JPS63274137A - Lighting equipment - Google Patents

Lighting equipment

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JPS63274137A
JPS63274137A JP62109117A JP10911787A JPS63274137A JP S63274137 A JPS63274137 A JP S63274137A JP 62109117 A JP62109117 A JP 62109117A JP 10911787 A JP10911787 A JP 10911787A JP S63274137 A JPS63274137 A JP S63274137A
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JP
Japan
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wafer
mark
light
optical system
reticle
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Application number
JP62109117A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Totsuka
戸塚 正雄
Hideki Ine
秀樹 稲
Kazuhito Outsuka
和仁 鴬塚
Fumio Sakai
文夫 坂井
Shigeki Ogawa
茂樹 小川
Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Priority to US07/060,398 priority patent/US4814829A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7069Alignment mark illumination, e.g. darkfield, dual focus
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable the second element to be observed in even intensity of illumination by a method wherein illumination light is led to the second element for irradiation through a single mode fiber from a space between a projection optical system and the second element such as a wafer not through the intermediary of said projection optical system. CONSTITUTION:Laser beams LSR are entered into a wafer WF through a single mode film SF. The single mode fiber SF is not subjected to any phase change and interference inside itself. Refractive index distribution type lenses SL are added to both sides of the single mode film SF while expander lenses EL are added to one side of SF. The refractive index distribution type lenses SL are designed so that the incident light may be collected efficiently to be led into the film SF for emitting it as parallel light. Later, the emitted light passes through the expander lenses EL as parallel light expanded into specified size. In such a constitution, an illumination optical system in high strength and even intensity of illumination can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は照明装置に関し、特に表面に透明な薄膜のつい
た物体を観察し、その情報を検知して位置合せする装置
に適用する照明装置に関する。この種の装置の代表とし
て、ウェハ上にパターンを分割露光する投影露光装置等
に適用する位置合せ装置がある。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a lighting device, and particularly to a lighting device that is applied to a device that observes an object with a transparent thin film on its surface, detects the information, and aligns the object. Regarding. A typical example of this type of apparatus is an alignment apparatus that is applied to a projection exposure apparatus that exposes a pattern onto a wafer in sections.

[従来技術及び発明が解決しようとする問題点]この種
の位置合せ装置が適用される露光装置の基本的な2つの
性能といえば、解像力と重ね合せ精度である。解像力に
関しては取り扱いが非常にシンプルである。なぜなら解
像力を決定するパラメータが数少ないからで、ステッパ
と呼ばれる装置においては投影レンズの使用波長と開口
数(NA)さえわかれば、その光学系の解像力を容易に
類推することができる。また、X線露光の場合でもパラ
メータは光源の大きさによる半影ボケ等といった限られ
たものしか存在していない。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Two basic performances of an exposure apparatus to which this type of alignment apparatus is applied are resolution and overlay accuracy. Regarding resolution, handling is very simple. This is because there are only a few parameters that determine resolving power, and in devices called steppers, the resolving power of the optical system can be easily estimated by knowing the wavelength used and the numerical aperture (NA) of the projection lens. Further, even in the case of X-ray exposure, there are only limited parameters such as penumbra blur due to the size of the light source.

メモリーセルの1トランジスタ化が実現して以来、半導
体の高集積化の両翼を担ってきたのはりソグラフィすな
わち微細線幅焼付技術の進歩とエツチング等のプロセス
技術の進歩であった。解像力に関してはステッパのレン
ズの歴史を辿れば解るように光学系は着実に進歩してき
ている。光学方式は1μmの壁を破り、サブミクロン時
代に対応したレンズが次々と発表されている。
Since the realization of single-transistor memory cells, advances in lithography, that is, fine line width printing technology, and advances in process technologies such as etching have played a role in achieving higher integration of semiconductors. In terms of resolution, optical systems have been steadily improving, as can be seen by tracing the history of stepper lenses. Optical systems have broken the 1 μm barrier, and lenses compatible with the submicron era are being announced one after another.

一方、プロセスの方でも溝掘り方式等、低段差化、高段
差化相俟って三次元rc的な発想で新しいアイディアが
実現されている。露光装置側での解像力の進歩と、プロ
セス側での進歩は各工程のパターンの重ね合せという舞
台で最も大きな接点を見出すこととなる。その意味で重
ね合せ精度は露光装置の中で重要度をますます高めてい
るといえる。
On the other hand, new ideas are being realized in the process, such as trenching methods, and the combination of lower and higher height differences based on three-dimensional RC concepts. The greatest point of contact between advances in resolution on the exposure equipment side and advances on the process side is the overlapping of patterns in each process. In this sense, it can be said that overlay accuracy is becoming increasingly important in exposure equipment.

重ね合せ精度を解像力を取り扱ったようなシンプルなパ
ラメータで表示することは難しい。それはウェハプロセ
スの多様性を物語っているが、その一方で、重ね合せの
ためのアライメントシステムの構成が多種多用であるこ
とに起因しているともいえる。ウェハプロセス要因をよ
り複雑にしているのは、この問題が1つウニ八基板だけ
に留まらず、ウェハ上に塗布されているフォトレジスト
逢合めて論する必要があるからである。現在の半導体の
明らかな方向の一つにICの三次元的な構成への流れと
いうものが存在している。その中で、ウニ八表面の高段
差化は避けられないものであるが、この高段差がフォト
レジストの塗布状態に明らかな悪影響を及ぼす。またウ
ェハは6インチから8インチさらには10インチとます
ます大型化の傾向にある。大口径のウェハにフォトレジ
ストをスピン方式で塗布した場合、中心部と周辺部でレ
ジストの塗布状況が異なるのは自明のことであり、その
差がウニ八表面の段差が大きいほど顕著にあられれるこ
とも明らかである。実際、アライメント状態がレジスト
塗布の影響を受けて変化することは公知であり、逆に均
一な塗布の仕方をどうすれば良いかという研究がなされ
ているほどである。
It is difficult to express overlay accuracy using simple parameters such as resolution. This reflects the diversity of wafer processes, but it can also be attributed to the wide variety of configurations of alignment systems used for overlaying. What makes wafer process factors even more complex is that this problem is not limited to just one substrate, but also needs to be considered in conjunction with the photoresist coated on the wafer. One of the obvious trends in current semiconductor technology is the trend toward three-dimensional IC configurations. Among these, a high level difference on the surface of the sea urchin is unavoidable, but this high level difference has a clear negative effect on the coating condition of the photoresist. Furthermore, wafers are becoming increasingly larger from 6 inches to 8 inches and even 10 inches. When applying photoresist to a large-diameter wafer using a spin method, it is obvious that the state of resist application differs between the center and the periphery, and this difference becomes more pronounced as the level difference on the surface of the sea urchin increases. It is also clear that In fact, it is well known that the alignment state changes under the influence of resist coating, and research is being conducted on how to achieve uniform coating.

フォトレジストでもう一つ注意しなければならないのは
サブミクロン時代における多層化への流れである。多層
レジストプロセスやCELといった解像力向上のための
手段は必然的に幾つかの工程で採用されるので、これに
対する対策も必要である。露光装置は重ね合せという舞
台でこうした新しいウェハプロセスへの対処を迫られて
いるといえる。
Another thing to keep in mind when it comes to photoresists is the trend toward multilayering in the submicron era. Since means for improving resolution, such as a multilayer resist process and CEL, are inevitably employed in several processes, countermeasures for this are also necessary. It can be said that exposure equipment is being forced to deal with these new wafer processes in the field of stacking.

一方、これに対してアライメントシステムの多様性はシ
ステム構成のフレキシビリティと困難さの証明である。
On the other hand, the diversity of alignment systems is a testament to the flexibility and difficulty of system configuration.

現在、提案され実現されているアライメントシステムは
一つとして同じものがなく、各システムがそれぞれ長所
と短所を合せ持っている。例えば本出願人になる特開昭
58−25638号r露光装置1が一つの事例として挙
げられる。このシステムは投影光学系にレチクル及びウ
ェハ双方にテレセントリックな光学系を用いてTTLo
nAxisという思想を実現した優れた構成例の一つで
ある。投影レンズはg線(436nm )に対して収差
補正がなされているが、同様の性能を)1e−Cdレー
ザの波長(442nm )でも発揮するようになフてい
る。この特許出願で開示した一実施例ではHe−Cdレ
ーザによるレーザビーム走査法をアライメント信号検知
法として採用しており、この結果TTL  on  A
xisすなわちアライメントした状態で即露光動作に入
ることが可能となっている。TTL  on  Axi
sシステムは露光装置として誤差要因がアライメント信
号の検知エラー唯一つであるという意味で、最もシステ
ム的な誤差要因の少ない構成であり、理想のシステムに
近い。このシステムの欠点は唯一っで、それは多層レジ
ストのような露光波長近辺の波長を吸収するようなプロ
セスに弱いということである。
Currently, no two alignment systems that have been proposed and implemented are the same, and each system has its own advantages and disadvantages. For example, one example is the exposure apparatus 1 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-25638r filed by the present applicant. This system uses a projection optical system that is telecentric to both the reticle and the wafer.
This is one of the excellent configuration examples that realize the concept of nAxis. Although the projection lens has aberrations corrected for the g-line (436 nm), it is designed to exhibit similar performance at the wavelength of the 1e-Cd laser (442 nm). In one embodiment disclosed in this patent application, a laser beam scanning method using a He-Cd laser is adopted as an alignment signal detection method, and as a result, TTL on A
xis, that is, it is possible to start an immediate exposure operation in an aligned state. TTL on Axis
In the sense that the only error factor for an exposure apparatus is an alignment signal detection error, the S system has the configuration with the least systematic error factors, and is close to an ideal system. The only drawback to this system is that it is sensitive to processes that absorb wavelengths near the exposure wavelength, such as multilayer resists.

一方、これに対して露光波長以外の波長、具体的にはe
線(548nm )とかHe−Neレーザ(633nn
+)といったより長い波長を用いるシステム構成例も多
数提案されている。露光波長よりも長い波長を用いるた
め多層レジストのような吸収型のプロセスに対して、こ
のシステムは強いという利点を持っている。しかし、通
常、投影レンズの色の諸収差のためにアライメントする
像高が投影レンズに対して固定されており、アライメン
トの検出を行なった後に露光位置までクエへを6動させ
るという誤差要因が入り込むことになる。露光波長以外
の光でのアライメントシステムはこのため必然的にTT
L  offAxisのシステムとなってしまうのであ
る。
On the other hand, wavelengths other than the exposure wavelength, specifically e
line (548 nm) or He-Ne laser (633 nm)
Many system configuration examples using longer wavelengths such as +) have also been proposed. This system has the advantage of being robust against absorption-type processes such as multilayer resist because it uses a wavelength longer than the exposure wavelength. However, normally, the image height for alignment is fixed relative to the projection lens due to various chromatic aberrations of the projection lens, which introduces an error factor that involves moving the lens to the exposure position after alignment is detected. It turns out. For this reason, alignment systems using light other than the exposure wavelength are inevitably TT
This results in a LoffAxis system.

しかしながら、近年の重ね合せ精度に対する要求はます
ます厳しくなってきており、特開昭58−25638号
に示したような理想システムにおける誤差要因であるア
ライメント信号の検知エラーすら問題となる領域にまで
きている。
However, in recent years, requirements for overlay accuracy have become increasingly strict, and even detection errors in alignment signals, which are the cause of errors in ideal systems, as shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-25638, have even become a problem. ing.

アライメント信号の検知誤差成分を本願の発明者等が分
析したところによると、その誤差成分は主としてフォト
レジストの塗布問題に起因するものが大部分であること
が判明した。フォトレジストによる誤差要因は種々挙げ
られるが、そのうち最も大きいのは次の2つの要因であ
るものと考えられる。
According to the inventors' analysis of the detection error component of the alignment signal, it has been found that the majority of the error component is due to problems in coating the photoresist. There are various error factors caused by the photoresist, but the following two factors are thought to be the largest among them.

第1はレジストの表面反射光とレジストを透過し、クエ
へ基板に当って戻ってくる光との干渉効果である。特に
前述したようにフォトレジストはウェハ内で均一に塗布
されているとは限らず、中心と周辺では塗布状態が異な
っている場合が多い。クエへ基板自体もエツチング、ス
パッタ等のウェハ内向−性の問題を抱えている。そのた
め、ウェハ内の各ショットのアライメントマークの構造
はレジストの塗布化合めて考えた時、場所場所で異り、
従って、干渉効果も異っている。レジスト塗布の影響で
アライメントに誤差が出るのはこの干渉による効果が最
も大きいと思われる。
The first is an interference effect between light reflected from the surface of the resist and light that passes through the resist, hits the substrate, and returns to the substrate. In particular, as described above, the photoresist is not necessarily coated uniformly within the wafer, and the coating state often differs between the center and the periphery. The substrate itself also has problems with wafer inwardness such as etching and sputtering. Therefore, when considering the resist coating, the structure of the alignment mark for each shot on the wafer differs depending on the location.
Therefore, the interference effects are also different. This interference seems to be the most significant cause of alignment errors due to the influence of resist coating.

第2の要因として挙げられるのは多重反射である。レジ
ストは一つの先導波路としての性格を持ている。そのた
めにクエへ基板で反射された光の一部はレジストと空気
の境界面で反射され、またウェハに戻ってきて再反射を
受けることとなる。
The second factor is multiple reflection. The resist has the character of a leading wave path. Therefore, a portion of the light reflected from the substrate to the substrate is reflected at the interface between the resist and air, returns to the wafer, and is reflected again.

この影響は基板の反射率が高いほど顕著であるし、また
この多重反射光が最終的には干渉を起こしアライメント
の精度を劣化させる要因ともなる。
This effect becomes more pronounced as the reflectance of the substrate increases, and this multiple reflected light eventually causes interference and becomes a factor that deteriorates alignment accuracy.

レジストの要因としてはその他に屈折による像ズレ等の
要因が考えられるが、それ等はあくまで二次的なもので
あり、今ここで挙げた2つの要因特に第1の干渉効果を
除くことがアライメントの精度向上に大きく貢献するこ
とが解析の結果確かめられた。
Other resist factors can be considered, such as image deviation due to refraction, but these are only secondary factors, and alignment is achieved by eliminating the two factors mentioned above, especially the first interference effect. The analysis results confirmed that this greatly contributes to improving the accuracy of.

上述のような種々の問題点を解決するため、本出願人は
、既に特願昭61−134873号「観察装置」を提案
している。これは、レチクル等の第1の物体上のパター
ンをクエへ等の第2の物体上に投影光学系を介して投影
する装置において、投影光学系に結合して第2の物体を
観察する観察光学系が配置されており、その観察光学系
が投影レンズと第2の物体との間より投影レンズを介さ
ないで与えられた照明光により第2の物体の位置を検出
する装置である。上記発明を位置合せ装置に適用するこ
とにより、レジストの影響を抑え高精度の位置合せを行
なう目途を得ている。
In order to solve the various problems mentioned above, the present applicant has already proposed ``Observation Apparatus'' in Japanese Patent Application No. 134873/1983. This is an observation device that projects a pattern on a first object, such as a reticle, onto a second object, such as a square, through a projection optical system. An optical system is disposed, and the observation optical system detects the position of the second object using illumination light applied from between the projection lens and the second object without going through the projection lens. By applying the above invention to an alignment device, it is possible to suppress the influence of resist and perform highly accurate alignment.

一方、上記発明の適用の際にも実用上の種々の問題点が
あることが判明し解決が望まれていた。
On the other hand, it has been found that there are various practical problems when applying the above invention, and solutions have been desired.

例えば、位置合せする際には、クエへ等の物体に付され
たマークを照明して光学的に検出し電気信号に変換し、
当該信号に基づいて位置合せしていたが、高精度の位置
合せを行なうためには、不均一で照度ムラのない照明で
観察する必要があるという問題があった。
For example, when aligning, a mark placed on an object such as a square is illuminated, optically detected, and converted into an electrical signal.
Although alignment was performed based on the signal, there was a problem in that in order to perform highly accurate alignment, it was necessary to observe with non-uniform illumination and even illumination.

本発明の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み、簡便な
構成で不均一で照度ムラのない照明光をマークに照射で
きるようにし、これによりより高いアライメント精度を
達成するための位置合せ装置およびそれを用いた露光装
置を提供することにある。
In view of the above-mentioned problems with the conventional method, it is an object of the present invention to make it possible to irradiate marks with non-uniform illumination light with a simple configuration, and thereby to achieve higher alignment accuracy. The object of the present invention is to provide an apparatus and an exposure apparatus using the same.

[問題点を解決するための手段および作用コ上記の目的
を達成するため、本発明は、第1の物体上に描かれたパ
ターンを第2の物体上に投影光学系を介して投影する装
置における該第2の物体の照明装置において、投影光学
系と第2の物体との間より投影光学系を介さずに第2の
物体を照明するため、照明光をシングルモードファイバ
によって第2の物体上に導入し照射することとしている
[Means and Operations for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for projecting a pattern drawn on a first object onto a second object via a projection optical system. In the illumination device for the second object, in order to illuminate the second object from between the projection optical system and the second object without going through the projection optical system, illumination light is transmitted to the second object by a single mode fiber. The light will be introduced above and irradiated.

これにより、不均一で照度ムラのない照明で第2の物体
上を観察することができる。
Thereby, it is possible to observe the second object with non-uniform illumination without uneven illumination.

なお、シングルモードファイバの両端に屈折率分布型レ
ンズおよびエキスパンダーレンズを備えることとすれば
、入射光を効率よく集光してファイバに導入し、かつ平
行光として出射するようにでき、強度の高い均一な照度
分布をもつ照明が得られる。また、第2の物体上に入射
される照明光学系からの照明光により第2の物体を投影
光学系を介して観察して位置検出すれば、検出精度の向
上に効果がある。さらに、第2の物体に照射する照明光
が複数ある場合には、干渉を起こす方向の照明光に対し
て光路長を変えて互いに非干渉光と[実施例の説明] 前述のような投影光学系外からのウェハ照明および投影
光学系を介して受光する方法を採用し、さらにそのウェ
ハ照明光の波長として露光波長以外の光を用いた場合の
受光方法としては以下のようなものが考えられる。
Furthermore, if a gradient index lens and an expander lens are installed at both ends of a single mode fiber, the incident light can be efficiently focused and introduced into the fiber, and then emitted as parallel light. Illumination with uniform illuminance distribution can be obtained. Further, if the position of the second object is detected by observing it through the projection optical system using illumination light from the illumination optical system that is incident on the second object, it is effective to improve the detection accuracy. Furthermore, when there is a plurality of illumination lights to be irradiated onto the second object, the optical path lengths are changed for the illumination lights in the directions that cause interference, and the projection optics as described above are used to make the illumination lights mutually non-interfering. If a method is adopted in which light is received via wafer illumination from outside the system and a projection optical system, and light other than the exposure wavelength is used as the wavelength of the wafer illumination light, the following light reception methods can be considered. .

(1)単純にレチクルを透過した後に受光系を置く手法 (2)レチクルと投影光学系の間に色収差補正光学系を
設け、レチクルを透過した後に受光系を置く手法 (3)レチクルと投影光学系の間にミラーを置きレチク
ルを介さず受光する方法(色収差補正光学系は付加する
) しかし、(1)の手法によれば、投影光学系の色収差補
正をしていない波長の光を通した場合に、色収差のため
レチクルに大きな窓部を設けなければならずあるいは像
のぼけが生じる等の問題がある。
(1) A method of simply placing the light receiving system after passing through the reticle (2) A method of installing a chromatic aberration correction optical system between the reticle and the projection optical system and placing the light receiving system after passing through the reticle (3) Reticle and the projection optical system A method of placing a mirror between the systems and receiving light without using a reticle (a chromatic aberration correction optical system is added) However, according to method (1), light of a wavelength that has not been corrected for the chromatic aberration of the projection optical system is In some cases, due to chromatic aberration, a large window must be provided in the reticle or the image may become blurred.

また(2)の手法によれば、色収差補正光学系の小さい
ものが考案されていないため、露光エリアの減少あるい
は色収差補正光学系の露光時逃げ機構追加という問題が
ある。
Furthermore, according to method (2), since a small chromatic aberration correcting optical system has not been devised, there is a problem in that the exposure area is reduced or an escape mechanism is added to the chromatic aberration correcting optical system during exposure.

