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JP2691298B2 - Positioning device and exposure apparatus including the same - Google Patents

Positioning device and exposure apparatus including the same

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Publication number
JP2691298B2
JP2691298B2 JP1142377A JP14237789A JP2691298B2 JP 2691298 B2 JP2691298 B2 JP 2691298B2 JP 1142377 A JP1142377 A JP 1142377A JP 14237789 A JP14237789 A JP 14237789A JP 2691298 B2 JP2691298 B2 JP 2691298B2
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JP
Japan
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light
wafer
optical system
aperture
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宏一郎 小松
和哉 太田
伸貴 馬込
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回折格子干渉型の位置合わせ装置に関する
ものであり、特に半導体製造装置(ステッパー)等の位
置合わせ装置に好適なものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diffraction grating interference type alignment apparatus, and is particularly suitable for an alignment apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus (stepper).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体素子等の微細パターンを高分解能で半導
体のウエハ上に転写する装置として、投影型露光装置、
所謂ステッパーが多用されるようになってきている。特
に最近は、これにより製造されるLSIの高密度化が要求
されてきており、より微細なパターンをウエハ上に転写
する必要がある。これに対応するには、より高精度な位
置合わせ(アライメント)が不可欠である。
In recent years, as an apparatus for transferring a fine pattern such as a semiconductor element onto a semiconductor wafer with high resolution, a projection type exposure apparatus,
So-called steppers have come to be used frequently. Particularly in recent years, there has been a demand for higher density of LSIs manufactured by this, and it is necessary to transfer a finer pattern onto a wafer. In order to cope with this, more accurate alignment is essential.

そこで、回折格子干渉型の位置合わせ装置が数多く提
案されている。
Therefore, many diffraction grating interference type alignment devices have been proposed.

例えば、第13図に示す如く、ヘテロダイン干渉法を利
用した位置合わせ装置が知られている。
For example, as shown in FIG. 13, there is known a positioning device using the heterodyne interferometry.

図示の如く、所定の回路パターンを有するレチクル1
は、2次元的に移動可能なレチクルステージ2に保持さ
れている。レチクル上のパターンは照明光学系30から供
給される露光光により均一に照明され、投影レンズ3を
介してウエハ4(基板)上に結像される。ウエハ4には
アライメント(位置合わせ)用の回折格子のウエハマー
クWMが形成されている。
As shown, the reticle 1 has a predetermined circuit pattern.
Are held on a reticle stage 2 which is two-dimensionally movable. The pattern on the reticle is uniformly illuminated by the exposure light supplied from the illumination optical system 30, and is imaged on the wafer 4 (substrate) via the projection lens 3. A wafer mark WM of a diffraction grating for alignment (positioning) is formed on the wafer 4.

さて、ウエハ4はステップアンドリピート方式で2次
元移動するステージに吸着されて、WM上の1つのショッ
ト領域でのレチクル上のパターンの転写が完了すると、
次のショット位置までステッピングされる。
Now, when the wafer 4 is attracted to the stage that moves two-dimensionally by the step-and-repeat method and the transfer of the pattern on the reticle in one shot area on the WM is completed,
It is stepped to the next shot position.

レチクルステージ2及びウエハステージ5におけるX
方向、Y方向及び回転(θ)方向の位置を独立に検出す
るための、不図示の干渉計が各ステージについて設けら
れており、各方向における各ステージの駆動は不図示の
駆動モータにより行われる。
X on reticle stage 2 and wafer stage 5
An interferometer (not shown) is provided for each stage for independently detecting the position in the direction, the Y direction, and the rotation (θ) direction, and each stage is driven in each direction by a drive motor (not shown). .

次にアライメント光学系について説明する。 Next, the alignment optical system will be described.

レーザー光源10から出力されるレーザービームは、ビ
ームエキスパンダ11で所定のビーム径に拡大され、ビー
ムスプリッター12で2分割される。そして、このビーム
スプリッター12を反射する光束は、音響光学素子14a(A
OM)に入射する一方、ビームスプリッター12を透過する
光束は、反射ミラー13を介して、音響光学素子14bに入
射する。そして、各光束はそれぞれの音響光学素子によ
り、周波数変調を受けると、互いに異なる周波数の光束
となり、レンズ15a、15b、16によりリレーされ、絞り手
段の視野絞りFSを所定の入射角(±θFS)を持った2方
向で照射する。
The laser beam output from the laser light source 10 is expanded into a predetermined beam diameter by the beam expander 11 and divided into two by the beam splitter 12. The light beam reflected by the beam splitter 12 is reflected by the acousto-optic element 14a (A
On the other hand, the light beam which is incident on the OM) and which is transmitted through the beam splitter 12 is incident on the acousto-optic element 14b via the reflection mirror 13. When each light beam is frequency-modulated by each acousto-optic element, it becomes a light beam having a different frequency and is relayed by the lenses 15a, 15b, 16 and the field stop FS of the diaphragm means has a predetermined incident angle (± θ FS ) With two directions.

視野絞りFSは矩形形状の開口部を有しており、アライ
メント光の照射によりこの視野絞りを走る干渉縞が形成
される。このとき、アライメント光の波長をλとすると
き、この干渉縞のピッチPFSは、 となり、音響光学素子14aを介した光束の周波数がf1
音響光学素子14bを介した光束が周波数をf2に周波数変
調を受けたとすると、この干渉縞は、PFS×|f1−f2
の速度を持って移動する。
The field stop FS has a rectangular opening, and the irradiation of alignment light forms an interference fringe that runs through this field stop. At this time, when the wavelength of the alignment light is λ, the pitch P FS of the interference fringes is And the frequency of the light beam passing through the acousto-optic element 14a is f 1 ,
Assuming that the light beam passing through the acousto-optic element 14b is frequency-modulated with a frequency of f 2 , this interference fringe is P FS × | f 1 −f 2 |
Move at the speed of.

この視野絞りFSを通過した各アライメント光は、反射
ミラー17、対物レンズ18、ビームスプリッター19、ダイ
クロイックミラー20、投影レンズ3を介して、ウエハ
(基板)上に形成された回折格子マークWM(以下、ウエ
ハマークと言う)に、互いに異なる周波数を持った2つ
のコヒーレント光をこれの法線(光軸)方向に対して対
称となるような入射角(±θWM)で照射する。すると、
上記の視野絞りFSと同様に、ウエハマークWM上を走る干
渉縞が形成される。このとき、この干渉縞のピッチPIWM
は、 となり、この干渉縞はPIWM×|f1−f2|の速度を持って
移動する。
Each of the alignment lights that have passed through the field stop FS passes through the reflection mirror 17, the objective lens 18, the beam splitter 19, the dichroic mirror 20, and the projection lens 3 to form a diffraction grating mark WM (hereinafter referred to as “mark”) formed on the wafer (substrate). , Wafer mark) are irradiated with two coherent light beams having different frequencies at an incident angle (± θ WM ) which is symmetrical with respect to the normal (optical axis) direction of the two coherent light beams. Then
Similar to the field stop FS described above, interference fringes running on the wafer mark WM are formed. At this time, the pitch of this interference fringe P IWM
Is Therefore, this interference fringe moves at a speed of P IWM × | f 1 −f 2 |.

ここで、このウエハマークWMの法線(光軸)方向に±
n次回折光が発生するように設定されており、この入射
角θWMは、回折格子マークWMのピッチをPWM、アライメ
ント光の波長をλとするとき、 で与えられる。
Here, in the normal (optical axis) direction of this wafer mark WM, ±
The n-th order diffracted light is set to be generated, and this incident angle θ WM is defined as follows: when the pitch of the diffraction grating mark WM is P WM and the wavelength of the alignment light is λ, Given by

そして、この法線(光軸)方向に発生する検出用の±
1次回折光を、投影レンズ3、ダイクロイックミラー2
0、ビームスプリッター19、対物レンズ21、空間フィル
ター22を介し、投影レンズ3の瞳と共役な位置に設けら
れた検出器23にて光電検出する。
Then, for the detection ± that occurs in the direction of this normal (optical axis)
Projecting lens 3 and dichroic mirror 2 for 1st-order diffracted light
Photoelectric detection is performed by a detector 23 provided at a position conjugate with the pupil of the projection lens 3 through 0, the beam splitter 19, the objective lens 21, and the spatial filter 22.

空間フィルター22は投影レンズの瞳と共役な位置に設
けられており光軸方向に進行するウエハマークWMからの
回折光を通過させる機能を有している。
The spatial filter 22 is provided at a position conjugate with the pupil of the projection lens and has a function of passing the diffracted light from the wafer mark WM traveling in the optical axis direction.

位相検出系41は、検出器23にて得られた光ビート信号
SWMと、音響光学素子14a、14bのドライブ信号差|DS1
DS2|との位相差を検出し、この位相差に基づいて制御
系42は、位相差が零となるようにウエハステージ5を制
御して、ウエハ4の位置合わせ、すなわちアライメント
を行っている。
The phase detection system 41 is an optical beat signal obtained by the detector 23.
Drive signal difference between S WM and acousto-optic elements 14a, 14b | DS 1
The phase difference from DS 2 | is detected, and based on this phase difference, the control system 42 controls the wafer stage 5 so that the phase difference becomes zero to align the wafer 4, that is, perform alignment. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

以上の如く、回折格子干渉型の位置合わせを行う際
に、例えば、先に述べた第13図に示す如く、アライメン
ト光を送光する光学系中におけるウエハ4と共役な位置
に視野絞りFSを配置が配置する必要がある。これは、ウ
エハ上に形成された回折格子のウエハマーク上の照明領
域を制限するものであり、特に、アライメント光の1部
が転写領域のパターン、もしくはその他のアライメント
用マークを照明することによる反射光がノイズ光として
検出器に入射することを防ぐ機能している。
As described above, when the diffraction grating interference type alignment is performed, for example, as shown in FIG. 13 described above, the field stop FS is set at a position conjugate with the wafer 4 in the optical system for transmitting the alignment light. Placement needs to be placed. This limits the illumination area on the wafer mark of the diffraction grating formed on the wafer, and in particular, a part of the alignment light is reflected by illuminating the pattern of the transfer area or other alignment marks. It functions to prevent light from entering the detector as noise light.

しかしながら、この視野絞りFSにより発生する回折光
が検出精度に悪影響を及ぼす問題がある。そこで、以下
の説明を容易にするために、アライメント光学系を簡潔
的に示した第14図を参照しながら説明する。
However, there is a problem that the diffracted light generated by the field stop FS adversely affects the detection accuracy. Therefore, in order to facilitate the following description, the alignment optical system will be briefly described with reference to FIG.

第14図の実線で示す如く、互いに異なる周波数のコヒ
ーレントなアライメント光(LB1、LB2)が、所定の入射
角θFSを持った2方向で矩形絞りFSを照射した後、投影
レンズ3の1部を構成しているレンズ3aを介すると、投
影レンズ3の瞳面P(フーリエ面)で2つのビームスポ
ット(BS1、BS2)が形成され、さらに撮影レンズ3の1
部を構成しているレンズ3bを介すると、ウエハ上に形成
された回折格子マークWMの照明領域を所定の入射角(±
θWM)を持った2方向で照射する。
As shown by the solid line in FIG. 14, coherent alignment lights (LB 1 and LB 2 ) of different frequencies irradiate the rectangular diaphragm FS in two directions with a predetermined incident angle θ FS, and then the projection lens 3 Two beam spots (BS 1 and BS 2 ) are formed on the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3 through the lens 3a which constitutes one part, and further, the one of the photographing lens 3
Through the lens 3b forming the part, the illumination area of the diffraction grating mark WM formed on the wafer is moved to a predetermined incident angle (±
Irradiate in two directions with θ WM ).

