示す平面図である。ウェハW上
には複数のチップCPがマトリックス状に配置され、各
チップには第3図のようにX方向に伸びたX方向の位置
合せ用のマークMxと、X方向に伸びたX方向の位置合
せ用のマークMYとが異なる部分に設けられている。そ
してチップCPの中心00を座標系xyの原点と一致さ
せたとき、マークMxはチップCPの周辺でy軸からX
方向にΔXだけ離れた位置に設けられ、マークMyはチ
ップCPの周辺でX軸からX方向にΔYだけ離れた位置
に設けられている。さらに本実施例においては、マーク
Mxの中心を通りy軸と平行な線分10と、マークMy
の中心を通りXsと平行な線分l、との直交する交点を
P。とじたとき、交点P。からマークMxまでの距離O
yを、スポット光L A xの光軸AX(又は交点PP
)からの距mDyと等しく定め、交点P。からマークM
yまでの距離OXを、スポラ)LAyの光軸AX(又は
交点PP)からの距14ID xと等しく定めである。
Also, as is clear from FIG. 2, the spot light LAy,
The position of LAx is determined within the image field if and outside the rectangular pattern projection area PA inscribed therein. In addition, in this embodiment, the distance mDy from the center position of the spot light LAx in the X direction to the optical axis AX is
and the optical axis AX from the center position of the spot light LAy in the X direction.
It is assumed that the distance pliDx is known in advance at the time of manufacturing the device. Note that if the spot lights LAx and LAy do not align on the y-axis and the X-axis, respectively, the spot light L
A line segment passing through the center of x and parallel to the y axis and spot light L
Intersection point P where a line passing through the center of AY and parallel to the X axis intersects at right angles
Each distance Dy from P to the spot lights LAx and LAy,
J) It is sufficient if x is known in advance. FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of marks on the uriever W suitable for alignment by this apparatus. A plurality of chips CP are arranged in a matrix on the wafer W, and each chip has an X-direction alignment mark Mx extending in the X-direction and an X-direction alignment mark Mx extending in the X-direction as shown in FIG. An alignment mark MY is provided at a different portion. When the center 00 of the chip CP coincides with the origin of the coordinate system xy, the mark Mx is
The mark My is provided at a position ΔX away from the X axis in the X direction around the chip CP. Furthermore, in this embodiment, a line segment 10 passing through the center of mark Mx and parallel to the y-axis, and mark My
Let P be the orthogonal intersection of the line segment l, which passes through the center of Xs and is parallel to Xs. When it is closed, the intersection point P. Distance O from to mark Mx
y is the optical axis AX of the spot light L A x (or the intersection PP
) is set equal to the distance mDy from the intersection point P. Kara mark M
The distance OX to y is determined to be equal to the distance 14IDx of the spora) LAy from the optical axis AX (or the intersection PP).

さて、第4図はマークMx、Myのうち、代表してマー
クMxを拡大した平面図である。マークMxは、X方向
に伸びた段差エツジを有する微小なd要素、又はドツト
をX方向に規則的に一定ピ(13) ッチで配列した回折格子状のパターンとして形成される
。このため、スポット光LAxとマーク廠とが重なると
、マークMxからは0次回折光(正反射光)と高次(±
1.±2・・・)回折光とが発生する。この高次回折光
は第1図に示した受光素子15と同様の受光素子に受光
され、受光素子はその光強度(あるいは光t)に厄じた
光電信号を出力する。第1図に示した受光素子15は、
スポット、光LAyの照射によるマークMyからの高次
回折光を受光するので、以後その光電信号はSAyと呼
び、スポット光LAxの照射によるマークMxからの高
次回折光を受光する受光素子の光電信号はS A xと
呼ぶことにする。尚、本実施例ではマークMx、Myの
検出率を高めるために、マークMx(My)の長さをス
ポット光LAx(LAy)の長さよりも十分長くしてお
くことが望ましい。
Now, FIG. 4 is an enlarged plan view of the representative mark Mx among the marks Mx and My. The mark Mx is formed as a diffraction grating pattern in which minute d elements having step edges extending in the X direction or dots are regularly arranged in the X direction at a constant pitch (13). Therefore, when the spot light LAx and the mark factory overlap, the 0th order diffracted light (regularly reflected light) and the higher order (±
1. ±2...) diffracted light is generated. This higher-order diffracted light is received by a light receiving element similar to the light receiving element 15 shown in FIG. 1, and the light receiving element outputs a photoelectric signal depending on the light intensity (or light t). The light receiving element 15 shown in FIG.
Since the spot receives the higher-order diffracted light from the mark My due to the irradiation of the spot light LAy, the photoelectric signal is hereinafter referred to as SAy. Let's call it S A x. In this embodiment, in order to increase the detection rate of the marks Mx and My, it is desirable that the length of the mark Mx (My) is made sufficiently longer than the length of the spot light LAx (LAy).

次に本実施例による位置検出の動作を第3図。Next, FIG. 3 shows the position detection operation according to this embodiment.

第4図とともに、第51(a) 、 fb)を使って説
明する。
The explanation will be made using Fig. 51(a) and fb) together with Fig. 4.