(3)の手法では、基準となるレチクルをウェハと同時
に観察出来ないため、どのように基準を取るべきかが問
題である。しかし、仮の基準を設はレチクルと仮の基準
の位置関係を知れば位置合せが行なえるという利点もあ
る。
In method (3), since the reticle serving as a reference cannot be observed simultaneously with the wafer, the problem is how to take the reference. However, setting a temporary reference also has the advantage that alignment can be performed by knowing the positional relationship between the reticle and the temporary reference.

ここで本出願人による特願昭61−134873号r観
察装置Jではクエへを暗視野照明しているため、仮の基
準をどのようにして照明し観察するかが問題である。
Here, since the observation apparatus J of Japanese Patent Application No. 134873/1983 filed by the present applicant uses dark field illumination for the square, the problem is how to illuminate and observe the temporary reference.

仮の基準を照明せず観察しない手法として、検出するデ
テクタ(例えばCODの画面)を基準としてしまう手法
も考えられるが、検出するデテクタの画面サイズや精度
向上のための倍率を設定する光学系およびウェハマーク
を検出するS/N比向上向上めの瞳フィルターを設ける
等の理由により、基準となるデテクタ迄に光学系が種々
おかれ、その安定性がクエへと当該基準との相対位置計
測に問題となる。
As a method that does not illuminate or observe a temporary reference, it is possible to use a detection detector (for example, a COD screen) as a reference, but it is also possible to use an optical system that sets the screen size of the detection detector and magnification to improve accuracy. For reasons such as installing a pupil filter to improve the S/N ratio for detecting wafer marks, various optical systems are installed up to the reference detector, and the question of its stability is important for measuring the relative position with the reference. It becomes a problem.

以下、これらの問題点を解決する本発明の実施例につき
図面を用いて説明する。
Embodiments of the present invention that solve these problems will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例に係る照明装置を適用した
半導体投影露光装置の全体構成の概略図である。同図に
おいて、レチクルLTに描かれたパターンは、照明系L
Pの照明光により投影光学系Poを介し、XYステージ
WSに載置されているウェハWF上に投影される。この
際、ウェハWFは予めレチクルLTとの位置合せがなさ
れ、XYステージWSが移動することによってウェハW
Fは所定の自動位置合せ(以下、AAという)終了位置
に置かれ、適正な位置にて投影が行なわれることとなる
FIG. 1 is a schematic diagram of the overall configuration of a semiconductor projection exposure apparatus to which an illumination device according to an embodiment of the present invention is applied. In the figure, the pattern drawn on the reticle LT is the illumination system L.
The illumination light P is projected onto the wafer WF placed on the XY stage WS via the projection optical system Po. At this time, the wafer WF is aligned with the reticle LT in advance, and by moving the XY stage WS, the wafer WF is aligned with the reticle LT.
F is placed at a predetermined automatic alignment (hereinafter referred to as AA) end position, and projection is performed at an appropriate position.

AA時における光線の流れを以下に説明する。The flow of light rays during AA will be explained below.

まず、ウェハ照明系WLは、投影光学系POとウェハW
Fの間より、ウェハWFを露光する照明光の波長とは異
なる波長の光で投影光学系POを介さずにウェハWFを
照明する。ウェハ照明系WLにより照明されたウェハW
Fの像は投影光学系POを介しミラーM1以降の検出光
学系に取込まれる。
First, the wafer illumination system WL is connected to the projection optical system PO and the wafer W.
From between F, the wafer WF is illuminated with light having a wavelength different from the wavelength of the illumination light that exposes the wafer WF, without going through the projection optical system PO. Wafer W illuminated by wafer illumination system WL
The image of F is taken into the detection optical system after the mirror M1 via the projection optical system PO.

検出光学系内でウェハWFの像は、露光波長と異なる光
が投影光学系POを介したことによる色収差を補正する
色収差補正光学系OSを介し、レチクルLTとの相対位
置が既知である基準マスク8M上に結像する。基準マス
ク8M以後の光学系では、基準マスク8M上のマークと
ウェハの像が同時に観察できるように配慮されている。
In the detection optical system, the image of the wafer WF is passed through the chromatic aberration correction optical system OS, which corrects chromatic aberration caused by light having a different exposure wavelength passing through the projection optical system PO, to a reference mask whose relative position to the reticle LT is known. Image is formed on 8M. The optical system after the reference mask 8M is designed so that the mark on the reference mask 8M and the image of the wafer can be observed at the same time.

基準マスクBMの基準マークの像およびウェハWFの像
は、対物レンズL1、リレーレンズRLを介し、ダハプ
リズムDPにて二分割される。さらに分別された像はそ
れぞれエレクタ−Elx。
The image of the reference mark of the reference mask BM and the image of the wafer WF are divided into two by the roof prism DP via the objective lens L1 and the relay lens RL. The images that were further separated were each Erekta-Elx.

El、、  ミラーM5X 、M5Yを介し、瞳フィル
タFIX、FIYに至る。そして、X方向の位置検出の
ために像を所望の向きにするミラーM6x 、M7x、
M8xおよびエレクタE2×を介して、像走査用ミラー
(ここではポリゴンミラー)PMに達する。Y方向につ
いても同様であるが、Y方向の位置検出のため像を所望
の向きにするミラーの構成は異なる。
El, , reaches pupil filters FIX and FIY via mirrors M5X and M5Y. Mirrors M6x, M7x, which direct the image in a desired direction for position detection in the X direction,
It reaches the image scanning mirror (polygon mirror here) PM via M8x and erector E2x. The same applies to the Y direction, but the configuration of the mirror that directs the image to the desired direction for position detection in the Y direction is different.

そして、ポリゴンミラーPMにより基準マスクBMの基
準マークとウェハWFの像は走査(スキャン)され、f
θレンズL2X、L2Yを介しスリットSLX、SLY
に達し、再度ここで像は結像する。スリットS Lx 
、 S Lyには帯状の絞りが設けられており、その帯
状の絞りを透過した光をデテクタDx、Dyで検出する
・。IFMはステージの位置を検出する干渉計、IMは
干渉計ミラー、MOはXYステージ駆動系を示す。
Then, the reference mark of the reference mask BM and the image of the wafer WF are scanned by the polygon mirror PM, and f
Slits SLX, SLY through θ lenses L2X, L2Y
, and the image forms again here. Slit S Lx
, S Ly is provided with a band-shaped diaphragm, and the light transmitted through the band-shaped diaphragm is detected by detectors Dx and Dy. IFM is an interferometer that detects the position of the stage, IM is an interferometer mirror, and MO is an XY stage drive system.

以下、AAの動作について説明する。The operation of AA will be explained below.

第2図は、ウェハWF上のマークMKIの位置およびウ
ェハ照明光の照明方向DRを示す図である。同図(b)
は同図(a)のウェハマーク部の拡大図で、本実施例で
はX方向のマークMKI、およびY方向のマークMKI
Yそれぞれが3本づつ配置され、ウェハ照明光は、その
方向がウェハマークMKIX、MKIYに対して直角あ
るいは平行となるように、4木入射している。なお、D
RIおよびDR2の方向の照明光はウェハマークMK1
xにおいてはほとんど反射せず、またDR3およびDR
4の方向の照明光はウェハマークMK1.tにおいては
ほとんど反射しない、従って、DRIおよびDR2の方
向の照明光はウェハマークM K 1 yの周辺にのみ
照射し、DR3およびDR4の方向の照明光はウェハマ
ークMKIXの周辺にのみ照射することとしている。ま
た、各ウェハ照明光はウェハWFに対して斜めに照明さ
れ、その入射角は第1図に示したクエへからの反射光を
検出するための検出光学系がウェハ上で持つ最大角に対
し以下の関係を有する。
FIG. 2 is a diagram showing the position of the mark MKI on the wafer WF and the illumination direction DR of the wafer illumination light. Same figure (b)
is an enlarged view of the wafer mark part in FIG.
Three Y lights are arranged, and the wafer illumination light is incident on the four lights so that its direction is perpendicular or parallel to the wafer marks MKIX and MKIY. In addition, D
Illumination light in the RI and DR2 directions is wafer mark MK1
There is almost no reflection at x, and DR3 and DR
The illumination light in direction 4 is wafer mark MK1. Therefore, the illumination light in the directions of DRI and DR2 should be irradiated only around the wafer mark MK 1 y, and the illumination light in the directions DR3 and DR4 should be irradiated only around the wafer mark MKIX. It is said that In addition, each wafer illumination light is illuminated obliquely to the wafer WF, and its incident angle is relative to the maximum angle that the detection optical system has on the wafer for detecting the reflected light from the square shown in Figure 1. It has the following relationship.

(検出光学系がウェハ上で持つ最大角+10゛)≦(照
明光のクエへへの入射角) このように照明されたウェハマーク像は第1図の基準マ
スク8M上で結像する。
(Maximum angle that the detection optical system has on the wafer +10°)≦(Incidence angle of illumination light to the square) The wafer mark image illuminated in this manner is formed on the reference mask 8M shown in FIG.

第3図は、基準マスクBMの照明系配置および基準マー
クMKとウェハマーク像の配置を表わす図である。同図
(a) において、ウェハマーク像は基準マスクBMの
窓Wを透過し対物レンズL1に入る。基準マスクBMの
基準マーク部は透過部例えば基準マスクBMに開けられ
た開口であり基準マスク照明光が基準マーク部を透過し
基準マーク像となり対物レンズL1に入る。
FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the illumination system of the reference mask BM and the arrangement of the reference mark MK and wafer mark image. In FIG. 5A, the wafer mark image passes through the window W of the reference mask BM and enters the objective lens L1. The reference mark portion of the reference mask BM is a transparent portion, for example, an opening made in the reference mask BM, and the reference mask illumination light is transmitted through the reference mark portion and becomes a reference mark image and enters the objective lens L1.

これにより、S/Nのよい基準マーク信号が得られるこ
ととなる。
As a result, a reference mark signal with a good S/N ratio can be obtained.

基準マーク像とウニへ像はダハプリズムにより基準マー
クMKy、  ウェハマークMKIYの像と基準マーク
M K x 、 ウェハマークM K 1 x I) 
1fJl トに分離される。
The reference mark image and the image of the sea urchin are created using a roof prism as reference mark MKy, wafer mark MKIY image and reference mark MK x, wafer mark M K 1
It is separated into 1fJl parts.

そして、第1図に示すようにX方向に伸びた像(Y方向
の位置検出用)はミラーM5Y、M6Y、M7Yにより
90”回転させられポリゴンPMに入射する。また、Y
方向に伸びた像(X方向の位置検出用)はミラーM5X
 、MIX 、M7x、M8xにより前者とは異なり回
転することなくポリゴンPMに達し、それぞれfθレン
ズL2X、L2Yを介しスリットSLX、5LY1.:
結像する。これらのX方向、Y方向の光学系において、
レンズLl、RLは共用しており、またエレクタEl、
とEIY%E2xとE2.とはそれぞれ同じものである
。これらは各マークの像を所定の倍率で結像させる光学
系である。
Then, as shown in Fig. 1, the image extending in the X direction (for position detection in the Y direction) is rotated by 90'' by mirrors M5Y, M6Y, and M7Y and enters the polygon PM.
The image extending in the direction (for position detection in the X direction) is a mirror M5X
, MIX, M7x, and M8x reach the polygon PM without rotating unlike the former, and the slits SLX, 5LY1 . :
Form an image. In these X-direction and Y-direction optical systems,
Lenses Ll and RL are shared, and erector El,
and EIY%E2x and E2. are the same thing. These are optical systems that form images of each mark at a predetermined magnification.

以上の通り互いに直交関係に配置されたXY方向のマー
クをダハプリズムDPにより分離し、さらに一方のマー
クを像回転光学系により光軸中心に90°回転させるこ
とによりマークの向きを揃えているため、1つのポリゴ
ンPMにより走査することが可能となった。これはポリ
ゴンを2つ用意する場合より優位であることは明らかで
ある。
As mentioned above, the marks in the X and Y directions arranged orthogonally to each other are separated by the roof prism DP, and one of the marks is further rotated by 90 degrees around the optical axis by the image rotation optical system to align the marks. It is now possible to scan with one polygon PM. It is clear that this is superior to the case where two polygons are prepared.

第4図は、スリット上の基準マーク像、ウェハマーク像
、走査方向、スリット形状およびスリットを透過した光
を検出した電気信号波形を表わす図である。これは第1
図のスリットSLx、SLYをfθレンズL2.、L2
Y側から見た平面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a reference mark image on a slit, a wafer mark image, a scanning direction, a slit shape, and an electric signal waveform detected from light transmitted through the slit. This is the first
The slits SLx and SLY in the figure are connected to the fθ lens L2. ,L2
It is a top view seen from the Y side.

スリットSL上に結像した像は、ポリゴンPMによりス
リットSL面上を第4図の矢印のスキャン方向に走査さ
せられる。スリットSLYには帯状の透過部であるスリ
ットst、Y、、st、Y□が設けられ、スリットSL
xには同様にスリット5LXIが設けられている。これ
らのスリットを透過した光がデテクタDX、DYに検知
され電気信号波形SY、SXとなる。得られた電気信号
波形により基準マークとウェハマークの相対位置を計測
する。
The image formed on the slit SL is scanned by the polygon PM on the slit SL surface in the scanning direction indicated by the arrow in FIG. The slit SLY is provided with slits st, Y, , st, Y□, which are band-shaped transparent parts, and the slit SL
A slit 5LXI is similarly provided at x. The light transmitted through these slits is detected by detectors DX and DY and becomes electrical signal waveforms SY and SX. The relative position of the reference mark and wafer mark is measured using the obtained electrical signal waveform.

なお、第4図ではデテクタDは各スリットS LYl、
 S LY2の背後に1ケ、SLx+の背後に1ケ、合
せて2ケ配置されている。
In addition, in FIG. 4, the detector D has each slit SLYl,
There are two in total, one behind SLY2 and one behind SLx+.

レチクルLTと基準マスク(基準マーク)BMとの相対
的な位置は既知である(例えば基準マスクに対してレチ
クルを予めアライメントしておく)ので、レチクルと基
準マスクの位置ずれ分だけ基準マスクからクエへをずら
して位置合せすれば、結果的にレチクルとウェハの位置
合せができ′る。
Since the relative positions of the reticle LT and the reference mask (reference mark) BM are known (for example, the reticle is aligned with the reference mask in advance), the reference mask can be queried by the amount of positional deviation between the reticle and the reference mask. By shifting and aligning, the reticle and wafer can be aligned as a result.

次に、スリット受光方法につき説明する。Next, the slit light receiving method will be explained.

第4図において、マーク像MKy 、MKlyに対応す
るスリットはそれぞれSLy、、SLア、である、そし
てスリットSL、、と5LY2は所定量りだけオフセッ
トして一体の基板上に形成されている。そしてスリット
S Lvl、  S L、vzの背後には両者を受光可
能なデテクタoyが1ケ配置されている。マーク像MK
、、MKIYは矢印の方向に走査され、はじめに基準マ
ーク像MKYの信号S1が検知され続いてウェハマーク
像MK1.のi号S2がオフセット1の間隔をおいて検
知される。
In FIG. 4, slits corresponding to mark images MKy, MKly are SLy, SLa, respectively, and slits SL, 5LY2 are offset by a predetermined amount and formed on a single substrate. Behind the slits S Lvl, S L, and vz, one detector oy capable of receiving both light is arranged. Mark statue MK
, , MKIY is scanned in the direction of the arrow, first the signal S1 of the reference mark image MKY is detected, and then the signal S1 of the wafer mark image MK1 . i number S2 is detected at an interval of offset 1.

また、マーク像MKIX 、MKXについては、スリッ
トSLx+の背後にデテクタDにが1ケ配置されている
。マーク像MK×、MK1xは矢印の方向に走査され、
はじめに基準マーク像MKxの信号S3が検知され続い
てウェハマーク像MKIXの信号S4が検知される。
Further, regarding the mark images MKIX and MKX, one detector D is arranged behind the slit SLx+. The mark images MK×, MK1x are scanned in the direction of the arrow,
First, the signal S3 of the reference mark image MKx is detected, and then the signal S4 of the wafer mark image MKIX is detected.

そして上記信号より両者の相対位置情報が算出される。Then, relative position information between the two is calculated from the above signal.

第4図(a)は、この例においてはY軸方向の情報であ
る。
FIG. 4(a) is information in the Y-axis direction in this example.

第4図(a)の信号S1と52よりマーク像MKYとM
KIYの相対位置が不図示のクロックパルスを基準とし
て算出され、この値と既知のスリットオフセット2との
差分が位置ずれ量に相当することとなる。信号処理法と
しては、平均化その他の既知の種々の手法が使用可能で
ある。
From the signals S1 and 52 in FIG. 4(a), the mark images MKY and M
The relative position of KIY is calculated based on a clock pulse (not shown), and the difference between this value and the known slit offset 2 corresponds to the amount of positional deviation. As the signal processing method, averaging and various other known methods can be used.

第4図(b)はこの例ではX軸方向の情報である。FIG. 4(b) is information in the X-axis direction in this example.

第4図(b)において、位置合せ完了状態におけるマー
ク像MKIXとMKxの配置関係は予め所定間隔に定め
られている。信号S3と84から前述と同様の処理方法
で位置が算出され、その値と前述所定間隔との差分が位
置ずれに相等する。
In FIG. 4(b), the arrangement relationship between mark images MKIX and MKx in the alignment completed state is predetermined at a predetermined interval. The position is calculated from the signals S3 and 84 using the same processing method as described above, and the difference between the calculated value and the predetermined interval described above is equivalent to the positional deviation.

以上の通りXY軸各々について、離間配置された基準マ
ークとウェハマークを各軸1ヶのデテクタと1ケないし
2ケのスリットという簡単な構成で観察することにより
、高精度な位置検出が可能となる。
As described above, highly accurate position detection is possible by observing the reference marks and wafer marks placed apart on each of the X and Y axes with a simple configuration of one detector for each axis and one or two slits. Become.

なお、第5図はスリット受光方法の他の例を示している
。同図において、デテクタは各スリットS Lxa、 
S LX41 S LY31 S LY4の背後に各1
ケづつ配置されている。同図(a)において、Y方向の
位置検出用の基準マーク像MKYとウェハマーク像MK
IYは矢印の方向にスキャンされ、スリット5LY3お
よび5LY4とそれぞれの背後にあるデテクタにより、
信号S5およびS6が検出される。この信号S5および
S6により基準マークMKYとウェハマークM K 1
 vとの相対位置情報が算出される。X方向についても
同様であり、同図(b) において、基準マーク像MK
Xとウェハマーク像MK1xは矢印の方向にスキャンさ
れ、スリット5LX3および5LX4とそれぞれの背後
にあるデテクタにより、信号S7およびS8が検出され
る。なお、スリット5LX3と5LX4とは所定の間隔
で配置されており、またマーク像MKXはスリット5L
X4で、マーク像M K 1 xはスリット5LX3で
それぞれ検出しその他の信号は無視する。
Note that FIG. 5 shows another example of the slit light receiving method. In the same figure, the detector is each slit S Lxa,
1 each behind S LX41 S LY31 S LY4
They are placed one by one. In the same figure (a), a reference mark image MKY and a wafer mark image MK for position detection in the Y direction are shown.
IY is scanned in the direction of the arrow, and by the slits 5LY3 and 5LY4 and the detectors behind each,
Signals S5 and S6 are detected. By these signals S5 and S6, the reference mark MKY and the wafer mark MK1
Relative position information with respect to v is calculated. The same goes for the X direction, and in the same figure (b), the reference mark image MK
X and the wafer mark image MK1x are scanned in the direction of the arrow, and signals S7 and S8 are detected by the slits 5LX3 and 5LX4 and the detectors behind them. Note that the slits 5LX3 and 5LX4 are arranged at a predetermined interval, and the mark image MKX is
At X4, the mark images M K 1 x are detected by the slits 5LX3, and other signals are ignored.

この信号S7およびS8により基準マークMK。The reference mark MK is generated by the signals S7 and S8.

とウェハマークM K 1 xとの相対位置情報が算出
される。
Relative position information between the wafer mark M K 1 x and the wafer mark M K 1 x is calculated.

