JPH02227603A - Position detecting device - Google Patents
Position detecting deviceInfo
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- JPH02227603A JPH02227603A JP1048294A JP4829489A JPH02227603A JP H02227603 A JPH02227603 A JP H02227603A JP 1048294 A JP1048294 A JP 1048294A JP 4829489 A JP4829489 A JP 4829489A JP H02227603 A JPH02227603 A JP H02227603A
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- light
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- wafer
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
本発明は、半導体素子等の物体上に形成された回折格子
を用いた位置検出装置に関し、特にリソグラフィ用の露
光装置のアライメント時に使用され、原画パターンを有
するマスクと、この原画パターンが転写される基板との
相対的な位置関係を検出する装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a position detection device using a diffraction grating formed on an object such as a semiconductor element, and is particularly used during alignment of an exposure apparatus for lithography. The present invention relates to a device that detects the relative positional relationship between a mask having an original pattern and a substrate to which the original pattern is transferred.
近年、半導体素子等の微細パターンを高分解能で半導体
ウェハ上に転写する装置として、投影型露光装置(ステ
ッパー)が多用されるようになった。従来よりこの種の
ステッパーにおいては、レチクル(マスクと同義)とウ
ェハ上の1つのシラン)8!域との位置合わせ、所謂ア
ライメント方式として、レチクルの回路パターン周辺に
形成されたアライメントマークと、ウェハ上のシ四ット
領域周辺に形成されたアライメントマークとを同時検出
するTTR(スルーザレチクル)方式のアライメント系
をもつ装置が知られている。In recent years, projection exposure devices (steppers) have come into widespread use as devices for transferring fine patterns of semiconductor elements and the like onto semiconductor wafers with high resolution. Conventionally, in this type of stepper, the reticle (synonymous with mask) and one silane on the wafer)8! As a so-called alignment method, TTR (through-the-reticle) simultaneously detects alignment marks formed around the circuit pattern on the reticle and alignment marks formed around the circuit pattern on the wafer. An apparatus having an alignment system of this type is known.
このアライメント方式ではレチクル上のマークとウェハ
上のマークとをともに高精度に検出し、その相対位置ず
れ量を求め、このずれ量が補正されるようにレチクル、
又はウェハを微動させている。一般に投影型露光装置で
は、レチクルのパターンをウェハ上に高解像力で結像す
るために、投影光学系は露光用の照明光(例えば波長4
36nmのg線、波長365n−のi線、あるいは波長
248n−のKrFエキシマレーザ光など)のみに対し
て良好に色収差補正されているのが現状である。This alignment method detects both the mark on the reticle and the mark on the wafer with high precision, calculates the amount of relative positional deviation between them, and then adjusts the reticle so that this amount of deviation is corrected.
Or the wafer is slightly moved. In general, in a projection exposure apparatus, in order to image a reticle pattern on a wafer with high resolution, the projection optical system uses exposure illumination light (for example, wavelength 4
Currently, chromatic aberrations are well corrected only for 36 nm g-line, 365 n- wavelength i-line, 248 n- wavelength KrF excimer laser light, etc.).
このことは投影光学系を介してレチクルのマークとウェ
ハのマークとを検出するアライメント光学系において、
マーク照明用の光が露光光の波長と同一、もしくは極め
てそれに近い波長に制限されることを意味する。This means that in the alignment optical system that detects the reticle mark and the wafer mark via the projection optical system,
This means that the light for mark illumination is limited to a wavelength that is the same as, or very close to, the wavelength of the exposure light.
露光工程のウェハには表面にレジスト層が形成されてお
り、アライメント時にはレジスト層を介してウェハ上の
マークを検出する。このレジスト層は、より高解像のパ
ターン形成を可能とするために、露光光に対する吸収率
が高く、透過率が低くなるような多層レジスト構造等を
採用することが考えられてきた。この場合、アライメン
ト用の照明光がウェハ上のマークに達するまでに減衰を
受けることと、マークからの反射光(正反射光、散乱光
、回折光等)も減衰を受けることによって、ウェハ上の
マークがアライメント光学系によって十分な光量で認識
されず、マークの検出精度を低下させるといった問題が
生じる。A resist layer is formed on the surface of the wafer used in the exposure process, and marks on the wafer are detected through the resist layer during alignment. For this resist layer, in order to enable pattern formation with higher resolution, it has been considered to adopt a multilayer resist structure or the like that has a high absorption rate and low transmittance for exposure light. In this case, the illumination light for alignment is attenuated before reaching the mark on the wafer, and the reflected light from the mark (regularly reflected light, scattered light, diffracted light, etc.) is also attenuated. A problem arises in that the mark is not recognized by the alignment optical system with a sufficient amount of light, reducing mark detection accuracy.
また、アライメントのためにアライメント用照明光がウ
ェハ上のマークに照射されると、その部分のレジスト層
は当然に感光してしまい、現像後に各種プロセスを通す
と、ウェハ上の当該マークが破壊されてしまい、次の層
の重ね合わせ露光のときのアライメントに使えないとい
った問題も、本質的ではないが生じてしまう。In addition, when alignment illumination light is irradiated onto a mark on a wafer for alignment, the resist layer in that area is naturally exposed to light, and when various processes are performed after development, the mark on the wafer is destroyed. Although this is not an essential problem, it also causes the problem that it cannot be used for alignment during overlapping exposure of the next layer.
そこで、例えば特開昭63−153820号公報に開示
されたTTR方式の別波長アライメント系(アライメン
ト用照明光が露光光の波長と興なる方式)をベースにし
て、ウェハ、又はレチクル上に形成された1次元の回折
格子マークを光学的に検出して、そのピッチ情報からウ
ェハ、又はレチクルの位置を高分解能(ピッチの数分の
1〜数十分の1)に検出する方式が特開昭63−283
129号公報で提案されている。Therefore, based on the TTR type separate wavelength alignment system (a system in which the illumination light for alignment coincides with the wavelength of the exposure light) disclosed in JP-A No. 63-153820, for example, it is possible to form an alignment system on a wafer or reticle. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-1999 has developed a method that optically detects one-dimensional diffraction grating marks and uses the pitch information to detect the position of the wafer or reticle with high resolution (a fraction of the pitch to a few tenths of the pitch). 63-283
This is proposed in Publication No. 129.
回折格子マークを用いる位置検出には様々な手法が提案
され、実用化されてきた。特開昭63−283129号
公報に開示された手法は、そのなかでも回折格子マーク
に対して2方向からほぼ平行なレーザビームを同時に照
射して1次元の干渉縞を作り、この干渉縞を使って回折
格子マークの位置を特定しようとする方法であり、干渉
縞を使うことから干渉縞アライメント法とも呼ばれてい
る。Various methods have been proposed and put into practical use for position detection using diffraction grating marks. The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-283129 is one in which a one-dimensional interference pattern is created by simultaneously irradiating a diffraction grating mark with substantially parallel laser beams from two directions, and this interference pattern is used to create a one-dimensional interference pattern. This method attempts to specify the position of a diffraction grating mark using interference fringes, and is also called interference fringe alignment method because it uses interference fringes.
このような干渉縞アライメント法にも、さらに2つの方
法があり、2方向から照射されるレーザビーム(2本)
に一定の周波数差を与えるヘテロゲイン法と、周波数差
のないホモダイン法である。There are two more methods for this type of interference fringe alignment method.
The heterogain method gives a constant frequency difference to the , and the homodyne method has no frequency difference.
ホモダイン法では、回折格子と平行に静止した干渉縞が
作られ、位置検出にあたっては回折格子(物体)をその
ピッチ方向に微動させる必要があり、回折格子の位置は
干渉縞を基準として求められる。これに対してヘテロダ
イン法では2本のレーザビームの周波数差(ビート周波
数)のために、干渉縞がそのピッチ方向にビート周波数
で高速に流れることになり、回折格子の位置は干渉縞を
基準として求めることはできず、もっばら干渉縞の高速
移動に伴なう時間的な要素(位相差)を基準にして求め
ることになる。In the homodyne method, stationary interference fringes are created parallel to the diffraction grating, and in order to detect the position, the diffraction grating (object) must be slightly moved in its pitch direction, and the position of the diffraction grating is determined using the interference fringes as a reference. On the other hand, in the heterodyne method, due to the frequency difference (beat frequency) between the two laser beams, the interference fringes flow at high speed in the pitch direction at the beat frequency, and the position of the diffraction grating is determined based on the interference fringes. It cannot be determined, but is determined based mainly on the temporal element (phase difference) accompanying the high-speed movement of the interference fringes.
上記干渉縞アライメント法を採用した位置検出系では、
実験の結果、2方向から回折格子を照射するビームの成
す交差角や、2本のビームの入射角の対称性が極めて重
要であることが明らかになった。交差角や入射角の対称
性がほんのわずかでも不安定に変動すると、干渉縞のり
ニアリテイやテレセン性等を悪化させ、もともと測定分
解能が高いこともあって、測定分解能に対する検出誤差
量の割合が大きな問題となる。測定分解能が高ければ高
い程、高精度なアライメントが可能である訳だが、検出
誤差量の割合が大きいと、結局はその誤差量の幅でアラ
イメント精度は制限されてしまい、干渉縞アライメント
法を用いたメリットがなくなってしまう。In the position detection system that adopts the interference fringe alignment method described above,
As a result of experiments, it has become clear that the intersection angle formed by the beams irradiating the diffraction grating from two directions and the symmetry of the incident angles of the two beams are extremely important. If the symmetry of the intersection angle or angle of incidence fluctuates even slightly, it will worsen interference fringe linearity, telecentricity, etc., and since the measurement resolution is originally high, the ratio of detection error to measurement resolution will be large. It becomes a problem. The higher the measurement resolution, the more accurate alignment is possible, but if the detection error rate is large, the alignment accuracy will eventually be limited by the width of the error amount, making it difficult to use the interference fringe alignment method. The benefits you had will be gone.
2つのビームの交差角や対称性を狂わし、不安定にさせ
る要因は色々考えられるが、代表的には装置構造に起因
する問題と、位置検出時の物体(格子マーク)側に起因
する問題とに分けられる。There are various factors that can disrupt the intersecting angle and symmetry of the two beams and make them unstable, but the typical problems are problems caused by the device structure and problems caused by the object (grid mark) during position detection. It can be divided into
装置側の問題としては、露光装置等ではアライメント系
の対物レンズやミラー等がマーク位置の変化に対応して
可動する構造を余儀な(されていること、2本のビーム
を作るための光源から回折格子までの光路内には様々の
光学素子が介在し、それらにも多かれ少なかれ製造誤差
、組立誤差が生じること等である。Problems on the equipment side include the fact that in exposure equipment, etc., the alignment system's objective lenses and mirrors are forced to have a structure that moves in response to changes in mark position, and that the light source for creating two beams is Various optical elements are interposed in the optical path up to the diffraction grating, and manufacturing errors and assembly errors may occur to a greater or lesser extent among them.
物体側の計測時の問題としては、主に入射角の対称性に
起因するが、2本のビームが交差している領域内で、計
測すべき回折格子の部分表面が、計測のたびに光軸方向
にわずかに変位することである。これはウェハ等のアラ
イメントのように、ウェハ上の複数点の回折格子マーク
を順次計測する場合、各マーク毎にサイン誤差が生じる
ことを意味する。その多くの原因はウェハ表面のフラッ
トネス(そり、湾曲等)によるものである。The problem during measurement on the object side is mainly due to the symmetry of the angle of incidence, but within the area where the two beams intersect, the partial surface of the diffraction grating to be measured is exposed to light every time it is measured. It is a slight displacement in the axial direction. This means that when diffraction grating marks at a plurality of points on a wafer are sequentially measured as in alignment of a wafer, a sine error occurs for each mark. Many of the causes are due to the flatness (warpage, curvature, etc.) of the wafer surface.
従来のTTRアライメント系のうち、レーザビームをス
リット状に集光し、ウェハ上のバーマーク等を相対走査
して、その散乱、回折光を光電検出する方式のものでも
、同様の問題点はかかえていたが、その影響はマークの
検出時のノイズ誤差、波形歪み等を考慮した総合検出精
度にくらべて少なく、はとんど気にならなかった。また
、レーザビームをスリット状のスポットに集光する方式
では、投影レンズやアライメント対物レンズの瞳面内で
、ウェハ上のスポットのスリット長手方向と直交する方
向にビーム断面の形状を細長くすることになる。従って
スリット状のマークの検出方向(スリット状スポットの
幅方向)については、それと直交する方向にくらべてビ
ームの開口数が大きくなる。一般にビームの開口数を大
きくすれば、それだけスポット光の径(輻)を微小にす
ることができ、検出分解能の向上が可能であるが、それ
に対応してビームウェストの光軸方向の幅は小さくなっ
てしまい、結局のところマーク検出時の安定性を欠いた
ものになってしまう、さらにビームをスポットに集光す
る方式では、ビームの波面がビームウェストの中心を挟
んで光軸方向に変化してくるため、ウェハ表面のフラッ
トネス等の影響でビームウェストに対してマークが光軸
方向に変位して走査されると、本来のシャープな光電信
号波形が得られない。Among the conventional TTR alignment systems, those that focus a laser beam into a slit, relatively scan bar marks, etc. on the wafer, and photoelectrically detect the scattered and diffracted light do not suffer from similar problems. However, this effect was small compared to the overall detection accuracy, which takes into account noise errors, waveform distortion, etc. during mark detection, and was hardly a concern. In addition, in the method of focusing a laser beam onto a slit-shaped spot, the shape of the beam cross section is elongated in the pupil plane of the projection lens or alignment objective lens in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit of the spot on the wafer. Become. Therefore, in the detection direction of the slit-shaped mark (width direction of the slit-shaped spot), the numerical aperture of the beam is larger than in the direction orthogonal thereto. Generally, if the numerical aperture of the beam is increased, the diameter (radiance) of the spot light can be made smaller and the detection resolution can be improved, but the width of the beam waist in the optical axis direction is correspondingly smaller. In addition, in the method of focusing the beam onto a spot, the wavefront of the beam changes in the optical axis direction across the center of the beam waist. Therefore, if the mark is displaced in the optical axis direction with respect to the beam waist due to the flatness of the wafer surface and is scanned, the original sharp photoelectric signal waveform cannot be obtained.
そこで本発明は、上述の問題点に鑑みてなされ、干渉縞
・アライメント法で使われる2ビ一ム干渉式位置検出装
置において2ビームの交差角と入射角の対称性とを同時
に安定に保つことを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is an object of the present invention to simultaneously maintain stably the intersection angle and the symmetry of the incident angle of the two beams in a two-beam interferometric position detection device used in the interference fringe/alignment method. With the goal.
本発明では、物体上の回折格子を、対物光学系を介して
2方向から照射するビームが、対物光学系の瞳面内で所
定間隔だけ離れることに着目し、瞳面内を通る2つのビ
ーム間隔はほぼ一定に保ったまま、瞳面内でともに格子
配列方向に同量だけ変位させる第1光学部材を、ビーム
発生用の光源と対物光学系との間の光路中に設けた。In the present invention, we focus on the fact that the beams that irradiate the diffraction grating on the object from two directions via the objective optical system are separated by a predetermined interval within the pupil plane of the objective optical system, and the two beams passing through the pupil plane A first optical member was provided in the optical path between the beam-generating light source and the objective optical system, and the first optical member was displaced by the same amount in the grating arrangement direction within the pupil plane while keeping the interval substantially constant.
さらに、本発明では、2本のビームの瞳面内での位置を
格子配列方向に変位させて、瞳面内での2本のビームの
間隔を変化させる第2光学部材を、光源から対物光学系
までの光路中に設けた。Furthermore, in the present invention, a second optical member that changes the interval between the two beams in the pupil plane by displacing the positions of the two beams in the pupil plane in the grating arrangement direction is moved from the light source to the objective optical member. It was installed in the optical path to the system.
第1光学部材は、2本のビームの物体への入射角の対称
性を調整するものであって、物体と対物光学系との間隔
を光軸方向に変位させる1間隔調整手段と、回折格子か
ら発生した回折光(干渉光)を対物光学系を介して光電
検出したときの検出信号の位相差に応じて第1光学部材
を調整する手段とによって制御される。さらに第2光学
部材は2つのビームの物体面での交差角を調整するもの
であり、検出信号の振幅(変調度)を検出することで自
動制御が可能となっている。The first optical member is for adjusting the symmetry of the angle of incidence of the two beams on the object, and includes a distance adjusting means for displacing the distance between the object and the objective optical system in the optical axis direction, and a diffraction grating. The first optical member is controlled by means for adjusting the first optical member according to the phase difference of the detection signal when the diffracted light (interference light) generated from the first optical member is photoelectrically detected through the objective optical system. Further, the second optical member adjusts the intersection angle of the two beams at the object plane, and automatic control is possible by detecting the amplitude (modulation degree) of the detection signal.
本発明では、従来の結像式、又はビームスポット式の位
置検出装置にくらべて、2ビ一ム干渉式の方が、光軸方
向に関する実効的な検出範囲を数倍〜数十倍以上に広げ
られる点、すなわち、実効的な検出範囲内で2本のビー
ムの交差によって作られる波面が光軸方向の各位置でほ
ぼ一定である点及び干渉縞のピッチの保存性が良好であ
る点に着目している。In the present invention, compared to conventional imaging type or beam spot type position detection devices, the two-beam interference type has an effective detection range in the optical axis direction several times to several tens of times more. In other words, the wavefront created by the intersection of two beams within the effective detection range is approximately constant at each position in the optical axis direction, and the pitch of the interference fringes is well preserved. I'm paying attention.
そのことについて、第2図を参照して説明する。This will be explained with reference to FIG.