第5図(al 、 (b)は夫々+aC信号SAx、8
Ayの波形図であり、それぞれ横軸はX方向、又はX方
向(14−) の走査位置を表わし、縦軸は各光電信号の強度を戎わす
。まずウェハWは不図示のブリアライメント装置ζこよ
ってステージ2に粗く位置決めされてから載置される。
FIG. 5(al) and (b) respectively show +aC signals SAx, 8
This is a waveform diagram of Ay, where the horizontal axis represents the scanning position in the X direction or the X direction (14-), and the vertical axis represents the intensity of each photoelectric signal. First, the wafer W is roughly positioned on the stage 2 by an unillustrated realignment device ζ, and then placed thereon.

さらにウェハW全体の投影レンズ1の光軸AXに対する
2次元的な位置すれと回転すれとは、ウェハW上の離れ
た2ケ所に形成されたマークを検出する本図示のオフ・
アクシス・アライメントg#鏡を1史ってグローバルア
ライメントされる。以上の動作によって、ウェハW上の
各チップの配列座標系とステージ2の移動座標系すなわ
ちxy座標系とが一義的な関係に対応付けられる。従っ
て、制御装置17が測長器3からの位置情報PDを読み
込み、その位置がウェハWのチップ配列座標に沿って変
化するように駆動部2゜を駆動してステージ2を位置決
めすれば、投影し/ズ1の光軸AXが概ねウェハW上の
1つのチップOPの中心COを通るようにアライメント
することができる。次に、パターン領域PAの投影1!
i!とその1つのチップCPとのn密な位置合せを行な
う。このために制御装置17はチップOPと2つのスポ
ット光L A x r L A Yの配置関係が第3図
に示すようlこ、例えばX方向、X方向のいずれとも4
5°だけ傾いた斜め方向(探査方向)に所定距離だけず
れるように、ステージ2を位置決めする。第3図では、
その位置決めによって光軸AXとチップCPの中心00
とを概ね一致させた状態を示した。この状態から制御装
置117はステージ2を第3図中の矢印Aのように斜め
45°の探査方向に直線、移動(ステージ走査)させる
。具体的には、光軸AXが通るチップCP上の点(第3
図ではほぼ中心OO)と線分l□11.の交点P。とを
結ぶ線分に沿ってステージ走査を行なう。これfこよっ
て、マークMxは走査軌道(探査軌道)S01に沿って
スポット光L A xを斜め45° で横切るように移
動し、マークMYは走査軌道(探査軌道)S02に沿っ
てスポット光LAyを斜め45° で横切るように移動
する。このとき、本実施例では jマークMx、Myの
配置関係とスポット光LAx。
Furthermore, the two-dimensional positional deviation and rotation of the entire wafer W with respect to the optical axis AX of the projection lens 1 are referred to as the two-dimensional positional deviation and rotational deviation of the entire wafer W with respect to the optical axis AX of the projection lens 1.
Axis Alignment G#Global alignment is performed by scanning the mirror once. Through the above operations, the arrangement coordinate system of each chip on the wafer W and the moving coordinate system of the stage 2, that is, the xy coordinate system, are associated with each other in a unique relationship. Therefore, if the control device 17 reads the position information PD from the length measuring device 3 and positions the stage 2 by driving the drive unit 2° so that the position changes along the chip arrangement coordinates of the wafer W, the projection The optical axis AX of the lens 1 can be aligned so that it passes approximately through the center CO of one chip OP on the wafer W. Next, projection 1 of pattern area PA!
i! and its one chip CP are aligned in an n-close manner. For this purpose, the control device 17 adjusts the arrangement relationship between the chip OP and the two spot lights LA as shown in FIG.
The stage 2 is positioned so that it is shifted by a predetermined distance in an oblique direction (investigation direction) tilted by 5 degrees. In Figure 3,
By positioning the optical axis AX and the center of the chip CP,
The figure shows a state in which the two are roughly in agreement. From this state, the control device 117 moves the stage 2 linearly (stage scanning) in the exploration direction at an angle of 45° as indicated by arrow A in FIG. Specifically, the point on the chip CP through which the optical axis AX passes (the third
In the figure, approximately the center OO) and the line l□11. intersection point P. The stage is scanned along the line segment connecting the Accordingly, the mark Mx moves along the scanning trajectory (exploration trajectory) S01 so as to cross the spot light LAx at an angle of 45°, and the mark MY moves along the scanning trajectory (exploration trajectory) S02 so as to cross the spot light LAy. Move across at a 45° angle. At this time, in this embodiment, the arrangement relationship between the j marks Mx and My and the spot light LAx.

LAyの配置関係とを合同(Dy−Oy 、Dx=Ox
)に定めたのでマークMxがスポット光IAxに重なる
時点とマークMyがスポット光LAyに重なる時点とは
ほぼ一致する。ただし厳密にはウェハWのプリアライメ
ント、グローバルアライメントの精度に起因して、第3
図のような走置開始時点の状態でX方向とX方向の微小
な位置ずれが残存しているので、スポット光LAx 、
LAyがそれぞれマークMx、Myを検出する時点はそ
の微小な位置ずれ址に応じて時間的に極くわすかだ、け
ずれることになる。
The arrangement relationship of LAy is congruent (Dy-Oy, Dx=Ox
), the time point at which the mark Mx overlaps the spot light IAx and the time point at which the mark My overlaps the spot light LAy almost coincide. However, strictly speaking, due to the accuracy of the pre-alignment and global alignment of the wafer W, the third
Since there is a slight positional deviation between the X direction and the
The time point at which LAy detects the marks Mx and My, respectively, will be slightly different in time depending on the slight positional deviation.