第4図の受光方法と比べ第5図では信号取込は同一時間
取込みとし、マーク毎に別々のデテクタにて分離受光す
ることとしている。これにより、ポリゴン回転ムラによ
る誤差の最小化を図ることができ、また強度の異なる光
信号に対しデテクタを適材配置(精度およびコストの最
適化)することができる。− 次に、ウェハ照明光学系(第1図のWL)につき説明す
る。
Compared to the light receiving method shown in FIG. 4, in FIG. 5, signals are taken in at the same time, and each mark is separately received by a separate detector. This makes it possible to minimize errors caused by uneven polygon rotation, and to appropriately arrange detectors for optical signals of different intensities (optimizing accuracy and cost). - Next, the wafer illumination optical system (WL in FIG. 1) will be explained.

ウェハ上へのレーザ光の導入は、レーザ光をミラー等に
より直接ウェハ上に導入するか、または第6図(C)に
示すようなオプティカルファイバOFFにて引き回す等
の方法が考えられる。しかし、ミラー等の光学系を用い
るのはサイズが大きくなり、引き回しの自由度が制約さ
れると共にコストが大となる。また、オプティカルファ
イバを用いた場合は各素子よりの光が合成され干渉を起
し照明ムラをひきおこしてしまうという問題点がある。
The laser beam may be introduced onto the wafer by directly introducing the laser beam onto the wafer using a mirror or the like, or by routing the laser beam through an optical fiber OFF as shown in FIG. 6(C). However, using an optical system such as a mirror increases the size, restricts the degree of freedom in routing, and increases cost. Furthermore, when optical fibers are used, there is a problem in that the lights from each element are combined and cause interference, causing uneven illumination.

本実施例では、第6図(a)のようにレーザ光LSRを
シングルモードファイバSFにてウェハWF上に入射さ
せるようにしている。シングルモードファイバSFは、
その内部において位相変化および干渉を起さないので、
出射光は理想的なガウス分布をもち不均一な照度ムラの
ない照明を与えることが可能となる。
In this embodiment, the laser beam LSR is made to be incident on the wafer WF through a single mode fiber SF as shown in FIG. 6(a). Single mode fiber SF is
Since there is no phase change or interference inside the
The emitted light has an ideal Gaussian distribution, making it possible to provide illumination without uneven illumination.

346図(b)は、上記のシングルモードファイバSF
の両端に屈折率分布型レンズSLおよびエキスパンダー
レンズELを付加したものである。屈折率分布型レンズ
SLは、入射光を効率よく集光してファイバーSFに導
入しかつ平行光として出射させるよう設計されている。
346 (b) shows the above single mode fiber SF
A gradient index lens SL and an expander lens EL are added to both ends of the lens. The gradient index lens SL is designed to efficiently condense incident light, introduce it into the fiber SF, and output it as parallel light.

その後、エキスパンダーレンズELを通り所望のサイズ
に拡大した平行光としている。屈折率分布型レンズSL
とエキスパンダーELを付加することにより、強度の高
い均一な照度分布をもつ照明光学系が実現される。第6
図(d)〜(f)は、それぞれ同図(a)〜(c)のウ
ェハ照明光導入方式における照度分布の概念図である。
Thereafter, the light passes through an expander lens EL and becomes parallel light expanded to a desired size. Gradient index lens SL
By adding the expander EL and the expander EL, an illumination optical system with high intensity and uniform illuminance distribution is realized. 6th
Figures (d) to (f) are conceptual diagrams of the illuminance distribution in the wafer illumination light introduction method shown in Figures (a) to (c), respectively.

なお、このようなシングルモードファイバSFにて第2
図(b)の各方向DRI−DR4からウェハが照明され
るが、このとき本実施例では対向する方向の照明が互い
に非干渉光となるように、その光路長を定めている。す
なわち、DRIとDR2とはファイバSFの長さを変え
る等により照明光の導入の光路長に差異を持たせ、互い
に非干渉光となるようにしている。DR3とDR4につ
いても同様である。対向する方向の照明について非干渉
光となるようにすれば十分であるが、4方向のすべてに
ついて光路長に差をつけて、4つの照明がそれぞれ非干
渉光となるようにすれば、効果が大である。
In addition, in such a single mode fiber SF, the second
The wafer is illuminated from each direction DRI-DR4 in FIG. 2B, and in this embodiment, the optical path lengths are determined so that the illuminations in the opposing directions become non-interfering light with each other. That is, DRI and DR2 are made to have different optical path lengths for introducing illumination light by changing the length of the fiber SF, etc., so that the light beams do not interfere with each other. The same applies to DR3 and DR4. It is sufficient to make the illuminations in opposing directions become incoherent light, but the effect can be improved by making the optical path lengths different in all four directions so that each of the four illuminations becomes incoherent light. It's large.

次に、色収差補正光学系について説明する。Next, the chromatic aberration correction optical system will be explained.

本実施例のような露光波長と異なる波長の光でTTL方
式のアライメントを行なう場合には、投影光学系により
生ずる色の諸収差を良好に補正する必要がある。この際
、このような補正光学系を第1図のO3のような透過型
で構成すると、サイズが大きくなる欠点がある。そこで
、複数の裏面反射型ミラーを光軸に対し互いに傾むけて
配置し、色収差補正光学系とすることとした。
When performing TTL alignment using light of a wavelength different from the exposure wavelength as in this embodiment, it is necessary to satisfactorily correct various chromatic aberrations caused by the projection optical system. At this time, if such a correction optical system is configured as a transmission type like O3 in FIG. 1, there is a drawback that the size becomes large. Therefore, we decided to arrange a plurality of back reflection mirrors so as to be inclined to each other with respect to the optical axis to form an optical system for correcting chromatic aberration.

第7図は、第1図の透過型の色収差補正光学系O5の詳
細図である。ここでは色収差補正光学系O5は3枚の平
行平面板GPI〜GP3を光軸に対して互いに傾けて配
置した構成となっている。
FIG. 7 is a detailed diagram of the transmission type chromatic aberration correcting optical system O5 of FIG. 1. Here, the chromatic aberration correcting optical system O5 has a configuration in which three plane parallel plates GPI to GP3 are arranged at an angle to each other with respect to the optical axis.

第8図は、反射型の色収差補正光学系を示す。FIG. 8 shows a reflective type chromatic aberration correction optical system.

同図において、ウェハマーク(MK1y他)からの反射
光は投影光学系POを介し第8図におけるミラーMll
に入射する。ここでミラーMllは平行平面な裏面反射
型ミラーであり投影光学系のメリディオナール光束に対
して傾いている。その後光束はミラーM 12. M 
13に入射する。ここでミラーM!2. M13はMl
lと同様に裏面反射型であるが、傾ぎ方向はミラーMl
lと直交している。ミラーM13を通った光束は表面反
射型ミラーM14にて反射し基準マスク8M上に結像す
る・。
In the figure, the reflected light from the wafer marks (MK1y, etc.) passes through the projection optical system PO to the mirror Mll in FIG.
incident on . Here, the mirror Mll is a plane-parallel back reflecting mirror and is inclined with respect to the meridional light beam of the projection optical system. After that, the light flux passes through the mirror M12. M
13. Mirror M here! 2. M13 is Ml
Like Ml, it is a back reflection type, but the tilt direction is mirror Ml.
It is orthogonal to l. The light flux that has passed through the mirror M13 is reflected by the surface reflection type mirror M14 and is imaged on the reference mask 8M.

以下、このような色収差補正光学系の必要性および作用
につき説明する。
The necessity and operation of such a chromatic aberration correcting optical system will be explained below.

従来より投影光学系によって投影された投影面上の状態
を観察光学系を用いて観察し位置検出する観察装置は各
種の光学機器で用いられている。
2. Description of the Related Art Observation devices that use an observation optical system to observe and detect the position of a projection surface projected by a projection optical system have been used in various optical instruments.

例えば半導体製造における露光装置では第1物体として
のレチクル面を投影光学系により第2物体としてのウェ
ハ面上に投影し、観察光学系によりウェハ面上の状態を
観察する。そしてこの観察装置を用いてレチクル面とウ
ェハ面との位置整合、所謂アライメントを行なっている
For example, in an exposure apparatus used in semiconductor manufacturing, a projection optical system projects a reticle surface as a first object onto a wafer surface as a second object, and an observation optical system observes the state on the wafer surface. This observation device is used to perform position matching between the reticle surface and the wafer surface, so-called alignment.

このときのアライメント精度は観察装置の光学性能に大
きく依存している。このため観察装置の性能は露光装置
において重要な要素となっている。
The alignment accuracy at this time largely depends on the optical performance of the observation device. Therefore, the performance of the observation device is an important factor in the exposure device.

このような観察装置を利用してアライメントを行なった
ものは従来より種々提案されている。
Various types of alignment devices using such observation devices have been proposed in the past.

例えば本出願人も特開昭58−25638号公報で観察
装置を利用したアライメント系を提案している。
For example, the present applicant has also proposed an alignment system using an observation device in Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-25638.

同公報ではウェハ面に投影露光するための投影光学系に
g線(438nm )の光を用い、アライメント系にH
e−Cdレーザから放射される波長(442nm )の
光を用いている。このとき使用する2つの波長は略等し
いため、主に投影光学系を対象に構成することにより、
同波長の光で略等しい光学性能を得ている。そして投影
光学系をレチクル側とウェハ側の双方でテレセントリッ
クとなるように所謂両テレセンドリンクな光学系を構成
することにより、レチクル側よりウェハ面上を観察する
際、観察光の主光線が常にレチクル面に垂直となるとい
う特徴を利用している。これにより製造するICの種類
が変わってレチクル面上でのパターン寸法が変化してア
ライメント系の観察位置を変化させてもレチクル面に入
射あるいは反射する光の角度を不変とすることができ、
この性質を利用することにより高精度なTTL on 
Axisシステムを構成している。
In this publication, G-line (438 nm) light is used in the projection optical system for projection exposure onto the wafer surface, and H-line is used in the alignment system.
Light with a wavelength (442 nm) emitted from an e-Cd laser is used. Since the two wavelengths used at this time are approximately equal, by configuring the projection optical system mainly,
Almost the same optical performance is obtained with light of the same wavelength. By configuring the projection optical system so that it is telecentric on both the reticle side and the wafer side, a so-called double-telecenter optical system is constructed, so that when observing the wafer surface from the reticle side, the principal ray of the observation light is always directed toward the reticle. It takes advantage of the feature that it is perpendicular to the surface. As a result, even if the type of IC to be manufactured changes, the pattern dimensions on the reticle surface change, and the observation position of the alignment system changes, the angle of the light incident on or reflected on the reticle surface remains unchanged.
By utilizing this property, highly accurate TTL on
It constitutes an Axis system.

なお、TTL on Axisシステムというのは露光
する投影光学系を介して、露光する状態のままでレチク
ルとクエへとのアライメントを行なうことである。
Note that the TTL on Axis system performs alignment between the reticle and the square via a projection optical system for exposure while remaining in the exposed state.

一般に露光波長あるいはそれと等価な波長を用いてアラ
イメントを行なうにはTTL on Axisシステム
は精度上量も好ましい方式である。
Generally, when performing alignment using the exposure wavelength or a wavelength equivalent thereto, the TTL on Axis system is a preferable method in terms of accuracy.

しかしながら、投影露光とアライメントでの波長を略同
−にするとウェハ面上に塗布するレジストに多層レジス
トを用いたとき多層レジストがアライメント光を吸収し
てウェハ面上のアライメントマークからの反射光を減少
させ、S/N比を低下させアライメント精度を低下させ
る原因となってくる。このためアライメント波長と露光
波長を異ならしめてS/N比の向上を図りアライメント
精度を高めることが必要となってくる。
However, if the wavelengths for projection exposure and alignment are approximately the same, when a multilayer resist is used as the resist applied on the wafer surface, the multilayer resist absorbs the alignment light and reduces the light reflected from the alignment mark on the wafer surface. This causes a decrease in the S/N ratio and alignment accuracy. Therefore, it is necessary to make the alignment wavelength and the exposure wavelength different to improve the S/N ratio and improve the alignment accuracy.

アライメント波長と露光波長を異ならしめてTTL方式
でアライメントを行なうと、投影光学系は露光波長に対
してのみ諸収差が良好に補正されているので露光波長以
外の光では色の諸収差、具体的には軸上色収差、倍率色
収差、この他色のコマ収差、非点収差、球面収差等が発
生し良好なる観察ができずにアライメント精度が低下す
る原因となってくる。
When alignment is performed using the TTL method with different alignment wavelengths and exposure wavelengths, the projection optical system has various aberrations well corrected only for the exposure wavelength, so light other than the exposure wavelength causes various chromatic aberrations. In this case, axial chromatic aberration, lateral chromatic aberration, comatic aberration of other colors, astigmatism, spherical aberration, etc. occur, making it impossible to observe well and causing a decrease in alignment accuracy.

このため従来より露光波長以外の光で投影光学系を介し
てウェハ面を良好に観察する方法が種々提案されている
0例えばレチクルを介してウェハ面を観察する際、観察
波長の色収差によるピントのずれ量だけウェハ面の位置
を投影光学系の光軸方向にずらしてレチクル面とウェハ
面との共役関係を成立させたり、レチクルと投影レンズ
との間に補助光学手段を設けたりする方法が採られてぃ
る。
For this reason, various methods have been proposed to allow good observation of the wafer surface through a projection optical system using light other than the exposure wavelength. Methods that can be adopted include shifting the position of the wafer surface by the amount of shift in the optical axis direction of the projection optical system to establish a conjugate relationship between the reticle surface and the wafer surface, or providing auxiliary optical means between the reticle and the projection lens. It's been a long time.

しかしながら、これらの方法はいずれも投影光学系の色
収差の補正が不十分であったため、非対称性の収差、例
えばコマ収差、倍率色収差等が発生しない放射状パター
ンの結像、すなわちサジタル方向の結像のみを用いてい
た。
However, in all of these methods, the correction of the chromatic aberration of the projection optical system was insufficient, so it was possible to form only a radial pattern image without asymmetric aberrations, such as coma aberration, lateral chromatic aberration, etc., that is, only in the sagittal direction. was used.

しかしながらサジタル方向の結像だけを用いていたので
はサブミクロンの時代における高解像力に伴う高精度の
アライメントが難しくなってくる。例えば、気圧の変化
に伴う投影倍率の変化といった投影光学系自体の結像状
態の変化、またウェハの部分的な歪は倍率の変化と等価
なものとして見なす事ができる。このような倍率の変化
として見なせる変化は放射状パターンを用いたのでは全
く検知することがで咎ない。
However, if only sagittal imaging is used, it becomes difficult to achieve high-precision alignment that accompanies high resolution in the submicron era. For example, a change in the imaging state of the projection optical system itself, such as a change in projection magnification due to a change in atmospheric pressure, or a partial distortion of the wafer can be regarded as equivalent to a change in magnification. Such a change that can be regarded as a change in magnification can be detected at all by using a radial pattern.

またサジタル方向の結像のみでは一点の観察で基本的に
一情報しか得られなく、2点を観察するだけで2次元的
なアライメントを達成するには情報不足となってくる。
Furthermore, with only imaging in the sagittal direction, basically only one piece of information can be obtained by observing one point, and there is insufficient information to achieve two-dimensional alignment by observing only two points.

このように従来は投影光学系の色収差の補正が不十分で
あったために、サジタル方向の結像だけを利用していた
が、今後サブミクロンの時代における高解像力化に対し
てはサジタル方向の結像だけではどうしても不十分とな
ってくる。
In the past, only sagittal imaging was used due to insufficient correction of chromatic aberration in the projection optical system, but in the future, sagittal imaging will be used to achieve higher resolution in the submicron era. Statues alone are no longer enough.

このため、観察波長における投影光学系の色収差を良好
に補正した高精度のアライメントが可能の観察装置が半
導体製造用の露光装置に強く要求されてきている。
For this reason, there is a strong demand for an exposure apparatus for semiconductor manufacturing that is capable of highly accurate alignment and that satisfactorily corrects the chromatic aberration of the projection optical system at the observation wavelength.

そこで、投影光学系で投影に用いる波長と異った波長で
投影面の状態を観察光学系により投影光学系を介して観
察する際に投影光学系より生ずる色の諸収差を補正し良
好なる観察を可能とするため、特に半導体製造における
露光装置で露光波長と異なった波長でTTL方式のアラ
イメントを行なう際に投影光学系より生ずる色の諸収差
を良好に補正した観察光学系を用いることにより高精度
のアライメントを可能とするため、色収差補正光学系を
設けている。特に、第8図に示すように配置した3枚の
平行平面裏面反射ミラーを用いて構成すればコンパクト
である。
Therefore, when observing the state of the projection surface using a projection optical system using a wavelength different from that used for projection, various chromatic aberrations caused by the projection optical system are corrected to improve observation. In order to make this possible, in particular, by using an observation optical system that has well corrected various chromatic aberrations caused by the projection optical system when performing TTL alignment at a wavelength different from the exposure wavelength in an exposure device used in semiconductor manufacturing. A chromatic aberration correction optical system is provided to enable precise alignment. In particular, it is compact if constructed using three parallel plane back reflection mirrors arranged as shown in FIG.

このうち投影光学系のメリデイオナル断面に対して傾け
た、すなわちメリデイオナル断面の結像光束に対して非
対称に斜めに配置した裏面反射ミラーMllにより投影
光学系の観察波長に対するコマ収差を補正している。こ
のとき傾ける角度は投影光学系からの収差発生量と裏面
反射ミラーMllの厚さに応じて定まる。この1枚の裏
面反射ミラーM11はコマ収差に対しては効果的である
が、その一方で、非点収差を発生させる原因となってく
る。このときの非点収差と投影光学系の観察波長での非
点収差とを合わしたものが全系の非点収差となる。そこ
で本実施例では2つの裏面反射ミラーM12. M13
をミラーMllの傾けた平面と直交する面内で互いに傾
けて配置することにより、全系の非点収差を補正してい
る。すなわちミラーMllを観察光学系の光軸を回転軸
として90度回転した状態の平面内で2つのミラーM1
2. M13を配置している。
Of these, the coma aberration with respect to the observation wavelength of the projection optical system is corrected by the back reflecting mirror Mll, which is tilted with respect to the meridional cross section of the projection optical system, that is, disposed obliquely and asymmetrically with respect to the imaging light beam of the meridional cross section. At this time, the tilt angle is determined depending on the amount of aberration generated by the projection optical system and the thickness of the back reflection mirror Mll. This single back reflection mirror M11 is effective against coma aberration, but on the other hand, it causes astigmatism. The sum of the astigmatism at this time and the astigmatism at the observation wavelength of the projection optical system becomes the astigmatism of the entire system. Therefore, in this embodiment, two back reflection mirrors M12. M13
The astigmatism of the entire system is corrected by arranging them at an angle to each other in a plane orthogonal to the plane on which the mirror Mll is inclined. In other words, two mirrors M1 are rotated in a plane with mirror Mll rotated by 90 degrees around the optical axis of the observation optical system.
2. M13 is installed.

ミラーM12. M13は同じ厚さのときは線対称的な
関係で配置すれば良く、また異った厚さのときは異った
角度で傾けて配置すれば良い。そして2つのミラーM1
2. M13の全体の組合せとしてコマ収差を発生させ
ないようにしている。ただしミラーM12. M13の
非点収差は相乗効果として発揮されるので非点収差は発
生するが、その発生がミラーMllと90度捩った平面
内に配置することにより互いに打ち消し合うように調整
している。例えば投影光学系の観察波長での収差発生が
コマ収差のみで非点収差が無い場合には2つのミラーM
 12゜M13の厚さをミラーMllの略号とし、しか
も捩れてはいても観察光学系の光軸に対してなす角度を
3つのミラーMll、 M12をすべて等しくすれば投
影光学系のコマ収差と非点収差を補正した観察が可能と
なる。
Mirror M12. When the M13s have the same thickness, they may be arranged in a line-symmetrical relationship, and when they have different thicknesses, they may be arranged at different angles. and two mirrors M1
2. The overall combination of M13 is designed to prevent coma aberration from occurring. However, mirror M12. Since the astigmatism of M13 is exerted as a synergistic effect, astigmatism occurs, but by arranging it within a plane twisted by 90 degrees with mirror Mll, adjustment is made so that the occurrence of astigmatism cancels each other out. For example, if the aberration occurring at the observation wavelength of the projection optical system is only coma and no astigmatism, two mirrors M
The thickness of 12°M13 is the abbreviation for mirror Mll, and even if the three mirrors Mll and M12 are made equal to the optical axis of the observation optical system even though they are twisted, coma aberration and non-coma of the projection optical system can be avoided. Observation with point aberration corrected becomes possible.