今、入射角(±θWM)はウエハマームWMの法線(光
軸)方向に±1次回折光が発生するように設定されてい
るとする。
Now, it is assumed that the incident angle (± θ WM ) is set so that ± 1st order diffracted light is generated in the direction of the normal line (optical axis) of the wafer marm WM.

すると、このウエハマークWMにより法線(光軸)方向
に発生する±1次回折光のLB1(+1)、LB2(−1)の
みを検出して、アライメントを行っている。
Then, this wafer mark WM detects only LB 1 (+1) and LB 2 (−1) of ± first-order diffracted light generated in the normal (optical axis) direction, and performs alignment.

ところが、実際には、矩形形状の開口部を有する視野
絞りFSに所定の交差角(±θFS)を持った2方向から互
いに異なる周波数のアライメント光(LB1、LB2)を照射
すると、この矩形絞りFSのエッジにより回折光が発生す
る。
However, in practice, when the field stop FS having a rectangular opening is irradiated with alignment light (LB 1 , LB 2 ) having different frequencies from two directions having a predetermined crossing angle (± θ FS ), Diffracted light is generated by the edge of the rectangular diaphragm FS.

ここで、矩形絞りFSに入射する2つのアライメント光
(LB1、LB2)は平面波として扱えるため、投影レンズ3
の瞳面Pでは、フランフォフアー回折として解析するこ
とができる。
Here, since the two alignment lights (LB 1 and LB 2 ) incident on the rectangular diaphragm FS can be treated as plane waves, the projection lens 3
In the pupil plane P of, it can be analyzed as Franfofer diffraction.

定性的には、第15図に示す如く、投影レンズ3の瞳面
P(フーリエ面)において、実線で示すアライメント光
LB1による回折強度分布DF1と、破線で示すアライメント
光LB2による回折強度分析DF2が瞳中心Oを対称に形成さ
れる。
Qualitatively, as shown in FIG. 15, on the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3, the alignment light shown by the solid line is drawn.
A diffraction intensity distribution DF 1 by LB 1, the diffraction intensity analysis DF 2 by the alignment light LB 2 shown by a broken line is formed symmetrically pupil center O.

ここでは、特に、アライメント精度の悪影響及ぼす回
折光について説明する。
Here, in particular, diffracted light that adversely affects the alignment accuracy will be described.

図示の如く、BS1の位置でビームスポットを形成する
強度I0のアライメント光LB1に、強度INを有するアライ
メント光LB2の回折光から混入する一方、BS2の位置でビ
ームスポットを形成する強度I0のアライメント光LB
2に、強度INを有するアライメント光LB1の回折光か混入
する。
As shown in the figure, the diffracted light of the alignment light LB 2 having the intensity I N is mixed into the alignment light LB 1 having the intensity I 0 which forms the beam spot at the position of BS 1 , while the beam spot is formed at the position of BS 2. Alignment light LB with intensity I 0
2 is mixed with the diffracted light of the alignment light LB 1 having the intensity I N.

この事から、先に述べた第14図では、破線で示す如
く、周波数f1のアライメント光LB1により発生するノイ
ズ回折光lb1が、周波数f2のアライメント光LB2と同一光
路上を進行するため、このアライメント光LB2はこのノ
イズ光lb1によりビートした状態でウエハマークWMを−
θWMの入射角で照射することになる。
From this, in FIG. 14 described above, the noise diffracted light lb 1 generated by the alignment light LB 1 of the frequency f 1 travels on the same optical path as the alignment light LB 2 of the frequency f 2 as shown by the broken line. Therefore, the alignment light LB 2 is aligned with the wafer mark WM while being beaten by the noise light lb 1.
Irradiation is performed at an incident angle of θ WM .

一方、周波数f2のアライメント光LB2により発生する
ノイズ回折光lb2も、周波数f1のアライメント光LB1と同
一光路上を進行するため、このアライメント光LB1はノ
イズ光lb2によりビートした状態でウエハマークWMを+
θWMの入射角で照射することになる。
On the other hand, the noise diffraction beams lb 2 generated by the alignment light LB 2 of frequency f 2 also, for the progress of the alignment light LB 1 the same optical path and the frequency f 1, the alignment light LB 1 was beat by noise light lb 2 Wafer mark WM +
Irradiation is performed at an incident angle of θ WM .

第16図はウエハマークWM上で回折光が発生する様子を
示しており、図示の如く、このマークWMの法線(光軸)
方向にアライメント光LB2の−1次回折光LB2(−1)と
ノイズ回折光lb1の−1次回折光lb1(−1)とが発生す
るとともに、アライメント光LB1の+1次回折光LB1(+
1)とノイズ回折光lb2との+1次回折光lb2(+1)と
が発生する。
FIG. 16 shows how diffracted light is generated on the wafer mark WM, and as shown in the figure, the normal line (optical axis) of this mark WM.
With the -1st-order diffracted light LB 2 alignment light LB 2 (-1) of the -1st-order diffracted light lb 1 noise diffracted light lb 1 and (-1) is generated in the direction of + 1st-order diffracted light LB 1 alignment light LB 1 (+
1) and the noise diffracted light lb 2 and the + 1st order diffracted light lb 2 (+1) is generated.

また、今述べた第15図では、投影レンズ3の瞳位置の
中心Oにも各アライメント光の回折光が混入しているこ
とが分かる。このため、第14図では、矩形形状の開口部
を有する視野絞りFSによる各アライメント光のノイズ回
折光(lb1′、lb2′)同士がビートした状態で光軸上を
進行し、ウエハマークWMを垂直に照射することになる。
すると、第16図に示した如く、このマークWMの法線方向
に0次回折光(lb1(0)′、lb2(0)′)が発生する。
Further, in FIG. 15 just described, it can be seen that the diffracted light of each alignment light is also mixed in the center O of the pupil position of the projection lens 3. Therefore, in FIG. 14, the noise diffracted light (lb 1 ′, lb 2 ′) of each alignment light by the field stop FS having the rectangular opening advances on the optical axis in a beat state, and the wafer mark It will illuminate the WM vertically.
Then, as shown in FIG. 16, 0th-order diffracted light (lb 1 (0) ′, lb 2 (0) ′) is generated in the normal direction of the mark WM.

以上の如く、投影レンズの瞳面Pと共役な位置に設け
られた検出器は、ウエハマークWMの法線方向(光軸方
向)に発生する全ての光を検出するため、検出光中にノ
イズ回折光が含まれると、検出された光ビート信号には
大きな検出誤差が含まれてしまう。
As described above, since the detector provided at the position conjugate with the pupil plane P of the projection lens detects all the light generated in the normal direction (optical axis direction) of the wafer mark WM, noise in the detected light is generated. When the diffracted light is included, the detected optical beat signal includes a large detection error.

したがって、本発明は、上記の問題点を全て解決し、
開口絞りにより発生する回折光がアライメント精度に及
ぼす悪影響を除去し、常に高精度かつ安定した位置検出
ができる高性能な位置検出を提供することを目的として
いる。
Therefore, the present invention solves all the above problems,
An object of the present invention is to provide a high-performance position detection that eliminates the adverse effect of the diffracted light generated by the aperture stop on the alignment accuracy and can always perform highly accurate and stable position detection.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

アライメント光学系を有し、該アライメント光学系か
らのコヒーレント光を、位置検出すべき被検物体上に形
成された回折格子に、所定の2方向で照射することによ
り発生する回折光を干渉させて、該干渉縞の強度を光電
検出する位置合わせ装置において、 前記アライメント光学系における前記被検物体と共役
な位置に、絞り手段を設け、 該絞り手段の開口部を形成しているエッジは、前記回
折格子の溝方向に対応する方向に対して傾くようにした
ものである。
An alignment optical system is provided, and the coherent light from the alignment optical system is applied to a diffraction grating formed on an object to be position-detected in two predetermined directions to cause interference of the diffracted light. In the alignment device for photoelectrically detecting the intensity of the interference fringes, diaphragm means is provided at a position conjugate with the object to be inspected in the alignment optical system, and the edge forming the aperture of the diaphragm means is It is designed to be inclined with respect to the direction corresponding to the groove direction of the diffraction grating.

また、該絞り手段の開口部を形成しているエッジの長
さをL、前記絞り上で形成される干渉縞のピッチを
PFS、整数をmとするとき、少なくとも相対向する1対
のエッジが、 L=mPFS を満足するように構成しても良い。
Further, the length of the edge forming the aperture of the diaphragm means is L, and the pitch of the interference fringes formed on the diaphragm is
P FS , where m is an integer, at least one pair of opposing edges may satisfy L = mP FS .

特に、前記絞りの開口部を平行四辺形状に構成するこ
とが好ましく、具体的には、前記開口部のエッジの傾き
をθ、前記絞り手段上で形成される干渉縞のピッチ
PFS、ウエハ上に形成された回折格子マークのピッチをP
WM、前記回折格子の配列方向に対応する前記絞り手段の
開口部のエッジの長さをW、前記回折格子の溝方向に対
応する方向の前記絞り手段の開口部のエッジの長さh、
ウエハ上における許容アライメント誤差をxWMとすると
き、 を満足するように構成することが望ましい。
In particular, it is preferable that the aperture of the aperture is formed in a parallelogram shape. Specifically, the inclination of the edge of the aperture is θ, and the pitch of the interference fringes formed on the aperture means.
P FS , P is the pitch of the diffraction grating marks formed on the wafer
WM , W is the length of the edge of the aperture of the diaphragm means corresponding to the array direction of the diffraction grating, and h is the length of the edge of the aperture of the diaphragm means in the direction corresponding to the groove direction of the diffraction grating.
When the allowable alignment error on the wafer is x WM , It is desirable to configure so as to satisfy the following.

また、前記絞りにより発生する回折光を遮光するため
の遮光手段を前記絞り手段よりも被検物体側に設けても
良い。
Further, a light blocking means for blocking the diffracted light generated by the diaphragm may be provided closer to the object to be inspected than the diaphragm means.

より好ましくは、 を満足するように構成することが良い。More preferably, It is better to configure so that

(作用) 以上までは、矩形絞りFSにより発生するノイズ回折光
によるアライメント精度に及ぼす悪影響について簡単に
述べたが、以下にて、この物理的現象についてさらに解
析する。
(Operation) Up to this point, the adverse effect on the alignment accuracy due to the noise diffracted light generated by the rectangular diaphragm FS has been briefly described, but below, this physical phenomenon will be further analyzed.

第16図に示した如く、アライメント光LB1によりウエ
ハマークWMの法線方向に発生する+1次回折光LB1(+
1)の振幅をA1、アライメント光LB2によりウエハマー
クWMの法線方向に発生する−1次回折光LB2(−1)の
振幅をA2、アライメント光LB2と同一光路上を進行する
ノイズ光回折光lb1によりウエハマークWMの法線方向に
発生する−1次回折光lb1(−1)の振幅をb1、アライ
メント光LB1と同一光路上を進行するノイズ回折光lb2
よりウエハマークWMの法線方向に発生する+1次回折光
lb2(+1)の振幅をb2とするとき、検出器にて光電検
出される光ビート信号SWMは、次式にて与えられる。
As shown in FIG. 16, + 1st-order diffracted light LB 1 generated by the alignment light LB 1 in the normal direction of the wafer mark WM (+
The amplitude of 1) is A 1 , the alignment light LB 2 causes the −1st-order diffracted light LB 2 generated in the normal direction of the wafer mark WM (−1) to have the amplitude of A 2 , and the alignment light LB 2 travels on the same optical path. The noise diffracted light lb 1 causes the amplitude of the −1st order diffracted light lb 1 (-1) generated in the normal direction of the wafer mark WM to be b 1 , and the noise diffracted light lb 2 traveling on the same optical path as the alignment light LB 1 + 1st order diffracted light generated in the normal direction of the wafer mark WM
When the amplitude of lb 2 (+1) is b 2 , the optical beat signal S WM photoelectrically detected by the detector is given by the following equation.

