KR100541272B1 - Method of detecting mark position on substrate, position detection device by the method and exposure apparatus using the position detection device - Google Patents
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Abstract
평탄한 물체의 표면에 극히 작은 단차 구조를 따라서 형성된 위치 검출용의 격자 마크의 위치를 검출하는 방법에 있어서, 상기 격자 마크에 소정의 입사 각도에서 조명빔을 조사하는 단계에서 상기 조명빔은 상이한 3개 이상의 n개의 파장 λ1, λ2, λ3, ..., λn으로 이루어진 복수의 가간섭 빔을 포함하며, 각 파장의 함수를 λ1 < λ2 < λ3, ..., < λn으로 할 때, 상기 n개의 파장은 (1/λ1 - 1/λ2) = (1/λ2 - 1/λ3) = … = (1/λn-1 - /λn)의 관계가 약 ±10%의 범위 내에서 근사적으로 만족하게 되도록 설정되는 단계와, 상기 n개의 파장 성분으로 이루어진 조명빔의 조사시에 상기 격자 마크로부터 특정의 방향으로 발생하는 회절광의 광량 변화를 광전 검출하는 단계 및 상기 광전 검출에 따라서 얻어진 신호를 기초로 상기 격자 마크의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 격자 마크의 위치 검출 방법.A method for detecting the position of a grating mark for position detection formed along an extremely small stepped structure on the surface of a flat object, wherein the illumination beam is different in the step of irradiating the grating mark with an illumination beam at a predetermined incident angle. It includes a plurality of interference beams consisting of the above n wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , ..., λ n , and the function of each wavelength is λ 1 <λ 2 <λ 3 , ..., <λ when the n, the n number of wavelength (1 / λ 1 - 1 / λ 2) = (1 / λ 2 - 1 / λ 3) = ... = (1 / λ n-1- / λ n ) is set such that the relationship is approximately satisfied within a range of about ± 10%, and the grating upon irradiation of an illumination beam composed of the n wavelength components Photoelectric detection of a change in the amount of light of diffracted light occurring in a specific direction from the mark and determining a position of the grating mark based on a signal obtained according to the photoelectric detection. .
Description
(발명의 분야)(Field of invention)
본 발명은 예를 들면 반도체 소자 등을 제조할 때에 마스크 패턴을 감광성의 기판 상에 노광하는 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치에 적용되는 마스크 패턴과 감광성 기판의 상대적인 위치를 맞춤 기술에 관한 것으로, 특히 감광성 기판 상의 마크 패턴의 검출 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for aligning a relative position of a mask pattern and a photosensitive substrate, for example, applied to an exposure apparatus used in a photolithography process for exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate when manufacturing a semiconductor device or the like. A technique for detecting a mark pattern on a photosensitive substrate.
(관련 배경 기술)(Related Background Art)
예를 들면 반도체 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기 헤드 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서는, 전사용 패턴이 형성된 포토마스크 또는 레티클(reticle)(이하, 간단히 레티클이라 함)의 상(image)을, 투사 광학계를 통한 투사 노광법 또는 근접(proximity) 노광법에 의해, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(또는 유리판 등의 감광 기판) 상에 전사하는 노광 장치가 사용되고 있다.For example, in a photolithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, or the like, an image of a photomask or a reticle (hereinafter simply referred to as a reticle) having a transfer pattern is formed. Background Art An exposure apparatus that transfers onto a photoresist-coated wafer (or a photosensitive substrate such as a glass plate) by a projection exposure method or a projection exposure method through a projection optical system is used.
이와 같은 노광 장치에 있어서는, 노광에 앞서 레티클과 웨이퍼의 위치 맞춤(얼라인먼트)을 고정밀도로 행할 필요가 있다. 이 얼라인먼트를 행하기 위해서, 웨이퍼 상에는 이전의 공정에서 노광 전사되어 에칭 형성된 위치 검출 마크(얼라인먼트 마크)가 형성되고, 이 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 것으로 웨이퍼(웨이퍼 상의 회로 패턴)의 정확한 위치를 검출할 수 있다.In such an exposure apparatus, it is necessary to accurately perform alignment of the reticle and the wafer prior to exposure. In order to perform this alignment, a position detection mark (alignment mark) formed by exposure-transferring and etching in a previous step is formed on the wafer, and the exact position of the wafer (circuit pattern on the wafer) is detected by detecting the position of the alignment mark. can do.
최근에, 웨이퍼(또는 레티클) 상의 격자 마크를 1차원, 또는 2차원의 격자형으로 하여, 그 격자 마크 상에 피치 방향으로 대칭적으로 경사진 2개의 가간섭 빔(coherent beam)을 투사하고, 격자 마크로부터 동일 방향으로 발생하는 2개의 회절광 성분을 간섭시켜 격자 마크의 피치 방향의 위치나 위치 오프셋을 검출하는 방법이, 예를 들면, (A) 특개소 61-208220호 공보(대응 USP 4,828,392호), (B) 특개소 61-215905호 공보(대응 USP 4,710,026호) 등에서 제안되었다. 공보(A)는 2개의 대칭적인 가간섭 빔의 주파수를 동일하게 한 호모다인 방식을 개시하고, 공보(B)는 2개의 대칭적인 가간섭 빔의 사이에 일정 주파수 차를 갖춘 헤테로다인 방식을 개시한다.Recently, a lattice mark on a wafer (or reticle) is made into a one-dimensional or two-dimensional lattice, and two coherent beams symmetrically inclined in the pitch direction are projected on the lattice marks, The method of detecting the position and the position offset of the grating mark in the pitch direction by interfering two diffracted light components occurring in the same direction from the grating mark is described, for example, in (A) Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-208220 (corresponding USP 4,828,392). And (B) Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-215905 (corresponding USP 4,710,026). Publication (A) discloses a homodyne scheme in which the frequencies of two symmetric interference beams are equal, and publication (B) discloses a heterodyne scheme with a constant frequency difference between two symmetric interference beams. do.
또한, 헤테로다인 방식의 위치 검출 장치를 축소 투사 노광 장치 내의 TTR(Through-The-Reticle) 얼라인먼트계 또는 TTL(Through-The-Lens) 얼라인먼트계에 적용한 것이지만, (C) 특개평 2-227602호 공보(1990년 2월 23일 출원된 대응 USSN 483,820호), (D) 특개평 3-2504호 공보(대응 USP 5,118,953호) 등에 제안되어 있다. 이들 공보(C), (D)에 개시된 헤테로다인 방식에서는, 2개의 음향 광학 변조소자(AOM)에 He-Ne 레이저 빔을 동시에 입사시켜, 각 AOM을 예를 들면 25㎑ 정도의 주파수 차를 갖고 고주파 구동 신호(한쪽은 80MHz, 다른쪽은 79.975MHz)로 구동하고, 각 AOM으로부터 사출되는 회절 빔 사이에 25㎑의 주파수 차를 준다. 그들 2개의 회절 빔을, 웨이퍼 위 또는 레티클 위의 격자 마크에 소정의 교차각으로 조사하기 위한 한 쌍의 입사광 빔으로 하고 있다.Moreover, although the heterodyne position detection apparatus was applied to the through-the-reticle alignment system or the through-the-lens alignment system in a reduction projection exposure apparatus, (C) Unexamined-Japanese-Patent No. 2-227602. (Corresponding USSN 483,820, filed February 23, 1990), (D) JP-A-3-2504 (corresponding USP 5,118,953) and the like. In the heterodyne systems disclosed in these publications (C) and (D), a He-Ne laser beam is incident simultaneously on two acousto-optic modulation elements (AOM), and each AOM has a frequency difference of about 25 kHz, for example. It is driven by a high frequency drive signal (80 MHz on one side and 79.975 MHz on the other), giving a 25 kHz frequency difference between the diffracted beams emitted from each AOM. These two diffraction beams are a pair of incident light beams for irradiating a lattice mark on a wafer or a reticle at a predetermined crossing angle.
또 헤테로다인 방식에서는, 2개의 입사광 빔간의 주파수 차(25㎑)를 기준 교류 신호로 하고, 격자 마크로부터 발생한 2개의 회절광 성분의 간섭광(비트광(beat light beam))을 광전 검출한 신호와 기준 교류 신호의 위상차를 계측하고, 그것을 격자 마크의 피치 방향에 관한 기준점으로부터의 위치 오프셋량으로서 검출한다.In the heterodyne system, a signal obtained by photoelectric detection of interference light (beat light beam) of two diffracted light components generated from a lattice mark is used as a reference alternating current signal with a frequency difference (25 kHz) between two incident light beams. The phase difference between and the reference AC signal is measured and detected as a position offset amount from a reference point with respect to the pitch direction of the grid mark.
이상과 같은 헤테로다인 방식에서는, 격자 마크를 조명하는 2개의 입사광 빔의 단색성이 양호할 수록, 위치 오프셋의 검출 정도, 분해능이 향상되고, 나노미터 오더의 위치 검출, 위치 맞춤이 가능해진다. 그렇지만 2개의 입사광 빔의 단색성이 양호하다고 하는 것은, 격자 마크로부터 발생하는 각종 회절광 사이의 파장 오더의 위상이 격자 마크의 비대칭성이나 레지스트층 등에 따라 민감하게 변화하기 쉬운 것을 의미한다.In the heterodyne system described above, the more monochromatic the two incident light beams illuminating the lattice marks, the more the detection accuracy and resolution of the position offset are improved, and the position detection and alignment of the nanometer order is possible. However, the good monochromaticity of the two incident light beams means that the phase of the wavelength order between various diffracted lights generated from the grating marks tends to be sensitively changed depending on the asymmetry of the grating marks, the resist layer, and the like.
이중 레지스트층에 의한 영향은 노광 장치에서의 웨이퍼 얼라인먼트 시의 숙명적인 문제이며, 마크 부분의 레지스트를 국소적으로 제거한다고 하는 특별 수법을 범용하지 않는 한, 또는 광학적인 마크 검출 수법을 단념하지 않는 한 피할 수 없는 문제이다.The influence of the double resist layer is a fatal problem in wafer alignment in the exposure apparatus, and unless a special technique of locally removing the resist in the mark portion is not used universally or unless the optical mark detection technique is abandoned, It is an unavoidable problem.
거기서, 레지스트층에 의한 영향 또는 마크의 단면 형상의 비대칭성에 의한 영향을 저감하여 보다 정확한 위치 검출을 가능하게 한 헤테로다인 방식이 (E) 특개평 6-82215호 공보(l993년 7월 14일 출원된 대응 USSN 091,501호)에 의해 제안되었다. 그 공보(E)에는 파장이 다른 복수의 빔, 또는 백색 빔을 사용하고, 이 빔을 고정 회절 격자에 조사하여 얻어지는 2개의 회절 빔을 1단째의 AOM에 입사하고, 이 AOM에서 회절된 0차 빔, +1차 회절 빔, -1차 회절 빔을 2단째의 AOM 내에서 교차하도록 릴레이함으로써, 예를 들면 제 1 파장에 의한 한 쌍의 입사광 빔과 제 2 파장에 의한 한 쌍의 입사광 빔을 만들어, 그들 2쌍의 입사광 빔을 동시에 웨이퍼 상의 격자 마크에 투사하는 수법이 개시되어 있다.Thereby, the heterodyne system which reduces the influence by the resist layer or the influence of the asymmetry of the cross-sectional shape of the mark to enable more accurate position detection is disclosed in (E) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-82215 (July 14, 1993). Proposed USSN 091,501). In the publication (E), a plurality of beams having different wavelengths or white beams are used, and two diffraction beams obtained by irradiating the fixed diffraction grating on the first diffraction grating are incident on the first stage AOM, and the zeroth order diffracted by this AOM. By relaying the beam, the + 1st order diffraction beam, and the -1st order diffraction beam within the second stage AOM, for example, a pair of incident light beams by the first wavelength and a pair of incident light beams by the second wavelength are generated. The method of making and projecting these two pairs of incident light beams simultaneously to the grating mark on a wafer is disclosed.
이때, 격자 마크로부터 발생하여 광전 검출되는 간섭 비트광에는 제 1 파장 성분과 제 2 파장 성분이 포함되지만, 그들은 광전 소자의 수광면 상에서 광량으로서 가산된 형태로 광전 검출된다. 이 때문에, 레지스트층의 박막 간섭의 영향 또는 마크 단면 형상의 비대칭성의 영향에 의한 각 파장 성분마다의 간섭 비트광의 상호의 위상차가 강도적으로 평균화되어, 보다 정확한 위치 검출이 가능해진다.At this time, the interference bit light generated from the grating mark and photoelectrically detected includes a first wavelength component and a second wavelength component, but they are photoelectrically detected in an added form as light quantity on the light receiving surface of the photoelectric element. For this reason, the phase difference of the interference bit light for each wavelength component by the influence of the thin film interference of a resist layer or the asymmetry of a mark cross-sectional shape is intensity-averaged, and more accurate position detection is attained.
호모다인 방식으로 하건 헤테로다인 방식으로 하건, 그 조명 빔을 다파장화하는데 적합한 광원은, 일반적으로는 기체 레이저 광원이나 반도체 레이저 광원 등과 같이, 그 자체의 가간섭성이 높고, 게다가 충분한 광 강도를 얻을 수 있는 것이 선택된다. 이와 같은 이유로, 종래의 다파장화 시에 선정된 파장은 오로지 실용에 적합한 광원(과거에 실적이 있는 레이저 광원 등) 중으로부터 발진 중심 파장이 적당한 양, 예를 들면, 20 내지 40nm만큼 떨어지도록 결정되어 있었다.Whether homodyne or heterodyne, the light source suitable for multiplexing the illumination beam generally has high coherence in itself, such as a gas laser light source or a semiconductor laser light source, and has sufficient light intensity. What can be obtained is selected. For this reason, the wavelength selected during conventional multi-wavelength determination is determined so that the oscillation center wavelength is dropped by an appropriate amount, for example, 20 to 40 nm, from among a light source suitable for practical use (a laser light source, etc., which has been used in the past). It was.