さて、マークMxが84図のようにスポット光LAxを
45°方向に横切ると、光電信号S A xは第5図(
a)のようζこマークMxからの高次回折光の強度変化
に応じてピークとなる。光電信号SAyについても第5
図fb)のように同様なピーク波形ζこなる。処理回路
16は副長器3からの位#11PDのうち、ステージ2
のX方向の位置情報と、その光電信号S A xとを処
理して、例えば光電信号8 A xのピーク点に対応す
るX方向の位置Xoを検出する。同様に処理回路16は
ステージ2のX方向の位置情報と、光電信号SAyとを
処(17) 埋して、光電信号SAyのピークに対応するX方向の位
置y。を検出する。処理回路16は光電信号SAx、S
Ayの大きさをステージ2のX方向)X方向の単位移動
量毎にサンプリングして記憶する回路を有するため、ス
テージ2を暗めに1回だけ走査するだけで、位Itxo
とy。の両方が検出できる。この位置X。はマークMx
の中心を通る線分l工のX方向の位置であり、位1ty
oはマークMyの中心を通る線分らのX方向の位置であ
る。従って以上の位置検出動作によって、スポット光L
Ax 、LAyに対するチップOPの2次元的な位置関
係、すなわち光軸AXと交点P。との位置関係がn@に
対応付けられたことになる。
Now, when the mark Mx crosses the spot light LAx in the 45° direction as shown in Fig. 84, the photoelectric signal S A x is generated as shown in Fig. 5 (
As shown in a), a peak occurs depending on the intensity change of the higher-order diffracted light from the ζ mark Mx. Regarding the photoelectric signal SAy, the fifth
A similar peak waveform ζ is obtained as shown in Figure fb). The processing circuit 16 processes the stage 2 of the digit #11 PD from the sub-master unit 3.
The positional information in the X direction of 8 A x and the photoelectric signal S A x are processed to detect, for example, a position Xo in the X direction corresponding to the peak point of the photoelectric signal 8 A x. Similarly, the processing circuit 16 processes (17) the position information of the stage 2 in the X direction and the photoelectric signal SAy, and determines the position y in the X direction corresponding to the peak of the photoelectric signal SAy. Detect. The processing circuit 16 receives the photoelectric signals SAx, S
Since it has a circuit that samples and stores the magnitude of Ay for each unit of movement in the
and y. Both can be detected. This position X. is mark Mx
is the position in the X direction of the line segment l passing through the center of
o is the position in the X direction of the line segment passing through the center of mark My. Therefore, by the above position detection operation, the spot light L
The two-dimensional positional relationship of the chip OP with respect to Ax and LAy, that is, the intersection point P with the optical axis AX. This means that the positional relationship with n@ is associated with n@.

さて、マークMx、Myはステージ走査によって夫々ス
ポット光LAx、LAyを通り過ぎた位置にある。そこ
で処理回路16は検出した位置X0I3’0 の値に、
設計上予め定められたマークMx、Myのオフセット量
、すなわちiX、ΔYをカロえた位It (X Q 十
’ X I Y Q十ΔY)を、ステージ2の光軸AX
#こ対する位置決め目標位置として(18) 制御装置17に出力する。すると制御装置17は測長器
3からの位置情報PI)が、その目標位置になるように
、ステージ2をサーボ制御する。この結果、投影レンズ
1の光軸AXがチップOPの中心00を正確に通り、ク
エJの梢缶なアライメントが達成される。その後、露光
光をレチクルRに照射して、パターンをり二ノ・W上の
チップOPに重ね合せ露光する。
Now, the marks Mx and My are located at positions that have passed through the spotlights LAx and LAy, respectively, due to stage scanning. Therefore, the processing circuit 16 uses the value of the detected position X0I3'0 as
The offset amount of the marks Mx and My predetermined in the design, that is, the offset amount of the marks Mx and My, that is, the amount It (X Q 1'
(18) Output to the control device 17 as the positioning target position for #. Then, the control device 17 servo-controls the stage 2 so that the position information PI from the length measuring device 3 becomes the target position. As a result, the optical axis AX of the projection lens 1 passes accurately through the center 00 of the chip OP, and perfect alignment of the lens J is achieved. Thereafter, the reticle R is irradiated with exposure light, and the pattern is superimposed on the chip OP on the Rinino W and exposed.

以上、本実施例ではDy−0y 、Dx=Oxとして斜
め45° ζこステージ走査を行なうため、マークMx
、Myの検出がほぼ同時に可能となる。
As described above, in this embodiment, the stage is scanned at an angle of 45° with Dy-0y and Dx=Ox, so the mark Mx
, My can be detected almost simultaneously.

このため、斜め45° のステージ走査の走食距囁(マ
ークのサーチ距離)を短くでき、位置合せに必要な時間
は極めて短くなるという利点がある。
Therefore, there is an advantage that the scanning distance (mark search distance) for stage scanning at an angle of 45° can be shortened, and the time required for positioning can be extremely shortened.

同、Dy=Oy 、Dx−Oxであれば、ステージ走査
の方向を45° 以外にしてもマークMxとMyの同時
演出は可能である。
Similarly, if Dy=Oy and Dx-Ox, it is possible to simultaneously produce marks Mx and My even if the stage scanning direction is set to a direction other than 45°.