また、投影光学系に観察波長で非点収差がある場合には
ミラーMllと2つのミラーM 12.  M 13が
なす角度をその非点収差量に応じて異ならしめれば、そ
の収差を補正した観察が可能となる。すなわち第8図の
補正光学系では平行平面板の傾きを調整することによっ
て補正量を任意に制御することを可能としている。
In addition, if the projection optical system has astigmatism at the observation wavelength, mirror Mll and two mirrors M12. If the angle formed by M 13 is made different depending on the amount of astigmatism, observation with the aberration corrected becomes possible. That is, in the correction optical system shown in FIG. 8, the amount of correction can be arbitrarily controlled by adjusting the inclination of the parallel plane plate.

以上のような構成によりコマ収差と非点収差を良好に補
正することによってサジタル方向だけでなくメリディオ
ナル方向を含めたあらゆる方向にわたって良好なる収差
補正を行ない、レチクル面上とクエへ面上の双方のアラ
イメントマークを同時に良好なる像として観察するのを
可能としている。そしてこれにより高精度のアライメン
トを可能としている。
By properly correcting comatic aberration and astigmatism with the above configuration, aberrations can be corrected not only in the sagittal direction but also in all directions including the meridional direction, and both on the reticle surface and the square surface. This makes it possible to observe the alignment mark as a good image at the same time. This enables highly accurate alignment.

さらに、第8図に示すように反射型で構成すれば、裏面
反射型ミラーであるため板厚な透過型に比し略イですみ
、かつ補正光学系が光路引き回しの役割を兼用している
ため、コンパクトで低コスト化が可能となつた。
Furthermore, if it is configured as a reflective type as shown in Figure 8, since it is a back-reflection mirror, it will take less time compared to a thicker transmissive type, and the correction optical system also serves as the optical path routing. As a result, it has become compact and low cost.

第9図は、前実施例の一部を透過型光学系で構成したも
のである。
FIG. 9 shows a part of the previous embodiment constructed with a transmission type optical system.

なお、対物レンズを移動可能にし、それに追従して色収
差補正光学系も動くようにすることもできる。これによ
り種々のショットサイズに対応して対物を動かし、それ
に応じて色収差の補正ができるので、AA後後置露光い
う流れができ、スルーブツト向上ができる。
Note that the objective lens may be made movable, and the chromatic aberration correction optical system may also be made to move following it. This allows the objective to be moved in response to various shot sizes, and chromatic aberrations can be corrected accordingly, allowing for a flow of post-exposure after AA, and throughput can be improved.

以上で反射型色収差補正光学系の説明を終る。This concludes the explanation of the reflective chromatic aberration correcting optical system.

次に、デテクタ感度補正につき説明する。Next, the detector sensitivity correction will be explained.

従来、デテクタ等の受光器の感度の経時変化に伴い、信
号強度変化による精度劣化が発生したり、最悪の場合は
検出不能となるという問題点があった。これに対し、検
出系ゲインのダイナミックレンジを広域化するという対
処方法が考えられるが、高コストとなってしまう。
Conventionally, there has been a problem that as the sensitivity of a light receiver such as a detector changes over time, accuracy deteriorates due to changes in signal strength, or in the worst case, detection becomes impossible. A possible solution to this problem would be to widen the dynamic range of the detection system gain, but this would result in high costs.

そこで、本実施例では、標準光源をデテクタに入射させ
感度変化のモニタをすることとしている。これにより、
感度変化分をリファレンス(ソフト)し、ゲイン変更す
ることができ、感度変化分を検出用光源強度の変更にて
対処することができる。感度モニタは適当なタイミング
、例えばキャリヤ毎、レチクル交換毎または1日1回等
で、定期的にチェックすればよい。
Therefore, in this embodiment, a standard light source is made incident on the detector and changes in sensitivity are monitored. This results in
The change in sensitivity can be used as a reference (software) and the gain can be changed, and the change in sensitivity can be dealt with by changing the intensity of the detection light source. The sensitivity monitor may be checked periodically at an appropriate timing, such as every carrier, every reticle exchange, or once a day.

このようなデテクタ感度補正を行なうことにより、■検
出系の最適設計化が可能(コスト)、■精度向上、■検
出不能の回避、■信頼性向上(トラブル自己診断)等の
効果がある。
By performing such detector sensitivity correction, there are effects such as (1) optimization of the design of the detection system (cost), (2) improvement in accuracy, (2) avoidance of failure to detect, and (2) improvement in reliability (self-diagnosis of troubles).

第1O図は第1図におけるデテクタD(Dx。FIG. 1O shows the detector D (Dx) in FIG.

DY)部分の詳細図である。LEDはアライメント波長
と略同−波長の光源である発光ダイオードである。これ
は特に発光ダイオードに限らず、アライメント波長と略
同−波長の光源であればよい。ここでは、波長860n
mの赤色LED (スタンレー社製: F H1011
)を用いている。Lllは集光レンズ、M21は光路折
曲げミラーである。光路折曲げミラーM21はアライメ
ント位置検出光学系の有効光路外に配置されているが、
LEDから集光レンズLllを介して出射される光をデ
テクタDに入射させるよう配置されている。
DY) is a detailed diagram of the portion. The LED is a light emitting diode that is a light source with approximately the same wavelength as the alignment wavelength. This is not limited to a light emitting diode, and any light source having substantially the same wavelength as the alignment wavelength may be used. Here, the wavelength is 860n
m red LED (manufactured by Stanley: F H1011
) is used. Lll is a condenser lens, and M21 is an optical path bending mirror. Although the optical path bending mirror M21 is arranged outside the effective optical path of the alignment position detection optical system,
It is arranged so that the light emitted from the LED via the condenser lens Lll is incident on the detector D.

第11図は、デテクタ感度モニタ機構の概略ブロックダ
イアグラムである。LEDは演算制御系ARMにより任
意の時期に点燈され、デテクタDがその光を検知する。
FIG. 11 is a schematic block diagram of the detector sensitivity monitoring mechanism. The LED is turned on at an arbitrary time by the arithmetic control system ARM, and the detector D detects the light.

デテクタDの出力は演算制御系ARMに送られそこでメ
モリMEM1等に記録された基準出力と比較され、もし
デテクタDの感度が変化していれば、演算制御系ARM
は不図示のデテクタ制御回路を制御し補正する。−例と
してはデテクタDへの印加電圧を制御する。
The output of the detector D is sent to the arithmetic and control system ARM, where it is compared with the reference output recorded in the memory MEM1, etc., and if the sensitivity of the detector D has changed, the arithmetic and control system ARM
controls and corrects a detector control circuit (not shown). - For example, controlling the voltage applied to the detector D.

次に、チョッピングおよび波形処理につき説明する。Next, chopping and waveform processing will be explained.

ウェハのマークのエツジからの反射光と、レジスト表面
からの反射光との干渉による影響を除くため、本実施例
では第1図に示すようにマークに対し斜め方向からビー
ムを入射する。この場合、マークの各エツジからの反射
光を得るには4方向からのビームの入射が必要である。
In order to eliminate the influence of interference between the reflected light from the edge of the wafer mark and the reflected light from the resist surface, in this embodiment the beam is incident on the mark from an oblique direction as shown in FIG. In this case, beams must be incident from four directions to obtain reflected light from each edge of the mark.

第12図(a)は第1図におけるマークと入射ビームと
の関係を示し、同図(b)はビーム1とビーム3のエツ
ジからの反射光を示す、ビーム1によるエツジAからの
反射光をA I 、エツジBからの反射光をBl、ビー
ム3によるエツジAからの反射光をA3、エツジBから
の反射光をB、とする。ここでマークに対しビーム1と
ビーム3を同時に入射すると、第12図(b) に示す
ように、エツジAではA、とA3、エツジBではB1と
B3の反射光による干渉が起こる。この干渉の影響を除
くには、ビームを入射させるタイミングを切り換えて別
々に各エツジからの反射光を得れば良く、この方法をチ
ョッピングと呼ぶ。
FIG. 12(a) shows the relationship between the mark and the incident beam in FIG. 1, and FIG. 12(b) shows the reflected light from the edge of beam 1 and beam 3. The reflected light from edge A by beam 1 is shown in FIG. Let A I be the reflected light from edge B, Bl be the reflected light from edge A by beam 3, A3 be the reflected light from edge B, and B be the reflected light from edge B. If beams 1 and 3 are incident on the mark at the same time, as shown in FIG. 12(b), interference occurs between reflected beams A and A3 at edge A, and interference between beams B1 and B3 at edge B. In order to eliminate the influence of this interference, it is sufficient to change the timing of the beam incidence to obtain the reflected light from each edge separately, and this method is called chopping.

次に、チョッピングにより得られる干渉の影響のない反
射光から真の位置を得る方法について述べる。
Next, a method for obtaining the true position from reflected light that is not affected by interference obtained by chopping will be described.

チョッピングにより第13図に示すような、各エツジか
らの反射光が得られる。同図に示す波形は、理想的なス
リットすなわち無限小の巾のスリットで各エツジの像を
スキャンした場合に得られる波形である。
By chopping, reflected light from each edge as shown in FIG. 13 is obtained. The waveform shown in the figure is the waveform obtained when the image of each edge is scanned with an ideal slit, that is, a slit with an infinitesimal width.

チョッピングについて、より分かり易く説明するため、
ウェハとレチクル上のマークを直接位置合せする場合を
仮定する。クエへとレチクル上のマークを第14図(a
) に示すようなマークとすると、各エツジからチョッ
ピングにより得られる信号は第14図(b)のようにな
る。なお、同図(b)のビーム1の反射光を示す波形お
よびビーム3の反射光を示す波形は、ウェハ上の2つの
マークおよびレチクル上のマークのそれぞれに対応する
ピークを有していて、第13図に示したように各マーク
の各エツジに対するピークが現われていないが、これは
実際に本実施例で行なっているマーク像のスキャンにお
いては、スリットの巾は有限巾であるため、受光する光
が両エツジからの光の和となっているためである。従っ
て、第14図(b)の波形は若干歪んでいる。
To explain chopping more clearly,
Assume that marks on the wafer and reticle are directly aligned. Figure 14 (a)
), the signal obtained by chopping from each edge will be as shown in FIG. 14(b). Note that the waveform representing the reflected light of beam 1 and the waveform representing the reflected light of beam 3 in FIG. As shown in FIG. 13, the peaks for each edge of each mark do not appear, but this is because the width of the slit is finite in the scan of the mark image actually performed in this embodiment. This is because the light emitted from the edge is the sum of the light from both edges. Therefore, the waveform in FIG. 14(b) is slightly distorted.

次に、各エツジから得られた信号の振幅をA+ 、A3
として、第14図(C) に示すようにAI=A3とな
るように各信号の振幅の調整を行ない合成波を得る。そ
の合成波の振幅Aに対して、あるスライスレベルKを求
める。
Next, the amplitude of the signal obtained from each edge is A+, A3
Then, as shown in FIG. 14(C), the amplitude of each signal is adjusted so that AI=A3, and a composite wave is obtained. A certain slice level K is determined for the amplitude A of the composite wave.

K = A X 30/100 このスライスレベルKからスライス位置PI。K = A X 30/100 From this slice level K to the slice position PI.

P2を求め、ウェハ上のマーク位置をスライス位のよう
にして各マークの位置を決定することにより真の位置か
らのずれ量を求める。
P2 is determined, and the position of each mark is determined by setting the mark position on the wafer as a slice position to determine the amount of deviation from the true position.

次に、チョッピングにより得られる干渉の影響のない反
射光から真の位置を得る第2の方法について述べる。
Next, a second method for obtaining the true position from reflected light that is not affected by interference and is obtained by chopping will be described.

上述したように理想的な無限小巾のスリットによって各
エツジからの光を受光するとすれば、チョッピングによ
り第13図に示すような各エツジからの反射光が得られ
る。一方、ウェハとレチクル上のマークを第15図(a
)に示すようなマークとし有限巾のスリットにて各エツ
ジからの光を受光すれば、各エツジからチョッピングに
より得られる信号は第15図(b)のようになる。
Assuming that light from each edge is received by an ideal infinitely small slit as described above, reflected light from each edge as shown in FIG. 13 is obtained by chopping. On the other hand, the marks on the wafer and reticle are
), and if the light from each edge is received by a slit of finite width, the signal obtained by chopping from each edge will be as shown in FIG. 15(b).

そして第15図(C)のように、各エツジから得られた
信号の振幅をA I + A 3とする。そして、各信
号に対し、スライスレベルに+  (K+ =A+ X
30/10G ) 、  K3  (K3 =As X
30/100)を求める。これらのスライスレベルを各
信号に用いてスライスをかける。スライスの位置として
は、第15図のように各信号の、立ち上り、立ち下りに
おいて急峻な側をスライス位置として用いる。すなわち
、例えば振幅A1の信号に着目して、QlまたはQ2の
どちらの位置が急峻であるかを判別し、急峻な側をスラ
イス位置として用いるのである。
Then, as shown in FIG. 15(C), the amplitude of the signal obtained from each edge is defined as A I + A 3. Then, for each signal, the slice level is + (K+ = A+
30/10G), K3 (K3 = As
30/100). Slices are applied to each signal using these slice levels. As the slice position, as shown in FIG. 15, the steepest rising and falling sides of each signal are used as the slice positions. That is, for example, focusing on the signal with amplitude A1, it is determined which position of Ql or Q2 is steeper, and the steeper side is used as the slice position.

振幅A3の信号のスライス位置Q3.Q4についても同
様に急峻な側を用いる。そして、QlおよびQ、が急峻
である場合はスライス位置Pl。
Slice position Q3 of the signal with amplitude A3. Similarly, the steep side is used for Q4. If Ql and Q are steep, slice position Pl.

P2の中点 Q2およびQ4が急峻である場合はこれらの中点をマー
ク位置と決定する。なお、ここでは簡単のため、Qlお
よびQ、をベアで用い、Q2およびQ4をベアで用いる
こととしている。このようにして、各マークの位置を決
めることにより真の位置からのずれ量を求める。
If the midpoints Q2 and Q4 of P2 are steep, these midpoints are determined as the mark position. Here, for simplicity, Ql and Q are used bare, and Q2 and Q4 are used bare. In this way, by determining the position of each mark, the amount of deviation from the true position is determined.

さらに、チョッピングにより得られる干渉の影響のない
反射光から真の位置を得る第3の方法について述べる。
Furthermore, a third method of obtaining the true position from reflected light that is not affected by interference and is obtained by chopping will be described.

上述したように理想的な無限小巾のスリットによって各
エツジからの光を受光するとすれば、チョッピングによ
り第13図に示すような各エツジからの反射光が得られ
る。一方、クエへとレチクル上のマークを第16図(a
)に示すようなマークとし有限中のスリットにて各エツ
ジからの光を受光すれば、各エツジからチョッピングに
より得られる信号は第16図(b)のようになる。
Assuming that light from each edge is received by an ideal infinitely small slit as described above, reflected light from each edge as shown in FIG. 13 is obtained by chopping. On the other hand, move the mark on the reticle to the square in Figure 16 (a
), and if the light from each edge is received by a finite slit, the signal obtained by chopping from each edge will be as shown in FIG. 16(b).

次に第16図(C)のように、各エツジから得られた信
号の微分信号を求める。ビーム1から得られた信号に対
しては、最大ピーク位置P1を求め、ビーム3から得ら
れた信号に対しては最小ピーク位置P、を求め、P+、
Psの中点 にして、各マーク位置を決定することにより真のマーク
位置からのずれ量を求める。
Next, as shown in FIG. 16(C), a differential signal of the signal obtained from each edge is obtained. For the signal obtained from beam 1, find the maximum peak position P1, and for the signal obtained from beam 3, find the minimum peak position P, P+,
By determining each mark position using the midpoint of Ps, the amount of deviation from the true mark position is determined.

これらチョッピングによりマーク位置を得る各方法から
は、得られるウェハ上のマークの波形に応じて、適宜最
適な方法を選べばよい。
From these methods of obtaining the mark position by chopping, the most suitable method may be selected depending on the waveform of the mark on the wafer to be obtained.

以上で、チョッピングおよび波形処理の説明を終る。This concludes the explanation of chopping and waveform processing.

次に、ウェハ照明系WLから照射するレーザ光の光量補
正につき説明する。
Next, correction of the amount of laser light emitted from the wafer illumination system WL will be explained.

これは高精度な位置合せを行なうために、−窓以上の信
号出力およびS/Nを確保するために行なうものである
。そのためには光源、全光学系およびデテクタの変化や
劣化は重要な問題であり、特に本実施例のような複数の
光源、光学系およびデテクタを用いて位置合せ信号を得
る場合には特に重要となる。従って、これらの変化およ
び劣化を検知し、補正することは大きな意味がある。
This is done to ensure a signal output and S/N ratio greater than -window in order to perform highly accurate positioning. To this end, changes and deterioration of the light source, all optical systems, and detectors are important issues, especially when obtaining alignment signals using multiple light sources, optical systems, and detectors as in this example. Become. Therefore, it is of great significance to detect and correct these changes and deteriorations.

第17図はレーザ光量補正を説明するための模式図であ
る。同図は、第1図を模式化した図であり、同一の記号
は同一または共通の部分を示す。
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining laser light amount correction. This figure is a schematic diagram of FIG. 1, and the same symbols indicate the same or common parts.

第17図において、KTSは光量調整素子で光源LP2
が無偏光性であれば、各種のNDフィルタが円周上に配
置されたものまたは開口絞りである。また、光源LP2
が偏光性であれば、上記に加え偏光フィルタも使用可能
となる。KTUは光量調整素子KTSを制御駆動するユ
ニットであり、この例においては光量調整素子KTSを
回転方向に制御駆動している。MEMI、MEM2はメ
モリである。これらは不揮発性であることが望ましい。
In FIG. 17, KTS is a light amount adjusting element and light source LP2.
If it is non-polarizing, it is an aperture stop or one in which various ND filters are arranged on the circumference. In addition, light source LP2
If is polarizing, a polarizing filter can also be used in addition to the above. KTU is a unit that controls and drives the light amount adjustment element KTS, and in this example, controls and drives the light amount adjustment element KTS in the rotational direction. MEMI and MEM2 are memories. It is desirable that these be non-volatile.

同図において、レーザ光量補正は以下のように行なわれ
る。まず、第1に前述のデテクタ感度補正が行なわれる
。すなわち、演算系ARMによりLEDを点燈し、その
光をデテクタDで検知する。デテクタDの出力は、演算
系ARMによりメモリMEM 1に記憶されている基準
出力の値と比較され、もしデテクタDの感度が変化して
いたら演算系ARMは不図示のデテクタ制御回路を制御
し感度補正する。
In the figure, laser light amount correction is performed as follows. First, the aforementioned detector sensitivity correction is performed. That is, the arithmetic system ARM turns on the LED, and the detector D detects the light. The output of the detector D is compared with the reference output value stored in the memory MEM 1 by the calculation system ARM, and if the sensitivity of the detector D has changed, the calculation system ARM controls the detector control circuit (not shown) to increase the sensitivity. to correct.

このようなデテクタ感度補正の後引き続いて、基準とな
るウェハWFが所定位置に装着される。
After such detector sensitivity correction, a reference wafer WF is mounted at a predetermined position.

そして、光源LP2からファイバSF等を介しレンズE
Lに至る照明系の内部に配置されている不図示のシャッ
タがオーブンとなり、照明光がウェハWFを照明する。
Then, the lens E is connected from the light source LP2 through the fiber SF, etc.
A shutter (not shown) disposed inside the illumination system leading to L serves as an oven, and illumination light illuminates the wafer WF.

前述の通り、ウニへ面より反射または回折光が投影レン
ズPoを介してデテクタDに検知され、演算系ARMに
データが送られる。演算系ARMは計測データとメモリ
MEM2に格納されている基準とを比較し、光源側照度
の補正量を算出し、光量補正制御駆動ユニットKTUに
指令する。その指令に基づき光量調整素子が、この例で
は回転し補正が行なわれる。必要に応じ、再度補正動作
を繰り返す。
As mentioned above, the reflected or diffracted light from the surface of the sea urchin is detected by the detector D via the projection lens Po, and the data is sent to the calculation system ARM. The calculation system ARM compares the measurement data with the reference stored in the memory MEM2, calculates the amount of correction for the illuminance on the light source side, and issues a command to the light amount correction control drive unit KTU. Based on the command, the light amount adjustment element rotates in this example to perform correction. Repeat the correction operation again if necessary.