第2図(A)は2本の平行なビームLB、、LB、を仮
想的な平面IP上で丁度交差するように投射、し、平面
IPに1次元の回折格子WP(デユーティは1:l)を
平行に配置した様子を示す、2つのビームLB、、LB
、の波長をλ、回折格子WPのピッチをP、2つのビー
ムLB+、LBmを投射する対物光学系の光軸を面IP
と垂直なAXaとし、ビームLB、 、LBfの入射角
をそれぞれ光軸AXaを挟んでθa1θbとすると、回
折格子WPから光軸AXaと平行に干渉光(回折光)B
TLを発生させるためには、(1)式を満たす必要があ
る。In Fig. 2(A), two parallel beams LB,, LB, are projected on a virtual plane IP so as to intersect exactly, and a one-dimensional diffraction grating WP (duty is 1:l) is projected onto the plane IP. ) are arranged in parallel, showing two beams LB,,LB
, the wavelength of , λ, the pitch of the diffraction grating WP is P, and the optical axis of the objective optical system that projects the two beams LB+ and LBm is the plane IP.
If AXa is perpendicular to
In order to generate TL, it is necessary to satisfy equation (1).
・・・・・・ (1) この(1)式を満たすと、2つのビームLB。・・・・・・(1) If this formula (1) is satisfied, there will be two beams LB.
、LBtが交差している空間領域内で、平面IPと平行
な任意の面内にはピッチ1/2Pで1次元の干渉縞IF
wが作られる。, LBt intersect, one-dimensional interference fringes IF with a pitch of 1/2P exist in any plane parallel to the plane IP.
w is created.
この干渉縞IFwの各明暗縞は、回折格子WPの各格子
エレメント(バーパターン)と平行になるように設定さ
れている。Each bright and dark fringe of this interference fringe IFw is set to be parallel to each grating element (bar pattern) of the diffraction grating WP.
以上は、2つのビームLB、%LB怠に周波数差Δfが
ないホモダイン法の場合で説明したが、差Δfがあるヘ
テロダイン法の場合、干渉縞IFWは速度Vで矢印の方
向(格子配列方向)に移動することになるが、干渉縞I
Fwのピッチの保存性はホモダイン方式と全く同じであ
る。ここで速度■は、干渉縞IFwのピッチをP”(−
1/2P)とすると、(2)式で表わされる。The above was explained in the case of the homodyne method where there is no frequency difference Δf between the two beams LB and %LB, but in the case of the heterodyne method where there is a difference Δf, the interference fringes IFW are at velocity V in the direction of the arrow (lattice arrangement direction) However, the interference fringe I
The pitch preservation property of Fw is exactly the same as that of the homodyne method. Here, the speed ■ is the pitch of the interference fringe IFw P''(-
1/2P), it is expressed by equation (2).
■−Δf−P’ ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(2)ところで入射角θa、θbの対称性がく
ずれると、干渉光BTLの発生方向にも傾きが生じるこ
とになり、光電検出の際に不都合が生じることもある。■−Δf−P'・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(2) However, if the symmetry of the incident angles θa and θb is disrupted, the generation direction of the interference light BTL will also be tilted, which may cause problems during photoelectric detection.
それは、ビームLB、の照射より回折格子WPから発生
する高次回折光のうちの1次光が垂直に透過、又は反射
し、ビームLB8の照射により発生する高次回折光のう
ちの1次光が垂直に透過、又は反射することによって干
渉光BTLが作られるためであり、入射角θa1θbが
異なってくると、それら2つの1次光の同軸性が失なわ
れてしまい、極端な場合は干渉光BTLが得られなくな
る。This is because the first-order light of the higher-order diffracted light generated from the diffraction grating WP is vertically transmitted or reflected by the irradiation of the beam LB, and the first-order light of the higher-order diffracted light generated by the irradiation of the beam LB8 is vertical. This is because interference light BTL is created by transmitting or reflecting from will not be obtained.
本発明では、2ビ一ム干渉方式が光軸方向に関して極め
て広い安定な検出範囲を有する点に着目して、2つのビ
ームLB、 、LBIの入射角の対称性を掻めて高精度
に検出するものである。The present invention focuses on the fact that the two-beam interference method has an extremely wide and stable detection range in the optical axis direction, and achieves high-precision detection by exploiting the symmetry of the incident angles of the two beams LB, , and LBI. It is something to do.
さらに2つのビームLB、、LBtの交差角θ(θa十
θb)が変動すると、干渉縞IFwのピッチが変化する
ことになり、これは回折格子ピッチに対するリニアリテ
ィを大きく変化させるため、位置の検出精度を低下させ
る。特にホモダイン法では干渉光BTLのスタティクな
強度値を検出しているため、この影響は大きい。Furthermore, if the intersection angle θ (θa + θb) of the two beams LB, LBt changes, the pitch of the interference fringes IFw changes, which greatly changes the linearity with respect to the diffraction grating pitch, so the position detection accuracy decrease. In particular, in the homodyne method, since a static intensity value of the interference light BTL is detected, this influence is large.
このことについて第2図(A)を参照して説明する。第
2図(A)において、WPは回折格子、IFwは速度V
で移動する干渉縞の強度分布を示し、IFwのボトム部
の光量はほぼ零である0回折格子WPの各格子エレメン
トのエツジから矢印で示した回折光Aeが垂直に発生し
、それらエレメントのエツジの全てからの回折光Aeの
総量が光電検出すべき干渉光BTLの大きさ(瞬時値)
になる、第2図(A)では、干渉縞IFwのピッチが回
折格子WPのピッチの1/2であるという理想条件から
れずかに狂った場合(リニアリティが悪化した場合)を
示しである。このため回折光Aeの分布は格子配列方向
にフラツトにはならず、正弦波状に変動した分布になる
。光電検出に使われる受光素子は、各エツジからの回折
光Aeの総量を受光するため、理想的な条件の場合に比
べて光電信号の振幅は小さくなってしまう、第2図(B
)は理想的な条件での信号波形(信号DSr、DSw)
を示し、第2図(C)は理想条件から狂った場合の信号
波形を示す、第2図(B)、(C)からも明らかなよう
に、理想条件からはずれると、信号振[(P−P値)が
小さくなるとともに、直流成分のオフセットVofが加
わることになる。This will be explained with reference to FIG. 2(A). In Fig. 2 (A), WP is a diffraction grating, IFw is a velocity V
The intensity distribution of interference fringes moving at The total amount of diffracted light Ae from all of is the size of interference light BTL to be photoelectrically detected (instantaneous value)
FIG. 2(A) shows a case where the pitch of the interference fringes IFw slightly deviates from the ideal condition of being 1/2 of the pitch of the diffraction grating WP (a case where the linearity deteriorates). Therefore, the distribution of the diffracted light Ae is not flat in the grating arrangement direction, but is a distribution that fluctuates in a sinusoidal manner. The photodetector used for photoelectric detection receives the total amount of diffracted light Ae from each edge, so the amplitude of the photoelectric signal becomes smaller than under ideal conditions, as shown in Figure 2 (B).
) are signal waveforms under ideal conditions (signals DSr, DSw)
Figure 2 (C) shows the signal waveform when the conditions deviate from the ideal conditions.As is clear from Figures 2 (B) and (C), when the conditions deviate from the ideal conditions, the signal waveform [(P -P value) becomes smaller, and an offset Vof of the DC component is added.
これら信号振幅の減少、オフセットVofの発生は極力
小さく押える必要がある。また本発明では、さらに2つ
のビームLB、 、BL、の交差角を安定に維持するよ
うにした。It is necessary to suppress the decrease in signal amplitude and the occurrence of offset Vof as much as possible. Further, in the present invention, the crossing angle of the two beams LB, BL, and BL is maintained stably.
次に、本発明の実施例による位置検出装置を投影型露光
装置(ステッパー)に組み込んだ機械について第1図、
第3図、第4図、第5図、第6図、及び第7図を参照し
て説明するが、基本的な構成は特開昭63−28312
9号公報に開示されたものと同様である。Next, FIG. 1 shows a machine in which a position detection device according to an embodiment of the present invention is incorporated into a projection exposure device (stepper)
The explanation will be given with reference to FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7, but the basic configuration is based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-28312.
This is similar to that disclosed in Publication No. 9.
第1図において、所定の回路パターンとアライメント用
の回折格子マークとを有する・レチクルlは2次元移動
可能なレチクルステージ2に保持される。レチクル1上
の各パターンは両側テレセンドリンクな投影レンズ3に
よって露光光のもとでウェハ4上に結像される。ただし
この投影レンズ3は露光用の照明光波長(gli、
i*等)に関して良好に色収差補正されており、その露
光用の波長に関してレチクル1とウェハ4とが互いに共
役になるように配置される。またウェハ4上にもレチク
ル1に形成された格子マークと同様の回折格子マークが
形成されている。さて、ウェハ4はステンプアンドリピ
ート方式でxSY方向に2次元移動するとともに、Z方
向に微動するステージ5に吸着され、ウェハ4上の1つ
のショット領域に対するレチクルlの転写露洸が終了す
ると、次のショット位置までステッピングされる。レチ
クルステージ2の一部には、レチクルlの水平面内での
X方向、X方向及び回転(θ)方向の位置を検出するた
めのレーザ光波干渉式測長器(以下、干渉計とする)4
3からのレーザビームを反射する移動鏡6が固定されて
いる。この干渉計43はX方向、X方向、θ方向の位置
を独立に検出するために3本の測長用レーザビームを有
するが、ここでは説明を簡単にするため図示を一部省略
しである。レチクルステージ2の移動ストロークは数ミ
リメートル以下であり、干渉計43の検出分解能は、例
えば0.01μm程度に定められている。In FIG. 1, a reticle I having a predetermined circuit pattern and a diffraction grating mark for alignment is held on a two-dimensionally movable reticle stage 2. Each pattern on the reticle 1 is imaged onto a wafer 4 under exposure light by a projection lens 3 which is telecentered on both sides. However, this projection lens 3 has a wavelength of illumination light for exposure (gli,
i*, etc.), and the reticle 1 and the wafer 4 are arranged so as to be conjugate to each other with respect to the exposure wavelength. Further, a diffraction grating mark similar to the grating mark formed on the reticle 1 is also formed on the wafer 4. Now, the wafer 4 is moved two-dimensionally in the xSY direction using the step-and-repeat method, and is attracted to the stage 5 that moves slightly in the Z direction. When the transfer exposure of the reticle l to one shot area on the wafer 4 is completed, Stepped to the next shot position. A part of the reticle stage 2 includes a laser beam interferometric length measuring device (hereinafter referred to as an interferometer) 4 for detecting the position of the reticle l in the horizontal plane in the X direction, the X direction, and the rotation (θ) direction.
A movable mirror 6 that reflects the laser beam from 3 is fixed. This interferometer 43 has three laser beams for length measurement in order to independently detect positions in the X direction, X direction, and θ direction, but some of them are omitted here to simplify the explanation. . The movement stroke of the reticle stage 2 is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer 43 is set to, for example, about 0.01 μm.
方、ウェハステージ5の一部にはウェハ4の水平面内で
のX方向、X方向の位置を検出するための干渉計45か
らのレーザビームを反射する移動鏡7が固定されている
。この干渉計45もX方向、X方向の位置を独立に検出
するために2本の測長用レーザビームを有するが、ここ
では説明を簡単にするため図示を一部省略しである。レ
チクルステージ2のX方向、X方向、θ方向の駆動は駆
動モータ42で行なわれ、ウェハステージ5の2次元移
動及びZ軸移動は駆動モータ46で行なわれる。On the other hand, a movable mirror 7 that reflects a laser beam from an interferometer 45 for detecting the position of the wafer 4 in the X direction and the X direction within the horizontal plane is fixed to a part of the wafer stage 5. This interferometer 45 also has two laser beams for length measurement in order to independently detect the positions in the X direction and the X direction, but some of them are omitted here for the purpose of simplifying the explanation. A drive motor 42 drives the reticle stage 2 in the X, X, and θ directions, and a drive motor 46 moves the wafer stage 5 in two dimensions and along the Z axis.
ところで露光用の照明計は、水銀ランプ30、楕円鏡3
1、集光レンズや干渉フィルター等を含む人力レンズ群
32、オプチカルインテグレータ(フライアイレンズ)
33、ミラー34、メインコンデンサーレンズ35及び
グイクロイックミラー22等によって構成される。ダイ
クロイックミラー22はレチクル1の上方に451で斜
設され、コンデンサーレンズ35からの露光光を垂直に
下方に反射させ、レチクル1を均一に照射する。このダ
イクロイックミラー22は露光光の波長に対しては90
%以上の反射率を有し、アライメント用の照明光の波長
(露光光よりも長波長)に対しては50%以上の透過率
を有する。By the way, the illuminator for exposure consists of 30 mercury lamps and 3 elliptical mirrors.
1. Manual lens group 32 including condensing lenses and interference filters, optical integrator (fly's eye lens)
33, a mirror 34, a main condenser lens 35, a gicroic mirror 22, and the like. The dichroic mirror 22 is installed obliquely at 451 above the reticle 1, and reflects the exposure light from the condenser lens 35 vertically downward, thereby uniformly illuminating the reticle 1. This dichroic mirror 22 has a 90° angle with respect to the wavelength of the exposure light.
% or more, and has a transmittance of 50% or more for the wavelength of illumination light for alignment (longer wavelength than exposure light).
次にこのステッパーのアライメント系について説明する
。アライメント用の照射光(ビーム)LBはレーザ光源
10から射出され、2つの音響光学変調器(AOM)を
含む2光束周波数シフター12に入射し、互いに周波数
が異なるとともに、共に直交した直線偏光を含む2本の
ビームLB、、LBIに変換される。その周波数差は2
つのAOMをドライブする高周波信号SF、 、Sr1
の周波数の差に対応している。Next, the alignment system of this stepper will be explained. Irradiation light (beam) LB for alignment is emitted from a laser light source 10, enters a two-beam frequency shifter 12 including two acousto-optic modulators (AOM), and includes linearly polarized light having different frequencies and orthogonal to each other. It is converted into two beams LB, , LBI. The frequency difference is 2
High frequency signal SF, , Sr1 that drives two AOMs
It corresponds to the difference in frequency.
周波数シフター12からの2本の平行なビームLB、
、LBIはビームスプリッタ−14で反射された後、瞳
リレー系17Aを通り、ビームスプリンター20を透過
した後、本件発明の第1光学部材としての平行平面ガラ
ス50(傾斜可能)を透過して2焦点光学系21に入射
する。2焦点光学系21は、アライメント系の瞳、すな
わち投影レンズ3の瞳EPと共役に配置された複屈折物
質(水晶、方解石等のレンズ)21bと顕微鏡用等のテ
レセントリックな対物レンズ21aとを一体に組み合わ
せたもので構成され、ビームLB、、LB、の偏光成分
(ダイクロイックミラー22に対して図中で紙面と平行
な偏波面をもつ光をP偏光とし、それと垂直な偏波面も
つ光をS偏光とする)に応じて異なるパワーを与えるも
のである。two parallel beams LB from the frequency shifter 12,
, LBI is reflected by the beam splitter 14, passes through the pupil relay system 17A, passes through the beam splinter 20, and then passes through the parallel plane glass 50 (which can be tilted) as the first optical member of the present invention. The light enters the focusing optical system 21. The bifocal optical system 21 integrates a birefringent material (a lens of crystal, calcite, etc.) 21b arranged conjugately with the pupil of the alignment system, that is, the pupil EP of the projection lens 3, and a telecentric objective lens 21a for a microscope or the like. The polarization components of the beams LB, , LB (with respect to the dichroic mirror 22, the light with a polarization plane parallel to the plane of the paper in the figure is P polarization, and the light with a polarization plane perpendicular to it is S polarization). It gives different powers depending on the polarization.
ここでレーザ光源10は直交直線偏光のレーザ光を発振
するものとする。このため2焦点光学系21を射出した
一方の偏光(例えばP偏光)成分からなるビームLB、
、LB、はレチクルlの上方空間の焦点26aで結像
(交差)し、他方の偏光(例えばS偏光)成分からなる
ビームLB、、LB3はレチクルlの下面のパターン面
と一致した焦点27aで結像(交差)する、また2焦点
光学系21の他方の焦点、すなわちレーザ光源10側で
焦点26a、27aの夫々と共役な面は、2光束周波数
シフター12内に存在する。ここで2焦点光学系21の
2つの焦点26a、27aの光軸方向の間隔はアライメ
ント用のレーザ光の波長における投影レンズ3のレチク
ルl側での色収差量に対応している。この空間中の焦点
面26aは投影レンズ3によってウェハ4の表面と一致
した結像面26bと共役になり、焦点面27a(レチク
ルパターン面)は投影レンズ3によってウェハ4の表面
から空間的に下方に離れた結像面27bと共役になる。Here, it is assumed that the laser light source 10 oscillates orthogonally linearly polarized laser light. Therefore, the beam LB consisting of one polarized light (for example, P polarized light) component emitted from the bifocal optical system 21,
, LB, are imaged (intersected) at a focal point 26a in the space above the reticle l, and beams LB, , LB3 consisting of the other polarized light component (for example, S polarized light) are focused at a focal point 27a that coincides with the pattern surface on the lower surface of the reticle l. A surface that forms an image (intersects) and is conjugate with the other focal point of the bifocal optical system 21, that is, the focal points 26a and 27a on the laser light source 10 side, exists within the two-beam frequency shifter 12. Here, the distance between the two focal points 26a and 27a of the bifocal optical system 21 in the optical axis direction corresponds to the amount of chromatic aberration on the reticle l side of the projection lens 3 at the wavelength of the alignment laser beam. The focal plane 26a in this space is made conjugate by the projection lens 3 with an imaging plane 26b that coincides with the surface of the wafer 4, and the focal plane 27a (reticle pattern plane) is directed spatially downward from the surface of the wafer 4 by the projection lens 3. It becomes conjugate with the imaging plane 27b which is far away.