SWM=A1cos(ω1t+φ1)+A2cos(ω2t+φ2)+b1c
os(ω1t+δ1)+b2cos(ω2t+δ2) ……(1) 検出器で検出される信号は、強度(振幅の2乗)の時
間平均であるため、Δω=ω1−ω2とするときの検出信
号強度は、以下の如くなる。
S WM = A 1 cos (ω 1 t + φ 1 ) + A 2 cos (ω 2 t + φ 2 ) + b 1 c
os (ω 1 t + δ 1 ) + b 2 cos (ω 2 t + δ 2 ) ... (1) Since the signal detected by the detector is a time average of intensity (square of amplitude), Δω = ω 1 −ω The detection signal strength when the value is 2 is as follows.

今、ウエハマークWMのピッチをPWMとして、例えばウ
エハがX方向へxだけ変位すると、これに対応する位相
差は、 となる。
Now, assuming that the pitch of the wafer mark WM is P WM and the wafer is displaced by x in the X direction, the phase difference corresponding to this is Becomes

そこで、説明をより簡単とするために、A1=A2≡A、
b1=b2≡bとし、また上記のウエハの移動により位相差
以外の初期位相は全て零とすると、(2)式は次式で与
えられる この(3)式から分かるように、検出器にて観測され
る光ビート信号は、(3)式の右辺の第2項及び第3項
のみとなり、ウエハのX方向への変位に従って第2項の
位相のみが変化し、第3項はウエハのX方向への変位に
全く関係ないノイズ成分となる。
Therefore, in order to simplify the explanation, A 1 = A 2 ≡A,
Assuming that b 1 = b 2 ≡b and the initial phases other than the phase difference are all zero due to the movement of the wafer, the equation (2) is given by the following equation. As can be seen from the equation (3), the optical beat signal observed by the detector is only the second and third terms on the right side of the equation (3), and the second term according to the displacement of the wafer in the X direction. , The third term becomes a noise component that has nothing to do with the displacement of the wafer in the X direction.

したがって、検出器により観測される光ビート信号SW
とAOMのドライブ信号DSとの位相差は、(3)式の右辺
の第2項及び第3項の合成波形との差として検出される
ことが理解できる。
Therefore, the optical beat signal S W observed by the detector is
It can be understood that the phase difference between the drive signal DS of AOM and the drive signal DS of AOM is detected as the difference between the combined waveform of the second term and the third term on the right side of Expression (3).

ここで、ウエハのX方向の変位xに伴う位相の変化α
は次式で表現することができる。
Here, the phase change α associated with the displacement x of the wafer in the X direction α
Can be expressed by the following equation.

先に述べた(3)式の第3項の誤差成分項の悪影響に
より、実際に検出される位相差は、第17図に示す如く、
αPとなり、位相誤差が最大となる時は、α=π/2の時
である。
Due to the adverse effect of the error component term of the third term of the equation (3) described above, the phase difference actually detected is as shown in FIG.
It becomes α P and the phase error becomes maximum when α = π / 2.

この場合において、A2+b2>>2Abであるとすると、
位相誤差量αe(=α−αP)は、 と近似することができる。
In this case, if A 2 + b 2 >> 2Ab,
The phase error amount α e (= α−α P ) is Can be approximated.

さらに、A>>bであるとすると、この(5)式は、 と近似することができる。Further, if A >> b, then this equation (5) becomes Can be approximated.

このように、アライメントは、AOMのドライブ信号差
|DS1−DS2|と、検出にて得られる光ビート信号SWM
の相対的位相差を、ウエハの変位量に対応させて行って
いるため、位相誤差が直接、位置の誤差となって検出精
度に大きな影響を及ぼしていることが理解できる。
Thus, alignment, drive signal difference AOM | DS 1 -DS 2 | and the relative phase difference between the optical beat signal S WM obtained by the detection is performed in correspondence to the displacement of the wafer Therefore, it can be understood that the phase error directly becomes a position error and greatly affects the detection accuracy.

ここで、位相誤差をαe、ウエハ上に形成される回折
格子のウエハマークWMのピッチをPWMとするとき、ウエ
ハマーク上に形成される干渉縞のピッチがPWM/2なの
で、ウエハの位置誤差xeは、 となる。
Here, when the phase error alpha e, the pitch of the wafer mark WM of the diffraction grating formed on a wafer and P WM, the pitch of the interference fringes formed on the wafer mark because P WM / 2, the wafer The position error x e is Becomes

一例として、ウエハマークWMのピッチを8μm、ウエ
ハの位置誤差を0.02μm以下とすると、上式の(4)か
ら、 となる。
As an example, if the wafer mark WM pitch is 8 μm and the wafer position error is 0.02 μm or less, from (4) in the above equation, Becomes

この場合において、矩形絞りFSにより各アライメント
光(LB1、LB2)中に含まれるノイズ回折光(lb1、lb2
の比率は(6)式のb/A=αe/2より以下の条件を満足さ
せる必要がある。
In this case, the noise diffracted light (lb 1 , lb 2 ) contained in each alignment light (LB 1 , LB 2 ) by the rectangular diaphragm FS
As for the ratio of b / A = α e / 2 in the equation (6), it is necessary to satisfy the following condition.

そこで、投影レンズの瞳面P(フーリエ面)にて各ア
ライメント光に実際に混入するノイズ回折光の振幅を求
める。この瞳面Pでは、先に述べた如く、フランフォフ
アー回折として解析することができるため、視野絞りFS
から発生する回折光の射出角の正弦の値をξとし、この
ξを瞳面(フーリエ面)での座標とすると、この瞳面P
での各回折光の振幅分布は、次式にて与えられる。
Therefore, the amplitude of the noise diffracted light that actually mixes with each alignment light on the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens is obtained. On this pupil plane P, as described above, it can be analyzed as Franfofer diffraction, so that the field stop FS
If the sine value of the exit angle of the diffracted light generated from is ξ, and ξ is the coordinate on the pupil plane (Fourier plane), this pupil plane P
The amplitude distribution of each diffracted light at is given by the following equation.

但し、回折光の振幅をb、視野絞りFSに入射する平面
波の振幅をA0、アライメント光(LB1、LB2)の波長を
λ、視野絞りの幅w、瞳面Pの中心Oからビームスポッ
ト(BS1、BS2)までの距離を±ξ0(=sin±θFS=±λ
/2PFS)、視野絞りFSを照射するアライメント光(L
B1、LB2)の入射角を±θFS、視野絞り上で形成される
干渉縞のピッチをPFS、sin0/0=1とする。
However, the amplitude of the diffracted light is b, the amplitude of the plane wave incident on the field stop FS is A 0 , the wavelength of the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is λ, the field stop width w, and the beam from the center O of the pupil plane P. The distance to the spot (BS 1 , BS 2 ) is ± ξ 0 (= sin ± θ FS = ± λ
/ 2P FS ), alignment light (L
The incident angles of B 1 and LB 2 ) are ± θ FS , and the pitch of the interference fringes formed on the field stop is P FS and sin0 / 0 = 1.

第18図は、(9)式を実際にグラフ化したものであ
り、この図の(a)は投影レンズの瞳面Pにおけるアラ
イメント光LB2による回折振幅分布を示しており、
(b)は投影レンズの瞳面Pにおけるアライメント光LB
2による回折振幅分布を示している。尚、この2つの図
は、投影レンズの瞳面Pでは先に述べた第15図の示した
回折強度分布から裏付けられることが分かる。
FIG. 18 is a graph of the equation (9), and FIG. 18A shows the diffraction amplitude distribution by the alignment light LB 2 on the pupil plane P of the projection lens.
(B) is the alignment light LB on the pupil plane P of the projection lens
The diffraction amplitude distribution by 2 is shown. It is understood that these two figures are supported by the diffraction intensity distribution shown in FIG. 15 described above on the pupil plane P of the projection lens.

例えば、投影レンズの瞳面Pにおいて、第18図(a)
に示す如く、アライメント光LB1のビームスポット位置B
S(ξ=+ξ0)におけるノイズ回折光lb2の振幅b、も
しくは第18図(b)に示す如く、アライメント光LB2
ビームスポット位置BS2(ξ=−ξ0)におけるノイズ回
折光lb1の振幅bの大きさを求めると、(9)式は以下
の如くなる。
For example, in the pupil plane P of the projection lens, FIG.
As shown in, the beam spot position B of the alignment light LB 1
The amplitude b of the noise diffracted light lb 2 at S (ξ = + ξ 0 ) or the noise diffracted light lb at the beam spot position BS 2 (ξ = −ξ 0 ) of the alignment light LB 2 as shown in FIG. 18 (b). When the magnitude of the amplitude b of 1 is calculated, the equation (9) is as follows.

一例として、視野絞り上で形成される干渉縞のピッチ
PFSを4μm、矩形絞りの幅Wを50μmであるとする
と、(10)式は、 となり、先に述べた(7)式のb/A0≦0.016という値よ
りも大きくなる。
As an example, the pitch of the interference fringes formed on the field stop
Assuming that P FS is 4 μm and the width W of the rectangular diaphragm is 50 μm, equation (10) becomes Is larger than the value of b / A 0 ≦ 0.016 in the equation (7) described above.

すなわち、この場合、矩形形状の視野絞りFSを適用し
た構成では、この絞りFSからの回折の影響のため、0.02
μm以下の精度を確保することが困難となることが分か
る。
That is, in this case, in the configuration in which the rectangular field stop FS is applied, 0.02 due to the influence of diffraction from the stop FS.
It can be seen that it becomes difficult to secure accuracy of μm or less.

また、矩形絞りFSにより光軸方向に進行し投影レンズ
の瞳面Pの中心O(ξ=0)を通過する一方のノイズ光
の振幅bは、(9)式より、 となり、視野絞りの幅w、視野絞り上で形成される干渉
縞のピッチをPFSを先に述べた値と同様にすれば、 となり、先に述べた(7)式の0.016よりも大きくなっ
て、結果的に、高精度なアライメントが困難となる。
Further, the amplitude b of one noise light that travels in the optical axis direction by the rectangular diaphragm FS and passes through the center O (ξ = 0) of the pupil plane P of the projection lens is given by the following equation (9): Therefore, if the width w of the field stop and the pitch of the interference fringes formed on the field stop are set to the same values as P FS , Therefore, the value becomes larger than 0.016 in the above-mentioned expression (7), and as a result, it becomes difficult to perform highly accurate alignment.

以上の如く、本発明は、アライメント光学系におい
て、ウエハもしくはレチクルと共役位置に設けられた視
野絞りFSにより発生するノイズ回折光がアライメント精
度に悪影響を及ぼすという物理的現象に着目し、これを
軽減するために、ウエハ状に形成された回折格子マーク
の溝方向に対する視野絞りFSのエッジの形状を十分に考
慮したものである。
As described above, the present invention focuses on and reduces the physical phenomenon that the noise diffracted light generated by the field stop FS provided at the conjugate position with the wafer or reticle adversely affects the alignment accuracy in the alignment optical system. Therefore, the shape of the edge of the field stop FS with respect to the groove direction of the diffraction grating mark formed on the wafer is sufficiently considered.