次ζζ本発明の第2の実施例を第6図に基づいて説明す
る。第2の実施例では位置検出動作におけるステージ走
査の方向を、欠のチップを露光するためのステッピング
方向と一致させた点に特徴がある。すなわちウェハW上
にマトリックス状に配置された複数のチップに対してス
テージ2をX方向と1y方向にのみステッピングさせる
のではなく、露光中のチップに対して斜め隣りに位置す
るチップを露光するようにステッピングさせるものであ
る。第6図はウェハW上の特定のナツプとパターン投影
歇PAとを重ね合せで露光した直後の配tf関係を茨わ
す。ウェハW上のチップOPl、OP、、OP。
Next ζζ A second embodiment of the present invention will be described based on FIG. The second embodiment is characterized in that the stage scanning direction in the position detection operation is made to coincide with the stepping direction for exposing the missing chip. In other words, instead of stepping the stage 2 only in the X direction and the 1y direction with respect to a plurality of chips arranged in a matrix on the wafer W, the stage 2 is stepped to expose a chip located diagonally adjacent to the chip being exposed. This allows stepping. FIG. 6 shows the distribution tf relationship immediately after exposure of a specific nap on the wafer W and the pattern projection axis PA in a superimposed manner. Chips OPl, OP,, OP on wafer W.

にはそれぞイ″L第3図と同様にマークLvix i 
、 My sマークMx ta 、 My m、及びマ
ークMx a 、 My aが設けられでいる。本実施
例では露光の終rしたチップの斜め隣りに位置するチッ
プCP、の中心OCが投影レンズ1の光@AX (又は
パターン投影1象PAの中心点)と一致するように、ス
テージ2を走査軌道SCoに沿って斜めに直線移動させ
る。この走査軌道SCoの距離はチップの配列ピッチが
設計上わかっているため、簡単な演算で予めめておくこ
とができる。ざてこの走査軌道Scoに沿ってステージ
2を移動させたときのスポット光LAx、LAyの各走
査軌道801 。
The mark Lvix i is shown in the same way as in Figure 3.
, My s marks Mx ta , My m, and marks Mx a , My a are provided. In this embodiment, the stage 2 is moved so that the center OC of the chip CP, which is located diagonally adjacent to the exposed chip r, coincides with the light @AX of the projection lens 1 (or the center point of the pattern projection 1 image PA). It is moved diagonally in a straight line along the scanning trajectory SCo. The distance of this scanning trajectory SCo can be determined in advance by a simple calculation because the arrangement pitch of the chips is known in the design. Each scanning trajectory 801 of the spot lights LAx and LAy when the stage 2 is moved along the scanning trajectory Sco.

80、は、走査軌道SOoと平行になる。このとき、チ
ップOP、に付随したマークMxsは走査軌道SC1上
に位置し、マークMy8は走査軌道80、上に位置する
ように定められる。他のチップOFl、OP、に付随し
たマークも全く同様に配列される。また、本実施例では
マークMxaの中心を通る線分ノ1とマークMyaの中
心を通る線分lsとの交点Poに対するマークMx 1
1 、 My 11の位置、すなわち距離Oy 、Ox
が、第3図に示した場合と異なり、DyζOy、Dx+
Oxに定められている。さらにチップ0P11の中心0
0を通りy軸と平行な線分llとマークMx8とのX方
向のオフセット量ΔXと、チップ0P11の中心00を
通りX軸と平行な線分ムとマークMy8とのX方向のオ
フセット量iYとは、ともに予め(設計上)わかってい
る。
80 is parallel to the scanning orbit SOo. At this time, the mark Mxs associated with the chip OP is positioned on the scanning trajectory SC1, and the mark My8 is positioned on the scanning trajectory 80. Marks attached to other chips OFl and OP are arranged in exactly the same manner. In addition, in this embodiment, the mark Mx 1 is set to the intersection Po of the line segment No. 1 passing through the center of the mark Mxa and the line segment ls passing through the center of the mark Mya.
1, My 11 position, i.e. distance Oy, Ox
However, unlike the case shown in Fig. 3, DyζOy, Dx+
It is defined as Ox. Furthermore, the center 0 of chip 0P11
The offset amount ΔX in the X direction between a line segment ll passing through 0 and parallel to the y-axis and mark Mx8, and the offset amount iY in the X direction between a line segment M passing through center 00 of chip 0P11 and parallel to the X axis and mark My8. Both are known in advance (by design).

そこで、第6図の状態からチップOP、の露光のために
ステージ2を走査軌道80oに沿って直線移動させると
、投影し/ズ1の光軸AXが走査(21) 軌道SOoの点piに位置したとき、マークMy aが
スポット光LAYと重なる。さらにステージ2が移動し
て光軸AXが走査軌道SOo上の点P。
Therefore, when the stage 2 is moved linearly along the scanning trajectory 80o for exposing the chip OP from the state shown in FIG. When positioned, the mark My a overlaps with the spot light LAY. Further, the stage 2 moves and the optical axis AX reaches a point P on the scanning orbit SOo.

に位置したときマークMxsがスポット光LAxと重な
る。そこで処理回路16はスポット光LAyがマークM
yaの付近に位置した時点から光電信号SAyのサンプ
リングを開始し、スポット光LAyがマークMysを完
全に横切った時点でサンプリングを中止し、マークMy
sのX方向の位置(走査位1it)yaの検出演算処理
を開始する。
When the mark Mxs is located at , the mark Mxs overlaps the spot light LAx. Therefore, the processing circuit 16 uses the spot light LAy to mark M.
Sampling of the photoelectric signal SAy is started from the time when the spot light LAy is located near the mark Mys, and sampling is stopped when the spot light LAy completely crosses the mark Mys.
The detection calculation process for the position ya in the X direction of s (scanning position 1 it) is started.