한편, 웨이퍼 상에 형성된 격자 마크의 표면에는 레지스트층이 거의 일정한 두께(예를 들면, 0.5 내지 1.5㎛ 정도)로 도포되어 있지만, 그 두께는 어떤 중심값에 대해 격차가 생긴다. 또한, 웨이퍼 상의 위치에 따라 레지스트층의 두께는 격차가 생기고, 웨이퍼 처리 프로세스에 따라 격자 마크의 단면 형상(격자 홈의 미소 단차량 등)도 웨이퍼 상의 위치에 따라 미묘하게 변화하기 때문에, 격자 마크와 그 표면의 레지스트층을 포함하는 전체적인 진폭 반사율은, 특정한 파장 성분으로 단지 다파장화하였을 뿐인 조명 빔에 대해서는 크게 변동되는 경우가 있다.On the other hand, although the resist layer is apply | coated to the surface of the grating mark formed on the wafer with a substantially constant thickness (for example, about 0.5-1.5 micrometers), the thickness becomes gap with respect to some center value. In addition, the thickness of the resist layer varies depending on the position on the wafer, and the cross-sectional shape of the lattice mark (such as the minute step amount of the lattice groove) also varies slightly depending on the position on the wafer in accordance with the wafer processing process. The overall amplitude reflectance including the resist layer on the surface may vary greatly with respect to the illumination beam which has only been multi-wavelength with a specific wavelength component.
그러나, 다파장화에 의한 파장 선정에서는, 그와 같이 진폭 반사율이 크게 변동할 수 있는 격자 마크에 대해서는 반드시 고정밀도의 위치 검출이 달성되도록 최적화되어 있지 않았다.However, in the wavelength selection by the multi-wavelengthization, the lattice mark in which the amplitude reflectance can fluctuate greatly is not optimized so that high-precision position detection is necessarily achieved.
또, 위치 검출에 사용하는 조명 빔을 복수의 파장, 또는 소정의 파장 대역폭을 갖는 빔으로 하고, 격자 마크로부터 발생하는 복수의 파장 성분을 포함하는 간섭광을 동일한 광전 소자로 동시에 수광하는 경우, 조명 빔 중에 강도가 높은 파장 성분이 있으면, 격자 마크로부터의 간섭광도 그 파장 성분의 부분에서 강하게 되어, 평균화 효율을 얻는 점에서 문제가 되는 경우가 있다. 또한, 조명 빔 중의 각 파장 성분이 가령 동일한 강도라고 하여도, 웨이퍼 등의 감광 기판의 표면 상태(레지스트의 두께 불균일, 격자 마크의 비대칭성의 정도 등)에 의해, 격자 마크로부터의 간섭광의 각 파장 성분마다의 강도에 큰 차가 생기는 경우가 일어날 수 있다.In addition, when the illumination beam used for position detection is made into the beam which has a some wavelength or predetermined wavelength bandwidth, and simultaneously receives the interference light containing the some wavelength component which generate | occur | produces from a grating mark with the same photoelectric element, illumination If there is a wavelength component having a high intensity in the beam, the interference light from the lattice mark also becomes strong at the portion of the wavelength component, which may be a problem in that averaging efficiency is obtained. Moreover, even if each wavelength component in an illumination beam is the same intensity | strength, each wavelength component of the interference light from a grating mark is influenced by the surface state (resistance thickness of a resist, degree of asymmetry of a grating mark, etc.) of photosensitive substrates, such as a wafer. A big difference may occur in every strength.
이 때문에, 격자 마크로부터 발생한 복수의 파장 성분을 포함하는 간섭광을 단일 광전 소자에서 수광하여도, 기판의 표면 상태에 따라서는 양호한 위치 검출 정밀도를 얻지 않는 경우가 생길 수 있다.For this reason, even if the interference light including the plurality of wavelength components generated from the lattice mark is received by a single photoelectric device, it may not be possible to obtain good position detection accuracy depending on the surface state of the substrate.
(발명의 개요)(Summary of invention)
그래서 본 발명은 웨이퍼 등의 기판에 형성된 격자형 주기 패턴(격자 마크)의 표면 상태에 영향을 주기 어려운 위치 검출 방법, 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Then, an object of this invention is to provide the position detection method and apparatus which are hard to affect the surface state of the lattice form periodic pattern (lattice mark) formed in board | substrates, such as a wafer.
또 본 발명은 기판 상의 격자 마크를 검출하기 위한 조명 빔을, 복수의 광원 각각으로부터 방사되는 비교적 스펙트럼 폭이 좁은 가간섭성의 광 빔으로 다파장화할 때, 격자 마크의 단면 형상(예를 들어, 홈의 깊이 등)의 변화나 레지스트 두께의 변화를 고려하여, 다파장화한 조명 빔의 시간적 가간섭성을 그들의 변화에 적응할 수 있도록 저감한 위치 검출 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention, when the illumination beam for detecting the grating mark on the substrate is multi-wavelength into a relatively spectral narrow coherent light beam emitted from each of the plurality of light sources, the cross-sectional shape of the grating mark (for example, the groove It is an object of the present invention to provide a position detection method and apparatus which reduces the temporal coherence of multi-wavelength illumination beams in consideration of the change in the depth of the light and the like and the change in resist thickness.
또한, 본 발명은 복수의 가간섭성 광원을 사용하여 다파장화되고, 비간섭성(incoherent) 조명 빔을 만들어내고, 그것을 감광 기판 상의 격자 마크의 얼라인먼트용으로 이용하는 투사 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus that is multi-wavelength using a plurality of coherent light sources, produces an incoherent illumination beam, and uses it for alignment of grating marks on the photosensitive substrate. It is done.
또한, 본 발명은 상술한 광전 검출시의 문제를 해결하고, 웨이퍼 등의 기판의 표면 상태에 영향받기 어려운 위치 검출 방법, 또는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 복수의 파장 성분을 포함하는 조명 빔으로 격자 패턴(마크)을 조명한 경우에도, 파장 성분마다의 광 강도의 차에 영향받기 어려운 위치 검출 방법, 또는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 복수의 파장 성분을 포함하는 조명 빔을 기판 상의 격자 패턴에 조사하여 격자 패턴의 위치를 계측할 때, 기판 표면의 상태에 의존한 격자 패턴의 위치 계측 오차를 저감한 고정밀도의 위치 맞춤(얼라인먼트) 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to solve the problem at the time of photoelectric detection mentioned above, and to provide the position detection method or apparatus which is hard to be influenced by the surface state of board | substrates, such as a wafer. Moreover, an object of this invention is to provide the position detection method or apparatus which is hard to be influenced by the difference of the light intensity for every wavelength component, even when the grating pattern (mark) is illuminated by the illumination beam containing a some wavelength component. . In addition, the present invention, when measuring the position of the grating pattern by irradiating the grating pattern on the substrate with an illumination beam containing a plurality of wavelength components, a high-precision position that reduced the position measurement error of the grating pattern depending on the state of the substrate surface An object of the present invention is to provide an alignment device.
이상의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도체 웨이퍼나 유리판 등의 평판형 물체(W)의 표면에 미소 단차 구조를 수반하여 형성된 위치 검출용 격자 마크 MG에 한 쌍의 가간섭성 광 빔을, 격자 마크의 피치 방향에 관해 서로 대칭적인 입사각으로 조사하고, 격자 마크로부터의 특정한 방향으로 발생하는 회절광의 광량 변화를 광전 검출하여 얻어진 신호에 기초하여, 격자 마크의 주기 방향의 위치를 검출하는 방법, 또는 장치에 적용된다.In order to achieve the above object, this invention gratings a pair of coherent light beams to the position detection grating mark MG formed in the surface of the flat-shaped object W, such as a semiconductor wafer or a glass plate with a micro step structure, A method of detecting the position of the lattice mark in the periodic direction based on a signal obtained by irradiating the mark with a symmetrical incident angle with respect to the pitch direction of the mark and photoelectrically detecting a change in the amount of light of diffracted light generated in a specific direction from the lattice mark, or Applies to the device.
그리고 본 발명에서는 격자 마크를 대칭적으로 조사하는 가간섭성 광 빔 ±LF을 서로 다른 n(n=3 이상)개의 파장 λ1, λ2, λ3 …, λn으로 이루어지는 n쌍의 광 빔(±D1n)에 다파장화하는 동시에, 각 파장의 대소 관계를 λ1<λ2<λ3 ... <λn으로 했을 때, (1/λ1-1/λ2)=(1/λ2-1/λ3) ... =(1/λn-1-1/λn)의 관계가 약 ±10%의 범위 내에서 근사적으로 만족되도록 n개의 각 파장, 또는 복수의 가간섭성 광원(LS1, LS2, LS3)을 선정하였다.In the present invention, the coherent light beam ± LF that irradiates the grating marks symmetrically has n (n = 3 or more) wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 . When multiple wavelengths of n pairs of light beams (± D 1n ) consisting of λ n and the magnitude relation of each wavelength are λ 1 <λ 2 <λ 3 ... <λ n , (1 / λ The relationship between 1 -1 / λ 2 ) = (1 / λ 2 -1 / λ 3 ) ... = (1 / λ n-1 -1 / λ n ) is approximately within the range of about ± 10% N wavelengths or a plurality of coherent light sources LS1, LS2, and LS3 were selected to be satisfied.
또 본 발명의 바람직한 구성에서는, 다파장화된 한 쌍의 가간섭 광 빔이 쌍을 이루는 2개의 광 빔간에서 소정의 주파수 차를 갖도록 헤테로다인화되고, 격자 마크 MG로부터 격자 피치 방향에 관해 수직인 방향으로 발생하는 2개의 1차 회절광의 상호 간섭광이 비트 주파수로 강도 변조된 것을 광전 검출한다.In a preferred configuration of the present invention, a pair of multiwavelength interfering light beams are heterodyned to have a predetermined frequency difference between two paired light beams, and are perpendicular to the lattice pitch direction from the grating mark MG. Photoelectric detection detects that the mutually interfering light of two primary diffracted light generated in the direction is intensity modulated at a bit frequency.
또한 본 발명의 바람직한 응용예로서, 그와 같이 다파장화된 위치 검출 장치를 TTR 방식, TTL 방식, 또는 오프-축(off-axial) 방식의 얼라인먼트 수단(마크 검출 수단)으로서 투사 노광 장치에 일체화하도록 하였다.In addition, as a preferred application of the present invention, such a multi-wavelength position detecting device is integrated into the projection exposure apparatus as alignment means (mark detection means) of the TTR method, the TTL method, or the off-axial method. It was made.
또 광전 검출의 문제를 해결하기 위해 본 발명은 위치 검출해야 할 기판(웨이퍼(W), 또는 기준(fiducial) 마크판(FG)) 상에 형성된 회절 격자(MG)에 조명광을 투사하고, 회절 격자(MG)로부터의 회절광을 광전 검출함으로써 기판의 위치를 검출하는 방법에 적용된다. 먼저, (a) 회절 격자(MG)에 서로 다른 파장 성분(λ1,λ2)을 포함하는 조명 빔(예를 들면, 기준 격자 RG로 회절된 빔 ±D11, ±D22)을 투사하고, 회절 격자(MG)로부터 각 파장 성분을 포함한 복수의 회절 빔을 발생시키고, (b) 발생한 복수의 회절 빔 중 제 1 파장 성분(λ1)으로 이루어지는 서로 차수차(order difference)(+1차와 -1차, 또는 0차와 2차)를 갖는 2개의 회절 빔의 간섭에 의해 만들어지는 제 1 간섭 빔을 제 1 광전 소자에서 수광하는 동시에, 복수의 회절 빔 중 제 2 파장 성분(λ2)으로 이루어지는 서로 차수차(+1차와 -1차, 또는 0차와 2차)를 갖는 2개의 회절 빔의 간섭에 의해 만들어지는 제 2 간섭 빔을 제 2 광전 소자에서 수광한다. 그리고 다음에, (c) 제 1 광전 소자로부터의 광전 신호(Im1)에 기초하여 회절 격자(MG)의 주기 방향에 관한 제 1 위치 정보(△X1)를 회로 유닛(CU3)에서 산출하고, 제 2 광전 소자로부터의 광전 신호(1m2)에 기초하여 회절 격자(MG)의 주기 방향에 관한 제 2 위치 정보(△X2)를 회로 유닛(CU4)에서 산출한다. 그리고 마지막으로, (d) 제 1 광전 소자로부터의 광전 신호의 진폭값과 제 2 광전 소자로부터의 광전 신호의 진폭값에 따라 가중을 변화시켜 제 1 위치 정보와 제 2 위치 정보를 회로 유닛(CU5)에 의해 가중 평균 연산함으로써 회절 격자가 형성된 기판의 위치를 확정하도록 하였다.In order to solve the problem of photoelectric detection, the present invention projects illumination light onto a diffraction grating MG formed on a substrate (wafer W or fiducial mark plate FG) to be position-detected, and the diffraction grating It applies to the method of detecting the position of a board | substrate by photoelectric detection of the diffracted light from (MG). First, (a) project an illumination beam (e.g., beams diffracted with reference grating RG ± D 11 , ± D 22 ) containing different wavelength components λ 1 , λ 2 on the diffraction grating MG and And a plurality of diffraction beams including respective wavelength components from the diffraction grating MG, and (b) an order difference (+ 1st order) consisting of a first wavelength component λ 1 of the generated plurality of diffraction beams. And a first interference beam produced by the interference of two diffraction beams having -1st order or 0th order and 2nd order) at the first photoelectric element, and at the same time a second wavelength component (λ 2) of the plurality of diffraction beams. The second photoelectric element receives a second interference beam made by interference of two diffraction beams each having aberrations (+1 and -1 or 0 and 2). And then, (c) calculating the photoelectric signals (I m1) first location information (△ X 1) a circuit unit (CU 3) relates to the period direction of the diffraction grating (MG) based on from the first opto-electronic device , and calculates the photoelectric signal in the second position information (△ X 2) the circuit unit according to the period direction of the diffraction grating (MG) to the base (1 m2) (CU 4) from the second opto-electronic device. And finally, (d) the weighting is changed in accordance with the amplitude value of the photoelectric signal from the first photoelectric element and the amplitude value of the photoelectric signal from the second photoelectric element to convert the first position information and the second position information into the circuit unit (CU). The weighted average calculation was used to determine the position of the substrate on which the diffraction grating was formed.
일반적으로 웨이퍼 등의 표면에 형성되는 위치 맞춤, 위치 계측용 마크는 그 표면에 미소한 단차를 갖고 이루어지지만, 반도체 가공 공정 상의 에칭이나 스퍼터 등의 웨이퍼 프로세스, 또는 포토레지스트층의 도포 불균일에 의해, 다소의 비대칭성을 갖고 있다. 그 비대칭성은 마크 위치 검출시의 정밀도 저하를 초래한다.Generally, the alignment and position measurement marks formed on the surface of a wafer or the like have a small step on the surface thereof, but due to wafer processes such as etching or sputtering in a semiconductor processing process or uneven application of a photoresist layer, It has some asymmetry. The asymmetry results in a drop in accuracy at the mark position detection.