結像面26bと27bの間隔は投影レンズ3のウェハ4
側での色収差量に対応、している、ここで結像面26b
と27bの間隔距離をDW、焦点面26aと27aの間
隔距離をD「、そして投影レンズ3の投影倍率を1/M
(通常Mは1.2.5.5.10のうちいずれか1つ)
とすると、−船釣にD r −M” ・Dwの関係が
ある。アライメント用のレーザ光の波長が露光光の波長
から離れれば離れる程、投影レンズ3の収差特性に応じ
てDw、Drは大きくなる。この種の投影レンズの焦点
深度は極めて浅く、±lam程度であり、アライメント
用照明光の波長にもよるが間隔Dwは飲loom程度に
達することもある。尚、アライメント用照明光(レーザ
光)はウェハ4に塗布されたレジストに対してほとんど
感度を持たない波長にすることが望しいが、本発明にお
いては必ずしも満たされる条件ではない、それは投影レ
ンズによって露光光の波長とアライメント用照明光の波
長とで極端に大きな収差が生じ、特にウェハ4上の回折
格子マークからの光情報自体に大きな歪みが加えられて
しまう恐れがあるからである。このためその収差との兼
ね合いで最適なアライメント用照明光を定めることを優
先することの方が重要である。従ってアライメント用照
明光が長時間(例えば1分以上)レジストを照射すると
、感光させてしまう(現像後に薄減りが生じる)ような
弱い感度の波長になる場合もある。この場合は2つのビ
ームLB、 、LB、の送光路中にアライメント時に開
放するシャッターを設ける。The distance between the imaging planes 26b and 27b is the same as that of the wafer 4 of the projection lens 3.
The image forming surface 26b corresponds to the amount of chromatic aberration on the side.
and 27b is DW, the distance between focal planes 26a and 27a is D'', and the projection magnification of the projection lens 3 is 1/M.
(Usually M is one of 1.2.5.5.10)
Then, there is a relationship of -D r -M'' ・Dw for boat fishing.The farther the wavelength of the alignment laser light is from the wavelength of the exposure light, the more Dw and Dr will change depending on the aberration characteristics of the projection lens 3. The depth of focus of this type of projection lens is extremely shallow, about ±lam, and the distance Dw can reach the order of 200 mm, depending on the wavelength of the alignment illumination light. It is desirable that the wavelength of the laser beam (laser beam) be almost insensitive to the resist coated on the wafer 4, but this condition is not necessarily met in the present invention. This is because an extremely large aberration occurs due to the wavelength of the illumination light, and there is a risk that a large distortion may be added to the optical information itself, especially from the diffraction grating mark on the wafer 4. Therefore, the optimum It is more important to give priority to determining the alignment illumination light. Therefore, if the alignment illumination light illuminates the resist for a long time (for example, more than 1 minute), it will be exposed to light (fading will occur after development). In some cases, the wavelengths have weak sensitivity such as LB, LB, and LB.In this case, a shutter is provided in the light transmission path of the two beams LB, LB, and LB, which are opened during alignment.
さて、アライメント用のレーザ光のうちP偏光の2つビ
ームLB、、LB、は焦点面27aでレチクル1の回折
格子マーク部分に、そのビームLB、 、LB、との成
す角度で2方向から入射し結像する。またレチクル1の
透明部を透過した焦点面26aからのS偏光の2本ビー
ムLB、、LB、は、投影レンズ3を介して焦点面26
bでウェハ4の回折格子マーク部分に、そのビームLB
。Of the laser beams for alignment, two P-polarized beams LB, , LB are incident on the diffraction grating mark portion of the reticle 1 at the focal plane 27a from two directions at angles formed by the beams LB, , LB. and forms an image. In addition, the two S-polarized beams LB, LB, from the focal plane 26a that have passed through the transparent part of the reticle 1 are transmitted to the focal plane 26a through the projection lens 3.
The beam LB is applied to the diffraction grating mark portion of the wafer 4 at b.
.
とLB、との成す角度で2方向から入射し結像する。そ
してレチクルlの回折格子マークからの反射回折光(干
渉光BTL)はダイクロイックミラー22.2焦点光学
系21、平行平面ガラス50を介してビームスブリック
20で反射された後、瞳リレー系17Bを通って瞳共役
面(フーリエ面)に配置された空間フィルター23で軸
上を進む回折光(BTL)のみがフィルタリングされ、
さらに集光レンズ24によって光電検出器25に達する
。またウェハ4の回折格子マークからの反射回折光(干
渉光BTL)は投影レンズ3を介して元の光路を戻り、
レチクルlの透明部を透過してダイクロイックミラー2
2.2焦点光学系21、平行平面ガラス50、ビームス
プリッタ20、瞳すレー系17B、空間フィルター23
、及び集光レンズ24を通って光電検出器(受光素子)
25に達する。空間フィルター23はアライメント光学
系の瞳面と共役な位置、すなわち投影レンズ3の瞳(射
出瞳)と実質共役な位置に配置され、レチクル11又は
ウェハ4からの正反射光(0次光)を遮断し、レチクル
l又はウェハ4の回折格子に垂直(面の法線方向)に回
折される光のみを通すように定められている。そして光
電検出器25の前には、2焦点光学系21、瞳リレー系
17B1及びレンズ24を介してレチクル1、ウェハ4
の夫々と共役に配置されたアパーチャ板25が設けられ
ている。The light is incident from two directions at the angles formed by and LB, and an image is formed. The reflected diffracted light (interference light BTL) from the diffraction grating mark on the reticle L is reflected by the beam brick 20 via the dichroic mirror 22.2, the focusing optical system 21, and the parallel plane glass 50, and then passes through the pupil relay system 17B. Only the diffracted light (BTL) traveling on the axis is filtered by a spatial filter 23 placed on the pupil conjugate plane (Fourier plane).
Further, the light reaches a photoelectric detector 25 through a condensing lens 24 . Further, the reflected diffracted light (interference light BTL) from the diffraction grating mark on the wafer 4 returns to its original optical path via the projection lens 3.
Dichroic mirror 2 passes through the transparent part of reticle l.
2.2 focal optical system 21, parallel plane glass 50, beam splitter 20, pupil system 17B, spatial filter 23
, and a photoelectric detector (light receiving element) through the condensing lens 24.
Reach 25. The spatial filter 23 is arranged at a position conjugate with the pupil plane of the alignment optical system, that is, at a position substantially conjugate with the pupil (exit pupil) of the projection lens 3, and filters specularly reflected light (zero-order light) from the reticle 11 or the wafer 4. It is designed to block only light that is diffracted perpendicularly to the diffraction grating of the reticle l or the wafer 4 (in the normal direction of the surface). In front of the photoelectric detector 25, a reticle 1 and a wafer 4 are connected via a bifocal optical system 21, a pupil relay system 17B1, and a lens 24.
An aperture plate 25 is provided which is arranged conjugately with each of the aperture plates 25 and 25.
さて光電検出器25から得られる光電信号DS「、DS
wは、レチクルl又はウェハ4を2方向から照射するビ
ームLB、 、LB、によって作られた干渉縞が各回折
格子マーク上でピッチ方向に流れるように照射されるこ
とになるので、高周波信号SF、、SFの差Δfに応じ
た周波数の正弦波状の交流信号(ビート周波数)となる
、ところで2光束周波数シフター12からの2つのビー
ムLB、 、LB、は、ビームスプリンタ14を透過し
、瞳(フリー工面)を像面に変換するレンズ系(逆フー
リエ変換レンズ)16によって参照用回折格子18上に
結像(交差)する、この参照用回折格子18は装置上で
固定されているものである。Now, the photoelectric signal DS ", DS" obtained from the photoelectric detector 25
Since the interference fringes created by the beams LB, , LB, which irradiate the reticle l or wafer 4 from two directions are irradiated onto each diffraction grating mark so that they flow in the pitch direction, w is a high-frequency signal SF. , , The two beams LB, , LB, from the two-beam frequency shifter 12, which become sinusoidal alternating current signals (beat frequency) with a frequency corresponding to the difference Δf between SFs, pass through the beam splinter 14 and pass through the pupil ( An image is formed (crossed) on a reference diffraction grating 18 by a lens system (inverse Fourier transform lens) 16 that converts a free-grained surface into an image plane, and this reference diffraction grating 18 is fixed on the device. .
この回折格子18にもビームLB、とビームLB8とが
所定の交差角度で2方向から入射する。光電検出器(受
光素子)19は参照用回折格子18を透過した0次光以
外の回折光(又は干渉光)を受光して、正弦波状の光電
信号DRを出力する。The beams LB and LB8 are also incident on this diffraction grating 18 from two directions at predetermined crossing angles. The photoelectric detector (light receiving element) 19 receives diffracted light (or interference light) other than the zero-order light that has passed through the reference diffraction grating 18, and outputs a sinusoidal photoelectric signal DR.
この光電信号DRは2つのビームLB1、LB!の差周
波数に比例した周波数となり、基準ビート信号となる0
位相検出系40は、光電検出器25からのレチクル側の
光電信号DS r、ウェハ側の光電信号DSwと光電検
出器19からの光電信号DRとを入力し、信号DRを基
準とした両信号DSr、DSwの波形上の位相差を検出
する。検出された位相差(±180°)はそれぞれレチ
クルl、ウェハ4の夫々に形成された回折格子マークの
格子ピッチの1/2内の相対位置ずれ量に一義的に対応
している。主制御系41は検出された位相差(位置ずれ
量)の情報、サーボシステム44を介して得られる干渉
系43.45の各々からの位置情報等に基づいて駆動モ
ータ42.46を制御し、レチクル1とウェハ4の相対
位置合わせ(アライメント)を行なう、尚、141図の
説明では、2つのビームLBI 、LBtは紙面内で交
差するように示したが、実際は投影レンズ3の光軸AX
を含む平面と垂直な面内で互いに傾いている。This photoelectric signal DR consists of two beams LB1, LB! The frequency is proportional to the difference frequency of 0, which becomes the reference beat signal.
The phase detection system 40 inputs the reticle-side photoelectric signal DSr from the photoelectric detector 25, the wafer-side photoelectric signal DSw, and the photoelectric signal DR from the photoelectric detector 19, and detects both signals DSr based on the signal DR. , DSw waveforms are detected. The detected phase difference (±180°) uniquely corresponds to the amount of relative positional deviation within 1/2 of the grating pitch of the diffraction grating marks formed on the reticle l and the wafer 4, respectively. The main control system 41 controls the drive motor 42.46 based on information on the detected phase difference (positional deviation amount), position information from each of the interference systems 43.45 obtained via the servo system 44, etc. Relative positioning (alignment) between the reticle 1 and the wafer 4 is performed.In the explanation of FIG.
are inclined to each other in a plane perpendicular to the plane containing.
そして平行平面ガラス50は、駆動制御系52によって
2本のビームLB、 、LBtが対物レンズ21bの光
軸(AXa)を含む面内で同一方向に平行移動するよう
に傾斜駆動される。The parallel plane glass 50 is tilted and driven by the drive control system 52 so that the two beams LB, LBt, LBt move in parallel in the same direction within a plane that includes the optical axis (AXa) of the objective lens 21b.
以上の全体構成において、アライメント光学系の一部、
特に2焦点光学系21はレチクルl上のアライメントマ
ークの配置に応じて任意の位置に可動とされ、どのよう
なマーク配置であってもマ−り検出が可能となっている
。そのことについては後で詳しく述べる。さらにレチク
ル1の上方に斜設したグイクロイックミラー22によっ
て露光光とアライメント用照明光とを分離するため、露
光動作中であってもマーク検出が可能となる。これは露
光中において何らかの外乱でレチクル1とウェハ4との
アライメント状態が狂った場合も、その時点でただちに
検出できることを意味する。In the above overall configuration, part of the alignment optical system,
In particular, the bifocal optical system 21 is movable to any position according to the arrangement of the alignment marks on the reticle l, making it possible to detect marks regardless of the arrangement of the marks. I will discuss this in detail later. Furthermore, since the exposure light and the alignment illumination light are separated by the guichroic mirror 22 provided obliquely above the reticle 1, mark detection is possible even during the exposure operation. This means that even if the alignment between the reticle 1 and the wafer 4 goes out of alignment due to some disturbance during exposure, it can be detected immediately.
さらに位相検出系40からの位相差情報に基づいて露光
動作中てあってもレチクルステージ2とウェハステージ
5との位置決めサーボをクローズド・ループで実行でき
ることをも意味する。このため露光されたレジストパタ
ーンの線幅も、わずかな像ぶれによって太ることがない
、尚、露光光の光源は水銀ランプ以外のエキシマレーザ
光源等に置きかえてもよい。Furthermore, it also means that the positioning servo between the reticle stage 2 and the wafer stage 5 can be executed in a closed loop based on the phase difference information from the phase detection system 40 even during the exposure operation. Therefore, the line width of the exposed resist pattern will not increase due to slight image blurring. Note that the light source of the exposure light may be replaced with an excimer laser light source or the like other than the mercury lamp.
次に第3図を用いてアライメント系のみの詳細な構成、
及びアライメントの原理を模式的に説明する。第3図に
おいて、グイクロイックミラ−22、ビームスプリッタ
14は簡単にするために省略してあり、第1図中のもの
と同一の部材には同じ符号をつけである。また、第3図
中の平行平面ガラス50の位置は第1図と異なるが、本
実施例の場合どちらでもよい、2光束周波数シフター1
2から射出して、瞳リレー系17Aに入射する2つのビ
ームLB、 、LB、は、瞳リレー系17Aの内部では
平行光束となり、−度交差した後に射出する。このとき
、対物レンズ21a等の光軸AXaに対して射出したビ
ームLB、 、LB、の各主光線LA、 、LAtは平
行になるとともに、瞳面内でスポットとして、集光する
結像光束となる。Next, using Figure 3, the detailed configuration of only the alignment system,
and the principle of alignment will be schematically explained. In FIG. 3, the gicroic mirror 22 and beam splitter 14 are omitted for the sake of simplicity, and the same members as in FIG. 1 are given the same reference numerals. Furthermore, although the position of the parallel plane glass 50 in FIG. 3 is different from that in FIG. 1, it may be either position in this embodiment.
The two beams LB, LB, which are emitted from the pupil relay system 17A and enter the pupil relay system 17A, become parallel light fluxes inside the pupil relay system 17A, and exit after intersecting by − degrees. At this time, the principal rays LA, , LAt of the beams LB, LB, LB, emitted from the optical axis AXa of the objective lens 21a, etc. become parallel to each other, and form a spot in the pupil plane with the imaging light beam converged. Become.
ところでビームLB+ 、LBgの偏光方向は、2焦点
光学系21によってP偏光とS偏光に分離されて焦点2
6a、27aに集光するとき、P偏光とS(a光とでそ
の光強度(光量)が所定の比になるように調整されてい
る0通常、ウェハ4に達する光の方が損失が多いので、
ウェハ4への光量を増やすようにする。そのためには、
2重焦点素子21bを光軸AXaの回りに所定角度だけ
回転させたり、レーザ光源lOと2光束周波数シックー
12との間にλ/2板を挿入し、それを光軸の回りに所
定角度だけ回転させたりする構造を採用すればよい、す
なわち、それによってレチクルlに達する偏光成分とウ
ェハ4へ達する偏光成分との光量比を最適なものに調整
できる。さて、平行平面ガラス50が光軸AXaと正確
に直交するように配置されていると、2本のビームLB
、 、LB、は、瞳リレー系17Aの作用でテレセント
リックな2焦°点光学系21の瞳面、すなわち複屈折物
質21b内で光軸AXaを挾んで点対称な2点にスポッ
トとして結像するように入射し、ビームLB、は複屈折
物質21bのところで偏光成分によってP偏光のビーム
LB、、とS偏光のビームLB Imとに分離され、2
焦点光学系21の光軸AXaに対する瞳面内でのスポッ
ト位1で決まる角度だけ傾いた平行光束となってレチク
ルlに達する。By the way, the polarization directions of the beams LB+ and LBg are separated into P polarized light and S polarized light by the bifocal optical system 21, and the beams LB+ and LBg are separated into P polarized light and S polarized light,
When focusing on 6a and 27a, the light intensity (light amount) of P polarized light and S (a light) is adjusted to be a predetermined ratio.Normally, the light that reaches wafer 4 has more loss. So,
The amount of light directed to the wafer 4 is increased. for that purpose,
The bifocal element 21b may be rotated by a predetermined angle around the optical axis AXa, or a λ/2 plate may be inserted between the laser light source lO and the dual beam frequency thicker 12, and the bifocal element 21b may be rotated by a predetermined angle around the optical axis. What is necessary is to adopt a structure in which the light is rotated, that is, the ratio of the amount of light between the polarized light component reaching the reticle l and the polarized light component reaching the wafer 4 can be adjusted to an optimal one. Now, if the parallel plane glass 50 is arranged to be exactly perpendicular to the optical axis AXa, two beams LB
, , LB, are imaged as spots at two point-symmetric points across the optical axis AXa in the pupil plane of the telecentric bifocal optical system 21, that is, the birefringent material 21b, by the action of the pupil relay system 17A. The beam LB is incident on the birefringent material 21b and is separated into a P-polarized beam LB, , and an S-polarized beam LB Im by the polarization component, and
The light reaches the reticle l as a parallel light beam tilted by an angle determined by the spot position 1 in the pupil plane with respect to the optical axis AXa of the focusing optical system 21.
同様にビームLB、もP偏光のビームLB、、とS偏光
LB、、とに分離され、対物レンズ21aの光軸AXa
を挟んでビームLBIF、LBISの夫々と対称的な角
度の平行光束となってレチクル1にたつする。P偏光に
関しては焦点27aと瞳リレー系17Aの内部の交差点
く共役像面)IP’ とが共役であるため、P偏光のビ
ームLBIP、LB*rは回折格子マークRMのとこで
ほぼ平行光束となって交差(結像)する、第3図におい
てマークRMの格子配列方向は紙面内の左右方向であり
、ビームLB+p、LBgrの各々の光軸AXaからの
I’14き方向も第3図の紙面内に定められる。レチク
ルlには第4図(a)に示すように回折格子マークRM
と透明な窓部P0とが形成されており、ビームLBIF
、LB□はともにマークRMと窓部P0とをカバーする
大きさでレチクル1を照射する。Similarly, the beam LB is also separated into a P-polarized beam LB, , and an S-polarized beam LB, and the optical axis AXa of the objective lens 21a is
The beams LBIF and LBIS are formed into parallel light fluxes at symmetrical angles with each other in between, and reach the reticle 1. Regarding P-polarized light, since the focal point 27a and the conjugate image plane (IP') at the intersection inside the pupil relay system 17A are conjugate, the P-polarized beams LBIP, LB*r become almost parallel beams at the diffraction grating mark RM. In FIG. 3, the lattice arrangement direction of the mark RM is the left-right direction in the plane of the paper, and the direction I'14 from the optical axis AXa of each of the beams LB+p and LBgr is also the same as in FIG. Defined within the paper. The reticle l has a diffraction grating mark RM as shown in Fig. 4(a).
and a transparent window P0 are formed, and the beam LBIF
, LB□ illuminate the reticle 1 with a size that covers the mark RM and the window P0.