なお、上記例においては補正の方法としてデテクタの感
度および光源照度をそれぞれ一定値に補正することとし
たが、どちらか一方を他方に対し補正することも可能で
ある。光源はレーザであることが望ましいが、他の光源
でもよい。また、光量調整素子および制御駆動方法は他
の方法でも回答差支えない。
In the above example, the sensitivity of the detector and the illuminance of the light source are each corrected to constant values as a correction method, but it is also possible to correct one of them relative to the other. The light source is preferably a laser, but other light sources may be used. In addition, other methods may be used as the light amount adjustment element and control drive method.

このような光量補正より、従来例においては単に光源側
の照度変化を検知補正する例があるが、それに比べ精度
の高い補正が可能となるとともに、信号処理回路等の低
コスト化、処理ソフトの簡単化および処理時間の高速化
が可能となった。
In conventional methods, this kind of light intensity correction simply detects and corrects changes in illuminance on the light source side, but it is possible to perform more accurate correction than that, and it also reduces the cost of signal processing circuits, etc., and reduces the processing software. It has become possible to simplify and speed up processing time.

次に、ウェハマークの位置検出における種々の変形例を
説明する。
Next, various modifications of wafer mark position detection will be described.

まず、ウェハマークを観察している位置は1ケ所に限定
されない、すなわち、1眼対物に限定されない、従って
、2眼以上持てばウェハのθ方向および倍率もXY方向
と同時に計測することができる。
First, the position at which the wafer mark is observed is not limited to one location, that is, it is not limited to a single objective. Therefore, if you have two or more eyes, you can measure the wafer in the θ direction and the magnification at the same time in the XY directions.

また、1つのショットのウェハマークだけを観察するの
ではなく、次のショットのウェハマークも同時観察する
ことができる。従って、1眼においても、スループット
を低下させること無しにウェハのθ方向および倍率計測
を行なうことができる。
Furthermore, instead of observing only the wafer mark of one shot, it is also possible to simultaneously observe the wafer mark of the next shot. Therefore, even with one eye, it is possible to measure the θ direction and magnification of the wafer without reducing throughput.

第18図は、次ショットのウェハマークを同時に観察す
る例を示す、同図においては、Bショットウェハマーク
101と次のショットであるCショットのウェハマーク
102を交互に配置し同時に観察する。同図(b)にお
いて、ウェハマークM K 1 yaとウェハマークM
 K 1 xaがBショットのマーク、ウェハマークM
 K 1 vcとウェハマークM K 1 xcがCシ
ョットのマークである。′ 第19図は、このようにマークを配置し、所定の位置に
配置されたスリット上をこれらマークの像がスキャンす
ることで得られる信号を示す。各信号とマークおよびス
リットとの対応は以下のようになる。
FIG. 18 shows an example in which the wafer marks of the next shot are observed at the same time. In the figure, the B shot wafer mark 101 and the wafer mark 102 of the next shot, the C shot, are alternately arranged and observed simultaneously. In the same figure (b), wafer mark M K 1 ya and wafer mark M
K 1 xa is B shot mark, wafer mark M
K 1 vc and wafer mark M K 1 xc are C shot marks. 19 shows the signals obtained by arranging the marks in this manner and scanning the images of these marks over the slits arranged at predetermined positions. The correspondence between each signal, mark, and slit is as follows.

■信号S9・・・・・基準マークMKYの像のスリット
5Lysにおける検出信号 ■信号Sll・・・・・ウェハマークM K 1 yc
のスリット5LY7における検出信号 これらの信号S9およびSllに基づいて、Cショット
のY方向の位置ずれ量が検出できる。
■Signal S9...Detection signal at slit 5Lys of image of reference mark MKY■Signal Sll...Wafer mark MK 1 yc
Based on the detection signals S9 and Sll at the slit 5LY7, the amount of positional deviation of the C shot in the Y direction can be detected.

■信号SIO・・・・・基準マークMKYの像のスリッ
ト5LY6における検出信号 ■信号S12・・・・・ウェハマークM K 1 ya
のスリットSLY?における検出信号 これらの信号SIOおよびS12に基づいて、Bショッ
トのY方向の位置ずれ量が検出できる。
■Signal SIO...Detection signal at slit 5LY6 of image of reference mark MKY■Signal S12...Wafer mark MK 1 ya
Slit SLY? Based on the detection signals SIO and S12, the amount of positional deviation of the B shot in the Y direction can be detected.

■信号S 13−・1基準マ一クMKxの像のスリット
SLx、における検出信号 ■信号S15・・・・・ウェハマークM K 1 xa
のスリット5LxIIにおける検出信号 これらの信号S13および≦15に基づいて、Bショッ
トのX方向の位置ずれ量が検出できる。
■Signal S13-・Detection signal at slit SLx of image of 1 reference mark MKx■Signal S15...Wafer mark MK1xa
Based on the detection signals S13 and ≦15 in the slit 5LxII, the amount of positional deviation of the B shot in the X direction can be detected.

■信号S14・・・・・基準マークMKXの像のスリッ
トSLX?における検出信号 ■信号S16・・・・・ウェハマークMKIM。のスリ
ット5Lxaにおける検出信号 これらの信号S14およびS16に基づいて、Cショッ
トのX方向の位置ずれ量が検出できる。
■Signal S14...Slit SLX of image of reference mark MKX? Detection signal ■Signal S16...Wafer mark MKIM. Based on the detection signals S14 and S16 at the slit 5Lxa, the amount of positional deviation of the C shot in the X direction can be detected.

以上のようにBショットおよびCショットの基準マーク
に対する相対位置が計測できる。
As described above, the relative positions of the B shot and C shot with respect to the reference mark can be measured.

従って、第18図におけるAショットの右側マークを計
測している時に同時にBショットの左側マークの計測を
行ない、ざらにBショットの右側マークを計測すると同
時にCショットの左側マークを計測することで、ショッ
トの(ここではBショット)のθ方向および倍率誤差を
スループット低下させること無しに計測することができ
る。
Therefore, while measuring the right mark of shot A in FIG. 18, the left mark of shot B is measured at the same time, and by roughly measuring the right mark of shot B and the left mark of shot C at the same time, The θ direction and magnification error of a shot (B shot here) can be measured without reducing throughput.

次に、第1図および第3図に示した基準マスクに関する
変形例について、第20図を参照して説明する。これは
基準マスクの照明光学系BMLを無くして基準マスクと
ウェハの相対位置合せを行なう例である。
Next, a modification of the reference mask shown in FIGS. 1 and 3 will be described with reference to FIG. 20. This is an example in which the reference mask and wafer are aligned relative to each other without the reference mask illumination optical system BML.

第20図(a)は、照明光学系BMLを無くすことので
きる基準マスクBMの外観を示す、この基準マスクBM
には、ウェハマークの像が透過できるような窓Wが設け
られており、窓Wにはウェハマークに影を作ることがで
きるような部材5DWIおよび5DW2が設けられてい
る。これにより、同図(b) に示すようにウェハマー
クに影を作ることができ、スリット(第1図のSLXお
よび5LY)面上では同図(C)のような像が得られる
FIG. 20(a) shows the appearance of a reference mask BM that can eliminate the illumination optical system BML.
is provided with a window W through which the image of the wafer mark can pass through, and the window W is provided with members 5DWI and 5DW2 that can cast a shadow on the wafer mark. As a result, a shadow can be created on the wafer mark as shown in FIG. 1(b), and an image as shown in FIG. 1(C) can be obtained on the slit surface (SLX and 5LY in FIG. 1).

同図(c)のSDWは基準マスクBMの部材5DW1お
よび5DW2により影となっている部分を示している。
SDW in FIG. 4(c) indicates a portion shaded by members 5DW1 and 5DW2 of the reference mask BM.

この同図(C)の像をポリゴンにより同図(d)に示す
方向に走査させ、スリットを透過させた光を検出すると
信号S21が得られる。この信号S21には影となって
いる部分に対応して信号強度が落ち込むところがあり、
このような信号を得ることによりウェハと基準マスクの
相対位置が計測できる。なお、この場合ウェハに付すウ
ェハマークとして、X方向の位置検出用のマークMKI
XはX方向に伸びた形、Y方向の位置検出用のマークM
KIYはY方向に伸びた形のものを使用することとなる
The image shown in FIG. 4C is scanned by a polygon in the direction shown in FIG. 2D, and the light transmitted through the slit is detected to obtain a signal S21. This signal S21 has a part where the signal strength drops corresponding to a shadowed part.
By obtaining such a signal, the relative position of the wafer and the reference mask can be measured. In this case, the wafer mark attached to the wafer is the mark MKI for position detection in the X direction.
X is a shape extending in the X direction, mark M for position detection in the Y direction
KIY will be used that extends in the Y direction.

次に、本実施例におけるチョッピングの動作について第
21図を参照しながら説明する。
Next, the chopping operation in this embodiment will be explained with reference to FIG. 21.

第21図は、本実施例の概略構成図であり第1図を簡略
化した図である。クエへの位置検出に先立ち、はじめに
レチクル上の位置合せマークの位置をM系の光電検出系
DMで電気信号に変換する。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram of this embodiment, which is a simplified version of FIG. 1. Prior to detecting the position on the reticle, the position of the alignment mark on the reticle is first converted into an electrical signal by the M-system photoelectric detection system DM.

一方、ウェハ上のマークに対してもチョッピング回路C
HPでチョッピングを行ないウェハ照明系WLよりレー
ザ光を照射し、投影レンズPOを介してW系光電検出系
DWで電気信号に変換する。
On the other hand, the chopping circuit C also applies to marks on the wafer.
The HP performs chopping, and the wafer illumination system WL irradiates laser light, which is converted into an electrical signal by the W-based photoelectric detection system DW via the projection lens PO.

M系光電検出器DMおよびW系光電検出器DWで電気信
号に変換されたマークのエツジからの反射光の信号は、
チョッピング回路CHPと同期を取っている信号成分検
出回路SLにより信号区間が検出されたのち、A/Dコ
ンバータADCによりデジタル量に変換され、ウエーヴ
メモリWBMにストアされる。そして、全エツジからの
信号が計測されたらデジタルシグナルプロセッサDSP
によりマーク位置を決定するための信号処理が高速で行
なわれ、CPUでずれ量を求め、モータMOを制御しX
YステージWSを駆動することにより位置合せを行なう
The reflected light signal from the edge of the mark is converted into an electrical signal by the M-system photoelectric detector DM and the W-system photoelectric detector DW.
After the signal section is detected by the signal component detection circuit SL which is synchronized with the chopping circuit CHP, it is converted into a digital quantity by the A/D converter ADC and stored in the wave memory WBM. After the signals from all edges are measured, the digital signal processor DSP
The signal processing to determine the mark position is performed at high speed by the CPU, the amount of deviation is determined by the CPU, and the motor MO is controlled.
Positioning is performed by driving Y stage WS.

第22図は、本実施例のシステムの位置合せ時の流れ図
を示す。ステップ101で位置合せが開始されると、ま
ずステップ102でチョッピングを行なう。ステップ1
03ではA/Dコンバータがオーバーフローしないよう
にエツジからの信号ゲインの設定を行ない、ステップ1
04でデジタル量に変換しメモリにストアする。ステッ
プ105で、全エツジの信号が得られたかを調べ”N”
であればさらにチョッピングを行ない、今までの処理を
くり返す、またY″であればステップ106で、メモリ
にストアされている波形信号に波形処理を行ないマーク
位置を求め、ステップ107でずれ量を計測し、そのず
れ量をもとに、ステップ108でトレランス判定を行な
い、トレランス外であればステップ109でステージを
駆動する。一方、トレランス内であれば、ステップ11
αで位置合せは終了する。
FIG. 22 shows a flowchart during alignment of the system of this embodiment. When alignment is started in step 101, chopping is first performed in step 102. Step 1
In step 03, set the signal gain from the edge so that the A/D converter does not overflow, and then proceed to step 1.
04, it is converted into a digital quantity and stored in memory. In step 105, check whether signals of all edges are obtained or not.
If so, chopping is performed further and the previous processing is repeated; if Y'', in step 106, waveform processing is performed on the waveform signal stored in the memory to obtain the mark position, and in step 107, the amount of deviation is calculated. Based on the amount of deviation, the tolerance is determined in step 108, and if it is outside the tolerance, the stage is driven in step 109.On the other hand, if it is within the tolerance, the stage is driven in step 11.
Alignment ends at α.

次に、He−Neレーザを用いかつ画像処理によるAA
につき説明する。
Next, AA using He-Ne laser and image processing
I will explain about it.

従来、縮小投影露光装置においてレチクルとウェハの相
対ずれ量を計測しアライメントする手段としては、He
−Cdレーザを使用したもの、または画像処理等が考え
られる。この場合、投影レンズの制限により、レチクル
/ウニへを観察/計測するためには露光波長に近い波長
を用いる必要がある。このため、アライメントマーク近
傍のレジストは焼け、また照明光の反射光と計測に用い
る回折または反射光が干渉を起し、信号歪または干渉縞
が発生しアライメント誤差が発生する。
Conventionally, in a reduction projection exposure apparatus, He
- Possible methods include using a Cd laser or image processing. In this case, due to limitations of the projection lens, it is necessary to use a wavelength close to the exposure wavelength in order to observe/measure the reticle/sea urchin. As a result, the resist near the alignment mark is burnt, and the reflected light of the illumination light and the diffracted or reflected light used for measurement interfere with each other, resulting in signal distortion or interference fringes and alignment errors.

本実施例では、上述したように投影レンズとウェハの間
からクエへの位置検出用の照明光を与えているのでレジ
ストの影響による干渉は特に少ない、また、マーク形状
は第2図および第3図に示すように線状マークとしてい
る。
In this example, as described above, since the illumination light for position detection is applied to the square from between the projection lens and the wafer, there is particularly little interference due to the influence of the resist. As shown in the figure, it is a linear mark.

第23図は、画像処理にてAAを行なう例を示す。第2
4図は、画像処理部のブロック回路図を示す、ウェハ照
明系WLより照明した像はITVカメラや固体撮像素子
(本実施例ではC0D)等により電気信号に変換し、A
/DコンバータADCによりデジタル化し、フレームメ
モリFMEに画像デジタルデータとして格納する。この
画像デジタルデータを各線状マーク方向に着目して、第
25図の投影積算ウィンドTSWを用いて、必要な長さ
のみXまたはY方向に投影積算したデータを得る。この
ようにして得た投影データTDAの重心を求めることに
より、基準マスクのマークとウェハマークとの相対ずれ
量を算出する。本実施例では得られた像に干渉縞が無い
ため積算データの重心を求めるので十分な精度が得られ
る。従って、第24図に示すようにXY投影積算を行な
う部分以外は特別なハードウェアを必要とせず高速高精
度にずれ量を計測できる。また、さらに高精度のずれ量
計測が必要な場合には、■上記ウィンドウ内で画像信号
を2次元座標の1つの方向に関して積算し、この積算信
号の2次元座標の他の方向の各点における前後の差分を
算出し、この差分信号からノイズ成分を除去した後、そ
の差分信号の上記各点におけるモーメントを算出し、上
記各点のうちモーメントがゼロクロスする点を求めるこ
とによりマークの位置を決定する方法、または■上記ウ
ィンドウを所定の大きさで複数設定し、そのウィンドウ
内で画像信号を2次元座標の1つの方向に関して積算し
、このウィンドウ毎の積算信号に基づいてマークのウィ
ンドウ毎の中心値を算出し、上記ウィンドウ毎の中心値
に基づいてマークの位置を決定する方法、等を併せて適
用すればよい。
FIG. 23 shows an example of performing AA in image processing. Second
Figure 4 shows a block circuit diagram of the image processing unit. The image illuminated by the wafer illumination system WL is converted into an electrical signal by an ITV camera, solid-state image sensor (C0D in this example), etc.
The image is digitized by the /D converter ADC and stored as image digital data in the frame memory FME. Focusing on this image digital data in the direction of each linear mark, data is obtained by projecting and integrating only the required length in the X or Y direction using the projection integration window TSW shown in FIG. By determining the center of gravity of the projection data TDA thus obtained, the amount of relative deviation between the mark on the reference mask and the wafer mark is calculated. In this embodiment, since there are no interference fringes in the obtained image, sufficient accuracy can be obtained because the center of gravity of the integrated data is determined. Therefore, as shown in FIG. 24, the amount of deviation can be measured at high speed and with high accuracy without requiring any special hardware except for the part where the XY projection integration is performed. In addition, if even higher-precision displacement measurement is required, After calculating the difference before and after and removing noise components from this difference signal, calculate the moment at each of the above points of the difference signal, and determine the mark position by finding the point where the moment crosses zero among the above points. or ■ Setting multiple windows of a predetermined size, integrating image signals in one direction of two-dimensional coordinates within the windows, and calculating the center of each mark window based on the integrated signal for each window. The method of calculating the value and determining the position of the mark based on the center value of each window, etc. may also be applied.

なお、このような画像処理を行なう場合にも、第12図
のビーム1とビーム3とを同時に投光したときには、線
状マークがA1とA3の合成和およびBlと83の合成
和となるため、ビーム1とビーム3の強度およびAI 
+ A3 +  Bl +  83の各回折効率により
、A、+A3対B、+B、がバランスしないことがある
Note that even when performing such image processing, when beam 1 and beam 3 in Fig. 12 are emitted at the same time, the linear mark becomes the composite sum of A1 and A3 and the composite sum of Bl and 83. , the intensity of beam 1 and beam 3 and AI
+ A3 + Bl + 83 Due to the respective diffraction efficiencies, A, +A3 versus B, +B may not be balanced.

これを解決するためには第26図のような構成とすれば
よい、同図は第24図の回路図のフレームメモリを2つ
とし、4つのウェハ照明系WLの投光制御ブロシクTC
Oを付加したものである。
In order to solve this problem, a configuration as shown in FIG. 26 can be used. This figure shows the circuit diagram of FIG. 24 with two frame memories and four wafer illumination system WL light projection control blocks TC.
This is the one with O added.

このような構成により、まず第12図のビーム1の投光
をオン、ビーム3をオフとして、画像データをフレーム
メモリFMEIに取り込み、次にビーム1の投光をオフ
、ビーム3をオンとして、画像データを別のフレームメ
モリFME2に取込む。そして、各フレームメモリに対
し上記第23〜25図で説明した方法で重心を別々に求
め、ずれ量を求める。さらに、ビーム1の投光をオンし
た場合とビーム3をオンした場合のデータの平均を求め
ることにより、上述した問題点を解決することができる
。また、ピークが同じになるようにビーム1の投光をオ
ンした場合のデータとビーム3の投光をオンした場合の
データを変更し、計算でビーム1をオンしたときのデー
タとビーム3をオンしたときのデータを加算したデータ
に対し上記の方法を行フても同様の効果が得られる。
With this configuration, first, the projection of beam 1 in FIG. 12 is turned on and the beam 3 is turned off, and image data is taken into the frame memory FMEI, and then the projection of beam 1 is turned off and the beam 3 is turned on. Load the image data into another frame memory FME2. Then, the center of gravity is separately determined for each frame memory using the method explained in FIGS. 23 to 25 above, and the amount of deviation is determined. Furthermore, the above-mentioned problem can be solved by calculating the average of data when beam 1 is turned on and when beam 3 is turned on. Also, change the data when beam 1 is turned on and the data when beam 3 is turned on so that the peaks are the same, and calculate the data when beam 1 is turned on and the data when beam 3 is turned on. The same effect can be obtained by applying the above method to the data obtained by adding the data when the switch is turned on.

次に、レチクル位置合せにつき説明する。Next, reticle positioning will be explained.