격자 마크로부터 발생한 2개의 회절광의 상호 간섭광을 광전 검출하여, 그 광전 신호를 이용하는 간섭식 얼라인먼트법에 있어서는, 격자 마크의 비대칭성은 마크 자체의 진폭 반사율의 비대칭성이 되어 위치 검출 정밀도의 열화에 작용한다. 즉, 격자 마크를 구성하는 라인의 홈 저부의 깊이 등이 격자 피치 방향으로 차를 갖거나, 레지스트층의 두께에 부분적인 차가 있는 경우, 마크 자체의 진폭 반사율의 절대값과 위상은, 홈 저부의 깊이나 레지스트 두께의 변화에 따라 비대칭이 된다. 이 결과, 0차 광에 대해 우방향으로 격자 마크로부터 발생되는 양의 차수의 회절광의 강도 및 위상은 0차 광에 대해 좌방향으로 발생되는 음의 차수의 회절광 성분의 강도 및 위상과 다른 것이 되어 버린다. 이 중 강도의 차는 위치 검출 정밀도의 열화에 거의 기여하지 않지만, 위상의 변화는 위치 검출 정밀도에 큰 영향을 미친다.In the interference alignment method using photoelectric detection of two diffracted light generated from the grating mark, and using the photoelectric signal, the asymmetry of the grating mark is an asymmetry of the amplitude reflectance of the mark itself, which acts on the deterioration of position detection accuracy. do. That is, when the depth of the groove bottom of the line constituting the lattice mark or the like has a difference in the lattice pitch direction or when there is a partial difference in the thickness of the resist layer, the absolute value and phase of the amplitude reflectance of the mark itself is determined by the bottom of the groove. The asymmetry is caused by the change in depth or resist thickness. As a result, the intensity and phase of the positive order diffracted light generated from the lattice mark in the right direction with respect to the 0th order light are different from the intensity and phase of the negative order diffracted light component generated in the left direction with respect to the 0th order light. It becomes. Among these, the difference in intensity hardly contributes to the deterioration of the position detection accuracy, but the change in phase greatly affects the position detection accuracy.
그래서 종래와 같은 단일 파장의 조명광을 이용한 헤테로다인 방식에서의 위치 검출 정밀도의 시뮬레이션 결과를 제 1 도, 제 2 도를 참조하여 설명한다. 이 시뮬레이션은 제 2 도와 같이 레지스트층 PR에서 피복된 웨이퍼 상의 격자 마크 MG에 대칭적인 2방향으로부터 일정한 주파수 차를 갖는 가간섭성 입사광 빔을 조사하는 경우를 상정하고, 격자 마크 MG로부터 수직으로 발생한 ±1차 회절광의 상호 간섭광, 즉, 간섭 비트광의 상태(진폭, 위상 등)를 파장을 변화시켜 관찰하는 것으로 얻어진 것이다.Therefore, the simulation results of the position detection accuracy in the heterodyne system using conventional illumination light of a single wavelength will be described with reference to FIGS. 1 and 2. This simulation assumes the case of irradiating a coherent incident light beam having a constant frequency difference from two directions symmetrical to the grating mark MG on the wafer covered by the resist layer PR as in the second diagram, and ± generated vertically from the grating mark MG. It is obtained by observing the mutually interfering light of the primary diffracted light, that is, the state (amplitude, phase, etc.) of the interference bit light by changing the wavelength.
제 2 도는 시뮬레이션에서 상정한 웨이퍼 등의 1차원 격자 MG와 그 표면에 도포된 레지스트층 PR의 부분 확대 단면을 모식적으로 표현한 것이다. 그래서, 격자 MG의 피치 Pmg는 8㎛, 듀티(duty)는 1:1, 홈의 단차(또는 깊이) T2는 0.7㎛로 설정되고, 격자 MG의 저부에는 피치 방향의 테이퍼(경사) △S로서 0.1%의 비대칭성을 설정하였다. 이와 같은 격자 MG를 덮는 레지스트층 PR은 격자 MG의 상부의 표면으로부터의 두께 T1을 0.9㎛로 하고, 격자 MG의 각 저부의 위치에 대응한 레지스트층 표면에서의 리세스 양(recess amount) △T가 △T≒0.3T2(0.21㎛)가 되도록 가정하였다. 이와 같은 제 2 도의 격자 구조의 것을 진폭 반사율이 비대칭인 격자라고 한다.2 schematically shows a one-dimensional lattice MG such as a wafer assumed in the simulation and a partial enlarged cross section of the resist layer PR applied to the surface thereof. Therefore, the pitch Pmg of the grating MG is set to 8 m, the duty is 1: 1, the step difference (or depth) T2 of the groove is 0.7 m, and the bottom of the grating MG is tapered (tilt) ΔS in the pitch direction. Asymmetry of 0.1% was set. The resist layer PR covering such a lattice MG has a thickness T 1 from the surface of the upper part of the lattice MG as 0.9 µm, and a recess amount on the surface of the resist layer corresponding to the position of each bottom of the lattice MG. T was assumed to be ΔT ≒ 0.3T 2 (0.21 μm). Such a grating structure of FIG. 2 is called a grating having an asymmetric amplitude reflectance.
제 1 도는 횡축에 조명광 또는 ±1차 회절광이 합성된 간섭광의 파장 λ(㎛)을 취하고, 종축에 그 간섭광의 광량 변화에 따른 신호의 변화분(교류 성분)의 상대적인 진폭과 위치 검출의 오차량(㎛)을 취한 것이다. 제 1 도의 시뮬레이션 결과에서는, 헤테로다인 방식으로 수광한 간섭광에 따른 광전 신호의 교류 성분이 정확히 0, 즉, 직류 성분만으로 이루어지는 파장 λ을 He-Ne 레이저의 파장 0.663㎛에 일치시키도록, 제 2 도의 격자 마크 구조와 레지스트층의 조건을 설정한다.1 shows the wavelength λ (μm) of the interference light synthesized with the illumination light or the ± 1st order diffracted light on the horizontal axis, and the relative amplitude of the variation (AC component) of the signal according to the change in the amount of light of the interference light on the vertical axis and the error of position detection. A vehicle (μm) was taken. In the simulation result of FIG. 1, the second component is set so that the alternating current component of the photoelectric signal according to the interference light received by the heterodyne system is exactly zero, that is, the wavelength lambda composed of only the direct current component matches the wavelength 0.663 mu m of the He-Ne laser. The lattice mark structure and the resist layer conditions of FIG.
이로부터 명백한 바와 같이, 파장 0.663㎛의 레이저광을 사용하면, 그 파장 근방(±20nm 정도)에서는 마크 위치의 검출 오차가 상당히 커지는 것을 알 수 있다. 이것은 헤테로다인 방식에서는 당연한 것으로, 위상차 계측해야 하는 광전 신호에 비트 주파수에 따른 교류 성분이 전혀 포함되어 있지 않으면, 위상차 계측 자체가 불능이 되기 때문이다. 이것은, 동일한 조건의 격자 마크 구조와 레지스트층하에, 호모다인 방식으로 위치 검출하는 경우도 전부 동일하다.As is apparent from this, when a laser light having a wavelength of 0.663 占 퐉 is used, it is understood that the detection error of the mark position becomes considerably large near the wavelength (about +20 nm). This is natural in the heterodyne system, because the phase difference measurement itself becomes impossible unless the alternating current component corresponding to the bit frequency is included in the photoelectric signal to be subjected to the phase difference measurement. The same applies to the case where the position detection is performed by the homodyne method under the lattice mark structure and the resist layer under the same conditions.
그런데 격자 마크 자체의 진폭 반사율은 마크의 깊이나 레지스트 두께뿐만이 아니라 조명 빔의 파장 성분에 의해서도 크게 변동한다. 이 때문에 격자 마크의 진폭 반사율의 변동은 조명 빔의 시간적 가간섭성에 의존한다고도 할 수 있다.By the way, the amplitude reflectance of the grating mark itself varies not only with the depth of the mark or the thickness of the resist but also with the wavelength component of the illumination beam. For this reason, the variation of the amplitude reflectance of the grating mark may also be said to depend on the temporal coherence of the illumination beam.
그래서 조명광 측의 문제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 양상에서는, 실제적인 마크의 단차 구조나 레지스트층의 두께 상태에 대해 실용적인 범위로 조명 빔의 시간적 가간섭성을 저감시키고, 비간섭성화를 도모하기 위한 전제 조건으로서, 3개 이상의 서로 다른 중심 파장 λ1, λ2, λ3, …, λn을 갖는 복수의 가간섭성 광 빔에 의해 다파장화를 행한다.Therefore, in the first aspect of the present invention for solving the problem on the illumination light side, the temporal coherence of the illumination beam is reduced and incoherence is achieved in a practical range with respect to the actual step height structure of the mark or the thickness state of the resist layer. As a precondition for this, three or more different center wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 ,. , multiple wavelengths are performed by a plurality of coherent light beams having? n .
또한 제 1 발명에서는 그 비간섭성화의 기본 조건으로서, 파장이 큰 순번으로 서로 인접한 가간섭성 광 빔의 세트를 고려했을 때, 각 세트마다 얻어지는 2개의 광 빔의 파수치(wave number value)(1/파장)의 차분이 상호 약 ±10% 정도의 오차가 되도록 각 파장을 결정한다.In addition, in the first aspect of the present invention, when considering a set of coherent light beams adjacent to each other in order of wavelengths as a basic condition of the non-coherence, the wave number value of two light beams obtained for each set ( Each wavelength is determined so that the difference of 1 / wavelength) is about ± 10% of each other.
그래서 일례로서, 중심 파장 λ1=0.633㎛, λ2=0.690㎛, λ3=0.760㎛의 3개의 가간섭성 광 빔(파장폭은 충분히 좁다)으로 다파장화했을 때의 조명 빔의 시간적 가간섭성을 시뮬레이션해 보면, 그 결과는 제 3 도와 같아진다. 제 3 도의 횡축은 실리콘 기판 상에 도포되는 레지스트층의 두께(㎛)를 표시하고, 종축은 그 다파장화된 조명 빔의 조사에 의해 실리콘 기판으로부터 발생하는 각 파장의 반사광의 강도 가산으로 구해진 반사율을 표시한다. 그리고 레지스트 두께의 변화에 따른 반사율 변동의 진폭이 조명 빔의 시간적 가간섭성을 표시한다. 또 시간적 가간섭성은 상기 조명광의 스펙트럼 분포의 푸리에 변환에 의해 구할 수 있다.Thus, as an example, the temporal addition of the illumination beam when multiple wavelengths are made with three coherent light beams (the wavelength width is sufficiently narrow) of the center wavelengths λ 1 = 0.633 μm, λ 2 = 0.690 μm, and λ 3 = 0.760 μm By simulating coherence, the result is equal to the third degree. The abscissa in FIG. 3 represents the thickness (µm) of the resist layer applied on the silicon substrate, and the ordinate represents the reflectance obtained by adding the intensity of reflected light of each wavelength generated from the silicon substrate by irradiation of the multi-wavelength illumination beam. Is displayed. The amplitude of the reflectance variation with the change in resist thickness indicates the temporal coherence of the illumination beam. In addition, temporal coherence can be calculated by Fourier transform of the spectral distribution of the illumination light.
제 3 도의 시뮬레이션 결과로부터, 레지스트 두께(또는 마크 단차)가 0.5㎛ 내지 1.7㎛의 범위에서는 반사율의 변동 진폭이 작고, 시간적 가간섭성이 작은 상태, 즉, 더욱 비간섭성에 가까운 상태로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 특정한 광학적인 두께나 미소 단차의 범위(레지스트 두께로 0.5㎛ 내지 1.7㎛)로 가간섭성을 적게 할 수 있는 것은, 다파장화되는 각 파장의 관계를 나타내는 기본 조건이 ±10%의 편차 내에서 이루어져 있기 때문이다.From the simulation results of FIG. 3, it is found that the variation amplitude of the reflectance is small and the temporal coherence is small, that is, the more incoherent in the resist thickness (or mark step) in the range of 0.5 µm to 1.7 µm. Able to know. In this way, the coherence can be reduced in a specific optical thickness or in a range of microsteps (0.5 μm to 1.7 μm in resist thickness), and the basic condition representing the relationship between the wavelengths of multiple wavelengths is ± 10%. Because it is made from within.
즉, 파장 λ1을 He-Ne 레이저광의 0.633㎛, 파장 λ2를 상품화되어 있는 반도체 레이저광의 0.690㎛, 그리고 파장 λ3을 상품화되어 있는 다른 반도체 레이저광의 0.760㎛로 하면,That is, when the wavelength λ 1 is 0.633 μm of the He-Ne laser light, the wavelength λ 2 is 0.690 μm of the commercially available semiconductor laser light, and the wavelength λ 3 is 0.760 μm of the other commercially available laser light.
△λ12=1/λ1-1/λ2=0.1305Δλ 12 = 1 / λ 1 -1 / λ 2 = 0.1305
△λ23=1/λ2-1/λ3=0.1335Δλ 23 = 1 / λ 2 -1 / λ 3 = 0.1335
이며, 그 편차는 △λ23/△λ12=1.023(2.3%의 오차)으로 되어 있기 때문이다. 따라서, 이와 같은 조건에서 벗어난 3개 이상의 파장으로 다파장화된 조명 빔의 경우는, 제 3 도와 같이 특정한 범위로 반사율의 변동 진폭을 적게 하여 양호한 비간섭성 상태를 얻기에는 곤란하다.This is because the deviation is Δλ 23 / Δλ 12 = 1.023 (2.3% error). Therefore, in the case of an illumination beam multi-wavelength with three or more wavelengths deviating from such conditions, it is difficult to obtain a good incoherent state by reducing the fluctuation amplitude of the reflectance in a specific range as in the third degree.