第4図(a)に示したマークRMはX方向(格子配列方
向)の位置検出に使われるものであり、ウェハ4上の回
折格子マークWMも第4図(b)に示すように、これと
対応している。マークWMはアライメント時(又は露光
時)にレチクル1の窓部Poの位置に整列するように定
められている。The mark RM shown in FIG. 4(a) is used for position detection in the X direction (grating arrangement direction), and the diffraction grating mark WM on the wafer 4 is also similar to this as shown in FIG. 4(b). It corresponds to The mark WM is determined to be aligned with the position of the window Po of the reticle 1 during alignment (or during exposure).
さて2焦点光学系21を射出したほぼ平行なS偏光のビ
ームLB、、、LBmsは空間上の焦点26aで−度結
像(交差)した後、レチクル1の窓部P、を透過し、投
影レンズ3の瞳EPで一度スポット光として集光し、そ
してウェハ4の回折格子マークWMに互いに異なる2方
向から入射するように結像される。これはS偏光に関し
ては焦点26a(ウェハ共役面)と瞳リレー系17Aの
内部の交差面IP’ とが共役だからである。投影レン
ズ3から射出したほぼ平行なS偏光のビームLB、、、
LBx−の各々は、回折格子マークWMの格子配列方向
に関して対称的に傾いて入射する。ウェハ4に達したS
偏光のビームLB、、、LBx−の主光線の成す角度θ
は大きくても投影レンズ3の射出(ウェハ)側の開口数
を越えることはない、尚、瞳すレー系17A内部の交差
面IP’ に対してレチクル1とウェハ4とはそれぞれ
共役に配置されるため、交差面IP″を通るビームLB
、 、LB、が平行光束であるとすると、レチクル、ウ
ェハ上の夫々で各ビームLB、、、LBl、、LB、、
SLBよ、はともに平行光束となる。Now, the almost parallel S-polarized beams LB, ..., LBms exiting the bifocal optical system 21 are imaged (intersected) at a focal point 26a in space, and then transmitted through the window P of the reticle 1 and projected. The light is once focused as a spot light by the pupil EP of the lens 3, and then imaged so as to be incident on the diffraction grating mark WM of the wafer 4 from two different directions. This is because, for S-polarized light, the focal point 26a (wafer conjugate plane) and the intersecting plane IP' inside the pupil relay system 17A are conjugate. A nearly parallel S-polarized beam LB emitted from the projection lens 3,...
Each of LBx- is incident at a symmetrical angle with respect to the grating arrangement direction of the diffraction grating mark WM. S reached wafer 4
The angle θ formed by the principal rays of the polarized beams LB,..., LBx-
Even if it is large, it does not exceed the numerical aperture of the exit (wafer) side of the projection lens 3. Note that the reticle 1 and the wafer 4 are arranged conjugately with respect to the intersecting plane IP' inside the pupil system 17A. Therefore, the beam LB passing through the intersecting plane IP''
, , LB, are parallel light beams, each beam LB, , , LBl, , LB, , on the reticle and wafer, respectively.
SLB, both become parallel beams of light.
以上のようにマークRM上に異なる2方向からビームL
B IF、 L B zpが照射されると、マークR
M上には干渉縞が生じるが、その干渉縞はマークRMの
格子配列方向に2つのビームLB、 、LBよの差周波
数に対応して移動する(流れる)ことになる、マークR
Mから2焦点光学系、21の光軸AXa上に沿って回折
光104が発生するが、干渉縞の移動によって、回折光
104は明暗の変化を周期的に繰り返すビート波面にな
る。よって光電検出器25からの信号DSrは、その明
暗変化の周期に応じた正弦波状の交流信号となる。As described above, the beam L is applied to the mark RM from two different directions.
When B IF, LB zp is irradiated, mark R
Interference fringes occur on M, but the interference fringes move (flow) in the grating arrangement direction of the mark RM in response to the difference frequency between the two beams LB, , LB, and the mark R.
Diffracted light 104 is generated from M along the optical axis AXa of the bifocal optical system 21, but due to the movement of the interference fringes, the diffracted light 104 becomes a beat wavefront that periodically repeats changes in brightness and darkness. Therefore, the signal DSr from the photoelectric detector 25 becomes a sinusoidal alternating current signal corresponding to the period of the change in brightness and darkness.
以上のことは、ウェハ4上の回折格子マークWMとS偏
光のビームLB、、、LBoとの関係においても全く同
様であり、マークWMからはビート波面をもつ回折光1
05が垂直に発生し、これは投影レンズ3の主光線に沿
って進み、レチクル1の窓部P0を介して光電検出器2
5に達する。The above is exactly the same in the relationship between the diffraction grating mark WM on the wafer 4 and the S-polarized beams LB, .
05 is generated vertically, which travels along the chief ray of the projection lens 3 and passes through the window P0 of the reticle 1 to the photodetector 2.
Reach 5.
さて、光電検出器25は2焦点光学系21を介してマー
クRMとマークWMの夫々と共役に配置されるとしたが
、実際には第3図に示すように、マークRM、WMの夫
々と共役な位置に、第4図(C)に示すようなアパーチ
ャ板25°を設け、このアパーチャ板25°のアパーチ
ャAP SAsを透過した回折光104.105を光電
検出するように構成される。ここでアパーチャA、は、
例えばレチクル1のマークRMからの回折光104によ
る回折像を取り出すものであり、アパーチャA、はウェ
ハlのマークWMからの回折光105による回折像を取
り出すものである。従って光電検出器25の受光面を各
アパーチャAt、Asの後に別個に設けることによって
、マークRMによるレチクルlの位置検出とマークWM
によるウェハ4の位置検出とが独立に可能となる。尚、
アパーチャA、にはP偏光のビームL B lp、、L
B zpによって照射されたレチクル1のマークRM
の像ができるが、同時にS偏光のビームLB、、、LB
、。Now, although it is assumed that the photoelectric detector 25 is arranged conjugately with each of the marks RM and WM via the bifocal optical system 21, in reality, as shown in FIG. A 25° aperture plate as shown in FIG. 4(C) is provided at a conjugate position, and the diffracted light 104 and 105 transmitted through the aperture AP SAs of the 25° aperture plate is configured to be photoelectrically detected. Here, aperture A is
For example, the aperture A is for taking out a diffraction image of the diffracted light 104 from the mark RM of the reticle 1, and the aperture A is for taking out the diffraction image of the diffracted light 105 from the mark WM of the wafer l. Therefore, by separately providing the light receiving surface of the photoelectric detector 25 after each aperture At, As, the position of the reticle l by the mark RM and the mark WM can be detected.
It becomes possible to detect the position of the wafer 4 independently. still,
Aperture A has a P-polarized beam L B lp, , L
Mark RM of reticle 1 illuminated by B zp
An image of S-polarized light LB, , LB is formed at the same time.
,.
の反射回折光もバックグラウンドノイズとして入ってく
る。このためアパーチャA、にはP偏光を通す偏光板を
設け、アパーチャA、にはS偏光を通す偏光板を設ける
とよい、こうすると、2つの光電検出器25の夫々で、
ウェハからの光とレチクルからの光とが混在してしまう
クロストークは十分に低減される。The reflected and diffracted light also enters as background noise. For this reason, it is preferable to provide a polarizing plate for passing P-polarized light in aperture A, and a polarizing plate for passing S-polarized light in aperture A. In this way, each of the two photoelectric detectors 25
Crosstalk, where light from the wafer and light from the reticle are mixed, is sufficiently reduced.
さて、回折光104.105は周期的(正弦波状)な明
暗情報となり、得られる光電信号DSr、DSwは、レ
チクル1又はウェハ4が静止していたとしても、正弦波
状の交流信号となる。従ってこの場合は、第1図中に示
した光電検出器19からの光電信号DRを参照信号とし
て、マークRMからの回折光104の光電信号DSrと
の位相差φrを位相検出系40で検出する。同様にして
、マークWMからの回折光105の光電信号DSwと参
照信号DRとの位相差φWを検出する。そして、位相差
φrとφWの差を求めれば、レチクル1とウェハ4のX
方向のずれ量がわかる。この検出方式は所謂光ヘテロゲ
イン方式と呼ばれ、レチクル1とウェハ4が格子ピッチ
Pの1/2の位置誤差範囲(プリアライメント精度)内
であれば、静止状態であっても高分解能で位置ずれ検出
できる。そのためレチクル1のパターンをウェハ4のレ
ジストへ露光している間に微小な位置ずれが生しないよ
うにクローズド・ループの位置サーボをかけるのに好都
合である。この検出方式では、φ「−φWが零(又は所
定値)になるようにレチクルl又はウェハ4を移動させ
てアライメントを完了させ、た後、引き続きそのアライ
メント位置でレチクルlとウェハ4とが相対移動しない
ようにサーボ・ロックをかけることができる。Now, the diffracted lights 104 and 105 become periodic (sinusoidal) brightness information, and the resulting photoelectric signals DSr and DSw become sinusoidal alternating current signals even if the reticle 1 or wafer 4 is stationary. Therefore, in this case, using the photoelectric signal DR from the photoelectric detector 19 shown in FIG. 1 as a reference signal, the phase difference φr between the diffracted light 104 from the mark RM and the photoelectric signal DSr is detected by the phase detection system 40. . Similarly, the phase difference φW between the photoelectric signal DSw of the diffracted light 105 from the mark WM and the reference signal DR is detected. Then, if we calculate the difference between the phase differences φr and φW,
You can see the amount of deviation in direction. This detection method is called the optical heterogain method, and as long as the reticle 1 and wafer 4 are within the positional error range (prealignment accuracy) of 1/2 of the grating pitch P, the positional deviation can be detected with high resolution even in a stationary state. Can be detected. Therefore, it is convenient to apply closed-loop position servo to prevent minute positional deviations from occurring while exposing the pattern of the reticle 1 to the resist of the wafer 4. In this detection method, alignment is completed by moving reticle l or wafer 4 so that φ"-φW becomes zero (or a predetermined value), and then reticle l and wafer 4 are moved relative to each other at that alignment position. A servo lock can be applied to prevent movement.
次に、第5図、第6図、第7図を参照して、2光束周波
数シフター12の構成を説明する。Next, the configuration of the two-beam frequency shifter 12 will be explained with reference to FIGS. 5, 6, and 7.
第5図に示すように、レーザ光源10からの平行なビー
ムLB(直交直線偏光)はミラー70で反射され、偏光
ビームスプリッタ71でP偏光成分のビームLBPとS
偏光成分のビームLB、とに分けられる。ビームLBP
はミラー72で反射され、AOM (音響光学変調器)
73に入射し、ビームLB、は偏光ビームスプリンタ7
1で反射され、AOM74に入射する。AOM73は周
波数flの高周波信号S F lでドライブされ、その
周波数f1で決まる回折角だけ偏光された1次光をビー
ムLB、として出力する。AOM74は周波数rx
(ft =ft−Δf)の高周波信号SF8でドライブ
され、その周波数f、で決まる回折角だけ偏向された1
次光をビームLB、として出力する。各AOMに対する
入射ビームのうちの0次光り、は適当な位置に配置され
たスリット等で遮光される。尚、ドライブ周波数f+、
fiと差周波数Δfとの関係は、ft >>Af、ft
>>Afであるのが望ましく、Afの上限は光電検出
器19.25の応答性によって決まる。As shown in FIG. 5, a parallel beam LB (orthogonal linearly polarized light) from the laser light source 10 is reflected by a mirror 70, and a polarized beam splitter 71 converts the P-polarized component beam LBP and S
It is divided into a polarized beam LB, and a polarized beam LB. Beam LBP
is reflected by the mirror 72, and the AOM (acousto-optic modulator)
73, the beam LB is polarized beam splinter 7
1 and enters the AOM 74. The AOM 73 is driven by a high-frequency signal S F l having a frequency fl, and outputs, as a beam LB, primary light polarized by a diffraction angle determined by the frequency f1. AOM74 has frequency rx
1 driven by a high frequency signal SF8 of (ft = ft - Δf) and deflected by the diffraction angle determined by its frequency f.
The secondary light is output as beam LB. The zero-order light of the beam incident on each AOM is blocked by a slit or the like placed at an appropriate position. Furthermore, the drive frequency f+,
The relationship between fi and the difference frequency Δf is ft >>Af, ft
>>Af is desirable, and the upper limit of Af is determined by the responsiveness of the photoelectric detector 19.25.
さて、AOM74からのビームLB、はミラー75で反
射され偏光ビームスプリフタ76に入射し、AOM73
からのビームLBPはそれと直交する方向から偏光ビー
ムスプリッタ76に入射する。ここで偏光ビームスプリ
ッタ76は、2つのビームLBF 、LB、を完全に同
軸に合成するのではなく、ある量だけ間隔をあけるよう
に互いに平行に合成する。この間隔は、本実施例の場合
、レチクルl、ウェハ4を照射する2本のビームLB、
、LB、の交差角θを規定することになる。Now, the beam LB from the AOM 74 is reflected by the mirror 75 and enters the polarizing beam splitter 76, and the beam LB from the AOM 74
The beam LBP from the LBP enters the polarizing beam splitter 76 from a direction perpendicular thereto. Here, the polarizing beam splitter 76 does not combine the two beams LBF and LB completely coaxially, but combines them parallel to each other so as to be spaced apart by a certain amount. In the case of this embodiment, this interval is between the two beams LB that irradiate the reticle L and the wafer 4, and
, LB, and the intersection angle θ is defined.
2本の平行なビームLB、 、LB、は、次に第6図に
示す光学系に入射する。ビームLBP (p偏光)と
LB、(S偏光)とはΔ1だけの周波数差をもつが、本
実施例では、レチクル上に周波数差をもつ2本のP偏光
ビームを照射し、ウェハ上には周波数差をもつ2本のS
偏光ビームを照射する必要がある。すなわち第6図の系
は、周波数f、の1本のS偏光ビームLB、と周波数f
、の1本のP偏光ビームLBPとの2本から、4本ビー
ムLBIP、 LBIP、LBl!、LB、、を作り出
すものである。The two parallel beams LB, LB, then enter the optical system shown in FIG. Beams LBP (p-polarized light) and LB, (S-polarized light) have a frequency difference of only Δ1, but in this example, the reticle is irradiated with two P-polarized beams with a frequency difference, and the wafer is irradiated with two P-polarized beams. Two S with frequency difference
It is necessary to irradiate with a polarized beam. In other words, the system in FIG. 6 consists of one S-polarized beam LB with frequency f, and
, one P-polarized beam LBP and two to four beams LBIP, LBIP, LBl! , LB, .
2本のビームLBs 、LB、は第6図に示すような偏
光方向45°の1/2波長板117、偏光ビームスプリ
ッタ11B、119等で周波数f。The two beams LBs, LB, have a frequency f using a 1/2 wavelength plate 117 with a polarization direction of 45°, polarization beam splitters 11B, 119, etc. as shown in FIG.
のP偏光ビームLB、PとS偏光ビームLB0が同軸に
合成されてビームLB、となり、周波数f8(r+ −
Af)のP偏光ビームLB口とS偏光ビームLBffi
fiが同軸に合成されてビームLBIとなって偏光ビー
ムスプリッタ119を射出する。P polarized beam LB, P and S polarized beam LB0 are coaxially combined to form beam LB, and frequency f8(r+ −
Af) P polarized beam LB port and S polarized beam LBffi
fi is coaxially combined to form a beam LBI which exits the polarizing beam splitter 119.
第6図に示したように、172波長板117にsl光ビ
ームLB、(周波数f、)が入射すると、その偏光方向
が45°だけ回転する。このため偏光ビームスプリッタ
11BではP偏光とビームLB□とS偏光のビームLB
t、とに分けられる。172波長板117を通ったP偏
光のビームLBP(周波数f、)についても同様に偏光
方向が450だけ回転するため、ビームスプリッタ11
BではP偏光のビームLBIFとS偏光のビームLB+
−に分割される。各ビームは金属反射面を有する直角プ
リズム120.121を介して偏光ビームスプリフタ1
191合成され、再び2本の平行なビームLB、、LB
I として射出する。2本のLB、、LB!はアライメ
ント光学系の光軸AXaを挟んで対称に位置する。As shown in FIG. 6, when the sl light beam LB, (frequency f,) is incident on the 172-wavelength plate 117, its polarization direction is rotated by 45°. Therefore, in the polarizing beam splitter 11B, the P-polarized beam LB□ and the S-polarized beam LB
It is divided into t and t. Similarly, the polarization direction of the P-polarized beam LBP (frequency f,) that has passed through the 172 wavelength plate 117 is rotated by 450, so that the beam splitter 11
In B, P-polarized beam LBIF and S-polarized beam LB+
− is divided into Each beam passes through a polarizing beam splitter 1 through a right angle prism 120, 121 with a metal reflective surface.
191 are combined again into two parallel beams LB,, LB
Inject as I. Two LB,, LB! are located symmetrically across the optical axis AXa of the alignment optical system.