さらに処理回路16はその検出した位置ysとオフセッ
ト量ΔYを加算(又は減算)した位置(ya十jY)を
ステージ2のX方向の停止目標位置として制御装置17
に出力する。マークMxsの検出についても全く同様で
あり、処理回路16はスポット光L A xがマークM
X@を横切った直後から、マークMx8のX方向の位置
Xsの検出演算処理を開始し、ステージ2のX方向の停
止目標位置(Xs十jX)を制御装置17に出力する。
Further, the processing circuit 16 sets the position (ya + jY) obtained by adding (or subtracting) the detected position ys and the offset amount ΔY as the target stop position of the stage 2 in the X direction, and the control device 17
Output to. The same is true for detecting the mark Mxs, and the processing circuit 16 detects the mark Mxs when the spot light L A
Immediately after crossing X@, the detection calculation process for the position Xs of the mark Mx8 in the X direction is started, and the target stop position (Xs + jX) of the stage 2 in the X direction is output to the control device 17.

以上のようにスポット光LAx、LAyが各々マー(−
22) りMx、My の走査をともに完了した時点からステー
ジ2の停止目標位置(Xs+)X + Y a +i 
Y )を算出するまでの時間(以下、検出処理時間と呼
ぶ)は十分に短いことが望ましい。例えば処理回路16
に専用の高速プロセッサーを用いることで10m5ec
 オーダーの高速処理が可能である。
As described above, the spot lights LAx and LAy each have a mark (-
22) From the time when scanning of both Mx and My is completed, the stop target position of stage 2 (Xs+)X + Y a +i
It is desirable that the time required to calculate Y ) (hereinafter referred to as detection processing time) be sufficiently short. For example, the processing circuit 16
10m5ec by using a dedicated high-speed processor for
High-speed processing of orders is possible.

さて、目標位#(3CB+)X、yB+ΔY)が算出さ
れた時点で制御装置f17はステージ2の現在位置(位
置情報PD)を読み込みつつ、その2次元的な位置が目
標位置(Xs+)X、yB+jY)になるようにステー
ジ2をサーボ制御により位置決めする。以上の動作によ
って、投影レンズ1の光軸AX(又はパターン投影1#
!P Aの中心)はチップCP8の中心00と正確に一
致し、パターン投影像PAとチップOP、はn蜜に重ね
合されたことになる。向、この位置合せが完rしたとき
、スポット光LAxは点Pxに位置し、スポット光LI
Ayは点pyに位置する。
Now, when the target position #(3CB+) yB+jY), the stage 2 is positioned by servo control. By the above operations, the optical axis AX of the projection lens 1 (or pattern projection 1 #
! The center of PA) exactly coincides with the center 00 of the chip CP8, and the pattern projection image PA and the chip OP are superimposed closely. When this alignment is completed, the spot light LAx is located at the point Px, and the spot light LI
Ay is located at point py.

以上のように本実施例によれば、次のチップの露光のた
めに斜めlこステッピングさせたとき、スポット光LA
x、LAyの各走査軌道Sol、80s上の夫々にマー
クMx、My が位置するようにしだので、マークの位
置検出動作から露光動作のためのステッピングまでの間
にステージ2を停止させることなく、極めて短時間のう
ちに精密な位置合せができるという効果が得られる。
As described above, according to this embodiment, when stepping diagonally to expose the next chip, the spot light LA
Since the marks Mx and My are positioned on the respective scanning trajectories Sol and 80s of x and LAy, the stage 2 is not stopped between the mark position detection operation and the stepping for the exposure operation. The effect is that precise positioning can be achieved in an extremely short period of time.

同、本実施例では第6図からも明らかなようにマークM
x B 、 My Bの配置関係により時間的にマーク
MxBの方がマークMy8よりも後に検出さns Lか
もマークMxBのオフセット址lXが小さいため、位置
(xa十ΔX)の検出処理時間が、点PIIから中心0
0までの光軸AXの移動時間よりも長くなってしまうこ
ともあろうこの場合は、投影し/ズ1の光軸AXがチッ
プOP8の中心00を通り過ぎた位置、又はその手前の
位1dでステージ2を停止させる必要もある。ステージ
2を停止させたくない場合は、マークM x 11をス
ボッ jト光LAxで検出した時点、あるいはその直前
に検出処理時間に合せてステージ2の送り速度を遅くす
ればよい。ただし、ステージ2の停止、あるいは減速は
露光装置のスルーグツトを低下させる原因となる。そこ
でマークMx、My の配置を第7図のよう−こ変更す
る。
Similarly, in this embodiment, as is clear from FIG.
Due to the arrangement relationship between x B and My B, mark MxB may be detected later than mark My8 in terms of time. Since the offset value of mark MxB is small, the detection processing time for the position (xa + ΔX) is shorter than the point PII to center 0
In this case, the optical axis AX of the projection/zoom 1 passes the center 00 of the chip OP8, or at a position 1d just before it. It is also necessary to stop stage 2. If it is not desired to stop the stage 2, the feed speed of the stage 2 may be slowed down at the time when the mark M x 11 is detected by the robot light LAx, or just before that, in accordance with the detection processing time. However, stopping or decelerating the stage 2 causes a reduction in the throughput of the exposure apparatus. Therefore, the arrangement of marks Mx and My is changed as shown in FIG.

第7図はチップCP8に付随したマークMxB。FIG. 7 shows the mark MxB attached to chip CP8.