レチクル上のパターンとウェハ上のパターンを位置合せ
する手段として大きく2つに分けられる。そのひとつは
直接レチクルとウェハパターンを同時にとらえて相対的
な位置合せをする方法である(以下、直接法という)、
この場合には精度保証された範囲内であればレチクルの
位置がどこであれ、レチクル上のパターンとウェハ上の
パターンとの相対的な位置さえ合っていれば良いことに
なる。従って、レチクルの高精度な位置合せは必要がな
い。
There are two main types of means for aligning the pattern on the reticle and the pattern on the wafer. One method is to directly capture the reticle and wafer pattern simultaneously and perform relative alignment (hereinafter referred to as the direct method).
In this case, it is sufficient that the relative positions of the pattern on the reticle and the pattern on the wafer match regardless of the position of the reticle as long as the accuracy is within the guaranteed range. Therefore, there is no need for highly accurate alignment of the reticle.

位置合せ手段の第2の方法は、まず装置上の位置合せ基
準に対してレチクルの位置を正確に合わせておき、次に
予め位置関係の保証された装置上の位置合せ基準に対し
てウェハパターンを合せることによりレチクルとウェハ
パターンとの位置合せを行なう方法である(以下、間接
法という)。
The second method of alignment means is to first align the reticle accurately with the alignment reference on the device, and then align the wafer pattern with the alignment reference on the device whose positional relationship is guaranteed in advance. In this method, the reticle and wafer pattern are aligned by aligning them (hereinafter referred to as indirect method).

この場合には、レチクルの装置上の基準に対しての位置
合せ誤差が、そのままレチクルとウェハとの位置合せ誤
差として加わることになる。すなわち、レチクルを基準
に対して高精度に位置合せしなくてはならない。
In this case, the alignment error of the reticle with respect to the reference on the apparatus is directly added as an alignment error between the reticle and the wafer. That is, the reticle must be aligned with high precision with respect to the reference.

従来、レチクルを本体上にセットするためのしチクルア
ライメント(以下、RAと呼ぶ)は、レーザスキャン方
式で行なわれていた。レーザスキャン方式とは、レーザ
光を等速に走査しオートアライメントマーク(以下、A
Aマークと呼ぶ)のエツジ部からの反射回折光をAAマ
ークのフーリエ変換面で受光し、そこから相対位置ずれ
を高精度に検出および補正する方法である。
Conventionally, reticle alignment (hereinafter referred to as RA) for setting a reticle on a main body has been performed using a laser scanning method. The laser scanning method scans a laser beam at a constant speed to create an auto alignment mark (hereinafter referred to as A).
In this method, the reflected and diffracted light from the edge portion of the AA mark (referred to as the A mark) is received by the Fourier transform surface of the AA mark, and relative positional deviation is detected and corrected with high precision from there.

直接法を行なう際には、このようなRAの後、レチクル
とクエへを一つの光学系を通して見て直接この二物体の
位置合せを行なう。
When performing the direct method, after such RA, the reticle and the square are viewed through one optical system and the two objects are directly aligned.

一方、この間に本体上の位置合せ基準が介在するような
位置合せを行なう場合、言換えればRAにレーザスキャ
ン方式を用いて間接法を実施する際には、以下の問題点
が実現を妨げる要因となる(第27図参照)。
On the other hand, when performing alignment in which alignment standards on the main body intervene during this time, in other words, when implementing an indirect method using a laser scanning method for RA, the following problems are factors that hinder realization. (See Figure 27).

■レーザ(コヒーレント光)のスペックルによるノイズ
の発生 ■レチクルパターンの反射回折光を信号としているため
、パターンが低反射の材質で描画されていたりすると信
号出力が落ちる。そのため信号を検出しにくくなる。
■Generation of noise due to speckles of the laser (coherent light) ■Since the signal is the reflected and diffracted light of the reticle pattern, the signal output will drop if the pattern is drawn on a material with low reflection. This makes it difficult to detect the signal.

■現在レチクル側マークと本体上のAAマークはある一
定のギャップ量を保ちアライメントを行なっている。こ
のギャップが変動することにより、信号光の光路長が変
化し干渉が生じる(波形ひずみ発生)そのため信号出力
が変化する。
■Currently, alignment is performed while maintaining a certain amount of gap between the mark on the reticle side and the AA mark on the main body. As this gap changes, the optical path length of the signal light changes and interference occurs (waveform distortion occurs), so the signal output changes.

これらのうち特にレーザ光を利用しているため干渉の影
響が避けられず、更に高精度なレチクルアライメントの
実現が困難となっている。
Among these methods, since laser light is particularly used, the influence of interference cannot be avoided, making it difficult to achieve even more precise reticle alignment.

以上のような点を考慮したRAにつき、以下図面を用い
て説明する。
RA that takes the above points into consideration will be described below with reference to the drawings.

第28図は、間接法を適用したレチクル位置合せ検出系
の一例である。この検出系は第1図の基準マークBMと
相対位置関係が保証されている。照明系LP3がハーフ
ミラ−HMを介しレチクル位置合の不図示の位置合せマ
ークを照明する。対物レンズL31が結像レンズL32
を協同してデテクタDl上に位置合せマークを結像する
。デテクタD1はCCDまたは撮像管のような画像デテ
クタであり、レチクル位置合せの位置基準となる。予め
基準マークBMとCCDとの相対位置関係が保証される
ようにしであるので、レチクルLTはCCDに合せ、ウ
ェハWFは基準マークBMに合せることとなる。しかし
、このような構成としてもコントラストが悪い等の問題
点がある。
FIG. 28 is an example of a reticle alignment detection system to which the indirect method is applied. This detection system is guaranteed to have a relative positional relationship with the reference mark BM shown in FIG. An illumination system LP3 illuminates an alignment mark (not shown) for reticle alignment via a half mirror HM. Objective lens L31 is imaging lens L32
cooperate to form an image of the alignment mark on the detector Dl. The detector D1 is an image detector such as a CCD or an image pickup tube, and serves as a positional reference for reticle alignment. Since the relative positional relationship between the reference mark BM and the CCD is guaranteed in advance, the reticle LT is aligned with the CCD, and the wafer WF is aligned with the reference mark BM. However, even with this configuration, there are problems such as poor contrast.

次に、第29図を参照して本実施例で採用してい−るR
A方式を説明する。
Next, with reference to FIG.
Method A will be explained.

同図において、光源には水銀ランプ1を使用する。水銀
ランプ1からの発生する光からg線を選択し、光ファイ
バ3を介し本体に光を導く。ファイバ3は本体側レチク
ルアライメントマーク(以下、本体側RAマークと称す
)を下側から照射する光学系に光を入射するようにとり
つける。この光により本体側RAマークとそれから一定
のギャップを保ち存在するレチクル側RAマークを透過
照明し、各RAマークをCCDあるいは撮像管9に結像
させる。検出した画像はコンピュータ13に送られ画像
処理することにより各RAマークの相対的なズレを検出
する。そのデータは不図示のレチクルステージ駆動系に
転送されズレを補正し、レチクルと本体との位置合せを
行なう。
In the figure, a mercury lamp 1 is used as a light source. G-line is selected from the light generated from the mercury lamp 1 and guided to the main body via the optical fiber 3. The fiber 3 is installed so that the light enters an optical system that illuminates the main body side reticle alignment mark (hereinafter referred to as the main body side RA mark) from below. This light transmits and illuminates the RA mark on the main body side and the RA mark on the reticle side, which is present with a certain gap therebetween, and images each RA mark on the CCD or image pickup tube 9. The detected images are sent to the computer 13 and subjected to image processing to detect the relative displacement of each RA mark. The data is transferred to a reticle stage drive system (not shown) to correct the deviation and align the reticle and the main body.

第30図はマーク部分を透過照明している様子を示す断
面図、第31図はアライメントマークの例である。
FIG. 30 is a sectional view showing how the mark portion is illuminated through transmission, and FIG. 31 is an example of an alignment mark.

この方法にはレチクルアライメントの高精度化を実現し
得る利点がいくつか存在する。
This method has several advantages in that it can achieve high accuracy in reticle alignment.

■本体側RAマークとレチクル側RAマークとのギャッ
プが変動しても照明光がインコヒーレント光であるため
干渉はおこらない。そのため安定した信号出力が得られ
る。
■Even if the gap between the RA mark on the main body side and the RA mark on the reticle side changes, no interference will occur because the illumination light is incoherent light. Therefore, stable signal output can be obtained.

■透過照明なのでマークのコントラストが良い画像が得
られる。またレチクルのパターン描画に使用する材質は
光が透過しないものならコントラストに影響を与えない
ため、レチクルを変換した際の信号出力の変化はほとん
どなくなる。
■Since it is transmitted illumination, images with good mark contrast can be obtained. Furthermore, if the material used to draw the pattern on the reticle does not transmit light, it will not affect the contrast, so there will be almost no change in signal output when changing the reticle.

0画像処理で位置ズレを検出するので、RAマークの形
状は従来マークと比べ情報量を増やす等の融通性を持た
せることができる。
Since the positional shift is detected by zero image processing, the shape of the RA mark can have flexibility such as increasing the amount of information compared to conventional marks.

以上より従来のレチクルアライメントで得た精度以上の
高精度が得られる。従って、従来より高精度のレチクル
の位置合せが可能となり、それはすなわちより高精度の
レチクルとクエへのと位置合せを実現できるということ
を意味するのである。
As described above, higher accuracy than that obtained with conventional reticle alignment can be obtained. Therefore, it is possible to align the reticle with higher precision than in the past, which means that it is possible to align the reticle and the square with higher precision than before.

次に、上述した透過型照明によるRAにつき、さらに詳
しく説明する。
Next, RA using the above-mentioned transmission type illumination will be explained in more detail.

第32図は、第29図のRA方式に係る位置検出装置の
ハードウェアの構成を示す。
FIG. 32 shows the hardware configuration of the position detection device according to the RA method shown in FIG. 29.

同図において、20はアナログ・デジタル変換器(以下
、A/D変換器という)で、不図示の映像信号制御部よ
り送られてくるアナログ信号である映像信号(ビデオ信
号)を、256階調のデジタル信号に変換する。21は
デジタル信号を記憶する二次元濃淡画像メモリ(以下、
濃淡メモリという)である、撮像装置にて撮像された位
置検出のための入力画像はA/D変換の後この濃淡メモ
リ21に格納される。
In the figure, 20 is an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an A/D converter), which converts a video signal (video signal) that is an analog signal sent from a video signal control unit (not shown) into 256 gradations. into a digital signal. 21 is a two-dimensional grayscale image memory (hereinafter referred to as
An input image for position detection captured by an imaging device (referred to as a gradation memory) is stored in this gradation memory 21 after A/D conversion.

まずはじめに粗検出部について説明する。同図のブロッ
クHはヒストグラムプロセッサである。
First, the coarse detection section will be explained. Block H in the figure is a histogram processor.

ブロックHにおいて、22は濃淡メモリ21からのデー
タを加算する換算器、23は加算出力を格納する濃度ヒ
ストグラムメモリ(以下、ヒストグラムメモリという)
、24は濃淡メモリ21を複数の部分領域に分割し、各
々について濃度ヒストグラムを抽出するためにヒストグ
ラムメモリ23のアドレスを制御するメモリ分割制御回
路である。?!4淡メ子メモリ21割は、例えば第33
図に示すように、X方向を16領域、Y方向を16領域
に分割する。以下、このような分割をr分割数16X 
18Jと表現する。ヒストグラムプロセッサHでは、マ
イクロプロセッサ25からの分割数mxnの指令値によ
りメモリ分割制御回路24にてその分割数に応じた濃淡
メモリ21の分割が行なわれ、各々の部分領域ごとに濃
度ヒストグラムが抽出されてヒストグラムメモリ23に
格納される。
In block H, 22 is a converter that adds data from the density memory 21, and 23 is a density histogram memory (hereinafter referred to as histogram memory) that stores the addition output.
, 24 is a memory division control circuit that controls the address of the histogram memory 23 in order to divide the density memory 21 into a plurality of partial areas and extract a density histogram for each partial area. ? ! 210% of the 4-tan meko memory is, for example, the 33rd
As shown in the figure, the X direction is divided into 16 areas and the Y direction is divided into 16 areas. Below, such division is divided into r division number 16X
It is expressed as 18J. In the histogram processor H, the memory division control circuit 24 divides the density memory 21 according to the division number mxn from the microprocessor 25, and a density histogram is extracted for each partial area. and stored in the histogram memory 23.

二値化閾値計算部(マイクロプロセッサ25)において
は、ヒストグラムプロセッサHにて抽出された複数部分
領域ごとの濃度ヒストグラムデータの各々について判別
分析法(双峰性ヒストグラムの分散最大による2分割法
)あるいはP−タイル法等により二値化閾値を計算する
(判別分析法あるいはP−タイル法については、コロナ
社「画像認識論」長尾誠著、“4−1 二値化としきい
値処理”に詳細されている)。
In the binarization threshold calculation unit (microprocessor 25), each of the density histogram data for each of the plurality of partial regions extracted by the histogram processor H is processed using a discriminant analysis method (bisection method using the maximum variance of a bimodal histogram) or Calculate the binarization threshold using the P-tile method, etc. (The discriminant analysis method or the P-tile method is detailed in Coronasha's "Image Recognition Theory" by Makoto Nagao, "4-1 Binarization and Thresholding"). ing).

ブロックBは、二値化プロセッサである。ブロックBに
おいて、26は濃淡メモリ21からのデータを二値化す
るための二値化コンパレータ、27は二(i 化コンパ
レータ26のスライスレベル(二値化閾値)を格納する
二値化スライスレベルレジスタである。二値化閾値計算
部にて計算された部分領域ごとの二値化閾値は、この二
値化スライスレベルレジスタ27に格納される。28は
I淡メモリ21を分割し、各分割領域ごとに二値化を行
なうために二値化スライスレベルレジスタ27を制御す
るメモリ分割制御回路である。このメモリ分割制御回路
28は、ヒストグラムプロセッサHの分割制御回路24
を共有している。二値化プロセッサBにより二値化され
たデータは、二次元二値化メモリ(以下、二値メモリと
いう)29に格納される。
Block B is a binarization processor. In block B, 26 is a binarization comparator for binarizing the data from the grayscale memory 21, and 27 is a binarization slice level register that stores the slice level (binarization threshold) of the digitization comparator 26. The binarization threshold for each partial area calculated by the binarization threshold calculation unit is stored in this binarization slice level register 27. 28 divides the I-light memory 21 and divides each divided area. This is a memory division control circuit that controls the binarization slice level register 27 in order to perform binarization for each block.
are shared. The data binarized by the binarization processor B is stored in a two-dimensional binarization memory (hereinafter referred to as binary memory) 29.

以上述べたヒストグラムプロセッサH1マイクロプロセ
ッサ25の二値化閾値計算部、二値化プロセッサBを用
いて、部分領域ごとの二値化処理を行なうことにより、
マーク等の大きさあるいは照明の明るさ等に影響されな
い適応的な二値化が可能となる。
By using the binarization threshold calculation unit of the histogram processor H1 microprocessor 25 and the binarization processor B described above to perform binarization processing for each partial area,
Adaptive binarization that is not affected by the size of marks or the brightness of lighting becomes possible.

ブロックSは縮小平滑プロセッサである。ブロックSに
おいて、30は二値メモリ29に格納されている二値画
像データからnxn画素(例えば4×4画素)の領域を
取り出して1画素に圧縮する縮か平滑器、31は縮小平
滑器30の縮小閾値(後述する)を格納する縮小スライ
スレベルレジスタである。
Block S is a reduced smoothing processor. In the block S, 30 is a reduction smoother that extracts an area of nxn pixels (for example, 4 x 4 pixels) from the binary image data stored in the binary memory 29 and compresses it into one pixel, and 31 is a reduction smoother 30. This is a reduction slice level register that stores a reduction threshold value (described later) for .

縮小平滑プロセッサSにおける縮小平滑機能について説
明する。第34図は4×4画素を1画素に圧縮する場合
を示した図である。このような縮小を縮小率間と表現す
ることとする。縮小率間の場合、二値メモリ29からの
入カニ値画像データにおける4X4=16画素のうち、
データが1である画素数Wをカウントし、このWと縮小
閾値tとを比較して、 w>tならば対象の166画素データ1の1画素に圧縮 W≦tならば対象の166画素データOの1画素に圧縮 する。この操作により例えば、同図に示すように512
 X 512画素の二値画像データは128X128画
素の二値画像データに縮小される。縮小閾値tを適当に
選ぶことにより、ノイズを除去し、対象物の形状を整え
られる。このような縮小平滑処理は、テンプレートマツ
チング処理の前処理として以下の点において有効である
。すなわち、縮小平滑後の二値画像に対してテンプレー
トマツチング処理を施す場合、 (1)画素数の少ない小型のテンプレートを使用でき、
テンプレートマツチング処理を施す範囲も小さいため、
大きなメモリ容量を必要とせずハードウェア規模も小さ
くでき、かつ処理時間も短縮できる。
The reduction smoothing function in the reduction smoothing processor S will be explained. FIG. 34 is a diagram showing a case where 4×4 pixels are compressed into one pixel. Such reduction will be expressed as between reduction rates. In the case of between reduction ratios, among 4×4=16 pixels in the input crab value image data from the binary memory 29,
Count the number W of pixels whose data is 1, compare this W with the reduction threshold t, and if w > t, compress the target 166 pixel data 1 to 1 pixel. If W≦t, the target 166 pixel data Compress to 1 pixel of O. With this operation, for example, 512
The binary image data of 512 x 512 pixels is reduced to the binary image data of 128 x 128 pixels. By appropriately selecting the reduction threshold t, noise can be removed and the shape of the object can be adjusted. Such reduction smoothing processing is effective as a preprocessing for template matching processing in the following respects. That is, when performing template matching processing on a binary image after reduction and smoothing, (1) a small template with a small number of pixels can be used;
Since the range of template matching processing is small,
It does not require a large memory capacity, the hardware scale can be reduced, and processing time can also be shortened.

(2)対象画像データ中のノイズが除去され、また対象
物の形状が整えられるために、テンプレートマツチング
処理による検出率および精度が高くなる。
(2) Since noise in the target image data is removed and the shape of the target object is adjusted, the detection rate and accuracy of template matching processing are increased.

という利点がある。There is an advantage.

縮小率および縮小閾値tは、対象物の大きさ、入力画像
の状況により、マイクロプロセッサ25から指定可能で
ある。縮小平滑後の二値画像データは、32の縮小二次
元二値画像メモリ(以下、縮小メモリという)に格納さ
れる。
The reduction ratio and reduction threshold t can be specified by the microprocessor 25 depending on the size of the object and the situation of the input image. The binary image data after reduction and smoothing is stored in 32 reduced two-dimensional binary image memories (hereinafter referred to as reduction memories).

ブロックTは、テンプレートマツチングプロセッサであ
る。ブロックTにおいて33は、32X32画素の相関
器、34は基準テンプレート群を格納しておくテンプレ
ートレジスタである。マイクロプロセッサ25より指定
されたテンプレートデータと縮小メモリ32のデータは
相関器33にて比較照合され、相関器33から出力され
る相関度が最も大きかった時、その相関度と縮小メモリ
32上のアドレスが35の最大相関度レジスタに格納さ
れる。このアドレスを縮小率の逆数倍(縮小率図ならば
4倍)することにより、±4画素の誤差で入力画像にお
ける、対象物の位置座標が求まる。この位置を、粗検出
位置とする。
Block T is a template matching processor. In the block T, 33 is a 32×32 pixel correlator, and 34 is a template register that stores a reference template group. The template data specified by the microprocessor 25 and the data in the reduced memory 32 are compared and verified in the correlator 33, and when the degree of correlation output from the correlator 33 is the largest, that degree of correlation and the address on the reduced memory 32 are compared. is stored in the 35 maximum correlation registers. By multiplying this address by the reciprocal of the reduction ratio (4 times for a reduction ratio diagram), the position coordinates of the object in the input image can be determined with an error of ±4 pixels. This position is defined as the rough detection position.

濃淡メモリ21、二値メモリ29および縮小メモリ32
からなる画像メモリブロックMとブロックH1B、S、
Tである各プロセッサは画像アドレスバス36および画
像データバス37により連結されており、かつブロック
M、H,B、S、Tはデータバス38によりマイクロプ
ロセッサ25と連結されている。画像メモリおよび各プ
ロセッサのレジスタは、マイクロプロセッサ25により
読み書き可能である。
Grayscale memory 21, binary memory 29 and reduction memory 32
Image memory block M and blocks H1B, S,
Each processor T is connected to the microprocessor 25 by an image address bus 36 and an image data bus 37, and blocks M, H, B, S, and T are connected to the microprocessor 25 by a data bus 38. The image memory and the registers of each processor can be read and written by the microprocessor 25.