2本のビームL B’+ 、L B zは次に例えば第
7図に示すような光学系に入射する。この光学系は2本
のビームLBt、LB黛を入射して面(像共役面)IP
mにおいて所定の角度で交差させるプリズム122と、
面IPmを前側焦点面と一致させたレンズ123とを含
む0面IPmで交差した2本の平行ビームLB、 、L
B□はレンズ123の後側焦点面(瞳共役面)にスポッ
トSP1、SP、として集光した後発散し、瞳リレー系
17Aに入射する。第3図で示したようにビームLB。The two beams L B'+ and L B z then enter an optical system as shown in FIG. 7, for example. This optical system receives two beams LBt and LBt and enters the plane (image conjugate plane) IP.
a prism 122 that intersects at a predetermined angle at m;
Two parallel beams LB, , L that intersect at the zero plane IPm including the lens 123 whose plane IPm coincides with the front focal plane
B□ is focused on the rear focal plane (pupil conjugate plane) of the lens 123 as spots SP1, SP, and then diverges and enters the pupil relay system 17A. Beam LB as shown in FIG.
の主光線をLAl、ビームLB、の主光線をLA8とす
ると、本実施例ではレンズ123と瞳リレー系17Aと
の間においても主光ILA、 、LA□は光軸AXaと
平行になっている。そして、スポットsp、 、sp、
の近傍には、平行平面ガラス54.55が互いに独立し
て傾斜可能に配置され、本発明の第2光学部材を構成し
ている。第7図の場合、平行平面ガラス54.55の回
転中心軸は紙面と直交している。Assuming that the principal ray of beam LB is LA1, and the principal ray of beam LB is LA8, in this embodiment, the principal rays ILA, , LA□ are parallel to the optical axis AXa even between the lens 123 and the pupil relay system 17A. . And spot sp, , sp,
Parallel plane glasses 54 and 55 are arranged so as to be tiltable independently of each other in the vicinity of the second optical member of the present invention. In the case of FIG. 7, the central axis of rotation of the parallel plane glasses 54, 55 is perpendicular to the plane of the paper.
さらに、瞳リレー系17Aの前側焦点面をスボッ)SP
l、SPxの面と一致させるため、第7図に示したスポ
ットsp、 、sp□は瞳リレー系17Aにより第3図
で示した通り、複屈折物質21bの位置する瞳面にリレ
ーされる。Furthermore, the front focal plane of the pupil relay system 17A is
In order to match the planes 1 and SPx, the spots sp, , sp□ shown in FIG. 7 are relayed by the pupil relay system 17A to the pupil plane where the birefringent material 21b is located, as shown in FIG. 3.
平行平面ガラス54.55はそれぞれ2つビームLB、
、LBヨの瞳空間内(ビームが収れん、発散系になっ
ている部分)に配置され、駆動制御系56によって別々
に傾斜制御される。これによって2つのスポット光SP
、、SP、の光軸AXaからの距離が夫々独立して調整
できる。尚、本実施例では2つのビームL B+ 、L
Bt (D夫々に対して平行平面ガラス54.55を
設けたが、テレセン度調整用の平行平面ガラス50があ
るため、平行平面ガラス54.55のうち一方のみを傾
斜可能にし、他方は固定にしたままにしておいてもよい
。Parallel plane glasses 54 and 55 each have two beams LB,
, LB and Yo (portions where the beams are convergent and divergent) and are separately tilt-controlled by the drive control system 56. As a result, two spot lights SP
, , SP from the optical axis AXa can be adjusted independently. Note that in this embodiment, two beams L B+ , L
Bt (Parallel plane glasses 54.55 were provided for each D, but since there is a parallel plane glass 50 for adjusting the degree of telecentricity, only one of the parallel plane glasses 54.55 can be tilted, and the other is fixed. You can leave it as is.
次に第8図を参照してアライメント光学系の一部を可動
にして、マーク位置の変化に対応させる構成を示す、第
1図、第3図中で説明した部材と同一のものには同じ符
号をつけである。レチクル1上のマークRM + 、R
M xはレチクルによって位置が異なるものであって、
同一レチクル内ではいずれか一方のみが形成されている
。実際のアライメント光学系では、対物レンズ21a、
?J[屈折物質21bによる2焦点光学系21は水平に
配置され、対物レンズ21aの先端には光軸AXaを垂
直に折り曲げるミラーM、が設けられる。このミラーM
1、対物レンズ21a、複屈折物質21bは一体に水平
な光軸AXa方向に移動するように保持金物62に固定
され、金物62は駆動制御系60によって水平方向に移
動される。、そして第1図、第3図と異なる点は、複屈
折物質21bと平行平面ガラス50との間に、ミラーM
8とリレー系17Cとを設けることにある。リレー系1
7Cは、複屈折物質21bの位置する瞳面EP、を、平
行平面ガラス50の近傍の面BP、ヘリレーするもので
ある。尚IPm’ は像共役面であり、レチクル11ウ
エハ4、及び2つのビームLB、、LB、の最初の交差
面IPmとそれぞれ共役である0M:、リレー系17C
は装置本体に固定され、複屈折物質21bとリレー系1
7Cとの間の物理的な行路長は、マークRMの位置に応
じて変化するが、その間の光路がアフォーカル系になっ
ているため、リレー系17Cの内部にできる像共役面I
Pm’ は、常にレチクル1、ウェハ4と共役になる
。Next, referring to FIG. 8, a configuration is shown in which a part of the alignment optical system is made movable to correspond to changes in the mark position. It is marked with a sign. Marks RM +, R on reticle 1
M x has a different position depending on the reticle,
Only one of them is formed within the same reticle. In the actual alignment optical system, the objective lens 21a,
? J[The bifocal optical system 21 using the refractive material 21b is arranged horizontally, and a mirror M for vertically bending the optical axis AXa is provided at the tip of the objective lens 21a. This mirror M
1. The objective lens 21a and the birefringent material 21b are fixed to a holding metal fitting 62 so as to move together in the horizontal direction of the optical axis AXa, and the metal fitting 62 is moved in the horizontal direction by the drive control system 60. , and the difference from FIGS. 1 and 3 is that a mirror M is provided between the birefringent material 21b and the parallel plane glass 50.
8 and a relay system 17C. Relay system 1
7C connects the pupil plane EP where the birefringent substance 21b is located to the plane BP near the parallel plane glass 50. Note that IPm' is an image conjugate plane, which is conjugate with the first intersecting plane IPm of the reticle 11, wafer 4, and two beams LB, LB, 0M:, relay system 17C.
is fixed to the main body of the device, and the birefringent material 21b and the relay system 1
7C varies depending on the position of the mark RM, but since the optical path therebetween is an afocal system, the image conjugate plane I formed inside the relay system 17C
Pm' is always conjugated with the reticle 1 and the wafer 4.
さて、レチクルが変換されてマークがRM、からRM、
の位置(光軸AXa”)に変化すると、駆動制御系60
は金物62を水平移動させて、光軸AXaをAXa’
と一致させる。Now, the reticle is converted and the mark changes from RM to RM,
(optical axis AXa), the drive control system 60
moves the hardware 62 horizontally to align the optical axis AXa with AXa'
match.
この場合、その−数置はあまり厳しくする必要はなく、
2つのビームLB、 、LB、がマークRM3と窓部P
0とをカバーする程度でよい、従って金物62の送りは
エンコーダ、ポジションセンサー等の安価な位置モニタ
ー系を用いて制御するだけで十分である。In this case, there is no need to be too strict about the - number position,
Two beams LB, , LB, mark RM3 and window P
Therefore, it is sufficient to control the feeding of the hardware 62 using an inexpensive position monitoring system such as an encoder or a position sensor.
こうして、新たなレチクルがセットされ、アライメント
光学系の観察位置がセットされると、第9図に示すよう
にウェハステージ5の一部に、ウェハ4とほぼ同じ高さ
で設けられた基準マーク板FMを、レチクルのマークR
M、の投影位置にもってくる。基準マーク板FMには、
ウェハ4上の回折格子マークWMと全く同様の回折格子
マークが形成されている。そこでそのマークのことを以
降、フィデエーシャル・マークと呼ぶ。In this way, when a new reticle is set and the observation position of the alignment optical system is set, a reference mark plate is installed on a part of the wafer stage 5 at approximately the same height as the wafer 4, as shown in FIG. FM, mark R on the reticle
It comes to the projection position of M. On the reference mark board FM,
A diffraction grating mark completely similar to the diffraction grating mark WM on the wafer 4 is formed. Therefore, that mark is hereinafter referred to as the fiduciary mark.
レチクルのマークRM□の中心の回折格子エレメントは
、第4図(a)、(b)て示したように投影レンズ3の
光軸AXへ向うy方向に線状に伸びているので、フィデ
ューシャル・マークも、それと平行になるものをマーク
RM、の直下(窓POの下)へ位置付ける。The diffraction grating element at the center of the mark RM□ on the reticle extends linearly in the y direction toward the optical axis AX of the projection lens 3, as shown in FIGS. Also, the mark parallel to the mark RM is positioned directly below the mark RM (under the window PO).
その状態で、ウェハステージ5の少なくともX方向の位
置が固定されるように、干渉計45、モータ46等によ
ってサーボロックをかける。In this state, a servo lock is applied by the interferometer 45, motor 46, etc. so that the position of the wafer stage 5 at least in the X direction is fixed.
次にウェハステージ5に含まれる2ステージ(不図示)
を所定の範囲内でZ(光軸AX)方向に上下動させて、
そのとき位相検出系40で検出される信号DSwと信号
DRとの位相差φWの変化をZステージの2方向の微小
変位量毎にサンプリングしていく、これは主制御系41
によって行なわれる。尚、この際、第9図には示してい
ないが、公知の斜入射光式焦点検出系、又はZステージ
の駆動をモニターするポテンシ四メータ等によって、投
影レンズ3と基準マーク板FMとの2方向の間隔をモニ
ターしていく、また第9図では、2本のビームLB1.
. LBffi、は基準マーク板FM上でアライメント
光学系の光軸AXaに対して紙面内で傾斜しているが、
実際は紙面と垂直な面内で傾斜している。こうして、2
ステージの2方向の位置毎に位相差φWをモニターして
いくと、第1θ図のような特性VT、が得られる。第1
0図で横軸は基準マーク板FMの2方向の位置を表わし
、縦軸は位相差φWを表わす、また位置Z1、Zl、Z
l、Z4の順に基準マーク板FMが投影レンズ3へ近づ
(ものとする。Next, two stages (not shown) included in the wafer stage 5
Move up and down in the Z (optical axis AX) direction within a predetermined range,
At that time, the change in the phase difference φW between the signal DSw and the signal DR detected by the phase detection system 40 is sampled for each minute displacement amount of the Z stage in two directions.
It is carried out by At this time, although not shown in FIG. 9, the distance between the projection lens 3 and the fiducial mark plate FM is determined by a known oblique incident light type focus detection system or a potentiometer that monitors the drive of the Z stage. In addition, in FIG. 9, the distance between the two beams LB1.
.. LBffi is inclined in the plane of the paper with respect to the optical axis AXa of the alignment optical system on the fiducial mark plate FM,
In reality, it is tilted in a plane perpendicular to the plane of the paper. In this way, 2
By monitoring the phase difference φW at each position of the stage in two directions, a characteristic VT as shown in FIG. 1θ is obtained. 1st
In figure 0, the horizontal axis represents the position of the fiducial mark plate FM in two directions, the vertical axis represents the phase difference φW, and the positions Z1, Zl, Z
It is assumed that the fiducial mark plate FM approaches the projection lens 3 in the order of 1 and Z4.
2つのビームLB、、、LB、、の交差角θは、先に例
示した数値の場合、約9″″程度であり、ビーム径を1
10μm位にした場合、2方向の検出領域の幅は、30
0μmもある。このため、位置21と24の間隔は30
0I1m程度にできる。また本実施例の場合、位相差φ
Wは±180°の範囲内では連続して検出できるため、
X方向の変位はそれに対応して±1/2ピッチの範囲内
で位置ずれ計測できる。フィデューシャル・マークの格
子ピッチを8pmとし、位相検出系40の分解能が0.
2′であるものとすると、位置ずれの計測分解能は0.
0044μmにもなる。実際はノイズの影響もあるため
、実用的な分解能は0.01μm(位相で0.4°)程
度になる。従って、仮りに位置Z、とZ4が300tI
mで、そのときの位置の位相差φW、とφw4との差Δ
φWが0.8@(横ずれ量では約0.02pm)であっ
たものとすると、特性VT、の傾き、すなわち2つのビ
ームLB、、とLBl、との2等分線である2ビームの
主光線の法線からの傾き(投影レンズ3の光軸AXを含
む面内でのテレセン傾き)は、差ΔφWに相当した横ず
れ量をΔXとして、
AX/ l Z+ Zs l −0,02/300−
6.7X10−’
と求められる。The intersection angle θ of the two beams LB, , LB, , is approximately 9″ in the case of the numerical value given above, and the beam diameter is 1
When the width is about 10 μm, the width of the detection area in two directions is 30 μm.
There is also 0 μm. Therefore, the distance between positions 21 and 24 is 30
It can be made to about 0I1m. In addition, in the case of this embodiment, the phase difference φ
Since W can be detected continuously within the range of ±180°,
Correspondingly, displacement in the X direction can be measured within a range of ±1/2 pitch. The grating pitch of the fiducial mark is 8 pm, and the resolution of the phase detection system 40 is 0.
2', the measurement resolution of positional deviation is 0.
It can be as much as 0.044 μm. In reality, due to the influence of noise, the practical resolution is approximately 0.01 μm (0.4° in phase). Therefore, if positions Z and Z4 are 300tI
m, the difference Δ between the phase difference φW and φw4 at that time is
Assuming that φW is 0.8 @ (approximately 0.02 pm in terms of lateral deviation), the slope of the characteristic VT, that is, the principal line of the two beams, which is the bisector of the two beams LB, , and LBl, is The inclination of the light ray from the normal line (the telecentric inclination in the plane including the optical axis AX of the projection lens 3) is calculated as follows, where ΔX is the amount of lateral shift corresponding to the difference ΔφW, AX/ l Z+ Zs l −0,02/300−
It is calculated as 6.7X10-'.
この数値はアライメント用の2つのビームLB1いLB
、、の2等分線のテレセン度(光軸AXと光軸AXaの
ウェハ側での平行度)を表わし、小さければ小さい程、
テレセン性が良いことを示す。This value is for the two beams LB1 and LB for alignment.
It represents the telecentricity (parallelism of optical axis AX and optical axis AXa on the wafer side) of the bisector of , , and the smaller it is,
Indicates good telecentricity.
また、zlから24の間で位相差φw、とφW4とが1
度180’ (1/2ピッチ分)変化したものとする
と、テレセン度は、
ΔX/lZ+−Z、l :4/300:1333Xl
O−’
となる。Also, between zl and 24, the phase difference φw and φW4 are 1.
Assuming that the degree changes by 180' (1/2 pitch), the telecentric degree is ΔX/lZ+-Z, l :4/300:1333Xl
It becomes O-'.
以上のようにしてテレセン度が求まったら、主制御系4
1は、そのテレセン度が許容範囲内か否かを判断する。After determining the degree of telecentricity as described above, the main control system 4
1 determines whether the degree of telecentricity is within the allowable range.
テレセン度が悪化していた場合、主制御系41は目標と
するテレセン度と計測したテレセン度との差に基づいて
、平行平面ガラス50の傾斜量を算出し、その量だけ平
行平面ガラス50を傾けるための指令を駆動制御系52
へ出力する。If the telecentricity has deteriorated, the main control system 41 calculates the amount of inclination of the parallel plane glass 50 based on the difference between the target telecentricity and the measured telecentricity, and tilts the parallel plane glass 50 by that amount. A command for tilting is sent to the drive control system 52.
Output to.
この平行平面ガラス50の傾斜は、アライメント光学系
内及び投影レンズ3内の各瞳面にできるビームLB、
、LB、のスポット光の位置を、その間隔は一定に保っ
たまま、回折格子(又は干渉縞)のピッチ方向に同一量
だけシフトさせるように定められている。The inclination of the parallel plane glass 50 is such that the beam LB formed on each pupil plane in the alignment optical system and the projection lens 3,
, LB, are determined to be shifted by the same amount in the pitch direction of the diffraction grating (or interference fringes) while keeping the interval constant.
この調整によって、投影レンズ3のウェハ側においては
、2本のビームLB、いLB□の物体への入射角θaと
θbとが極めて正確に合致し、入射角の対称性が保たれ
る。By this adjustment, on the wafer side of the projection lens 3, the incident angles θa and θb of the two beams LB and LB□ on the object match extremely accurately, and the symmetry of the incident angles is maintained.
第11図は第1図中に示した参照信号DR作成用の基準
格子板18付近の様子を示し、第1図中のレンズ16の
焦点位置に配置された基準格子板18には、2つのビー
ムLB、 、LB□が所定の交差角で入射し、基準格子
板18を垂直に透過した1次回折光(ビート信号)が受
光素子19に入射する。信号DRは位相検出系40へ送
られるとともに、スイッチSSを介して変調度検出系4
20へ送られる。この変調度検出系420(以下PP検
出系420とする)はビート信号(25に七)のピーク
・トウ・ピークの値(p−p値)を検出するものである
。尚、スイッチSSは参照信号DRの他に計測信号DS
r、DSwを択一的に選んで、P −P 411を検出
できるように切替えるものであるが、全ての信号OR,
、DSr、DSwの夫々に対して個別にP−P検出系4
20を設け、同時に各信号のP−P値を検出してもよい
。FIG. 11 shows the vicinity of the reference grating plate 18 for creating the reference signal DR shown in FIG. The beams LB, LB, and LB□ are incident at a predetermined intersection angle, and the first-order diffracted light (beat signal) that has perpendicularly passed through the reference grating plate 18 is incident on the light receiving element 19. The signal DR is sent to the phase detection system 40 and is also sent to the modulation degree detection system 4 via the switch SS.