Mysの第3の実施例による配置図である。この実施例
では第3図に示したマーク配置と同様lこマークMx 
B 、 My Bの各距離Oy、Ox を夫々Dy−0
y、Dx−Oxに定め、線分111,1B の交点Po
が光軸AXの走査軌道SOo上に一致するようにマーク
Mx lI、MyBを配置する。すなわち、マークMx
 B (My B )の位置をスポット光LAx(LA
y)の走置軌道5O1(So、)上の点px(Py)か
らなるべく離れた位置(ただしチップOP、に付随して
形成できる位置)に変更する。
It is a layout diagram according to a third example of Mys. In this embodiment, the mark Mx is the same as the mark arrangement shown in FIG.
Each distance Oy, Ox of B, My B is Dy-0
y, Dx-Ox, and the intersection Po of line segments 111 and 1B
Marks Mx lI and MyB are arranged so that they coincide with the scanning trajectory SOo of the optical axis AX. That is, mark Mx
Spot light LAx (LA
y) to a position as far away as possible from the point px (Py) on the travel trajectory 5O1 (So,) (however, the position can be formed in conjunction with the chip OP).

このようにすると、マークMx B 、 MY aはほ
ぼ同時に検出されるとともに、投影レンズ1の光軸AX
が交点PoからチップOPBの中心COに達するまでの
時間が、検出処理時間よりも長くなり、ステージ2の一
時停止や減速といった動作が不要になる。このため位#
検出2位置合せ、及び露光(25) の繰り返し動作はより高速になるといった利点がある。
In this way, the marks MxB and MYa are detected almost simultaneously, and the optical axis AX of the projection lens 1
The time from the intersection Po to the center CO of the chip OPB is longer than the detection processing time, and operations such as temporary stopping and deceleration of the stage 2 are not required. For this reason#
There is an advantage that the repeated operations of detection 2 alignment and exposure (25) are faster.

次に上記第1.第21第3の実施例に共通した変形闇を
第4の実施例として説明する。今までの谷実施例ではマ
ークMx、My は回折格子状のパターンとし、高次回
折光の発生に寄与する各格子の段差エツジがマークの沖
長方向と直交する方向に伸びた直格子パターンであった
。ところが、このような直格子パターンをスポット光L
Ax 、 LAyで斜めに走査すると、スポット光LA
x、LAyの幅(スポットサイズ)、マークMx、My
 の幅、さらに斜め走査の角度との関係によっては、マ
ーク定食中、高次回折光の発生に寄与する格子の段差エ
ツジの回折光に対する相対位置関係、及びエツジ数が変
動するっこのため、光電信号SAx 、 SAyは変調
を受け、マークMx、My をその長手方向と直交する
方向に走査したときの光電信号の波形に対してわずかに
歪んだものになる可能性がある。
Next, the above 1. 21. The modified darkness common to the third embodiment will be explained as a fourth embodiment. In the valley embodiments so far, the marks Mx and My are in the form of a diffraction grating pattern, and are rectangular grating patterns in which the stepped edges of each grating that contribute to the generation of higher-order diffracted light extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the mark. Ta. However, when spot light L
When scanning diagonally with Ax and LAy, the spot light LA
x, width of LAy (spot size), mark Mx, My
Depending on the width of the mark and the relationship with the angle of diagonal scanning, the relative positional relationship of the stepped edges of the grating to the diffracted light, which contribute to the generation of higher-order diffracted light, and the number of edges change during the mark set meal. SAx and SAy are modulated, and there is a possibility that the waveform of the photoelectric signal when the marks Mx and My are scanned in a direction perpendicular to their longitudinal direction is slightly distorted.

この波形の歪みはマークの位置検出精度を低下させる原
因になる。そこで、第4の実施例1こおいて(26) は、第8図、第9図1こ示すようにステージ走査の方向
に伸びた段差エツジeを有する格子GをX方向、又はX
方向に配列した斜格子パターンとする。
This waveform distortion causes a decrease in mark position detection accuracy. Therefore, in the fourth embodiment 1, the method (26) is to move the grating G having the step edge e extending in the direction of stage scanning in the X direction or in the X direction as shown in FIGS.
A diagonal lattice pattern arranged in the direction.

第8図において、マークMx、My の夫々は、スポッ
ト光LAx、LAyの走査軌道SO□、SO2と平行な
エツジeを有する格子Gを配列したものであり、格子G
の形は平行四辺形である。しかも、マークMx、My 
の中心を通る線分IJx、ls に対して、各マークの
位#、検出方向(X又はX方向)における格子Gの両エ
ツジがともに平行になるように定められている。第9図
の斜格子パターンでは格子Gを単に長方形に変えただけ
である。本実施例のように、格子Gの回折光発生に寄与
するエツジeの方向とステージ2の走査方向とを一致さ
せるような斜格子パターンにすることによって、前述の
ように光電信号は変真を受けることなく、極めて精密に
マークの位置を検出することが可能となる。また斜格子
パターンlこすると、ウェハW上の他パターン(回路パ
ターンやスフ2イブライン等)から生じる回折光や散乱
光と、マークから生じる回折光とを空間フィルター13
の遮光部の形状を最適に選ぶことによって分離しやすく
なるという利点もある。
In FIG. 8, each of the marks Mx and My is an array of gratings G having edges e parallel to the scanning trajectories SO□ and SO2 of the spot lights LAx and LAy.
The shape of is a parallelogram. Moreover, Mark Mx, My
Both edges of the grating G in the detection direction (X or X direction) are determined to be parallel to the line segment IJx,ls passing through the center of the mark. In the diagonal lattice pattern of FIG. 9, the lattice G is simply changed to a rectangle. As in this embodiment, by forming an oblique grating pattern in which the direction of the edges e contributing to the generation of diffracted light of the grating G and the scanning direction of the stage 2 are made coincident with each other, the photoelectric signal can be modified as described above. It becomes possible to detect the position of the mark with extreme precision without receiving any interference. Also, when the oblique grating pattern L is rubbed, the diffracted light and scattered light generated from other patterns on the wafer W (circuit patterns, cross lines, etc.) and the diffracted light generated from the marks are filtered through the spatial filter 13.
There is also the advantage that separation becomes easier by optimally selecting the shape of the light shielding part.