〔実施例1〕 本実施例の概略構成図を示す第1図において、先に述
べた第13図と同一部材については、同じ符号を付してあ
る。
[Embodiment 1] In FIG. 1 showing a schematic configuration diagram of this embodiment, the same members as those in FIG. 13 described above are designated by the same reference numerals.

第13図と構成上において異なる所は、矩形状の開口部
を有する視野絞りFSの代わりに、第2図に示す如く平行
四辺形状の開口部を有する視野絞りFSを設けた点であ
る。したがって、その他の構成及び動作についての説明
は省略する。尚、動作については、例えば本件と同一出
願人による特開昭62−56818号公報にて詳述されてい
る。
13 is different from FIG. 13 in structure in that a field stop FS having a parallelogram-shaped opening as shown in FIG. 2 is provided in place of the field stop FS having a rectangular opening. Therefore, description of other configurations and operations will be omitted. The operation is described in detail, for example, in JP-A-62-56818 by the same applicant as the present case.

この視野絞りFSのエッジ(e1、e2)は、第2図に示す
如く、ウエハマークWMの配列(ピッチ)方向に対応する
Y方向に沿って伸びており、エッジ(e3、e4)はウエハ
マークWMの溝方向(配列方向に対して垂直方向)に対応
するZ方向に対してθ傾いた方向に沿って伸びている。
The edges (e 1 , e 2 ) of the field stop FS extend along the Y direction corresponding to the arrangement (pitch) direction of the wafer marks WM, as shown in FIG. 2, and the edges (e 3 , e 4) ) Extends along a direction inclined by θ with respect to the Z direction corresponding to the groove direction (perpendicular to the arrangement direction) of the wafer marks WM.

そして、第1図に示す如く、この平行四辺形状の開口
部を有する視野絞りFSに、互いに異なる周波数のコヒー
レント光(LB1、LB2)が光軸を挟んで対称となるように
所定の入射角(±θFS)を持った2方向で照射する。
Then, as shown in FIG. 1 , the coherent light beams (LB 1 , LB 2 ) having different frequencies are incident on the field stop FS having the parallelogram-shaped opening so that they are symmetrical with respect to the optical axis. Irradiate in two directions with an angle (± θ FS ).

すると、第3図に示す如く、視野絞りFSの開口部のZ
方向に対するエッジ(e3、e4)傾きθに応じて、投影レ
ンズ3の瞳面Pにおける各コヒーレント光の回折光の発
生方向は、投影レンズの瞳面P(フーリエ面)のξη座
標において、ξ方向に対してθ傾く一方、x方向に沿っ
た開口部のエッジ(e1、e2)による各コヒーレント光の
回折光の発生方向は、投影レンズの瞳面P(フーリエ
面)において、η方向となる。尚、第1図における視野
絞りFSから発生する回折光のXY方向に対応する射出角の
正弦の値を瞳面でのξη座標としている。
Then, as shown in FIG. 3, Z of the aperture of the field stop FS is
Depending on the edge (e 3 , e 4 ) inclination θ with respect to the direction, the generation direction of the diffracted light of each coherent light on the pupil plane P of the projection lens 3 is defined by ξη coordinates of the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens. While being inclined by θ with respect to the ξ direction, the generation direction of the diffracted light of each coherent light by the edges (e 1 , e 2 ) of the opening along the x direction is η in the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens. Direction. The sine value of the exit angle corresponding to the XY direction of the diffracted light generated from the field stop FS in FIG. 1 is set as the ξη coordinate on the pupil plane.

このため、投影レンズ3の瞳面P(フーリエ面)にお
いては、各ビームスポット位置(BS1、BS2)を中心に、
ξ方向に対してθ傾いた方向に沿った回折強度分布とη
方向に沿った回折強度分布とが形成される。
Therefore, on the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3, each beam spot position (BS 1 , BS 2 ) is centered,
The diffraction intensity distribution and η along the direction inclined by θ with respect to the ξ direction
A diffraction intensity distribution along the direction is formed.

このとき、ビームスポットBS1を形成するアライメン
ト光LB1についての回折強度は、具体的に、第4図に示
す如く、原点Oから周辺へ行くに従って減衰するような
回折強度分布DF1となっており、黒点で示した位置に各
回折強度の極大値が存在する2次元的な広がりを有して
いる。
At this time, specifically, the diffraction intensity of the alignment light LB 1 forming the beam spot BS 1 becomes a diffraction intensity distribution DF 1 that attenuates from the origin O toward the periphery as shown in FIG. However, it has a two-dimensional spread in which the maximum value of each diffraction intensity exists at the position indicated by a black dot.

図示の如く、2次元的に分布しているノイズ回折光
が、瞳中心O及びビームスポットBS2位置(−ξ0、0)
に僅かながら悪影響を及ぼしていることが分かる。
As shown in the figure, the noise diffracted light which is distributed two-dimensionally is at the pupil center O and the beam spot BS 2 position (−ξ 0 , 0).
It can be seen that it has a slight adverse effect on.

したがって、先にも述べた如く、投影レンズ3の瞳面
P(フーリエ面)に共役な位置(もしくはウエハに関し
て共役な位置)に設けられた検出器の受光面に達するノ
イズ光を軽減するには、アライメント光(LB1、LB2)を
ウエハマークWMへ送光する際に、投影レンズの瞳面Pの
ξη座標において、この瞳中心位置O、もしくは各アラ
イメント光のビームスポットが形成される位置(BS1、B
S2)に及ぼす矩形絞りFSの回折光の影響を軽減できるよ
うな視野絞りのエッジ(e3、e4)の傾きθを決定しなけ
ればならない。
Therefore, as described above, in order to reduce the noise light reaching the light receiving surface of the detector provided at the position conjugate with the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3 (or the position conjugate with respect to the wafer). , When the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is transmitted to the wafer mark WM, at the ξ η coordinate of the pupil plane P of the projection lens, this pupil center position O or the position where the beam spot of each alignment light is formed (BS 1 , B
The inclination θ of the edges (e 3 , e 4 ) of the field stop must be determined so as to reduce the influence of the diffracted light of the rectangular stop FS on S 2 ).

そこで、第4図に示した投影レンズ3の瞳面P(フー
リエ面)のξη座標における振幅分布を解析すると、次
式の如くなる。
Therefore, when the amplitude distribution in the ξη coordinate of the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3 shown in FIG. 4 is analyzed, the following equation is obtained.

但し、ウエハマークWMの配列方向に対応する方向にお
ける視野絞りFSの横エッジの長さをW、この横エッジに
対して直角方向(ウエハマークWMの溝方向に対応する方
向)の縦エッジの長さをh、横エッジの傾きをθ、sin0
/0=1とする。
However, the length of the horizontal edge of the field stop FS in the direction corresponding to the arrangement direction of the wafer marks WM is W, and the length of the vertical edge in the direction perpendicular to this horizontal edge (the direction corresponding to the groove direction of the wafer marks WM). Is h, the inclination of the lateral edge is θ, sin0
/ 0 = 1.

そこで、先ず、第3図に示した如く、アライメント光
LB2による回折光DF2が、座標(+ξ0、0)のビームス
ポット位置BS1を通過するアライメント光LB1に混入する
ノイズ光の振幅、もしくはアライメント光LB1による回
折光DF1が、座標(−ξ0、0)のビームスポット位置BS
2を通過するアライメント光LB2に混入するノイズ光の振
幅は、上記の(11)式より以下の如く求められる。
Therefore, first, as shown in FIG.
Diffracted light DF 2 by LB 2 are coordinate (+ ξ 0, 0) the beam spot position BS noise light amplitude mixed in alignment light LB 1 that passes through one or diffracted light DF 1 by the alignment light LB 1, of the coordinates Beam spot position BS of (-ξ 0 , 0)
The amplitude of the noise light mixed in the alignment light LB 2 passing through 2 is obtained from the above equation (11) as follows.

但し、瞳の中心Oへ達する光とビームスポットBS
1(またはBS2)へ達する光とのなす角θFSの正弦、即ち
sinθFSをξ0、アライメント光(LB1、LB2)の波長を
λ、視野絞り上で形成される干渉縞のピッチをPFS、ξ0
=λ/2PFS、とする。
However, the light reaching the center O of the pupil and the beam spot BS
The sine of the angle θ FS formed by the light reaching 1 (or BS 2 )
sin θ FS is ξ 0 , the wavelength of the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is λ, the pitch of the interference fringes formed on the field stop is P FS , ξ 0
= Λ / 2P FS .

ここで、第5図に示す如く、レンズ17及び投影レンズ
3が正弦条件を満足しているとするとき、視野絞りFSと
ウエハとの間に配置されているレンズの合成倍率Mは、 となる。
Here, as shown in FIG. 5, when the lens 17 and the projection lens 3 satisfy the sine condition, the composite magnification M of the lens arranged between the field stop FS and the wafer is Becomes

この(13)式により、ウエハマークWMのピッチを
PWM、ウエハマーク上の回折格子マークWMを照射する各
アライメント光の入射角をθw、sinθw=ξ0′、アライ
メント光(LB1、L2)によるウエハマークWMからの±n
次の回折光を検出するとすると、 ξ0=Mξ0′=nMλ/PWM PWM=2nMPFS の関係が成立する。
The pitch of the wafer mark WM can be calculated by the equation (13).
P WM , the incident angle of each alignment light that illuminates the diffraction grating mark WM on the wafer mark is θ w , sin θ w = ξ 0 ′, ± n from the wafer mark WM by the alignment light (LB 1 , L 2 )
When the next diffracted light is detected, the relationship of ξ 0 = Mξ 0 ′ = nMλ / P WM P WM = 2nMP FS is established.

このため、上記(12)は、 と表現することができる。Therefore, (12) above Can be expressed as

以上の如く、この(12)及び(14)式から分かるよう
に、視野絞りFSの開口部形状のエッジ傾きθの最適な範
囲を見出すことにより、アライメント精度に悪影響を及
ぼす要因を除去することができる。
As described above, as can be seen from the expressions (12) and (14), by finding the optimum range of the edge inclination θ of the aperture shape of the field stop FS, it is possible to eliminate the factors that adversely affect the alignment accuracy. it can.

そこで、先ず回折光により含まれる誤差が最大となる
状況を考慮して、上記の(14)式における分子の値が最
大となるように、sinの項の値を1とすれば、 (12)式より、 (14)式より、 となる。
Therefore, first, considering the situation where the error included by the diffracted light is maximum, if the value of the term of sin is set to 1 so that the value of the numerator in the above formula (14) becomes maximum, (12) From the formula, From equation (14), Becomes

一例として、作用の項目の所で述べた如く、ウエハ上
における0.02μm以下のアライメント精度を確保するた
めに、(8)式より、b/A0≦0.016とし、視野絞りFSと
ウエハとの間に配置されているレンズの合成倍率Mを1
(θW=θFS)、検出する回折光を±1次回折光、ウエ
ハ上の回折格子マークWMのピッチPWM(=2PFS)を8μ
m、視野絞りFSの横エッジの長さWを50μm、この横エ
ッジに対して直角方向の縦エッジの長さhを30μmとす
ると、縦エッジの傾きθは、上記の(15)式または(1
6)式より、θ≧3.9°となる。
As an example, as described in the section of action, in order to secure the alignment accuracy of 0.02 μm or less on the wafer, b / A 0 ≦ 0.016 is set from the formula (8), and the distance between the field stop FS and the wafer is set. The composite magnification M of the lenses arranged in
W = θ FS ), the diffracted light to be detected is ± first-order diffracted light, and the pitch P WM (= 2P FS ) of the diffraction grating mark WM on the wafer is 8 μ.
m, the horizontal edge length W of the field stop FS is 50 μm, and the vertical edge length h in the direction perpendicular to the horizontal edge is 30 μm, the vertical edge inclination θ is given by the above equation (15) or ( 1
From equation 6), θ ≧ 3.9 °.