39はモニタTV上に画像メモリのデータを表示する時
、または、各プロセッサの動作中(画像処理動作中)に
画像メモリのデータを読み出す時のアドレスを発生する
リードアドレスカウンタ、40はA/D変換器20でA
/D変換されたデジタル画像データを濃淡メモリ21に
書き込む時、または画像処理動作中に画像メモリに画像
データを書き込む時のアドレスを発生するライトアドレ
スカウンタである。
39 is a read address counter that generates an address when displaying image memory data on a monitor TV or reading image memory data while each processor is operating (image processing operation); 40 is an A/D A at converter 20
This is a write address counter that generates an address when writing /D-converted digital image data to the gray scale memory 21 or when writing image data to the image memory during image processing operation.

41は画像メモリブロックMに格納されているデジタル
画像データをモニタTV上に表示するためにアナログ映
像信号に変換するデジタルアナログ変換器、42は基準
クロック発生回路、43は基準クロック発生回路42の
基準クロックを基にTVの水平同期信号、垂直同期信号
、ブランキング信号等を発生させるTV同期信号発生回
路である。
41 is a digital-to-analog converter that converts the digital image data stored in the image memory block M into an analog video signal for display on a monitor TV; 42 is a reference clock generation circuit; and 43 is a reference for the reference clock generation circuit 42. This is a TV synchronization signal generation circuit that generates a TV horizontal synchronization signal, vertical synchronization signal, blanking signal, etc. based on a clock.

以上が、粗検出部並びに本発明の一実施例に係るハード
ウェアの構成である。
The above is the configuration of the rough detection section and the hardware according to an embodiment of the present invention.

次に、精密検出部について説明する。Next, the precision detection section will be explained.

再二値化閾値計算部(マイクロプロセッサ25)では、
粗検出処理で分割した部分領域の中から粗検出位置を基
に粗検出位置近辺の部分領域を取り出し、粗検出処理中
に計算したそれら領域の二値化閾値から、内挿法により
それら領域をさらに分割した場合の細分割部分領域の二
値化閾値をマイクロプロセッサ25にて近似的に計算す
る。このときの粗検出位置近辺から取り出す範囲の大き
さは、目標とする対象物(マーク等)の大きさにより決
定される。
In the re-binarization threshold calculation unit (microprocessor 25),
From the partial areas divided in the rough detection process, partial areas near the coarse detection position are extracted based on the rough detection position, and these areas are divided by interpolation from the binarization threshold of those areas calculated during the rough detection process. The microprocessor 25 approximately calculates the binarization threshold value of the sub-divided partial area when the area is further divided. The size of the range to be extracted from the vicinity of the rough detection position at this time is determined by the size of the target object (mark, etc.).

第35図は、このような内挿法による再二値化閾値を計
算する様子を示している。同図は、粗検出位置近辺とし
て4×4領域を取り出した場合を示しており、実線にて
囲まれた4×4個の領域Eは、粗検出処理で分割した部
分領域の1領域である。また、領域Eをさらに4分割し
た破線と実線にて囲まれた領域eが精密検出処理におけ
る細分割部分領域の1領域である。同図において、t+
、tz、ts、taは粗検出処理での各領域の二値化閾
値である。これらを各領域の中心における二値化閾値と
し、これらから、精密検出処理での各領域の二値化閾値
a、b、c、dを内挿法により近似計算する。例えばa
は、次式にて表わされる0以上のような近似計算にて、
精密検出処理におけるすべての分割部分領域の二値化閾
値を計算し、粗検出処理に比べさらに細分した分割部分
ごとに二値化して精密検出処理における位置計測精度を
向上させる。二値化処理は、粗検出と同様に二値化プロ
セッサにて行なわれる。
FIG. 35 shows how the re-binarization threshold is calculated by such an interpolation method. The figure shows a case where a 4×4 area is extracted as the vicinity of the rough detection position, and the 4×4 area E surrounded by the solid line is one of the partial areas divided by the rough detection process. . Furthermore, an area e surrounded by a broken line and a solid line, which is obtained by further dividing the area E into four, is one of the finely divided partial areas in the precise detection process. In the same figure, t+
, tz, ts, and ta are binarization thresholds for each area in the rough detection process. These are used as the binarization thresholds at the center of each region, and from these, the binarization thresholds a, b, c, and d of each region in precise detection processing are approximately calculated by interpolation. For example a
is an approximate calculation of 0 or more expressed by the following formula,
Binarization thresholds are calculated for all the divided partial regions in the precise detection process, and each divided part is binarized even more finely than in the coarse detection process, thereby improving the position measurement accuracy in the precise detection process. The binarization process is performed by a binarization processor in the same way as the rough detection.

第36図は、本実施例にて用いた位置検圧用マークの一
つがli!密検比検出処理二値化された様子を示す0例
えばマークの部分が1、その他の部分が0にて表現され
る0重心計算部では、マイクロプロセッサ25にて対象
物の構成要素ごとの重心を計算する。本実施例において
は、例えば同図のようなマークの線分要素の重心を計算
する。まず、粗検出位置を基に、マークの線成分を含む
ようなa、b、cなる領域を設定できる。それぞれの領
域内において線成分の重心を求め(ax、ay) 。
FIG. 36 shows that one of the position pressure detection marks used in this example is li! Close inspection ratio detection process 0 indicating the binarized state For example, the mark part is expressed as 1 and the other parts as 0 0 In the centroid calculation section, the microprocessor 25 calculates the centroid of each component of the object. Calculate. In this embodiment, for example, the center of gravity of a line segment element of a mark as shown in the same figure is calculated. First, based on the rough detection position, areas a, b, and c that include the line components of the mark can be set. Find the center of gravity of the line component within each region (ax, ay).

(bx、by) 、  (cx、cy)とする、そして
、マーク中心のy座標Y、を次式で与える。
(bx, by) and (cx, cy), and the y-coordinate Y of the mark center is given by the following equation.

Y、−−(ay+2by+cy) マーク中心のX座標は、X座標の場合と同様に、X方向
の領域を設定して求める。
Y, --(ay+2by+cy) The X coordinate of the center of the mark is determined by setting the area in the X direction, as in the case of the X coordinate.

以上が重心計算部の処理である。粗検出位置近辺の再二
値化および重心計算処理からなる精密検出処理部により
、位置検出精度は±局画素と向上し、粗検出処理部によ
る検出精度を補う。
The above is the processing of the center of gravity calculation section. The precision detection processing unit, which performs re-binarization near the rough detection position and center of gravity calculation processing, improves the position detection accuracy to ±local pixels, supplementing the detection accuracy by the coarse detection processing unit.

第37図に以上説明した本発明の一実施例における処理
動作フロー図を示す。
FIG. 37 shows a flowchart of processing operations in one embodiment of the present invention described above.

なお、第24図のXY投影積算部を持ち第25図のよう
にマーク方向に投影積算したデータの重心を用いること
により(すなわち第23〜26図により説明した手法に
より)、精密検出処理中の重心計算を、濃淡メモリのデ
ータに対して行なうこととすれば、再二値化処理は不要
となり、また、重心計算も明るさ方向(濃度)を含めて
3次元方向について行なうため、位置計測精度が向上す
る。
In addition, by using the center of gravity of the data projected and integrated in the mark direction as shown in FIG. 25 using the XY projection integration unit shown in FIG. If the center of gravity is calculated for the data in the grayscale memory, re-binarization processing is not necessary, and the center of gravity is also calculated in three-dimensional directions including the brightness direction (density), which improves position measurement accuracy. will improve.

次に、画像入力系の幾何学的歪の補正について説明する
Next, correction of geometric distortion in the image input system will be explained.

上述したようなRAに用いた画像入力系においては、光
学系レンズディストーション、CCDカメラ等の撮像装
置の図形歪およびビデオ信号A/D変換時の標本化誤差
等が要因となって、入力画像に幾何学的な歪が生ずる。
In the image input system used for RA as described above, factors such as lens distortion in the optical system, graphical distortion of the imaging device such as a CCD camera, and sampling error during A/D conversion of the video signal cause errors in the input image. Geometric distortions occur.

そこで精度の良い計測結果を得るために、これら歪を補
正する必要がある。
Therefore, in order to obtain accurate measurement results, it is necessary to correct these distortions.

まず、撮像系の幾何学的歪の補正法について説明する。First, a method for correcting geometric distortion of the imaging system will be explained.

第38図はEBにてレチクル上に描画された絶対格子で
あり、その描画精度は充分に高い。
FIG. 38 shows an absolute grating drawn on a reticle using EB, and its drawing accuracy is sufficiently high.

補正はこの格子を撮像して得られる格子画像と実際の格
子との間の変換(−次変換式)を求めることにより行な
う。
Correction is performed by determining a transformation (-order transformation formula) between the grid image obtained by imaging this grid and the actual grid.

実際の格子(以下、実格子とする)から格子画像への変
換を局所的な一次変換で近似する。格子画像上において
格子の交点、または格子にて囲まれる部分の中心点を重
心計算にて位置計測し、その位置を(x’ 、y’ )
とする。これに対応する実格子上の位置を(x、y)と
して、 とする。
The transformation from an actual lattice (hereinafter referred to as a real lattice) to a lattice image is approximated by local linear transformation. The intersection of the grids or the center point of the area surrounded by the grids is measured on the grid image by calculating the center of gravity, and the position is determined as (x', y')
shall be. Let the corresponding position on the real lattice be (x, y) as follows.

と表わすこととすると0式は X’ =AX+E となる。よって X’ −/M’ (X’ −E) である。If we express it as X' = AX+E becomes. Therefore X'-/M' (X'-E) It is.

第39図は、実格子とそれを撮像した格子画像である。FIG. 39 shows a real lattice and a lattice image captured from the real lattice.

X r’、  X 2’、  X s’を計測し、連立
方程式%式% を解くことにより、El と一時変換A1が求まる。以
後、点X、’、X2’、X3’で囲まれる領域(Xl’
、  X2’、X、′)内で計測された位置X′はA、
、E、により、 X’ =AI″”  (X’ −E)   ・・・・・
・■と補正する0次に、X4′を計測しx、’、x2’
By measuring X r', X 2', and X s' and solving the simultaneous equations, El and the temporary transformation A1 are found. Hereafter, the area surrounded by points X,', X2', and X3'(Xl'
, X2', X,') is A,
, E, X' = AI''"(X' - E)...
・Correct as ■ 0th order, measure X4', x, ', x2'
.

X4′からA2.E3を求める。X4' to A2. Find E3.

以後、画像的全域において、X、′、・・・・・・、x
n’を計測することにより、第40図のように各々局所
領域に対応するA I * E Iが求まる。これを撮
像系歪補正地図(以下、補正マツプ(補正MAP )と
呼ぶ)という。
From now on, in the image area, X, ′, ..., x
By measuring n', A I * E I corresponding to each local area can be found as shown in FIG. This is called an imaging system distortion correction map (hereinafter referred to as a correction MAP).

補正マツプにて、画像内計測位置を■式にて補正するこ
とにより、精度の良い位置計測が可能となる。補正マツ
プは撮像系の個性として一度作成すればよいが経時的に
変化する場合は、その周期に合わせて定期的に作成し直
す。
By correcting the measurement position in the image using the correction map using the formula (2), highly accurate position measurement is possible. The correction map need only be created once as a characteristic of the imaging system, but if it changes over time, it must be created again periodically in accordance with the period.

また、さらに高精度が要求される場合は、高次の変換に
て近似し、反対にそれほど精度が要求されない場合は、
X1′、・・・・・・、x、l’の計測点を間引けばよ
い。補正マツプ作成のフローを第41図に示す。
In addition, if even higher precision is required, approximation is performed using a higher-order transformation, and conversely, if so much precision is not required,
The measurement points of X1', . . . , x, l' may be thinned out. FIG. 41 shows the flow of correction map creation.

ところで、レチクル上にEB描画された絶対格子の欠陥
、レチクルの傷、レチクル上のゴミ等により、上記のよ
うに計測されたXI′値は必ずしも正しい値とは限らな
い。そこでXl′計測後まずXI′に対する異常値チェ
ックを行なう。異常値チェックについては後述する。異
常値の個数mがあらかじめ設定しである異常値個数の上
限Mを越えた場合には、視野を変更して、異常値の少な
い部分にてX+’を計測し直す、視野を変更して計測を
し直し、正確な補正マツプを得る手法は、後述する0M
の値は例えばX1′の全計測数の10%というように決
める。
By the way, the XI' value measured as described above is not necessarily a correct value due to defects in the absolute grid drawn on the reticle by EB, scratches on the reticle, dust on the reticle, etc. Therefore, after measuring Xl', an abnormal value check for XI' is first performed. The abnormal value check will be described later. If the number of abnormal values m exceeds the preset upper limit M of the number of abnormal values, change the field of view and remeasure X+' in a part with fewer abnormal values. Change the field of view and measure The method to redo the correction map and obtain an accurate correction map is as described below.
The value of is determined, for example, to be 10% of the total number of measurements of X1'.

X、′が異常と判定された場合にはX」′の値を周辺8
方向のX1′から補間する。第42図はその異常値補間
の方法を示している。
If X,' is determined to be abnormal, the value of
Interpolate from the direction X1'. FIG. 42 shows the method of interpolating the abnormal values.

X、′が異常であり、すぐ周辺のX1′〜Xa′が適正
であった場合、 d =  I X4’−XJ  l −I XJ −X
s’ I+ l X2’−XJ  I −I XJ −
X7’1+ l X3’−XJ  I −l XJ −
Xs’ 1+ l XI’−XJ  l −I XJ 
−Xa’ I・・・・・・■ が最小となるようにXj′を決定する。さらにXj′の
周辺が全て適正とは限らない、そのような場合は、各方
向で最も近い適正なXI’とその位置関係を用いてdを
計算する0例えばXs′も異常でそこから1格子離れた
X、′が適正でありたなら、d計算上■の部分を とすればよい、つまりdは d=  klXa’−Xj’1−kzlXj’−Xb’
1+kslXc’−X」’l−に41Xj’−Xd’l
+kslXa’−Xj’1−kalXj’−Xr’1+
 k yl X w’ −X J’ I−に♂IXJ’
−X+’lとなり、X、’、Xb’−−−−−−XI’
はXJ’(7)8方向で最も近い適正値、k、、に2.
・・・・・・、kaはそれらの実格子上の位置関係を表
わす係数である。
If X,' are abnormal and the immediate surroundings X1' to Xa' are proper, then d = I X4'-XJ l -I XJ -X
s' I+ l X2'-XJ I-I XJ-
X7'1+ l X3'-XJ I -l XJ -
Xs' 1+ l XI'-XJ l -I XJ
-Xj' is determined so that I...■ is minimized. Furthermore, not all the surroundings of Xj' are correct. In such a case, calculate d using the closest proper XI' in each direction and its positional relationship. For example, Xs' is also abnormal and one lattice is removed from there. If the distant X,' is appropriate, then part ■ should be taken as the part in d calculation, that is, d is d = klXa'-Xj'1-kzlXj'-Xb'
1+kslXc'-X'''l-41Xj'-Xd'l
+kslXa'-Xj'1-kalXj'-Xr'1+
k yl X w' -X J' I- to ♂IXJ'
-X+'l becomes X,',Xb'---XI'
is the closest appropriate value in the 8 directions of XJ'(7), k, , 2.
..., ka is a coefficient representing their positional relationship on the real grid.

異常値補間後、A1.Elを計算し補正マツプを作成す
る。
After abnormal value interpolation, A1. Calculate El and create a correction map.

次に、異常値チェックについて説明する。Next, abnormal value checking will be explained.

異常値x、′を含んだ計測値にて求めたAJ r E 
Jをもとに補正を行なった場合、計測精度を反対に悪化
させるおそれがあるため、そのような異常値Xj′を見
つけるのが異常値チェックである。このチェックは局所
的でなく全体的に行なう。
AJ r E obtained from measured values including abnormal values x and ′
If correction is performed based on J, there is a risk that the measurement accuracy will deteriorate, so the abnormal value check is to find such an abnormal value Xj'. This check is done globally, not locally.

実格子点X、、X2.・・・・・・X、をdlとし、局
所的でなく全体の一次変換を与え変換後の格子点をdl
’とする。全体の一次変換は次のように与える。
Real lattice points X,,X2.・・・・・・X, is dl, and the linear transformation of the whole, not local, is given, and the lattice point after transformation is dl
'. The overall linear transformation is given by:

θ:傾き β:倍率    x、yは各方向 S:シフト量 ここで、格子画像上の格子点の計測値XI’+X2′、
・・・・・・Xn′をλムとし■=1Σ1Htl’(た
だしHt−d r’−421)σ =      I 
nn−1 0にて異常値を判定する。つまり、全体を一律に一次変
換した変換格子のうち最も計測値ρ1に近い格子dI′
を最小2乗法にて求め、その時のld1’−1I 1の
バラツキにてIIが異常値であるかどうか判定する。
θ: Tilt β: Magnification x, y are each direction S: Shift amount Here, the measured value of the grid point on the grid image XI' +
......Let Xn' be λm, ■ = 1Σ1Htl' (however, Ht-d r'-421) σ = I
An abnormal value is determined at nn-1 0. In other words, the lattice dI′ that is closest to the measured value ρ1 among the transformation lattices that have uniformly linearly transformed the entire
is determined by the method of least squares, and it is determined whether II is an abnormal value based on the variation of ld1'-1I1 at that time.

異常値が1つの場合、すなわちある1つのILlが異常
の場合は以下のように求めることができる。
If there is one abnormal value, that is, if one IL1 is abnormal, it can be determined as follows.

すなわち、第43図(説明の都合でずれ量および格子交
点位置とも1次元で表わす)のように、n格子交点の計
測値のうち1格子交点のみが他と大きく異なるずれ方を
していた場合、これを見つける方法は r/σ〉K で行なう(r、  σは第43図中の値、Kは一定値と
する)。
In other words, as shown in FIG. 43 (both the amount of deviation and the grid intersection position are expressed in one dimension for convenience of explanation), when only one grid intersection among the measured values of n grid intersections has a deviation that is significantly different from the others. , the method for finding this is r/σ>K (r and σ are the values shown in FIG. 43, and K is a constant value).

このときのaは第43図(a)の異常値候補を含んだデ
ータで得たσ、でなく、第43図(b)の異常値候補を
除いたσn−1を用いた方がσ自体が異常値のために悪
化することを防げ、異常値をはっきり識別できる。これ
は第44図のように、異常な計測値Xs’、 X2’、
・・・・・・Xn′は正常なランダム誤差以外の要因に
より発生したもので異常値を除いた分布N (m、 σ
n−1)に従う値でないと考えた判定である。そこで、
異常値の判定は下式となる。
In this case, it is better to use σn-1 excluding the abnormal value candidates in Figure 43(b), rather than σ obtained from the data including the abnormal value candidates in Figure 43(a), for a. can be prevented from worsening due to abnormal values, and abnormal values can be clearly identified. This is caused by abnormal measurement values Xs', X2', and
...Xn' is the distribution N (m, σ
This judgment was made based on the assumption that the value does not comply with n-1). Therefore,
The abnormal value is determined using the following formula.

く異常値判定法〉 r / a > Kのとき、i番目の計測が異常とする
ただし、 K=一定値(現状3.0) β8.βう、θ8.θ、、SX、Sy、vctt番目の
格子交点を除いて求めたもの d、、P、はi番目の格子交点の位置 ・・・・・・■ この判定法■はσでそのプロセスのランダム誤差の大き
さを予想し、その値をもとに異常値を判定するので、プ
ロセスによらない異常値判定が期待できる。
Abnormal value determination method> When r/a > K, the i-th measurement is considered abnormal. However, K = constant value (currently 3.0) β8. β, θ8. θ,, SX, Sy, obtained by excluding the vcttth grid intersection d,,P, is the position of the i-th grid intersection...■ This judgment method ■ is σ, which is the random error of the process. Since the size of is predicted and abnormal values are determined based on that value, abnormal value determination can be expected without depending on the process.

n格子交点のうち1つの異常格子交点を見つけるために
は0式の判定をn回行なわなければならないが、(i=
1−n)、これは計算量が多く実用的でない。そこで実
際にはn格子交点のうち、もっと異常らしい候補を1格
子交点を見つけ、その格子交点について0式で異常と判
定された場合、それを異常値として除くことにする。
In order to find one abnormal lattice intersection among n lattice intersections, it is necessary to perform the determination of the 0 equation n times, but (i=
1-n), which requires a large amount of calculation and is not practical. Therefore, among the n lattice intersections, one lattice intersection that is more likely to be an abnormality is found, and if that lattice intersection is determined to be abnormal using the formula 0, that lattice intersection is removed as an abnormal value.