以上、本発明の各実施例1こおいては、光電信号SAx
、SAyをサンプリングしてデジタル処理することで、
マークMx、Myの位置を検出するものとしたが、光電
信号SAx、SAyを所定のスライスレベルと比較して
2値化する回路を設け、スポット光とマークとが一致し
たときにパルス信号を得るようにし、このパルス信号に
応答して、測長器3からの位l1iffII報PDをラ
ッチ(一時記憶)するようにしても同様の効果が得られ
る。またマークMx、Myも回折格子パターンである必
要はなく、単純な一本の#l伏バター7にしてもよい。
As described above, in each of the first embodiments of the present invention, the photoelectric signal SAx
, SAy is sampled and digitally processed,
Although the positions of the marks Mx and My are detected, a circuit is provided that compares the photoelectric signals SAx and SAy with a predetermined slice level and binarizes them, and obtains a pulse signal when the spot light and the marks match. The same effect can be obtained by latching (temporarily storing) the position l1iffII information PD from the length measuring device 3 in response to this pulse signal. Also, the marks Mx and My do not need to be a diffraction grating pattern, and may be a simple piece of #l batter 7.

さらに本発明は各実施例に示したように、クエハW上の
1つのチップの位置をレチクルRを介さず投影レンズ1
を通して検出するアライメント光 1学系を使った位置
検出に限られるものではない。
Furthermore, as shown in each embodiment, the present invention allows the position of one chip on the wafer W to be determined by the projection lens 1 without using the reticle R.
It is not limited to position detection using a single optical system.

例えばレチクルRに設けられたマークウェハW上のマー
クMx、Myとの位置合せ状態を検出するアライメント
光学系、所謂ダイ・パイ・ダイ方式のアライメント系を
使っても同様の効果が得らnる。この場合、ダイ・パイ
・ダイ方式のアライメント光学系によるマーク照明光(
スポット光LA x 、 LA yに相当する)がウニ
/%Wの7オトレジストを感光させるような波長のとき
は、ステージ2による斜め走査の範囲(走査軌道SO□
、SO3の長さ)をマークMx、Myを含む小さな領域
に制限すればよい。また、本発明はウェハW上のチップ
の位置検出だけでなく、ウェノ・W全体のアライメント
(グローバルアライメント)についても同様lこ実施し
得る。例えば投影レンズ1の光軸AXからX方向とX方
向とに所定距離だけ離した位置に夫々X方向とX方向の
検出中心を有するオフ・アクシス方式の2季のアライメ
ントwA微鏡を使ってもよい。この場合、2本のオフ・
アクシス・アライメント顕微鏡の各検出中心は第2図に
示したスポット光L A x r LA yに相当する
。従ってウェハW上には、その慣用中心の位置に対応し
た少なくとも2ケ所に、X方向用のマークとX方向(2
9) 用のマークとを設けておけばよい。そしてステージ2を
斜めに走査して、各検出中心とマークとが一致したとき
にステージ2のX方向とX方向の位置をラッチするよう
にする。こうすればオフ・アクシス・アライメント顕微
鏡の検出中心に対するウェハW全体の2次元的な位置が
規定される。向、オフ・アクシス方式の顕微鏡はスポッ
ト光LAx。
For example, the same effect can be obtained by using an alignment optical system that detects the alignment state with the marks Mx and My on the mark wafer W provided on the reticle R, or a so-called die-pie-die alignment system. . In this case, mark illumination light (
When the wavelength of the spot light (corresponding to LA
, SO3) may be limited to a small area including the marks Mx and My. Furthermore, the present invention can be implemented not only for detecting the position of chips on the wafer W, but also for alignment of the entire wafer W (global alignment). For example, even if an off-axis two-season alignment wA microscope is used, which has detection centers in the X direction and X direction at positions separated from the optical axis AX of the projection lens 1 by a predetermined distance in the X direction and the good. In this case, two off-
Each detection center of the axis alignment microscope corresponds to the spot light L A x r LA y shown in FIG. Therefore, on the wafer W, marks for the X direction and marks for the X direction (2
9) It is sufficient to provide a mark for Then, the stage 2 is scanned diagonally, and when each detection center and the mark match, the positions of the stage 2 in the X direction and the X direction are latched. In this way, the two-dimensional position of the entire wafer W with respect to the detection center of the off-axis alignment microscope is defined. For off-axis microscopes, spot light LAx is used.

LAyと同様に細長いスポット光を検出中心としてウェ
ハW上に結律するような光学系を備えていると好部会で
ある。
It is preferable to have an optical system that focuses an elongated spot light onto the wafer W as the detection center, similar to LAy.