したがって、アライメント光(LB1、LB2)に混入する
ノイズ回折光の影響を軽減するには、θ≧3.9°を満足
するような開口部のエッジ(e3、e4)を構成すれば良
い。
Therefore, in order to reduce the influence of noise diffracted light mixed in the alignment light (LB 1 , LB 2 ), it is sufficient to configure the edges (e 3 , e 4 ) of the opening satisfying θ ≧ 3.9 °. .

一般的には、(15)または(16)式における(右辺)
の値が(左辺)の値以上となるようなエッジの傾きθを
有する視野絞りFSを設けることによりアライメント精度
が保証される。
Generally, (right side) in equation (15) or (16)
The alignment accuracy is guaranteed by providing the field stop FS having the edge inclination θ such that the value of is greater than or equal to the value on the left side.

さて、(6)式におけるAをA0、xWMをウエハ上での
許容アライメント誤差(μm)として、(7)式におけ
るxeをxWMとすると、次式が求められる。
Now, assuming that A in the expression (6) is A 0 , x WM is an allowable alignment error (μm) on the wafer, and x e in the expression (7) is x WM , the following expression is obtained.

そこで、(15)式〜(17)式より、次式を導出するこ
とができる。
Therefore, the following equation can be derived from the equations (15) to (17).

上式(18)及び(19)を満足する開口部を有する視野
絞りをアライメント光学系中に設けた場合、視野絞りFS
により光軸方向に発生する回折光(lb1′、lb2′)の影
響を考慮していないため、アライメント光学系において
視野絞りFSよりもウエハ側の光路中に、例えば、第1図
の破線に示す如く、0次光のみを通過させるような遮光
部材50を配置することが望ましい。これにより、初めて
xWM(μm)以下のウエハ上でのアライメント精度が保
証される。
When a field stop having an aperture that satisfies the above formulas (18) and (19) is provided in the alignment optical system, the field stop FS
Since the influence of the diffracted light (lb 1 ′, lb 2 ′) generated in the optical axis direction is not taken into consideration in the optical path on the wafer side of the field stop FS in the alignment optical system, for example, the broken line in FIG. It is desirable to dispose a light shielding member 50 that allows only the 0th order light to pass therethrough, as shown in FIG. This makes it the first time
Alignment accuracy on the wafer of x WM (μm) or less is guaranteed.

次に、視野絞りFSにより光軸方向に発生する回折光
(lb1′、lb2′)の影響を軽減するには、上記の(11)
式においてξ=0、η=0とすれば、光軸上の光路に混
入するノイズ回折光の影響を求めることができ、(15)
式及び(16)式と同様に、(11)式における分子が最大
となるとき、すなわちsinの項の値を1とすれば以下の
式が得られる。
Next, in order to reduce the influence of diffracted light (lb 1 ′, lb 2 ′) generated in the optical axis direction by the field stop FS, the above (11)
If ξ = 0 and η = 0 in the equation, the effect of noise diffracted light mixed in the optical path on the optical axis can be obtained, and (15)
Similar to the formulas and the formula (16), the following formula is obtained when the numerator in the formula (11) is maximum, that is, when the value of the term of sin is 1.

但し、A0は視野絞りFSを2方向で照射する一方のアラ
イメント光の振幅、bは視野絞りFSにより光軸方向に発
生するノイズ回折光の振幅である。
However, A 0 is the amplitude of one alignment light that irradiates the field stop FS in two directions, and b is the amplitude of noise diffracted light generated in the optical axis direction by the field stop FS.

このノイズ光を除去するためには、上述と同様に、
(6)式におけるAをA0、(7)式におけるxeをxWM
すると、この両式より、上記の(20)及び(21)式は、
以下の如く表現することができる。
In order to remove this noise light, similar to the above,
When A in the equation (6) is A 0 and x e in the equation (7) is x WM , the above equations (20) and (21) are
It can be expressed as follows.

したがって、一般的に(22)式または(23)式を満足
するように、視野絞りFSの開口部のエッジ(e3、e4)を
構成すれば、この視野絞りFSにより光軸方向に発生する
回折光(lb1′、lb2′)の影響を軽減することができだ
けでなく、上記のアライメント光に混入するノイズ回折
光をも同時に軽減することができる。
Therefore, generally, if the edges (e 3 , e 4 ) of the aperture of the field stop FS are configured so as to satisfy the expression (22) or the expression (23), the field stop FS generates in the optical axis direction. It is possible not only to reduce the influence of the diffracted light (lb 1 ′, lb 2 ′) that is generated, but also to reduce the noise diffracted light mixed in the alignment light at the same time.

すなわち、条件(22)式または(23)式を満足するよ
うに視野絞りFSを構成することにより、検出されるべき
光ビート信号中に結果的に悪影響を及ぼすノイズ回折光
の影響を全て排除することができる。
That is, by configuring the field stop FS so as to satisfy the condition (22) or (23), it is possible to eliminate all the influence of noise diffracted light that adversely affects the optical beat signal to be detected. be able to.

一例として、上述した値と同様に、M=1(θWM=θ
FS)、PWM(=2PFS)=8μm、w=50μm、h=30μ
m、xWM≦0.02μmとすれば、(22)式または(23)式
より、一義的に、θ≧16.7°となり、この条件を満足す
るように構成すれば良い。
As an example, similarly to the above-mentioned value, M = 1 (θ WM = θ
FS ), P WM (= 2P FS ) = 8 μm, w = 50 μm, h = 30 μ
If m, x WM ≦ 0.02 μm, θ ≧ 16.7 ° is uniquely obtained from the formula (22) or the formula (23), and it may be configured to satisfy this condition.

尚、(22)式または(23)式を満足するように視野絞
りFSのエッジを構成した場合、第1図に示した遮光部材
50を不要とすることができる。
When the edge of the field stop FS is configured to satisfy the expression (22) or the expression (23), the light blocking member shown in FIG.
50 can be eliminated.

〔実施例2〕 次に本実施例の第2実施例について説明する。Second Embodiment Next, a second embodiment of this embodiment will be described.

第13図で示した如き、矩形状の開口部を有する視野絞
りFSを設けた従来の構成にてアライメントを行うと、作
用の項目で述べた如く、(3)式の第3項の2Ab cosω
tが検出信号に直接、悪影響を及ぼしており、このAbの
値は、先に求めた(9)式より、 が求められる。
As shown in FIG. 13, when the alignment is performed by the conventional configuration in which the field stop FS having the rectangular opening is provided, as described in the item of action, 2Ab cos ω of the third term of the equation (3) is used.
t has a direct adverse effect on the detection signal, and the value of this Ab is calculated from the equation (9) previously obtained, Is required.

この(24)式を実際にグラフ化したものを第6図に示
している。図示の如く、この関数は、ウエハの移動に対
して全く関係なく、投影レンズ3の瞳面P(フーリエ
面)における±ξ位置を通過した光束が最大誤差を引き
起す光ビート信号となっていることが分かる。
An actual graph of the equation (24) is shown in FIG. As shown in the figure, this function is an optical beat signal that causes a maximum error in the light flux that has passed through the ± ξ positions on the pupil plane P (Fourier plane) of the projection lens 3 regardless of the movement of the wafer. I understand.

さて、視野絞りFSとウエハとの間に配置されたレンズ
の合成倍率をM(=sinθFS/sinθWM)、アライメント
光の波長をλとし、ウエハマークWMから±1次回折光を
検出するとするとき、視野絞りFS上に形成される干渉縞
のピッチPFSは、以下の如くなる。
Now, assuming that the composite magnification of the lens arranged between the field stop FS and the wafer is M (= sin θ FS / sin θ WM ), the wavelength of the alignment light is λ, and ± 1st order diffracted light is detected from the wafer mark WM. The pitch P FS of the interference fringes formed on the field stop FS is as follows.

但し、sinθWM=λ/PWMである。 However, sin θ WM = λ / P WM .

今、第7図に示す如く、矩形形状の開口部を有する視
野絞りFSにおいて、ウエハマークWMの配列(ピッチ)方
向に対応する横エッジの長さをW、mを整数とすると
き、W=mPFS(=mPWM/2M)を満足するように構成する
と、先に述べた(24)式は、 となる。
Now, as shown in FIG. 7, in the field stop FS having a rectangular opening, when the lengths of the lateral edges corresponding to the arrangement (pitch) direction of the wafer marks WM are W and m are integers, W = When configured so as to satisfy mP FS (= mP WM / 2M), the equation (24) described above becomes Becomes

ここで、上記の(26)式より、±ξ0(=Mλ/PWM
位置でのAbの値を求めると、 となり、上記の(26)式をグラフ化した第8図に示す如
く、Abの値は、フーリエ面上における±ξ0近傍で正と
負が反転するため、検出器にて得られるノイズ光の影響
が抑えられることが分かる。尚、以上に述べた本実施例
においては、ウエハマークWMからの±1次回折光を検出
する場合について述べたが、ウエハマークWMからの±n
次回折光を検出する際においても有効であることは言う
までもない。
Here, from equation (26) above, ± ξ 0 (= Mλ / P WM )
When the value of Ab at the position is calculated, Therefore, as shown in FIG. 8 which is a graph of the above equation (26), the value of Ab is inverted between positive and negative in the vicinity of ± ξ 0 on the Fourier plane, so that the noise light obtained by the detector is It can be seen that the influence can be suppressed. In the above-described embodiment, the case where the ± first-order diffracted light from the wafer mark WM is detected has been described, but ± n from the wafer mark WM is detected.
It goes without saying that it is also effective when detecting the second-order diffracted light.

また、本実施例では、ウエハ上に形成された回折格子
マークWMを所定の入射角を持った2方向に照射するアラ
イメント光(LB1、LB2)に混在するノイズ光の影響のみ
を考慮した場合であるため、第1図の破線で示した如
く、アライメント光学系において視野絞りFSよりもウエ
ハ側の光路中に、互いに異なる周波数のアライメント光
(LB1、LB2)のみを通過させるような遮光部材50を配置
することが望ましい。
Further, in the present embodiment, only the influence of noise light mixed in the alignment light (LB 1 , LB 2 ) for irradiating the diffraction grating mark WM formed on the wafer in two directions with a predetermined incident angle was considered. Since this is the case, as shown by the broken line in FIG. 1 , only the alignment lights (LB 1 , LB 2 ) of different frequencies are allowed to pass through the optical path on the wafer side of the field stop FS in the alignment optical system. It is desirable to arrange the light shielding member 50.

尚、以上に述べた実施例1〜2においては、ウエハか
らの位置情報を含んだ光ビート信号を検出し、音響光学
素子(AOM)とドライブさせる信号との位相差が零とな
るようにアライメントを行っているが、音響光学素子に
より周波数変調したアライメント光(LB1、LB2)をビー
ムスプリッター等で分割することにより得られる参照光
を光電検出して、この参照信号と上記ウエハからの位置
情報を含んだ光ビート信号との位相差が零となるように
アライメントを行っても良い。
In the first and second embodiments described above, the optical beat signal including the position information from the wafer is detected, and the alignment is performed so that the phase difference between the acousto-optic device (AOM) and the signal to be driven becomes zero. However, the reference light obtained by dividing the alignment light (LB 1 , LB 2 ) frequency-modulated by the acousto-optic device by a beam splitter etc. is photoelectrically detected, and this reference signal and the position from the wafer are detected. The alignment may be performed so that the phase difference from the optical beat signal containing information becomes zero.