이와 같이 제 1 발명에서 규정된 조건 △λ12≒△λ23 … ≒ △λ(n-1)n(±10%)을 만족하는 것으로, 비간섭성에 가까운 상태를 실용적인 범위에서 양호하게 얻을 수 있기 때문에, 레지스트 두께 또는 마크 단차의 깊이가 비간섭성인 범위(예를 들면, 0.5 내지 1.7㎛) 내에서 다소 변화하여도, 마크로부터 발생한 ±1차 회절광의 합성으로 얻어지는 다파장화된 간섭광을 광전 검출하여 구한 마크 검출 위치는 3개 이상의 파장의 광을 사용한 다파장화에 의한 평균화에 의해 거의 변동하지 않는 것을 의미한다.Thus, the condition Δλ 12 ≒ Δλ 23 . By satisfying Δλ (n-1) n (± 10%), a state close to incoherence can be satisfactorily obtained in a practical range, so that the resist thickness or the depth of the mark step is incoherent (for example, For example, the mark detection position obtained by photoelectric detection of multi-wavelength interference light obtained by the synthesis of ± 1st-order diffraction light generated from the mark, even if it changes slightly within 0.5 to 1.7 mu m), is multi-wavelength using light of three or more wavelengths. It means little change due to averaging by the sum.
따라서, 제 1 발명에서 규정된 조건을 만족하는 3개 이상의 파장의 가간섭광으로 다파장화하는 것으로, 마크 단차의 변동이나 레지스트 두께의 변동에 기인한 비대칭성에 영향을 받는 경우가 작아져, 항상 양호한 위치 검출 정밀도를 유지할 수 있다.Therefore, by making it multi-wavelength with interfering light of three or more wavelengths satisfying the conditions defined in the first invention, the case is less affected by the asymmetry caused by the fluctuation of the mark step and the variation of the resist thickness, and always Good position detection accuracy can be maintained.
또 전술한 바와 같이 격자 마크 자체의 진폭 반사율은, 마크의 깊이나 레지스트 두께뿐만 아니라, 조명광(검출광)의 파장에 의해서도 크게 변동한다. 검출광의 파장을 복수(또는 광대역)로 하면, 각 파장 성분마다 마크 자체의 진폭 반사율이 다르고, 위치 검출 결과도 다른 것이 된다. 그래서, 각각의 마크 조건하에서 마크 자체의 진폭 반사율을 상정함으로써 위치 검출 정밀도를 시뮬레이션할 수 있다.As described above, the amplitude reflectance of the grating mark itself varies not only with the depth of the mark and the resist thickness but also with the wavelength of the illumination light (detection light). When the wavelength of the detection light is plural (or wideband), the amplitude reflectance of the mark itself is different for each wavelength component, and the position detection result is also different. Therefore, the position detection accuracy can be simulated by assuming the amplitude reflectance of the mark itself under each mark condition.
본 발명의 제 2 양상은, 특정한 파장만을 포함하는 조명광에 의해 격자 마크를 조사하고, 그 격자 마크로부터 발생하는 회절광을 광전 검출하는 경우, 광전 신호의 강도(조명 빔과 격자 마크의 상대 주사에 수반하는 신호 변화의 진폭)가 매우 작아지면, 대체로 위치 검출 정밀도도 악화된다고 하는 시뮬레이션 상의 결과에 기초하여 착상된 것이다. 시뮬레이션 결과로부터, 본원 제 2 발명에서는, 단일 파장의 조명광을 사용했을 때에 광전 신호의 진폭이 매우 작아지는 격자 마크 조건에서도, 다른 파장의 조명광을 병용한 파장마다의 위치 검출 결과를 가중 평균하는 것으로 위치 검출 정밀도의 극단적인 악화를 방지하도록 한 것이다.According to a second aspect of the present invention, when irradiating a grating mark with illumination light containing only a specific wavelength and photoelectrically detecting diffracted light generated from the grating mark, the intensity of the photoelectric signal (relative scanning of the light beam and the grating mark) When the amplitude of the accompanying signal change) becomes very small, it is conceived based on the simulation result that the position detection accuracy generally deteriorates. From the simulation results, in the second invention of the present application, the position detection result is weighted average of the position detection results for each wavelength using illumination light of different wavelengths in combination, even in a grating mark condition in which the amplitude of the photoelectric signal becomes very small when the illumination light of a single wavelength is used. This is to prevent extreme deterioration of detection accuracy.
그래서, 제 1 도 또는 제 2 도와 같은 조건하에서도, 파장 λ가 0.670㎛ 또는 0.725㎛ 정도의 반도체 레이저를 조명 빔으로 하면, 마크 위치의 검출 오차를 충분히 작게 억제할 수 있다. 이로부터, He-Ne 레이저와 반도체 레이저 등과 같이 파장이 다른 2색의 조명 빔을 사용하여, 검출된 신호(교류 성분)에서 큰 진폭을 유도하는 파장의 빔 조사를 기본으로 검출된 마크 위치(또는 위치 오프셋량)를 주의(선택 또는 가중)하는 것이 유효해진다.Therefore, even under the same conditions as those in FIGS. 1 and 2, if a semiconductor laser having a wavelength? Of about 0.670 µm or 0.725 µm is used as the illumination beam, the detection error of the mark position can be sufficiently reduced. From this, using a two-color illumination beam of different wavelengths, such as a He-Ne laser and a semiconductor laser, the detected mark position (or based on the beam irradiation of the wavelength inducing a large amplitude in the detected signal (AC component) (or Attention (selection or weighting) of the position offset amount) becomes effective.
또는, 특정의 일방향으로 진행하는 2개의 1차 회절광의 간섭광만을 검출하는 것이 아니라, 다른 방향으로 진행하는 0차 광과 2차 회절광의 간섭광을 광전 검출하고, 그 신호에 기초하여 결정된 마크 위치도 고려하는 방법도 있다. 제 4 도는 회절 격자 마크 MG에 파장 λ1의 2개의 조사 빔 ±L1과 파장 λ2의 2개의 조사빔 ±L2를 입사하고, 격자 마크 MG 상에 파장 λ1과 λ2가 동일한 강도 분포의 피치 Pif를 갖는 간섭 프린지(interference fringe)가 생성되는 빔 입사 조건으로 한 다음, 격자 마크 MG의 피치 PmG를 Pmg=2Pif의 관계로 했을 때의 0차 광, ±1차, ±2차의 각 회절광의 발생을 도시한 것이다.Alternatively, not only the interference light of two primary diffraction lights traveling in a specific one direction is detected but also the photoelectric detection of the interference light of zero order light and the second diffraction light traveling in other directions, and the mark position determined based on the signal. There is also a method to consider. The fourth turning the diffraction grating mark MG wavelength λ 2 of the irradiation beam ± L1 to the wavelength λ 2 2 of the irradiation beam is incident to ± L2, and the grating marks wavelength on the MG λ 1 and λ 2, the pitch of the same intensity distribution of the first to The beam incidence conditions in which interference fringes with Pif are generated are used, and then, when the pitch PmG of the lattice mark MG is regarded as Pmg = 2Pif, the diffraction light of 0th order light, ± 1st order, ± 2nd order It illustrates the occurrence.
제 4 도에서 격자 마크 MG와 수직으로 진행하는 1차 회절광 ±D1n의 간섭빔 BM에는 파장 λ1, λ2의 양쪽의 성분이 포함되어 있다. 0차 광(정규 반사광)은 빔 ±L1과 ±L2로 입사각이 약간 다르기 때문에, 각각의 빔 ±L1, L2에 대응하여 ±D01, ±D02의 4개가 상이한 방향으로 진행한다. 그래서 D01, D02의 첫 번째 첨자는 회절차수를 나타내고, 두 번째 첨자는 파장(λ1, λ2)을 나타낸다.In FIG. 4, the interference beam BM of the first-order diffracted light ± D1n traveling perpendicular to the grating mark MG includes components of both wavelengths λ 1 and λ 2 . Since the incidence angles of the 0th order light (normal reflected light) are slightly different with the beams ± L 1 and ± L 2 , four of ± D 01 and ± D 02 go in different directions corresponding to the respective beams ± L 1 and L 2 . . Thus, the first subscripts of D 01 and D 02 represent diffraction orders and the second subscripts represent wavelengths λ 1 and λ 2 .
그런데 빔 ±L1의 조사에 의해 발생한 2차 광 -D21은 빔 +L1의 광로를 역전하는 방향으로 진행하며, 빔 -L1의 0차 광 +D01과 간섭한다. 마찬가지로, 다른 2차 광 +D21, -D22, +D22 도 각각 대응하는 0차 광 -D01, +D02, -D02와 동일 방향으로 진행한다. 이들 0차 광과 2차 광의 간섭광도 ±1차 광의 간섭 빔 BM과 마찬가지로, 격자 MG와 간섭 프린지의 상대 변위에 따라 강도 변화한다.By the way, the secondary light -D 21 generated by the irradiation of the beam ± L 1 proceeds in the direction of reversing the optical path of the beam + L 1 and interferes with the zero-order light + D 01 of the beam -L 1 . Similarly, the other secondary light + D 21 , -D 22 , + D 22 also proceed in the same direction as the corresponding zero-order light -D 01 , + D 02 , -D 02 , respectively. The interference light of these zero-order light and the secondary light also changes in intensity in accordance with the relative displacement of the grating MG and the interference fringe similarly to the interference beam BM of the ± first-order light.
그래서 파장 λ1에만 착안하여 고려해 보면, 1차 성분(1차 광 ±D11의 간섭 빔 BM)을 광전 검출하여 마크의 위치(또는 위치 오프셋)를 구하는 동시에, 2개의 2차 성분(0차 광 +D01과 2차 광 -D21의 간섭광과 0차 광 -D01과 2차 광 +D21의 간섭광)의 각각을 광전 검출하고, 2개의 2차 성분의 각각의 신호를 사용해 개별로 구해진 마크 위치를 평균한 값을 마크의 위치로서 구한다. 그리고 1차 성분의 신호의 진폭값과 2차 성분의 각 신호의 진폭 평균값의 대소 관계에 따라, 1차 성분을 사용해 검출된 마크 위치와 2차 성분을 사용해 검출된 마크 위치의 오프셋 중 어느 한쪽을 선택하거나, 또는 가중 평균을 행하는 등의 방법이 유효해진다.Therefore, considering only the wavelength λ 1 , photoelectric detection of the primary component (interference beam BM of primary light ± D 11 ) is performed to obtain the position (or position offset) of the mark, and at the same time, two secondary components (zero-order light). Photoelectric detection of each of + D 01 and secondary light -D 21 interfering light and 0 order light -D 01 and secondary light + D 21 interfering light), respectively, using individual signals of the two secondary components The value obtained by averaging the mark positions obtained by is obtained as the mark position. According to the magnitude relationship between the amplitude value of the signal of the primary component and the amplitude average value of each signal of the secondary component, either one of the mark position detected using the primary component and the offset of the mark position detected using the secondary component is determined. The method of selecting or performing a weighted average becomes effective.
이와 같이, 마크 검출에 사용하는 회절광의 차수를 변화시키는 것은, 차수에 따라 격자 MG로부터 발생하는 회절광의 방향이 다르기 때문에, 주어진 방향으로 진행하는 차수 성분의 간섭광의 강도 변화의 진폭이 적어져 검출 정밀도가 악화되는 경우에도, 다른 방향으로 진행하는 차수 성분의 간섭광의 강도 변화의 진폭은 그 만큼 작아지지 않고, 검출 정밀도를 악화시키지 않는 경우가 있기 때문이다.As described above, since the direction of the diffracted light generated from the grating MG varies depending on the degree, the amplitude of the intensity change of the interference light of the order component traveling in the given direction decreases, so that the order of the diffracted light used for the mark detection varies. This is because the amplitude of the intensity change of the interference light of the order component advancing in the other direction does not decrease as much even when the deterioration of the deterioration occurs, and the detection accuracy may not be deteriorated.
이것은 제 5A 도, 제 5B 도에 도시한 시뮬레이션 결과로부터도 확인된다. 제 5A 도, 제 5B 도는 파장 0.633㎛의 He-Ne 레이저를 조사 빔으로 하여, 제 2 도 중의 격자 MG의 단차 T2를 파라미터로 한 신호의 변화분(교류 성분)의 진폭과 위치 검출 오차의 관계의 시뮬레이션 그래프이며, 피치 Pmg=8㎛, 듀티 1:1, 테이퍼량(비율) △S=0.1%는 그대로 레지스트층 PR의 격자 상부면에서의 두께 T1을 1.15㎛로 한 것이다. 그리고, 제 5A 도는 1차 성분(1차 광 ±D11)의 간섭 빔 BM의 경우는 시뮬레이션이며, 제 5B 도는 2차 성분(0차 광 ±D01과 2차 회절광 ±D21)의 간섭광의 경우의 시뮬레이션이다.This is also confirmed from the simulation results shown in FIGS. 5A and 5B. 5A and 5B show the amplitude and the position detection error of the variation (AC component) of the signal using the He-Ne laser having a wavelength of 0.633 μm as the irradiation beam and the step T 2 of the grating MG in FIG. 2 as a parameter. a simulation graph of the relationship, the pitch Pmg = 8㎛, duty 1: 1, the amount of taper (rate) △ S = 0.1% is one as the thickness T 1 of the upper surface grid of the resist layer PR as 1.15㎛. FIG. 5A is a simulation in the case of the interference beam BM of the primary component (primary light ± D 11 ), and FIG. 5B is an interference of the secondary component (0 order light ± D 01 and the secondary diffraction light ± D 21 ). Simulation of the light case.
제 5A 도, 제 5B 도로부터 이해되는 바와 같이, 1차 성분, 2차 성분의 각 간섭광을 노광 검출하여 얻어진 신호의 진폭 성분은 격자 마크의 형상(단차 T2)의 미묘한 변화에 따라 크게 변화한다. 예를 들면, 제 5A 도 중에서, 격자의 단차 T2가 0.86㎛일 때, 1차 성분의 간섭광의 강도 변화의 진폭은 극히 작아지고, 그 결과 위치 검출 오차도 급격하게 커진다. 그렇지만, 제 5B 도 중에서 단차 T2가 0.86㎛인 부분을 보면, 2차 성분의 간섭광의 강도 변화는 비교적 크고, 위치 검출 오차의 악화는 적다. 또한, 제 5A 도, 제 5B 도 중의 신호 변화분의 진폭은 모두 상대값으로 표현하고 있지만, 그 스케일은 제 5A 도, 제 5B 도와 맞춘다.As understood from FIG. 5A and FIG. 5B, the amplitude component of the signal obtained by exposing and detecting each interference light of the primary component and the secondary component largely changes according to the subtle change in the shape of the grating mark (step T 2 ). do. For example, in Fig. 5A, when the step T 2 of the grating is 0.86 mu m, the amplitude of the intensity change of the interference light of the primary component becomes extremely small, and as a result, the position detection error also increases rapidly. However, when the step T 2 is 0.86 占 퐉 in Fig. 5B, the intensity change of the interference light of the secondary component is relatively large, and the deterioration of the position detection error is small. In addition, although the amplitude of the signal change part in FIG. 5A and 5B is all represented by the relative value, the scale is matched with FIG. 5A and 5B.