また、上記各実施例のスポット光LAx、LAyは細長
いシート状のスポットにしたが、微小な円形スポットに
しても同様の幼果が得られる。
Furthermore, although the spotlights LAx and LAy in each of the above embodiments are formed into elongated sheet-like spots, similar young fruits can be obtained even if they are formed into minute circular spots.

(発明の効果) 以上のようlこ本発明によれば、1度の走査でX方向の
位置合せ用のマークと、X方向の位置合せ用のマークと
の各位置を検出できるから、極めて高速な位置合せ動作
が可能になるという効果が祷られる。このため、半導体
素子製造用のステップ・アンド・リピート方式の露光装
置においては、(30) 装置のスループットが高すり半導体素子の生産性が向上
するといった効果が期待できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, each position of the X-direction alignment mark and the X-direction alignment mark can be detected in one scan, which is extremely fast. This is expected to have the effect of enabling accurate positioning operations. Therefore, in a step-and-repeat type exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements, it is expected that the throughput of the apparatus will be high (30) and the productivity of semiconductor elements will be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例ζこよる位置検出装置に好適な
縮小投影型露光装置の概略的な構成を示す図、第2図は
投影レンズのイメージフィールド内のスポット光の配置
を示す平面図、第3図は第1の実施例による位置検出動
作の様子を示rチップの配置図、第4図はマークとスポ
ット光の配置関係を拡大して示す半面図、第5区は光電
信号の波形図、第6図は第2の実施゛ZIJによる位置
合せ動作の様子を示すチップの配置図、第7図は第3’
O実施例による位置検出装置のためのマーク配置図、第
8図、第9図は第4の実施例としてのマークの変形例を
示す拡大図である。 出願人 日本光学工業株式会社 代理人 渡 辺 隆 男 (31)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a reduction projection type exposure device suitable for a position detection device according to the embodiment ζ of the present invention, and FIG. 2 is a plane diagram showing the arrangement of spot light within the image field of the projection lens Figure 3 shows the position detection operation according to the first embodiment. Figure 3 is a chip layout diagram. Figure 4 is an enlarged half-view showing the arrangement relationship between marks and spot lights. Section 5 shows photoelectric signals. 6 is a chip layout diagram showing the positioning operation by ZIJ in the second implementation, and FIG. 7 is a waveform diagram in 3'.
8 and 9 are enlarged views showing modified examples of marks as the fourth embodiment. Applicant: Takao Watanabe (31), agent of Nippon Kogaku Kogyo Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)X方向の位置合せ用のマークMxと、該X方向と
直交するX方向の位置合せ用のマークMyとを夫々異な
る部分に有する基板の位置を検出する装置において、前
記基板を保持して前記に方向とX方向とに2次元移動す
るステージと;該ステージが所定の第1位置に位置した
とき前記マークMxを検出可能であるとともに、該ステ
ージが所定の第2位置に位置したとき前記マークMyを
検出可能なマーク検出手段と;前記基板の位置検出の際
、前記ステージが前記第1位置と第2位置とを通るよう
に、前記X方向と一定の角度で交わる探査方向に前記ス
テージを直線移動させる制御手段と;該ステージの探査
方向への移動中、前記マーク検出手段が、前記マークM
xを検出したときの前記基板のX方向の位置と、前記マ
ークMyを検出したときの前記基板のY方向の位置とを
検出する手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置
(1) In an apparatus for detecting the position of a substrate, which has a mark Mx for alignment in the X direction and a mark My for alignment in the X direction perpendicular to the X direction in different parts, the substrate is held. a stage that moves two-dimensionally in the above direction and the X direction; when the stage is located at a predetermined first position, the mark Mx can be detected; and when the stage is located at a predetermined second position; a mark detection means capable of detecting the mark My; and a mark detection means capable of detecting the mark My in a search direction intersecting the X direction at a constant angle so that the stage passes through the first position and the second position when detecting the position of the substrate. control means for linearly moving the stage; while the stage is moving in the exploration direction, the mark detection means detects the mark M;
A position detection device comprising: means for detecting the position of the substrate in the X direction when detecting x and the position of the substrate in the Y direction when detecting the mark My.
(2)前記マーク検出手段は投影対物光学系と、該対物
光学系の視野内の所定位置に、前記マークMxを検出す
るためのスポット光LAxと前記マークMyを検出する
ためのスポット光LAyとを該対物光学系を介して前記
基板に照射fるスポット光照射系と、該スポット光LA
xがHiJ記マークMxを照射したとき、該マークMx
からの光情報に応じた光電信号を出力する第1の光電検
出器と、前記スポット光LAyが前記マークMyを照射
したとき、該マークl)f Yからの光情報に応じた光
電信号を出力する第2の光シ検出器とを含むことを特徴
とするIfG’F請求の範囲第1項記載の装#。
(2) The mark detection means includes a projection objective optical system, and a spot light LAx for detecting the mark Mx and a spot light LAy for detecting the mark My at a predetermined position within the field of view of the objective optical system. a spot light irradiation system that irradiates the substrate through the objective optical system, and the spot light LA;
When x irradiates HiJ mark Mx, the mark Mx
a first photoelectric detector that outputs a photoelectric signal according to optical information from the mark l)f, and when the spot light LAy illuminates the mark My, outputs a photoelectric signal according to the optical information from the mark Y; 2. The device according to claim 1, further comprising a second optical detector for detecting an IfG'F signal.
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