〔実施例3〕 次に本発明の第3実施例を第9図を参照しながら説明
する。第9図において、第1図と同一の部材については
同じ符号を付してある。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, the same members as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

本実施例ではアライメント光(LB1、LB2)をレチク
ル、投影レンズを介してウエハに照射することにより、
レチクルからの位置情報を含んだ光ビート信号とウエハ
からの位置の情報を含んだ光ビート信号とを光電検出す
ることによりレチクルとウエハとの相対的な位置合わせ
を行うものである。
In this embodiment, by irradiating the wafer with alignment light (LB 1 , LB 2 ) through the reticle and the projection lens,
The relative alignment between the reticle and the wafer is performed by photoelectrically detecting the optical beat signal including the position information from the reticle and the optical beat signal including the position information from the wafer.

アライメント光学系については、先に述べているため
簡単に説明すると、レーザー10から射出されるレーザー
光は、ビームスプリッター12で2分割された後、各AOM1
4a、14bにより各光束は互いに異なる周波数に変調さ
れ、視野絞りFSを所定の入射角(±θFS)を持った2方
向で照射する。
Since the alignment optical system has been described above, a brief description will be given. The laser light emitted from the laser 10 is split into two by the beam splitter 12, and then each AOM1
The light fluxes are modulated to have mutually different frequencies by 4a and 14b, and irradiate the field stop FS in two directions having a predetermined incident angle (± θ FS ).

この絞りFSの開口部は、第2図で示した如く、平行四
辺形状に形成されており、この視野絞りFSを介した各ア
ライメント光(LB1、LB2)は、反射ミラー17、対物レン
ズ18、ビームスプリッター19、ダイクロイックミラー20
を介して、レチクル上に形成された回折格子マークRM
(以下、レチクルマークと言う)を所定の入射角(±θ
RM)を持った2方向で照射する。
As shown in FIG. 2, the aperture of the diaphragm FS is formed in a parallelogram shape, and each alignment light (LB 1 , LB 2 ) through the field diaphragm FS is reflected by the reflection mirror 17 and the objective lens. 18, beam splitter 19, dichroic mirror 20
Diffraction grating mark RM formed on the reticle via
(Hereinafter, referred to as reticle mark) is a predetermined incident angle (± θ
Irradiate in two directions with RM ).

ここで、アライメント光(LB1、LB2)が視野絞りFSを
照射するときの入射角(±θFS)と、アライメント光
(LB1、LB2)がレチクルマークRMを照射するときの入射
角(±θRM)との関係は、第5図に示した如く、視野絞
りFSとレチクルとの間に配置されているレンズ18の結像
倍率をm1とするとき、 ±θFS=±m1θRM となる。
Here, the incident angle when the alignment light (LB 1, LB 2) illuminates the field stop FS and (± theta FS), the incident angle when the alignment light (LB 1, LB 2) irradiates the reticle mark RM relationship between the (± θ RM) is, as shown in FIG. 5, when the magnification of the lens 18 which is disposed between the field stop FS and the reticle and m 1, ± θ FS = ± m 1 θ RM .

レチクルは、第10図(a)に示す如く、このレチクル
マークRMと隣接した位置に、先に述べた視野絞りFSのエ
ッジ(e3、e4)の傾きθと同様にθ傾斜したエッジを有
する平行四辺形状の透過窓部P0が設けられており、アラ
イメント光は、レチクルマークRMと平行四辺形状の透過
窓部P0とを同時にカバーする領域を照射する。
As shown in FIG. 10 (a), the reticle has an edge inclined by θ similar to the inclination θ of the edge (e 3 , e 4 ) of the field stop FS described above at a position adjacent to the reticle mark RM. The parallelogram shaped transmission window portion P 0 is provided, and the alignment light irradiates an area that simultaneously covers the reticle mark RM and the parallelogram shaped transmission window portion P 0 .

このレチクルマークRMを2方向で照射したアライメン
ト光(LB1、LB2)により法線方向(光軸方向)へ発生す
る検出用の±1次回折光は、ダイクロイックミラー20、
ビームスプリッター19、レンズ200、空間フィルター201
に達する。
The ± 1st-order diffracted light for detection generated in the normal direction (optical axis direction) by the alignment light (LB 1 , LB 2 ) irradiated with this reticle mark RM in two directions is the dichroic mirror 20,
Beam splitter 19, lens 200, spatial filter 201
Reach

この空間フィルターは、撮影レンズ3の瞳と共役な位
置に設けられ、光軸方向に進行する光束(レチクルマー
クRMからの±1次回折光、及び後述するウエハマークWM
からの±1次回折光)のみを透過させ、不要な光束をフ
ィルタリングする機能を有している。
This spatial filter is provided at a position conjugate with the pupil of the photographing lens 3 and travels in the optical axis direction (± first-order diffracted light from the reticle mark RM, and wafer mark WM described later).
(± 1st order diffracted light from) is transmitted, and an unnecessary light flux is filtered.

空間フィルター201を介したレチクルマークRMからの
検出用の±1次回折光は、ビームスプリッター203を反
射し、マスク部材204を介して検出器205でレチクル1の
位置情報を含んだ光ビート信号SRMが光電検出される。
The ± 1st-order diffracted light for detection from the reticle mark RM that has passed through the spatial filter 201 is reflected by the beam splitter 203, and the optical beat signal S RM that includes the position information of the reticle 1 at the detector 205 via the mask member 204. Is photoelectrically detected.

このマスク部材204はレチクルと共役な位置に設けら
れており、第11図(a)に示す如く、レチクルマークRM
からの±1次回折光のみを透過されるように、レチクル
マークRMに対応して開口部ARMが設けられている。
The mask member 204 is provided at a position conjugate with the reticle, and as shown in FIG. 11 (a), the reticle mark RM
The opening A RM is provided corresponding to the reticle mark RM so that only the ± 1st-order diffracted light from is transmitted.

一方、第10図(a)に示した如く、レチクルマークRM
に隣接した位置に設けられた平行四辺形状の透過窓部P0
を介したアライメント(LB1、LB1)は、投影レンズ3を
介してウエハ上に形成された回折格子マーク(ウエハマ
ーク)WMを所定の入射角θWMを持った2方向で照射する
ことになる。
On the other hand, as shown in FIG. 10 (a), the reticle mark RM
Parallelogrammatic transmission window portion P 0 provided at a position adjacent to
Alignment (LB 1 , LB 1 ) via the method of irradiating the diffraction grating mark (wafer mark) WM formed on the wafer via the projection lens 3 in two directions with a predetermined incident angle θ WM. Become.

ウエハマークWMは、第10図(b)に示す如く、レチク
ル上に形成された透過窓部P0に対応して設けられてい
る。
The wafer mark WM is provided corresponding to the transmission window portion P 0 formed on the reticle, as shown in FIG. 10 (b).

さて、アライメント光(LB1、LB2)がレチクルマーク
RMを照射するときの入射角(±θRM)と、アライメント
光(LB1、LB2)がウエハマークWMを照射するときの入射
角(±θWM)との関係は、第5図に示した如く、視野絞
りFSとレチクルとの間に配置されているレンズ18の結像
倍率をm2とするとき、 ±θRM=±m2θWM となる。
Now, the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is the reticle mark.
The relationship between the incident angle (± θ RM ) when irradiating RM and the incident angle (± θ WM ) when the alignment light (LB 1 , LB 2 ) irradiates the wafer mark WM is shown in FIG. As described above, when the imaging magnification of the lens 18 arranged between the field stop FS and the reticle is m 2 , ± θ RM = ± m 2 θ WM .

尚、レチクルマークRMとウエハマークWMとのピッチの
関係は PWM=m2PRM となる。
The pitch relationship between the reticle mark RM and the wafer mark WM is P WM = m 2 P RM .

このような入射角の関係を持ってウエハマークを照射
するアライメント光(LB1、LB2)により、このウエハマ
ークWMの法線方向(光軸方向)に発生する検出用の±1
次回折光は、投影レンズ3を介して、再び平行四辺形状
の透過窓部P0を通過する。
± 1 for detection that is generated in the normal direction (optical axis direction) of the wafer mark WM by the alignment light (LB 1 , LB 2 ) that irradiates the wafer mark with such a relationship of the incident angle.
The next-order diffracted light passes through the projection lens 3 and again passes through the parallelogram-shaped transmission window portion P 0 .

このとき、ウエハマークWMを入射角と同じ射出角を持
って正反射するアライメント光(LB1、LB2)の0次回折
光も透過窓部P0を±θRMの入射角で入射し、再び回折す
るため、検出用の±1次回折光に悪影響を及ぼす状況が
考えられる。
At this time, the 0th-order diffracted light of the alignment light (LB 1 , LB 2 ) that specularly reflects the wafer mark WM at the same incident angle as the incident angle also enters the transmission window P 0 at an incident angle of ± θ RM , and again. Since the light is diffracted, there may be a situation in which the ± 1st order diffracted light for detection is adversely affected.

このため、第2図に示した如く、本実施例における透
過窓部P0の開口部は、エッジ(e3、e4)の傾きθが先に
述べた第1実施例で導出した(22)式または(23)式を
満足するように設けられていることが望ましい。
Therefore, as shown in FIG. 2, in the opening of the transmission window P 0 in this embodiment, the inclination θ of the edges (e 3 , e 4 ) is derived in the first embodiment (22). ) Or (23) is preferably provided.

さて、平行四辺形状の透過窓部P0を通過するした検出
用の±1次回折光は、ダイクロイックミラー20、ビーム
スプリッター19、レンズ200、空間フィルター201、レン
ズ202、ビームスプリッター203、マスク部材206を介し
て検出器207に達する。この検出器207にてウエハの位置
情報を含んだ光ビート信号SWMが光電検出される。
Now, the ± 1st-order diffracted light for detection that has passed through the parallelogram-shaped transmission window P 0 passes through the dichroic mirror 20, the beam splitter 19, the lens 200, the spatial filter 201, the lens 202, the beam splitter 203, and the mask member 206. To the detector 207 via. The optical beat signal SWM including the wafer position information is photoelectrically detected by the detector 207.

このとき、マスク部材206は、このマスク部材204はウ
エハと共役な位置に設けられており、第11図(b)に示
す如く、ウエハマークWMからの±1次回折光のみが通過
するように、ウエハマークWMに対応して、開口部AWM
設けられている。
At this time, the mask member 206 is provided at a position where the mask member 204 is conjugate with the wafer, and as shown in FIG. 11 (b), only the ± first-order diffracted light from the wafer mark WM passes therethrough. An opening A WM is provided corresponding to the wafer mark WM.

以上の如く、検出器(203、207)にて光電検出される
各マーク(RM、WM)からの光ビート信号は、視野絞りFS
及びレチクルの透過窓部P0の起因により混入するノイズ
回折光を軽減した状態で、独立に検出に検出することが
できる。このため、信頼性の高い光ビート信号が得ら
れ、高精度なアライメントが保証される。
As described above, the optical beat signals from the marks (RM, WM) photoelectrically detected by the detectors (203, 207) are the field stop FS.
In addition, noise diffracted light mixed due to the transmission window P 0 of the reticle can be detected independently while being reduced. Therefore, a highly reliable optical beat signal is obtained, and highly accurate alignment is guaranteed.

尚、本実施例の装置では、本件と同一出願人による特
開昭63−283129号公報にて提案した如く、対物レンズ18
を2重焦点レンズで構成し、この2重焦点レンズを介し
た各マーク(WM、RM)からの検出光を検出できるように
構成しても良い。
Incidentally, in the apparatus of the present embodiment, the objective lens 18 is used as proposed in JP-A-63-283129 by the same applicant as this case.
May be configured by a double focus lens, and the detection light from each mark (WM, RM) via this double focus lens may be detected.