이와 같이, 1차 성분의 간섭광을 사용한 격자 마크의 위치 검출과 2차 성분의 간섭광을 사용한 격자 마크의 위치 검출을 병용하여, 그 중 어느 한쪽의 결과를 채용하는 알고리즘을 이용하는 경우도, 상기 제 1 도의 시뮬레이션으로부터 명확한 바와 같이, 파장 의존성을 이용하여 복수의 파장 성분의 조명광으로 얻어진 검출 위치(또는 위치 오프셋)를 가중 평균하는 것이 좋다.Thus, the above-mentioned algorithm also employs the detection of the position of the grating mark using the interference light of the primary component and the position detection of the grating mark using the interference light of the secondary component, and employs any one of the above results. As is clear from the simulation of FIG. 1, it is preferable to weight-average the detection position (or position offset) obtained by the illumination light of the several wavelength component using wavelength dependency.
이상과 같이, 검출광의 파장을 복수로 하여, 각 파장 성분마다 얻어지는 마크 위치 정보를 평균화함으로써, 종래 보다도 고정밀도인 위치 검출이 가능해진다. 또 제 1 도에 도시한 바와 같이, 주어진 파장의 회절광(간섭광)의 광량 신호의 변화분(교류 성분)의 진폭이 작으면, 그 파장의 회절광을 사용한 위치 검출 정밀도가 열화할 확률이 높다고 하는 시뮬레이션 결과도 얻을 수 있다. 그래서 복수의 파장 성분의 회절광(간섭광)을 검출할 때, 각 파장 성분마다 검출된 마크 위치를, 신호 변화분의 진폭이 작은 것에는 작은 가중을, 그리고 진폭이 큰 것에는 큰 가중을 하여 평균화한다. 이와 같이 하면, 큰 오차를 포함하고 있을 확률이 높은 파장 성분의 회절광을 사용한 마크 위치의 검출 결과에는 자동적으로 작은 가중밖에 가해지지 않고, 최종적인 마크 위치 검출 결과도 그 나름대로 정밀도가 유지된다.As described above, by plural wavelengths of the detection light and averaging the mark position information obtained for each wavelength component, it becomes possible to detect the position with higher accuracy than conventionally. As shown in FIG. 1, when the amplitude (change component) of the light quantity signal of the diffracted light (interfering light) of a given wavelength is small, the probability of the positional detection accuracy using the diffracted light of that wavelength deteriorates. High simulation results can also be obtained. Therefore, when detecting diffracted light (interfering light) of a plurality of wavelength components, a mark position detected for each wavelength component is given a small weight for the small amplitude of the signal variation and a large weight for the large amplitude. Average In this way, only a small weight is automatically added to the detection result of the mark position using the diffracted light of the wavelength component with a high possibility of including a large error, and the final mark position detection result also maintains its precision exactly.
또 2차 성분(0차 광과 2차 회절광의 간섭광)의 신호를 검출하는 경우도, 각 파장 성분마다 광전 검출하여 얻어진 신호를 사용해 마크 위치를 개별적으로 구하기 위해서, 회절광(간섭광)의 수광시에 후술하는 바와 같은 각 파장의 상쇄 효과에 의해 마크 위치를 검출할 수 없게 될 우려가 전혀 없다.In addition, when detecting signals of secondary components (interfering light of 0th order light and secondary diffracted light), diffraction light (interfering light) There is no fear that the mark position cannot be detected due to the cancellation effect of each wavelength as described later when receiving light.
또한 본 발명에서는, 격자 마크 검출시에 각 파장마다의 입사광 빔을 1파장씩 순차 전환하여 조사하도록 하였기 때문에, 1차 성분에 의한 간섭광을 광전 검출하는 광전 소자나 2차 성분에 의한 간섭광을 광전 검출하는 광전 소자를 각 파장 성분마다 복수 세트 설치해 둘 필요가 없고, 또 간섭광을 각 파장 성분마다 변별하므로 파장 선택 수단도 생략할 수 있다.Further, in the present invention, since the incident light beams for each wavelength are sequentially switched and irradiated at the time of detecting the lattice mark, the photoelectric element which detects the interference light by the primary component or the interference light by the secondary component is applied. It is not necessary to provide a plurality of sets of photoelectric elements for photoelectric detection for each wavelength component, and the wavelength selection means can be omitted because the interference light is discriminated for each wavelength component.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)(Detailed Description of the Preferred Embodiments)
다음에 본 발명의 제 1 실시예를 제 6 도, 제 7 도를 참조하여 설명하지만, 그래서는 헤테로다인 방식을 사용한 위치 검출 장치를 예시한다. 제 6 도에 있어서, 3개의 레이저 광원 LS1, LS2, LS3은 각각 다른 파장 λ1, λ2, λ3의 레이저 빔 LB1, LB2, LB3을 사출한다. 일례로서, 레이저 광원 LS1은 λ1=0.633㎛의 He-Ne 레이저 광원, 광원 LS2는 λ2=0.690㎛의 반도체 레이저 광원, 광원 LS3은 λ3=0.760㎛의 반도체 레이저 광원으로 설정되고, 파장의 관계는 λ1<λ2<λ3으로 선택되는 것이다.Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7, but a position detection apparatus using a heterodyne system is illustrated. In Figure 6, the three laser light sources LS 1, LS 2, LS 3 is emitted, each with a different wavelength λ 1, λ 2, the laser beam LB1, LB2, LB3 of λ 3. As an example, the laser light source LS 1 is set to a He-Ne laser light source of λ 1 = 0.633 μm, the light source LS 2 is a semiconductor laser light source of λ 2 = 0.690 μm, and the light source LS 3 is a semiconductor laser light source of λ 3 = 0.760 μm; , The relationship between the wavelengths is selected as λ 1 <λ 2 <λ 3 .
이들 레이저 광원은 일반적으로 시판되어 있고 것이지만, 레이저관의 발열이나 소형화의 문제 때문에, 3개의 광원 모두를 반도체 레이저 광원으로 하고자 하는 경우는 발진 파장이 1.20㎛의 반도체 레이저 광원으로부터의 빔을 제 2 고조파 발생기(SHG)에 입사시켜 파장 λ1=0.600㎛의 빔을 만들고, 이 빔을 제 6 도 중의 He-Ne 레이저 광원 LS1로부터의 빔 LB1 대신 사용해도 된다. 이 때, 제 6 도의 광원 LS2는 파장 λ2=0.640㎛의 반도체 레이저 광원이 되고, 광원 LS3은 파장 λ3=0.690㎛의 반도체 레이저 광원이 된다.These laser light sources are generally commercially available, but due to the problem of heat generation and miniaturization of the laser tube, when all three light sources are to be used as semiconductor laser light sources, the second harmonic beam is emitted from a semiconductor laser light source having an oscillation wavelength of 1.20 µm. A beam having a wavelength of λ 1 = 0.600 μm may be made incident on the generator SHG, and the beam may be used instead of the beam LB 1 from the He-Ne laser light source LS 1 in FIG. 6. At this time, the light source LS 2 of FIG. 6 becomes a semiconductor laser light source having a wavelength λ 2 = 0.640 μm, and the light source LS 3 becomes a semiconductor laser light source having a wavelength λ 3 = 0.690 μm.
이 경우도, △λ12=1/λ1-1/λ2=0.1042Also in this case, Δλ 12 = 1 / λ 1 -1 / λ 2 = 0.1042
△λ23=1/λ2-1/λ3=0.1132Δλ 23 = 1 / λ 2 -1 / λ 3 = 0.1132
가 되고,Become,
△λ23/ △λ12=1.087(8.7%의 오차)이기 때문에, 본 발명에서 규정된 조건을 ±10%의 범위 내에서 만족하게 된다.Since DELTA lambda 23 / DELTA lambda 12 = 1.087 (8.7% error), the conditions specified in the present invention are satisfied within the range of ± 10%.
이 경우의 시간적 가간섭성의 상태를, 상기한 도면과 마찬가지로 시뮬레이션한 결과를 제 8 도에 나타낸다. 제 8 도의 그래프로부터 판별하는 바와 같이, 3개의 파장이 제 3 도의 경우보다도 전체적으로 단파장 측으로 어긋나 있기 때문에, 비간섭성인 영역은 전체적으로 레지스트 두께(또는 마크 단차)가 커지는 범위(0.7 내지 2.0㎛)로 시프트한다. 그렇지만 그 범위(0.7 내지 0.2㎛)에서는 반사율의 변동이 극히 작고, 제 3 도의 경우와 마찬가지로 비간섭성화가 양호하게 행해지는 것을 알 수 있다.The result of the simulation of the state of temporal coherence in this case like FIG. 8 is shown in FIG. As distinguished from the graph of FIG. 8, since the three wavelengths are shifted to the shorter wavelength side as a whole than in the case of FIG. 3, the non-coherent region is shifted to a range (0.7 to 2.0 µm) in which the resist thickness (or mark step) becomes large as a whole. do. However, it can be seen that in the range (0.7 to 0.2 mu m), the variation in reflectance is extremely small, and incoherence is satisfactorily performed as in the case of FIG.
다시 제 6 도의 설명으로 돌아가, 3개의 빔 LB1, LB2, LB3은 미러 MR, 다이크로익 미러 DCM4, DCM5를 통해 1개의 동축 빔 LB0으로 합성되어, 미러 MR에서 반사되어 회전 방사형 격자판 RRG에 입사한다. 회절 격자판 PRG는 일방향으로 등각속도 회전축 C0의 주위로 고속 회전하고 있고, 이 격자판 RRG에 의해 회절된 각 차수의 회절광 주파수를, 각 속도에 따른 분만큼 증감시키는 주파수 변조기(주파수 시프터)로서 작용한다.Returning to the description of FIG. 6 again, the three beams LB 1 , LB 2 , LB 3 are synthesized into one coaxial beam LB0 via mirror MR, dichroic mirrors DCM 4 , DCM 5 , reflected from the mirror MR and rotated radially. It enters the grid plate RRG. The diffraction grating PRG rotates at a high speed around the isotropic rotation axis C 0 in one direction, and acts as a frequency modulator (frequency shifter) that increases and decreases the diffracted light frequency of each order diffracted by the grating RRG by an amount corresponding to each speed. do.
제 7 도는 회전 방사형 격자판 RRG의 확대 사시도이며, 그래서는 회전축 C0을 XYZ 좌표계의 Z축과 평행하게 설정하고, 원형 격자판 RRG에는 원주상으로 투과형의 위상 회절 격자 RG가 360°에 걸쳐 형성된다. 빔 LB0이 격자판 RRG의 격자 RG에 수직으로 입사하면 0차 광 D0 이외에 각종 회절광이 발생한다. 본 실시예에서는 ±1차 회절광을 사용하여 헤테로다인 방식을 실현하는 것으로 제 6 도, 제 7 도에서는 격자판 RRG로부터의 ±1차 회절광만을 도시한다.7 is an enlarged perspective view of the rotating radial grating plate RRG, so that the rotation axis C0 is set parallel to the Z axis of the XYZ coordinate system, and the circular grating plate RRG is formed with a transmissive phase diffraction grating RG over 360 °. When the beam LB0 is incident perpendicularly to the grating RG of the grating plate RRG, various diffracted light is generated in addition to the 0th order light D0. In this embodiment, the heterodyne system is realized by using the ± 1st order diffracted light. FIG. 6 and FIG. 7 show only the ± 1st order diffracted light from the lattice RRG.
또한 회절 격자판 RRG의 격자 RG에서는, 파장 λ1의 빔 LB1로부터 만들어진 1차 회절 빔 ±D11, 파장 λ2의 빔 LB2로부터 만들어진 1차 회절 빔 ±D12, 그리고 파장 λ3의 빔 LB3으로 만들어진 1차 회절 빔 ±D13이 발생한다. 각 파장마다 1차 회절 빔의 회절각 θn는 이하와 같이 표현된다.In addition, the grating RG of the diffraction grating RRG, the beam of wavelength λ 1 of the beam first-order diffracted beam produced from the beam LB 2 on LB 1st-order diffracted beam produced from the 1 ± D 11, the wavelength λ 2 ± D 12, and the wavelength λ 3 LB A first diffraction beam, ± D 13 , made of three occurs. The diffraction angle θ n of the primary diffraction beam for each wavelength is expressed as follows.
sin θn=λn/Prgsin θ n = λ n / Prg
그래서 n은 파장의 개수를 나타내고, Prg는 격자 RG의 피치를 나타낸다.So n represents the number of wavelengths and Prg represents the pitch of the grating RG.
한편, 1차 회절 빔은 파장에 의하지 않고 일정한 주파수 편이 △f를 받고, 격자판 RRG의 격자 RG가 빔 LB0을 가로지르는 속도를 V라고 하면, △f=V/Prg로 표현되고, +1차 회절 빔은 0차 광 D0의 주파수에 대해 △f 만큼 높아지며, -1차 회절 빔은 0차 광 D0의 주파수에 대해 △f만큼 낮아진다. 이것에 의해 회전 방사형 격자판 RRG는 주파수 시프터로서 작용한다.On the other hand, if the first diffraction beam receives a constant frequency shift Δf irrespective of the wavelength, and the speed at which the lattice RG of the lattice RRG crosses the beam LB0 is V, it is expressed as Δf = V / Prg, and the + first order diffraction △ f beam is high, as for the frequency of the zero-order light D0, -1 order diffracted beam is lowered by △ f for the frequency of the zero-order light D 0. As a result, the rotating radial grid RRG acts as a frequency shifter.