Sent to 20. This modulation degree detection system 420 (hereinafter referred to as PP detection system 420) detects the peak-to-peak value (p-p value) of the beat signal (25 to 7). Note that the switch SS receives the measurement signal DS in addition to the reference signal DR.
r, DSw are selectively selected and switched so that P-P 411 can be detected, but all signals OR,
, DSr, and DSw separately for each P-P detection system 4.
20 may be provided and detect the P-P value of each signal at the same time.
このP−P検出系420は、信号DR,DSr。This P-P detection system 420 receives signals DR and DSr.
DSwの変調度(振幅)を検出することによって、2つ
のビームLB、、LB□の交差角の変動を知るために使
われる。先に第2図で説明したように、2つのビームL
B、、LB、の各格子上での交差角が微小変動すると、
それに伴って格子上の干渉縞のピッチも微小変化する。By detecting the modulation degree (amplitude) of DSw, it is used to know the variation in the intersection angle of the two beams LB, LB□. As explained earlier in Fig. 2, two beams L
When the intersection angle on each grid of B, LB, changes slightly,
Correspondingly, the pitch of the interference fringes on the grating also changes minutely.
そこでテレセン度調整のために平行平面ガラス50を調
整する際、P−P検出系420で同時に信号DSw (
又はDSr)のP−P値をモニターし、P−P値が太き
(変化しないことを確認する。Therefore, when adjusting the parallel plane glass 50 for telecentricity adjustment, the P-P detection system 420 simultaneously sends the signal DSw (
or DSr), and confirm that the P-P value is large (does not change).
テレセン度調整の際は、ウェハステージ上の基準マーク
板FMが用いられるため、ウェハ上のマークWMのよう
に不安定な要因(レジスト層、マークの変形等)は存在
しない、そのため、信号DSwのP−P値は、レーザビ
ームLB、 、、LB。When adjusting the degree of telecentricity, the fiducial mark plate FM on the wafer stage is used, so there are no unstable factors (resist layer, deformation of the mark, etc.) like the mark WM on the wafer. The P-P value is the laser beam LB, , LB.
の光量が変動しない限り、長期間に渡って良好な再現性
が期待できる。そこで基準マーク板FMを用いて、信号
DSwを得ている状態のとき、PP検出系420によっ
て信号DSwのP−P値を検出し、それが所定の値より
も減少している場合は、第7図に示した駆動制御系56
を介して、平行平面ガラス54.55を調整して、2つ
のビームLB、 、LB、の瞳面内での間隔を微小変化
させて、所定のP−P値が得られるように調整する。As long as the light intensity does not fluctuate, good reproducibility can be expected over a long period of time. Therefore, when the reference mark plate FM is used to obtain the signal DSw, the PP detection system 420 detects the P-P value of the signal DSw, and if it is less than a predetermined value, the Drive control system 56 shown in Figure 7
The parallel plane glasses 54 and 55 are adjusted through the parallel plane glasses 54 and 55 to slightly change the distance between the two beams LB, , LB, in the pupil plane, so as to obtain a predetermined P-P value.
ビームLB、 、LB、の瞳面内での間隔変化は、物体
面(回折格子)上での2つのビームLB、。The interval change in the pupil plane of the beams LB, , LB, is the difference between the two beams LB, on the object plane (diffraction grating).
LB、の交差角を変化させ、干渉縞IFwのピッチを変
化させる。By changing the intersection angle of LB, the pitch of the interference fringes IFw is changed.
この交差角の微調は、テレセン度調整とともに実行する
のが効率的である。また交差角の微調は、第2光学部材
としての平行平面ガラス54.55を一定の範囲で連続
的に傾斜させ、その間においてP−P値が最大になる点
を見つける山登り法等で簡単に実行できる。It is efficient to perform this fine adjustment of the intersection angle together with the telecentricity adjustment. Further, fine adjustment of the intersection angle can be easily carried out by the hill climbing method, etc., in which the plane-parallel glass 54, 55 serving as the second optical member is continuously tilted within a certain range, and the point at which the P-P value is maximized is found within that range. can.
また、P−P検出系420は、スイッチSSの切替えに
よって、ウェハのアライメント動作中は信号DSwをモ
ニターするようにし、マーク検出時のP−P値に基づい
て、検出されたマーク位置の信鎖性を判定するようにし
てもよい、これは、ウェハ上の複数のショット領域に付
随したマークWMが、ウェハ上の位置(特に周辺部)に
よっては、プロセスにより大きなダメージを受けている
ことがあり、それを未然に知る上でも有効である。Furthermore, the P-P detection system 420 monitors the signal DSw during the wafer alignment operation by switching the switch SS, and detects the signal chain of the detected mark position based on the P-P value at the time of mark detection. This is because the marks WM attached to multiple shot areas on the wafer may be significantly damaged by the process depending on the position on the wafer (particularly the peripheral area). , it is also effective in knowing this in advance.
従ってウェハ上の3〜9個のショット領域のマークWM
(x方向用とy方向用)の位置を予め計測して、統計的
な手法でウェハ上の全ショット領域の位置を予め推定す
るエンハンスメント・グローバル・アライメン)(D−
G−A)法においては、計測したマークWMのうち、検
出時のP−P値がある範囲内で揃ったものの位置計測値
を統計処理に用いることができる。Therefore, marks WM of 3 to 9 shot areas on the wafer
(Enhancement Global Alignment) (D-
In the G-A) method, the position measurement values of the measured marks WM whose P-P values at the time of detection are aligned within a certain range can be used for statistical processing.
以上、第1図のステッパーを用いた本実施例では、アラ
イメント系はl&INしか図示していないが、同様のア
ライメント系を2〜3Allを設けることによって、レ
チクル1とウェハ4のx、、y方向及び回転方向のアラ
イメントが可能である。また本実施例では、参照信号D
Rを基準に位相検出しているため、例えばウェハ4に対
する第1層の露光(ファーストプリント)時は、レチク
ルlのマークRMから得られた信号DSrと信号DRと
の位相差が、露光動作中に常に一定の値になるように、
レチクルステージをサーボロックしてお(こともできる
。As described above, in this embodiment using the stepper shown in FIG. 1, only the alignment systems 1 & IN are shown, but by providing 2 to 3 similar alignment systems, the reticle 1 and the wafer 4 can be moved in the x, y directions. and rotational alignment is possible. Further, in this embodiment, the reference signal D
Since the phase is detected based on R, for example, when exposing the first layer on wafer 4 (first print), the phase difference between signal DSr and signal DR obtained from mark RM of reticle L will be detected during the exposure operation. so that it always has a constant value,
You can also servo-lock the reticle stage.
次に本発明の第2の実施例を、第5図、第6図とともに
第12図を参照して説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12 as well as FIGS. 5 and 6.
第2図は2つのビームLB+1LBIの交差角を調整す
る平行平面ガラス54.55の配置の変形例を示し、A
OM73とビームスプリフタ76との間、及びAOM7
4とビームスブリフタとの間に夫々凸レンズ400a、
400bを設け、凸レンズ400a、400bとビーム
スプリッタ76との間に平行平面ガラス54.55を設
ける。FIG. 2 shows a modification of the arrangement of parallel plane glasses 54 and 55 for adjusting the intersection angle of the two beams LB+1LBI;
Between OM73 and beam splitter 76, and AOM7
A convex lens 400a is provided between the 4 and the beam subrifter, respectively.
400b, and parallel plane glasses 54, 55 are provided between the convex lenses 400a, 400b and the beam splitter 76.
そして、第7図中に示した平行平面ガラスを省略して、
プリズム122を凸レンズ402に変更すこれら凸レン
ズ400a、400b、402は全て焦点距離の関係で
つながれ、AOM73.74の回折点(偏向原点)は第
12図(第7図)中の像共役面IPmとほぼ共役に設定
される。ビームスプリッタ76から凸レンズ402の間
には、第6図に示した光学系が同様に配置される。また
Peは瞳共役面になり、2つのビームLBF、LBsは
凸レンズ400a、400bの作用により、面Pe内に
スポットとして集光している。従って凸レンズ402か
ら射出するビームLB、 、LB、は平行光束となって
面IPmで交差する。Then, the parallel plane glass shown in FIG. 7 is omitted,
The prism 122 is changed to a convex lens 402. These convex lenses 400a, 400b, and 402 are all connected due to the focal length relationship, and the diffraction point (deflection origin) of the AOM 73.74 is the image conjugate plane IPm in FIG. 12 (FIG. 7). It is set to be almost conjugate. The optical system shown in FIG. 6 is similarly arranged between the beam splitter 76 and the convex lens 402. Further, Pe becomes a pupil conjugate plane, and the two beams LBF and LBs are focused as a spot within the plane Pe by the action of convex lenses 400a and 400b. Therefore, the beams LB, LB, LB, emitted from the convex lens 402 become parallel light fluxes and intersect at the plane IPm.
本実施例でも、平行平面ガラス54.55は瞳空間内に
配置されるため、2つのビームLB、、LB、の瞳EP
、内での間隔が任意に変更され、交差角が調整できる。In this embodiment as well, since the parallel plane glasses 54 and 55 are arranged in the pupil space, the pupils EP of the two beams LB, LB,
, the interval within can be changed arbitrarily, and the intersection angle can be adjusted.
尚、本実施例のように、AOM73.74の回折点が像
共役面IPmと共役になっていて、第5図の配置を採用
する場合、AOM73.74へのドライブ信号SF、
、SF、の周波数を、差Δ【は一定にしたまま同じ量だ
け増減(10%〜数十%程度)させると、2つのビーム
tBs 、LB。Incidentally, when the diffraction point of the AOM73.74 is conjugated with the image conjugate plane IPm and the arrangement shown in FIG. 5 is adopted as in this embodiment, the drive signal SF to the AOM73.74,
If the frequencies of , SF, are increased or decreased by the same amount (about 10% to several tens of percent) while keeping the difference Δ[ constant, the two beams tBs and LB.
の面Pe内での位置が、同一方向に同じ量だけシフトす
ることになる。これは、平行平面ガラス50と同様にテ
レセン度の微調整がAOM73.74によって可能なこ
とを意味する。従って、テレセン度調整は2つのAOM
73.74のドライブ信号SF、、SF、の増減によっ
て行ない、交差角調整は2つ(もしくは1つ)の平行平
面ガラス54.55の傾斜補正によって行なうことがで
きる。いずれの調整においても、光電検出器25からの
信号DSwの情報(位相情報と振幅情報)が使われる。The position within the plane Pe will be shifted by the same amount in the same direction. This means that fine adjustment of the degree of telecentricity is possible with the AOM73.74, similar to the parallel plane glass 50. Therefore, telecentricity adjustment is performed using two AOMs.
The crossing angle can be adjusted by increasing or decreasing the drive signals SF, , SF, 73, 74, and by correcting the inclination of two (or one) parallel plane glasses 54, 55. In either adjustment, the information (phase information and amplitude information) of the signal DSw from the photoelectric detector 25 is used.
次に本発明の第3の実施例によるステッパーの構成を第
13図(A)、CB)を用いて説明する。Next, the configuration of a stepper according to a third embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 13(A) and CB).
第13図(A)、(B)は、第3図に示した瞳リレー系
17Bの後の部分のみを示し、他の構成は第3図と同一
である0本実施例では瞳リレー系17Bの後に設けられ
ていた空間フィルター23の位置に、分割受光素子30
0R1300Wを直接配置し、系の瞳面で回折光(ビー
ト信号)104.105を受光するようにした。第13
図(A)に示すように、リレー系17Bの後には、偏光
ビームスプリッタ310が斜設され、ウェハ4からの回
折光105はS偏光成分であるためここで反射して受光
素子300Wへ達する。一方レチクルlからの回折光1
04はP偏光成分であるため、ビームスプリッタ310
を透過して受光素子300Rへ達する。受光素子300
R1300Wは、例えば第13図(B)のような受光面
を有し、中心部には回折光104又は105を受光する
面300aが形成され、これを挟んで上下(又は左右)
に0次光Loを受光する面300b、300Cが形成さ
れている。これら3つの受光面300a、300b、3
00cは電気的に絶縁されていて、それぞれ個別に光電
信号を出力する。また受光面3(10a、300b、3
00cは、系の瞳面、すなわち投影レンズ3の瞳EPと
ほぼ共役に配置されている。13(A) and (B) only show the rear part of the pupil relay system 17B shown in FIG. 3, and the other configurations are the same as in FIG. 3. In this embodiment, the pupil relay system 17B A divided light receiving element 30 is placed at the position of the spatial filter 23 provided after the
0R1300W was directly placed to receive diffracted light (beat signal) 104.105 at the pupil plane of the system. 13th
As shown in Figure (A), a polarizing beam splitter 310 is installed obliquely after the relay system 17B, and since the diffracted light 105 from the wafer 4 is an S-polarized component, it is reflected here and reaches the light receiving element 300W. On the other hand, diffracted light 1 from reticle l
Since 04 is a P-polarized component, the beam splitter 310
and reaches the light receiving element 300R. Light receiving element 300
R1300W has a light-receiving surface as shown in FIG. 13(B), for example, and a surface 300a that receives the diffracted light 104 or 105 is formed in the center, and the upper and lower (or left and right)
Surfaces 300b and 300C that receive the zero-order light Lo are formed on the surfaces 300b and 300C. These three light receiving surfaces 300a, 300b, 3
00c are electrically insulated and each outputs a photoelectric signal individually. In addition, the light receiving surface 3 (10a, 300b, 3
00c is arranged substantially conjugate with the pupil plane of the system, that is, the pupil EP of the projection lens 3.
従って、受光素子300Rの受光面300aの光電信号
が信号DSrとなり、受光素子300Wの受光面300
aの光電信号が信号DSwとなり、先の実施例と全く同
様に位相検出に使われる。Therefore, the photoelectric signal on the light receiving surface 300a of the light receiving element 300R becomes the signal DSr, and the photoelectric signal on the light receiving surface 300a of the light receiving element 300W becomes the signal DSr.
The photoelectric signal of a becomes the signal DSw, which is used for phase detection in exactly the same way as in the previous embodiment.
第3図に示した光路からも明らかなように、系の瞳面で
回折光104.1058 (及び0次光LO)は全て微
小なスポットに集光してしまう、そのため受光面300
a、300b、300cの面積は極めて小さくすること
ができ、これは受光素子としての応答性を上げるのに有
利である。また、回折光104.105の瞳面における
開口数(N。As is clear from the optical path shown in Fig. 3, all of the diffracted light 104.1058 (and the 0th order light LO) are converged on a minute spot on the pupil plane of the system, so the light receiving surface 300
The areas of a, 300b, and 300c can be made extremely small, which is advantageous for improving the responsiveness of the light receiving element. Further, the numerical aperture (N) of the diffracted light beams 104 and 105 on the pupil plane.
A、)はかなり小さく(例えば0.03以下に)なって
いるので、受光面300aを回折光104.105の正
確なスポットサイズよりも少し大きな面積にすることに
よって、受光素子300R,300Wの光軸方向、及び
光軸と直交する方向の位置設定精度はそれ程きびしいも
のにする必要がなくなり、装置製造は簡単になる。また
、平行平面ガラス50は、2つのビームLB+ 、LB
xの送光路と回折光104.105の受光路とが共通し
ている部分に設けられているため、平行平面ガラス50
がどのように傾いても、回折光104.105と受光面
300aとの相対位置関係は変化しない。A,) is quite small (for example, 0.03 or less), so by making the light-receiving surface 300a a slightly larger area than the exact spot size of the diffracted light 104 and 105, the light from the light-receiving elements 300R and 300W is The positioning accuracy in the axial direction and in the direction orthogonal to the optical axis does not need to be so strict, and the device manufacturing becomes easier. Moreover, the parallel plane glass 50 has two beams LB+, LB
The parallel plane glass 50
No matter how tilted, the relative positional relationship between the diffracted light beams 104 and 105 and the light receiving surface 300a does not change.
次に本発明の第4の実施例について、第14図を参照し
て説明することが、ここでは本来の格子マーク検出に使
わない0次光L0を利用した例を示す。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14. Here, an example will be described in which zero-order light L0, which is not used for original grating mark detection, is used.
第14図(A)はウェハのマークWM(又は基準マーク
FM)から発生するO次ビームLoの様子を示す図であ
る0回折格子から垂直に反射する回折光105は、周波
数f1のビームLB、、の照射により生じる+1次回折
光l5−1と、周波数f寞のビームLB、、の照射によ
り生じる一1次回折光23−1とが干渉したものである
。一方、ビームLB、、と丁度逆向きに進むO次ビーム
LOは、ビームLBxsの正反射光2S−〇と、ビーム
LB1、の照射により生じる2次回折光l5−2とが干
渉したものであり、ビームLBtsと丁度逆向きに進む
O次ビームLoは、ビームLB、、の正反射光IS−・
と、ビームLBisの照射により生じる2次回折光2S
−8とが干渉したものである。FIG. 14(A) is a diagram showing the state of the O-order beam Lo generated from the mark WM (or reference mark FM) on the wafer. The +1st-order diffracted light 15-1 generated by the irradiation of the beam LB, . On the other hand, the O-order beam LO, which travels in exactly the opposite direction to the beams LB, . The O-order beam Lo, which travels in exactly the opposite direction to the beam LBts, is the specularly reflected light IS- of the beam LB, .
and the second-order diffracted light 2S generated by the irradiation of the beam LBis
-8 interfered.
従って、2つのビームLB、、、LB、sの交差領域内
に回折格子が存在する場合、θ次ビームLOを受光する
受光面300bからの光電信号と、受光面300cから
の光電信号とは、ともに第14図(B)に示すようなビ
ート周波数をもつ交流信号となる。ところが、正反射光
と2次回折光との強度が大きく異なるため、比較的大き
なオフセットvofを伴なった波形になる。この波形は
第2図(C)に示したのと同様に、変調度が低いと考え
てよい。Therefore, when a diffraction grating exists within the intersection area of the two beams LB, ..., LB, s, the photoelectric signal from the light receiving surface 300b that receives the θ-order beam LO and the photoelectric signal from the light receiving surface 300c are as follows. Both result in alternating current signals having beat frequencies as shown in FIG. 14(B). However, since the intensity of the specularly reflected light and the second-order diffracted light differ greatly, the waveform has a relatively large offset vof. This waveform can be considered to have a low degree of modulation, similar to that shown in FIG. 2(C).