以上の如き各実施例では、視野絞りPS、あるいはレチ
クル上に形成された透過窓部P0を平行四辺形状した場合
について述べたが、レチクル、もしくはウエハ上に形成
された回折格子マーク(WM、RM)に対して共役な位置に
設けられた視野絞りFSのエッジの方向が、これらの回折
格子マークの溝方向(配列方向に対して垂直な方向)に
対して傾けられて配置されていればノイズ回折光の影響
を軽減でき、例えば、開口部の形状が菱形、台形等とな
るように構成しても良い。
In each of the embodiments as described above, the field stop PS or the transmission window portion P 0 formed on the reticle is described as a parallelogram shape, but the reticle or the diffraction grating mark (WM, WM formed on the wafer If the edge direction of the field stop FS provided at a position conjugate with RM) is inclined with respect to the groove direction of these diffraction grating marks (the direction perpendicular to the array direction) The influence of noise diffracted light can be reduced, and the shape of the opening may be, for example, a rhombus or a trapezoid.

また、視野絞りFS及びレチクルの透過窓部P0の開口部
の形状、これらの開口部のエッジの長さ(これらの上に
形成される干渉縞のピッチPの整数倍の長さ)、視野絞
りFS及びレチクルの透過窓部P0により発生するノイズ回
折光を遮光(除去)するための遮光部材等を適宜、組み
合わせても、本実施例と同様な効果を達成することがで
きる。
Also, the shape of the aperture of the field stop FS and the transmission window P 0 of the reticle, the lengths of the edges of these apertures (lengths that are integer multiples of the pitch P of the interference fringes formed on them), the field of view. The same effect as in the present embodiment can be achieved by appropriately combining a light blocking member for blocking (removing) noise diffracted light generated by the aperture FS and the transmission window P 0 of the reticle.

さらに、検出側においてノイズ回折光が検出光に混入
する場合には、上述の如き開口部形状または開口部のエ
ッジの干渉縞のピッチの整数倍となるようなマスク部材
を、検出側中においてウエハもしくはレチクルと共役な
位置に設けても良い。
Further, when noise diffracted light is mixed in the detection light on the detection side, a mask member having the above-described opening shape or an integer multiple of the pitch of the interference fringes of the edges of the opening is provided on the detection side of the wafer. Alternatively, it may be provided at a position conjugate with the reticle.

また、本実施例では、光軸を挟んで対称となるように
アライメント光(LB1、LB2)をレチクルマークRMあるい
はウエハマークWMに所定の入射角を持った2方向で照射
しているが、投影レンズの瞳面(フーリエ面)上におい
てアライメント光の各ビームスポット(BS1、BS2)を結
ぶ垂直2等分線方向に、このビームスポット(BS1、B
S2)が、互いに等しい距離だけシフトするように、アラ
イメント光(LB1、LB2)を各マーク(RM、WM)に照射す
るようにしても良い。
Further, in this embodiment, the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is applied to the reticle mark RM or the wafer mark WM in two directions having a predetermined incident angle so as to be symmetrical with respect to the optical axis. , The beam spots (BS 1 , B 2) on the pupil plane (Fourier plane) of the projection lens in the direction of the perpendicular bisector connecting the beam spots (BS 1 , BS 2 ) of the alignment light.
The marks (RM, WM) may be irradiated with alignment light (LB 1 , LB 2 ) so that S 2 ) shifts by the same distance.

次に実施例3における変形例について説明する。 Next, a modification of the third embodiment will be described.

以上に述べた実施例3においては、レチクル上に形成
されたレチクルマークRMとウエハ上に形成された回折格
子のウエハマークWMとをそれぞれ所定の2方向でアライ
メント光(LB1、LB2)を照射することにより、光軸方向
に発生する±n次回折光の光ビート信号を検出すること
によりアライメントを達成しているが、このレチクルマ
ークRMを構成している回折格子のピッチPRMを1/2倍にし
てアライメントを行っても良い。
In the third embodiment described above, the reticle mark RM formed on the reticle and the wafer mark WM of the diffraction grating formed on the wafer are provided with alignment light (LB 1 , LB 2 ) in predetermined two directions. Alignment is achieved by detecting the optical beat signal of the ± nth-order diffracted light generated in the optical axis direction by irradiation, but the pitch P RM of the diffraction grating that constitutes this reticle mark RM is 1 / You may double and perform alignment.

このとき、レチクルマークRMのピッチをPRM′とする
と、 の関係が成立し、第12図に示す如く、レチクルマークRM
のピッチを1/2倍したことに応じて±n次回折光の回折
角が図示の如く2倍となる。尚、レチクルマークRM上に
形成される干渉縞のピッチと同一となる。
At this time, if the pitch of the reticle mark RM is P RM ′, And the reticle mark RM is established as shown in FIG.
The diffraction angle of the ± n-order diffracted light is doubled as shown in FIG. The pitch of the interference fringes formed on the reticle mark RM is the same.

具体的には、図示の如く、アライメント光LB1がθRM
の入射角でレチクルマークRMを照射すると、先ず、この
アライメント光LB1の逆光路を辿るように進行する−1
次回折光LB1(−1)と、この回折光LB1(−1)の進行
方向を基準として、+2θRM方向に0次回折光LB
1(0)、+4θRM方向に+1次回折光LB1(+1)、−
2θRM方向に−2次回折光LB1(−2)が発生する。
Specifically, as shown in the figure, the alignment light LB 1 changes to θ RM.
When the reticle mark RM is irradiated at the incident angle of, first, the alignment light LB 1 travels along the reverse optical path -1
Order diffracted light LB 1 (-1), based on the traveling direction of the diffracted light LB 1 (-1), + 2θ RM direction 0-order diffracted light LB
1 (0), + 1st order diffracted light LB 1 (+1), −4θ RM direction −
The −2nd order diffracted light LB 1 (−2) is generated in the 2θ RM direction.

これに対し、アライメント光LB2がθRMの入射角でレ
チクルマークRMを照射すると、先ず、このアライメント
光LB2の逆光路を辿るように進行する+1次回折光LB
2(+1)と、この回折光LB2(+1)の進行方向を基準
として、−2θRM方向に0次回折光LB2(0)、−4θ
RM方向に−1次回折光LB2(−1)、+2θRM方向に−
2次回折光LB2(+2)が発生する。
On the other hand, when the alignment light LB 2 irradiates the reticle mark RM at an incident angle of θ RM , first, the + first-order diffracted light LB that travels along the reverse optical path of this alignment light LB 2
2 (+1) and the traveling direction of this diffracted light LB 2 (+1) as a reference, the 0th-order diffracted light LB 2 (0), −4θ in the −2θ RM direction.
In RM direction -1-order diffracted light LB 2 (-1), to + 2θ RM direction -
Second-order diffracted light LB 2 (+2) is generated.

但し、第12図において、各アライメント光の0次光を
境に時計回り方向に発生する回折光を正、反時計回り方
向に発生する回折光を負としている。
However, in FIG. 12, the diffracted light generated in the clockwise direction with the 0th-order light of each alignment light as a boundary is positive, and the diffracted light generated in the counterclockwise direction is negative.

したがって、レチクルマークRMにより回折して同方向
へ進行する回折光同士が干渉し、この干渉した光の何れ
か1つを光電検出することによりレチクルの位置の情報
を含んだ光ビート信号が得られる。そこで、例えば、第
9図に示した如く、アライメント光(LB1、LB2)とは逆
方向に辿って進行する光LB2(+1)とLB1(0)とによ
るビート光を光電検出するために、先ず視野絞りFSとレ
チクル1との光路間にビームスプリッター等を配置す
る。そして、このビームスプリッターによりこのレチク
ルの位置情報を含んだビート光を別の光路に分離し、レ
チクル1に対して光学的に瞳共役となるような位置に検
出器を設けることによりレチクル1の位置情報を含んだ
ビート光を極めて精度良く光電検出することができる。
Therefore, diffracted lights that are diffracted by the reticle mark RM and travel in the same direction interfere with each other, and an optical beat signal including information on the position of the reticle is obtained by photoelectrically detecting one of the interfering lights. . Therefore, for example, as shown in FIG. 9, beat light by light LB 2 (+1) and LB 1 (0) that travel in a direction opposite to the alignment light (LB 1 , LB 2 ) is photoelectrically detected. For this purpose, first, a beam splitter or the like is arranged in the optical path between the field stop FS and the reticle 1. Then, the beam splitter splits the beat light including the position information of the reticle into another optical path, and the detector is provided at a position where the reticle 1 is optically pupil-conjugated to the reticle 1. The beat light including information can be photoelectrically detected with extremely high accuracy.

このように、以上にて述べた構成においても、実施例
1、実施例2で述べた如き開口部を有する視野絞り、あ
るいは菱形、台形等の形状の開口部を有する視野絞りFS
を、第9図で示した如く、レチクルあるいはウエハと共
役な位置に設けることで高精度のアライメントが保証さ
れる。
As described above, also in the configuration described above, the field stop having the opening as described in the first and second embodiments, or the field stop FS having the opening having a rhombic shape, a trapezoidal shape, or the like.
As shown in FIG. 9, by providing the position at a position conjugate with the reticle or the wafer, highly accurate alignment is guaranteed.

尚、本実施例においてはヘテロダイン干渉型の位置検
出装置について述べたが、ホモダイン干渉型の位置検出
装置に対しても同様の効果を期待でき、極めて有効であ
ることは言うまでもない。
Although the heterodyne interference type position detecting device has been described in the present embodiment, it is needless to say that the same effect can be expected and extremely effective for the homodyne interference type position detecting device.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の如く、本発明によれば、視野絞りもしくは、レ
チクル上に形成された透過窓部により発生するノイズ回
折光が検出信号に混入することを排除することができる
ため、常に信頼性の高い高精度なアライメントが達成す
ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to exclude the noise diffracted light generated by the field stop or the transmission window portion formed on the reticle from being mixed in the detection signal, so that the reliability is always high. Precise alignment can be achieved.