제 6 도에 도시된 바와 같이, 3개의 파장 성분의 1차 회절 빔 ±D1n(n=1, 2, 3)으로 이루어지는 입사광 빔 ±LF와 0차 광 D0은 콜리메이터 렌즈(10)에 의해 주광선이 서로 평행해지도록 변화되어, 빔 선택 부재(12)에 도달한다. 이 빔 선택 부재(12)는 이른바 푸리에 변환면에 놓여지는 공간 필터로서 기능하고, 그래서는 0차 광 D0이 차단되고, 1차 회절광 ±D1n에 의한 입사광 빔 ±LF가 통과한다.As shown in FIG. 6, the incident light beam ± LF consisting of the three- dimensional diffraction beams ± D 1n (n = 1, 2, 3) and the zero-order light D 0 are generated by the collimator lens 10. The chief rays of light are changed to be parallel to each other, reaching the beam selection member 12. This beam selection member 12 functions as a spatial filter placed on a so-called Fourier transform surface, so that the 0th order light D 0 is blocked, and the incident light beam + LF by the first diffraction light + D 1n passes.
그후 입사광 빔 ±LF는 경사량이 가변인 평행 평판 유리로 구성된 조정 광학계(14, 16, 18)를 통해 빔 스플리터(하프 미러)(20)에 도달한다. 조정 광학계(14)는, 입사광 빔 +LF와 입사광 빔 -LF의 푸리에 공간에서의 간격을 변화시키지 않고, 렌즈(10)의 광축에 대해 입사광 빔 ±LF를 이동시키는 기능을 갖고, 조정 광학계(16, 18)는 광축에 대한 입사광 빔 +LF와 입사광 빔 -LF의 각각의 위치를 개별적으로 조정하는 기능을 갖는다. 그 입사광 빔 ±LF는 빔 스플리터(20)에서 2개로 분할되어, 한쪽은 조사 광학계로서의 대물렌즈(22)에 입사하고, 다른쪽은 파장 선택 필터(24)를 통해 입사광 빔 ±LF 중 특정한 파장의 1차 빔, 그래서는 파장 λ2의 1차 빔 ±D12 만이 선택되어 필터(24)를 통해 집광 렌즈(푸리에 변환 렌즈)(26)에 입사한다.The incident light beam ± LF then arrives at the beam splitter (half mirror) 20 through adjustment optics 14, 16, 18 composed of parallel flat glass of varying inclination amount. The adjustment optical system 14 has a function of moving the incident light beam ± LF with respect to the optical axis of the lens 10 without changing the distance in the Fourier space of the incident light beam + LF and the incident light beam -LF, and the adjustment optical system 16 18 has a function of individually adjusting the positions of the incident light beam + LF and the incident light beam -LF with respect to the optical axis. The incident light beam ± LF is divided into two in the beam splitter 20, one of which enters the objective lens 22 as the irradiation optical system, and the other of the incident light beam ± LF of the incident light beam ± LF through the wavelength selection filter 24 Only the primary beam, and thus the primary beam ± D 12 of wavelength λ 2 is selected and enters the condenser lens (Fourier transform lens) 26 through the filter 24.
한편 대물렌즈(22)에 입사한 입사광 빔 ±LF는 각각 평행 빔이 되어 서로 다른 각도로 웨이퍼 W 상의 격자 MG를 동시에 조사한다. 이것에 의해 격자 MG 상에는 파장 λ1의 입사광 빔 ±D11의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지, 파장 λ2의 입사광 빔 ±D12의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지, 및 파장 λ3의 입사광 빔 ±D13의 간섭에 의해서 만들어진 간섭 프린지의 3개가 동일 피치, 동일 위상으로 중첩되어 나타난다. 또한 입사광 빔 ±LF와 -LF의 사이의 주파수 차 2·△f 때문에, 그 간섭 프린지는 격자 MG 상을 일방향으로 등속도 이동시키도록 관측된다. 그 이동 속도는 회전 방사형 격자판 RRG 격자 RG의 속도 V에 비례한다.On the other hand, the incident light beams ± LF incident on the objective lens 22 become parallel beams, respectively, and simultaneously irradiate the grating MG on the wafer W at different angles. Thereby, on the grating MG, an interference fringe produced by the interference of the incident light beam ± D 11 of wavelength λ 1, an interference fringe produced by the interference of the incident light beam ± D 12 of wavelength λ 2 , and an incident light beam ± D 13 of wavelength λ 3 . Three of the interference fringes created by the interference of the two layers appear at the same pitch and in the same phase. Further, because of the frequency difference 2 · Δf between the incident light beams ± LF and -LF, the interference fringe is observed to move the constant velocity on the grating MG in one direction. The moving speed is proportional to the speed V of the rotating radial grating RRG grating RG.
또, 제 6 도로부터 명백한 바와 같이, 웨이퍼 W 표면(격자 MG)과 방사형 격자판 RRG는 콜리메이터 렌즈(10)와 대물렌즈(22)의 합성 광학계에 의해 서로 공역(결상 관계)이 되도록 배치된다. 그 때문에 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 ±1차 회절광에 의한 회절상이, 웨이퍼 W의 격자 MG 상에 합성 광학계의 배율에 따른 크로 형성된다. 0차 회절광 성분 D0은 차폐되어 있기 때문에, 웨이퍼 W 상에 투사된 회절상(간섭 강도 분포)은 격자 RG의 피치의 1/2로 형성된다. 그 간섭 프린지의 웨이퍼 W 상에서의 피치 Pif는 격자 MG의 피치 Pmg의 1/2로 설정된다.Further, as is apparent from FIG. 6, the wafer W surface (lattice MG) and the radial grating plate RRG are arranged so as to be conjugate to each other by the combined optical system of the collimator lens 10 and the objective lens 22. Therefore, the diffraction image by the +/- 1st-order diffraction light of the grating RG of the radial grating plate RRG is formed on the grating MG of the wafer W according to the magnification of the synthetic optical system. Since the zeroth order diffracted light component D 0 is shielded, the diffraction image (interference intensity distribution) projected onto the wafer W is formed at one half of the pitch of the grating RG. The pitch Pif on the wafer W of the interference fringe is set to 1/2 of the pitch Pmg of the lattice MG.
이상의 구성에서, 대물렌즈(22)로부터 사출되어 웨이퍼 W의 격자 마크 MG를 조사하는 각 파장 성분의 입사광 빔 ±D11, ±D13의 입사각 φn(n은 파장의 개수 1, 2, 3)은 이하의 식으로 표현되는 관계로 설정된다.In the above configuration, the incident angle φ n of the incident light beams ± D 11 , ± D 13 of each wavelength component emitted from the objective lens 22 and irradiating the lattice mark MG of the wafer W (n is the number of wavelengths 1, 2, 3) Is set to the relationship expressed by the following expression.
sinφn=±λn/Pmgsinφ n = ± λ n / Pmg
이상과 같은 관계를 만족할 때, 입사광 빔 ±LF의 조사에 의해 격자 MG에서의 1차 회절광이 수직으로 발생한다. 즉 입사광 빔 +LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광과, 입사광 빔 -LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광이 간섭한 간섭 빔 BM이 발생한다. 간섭 빔 BM은 주파수 2△f로 강도 변조된 비트광으로 되어 있다. 이와 같이, ±1차 회절광(간섭 빔 BM)을 동일 방향으로 발생시키기 위해서는 다른 견해로 보면, 대물렌즈(22)의 초점거리를 F0, 입사광 빔의 각 파장 빔의 입사각을 φn으로 하여 각 파장마다 입사광 빔 ±LF의 푸리에 변환면 상에서의 광축으로부터의 간격 DLn을When the above relationship is satisfied, the first-order diffracted light in the grating MG is generated vertically by irradiation of the incident light beam ± LF. That is, the interference beam BM which the primary diffraction light which generate | occur | produced perpendicularly by irradiation of the incident light beam + LF and the primary diffraction light which generate | occur | produced vertically by irradiation of the incident light beam -LF generate | occur | produces. The interference beam BM is a bit light intensity-modulated at the frequency 2Δf. As described above, in order to generate the ± first-order diffracted light (interference beam BM) in the same direction, the angle of incidence of the objective lens 22 is F0 and the incident angle of each wavelength beam of the incident light beam is φ n . The interval DL n from the optical axis on the Fourier transform plane of the incident light beam ± LF for each wavelength
DLn=F0·sinφn=±F0·λn/Pmg(n= 1, 2, 3) DL n = F 0 · sinφn = ± F 0 · λ n / Pmg (n = 1, 2, 3)
로 설정하면 좋다. 이와 같은 각 파장마다의 간격 DLn의 설정은 회전 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 피치나 콜리메이터 렌즈(10)의 초점거리를 적당히 정하는 것으로 조정 가능하다.Set to. The setting of the interval DL n for each wavelength can be adjusted by appropriately determining the pitch of the grating RG of the rotational radial grating plate RRG and the focal length of the collimator lens 10.
또 웨이퍼 W 상에 형성되는 간섭 프린지는 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 회절상으로 결합되어 있기 대문에, 원리적으로는 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치와 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치가 정수배의 관계로 되어 있으면, 다른 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치도 저절로 그 관계로 되어 있는 것이며, 다음에 각 파장 성분마다의 간섭 프린지도 완전히 합치하여 상호의 위상 오프셋, 위치 오프셋을 일으키지 않는 것이다.In addition, since the interference fringe formed on the wafer W is coupled by the diffraction image of the lattice RG of the radial lattice RRG, in principle, the interference fringe of one of the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 is obtained. If the pitch and the pitch of the lattice mark MG of the wafer W are integer multiples, then the pitch of the interference fringes by other wavelength components is also in that relationship itself, and then the interference fringes for each wavelength component are completely matched with each other. Phase offset, does not cause position offset.
그렇지만, 실제로는 대물렌즈(22), 콜리메이터 렌즈(10) 등의 광학계의 색 수차 정도에 따라 각 파장 성분마다의 간섭 프린지는 상호로 위치 오프셋, 위치 오프셋 및 피치 오프셋을 일으킨다.However, in practice, interference fringes for each wavelength component produce position offsets, position offsets, and pitch offsets, depending on the degree of chromatic aberration of the optical system such as the objective lens 22 and the collimator lens 10.
그래서 이와 같은 오프셋을 보정하기 위해 제 6 도 중의 조정 광학계(14, 16, 18)를 이용한다. 이들의 광학계(14, 16, 18)는 평행 평판 유리로 구성되고, 그 재료로서 색분산이 큰 것을 이용하면 각 파장 성분마다 웨이퍼 W 상에 형성되는 간섭 프린지의 상호의 위치 오프셋이나 위상 오프셋을 미소하게 변화시키는 것이 가능하다. 혹은 조정 광학계(14, 16, 18)로서 색분산이 작은 평행 평판 유리와 색 분산이 큰 평행 평판 유리를 조합하여, 색분산이 큰 평행 평판 유리의 경사 조정으로 각 파장 성분마다 간섭 프린지의 상호 관계를 보정하고, 그 보정에 의해 생기는 입사광 빔 ±LF의 웨이퍼 상에서의 전체적인 경사 오차에 관해서는 색분산이 작은 평행 평판이 유리의 경사 조정으로 보정하는 것이 가능하다.Thus, the adjustment optical systems 14, 16, and 18 in Fig. 6 are used to correct this offset. These optical systems 14, 16, and 18 are made of parallel flat glass, and when the material having a large color dispersion is used, the position offset and the phase offset of mutual interference fringes formed on the wafer W for each wavelength component are minute. It is possible to change. Alternatively, as the adjusting optical systems 14, 16, and 18, a parallel plate glass having a small color dispersion and a parallel plate glass having a large color dispersion are combined to adjust the inclination of the interference fringes for each wavelength component by inclination adjustment of the parallel plate glass having a high color dispersion. With respect to the overall inclination error on the wafer of the incident light beam ± LF generated by the correction, a parallel flat plate with small color dispersion can be corrected by adjusting the inclination of the glass.
이상과 같은 간섭 프린지에 의해 조명된 격자 MG로부터 수직으로 발생한 간섭 빔 BM은 대물렌즈(22), 빔 스플리터(20)를 통과하여 공간 필터(28)에 도달한다. 공간 필터(28)는 대물렌즈(22)에 관한 푸리에 변환면, 또는 그 근방에 배치되고, 본 실시예에서는 간섭 빔 BM(±1차 회절광)만을 투과시키는 개구를 갖는다. 그리고 공간 필터(28)를 통과한 간섭 빔 BM은 렌즈계(역푸리에 변환 렌즈)(30)에서 평행 빔으로 변환된 후, 미러(32)에서 반사되어 광전 소자(36A)에 수광된다.The interference beam BM generated vertically from the grating MG illuminated by the interference fringe as described above passes through the objective lens 22 and the beam splitter 20 to reach the spatial filter 28. The spatial filter 28 is disposed at or near the Fourier transform plane with respect to the objective lens 22, and has an opening for transmitting only the interference beam BM (± first order diffracted light) in this embodiment. The interference beam BM that has passed through the spatial filter 28 is converted into a parallel beam in the lens system (inverse Fourier transform lens) 30 and then reflected by the mirror 32 and received by the photoelectric element 36A.
광전 소자(36A)는 3개의 파장 λ1, λ2, λ3을 포함하는 간섭 빔 BM을 동시에 수광하고, 그 간섭 빔 BM은 비트 주파수 2△f로 강도 변조된다. 이 때문에 광전소자(36A)의 광전 신호 Im1은 격자 마크로부터의 간섭 빔 BM이 존재하는 동안, 비트 주파수 2△f와 같은 주파수로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 교류 파형이 된다.The photoelectric element 36A simultaneously receives an interference beam BM including three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , and the interference beam BM is intensity modulated at a bit frequency 2Δf. For this reason, the photoelectric signal I m1 of the photoelectric element 36A becomes an alternating current waveform level changing to a sine wave shape at the same frequency as the bit frequency 2Δf while the interference beam BM from the grating mark is present.
한편, 파장 선택 필터(24)에서 선택되어, 집광 렌즈(26)에 입사한 1차 빔 ±D12는 투과형의 기준 격자 SG 상에 가중하여 조사된다. 그래서도 기준 격자 SG는 콜리메이터 렌즈(10)와 집광 렌즈(26)와의 합성 광학계에 관해 회전 방사형 격자판 RRG과 공역으로 배치된다. 이 때문에 기준 격자 SG 상에도 1차 빔 ±D12의 2빔 간섭에 의한 1차원의 간섭 프린지가 형성되고, 그것은 비트 주파수 2△f에 대응한 속도로 이동한다.On the other hand, the primary beam ± D 12 selected by the wavelength selective filter 24 and incident on the condenser lens 26 is weighted and irradiated onto the transmission-type reference grating SG. Nevertheless, the reference grating SG is disposed in conjugate with the rotational radial grating plate RRG with respect to the composite optical system of the collimator lens 10 and the condenser lens 26. For this reason, the one-dimensional interference fringe by the two-beam interference of the primary beam +/- D 12 is formed also on the reference grating SG, and it moves at a speed corresponding to the bit frequency 2Δf.