そこで受光面300c、300bからの光電信号を夫々
、第11図に示した変調度検出系420へ人力して、P
−P (aとオフセント値Vof(又は平均ピーク値
)とを求めれば、正反射光2S−(IS−@)と2次回
折光IS−□ (2S−1)との光量比が推定できる。Therefore, the photoelectric signals from the light receiving surfaces 300c and 300b are manually input to the modulation degree detection system 420 shown in FIG.
-P (a) and the offset value Vof (or average peak value), it is possible to estimate the light amount ratio between the specularly reflected light 2S- (IS-@) and the second-order diffracted light IS-□ (2S-1).
そして2つの光電信号から判断して、その光量比が異な
っているときは、マークWMに何らかの不整が生じてい
ると判断することもできる。その場合、回折光105の
1次回折光l5−1と23−5との間でも光量差を生じ
ることが予想され、従って出力信号DSwの変調度も変
化するものと考えられる。If it is determined from the two photoelectric signals that the light amount ratio is different, it can be determined that some irregularity has occurred in the mark WM. In that case, it is expected that a difference in light amount will occur between the first-order diffracted lights 15-1 and 23-5 of the diffracted light 105, and therefore the degree of modulation of the output signal DSw will also change.
マークWMの不整を推定する場合は、より高次の回折光
を利用することが有利なので、2つのO次ビームLoを
用いるとよい。When estimating the irregularity of the mark WM, it is advantageous to use higher-order diffracted light, so it is preferable to use two O-order beams Lo.
次に本発明の第5の実施例を第15図を参照して説明す
る1本実施例では、マスクMsとウェハWとを近接させ
たプロキシミティ露光装置に通した位置検出装置(アラ
イメント系)について述べる。互いに周波数の異なり、
かつ同一偏光成分の2つの平行なビームLB、 、LB
、は、それぞれレンズLG、 、LG、を介して瞳共役
面に集光する。その瞳共役面の近傍には平行平面ガラス
54.55が傾斜可能に設けられる。この平行平面ガラ
ス54.55は互いに厚みが異なり、本発明の第2光学
部材として作用する。2本のビームLB。Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15. In this embodiment, a position detection device (alignment system) that passes through a proximity exposure device in which a mask Ms and a wafer W are brought close to each other. Let's talk about. have different frequencies,
and two parallel beams LB, , LB of the same polarization component
, condense light onto the pupil conjugate plane via lenses LG, , LG, respectively. Parallel plane glasses 54, 55 are provided in the vicinity of the pupil conjugate plane so as to be tiltable. The parallel plane glasses 54 and 55 have different thicknesses and function as the second optical member of the present invention. Two beams LB.
、LBオはさらに直角プリズムミラーPMで反射して主
光線が一定間隔だけ離れて平行になるように合成され、
リレー系17Aに入射する。リレー系17Aの内I!(
像空間内)には、第6図に示したのと同様の1/2波長
板117と偏光ビームスプリッタ11Bが配置される。, LB O are further reflected by a right-angle prism mirror PM and combined so that the chief rays are separated by a certain distance and become parallel.
It enters the relay system 17A. I of relay system 17A! (
In the image space), a 1/2 wavelength plate 117 and a polarizing beam splitter 11B similar to those shown in FIG. 6 are arranged.
偏光ビームスプリッタ11Bで反射したS偏光のビーム
LB、l、LB口は、それぞれ平行光束となって基準格
子板18に所定の交差角で入射する。受光素子19は基
準格子板18を透過した±1次回折光(IS−12S−
、)のビート信号を受光し、O次ビームLoは受光しな
いように配置される。偏光ビームスプリッタ118を透
過したP偏光のビームLBIP% LBtPはそれぞれ
平行光束となって像共役面IPmで交差した後、リレー
系17Aから射出し、ビームスプリッタ20で反射され
、テレセン度調整用の平行平面ガラス50(第1光学部
材)を介してアライメント用のテレセントリックな対物
レンズ21aに入射する。この際、ビームLB、P、L
Btpは対物レンズ21aの瞳面EP、 、もしくはそ
の近傍でスポット光(ビームウェスト位置)となり、対
物レンズ21aからは平行な光束となってマスクMsへ
進む、対物レンズ21aを射出したビームLBIP、L
B□の各主光線は、本実施例ではマスクMsとウェハW
とのプロキシミティ・ギャップのほぼ中間で交差するよ
うに定められている。プロキシミティ・ギャップは露光
装置の光源の種類、露光エネルギーの照射系等によって
も異なるが、−船釣に10μm〜500μmの間に定め
ることが知られている。ギャップが狭い場合は、2つの
ビームLB1p、LB□の交差fiJf域(光軸方向)
内にマスクMsの格子マークRMとウェハWの格子マー
クWMとが確実に存在するためあまり問題にはならない
が、ギャップを広く取る場合、その交差領域内にマーク
RMとマークWMとが確実に存在するか否かが問題にな
る。ところが、このことは、マスクMsに達するビーム
LBIP、LBtpの径を大きくするだけで容易に解決
し、交差領域の光軸方向の長さは比較的自由に設定する
ことができる。ここでも、マークRMとマークWMの位
置関係は第4図に示したものと同様にしておき、なおか
つ両マークの格子ピッチは同一にしてお(。The S-polarized beams LB, 1, and LB reflected by the polarizing beam splitter 11B each become parallel light beams and enter the reference grating plate 18 at a predetermined intersection angle. The light receiving element 19 receives the ±1st order diffracted light (IS-12S-
, ), and is arranged so as not to receive the O-order beam Lo. The P-polarized beam LBIP% LBtP transmitted through the polarizing beam splitter 118 becomes a parallel light beam, intersects at the image conjugate plane IPm, and then exits from the relay system 17A, is reflected by the beam splitter 20, and is parallelized for telecentricity adjustment. The light enters the telecentric objective lens 21a for alignment via the flat glass 50 (first optical member). At this time, beams LB, P, L
Btp becomes a spot light (beam waist position) at or near the pupil plane EP of the objective lens 21a, and from the objective lens 21a, it becomes a parallel light flux and proceeds to the mask Ms. The beam LBIP, L emitted from the objective lens 21a
In this embodiment, each chief ray of B□ is connected to the mask Ms and the wafer W.
It is set to intersect approximately in the middle of the proximity gap between the two countries. The proximity gap varies depending on the type of light source of the exposure device, the exposure energy irradiation system, etc., but it is known to be set between 10 μm and 500 μm for boat fishing. If the gap is narrow, the intersection fiJf region of the two beams LB1p and LB□ (in the optical axis direction)
However, if the gap is widened, the marks RM and WM definitely exist within the intersection area. The question is whether or not to do so. However, this problem can be easily solved by simply increasing the diameters of the beams LBIP and LBtp that reach the mask Ms, and the length of the intersection region in the optical axis direction can be set relatively freely. Here, too, the positional relationship between the mark RM and the mark WM is the same as that shown in FIG. 4, and the grating pitch of both marks is the same (.
さて、マークRM、WMからの回折光(ビート信号)1
04.105は対物レンズ21a、平行平面ガラス50
.ビームスプリッタ20.リレー系17Bを介して瞳共
役の空間フィルター23に達する。ここでO次ビームL
oが遮光され、回折光104.105のみがレンズ系(
逆フーリエ変換レンズ)24を通ってビームスプリッタ
BSに入射する。ここで回折光104、lO5は2つに
光量分割され、第3図に示したのと同様に、それぞれ視
野絞りとしてのアパーチャ板25A″、25B’ を介
して受光素子25A、25Bに達する。Now, diffracted light (beat signal) from marks RM and WM 1
04.105 is the objective lens 21a, parallel plane glass 50
.. Beam splitter 20. It reaches the pupil conjugate spatial filter 23 via the relay system 17B. Here, O-order beam L
o is blocked, and only the diffracted lights 104 and 105 enter the lens system (
The light passes through the inverse Fourier transform lens) 24 and enters the beam splitter BS. Here, the diffracted lights 104 and 105 are divided into two in light quantity, and reach the light receiving elements 25A and 25B via aperture plates 25A'' and 25B', respectively, which serve as field stops, as shown in FIG.
ここでアパーチャ板25A°はマスクMsのマークRM
と共役に配置され、マークRMの像のみを透過し、アパ
ーチャ板25B°はウェハWのマークWMと共役に配置
され、マークWMの像のみを透過する。このように、マ
スクMsとウェハWについてアパーチャ板25を2つに
分けたのは、マスクMsとウェハWとのギャップが大き
く、対物レンズの拡大倍率が大きい場合に、対物レンズ
21a単体の焦点深度では両マークの像を同一結像面に
することが難しいからである。もちろん、第1図、第3
図のように2焦点光学系を採用すれば、両7−りの像を
同一面に結像させることができる。またギャップがわず
かな場合はアパーチャ板25A″、25B’ を共通に
してもよい。Here, the aperture plate 25A° is the mark RM of the mask Ms.
The aperture plate 25B° is arranged conjugately with the mark WM on the wafer W and transmits only the image of the mark WM. The reason why the aperture plate 25 is divided into two parts for the mask Ms and the wafer W is that when the gap between the mask Ms and the wafer W is large and the magnification of the objective lens is large, the depth of focus of the objective lens 21a alone can be reduced. This is because it is difficult to make the images of both marks on the same imaging plane. Of course, Figures 1 and 3
If a bifocal optical system is employed as shown in the figure, both 7-dimensional images can be formed on the same plane. Further, if the gap is small, the aperture plates 25A'' and 25B' may be used in common.
本実施例においても、テレセン度調整はマスクMs又は
ウェハWの代りに基準マーク板FMを用いて先の実施例
と全く同様に実行できる。しかじながら、基準マーク板
FMを使わずに、マスクMSのマークRMを用いること
も可能である。そのためにはマスクMsを保持するマス
クホルダーをZ軸方向に上下動させればよい。In this embodiment as well, the telecentricity adjustment can be performed in exactly the same way as in the previous embodiment by using the fiducial mark plate FM instead of the mask Ms or the wafer W. However, it is also possible to use the marks RM of the mask MS without using the fiducial mark plate FM. To do this, the mask holder holding the mask Ms may be moved up and down in the Z-axis direction.
さらに2つのビームLBIF、LBtrの交差角を微調
するために、平行平面ガラス54.55の傾きを適宜調
整すればよい。この場合、厚みの大きい平行平面ガラス
54を粗調に使い、薄い平行平面ガラス54を微調に使
うとよい。Furthermore, in order to finely adjust the intersection angle of the two beams LBIF and LBtr, the inclination of the parallel plane glasses 54 and 55 may be adjusted as appropriate. In this case, it is preferable to use the thick parallel plane glass 54 for coarse adjustment and the thin parallel plane glass 54 for fine adjustment.
ところで、平行平面ガラス50は、プリズムミラーPM
とリレー系17Aとの間に設けてもよい。By the way, the parallel plane glass 50 is a prism mirror PM.
and the relay system 17A.
その場合でも、平行平面ガラス50はレンズ系LG、
、LGxとリレー系17Aとの間の瞳空間内に設けたこ
とになるので、同様の効果が得られる。Even in that case, the parallel plane glass 50 is the lens system LG,
, LGx and the relay system 17A, the same effect can be obtained.
このことは第1図、第3図の場合にも同様にあてはまる
。しかも、受光素子25A、25Bはほぼ像共役に配置
されているため、送光ビームLB、、。This similarly applies to the cases of FIGS. 1 and 3. Moreover, since the light-receiving elements 25A and 25B are arranged substantially image conjugate, the transmitted light beams LB, .
LB□と回折光104.105の共通光路内に平行平面
ガラス50を設けなくても、受光素子25A、25Bに
達する回折光104.105の横ずれは全く生じない。Even if the parallel plane glass 50 is not provided in the common optical path of LB□ and the diffracted lights 104 and 105, no lateral shift occurs in the diffracted lights 104 and 105 that reach the light receiving elements 25A and 25B.
尚、平行平面ガラス50は、第1図の場合でも同様であ
るが、極力瞳共役面、もしくはそれに近い位置に配置す
ることが望ましい、また本実施例の場合も第8図に示し
た例と同様に、マークRM、WMの観察位置の変化に応
じて対物レンズ21aがアフォーカル系のところで、先
端の反射ミラーとともに光軸方向に可動な構成にできる
ことは言うまでもない。Although the parallel plane glass 50 is the same as in the case of FIG. 1, it is desirable to arrange it on the pupil conjugate plane or a position as close to it as possible. Similarly, it goes without saying that the objective lens 21a can be configured to be movable in the optical axis direction together with the reflective mirror at the tip in the afocal system according to changes in the observation position of the marks RM and WM.
次に本発明の第6の実施例を第16図を参照して説明す
る0本実施例では、回折格子に入射する2つのビームL
B、 、LBIの交差角を周波数シフター12内の2つ
のAOM73.74を用いて微調するように構成した。Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 16. In this embodiment, two beams L incident on the diffraction grating are
B, The intersection angle of LBI was configured to be finely adjusted using two AOMs 73 and 74 in the frequency shifter 12.
第16図(A)でAOM73.74等の基本的な配置は
、先の第5図と同様であるが、ここではAOM73とA
OM74をZ軸と平行な中心線j!cの回りに180”
回転させた関係に配置する。従ってAOM?3.74へ
のドライブ信号SF、 、SF、の周波数がほぼ同一で
あるとすると、0次光Doに対して1次光(ビームLB
P 、LBs )は、第16図(A)中でx−z面内で
中心線1cに関して対称的な回折角で偏向される。The basic arrangement of AOM73, 74, etc. in Fig. 16(A) is the same as in Fig. 5 above, but here AOM73 and AOM73,
OM74 is the center line j parallel to the Z axis! 180” around c
Place them in a rotated relationship. Therefore AOM? Assuming that the frequencies of the drive signals SF, , SF, to 3.74 are almost the same, the first-order light (beam LB
P , LBs ) is deflected at a diffraction angle symmetrical about the center line 1c in the xz plane in FIG. 16(A).
そしてAOM73.74から射出したビームは、それぞ
れレンズ系400a、400bを通り、空間フィルター
410a、410bに達する。レンズ系400a、40
0bの前側焦点はそれぞれAOM73.74内の回折点
(偏向点)とほぼ一致しており、またレンズ400a、
400bの光軸AXa(その後の合成によって対物レン
ズ系21の光軸と合致する)は、0次光Doと一敗する
ように定められている。さらに空間フィルター41Oa
、410bはそれぞれレンズ系400a、400bの後
側焦点面(第12図面Peに相当)に配置され、θ次光
Doを遮光して1次光であるビームLBp、LBsのみ
を透過する。レンズ系400a; 400bの後では、
ビームLB、、LB、の主光線は光軸AXaと平行にな
り、空間フィルター410a、410bの各々の開口部
にはビームLB、、LB、のビームウェストが位置する
。The beams emitted from the AOMs 73 and 74 pass through lens systems 400a and 400b, respectively, and reach spatial filters 410a and 410b. Lens system 400a, 40
The front focal points of 0b almost coincide with the diffraction points (deflection points) in AOM73 and 74, and the lenses 400a,
The optical axis AXa of the light beam 400b (which coincides with the optical axis of the objective lens system 21 through subsequent synthesis) is determined to be identical to the zero-order light Do. Furthermore, spatial filter 41Oa
, 410b are arranged at the rear focal planes (corresponding to Pe in the 12th drawing) of the lens systems 400a and 400b, respectively, and block the θ-order light Do and transmit only the primary light beams LBp and LBs. After the lens system 400a; 400b,
The chief rays of the beams LB, LB are parallel to the optical axis AXa, and the beam waists of the beams LB, LB are located at the apertures of each of the spatial filters 410a and 410b.
従って空間フィルター410a、410bを対物レンズ
系21の瞳EP、とほぼ共役、もしくは2つのビームL
B、 、LB、の光学理論上のウェスト位置と共役にす
れば、回折格子に達する2つのビームLB、、LB、を
実質的に平行光束にすることができる。また空間フィル
ター410a、4tobの開口部は、ビームLB、、
LBtの主光線と光軸AXaとの各間隔dp、dsがわ
ずかに変化してもよいように、X方向に少し暢をもたせ
である。Therefore, the spatial filters 410a and 410b are approximately conjugate with the pupil EP of the objective lens system 21, or the two beams L
By making it conjugate with the optically theoretical waist position of B, , LB, the two beams LB, , LB that reach the diffraction grating can be made into substantially parallel beams. Also, the openings of the spatial filters 410a and 4tob are for the beams LB,...
A little flexibility is provided in the X direction so that the distances dp and ds between the principal ray of LBt and the optical axis AXa may vary slightly.
さて、第16図(B)はドライブ信号SF、、SFIの
発生回路の一例を模式的に表わしたブロック図である。Now, FIG. 16(B) is a block diagram schematically showing an example of a generating circuit for drive signals SF, . . . SFI.
ドライブ信号SF、 、SF、は、水晶発振器Cxを用
いた周波数シンセサイザ一部411.412で作られる
。出力周波数の設定は分周比等をセットするカウンタ4
14.416で行なわれ、設定値CN、、CNIは主制
御系41(第1図)等から与えられる。設定値CN、
、CN8は信号SF、 、SF、の周波数差が25に豫
になるように定められている。そこでドライブ信号SF
、、SFtとして、それぞれ80.000 M七、80
.025 M七の高周波をAOM73.74に印加する
と、間隔apとdsはともに同じ設計値になる。ところ
が、ドライブ信号SF、 、SF8の周波数をともに数
%〜数十%程度(場合によっては2倍程度)だけ増減さ
せると、間隔dp、dsは設計値に対してともに同じ量
だけ光軸AXaから逆方向に変化する。従ってアライメ
ント系、又は投影レンズ3内の瞳面上で、2つのビーム
LB、 、LBsの主光線が平行を保ったまま、光軸を
中心に対称的に位置変化し、その結果マークRMSWM
に達する2つのビームL B ls%L B 茸s、又
はビームLB□、LB□の入射角が対称的に変化して交
差角の微調整ができる。The drive signals SF, , SF, are generated by a frequency synthesizer part 411, 412 using a crystal oscillator Cx. The output frequency is set using counter 4, which sets the division ratio, etc.