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

第1図は本発明の第1実施例における位置合わせ装置の
概略断面構成図、第2図は平行四辺形状の開口部を有す
る視野絞りFSの平面図、第3図は投影レンズの瞳面(フ
ーリエ面)におけるアライメント光(LB1、LB2)の2次
元的な強度分布を示す図、第4図は投影レンズの瞳面
(フーリエ面)でのアライメント光LB1に関する2次元
的な強度分布を示す図、第5図は視野絞りFSと、ウエハ
上に形成された回折格子マークWM(ウエハマーク)との
間に配置されたレンズの総合倍率関係を示す図、第6図
はAbの値をグラフ化した図、第7図は本発明の第2実施
例における矩形状の開口部を有する視野絞りFSの平面
図、第8図は視野絞りFSのエッジを干渉縞のピッチPFS
の整数倍とした時のAbの値をグラフ化した図、第9図は
本発明の第3実施例における位置合わせ装置の概略断面
構成図、第10図(a)はレチクルマークRMの形状を示す
平面図、第10図(b)はウエハマークWMの形状を示す平
面図、第11図(a)はレチクルマークRMからの±1次回
折光のみを通過させるマスク部材204の平面図、第11図
(b)はウエハマークWMからの±1次回折光のみを通過
させるマスク部材206の平面図、第12図はレチクルマー
クRMのピッチPRMを1/2倍にした際において回折光が発生
する様子を示した図、第13図は従来における位置合わせ
装置の概略断面構成図、第14図はアライメント光学系を
簡素的に示した図、第15図は投影レンズの瞳位置におけ
る回折光の強度分布を示す図、第16図はウエハ上に形成
された回折格子マークWM(ウエハマーク)上で回折が起
こる様子を示す図、第17図は検出される光ビート信号に
誤差が含まれる様子を示す図、第18図(a)は投影レン
ズの瞳位置でのアライメント光LB2の回折光の振幅分布
を示す図、第18図(b)は投影レンズの瞳位置でのアラ
イメント光LB1の回折光の振幅分布を示す図である。 〔主要部分の説明〕 1……レチクル 3……投影レンズ 4……ウエハ 10……レーザー 14a、14a……音響光学素子 50……遮光部材 FS……視野絞り RM……レチクルマーク WM……ウエハマーク P0……透過窓部
FIG. 1 is a schematic sectional configuration diagram of an alignment apparatus in a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a field stop FS having a parallelogram-shaped opening, and FIG. 3 is a pupil plane of a projection lens ( Diagram showing the two-dimensional intensity distribution of alignment light (LB 1 , LB 2 ) on the Fourier plane. Fig. 4 is the two-dimensional intensity distribution of alignment light LB 1 on the pupil plane (Fourier plane) of the projection lens. FIG. 5 is a diagram showing the total magnification relationship of the lens arranged between the field stop FS and the diffraction grating mark WM (wafer mark) formed on the wafer, and FIG. 6 is the value of Ab. 7 is a plan view of a field stop FS having a rectangular opening in the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing the edge of the field stop FS at the pitch P FS of the interference fringes.
FIG. 9 is a graph showing the Ab value when it is an integer multiple of FIG. 9, FIG. 9 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the alignment device in the third embodiment of the present invention, and FIG. 10 (a) shows the shape of the reticle mark RM. FIG. 10 (b) is a plan view showing the shape of the wafer mark WM, and FIG. 11 (a) is a plan view of the mask member 204 that transmits only the ± 1st order diffracted light from the reticle mark RM. FIG. 12B is a plan view of the mask member 206 that allows only the ± 1st order diffracted light from the wafer mark WM to pass therethrough. FIG. 12 shows diffracted light when the pitch P RM of the reticle mark RM is halved. Fig. 13 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a conventional alignment device, Fig. 14 is a diagram showing a simplified alignment optical system, and Fig. 15 is the intensity of diffracted light at the pupil position of the projection lens. Fig. 16 shows the distribution, and Fig. 16 shows the diffraction grating mark WM (wafer marker) formed on the wafer. C) Figure showing how diffraction occurs, Figure 17 shows how the detected optical beat signal contains an error, and Figure 18 (a) shows alignment light LB 2 at the pupil position of the projection lens. 18B is a diagram showing the amplitude distribution of the diffracted light of FIG. 18, and FIG. 18B is a diagram showing the amplitude distribution of the diffracted light of the alignment light LB 1 at the pupil position of the projection lens. [Description of main parts] 1 ... Reticle 3 ... Projection lens 4 ... Wafer 10 ... Lasers 14a, 14a ... Acousto-optic element 50 ... Shading member FS ... Field stop RM ... Reticle mark WM ... Wafer Mark P 0 ...... Transparent window

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 525L (72)発明者 馬込 伸貴 東京都品川区西大井1丁目6番3号 株 式会社ニコン大井製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−56818(JP,A) 特開 昭64−82624(JP,A) 特開 昭62−216231(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/30 525L (72) Inventor Nobutaka Magome 1-6-3 Nishi-oi, Shinagawa-ku, Tokyo Stock expression Nikon Co., Ltd. (56) Reference JP 62-56818 (JP, A) JP 64-82624 (JP, A) JP 62-216231 (JP, A)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アライメント光学系を有し、該アライメン
ト光学系からのコヒーレント光を、位置検出すべき被検
物体上に形成された回折格子に、所定の2方向で照射す
ることにより発生する回折光を干渉させて、該干渉縞の
強度を光電検出する位置合わせ装置において、 前記アライメント光学系における前記被検物体と共役な
位置に、絞り手段を設け、 該絞り手段の開口部を形成しているエッジは、前記回折
格子の溝方向に対応する方向に対して傾いていることを
特徴とする位置合わせ装置。
1. Diffraction generated by irradiating a diffraction grating formed on an object to be detected whose position is detected with coherent light from the alignment optical system in two predetermined directions. In a positioning device that causes light to interfere and photoelectrically detects the intensity of the interference fringes, a diaphragm means is provided at a position conjugate with the object to be measured in the alignment optical system, and an opening of the diaphragm means is formed. The alignment device is characterized in that the existing edge is inclined with respect to the direction corresponding to the groove direction of the diffraction grating.
【請求項2】アライメント光学系を有し、該アライメン
ト光学系からのコヒーレント光を、位置検出すべき被検
物体上に形成された回折格子に、所定の2方向で照射す
ることにより発生する回折光を干渉させて、該干渉縞の
強度を光電検出する位置合わせ装置において、 前記アライメント光学系における前記被検物体と共役な
位置に、絞り手段を設け、 該絞り手段の開口部を形成しているエッジの長さをL、
前記絞り上で形成される干渉縞のピッチをPFS、整数を
mとするとき、少なくとも相対向する1対のエッジが、 L=mPFS を満足するように構成することを特徴とする位置合わせ
装置。
2. Diffraction generated by irradiating a diffraction grating formed on an object to be position-detected with coherent light from the alignment optical system in two predetermined directions. In a positioning device that causes light to interfere and photoelectrically detects the intensity of the interference fringes, a diaphragm means is provided at a position conjugate with the object to be measured in the alignment optical system, and an opening of the diaphragm means is formed. The edge length is L,
When the pitch of the interference fringes formed on the diaphragm is P FS and the integer is m, at least one pair of opposing edges is configured to satisfy L = mP FS. apparatus.
【請求項3】前記絞りの開口部を平行四辺形状に構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載の位置合わせ装置。
3. The alignment device according to claim 1, wherein the aperture of the diaphragm is formed in a parallelogram shape.
【請求項4】前記開口部のエッジの傾きをθ、前記絞り
手段上で形成される干渉縞のピッチPFS、ウエハ上に形
成された回折格子マークのピッチをPWM、前記回折格子
の配列方向に対応する前記絞り手段の開口部のエッジの
長さをW、前記回折格子の溝方向に対応する方向の前記
絞り手段の開口部のエッジの長さh、ウエハ上における
許容アライメント誤差をxWMとするとき、 を満足することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
第3項の何れか一項記載の位置合わせ装置。
4. An inclination of an edge of the opening is θ, a pitch P FS of interference fringes formed on the diaphragm means, a pitch P WM of diffraction grating marks formed on the wafer, and an array of the diffraction gratings. The edge length of the aperture of the aperture means corresponding to the direction is W, the edge length h of the aperture of the aperture means in the direction corresponding to the groove direction of the diffraction grating, and the allowable alignment error on the wafer are x. When using WM , The alignment device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
【請求項5】前記絞りにより発生する回折光を遮光する
ための遮光手段を前記絞り手段よりも被検物体側の光路
中に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
第4項の何れか一項記載の位置合わせ装置。
5. A light shielding means for shielding diffracted light generated by the diaphragm is provided in an optical path closer to the object to be inspected than the diaphragm means. The alignment device according to any one of paragraphs.
【請求項6】前記開口部のエッジの傾きをθ、前記絞り
手段上で形成される干渉縞のピッチPFS、ウエハ上に形
成された回折格子マークのピッチをPWM、前記回折格子
の配列方向に対応する前記絞り手段の開口部のエッジの
長さをW、前記回折格子の溝方向に対応する方向の前記
絞り手段の開口部のエッジの長さh、ウエハ上における
許容アライメント誤差をxWMとするとき、 を満足することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
第3項の何れか一項記載の位置合わせ装置。
6. The inclination of the edge of the opening is θ, the pitch P FS of the interference fringes formed on the diaphragm means, the pitch P WM of the diffraction grating marks formed on the wafer, and the array of the diffraction gratings. The edge length of the aperture of the aperture means corresponding to the direction is W, the edge length h of the aperture of the aperture means in the direction corresponding to the groove direction of the diffraction grating, and the allowable alignment error on the wafer are x. When using WM , The alignment device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
【請求項7】前記回折光は±n次回折光であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項乃至第6項の何れか一項
記載の位置合わせ装置。
7. The alignment device according to any one of claims 1 to 6, wherein the diffracted light is ± n-order diffracted light.
【請求項8】レチクルに露光光を供給する照明光学系
と、該露光光に基づいてレチクル上のパターンをウエハ
上に結像させる投影光学系と、前記レチクルと前記ウエ
ハとの位置合わせを行なうためのアライメント光学系と
を有し、該アライメント光学系からのコヒーレント光
を、位置検出すべき被検物体上に形成された回折格子
に、所定の2方向で照射することにより発生する回折光
を干渉させて、該干渉縞の強度を光電検出する露光装置
において、 前記アライメント光学系における前記被検物体と共役な
位置に、絞り手段を設け、 該絞り手段の開口部を形成しているエッジは、前記回折
格子の溝方向に対応する方向に対して傾いていることを
特徴とする露光装置。
8. An illumination optical system for supplying exposure light to a reticle, a projection optical system for forming a pattern on the reticle on a wafer based on the exposure light, and alignment of the reticle and the wafer. And an alignment optical system for adjusting the coherent light from the alignment optical system to a diffraction grating formed on an object to be position-detected in predetermined two directions. In an exposure apparatus that interferes with each other and photoelectrically detects the intensity of the interference fringes, diaphragm means is provided at a position conjugate with the object to be measured in the alignment optical system, and an edge forming an aperture of the diaphragm means is An exposure apparatus which is inclined with respect to a direction corresponding to a groove direction of the diffraction grating.
【請求項9】レチクルに露光光を供給する照明光学系
と、該露光光に基づいてレチクル上のパターンをウエハ
上に結像させる投影光学系と、前記レチクルと前記ウエ
ハとの位置合わせを行なうためのアライメント光学系と
を有し、該アライメント光学系からのコヒーレント光
を、位置検出すべき被検物体上に形成された回折格子
に、所定の2方向で照射することにより発生する回折光
を干渉させて、該干渉縞の強度を光電検出する露光装置
において、 前記アライメント光学系における前記被検物体と共役な
位置に、絞り手段を設け、 該絞り手段の開口部を形成しているエッジの長さをL、
前記絞り上で形成される干渉縞のピッチをPFS、整数を
mとするとき、少なくとも相対向する1対のエッジが、 L=mPFS を満足するように構成することを特徴とする露光装置。
9. An illumination optical system for supplying exposure light to a reticle, a projection optical system for forming a pattern on the reticle on a wafer based on the exposure light, and alignment of the reticle and the wafer. And an alignment optical system for adjusting the coherent light from the alignment optical system to a diffraction grating formed on an object to be position-detected in predetermined two directions. In an exposure apparatus that photoelectrically detects the intensity of the interference fringes by causing interference, an aperture unit is provided at a position conjugate with the object to be inspected in the alignment optical system, and an edge forming an aperture of the aperture unit is provided. Length is L,
When the pitch of the interference fringes formed on the stop is P FS and the integer is m, at least one pair of opposing edges is configured to satisfy L = mP FS. .
【請求項10】前記被検物体は、前記ウエハであること
を特徴とする特許請求の範囲第8項または第9項記載の
露光装置。
10. The exposure apparatus according to claim 8 or 9, wherein the object to be inspected is the wafer.
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