그래서 기준 격자 SG의 피치와 그 간섭 프린지의 피치를 적당히 정하면, 기준 격자 SG로부터 발생한 ±1차 회절광이 동일 방향으로 간섭 빔 Bms가 되어 진행하며, 그것은 공간 필터(38)를 투과하여 광전 소자(40)에 수광된다. 광전 소자(40)의 광전 신호 Ims는 비트 주파수 2△f와 같은 주파수로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 파형이 되고, 그 신호 Ims가 헤테로다인 방식의 기준 신호가 된다.Thus, if the pitch of the reference grating SG and the pitch of the interference fringe are appropriately determined, the ± first-order diffracted light generated from the reference grating SG proceeds to be the interference beam B ms in the same direction, which passes through the spatial filter 38 to transmit the photoelectric element. 40 is received. The photoelectric signal I ms of the photoelectric element 40 becomes a waveform which level changes to a sine wave shape at the same frequency as the bit frequency 2Δf, and the signal I ms is a reference signal of the heterodyne system.
이상의 구성에서 기준 격자 SG는 유리판 상에 크롬층을 증착하고, 그 크롬층을 투명 라인과 차광 라인이 교대로 형성되도록 에칭하여 만들어져 있기 때문에, 적어도 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG의 비대칭성, 레지스트층의 문제가 없는 이상적인 격자, 즉 진폭 투과율이 대칭적인 격자로서 만들어진다. 이 때문에 기준 격자 SG에 조사되는 한 쌍의 입사광 빔은 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장에 대응한 입사광 빔만으로도 충분한 정밀도를 얻을 수 있다. 물론, 입사광 빔 ±LF에 포함되는 3개의 1차 빔 ±D11, ±D12, ±D13 전부를 동시에 기준 격자 SG에 조사하여, 웨이퍼상의 격자 마크 MG와 마찬가지로 다색 간섭 프린지를 형성하는 것도 좋다.In the above configuration, the reference lattice SG is formed by depositing a chromium layer on a glass plate, and etching the chromium layer so that transparent lines and light shielding lines are alternately formed. Thus, at least the asymmetry of the lattice mark MG on the wafer W and the resist layer An ideal grating without problems, ie amplitude transmittance, is made as a symmetric grating. For this reason, the pair of incident light beams irradiated to the reference grating SG can obtain sufficient precision only by the incident light beams corresponding to one of the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 . Of course, all three primary beams ± D 11 , ± D 12 , and ± D 13 included in the incident light beam ± LF may be simultaneously irradiated to the reference lattice SG to form a multicolor interference fringe similar to the lattice mark MG on the wafer. .
이와 같이 기준 격자 SG 상에 다색 간섭 프린지를 형성하여, 그 기준 격자 SG로부터 발생하는 간섭 빔 Bms를 각 파장마다 분리하여 광전 검출하도록 구성하면, 파장 λ1에 따른 기준 신호, 파장 λ2에 따른 기준 신호 및 파장 λ3에 따른 기준 신호가 개별적으로 얻을 수 있기 때문에, 파장마다 격자 마크 MG의 위치 계측이 가능해진다. 또 웨이퍼 W 상에 형성되는 3개의 파장 성분마다 간섭 프린지가 서로 일정한 위치 오프셋(위상 오프셋)을 일으켜도, 그것을 미리 오프셋량으로 계측하여 두는 것도 가능해진다. 그것에 대해서는 나중에 상세히 기술한다.If a multi-color interference fringe is formed on the reference grating SG as described above, and the interference beam B ms generated from the reference grating SG is configured to be photoelectrically detected for each wavelength, the reference signal according to the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 Since the reference signal and the reference signal corresponding to the wavelength λ 3 can be obtained separately, the position measurement of the grating mark MG can be performed for each wavelength. In addition, even if the interference fringes generate constant position offsets (phase offsets) for each of three wavelength components formed on the wafer W, it is possible to measure the offset amount in advance. It will be described later in detail.
그런데, 제 6 도에 도시한 웨이퍼 W는 대물렌즈(22)의 광축과 수직인 면(XY 평면) 내에서 2차원 이동하는 웨이퍼 스테이지 WST 상에 위치된다. 이 스테이지 WST 상의 2차원 이동은 구동 모터를 포함한 구동원(42)에 의해 행해지며, 모터에 의한 피드 스크루(feed screw)를 회전시키는 방식 또는 리니어 모터에 의해 스테이지 본체를 직접 운동시키는 방식 중 어느 것이어도 좋다. 다음에 스테이지 WST의 극좌표 위치는 레이저 간섭계(44)에 의해 수차 계측된다. 레이저 간섭계(44)의 계측값은 구동원(42)의 피드백 제어로 사용된다.By the way, the wafer W shown in FIG. 6 is located on the wafer stage WST which moves two-dimensionally in the surface (XY plane) perpendicular | vertical to the optical axis of the objective lens 22. FIG. The two-dimensional movement on this stage WST is performed by a drive source 42 including a drive motor, and may be either a method of rotating a feed screw by a motor or a method of directly moving the stage body by a linear motor. good. Next, the polar coordinate position of the stage WST is measured by the laser interferometer 44. The measured value of the laser interferometer 44 is used for feedback control of the drive source 42.
또한 웨이퍼 스테이지 WST의 일부에는 기준 마크판 FG이 설치되어 있다. 이 마크판 FG에는 석영 유리의 표면에 크롬층으로 라인 앤드 스페이스를 패터닝한 반사형의 강도 격자(피치는 웨이퍼상의 격자 MG와 동일)가 형성된다. 이 때문에 강도 격자는 웨이퍼 W 상에 요철로 형성된 격자 마크 MG와 같은 위상 격자와 달리, 비대칭성이 없고 회절 효율이 조명광(또는 검출광)의 파장에 의존하지 않는다는 특징, 즉 진폭 반사율에 비대칭성이 없다는 특징을 갖는다. 다음에 크롬층의 반사율도 위치 검출용의 조명광의 파장대(일반으로는 0.5 내지 0.8㎛)에서는 변화하지 않는다.In addition, the reference mark plate FG is provided in a part of wafer stage WST. On the mark plate FG, a reflective intensity grating (pitch is the same as the lattice MG on the wafer) formed by patterning a line and space with a chromium layer on the surface of the quartz glass. Because of this, the intensity grating is not asymmetrical, unlike the grating mark MG formed with irregularities on the wafer W, and has a characteristic that the diffraction efficiency does not depend on the wavelength of the illumination light (or the detection light), i. There is no characteristic. Next, the reflectance of the chromium layer also does not change in the wavelength band (normally 0.5 to 0.8 mu m) of the illumination light for position detection.
이상의 제 6 도의 구성에 있어서, 광원으로서 반도체 레이저를 사용하지만, 이 경우 반도체 레이저(LS2, LS3)와 각 다이크로익 미러 -DCM4, DCM5 사이에 비점수차 제거용 정형 광학계(경사진 복수 장의 평행 평판 유리 등)를 설치하고, 1개로 합성된 빔 LB0의 각 파장 성분마다 빔 성분을 같은 직경으로 하는 것이 좋다. 또 그 이외의 경우에도, 합성 후의 빔 LB0의 직경을 각 주파수 성분마다 일정한 빔 정형 광학계를 설치하는 것이 좋다.In the configuration of FIG. 6, a semiconductor laser is used as the light source, but in this case, a stereoscopic optical system for removing astigmatism between the semiconductor lasers LS 2 and LS 3 and the dichroic mirrors DCM 4 and DCM 5 It is good to provide a plurality of parallel flat glass or the like) and to make the beam component the same diameter for each wavelength component of the beam LB 0 synthesized in one piece. Also in other cases, it is preferable to provide a beam shaping optical system in which the diameter of the beam LB 0 after synthesis is constant for each frequency component.
또 제 6 도에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 주파수 시프터로서 회전 방사형 격자판 RRG를 이용하지만, 그 다른 2개의 음향 광학 변조기(AOM)를 사용하거나, 중심 파장 λ1로 발진하는 제 1 제만 레이저 광원과 중심 파장 λ2로 발진하는 제 2 제만 레이저 광원을 광원으로서 이용해도 좋다. 단 제만 레이저의 경우, 일반적으로는 편광 방향이 상보적인 2개의 레이저 빔을 발진하여 2빔 사이에 수백 킬로 Hz의 주파수 차를 주고 있기 때문에 광전 검출하는 간섭 빔의 비트 주파수도 그 나름대로 높아지며, 광전 소자(36A, 40)는 응답성이 높은 PIN 포토다이오드나 포토말 등을 사용하게 된다.In FIG. 6, for the sake of simplicity, the rotational radial lattice plate RRG is used as the frequency shifter, but only the first zebra which uses two other acousto-optic modulators (AOMs) or oscillates at the center wavelength lambda 1 and the center Only the second agent oscillating at the wavelength λ 2 may be used as the light source. In the case of the laser only, the bit frequency of the interfering beam for photoelectric detection increases accordingly because it generally oscillates two laser beams having complementary polarization directions and gives a frequency difference of several hundred kiloHz between the two beams. 36A and 40 use a PIN photodiode, a photomar, or the like with high responsiveness.
또 제 6 도에 도시한 각종 다이크로익 미러는 프리즘 등의 분산 소자로 치환되어도 좋다. 이 경우 1개의 프리즘은 예를 들면, 2개의 다이크로믹 미러 DCM4, DCM5의 조합과 같은 기능을 갖는다.In addition, the various dichroic mirrors shown in FIG. 6 may be replaced by dispersing elements such as prisms. In this case, one prism has the same function as, for example, a combination of two dichroic mirrors DCM 4 and DCM 5 .
또한 제 6 도의 장치에 적합한 위치 검출, 위치 제어 회로의 일례를 제 9 도를 참조하여 설명한다. 제 6 도의 헤테로다인 방식의 경우, 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG, 또는 기준 마크판 FG로부터의 간섭 빔 BM이 발생하고 있는 동안, 광전 소자(36A, 40)로부터의 신호 Im1, Ims는 제 10A 도, 10B 도와 같이 정현파 형상의 교류 파형이 된다.An example of a position detection and position control circuit suitable for the apparatus of FIG. 6 will be described with reference to FIG. In the heterodyne scheme of FIG. 6, while the lattice mark MG on the wafer W or the interference beam BM from the reference mark plate FG is occurring, the signals I m1 and I ms from the photoelectric elements 36A and 40 are set to 10A. Fig. 10B also shows a sinusoidal alternating current waveform.
제 10B 도는 기준 신호가 되는 신호 Ims의 시간적인 강도 변화를 나타내고, 제 10A 도는 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG로부터의 간섭 빔 BM을 수광하였을 때의 신호 Im1의 시간적인 강도 변화의 일례를 도시한다. 그래서 신호 Ims의 위상을 기준으로 하면, 신호 Im1의 위상은 신호 Ims에 대해 -△Ψ1 만큼 어긋나 있는 것으로 한다. 또, 신호 Im1의 진폭(교류 성분의 피크 대 피크(peak to peak))은 E1인 것으로 한다.FIG. 10B shows a temporal intensity change of the signal I ms serving as a reference signal, and FIG. 10A shows an example of the temporal intensity change of the signal I m1 when receiving the interference beam BM from the lattice mark MG on the wafer W. FIG. . Therefore, on the basis of the phase of the signal I ms , it is assumed that the phase of the signal I m1 is shifted by -ΔΨ 1 with respect to the signal Ims. In addition, the amplitude (peak to peak of the alternating current component) of the signal I m1 is assumed to be E 1 .
제 9 도에 도시된 회로 블록에 있어서, 각 신호 Im1, Ims는 아날로그-디지털변환(A/D 컨버터) 회로 유닛(50)에 입력되고, 그래서 샘플링 클록 발생 회로(52)로부터의 클록 신호(펄스) Cps에 응답하여 각 신호의 그 순간의 강도 레벨이 디지털값으로 변환된다. 클록 신호 Cps의 주파수는 신호 Im1, Ims의 비트 주파수보다도 충분히 높게 결정되고, 그 클록 신호 Cps는 파형 메모리 회로 유닛(54)으로도 보내지며, A/D 컨버터(50)로부터의 디지털값(데이터)을 기억할 때의 메모리 어드레스의 갱신에 사용된다.In the circuit block shown in FIG. 9, each signal I m1 , I ms is input to an analog-to-digital conversion (A / D converter) circuit unit 50, and thus a clock signal from the sampling clock generation circuit 52. In response to the (pulse) C ps , the instantaneous intensity level of each signal is converted into a digital value. The frequency of the clock signal C ps is determined higher enough than the bit frequency of the signal I m1, I ms, the clock signal C ps is sent also to the waveform memory circuit unit 54, a digital from the A / D converter 50 It is used to update the memory address when storing a value (data).
따라서, 파형 메모리 회로 유닛(54)에는, 제 10A 도, 10B 도에 도시한 2개의 파형 데이터가 각 신호 Im1, Ims의 소정 주기분(예를 들면, 10 주기분 이상)에 걸쳐 디지털 샘플링된다. 이때, 2개의 신호 Im1, Ims는 공통의 클록 신호 Cps에 의해 동시에 샘플링되어 있기 때문에, 파형 메모리 회로 유닛(54) 내의 각 파형 데이터에는 시간 축 상에서의 오프셋이 없는 것으로 한다. 또, 회전 방사형 격자판 RRG를 사용한 경우, 비트 주파수는 수 ㎑ 정도가 상한이기 때문에, 클록 신호 Cps 도 수십 ㎑ 정도로 좋다. 또, 앞서 제시한 (E) 특개평 6-82215호 공보와 같이 2개의 AOM을 직렬로 배치한 주파수 시프터를 이용하는 경우, 비트 주파수는 각 AOM에 가해진 고주파수 변조 신호의 주파수 차의 2배로 결정되기 때문에 비교적 자유롭게 결정할 수 있다.Therefore, in the waveform memory circuit unit 54, two waveform data shown in FIGS. 10A and 10B are digitally sampled over a predetermined period (e.g., 10 cycles or more) of the signals I m1 and I ms . do. At this time, since the two signals I m1 and I ms are simultaneously sampled by the common clock signal C ps , it is assumed that each waveform data in the waveform memory circuit unit 54 has no offset on the time axis. In addition, when the rotational radial grating plate RRG is used, since the bit frequency is the upper limit of several kHz, the clock signal C ps may be about tens of kHz. In addition, when using a frequency shifter in which two AOMs are arranged in series as in (E) JP 6-82215 A, the bit frequency is determined to be twice the frequency difference of the high frequency modulated signal applied to each AOM. It is relatively free to decide.