14.416, and the set values CN, . . . CNI are given from the main control system 41 (FIG. 1), etc. Set value CN,
, CN8 are determined so that the frequency difference between the signals SF and , SF becomes 25. Therefore, drive signal SF
,,80.000 M7, 80 respectively as SFt
.. When a high frequency of 0.025 M7 is applied to AOM73.74, both the spacings ap and ds have the same design value. However, if the frequencies of the drive signals SF, SF8 are increased or decreased by a few percent to several tens of percent (in some cases, about twice as much), the distances dp and ds will both change by the same amount from the optical axis AXa relative to the design value. change in the opposite direction. Therefore, on the pupil plane in the alignment system or projection lens 3, the principal rays of the two beams LB, LBs change their positions symmetrically about the optical axis while remaining parallel, and as a result, the mark RMSWM
The angle of incidence of the two beams L B ls%L B Mushrooms, or the beams LB□ and LB□, which reach the angle changes symmetrically, allowing fine adjustment of the intersection angle.
そこで第16図(A)の構成の場合は、第11図に示し
た変調度検出系420と、第16図(B)に示したドラ
イブ回路とを組み合わせて、基準マーク板FM、レチク
ルのマークRM等を用いて、2つのビームLB、 、t
、amの交差角の自動調整(又はセルフチエツク)を行
なうようにするとよい。Therefore, in the case of the configuration shown in FIG. 16(A), the modulation degree detection system 420 shown in FIG. 11 and the drive circuit shown in FIG. Using RM etc., two beams LB, , t
, am may be automatically adjusted (or self-checked).
この場合、機械的な調整ではなく、単にドライブ信号S
F、 、SF、の周波数を変化させる電気的な調整であ
るため、極めて安定、かつ高速である。In this case, instead of mechanical adjustment, simply drive signal S
Since it is an electrical adjustment that changes the frequency of F, , SF, it is extremely stable and fast.
以上のように本実施例では、周波数シフター12内のA
OM73.74が本発明の第2光学部材として機能する
。そして、AOM73.74を用いて交差角の微調を行
なうので、AOM73.74の発熱や経時変化に伴なう
回折特性の変動にも容易に対応することができる。As described above, in this embodiment, A in the frequency shifter 12
OM73.74 functions as the second optical member of the present invention. Since the intersection angle is finely adjusted using the AOM 73.74, it is possible to easily deal with fluctuations in the diffraction characteristics due to heat generation and aging of the AOM 73.74.
(1) 回折格子マークRM、又はWMを照射する2
つノビームLB、、LBIは偏光方向が異なっていても
よい0例えばビームLB、を左回りの円偏光、ビームL
B、を右回りの円偏光にすると、格子マーク上では干渉
縞が発生しないが、受光素子19.25.300の前に
複屈折素子等を入れると同様にビーム信号が得られる。(1) Irradiating the diffraction grating mark RM or WM2
The beams LB, , LBI may have different polarization directions. For example, the beam LB is a counterclockwise circularly polarized beam, and the beam L
If B is made into clockwise circularly polarized light, no interference fringes will occur on the grating mark, but if a birefringent element or the like is inserted in front of the light receiving element 19, 25, 300, a beam signal will be obtained in the same way.
(2)ビームLB、 、LB、の周波数差を得るために
、レーザ光源10をゼーマンレーザにしてもよい。(2) In order to obtain a frequency difference between the beams LB, LB, LB, the laser light source 10 may be a Zeeman laser.
(3)ビームLB、とLB、の周波数差を零にしたホモ
ダイン方式の場合であっても、同様にテレセン度調整と
交差角調整とができる。(3) Even in the case of the homodyne method in which the frequency difference between the beams LB and LB is made zero, the degree of telecentricity and the angle of intersection can be adjusted in the same way.
(4)AOMを用いると、ドライブ信号の周波数を変え
るだけでホモダイン方式とヘテロゲイン方式とをドライ
ブ信号の周波数差の有無によって簡単に切替えられるの
で、ホモダイン方式にしてウェハステージ5をスキャン
するアライメントシーケンスと、ヘテロゲイン方式によ
る露光中のウェハステージのサーボロックとを選択的に
高速に切り替えて処理できる。(4) By using an AOM, it is possible to easily switch between the homodyne method and the heterogain method by simply changing the frequency of the drive signal, depending on the presence or absence of a frequency difference between the drive signals. The servo lock of the wafer stage during exposure using the hetero gain method can be selectively switched at high speed.
(5)TTR,TTL方式のアライメント系では、2つ
のビームLB+、LBmの波長を露光光の波長に近位さ
せて、2焦点素子(lj[屈折物質)21aを省略して
もよい。(5) In the TTR and TTL type alignment systems, the wavelengths of the two beams LB+ and LBm may be made close to the wavelength of the exposure light, and the bifocal element (lj [refractive substance) 21a] may be omitted.
その場合は、ビームLB、 、LBIの送光路中の像共
役面に照明視野絞りを配置して、ウェハ上のレジスト層
の照射領域をマークWMの部分に制限する。In that case, an illumination field stop is arranged on the image conjugate plane in the light transmission path of the beams LB, LBI, to limit the irradiation area of the resist layer on the wafer to the mark WM.
(6) 第16図の構成においては、AOM73.7
4の発熱によってビームの回折角がドリフトする場合、
その発熱を温度センサーでモニターし、温度上昇にとも
なってドライブ信号SF、、SF□の周波数を自動調整
してビームLB、 、LB。(6) In the configuration shown in Figure 16, AOM73.7
When the diffraction angle of the beam drifts due to heat generation in 4,
The heat generation is monitored by a temperature sensor, and as the temperature rises, the frequency of the drive signals SF, , SF□ is automatically adjusted to generate beams LB, , LB.
の交差角を一定に保つようにしてもよい。It is also possible to keep the intersection angle constant.
以上、本発明によれば2つのビームを回折格子上で交差
するように照射するアライメント光学系等において対物
光学系(投影光学系)の瞳面で2つのビームの位置を格
子配列方向に同量だけシフトさせる第1光学部材を設け
たので、2つのビームのテレセン度が調整でき、さらに
2つのビームの瞳面での間隔を変化させる第2光学部材
を設けたので、2つのビームの回折格子上での交差角を
最適なものに調整できる。As described above, according to the present invention, in an alignment optical system or the like that irradiates two beams so as to intersect on a diffraction grating, the positions of the two beams on the pupil plane of the objective optical system (projection optical system) are set by the same amount in the grating arrangement direction. Since the first optical member is provided to shift the distance between the two beams, the telecentricity of the two beams can be adjusted. Furthermore, since the second optical member is provided to change the distance between the two beams in the pupil plane, the diffraction grating of the two beams can be adjusted. The intersection angle at the top can be adjusted to the optimal one.
従って、回折格子と干渉縞を用いた位置検出の精度が、
ホゾの高分解能であることの利点を保ったまま安定に得
、られるといった効果がある。Therefore, the accuracy of position detection using a diffraction grating and interference fringes is
It has the advantage of being able to be stably obtained while maintaining the high resolution of tenons.
また干渉縞と回折格子とが相対的に光軸方向に大きく変
位しても、極めて高いテレセン性を維持しているため、
何ら位置検出の障害にならないといった格別な効果も得
られる。Furthermore, even if the interference fringes and the diffraction grating are relatively displaced largely in the optical axis direction, extremely high telecentricity is maintained.
The special effect of not interfering with position detection can also be obtained.
このため従来のステッパー等で実行されていたアライメ
ント時のフォーカス合わせ(AF)動作が省略できるの
で、E−G−A法を併用したシーケンスではスルーブツ
トが向上するといった利点もある。またギャップの設定
精度や光源とマスクとの間隔設定精度が比較的低いプロ
キシミティ露光装置(例えばSORを用いたX線ステッ
パー等)では、はとんど機械的にマスクとウェハとをセ
ットするだけで、ただちにアライメント、露光といった
動作に移行でき、同様にスルーブツトの向上が期待でき
る。For this reason, the focusing (AF) operation during alignment, which is performed in conventional steppers, etc., can be omitted, so there is an advantage that the throughput is improved in sequences using the E-G-A method. In addition, in proximity exposure equipment (for example, an X-ray stepper using SOR) where the gap setting accuracy and the distance setting accuracy between the light source and the mask are relatively low, the mask and wafer are mostly set mechanically. With this, operations such as alignment and exposure can be immediately started, and throughput can be expected to improve as well.
また第1光学部材と第2光学部材は、1つの検出信号(
例えばDSw)に基づいて調整することができるため、
それぞれテレセン度計測と交差角計測とに別々の検出系
を備えておく必要がなく、極めて簡便である。Further, the first optical member and the second optical member receive one detection signal (
For example, it can be adjusted based on
There is no need to provide separate detection systems for telecentricity measurement and cross angle measurement, which is extremely simple.
第1図は本発明の第1の実施例によるステッパーの構成
を示す図、第2図(A)は干渉縞と回折格子の様子を説
明する本発明の原理図、第2図(B)、(C)は信号波
形の一例を示す原理図、第3図は第1図に示した光学系
の主要部をさらに詳細に説明した図、第4図は第3図中
の回折格子マークとアパーチャ板の関係を示す平面図、
第5図、第6図、第7図は第1図中の周波数シフターの
詳細な構成を示す図、第8図は第1図中のアライメント
系の実用的な構造を示す図、第9図は投影レンズの像面
側でのテレセン度の計測方法を説明する図、第10図は
テレセン性の計測値を表わすグラフ、第11図は変調度
検出系の接続方式を示す図、第12図は本発明の第2の
実施例による光学系を示す図、第13図(A)、第13
図(B)は本発明の第3の実施例による受光系の構成を
示す図、第14図(A)、第14図(B)は本発明の第
4の実施例の原理説明であって、回折光の発生の様子と
、0次ビームのビート信号の波形を示す図、第15図は
第5の実施例によるアライメント装置の構成を示す図、
第16図(A)は第6の実施例による周波数シフターの
構成を示す斜視図、第16図(B)は第16図(A)の
構成に好適なドライブ回路の一例を示すブロック図であ
る。
〔主要部分の符号の説明〕
1・・・レチクル、3・・・投影レンズ、4.W・・・
ウェハ、5・・・ウェハステージ、10・・・レーザ光
源、12・・・周波数シフター
17A、、17B・・・リレー系、18・・・基準格子
板、19・・・受光素子、21a・・・対物レンズ、2
1b・・・複屈折物質、23・・・空間フィルター25
.25A、25B・・・受光素子、40・・・位相検出
系、41・・・主制御系、50.54.55・・・平行
平面ガラス、WP、RM、WM・・・回折格子マーク、
104.105・・・マークRM、WMからの干渉ビー
ト光(回折光)、
73.74・・・音響光学変調器(AOM)、300.
30OR,300W・・・受光素子、420・・・変調
度検出系、LB・・・レーザビーム、LB、・・・P偏
光ビーム、LB、・・・S偏光ビーム、L B I ・
・・周波数f、のビーム、LB、・・・周波数f3のビ
ーム、
EP、EP、・・・瞳面、
SF、、si;’x・・・AOMドライブ信号、DR・
・・参照信号、DSw、DSr・・・計測信号、AXa
・・・アライメント系の光軸、IFw・・・干渉縞、I
P’、IPm・・・像共役面、FM・・・基準マーク板
。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a stepper according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 (A) is a diagram of the principle of the present invention explaining the appearance of interference fringes and a diffraction grating, and FIG. 2 (B) (C) is a principle diagram showing an example of a signal waveform, Fig. 3 is a diagram explaining the main parts of the optical system shown in Fig. 1 in more detail, and Fig. 4 shows the diffraction grating marks and apertures in Fig. 3. A plan view showing the relationship between the plates,
Figures 5, 6, and 7 are diagrams showing the detailed structure of the frequency shifter in Figure 1, Figure 8 is a diagram showing the practical structure of the alignment system in Figure 1, and Figure 9 is a diagram showing the practical structure of the alignment system in Figure 1. FIG. 10 is a graph showing the measured value of telecentricity, FIG. 11 is a diagram showing the connection method of the modulation degree detection system, and FIG. 13A is a diagram showing an optical system according to a second embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 14(B) is a diagram showing the configuration of a light receiving system according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 14(A) and FIG. 14(B) are explanations of the principle of a fourth embodiment of the present invention. , a diagram showing how diffracted light is generated and the waveform of the beat signal of the zero-order beam; FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the alignment device according to the fifth embodiment;
FIG. 16(A) is a perspective view showing the configuration of a frequency shifter according to the sixth embodiment, and FIG. 16(B) is a block diagram showing an example of a drive circuit suitable for the configuration of FIG. 16(A). . [Explanation of symbols of main parts] 1... Reticle, 3... Projection lens, 4. W...
Wafer, 5... Wafer stage, 10... Laser light source, 12... Frequency shifter 17A,, 17B... Relay system, 18... Reference grating plate, 19... Light receiving element, 21a...・Objective lens, 2
1b... Birefringent substance, 23... Spatial filter 25
.. 25A, 25B... Light receiving element, 40... Phase detection system, 41... Main control system, 50.54.55... Parallel plane glass, WP, RM, WM... Diffraction grating mark,
104.105... Interference beat light (diffraction light) from marks RM and WM, 73.74... Acousto-optic modulator (AOM), 300.
30OR, 300W... Light receiving element, 420... Modulation degree detection system, LB... Laser beam, LB,... P polarized beam, LB,... S polarized beam, L B I ・
...beam of frequency f, LB, ...beam of frequency f3, EP, EP, ...pupil plane, SF,,si;'x...AOM drive signal, DR.
...Reference signal, DSw, DSR...Measurement signal, AXa
...Optical axis of alignment system, IFw...Interference fringe, I
P', IPm...image conjugate plane, FM...reference mark plate.
Claims (3)
方向から照射するための2つのビームを造り出すビーム
発生手段と、該2つのビームを瞳面内で所定間隔だけ離
して通すことによって、前記物体に所定の交差角で照射
する対物光学系と、前記回折格子からの回折光を該対物
光学系を介して受光する光電検出器とを備え、該光電検
出器からの検出信号に基づいて前記物体の位置を検出す
る装置において、 前記ビーム発生手段に含まれる光源から前記物体までの
光路中に配置され、前記瞳面内での2つのビームの間隔
はほぼ一定に保ったまま、該2つのビームを前記瞳面内
でともに前記回折格子の格子配列方向に変位させる第1
光学部材と;前記光源から前記対物光学系までの光路中
に配置され、前記瞳面内での2つのビームの間隔を変化
させる第2光学部材とを備え、 前記検出信号の状態に応じて、前記第1光学部材と前記
第2光学部材とを調整することを特徴とする位置検出装
置。(1) Diffraction grating formed on an object at a predetermined intersection angle
a beam generating means for producing two beams for irradiating from a direction; an objective optical system for irradiating the object at a predetermined intersection angle by passing the two beams at a predetermined distance apart in a pupil plane; and a photoelectric detector that receives diffracted light from a diffraction grating via the objective optical system, and detects the position of the object based on a detection signal from the photoelectric detector, wherein the beam generating means includes: The two beams are arranged in the optical path from the light source to the object, and the two beams are aligned in the grating arrangement direction of the diffraction grating in the pupil plane while keeping the interval between the two beams approximately constant in the pupil plane. The first to be displaced to
an optical member; a second optical member disposed in the optical path from the light source to the objective optical system and changing the interval between the two beams in the pupil plane, depending on the state of the detection signal; A position detection device that adjusts the first optical member and the second optical member.
ための2つの音響光学変調器を備え、該2つの音響光学
変調器を前記第1光学部材と第2光学部材のいずれか一
方として使用するとともに、該2つの音響光学変調器の
偏向原点を前記対物光学系に関して前記物体とほぼ共役
に配置したことを特徴とする請求項第1項に記載の装置
。(2) The beam generating means includes two acousto-optic modulators for producing the two beams, and uses the two acousto-optic modulators as either the first optical member or the second optical member. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the deflection origins of the two acousto-optic modulators are arranged substantially conjugate with the object with respect to the objective optical system.
偏向面を同一面内に揃えるとともに、該2つの音響光学
変調器の夫々に印加するドライブ信号の周波数をほぼ同
じ量だけ増減させるドライブ回路を備えたことを特徴と
する請求項第2項に記載の装置。(3) A drive circuit that aligns the deflection planes of the beams emitted from the two acousto-optic modulators in the same plane and increases or decreases the frequency of the drive signal applied to each of the two acousto-optic modulators by approximately the same amount. 3. The device according to claim 2, characterized in that it comprises:
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048294A JP2814521B2 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Position detection device |
| US08/233,081 US5489986A (en) | 1989-02-28 | 1994-04-25 | Position detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048294A JP2814521B2 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Position detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02227603A true JPH02227603A (en) | 1990-09-10 |
| JP2814521B2 JP2814521B2 (en) | 1998-10-22 |
Family
ID=12799418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1048294A Expired - Lifetime JP2814521B2 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Position detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2814521B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003100613A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-04 | Nikon Corp | Wavefront aberration measuring apparatus, wavefront aberration measuring method, and exposure apparatus and device manufacturing method |
| JP2016148577A (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社小野測器 | Laser measuring device |
| JPWO2021214899A1 (en) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP1048294A patent/JP2814521B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003100613A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-04 | Nikon Corp | Wavefront aberration measuring apparatus, wavefront aberration measuring method, and exposure apparatus and device manufacturing method |
| JP2016148577A (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社小野測器 | Laser measuring device |
| JPWO2021214899A1 (en) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2814521B2 (en) | 1998-10-22 |
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