異常値の候補となる格子交点は、n格子交点全体で補正
したときの格子から最も離れている格子交点である。
The lattice intersection that is a candidate for an abnormal value is the lattice intersection that is farthest from the lattice when all n lattice intersections are corrected.

一方、異常値が複数の場合、すなわち異常値格子交点が
2格子交点以上あった場合には、0式のiが1つではな
いため、rl/σは求まらない。
On the other hand, if there are a plurality of abnormal values, that is, if there are two or more abnormal value grid intersections, rl/σ cannot be determined because i in equation 0 is not one.

また、何らかの方法でn格子交点のうちのあるm格子交
点の組が異常値であると判定したとしても、その組合せ
は、IClll通りにもなり、計算量が大きすぎる。
Furthermore, even if it is determined by some method that a certain set of m lattice intersections among the n lattice intersections is an abnormal value, the combinations will be as many as IClll, and the amount of calculation will be too large.

さらに、mの値がいくつであるかの判定も難かしい。そ
こで、異常格子交点が多数ある場合、前記の異常値が1
つのときの方法で1格子交点抜き、さらに残りのn−1
格子交点から、同じ方法で次の1格子交点を抜き、とい
う要領でm格子交点抜きを行なう。
Furthermore, it is difficult to determine what the value of m is. Therefore, if there are many abnormal grid intersections, the above abnormal value is 1
Extract one lattice intersection using the method when
From the lattice intersections, the next lattice intersection point is extracted in the same way, and m lattice intersection points are extracted in this manner.

このとき第45図のように2格子交点の異常値がある場
合、1格子交点目を抜いてもまだ残り格子交点の0が大
きいためr/σは大きくならない。
At this time, if there are abnormal values at two lattice intersections as shown in FIG. 45, even if the first lattice intersection is removed, the remaining lattice intersections still have large 0s, so r/σ does not increase.

もう1格子交点抜くと異常値がなくなるためσは小さく
なり、1 / aは大きくなる。
If one more lattice intersection is removed, there will be no abnormal value, so σ will become smaller and 1/a will become larger.

このようなr/σの値の変化は第46図に示すような形
となり、第45図のように2格子交点の異常値がある場
合、第46図(C)のように2格子交点抜いたときのr
/σがピークを示すようになる。そこで1格子交点ずつ
抜きながら、r / aの値を記録していき、r/σの
最大値がKを越える場合、そこまでの格子交点を異常値
として捨て、最大値がKを越えなければ異常はなしとい
うことになる。
Such a change in the value of r/σ takes the form shown in Figure 46. If there is an abnormal value at the intersection of two lattice points as shown in Figure 45, the two lattice intersections are removed as shown in Figure 46 (C). r when
/σ comes to show a peak. Therefore, record the value of r/a while removing one lattice intersection, and if the maximum value of r/σ exceeds K, discard the lattice intersections up to that point as abnormal values, and if the maximum value does not exceed K, This means that there is no abnormality.

実際に異常候補を次々抜くと、σは小さい値に向かって
いき、残り3格子交点になればσ=0で、r/σ=■と
なってしまう。また、もともとの格子交点数に対してあ
まり多くの格子交点を抜いてしまうのは無意味なことで
あるので、抜ける格子交点数に上限Mを設ける。
In fact, when abnormality candidates are removed one after another, σ tends to a smaller value, and when there are three remaining lattice intersections, σ=0 and r/σ=■. Furthermore, since it is meaningless to remove too many grid intersections compared to the original number of grid intersections, an upper limit M is set for the number of grid intersections that can be removed.

最終的に異常値を見つけるアルゴリズムは、異常値が1
格子交点/多格子交点を問わず第47図のフローチャー
トのようになる。
The algorithm that ultimately finds the outlier is that the outlier is 1.
Regardless of whether it is a lattice intersection or multiple lattice intersections, the flowchart shown in FIG. 47 is obtained.

次に、視野を変更し計測を行なうことにより正確な補正
マツプを得る手法につき説明する。
Next, a method for obtaining an accurate correction map by changing the field of view and performing measurements will be explained.

第48図(a)は、計測した補正マツプおよび該異常値
チェックにより異常値でないデータが連続した領域■、
■および■を示す。同図の各点は撮像したレチクル上の
絶対格子の各格子交点を示す。
FIG. 48(a) shows an area (■) where data that is not an abnormal value is continuous based on the measured correction map and the abnormal value check.
■ and ■ are shown. Each point in the figure indicates each grid intersection of the absolute grid on the imaged reticle.

この状態において、撮像手段に対しレチクルを相対的に
動かす。本実施例では対物光学系をXY方向に不図示の
モータにより駆動することにより、視野に対し対象とな
る像を動かし、再度語手段と同様に処理し、補正マツプ
を得る。同図(b)では、同図(a)の補正マツプを得
た後、視野を右へ2格子分ずらし再計測することにより
、■〜■および■′〜■′の正常な補正マツプ情報が得
られていることを示している。これを補正データ中の異
常値がなくなる、または上限Mを超えない範囲となるよ
う繰返すことにより、マークの欠陥、傷およびゴミ等に
影響を受けない正確な補正マツプを得ることができる。
In this state, the reticle is moved relative to the imaging means. In this embodiment, the objective optical system is driven in the X and Y directions by a motor (not shown) to move the target image with respect to the field of view, and the image is processed in the same manner as the wording means to obtain a correction map. In Figure (b), after obtaining the correction map shown in Figure (a), by shifting the field of view by two grids to the right and re-measuring, normal correction map information for ■~■ and ■'~■' can be obtained. It shows that you are getting it. By repeating this process until there are no abnormal values in the correction data or the range does not exceed the upper limit M, an accurate correction map that is not affected by mark defects, scratches, dust, etc. can be obtained.

次に、レチクル位置のモニタにつき説明する。Next, monitoring of the reticle position will be explained.

本実施例のAA方式ではレチクルとクエへとを同一位置
で観察していない、そのため、それぞれの検出系は相対
位置関係がずれないことが前提となる。さらに、レチク
ルが位置合せの後、ウェハの位置合せ動作中にずれては
意味がない、そこで、高精度な合せ精度を達成するため
に、レチクルの位置を常に検出(モニタ)することは大
きな意味がある。
In the AA method of this embodiment, the reticle and the square are not observed at the same position, so it is assumed that the relative positions of the respective detection systems do not deviate. Furthermore, it is meaningless if the reticle shifts during the wafer alignment operation after alignment, so it is of great importance to constantly detect (monitor) the reticle position in order to achieve high alignment accuracy. There is.

第49図において、LTSはレチクルLTをXYθ方向
に移動可能なステージ、WSはウェハWFをXYθ方向
に移動可能なステージ、Ml、BM、Dは前述のウェハ
位置検出系、OBI、OB2は第29図のレチクルを位
置合せするための検出系である。なお、これらの検出系
は模式的に示し第1図および第29図に示した種々の部
材は省略しである。また、MO,MOLはそれぞれのX
YθステージWS、LTSを駆動し位置決めする駆動系
、ARMはウェハ位置検出系およびレチクル位置検出系
からの信号に基づき各々の位置誤差を演算し各々の駆動
系の動作を制御する演算制御系である。なお、ウェハス
テージWSには第1図に示した干渉測長計IFMが含ま
れているがここでは省略している。干渉測長計IFMの
位置情報も演算制御系に入力されている。
In FIG. 49, LTS is a stage that can move the reticle LT in the XYθ directions, WS is a stage that can move the wafer WF in the XYθ directions, Ml, BM, and D are the aforementioned wafer position detection systems, and OBI and OB2 are the 29th stage. This is a detection system for aligning the reticle shown in the figure. Note that these detection systems are shown schematically and various members shown in FIGS. 1 and 29 are omitted. Also, MO and MOL are each
The drive system that drives and positions the Yθ stages WS and LTS, and the ARM, is an arithmetic control system that calculates each position error based on signals from the wafer position detection system and the reticle position detection system and controls the operation of each drive system. . Although the wafer stage WS includes the interferometric length measuring meter IFM shown in FIG. 1, it is omitted here. Position information of the interferometric length meter IFM is also input to the arithmetic control system.

従来の位置検出装置においては、レチクルは位置合せ後
、固定されているものとしたが、何等かの事情で移動し
てしまうことがある。本実施例によれば、ウェハの位置
合せ動作中同時にレチクルの位置を検出系OBI、OB
2によりモニタし、常に所定位置を保つよう演算制御系
ARTが駆動系MOLにフィードバックをかけている。
In conventional position detection devices, the reticle is assumed to be fixed after alignment, but it may move for some reason. According to this embodiment, the reticle position is simultaneously detected by the detection systems OBI and OB during the wafer alignment operation.
2, and the arithmetic control system ART provides feedback to the drive system MOL so as to always maintain a predetermined position.

すなわち、レチクル位置をモニタして、所定位置からず
れた場合にレチクルを駆動する。これにより、常にレチ
クルの位置が保証される。
That is, the reticle position is monitored and the reticle is driven when it deviates from a predetermined position. This ensures the reticle position at all times.

なお、レチクルを駆動する代わりにウェハ側にレチクル
の位置ずれ量を反映させてもよい。すなわち、上述と同
様常にレチクル位置をモニタし所定位置からずれた場合
は、演算制御系がウェハの位置合せ指令値にフィードバ
ックすることとしてもよい。
Note that instead of driving the reticle, the amount of positional deviation of the reticle may be reflected on the wafer side. That is, as described above, the reticle position may be constantly monitored, and if it deviates from a predetermined position, the arithmetic control system may feed back the wafer alignment command value.

さらに、レチクルとウニへの両者を駆動し相対位置関係
が所定位置となるようにすることもできる。
Furthermore, it is also possible to drive both the reticle and the sea urchin so that the relative positional relationship becomes a predetermined position.

また、モニタおよび補正は、必要に応じ任意のタイミン
グで行なうことも当然可能である。
Furthermore, it is of course possible to perform monitoring and correction at any timing as necessary.

[発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、第2の物体を照明
する光をシングルモードファイバにより上記第2の物体
上に導入しているので、不均一で照度ムラのない照明で
第2の物体上を観察することができる。また、これによ
り精度の良い位置合せを行なうことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the light for illuminating the second object is introduced onto the second object through a single mode fiber, so that the illumination is non-uniform and has no uneven illuminance. can be observed on the second object. In addition, this allows highly accurate positioning.

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

第1図は、本発明の一実施例に係る照明装置を適用した
位置合せ装置の構成図、 第2図は、ウェハ上のマークの位置およびウェハ照明光
の照明方向を示す図、 第3図は、基準マスクの照明系配置および基準マークと
ウェハマーク像の配置を表わす図、第4図および第5図
は、スリット受光方法を説明するための概念図、 第6図は、ウェハ照明光の導入法および照度分布を示す
概念図、 第7図ないし第9図は、色収差補正光学系の構成図、 第10図および第11図は、ディテクタ感度モニタ機構
の構成図および概略ブロックダイヤグラム、第12図な
いし第16図は、チョッピングおよび波形処理を説明す
るための概念図、 第17図は、レーザ光量補正を説明するための模式図、 第18図は、次ショットのウェハマークを同時に観察す
る例を示す図、 第19図は、第18図の場合のスリット受光方法のを示
す図、 第20図は、影マークを基準マークとした基準マスクを
示す図、 第21図は、第1図の装置の概略構成図、第22図は、
本実施例のシステムの位置合せ動作時の流れ図、 第23図および第24図は、画像処理にてAAを行なう
場合の構成図およびブロック回路図、第25図は、投影
積算ウィンドウおよびデータを示す図、 第26図は、画像処理にてAAを行なう他の例を示す図
、 第27図は、従来のレチクルアライメントを示す模式図
、 第28図は、間接法を適用したレチクル位置合せ検出系
を示す図、 第29図は、本実施例のレチクル位置合せ検出系を示す
図、 第30図は、マーク部分を透過照明している様子を示す
断面図、 第31図は、アライメントマークの例を示す図、第32
図は、位置合せ装置のハードウェア構成図、 第33図は、二値化における複数部分領域の一例を示す
図、 第34図は、縮小平滑処理を説明する図、第35図は、
二値化閾値の内挿法を説明する図、第36図は、重心計
算を説明する図、 第37図は、処理動作フロー図、 第38図は、レチクル上に描かれた絶対格子を示す図、 第39図および第40図は、実格子とそれを撮像した格
子画像を示す図および補正地図を示す図、第41図は、
補正地図作成のフローチャート、第42図は、異常値補
間の方法を示す模式図、第43図ないし第47図は、異
常値判定法を説明するためのグラフおよびフローチャー
ト、第48図は、視野を変更して再計測して補正マツプ
を作成する際の視野を示す模式図、 第49図は、レチクルモニタを行なう機構の構成図であ
る。 LP:照明系、LTニレチクル、Po:投影光学系、W
L:ウェハ照明系、WS:ウェハステージ、OS・:色
収差補正光学系、BM:基準マスク、DP:ダハプリズ
ム、PM:ポリゴンミラー、DX、DY :ディテクタ
。 特許出願人   キャノン株式会社 代理人 弁理士   伊 東 哲 也 代理人 弁理士   伊 東 辰 雄 第6図 第2図 (b) C) 派 イL 号 4 因 5L)i 祠 イ君 号 15図 (b) 第 12 図     ビーム3 ビーム1によるエツジ力\らの反射を 第13図 (a) (b) (c) 第14図 (Q) (b) 第15図 (CI) (c) ” 第16図 第17図 第22図 第23図 第24図 第25図 第27図 第30図 第31図 第33図 Is$w(0≦w≦16)   N常t=8(WrM[
)第34図 第35図 第36図 第37図 第39図    i!&40図 第41図 格千文1へイ立直。 (a)全オδ子女、帳のcr、、/lI鴇「め大ノ1\
uPl噌− 巽常イ直 第43 孝各)交、費、イf:# (7+−tす\らrの大小1判御T デ・]定法 図 び←1の−C 1g−子女5への異常イ画≠り定法 第44図 多発子女、恨/)異常4置 第45図 (a)               (b)(c) 
               (d)多路子女た、の
異常イ直v!’l定 第46図 配列異常格)交熱不斐出アlし丁すス゛ム第47図 (a) (b) 第48図
FIG. 1 is a configuration diagram of an alignment device to which an illumination device according to an embodiment of the present invention is applied; FIG. 2 is a diagram showing the positions of marks on a wafer and the illumination direction of wafer illumination light; FIG. is a diagram showing the arrangement of the illumination system of the reference mask and the arrangement of the reference mark and wafer mark image; FIGS. 4 and 5 are conceptual diagrams for explaining the slit light reception method; and FIG. 7 to 9 are block diagrams of the chromatic aberration correction optical system. Figures 10 and 11 are block diagrams and schematic block diagrams of the detector sensitivity monitoring mechanism. Figures 16 to 16 are conceptual diagrams for explaining chopping and waveform processing, Figure 17 is a schematic diagram for explaining laser light intensity correction, and Figure 18 is an example of simultaneously observing wafer marks for the next shot. FIG. 19 is a diagram showing the slit light reception method in the case of FIG. 18. FIG. 20 is a diagram showing a reference mask using a shadow mark as a reference mark. The schematic configuration diagram of the device, FIG. 22, is
A flowchart of the positioning operation of the system of this embodiment. FIGS. 23 and 24 are a configuration diagram and a block circuit diagram when performing AA in image processing. FIG. 25 shows a projection integration window and data. Figure 26 is a diagram showing another example of performing AA through image processing, Figure 27 is a schematic diagram showing conventional reticle alignment, and Figure 28 is a reticle alignment detection system applying the indirect method. FIG. 29 is a diagram showing the reticle alignment detection system of this embodiment. FIG. 30 is a cross-sectional view showing how the mark portion is illuminated through transmission. FIG. 31 is an example of an alignment mark. Figure 32 showing
33 is a diagram showing an example of a plurality of partial regions in binarization, FIG. 34 is a diagram illustrating reduction and smoothing processing, and FIG. 35 is a diagram showing the hardware configuration of the alignment device.
Figure 36 is a diagram explaining the interpolation method of the binarization threshold, Figure 36 is a diagram explaining the center of gravity calculation, Figure 37 is a processing flow diagram, and Figure 38 is a diagram showing the absolute grid drawn on the reticle. Figures 39 and 40 are a diagram showing a real grid and a grid image taken from it, and a diagram showing a corrected map, and Figure 41 is
A flowchart for creating a corrected map, FIG. 42 is a schematic diagram showing a method of abnormal value interpolation, FIGS. 43 to 47 are graphs and flowcharts for explaining an abnormal value determination method, and FIG. FIG. 49 is a schematic diagram showing the field of view when changing and re-measuring to create a corrected map. FIG. 49 is a configuration diagram of a mechanism for monitoring the reticle. LP: illumination system, LT reticle, Po: projection optical system, W
L: wafer illumination system, WS: wafer stage, OS: chromatic aberration correction optical system, BM: reference mask, DP: roof prism, PM: polygon mirror, DX, DY: detector. Patent Applicant Canon Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tetsuya Ito Agent Patent Attorney Tatsuo Ito Figure 6 Figure 2 (b) ) Figure 12 Reflection of edge force by beam 3 and beam 1 Figure 13 (a) (b) (c) Figure 14 (Q) (b) Figure 15 (CI) (c) ” Figure 16 Fig. 17 Fig. 22 Fig. 23 Fig. 24 Fig. 25 Fig. 27 Fig. 30 Fig. 31 Fig. 33 Is$w (0≦w≦16)
)Figure 34Figure 35Figure 36Figure 37Figure 39 i! & 40 Figure 41 Figure 1 Senbun 1 to get back on your feet. (a) All Oδ children, book cr, /lI Toki “Medai no 1\
uPl 噌- Tatsumi Tsuneyi Naodai 43 Takashi each) communication, expense, if: # (7+-ts\ra r's large and small 1 size T de] regular law map ← 1's -C 1g-to child 5 Abnormal A picture ≠ Ri regular law Figure 44 Multiple children, resentment/) Abnormal 4 position Figure 45 (a) (b) (c)
(d) Tajiko's abnormal directness! Fig. 46 Arrangement abnormal case) Heat exchange failure pattern Fig. 47 (a) (b) Fig. 48

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の物体上に描かれたパターンを第2の物体上に
投影光学系を介して投影する装置における該第2の物体
の照明装置であって、上記投影光学系と上記第2の物体
との間より上記投影光学系を介さずに上記第2の物体を
照明するため、照明光をシングルモードファイバによっ
て該第2の物体上に導入する照明光学系を具備すること
を特徴とする照明装置。 2、前記シングルモードファイバの両端に屈折率分布型
レンズおよびエキスパンダーレンズを備えた特許請求の
範囲第1項記載の照明装置。 3、前記照明光学系からの照明光により前記第2の物体
を前記投影光学系を介して観察し位置検出する特許請求
の範囲第1項または第2項記載の照明装置。 4、前記第2の物体を照明する複数の照明光の光路長を
それぞれ変更する特許請求の範囲第1項、第2項または
第3項記載の照明装置。
[Scope of Claims] 1. An illumination device for a second object in an apparatus for projecting a pattern drawn on a first object onto a second object via a projection optical system, In order to illuminate the second object from between the system and the second object without going through the projection optical system, an illumination optical system is provided that introduces illumination light onto the second object through a single mode fiber. A lighting device characterized by: 2. The illumination device according to claim 1, further comprising a gradient index lens and an expander lens at both ends of the single mode fiber. 3. The illumination device according to claim 1 or 2, wherein the second object is observed and position detected through the projection optical system using illumination light from the illumination optical system. 4. The illumination device according to claim 1, 2, or 3, wherein the optical path lengths of the plurality of illumination lights illuminating the second object are respectively changed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01212436A (en) * 1988-02-19 1989-08-25 Nikon Corp Projection aligner

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JPH01212436A (en) * 1988-02-19 1989-08-25 Nikon Corp Projection aligner

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