또한 메모리 회로 유닛(54) 내의 각 파형 데이터는 위상차 △Ψ, 위치 오프셋 △X의 연산 회로 유닛(56)에 읽어들여지고, 그래서 제 10A 도, 10B 도에 도시한 바와 같은 위상차 △Ψ1이 디지털 연산(푸리에 적분법)에 의해 산출된다. 앞서 가정한 바와 같이 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치 Pmg와, 이 위에 조사되는 간섭 프린지의 피치 Pif가 Pmg=2Pif로 설정되어 있으면, 제 10A 도, 10B 도의 각 파형의 1주기는 Pmg/2에 대응하고 있다.Further, each waveform data in the memory circuit unit 54 is read into the calculation circuit unit 56 of the phase difference ΔΨ and the position offset ΔX, so that the phase difference ΔΨ 1 as shown in FIGS. 10A and 10B is digitally calculated. It is calculated by the Fourier Integral Method. As previously assumed, if the pitch Pmg of the lattice mark MG of the wafer W and the pitch Pif of the interference fringe irradiated thereon are set to Pmg = 2Pif, one period of each waveform of FIGS. 10A and 10B is equal to Pmg / 2. It corresponds.
또 일반적으로 위상차 계측은 ±180도의 범위에서 행해지기 때문에, 연산회로(56)는 연산된 위상차 △Ψ1을 변환식 △X=Pmg·△Ψ1/4π에 따라 ±Pmg/4의 범위 내의 위치 오프셋량 △X로 변환된다. 이 오프셋량 △X는 기준 격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 ±Pmg/4 내에서의 오프셋을 나타낸다. 그래서 위상차 계측의 분해능으로서 0.2°정도를 얻을 수 있는 것으로 하면, 오프셋량의 분해능은 (0.2/180)Pmg/4가 되고, 피치 Pmg를 4㎛로 하면 실용적인 범위로서 0.002㎛(2nm)정도를 얻을 수 있다.In general, since the phase difference measurement is performed in a range of ± 180 degrees, the calculation circuit 56 converts the calculated phase difference ΔΨ 1 in the range of ± Pmg / 4 according to the conversion equation ΔX = Pmg · △ Ψ / 4π. Is converted to ΔX. This offset amount ΔX represents an offset within ± Pmg / 4 of the grating mark MG with respect to the reference grating SG. Therefore, if the resolution of the phase difference measurement is about 0.2 °, the resolution of the offset amount is (0.2 / 180) Pmg / 4, and if the pitch Pmg is 4 µm, the practical range is about 0.002 µm (2 nm). Can be.
이와 같이 하여 구해진 오프셋량 △X는 기준 격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 피치 방향의 오프셋이고, 그 데이터는 위치 제어기(표시 제어기)(62)로 보내지는 동시에, 웨이퍼 W를 리얼타임으로 얼라인먼트(위치결정)하는 경우에는 서보 제어 회로 유닛(64)으로도 보내진다.The offset amount ΔX thus obtained is an offset in the pitch direction of the grating mark MG with respect to the reference grating SG, and the data is sent to the position controller (display controller) 62 and the wafer W is aligned in real time (position). Is sent to the servo control circuit unit 64 as well.
서보 제어 회로 유닛(64)은 2개의 기능을 갖고, 그 1개는 오프셋량 △X가 소정의 값이 될 때까지 구동원(42)을 피드백 제어하는 기능(다이렉트 서보 모드)이다. 이 기능의 경우는 A/D 컨버터 회로(50), 메모리 회로 유닛(54) 및 오프셋량 연산 회로 유닛(56)의 동작이 차례로 반복되고 극히 짧은 시간(예를 들면 msee.)마다 오프셋량 △X의 값이 산출된다.The servo control circuit unit 64 has two functions, one of which is a function (direct servo mode) for feedback control of the drive source 42 until the offset amount ΔX becomes a predetermined value. In the case of this function, the operations of the A / D converter circuit 50, the memory circuit unit 54, and the offset amount calculating circuit unit 56 are repeated in sequence, and the offset amount ΔX for every extremely short time (for example, msee.). The value of is calculated.
한편, 서보 제어 회로 유닛(64) 중 1개의 기능은 웨이퍼 스테이지 WST를 레이저 간섭계(44)의 계측값에 기초하여 이동시키는 기능(간섭계 서보 모드)이다. 이 기능은 예를 들면 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FG의 격자나 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 대물렌즈(22)의 바로 아래에 위치 결정하거나, 검출된 격자 마크 MG의 위치를 기준으로 하여 웨이퍼 W 상의 임의의 점을 대물렌즈(22)의 바로 아래 위치 결정시키거나 할 때에 사용된다.On the other hand, one function of the servo control circuit unit 64 is a function (interferometer servo mode) which moves the wafer stage WST based on the measured value of the laser interferometer 44. This function is, for example, positioning the grid of the reference mark plate FG on the stage WST or the grid mark MG on the wafer W directly below the objective lens 22, or on the basis of the position of the detected grid mark MG on the wafer W. It is used when positioning an arbitrary point just below the objective lens 22.
이 간섭계 서보 모드의 경우 위치 제어기(62)로부터 웨이퍼 스테이지 WST의 목표 위치 정보가 서보 제어 회로 유닛(64)에 출력되고, 제어 회로 유닛(64)은 레이저 간섭계(44)로부터 판독한 스테이지 WST의 현재 위치와 목표 위치의 편차가 소정의 허용 범위(예를 들면 ±0.04㎛)에 들어가도록 구동원(42)을 피드백 제어한다.In this interferometer servo mode, the target position information of the wafer stage WST is output from the position controller 62 to the servo control circuit unit 64, and the control circuit unit 64 reads the current state of the stage WST read from the laser interferometer 44. The drive source 42 is feedback controlled so that the deviation between the position and the target position falls within a predetermined allowable range (e.g., ± 0.04 mu m).
또 간섭계 서보 모드에 이어 다이렉트 서보 모드를 실행하는 경우, 다이렉트 모드에 의한 서보 가능 범위는 격자 마크 MG의 피치 Pmg에 대해서 ±Pmg/4이다. 만약 이 이상으로 어긋나 있으면 격자 마크 MG의 1피치의 반의 오프셋이 생긴채로 위치 결정이 되어 버리기 때문이다. 그래서, 간섭계 서보 모드일 때의 스테이지 WST의 위치 결정 허용 범위를 정상적으로 ±0.04㎛로 하는 것이 아니고, 격자 마크 MG(또는 기준 마크판 FG)를 검출할 때만 허용 범위를 ±[(Pmg/4)-α]로 전환하도록 해도 좋다.When the direct servo mode is executed following the interferometer servo mode, the servo enable range in the direct mode is ± Pmg / 4 with respect to the pitch Pmg of the grid mark MG. This is because if it is shifted more than this, positioning is performed with half offset of one pitch of the grid mark MG. Therefore, the positioning allowable range of the stage WST in the interferometer servo mode is not normally set to ± 0.04 占 퐉, and the allowable range is set only when the lattice mark MG (or the reference mark plate FG) is detected. may be switched to [alpha]].
예를 들면 피치 Pmg가 4㎛일 때, 그 허용 범위를 ±0.5㎛ 정도로 하면 통상의 허용범위(±0.04㎛)보다도 상당히 루스 정밀도로 위치 결정 서보가 가능하기 때문에, 최종 시간이 단축되게 된다. 그리고, 그 루스 허용 범위(±0.5㎛)에 들어가면 바로 다이렉트 서보 모드로 전환됨으로써 고속으로 고정밀도의 위치 결정(정렬)이 가능해진다.For example, when the pitch Pmg is 4 占 퐉, the allowable range is about 0.5 占 퐉, so that positioning servo can be performed with a looser accuracy than the conventional allowable range (占 -0.04 占 퐉), so that the final time is shortened. Then, if it enters the loose allowable range (± 0.5 占 퐉), it is immediately switched to the direct servo mode, thereby enabling high-precision positioning (alignment) at high speed.
또한 위치 제어기(62)는 상술한 서보 모드의 전환 지시와 달리, 격자 마크 MG의 좌표 위치나 구해진 오프셋량 △X를 표시하는 기능도 갖는다.The position controller 62 also has a function of displaying the coordinate position of the grid mark MG and the obtained offset amount [Delta] X, unlike the above-described servo mode switching instruction.
이상 본 발명의 제 1 실시예에 의한 위치 검출 장치와 그 검출 방법에 대해 설명하였지만, 포토리소그래피 공정 중의 얼라인먼트로 인해 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 격자 마크는 본 실시예와 같은 헤테로다인(또는 호모다인) 간섭식 마크 검출법을 채용하는 경우에, 격자 마크의 검출법은 비교적 작은 저단차 마크로서 만들어지는 경우가 있다.Although the position detection apparatus and the detection method according to the first embodiment of the present invention have been described above, the lattice marks formed on the semiconductor wafer due to the alignment during the photolithography process are heterodyne (or homodyne) as in the present embodiment. In the case of adopting the interference mark detection method, the detection method of the grating mark may be made as a relatively small low step mark.
간섭식 마크 검출법에서는, 마크 자체가 10 내지 20개 정도의 라인 및 스페이스 패턴으로 구성되고, 그들 라인 및 스페이스 패턴의 전체로부터 발생하는 회절광을 광전 검출하게 되기 때문에, 저단차의 격자 마크로도 충분한 검출광량의 마크 위치 검출이 가능하다.In the interference mark detection method, since the mark itself is composed of about 10 to 20 line and space patterns, and the diffraction light generated from the entirety of those lines and space patterns is photoelectrically detected, even a low level grating mark is sufficient to detect. Mark position detection of the amount of light is possible.
제 11 도는 저단차의 격자 마크 MG'의 피치 방향의 단면 구조를 부분적으로 확대하여 도시한 것이며, 격자 마크 MG'의 단차와는 마크 표면 Som과 격자 홈의 저면과의 사이의 고저차 T2이다. 또 상기한 제 1 도의 시뮬레이션에서 사용한 모델은 제 2 도에 도시한 단면 구조의 격자 마크 MG이고, 거기서 상정한 단차량 T2는 0.7㎛이었다. 한편, 저단차 마크에서는 제 11 도 중의 단차량 T2가 0.5㎛ 이하로 되어 있으며, 웨이퍼의 가공 프로세스에 따른 비대칭성은 거의 생기지 않는다. 그 때문에, 적어도 비대칭성에 기인한 진폭 반사율의 변동은 적게 억제되기 때문에, 마크 위치 검출의 정밀도 향상에 기여하는 것으로 생각된다.FIG. 11 shows a partially enlarged cross-sectional structure of the pitch direction of the lattice mark MG 'of the low step, and the step of the lattice mark MG' is the height difference T 2 between the mark surface S om and the bottom of the lattice groove. . The model used in the above-described simulation of FIG. 1 was lattice mark MG of the cross-sectional structure shown in FIG. 2 , and the stepped amount T 2 assumed therein was 0.7 µm. On the other hand, in the low step mark, the step amount T 2 in FIG. 11 is 0.5 µm or less, and asymmetry according to the wafer processing process hardly occurs. Therefore, since fluctuations in amplitude reflectance due to at least asymmetry are suppressed little, it is considered to contribute to improving the accuracy of mark position detection.
또, 제 11 도 중의 레지스트층 PR의 평균적인 두께(도포 목표가 되는 두께) T0(또는 T1)은 0.7㎛ 내지 1.2㎛의 범위로 설정되는 것이 보통이다. 이 때문에, 저단차의 격자 마크 MG'을 사용하였을 때의 실질적인 레지스트 두께의 변화 범위 T1 내지 T3은 격자의 홈부에서의 레지스트층 표면 Sor이 △T=0.3T2 만큼 오목하게 들어가, T3≒T2+(T1-△T)=T1+0.7T2이기 때문에, 격자 마크 MG'의 단차 T2를 0.5㎛로 하여, 0.7㎛ 내지 1.5㎛가 된다.In addition, the average thickness (thickness to be applied) T 0 (or T 1) of the resist layer PR in FIG. 11 is usually set in the range of 0.7 µm to 1.2 µm. For this reason, the change range T 1 to T 3 of the substantial resist thickness when the lattice mark MG 'having a low level is used is recessed by the surface of the resist layer S or in the groove portion of the lattice by ΔT = 0.3T 2 , and T Since 3 ≒ T 2 + (T 1 -ΔT) = T 1 + 0.7T 2 , the step T 2 of the lattice mark MG 'is 0.5 μm, and is 0.7 μm to 1.5 μm.
이 범위는 제 3 도나 제 8 도의 시뮬레이션 결과로부터 명백한 바와 같이, 3개의 파장 λ1, λ2, λ3으로 다파장화된 조명 빔(±LF)의 비간섭성의 영역과 잘 합치하고 있다.This range coincides well with the non-coherent region of the illumination beam ± LF multi-wavelength with three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , as is apparent from the simulation results of FIGS. 3 and 8.
이와 같이 본 실시예에서는 격자 마크를 저단차화하여 격자 마크의 구조상의 비대칭성을 거의 없애었다고 해도, 그 후의 문제로서 남는 레지스트층에 의한 영향(진폭 반사율의 변동)도 저감시킬 수 있는 것이다.Thus, in this embodiment, even if the lattice mark is made low in level and almost eliminates the structural asymmetry of the lattice mark, the influence (resistance of the amplitude reflectance) due to the resist layer remaining as a subsequent problem can be reduced.
제 12 도는 제 2 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하고, 그래서는 2개의 회절 격자 마크 RG, MG의 사이의 피치 방향(X방향)의 상대적인 위치 오프셋량을 호모다인 방식으로 계측하는 경우를 예시한다. 조명 빔으로서의 빔 LB1, LB2, LB3은 각각 제 6 도에 도시된 레이저 광원 LS1, LS2, LS3으로부터 서로 다른 파장 λ1, λ2, λ3으로 사출되고, 평행 빔으로서 동축으로 합성된 다음 미러 MR1을 통해 격자 마크 RG에 수직으로 조사된다.FIG. 12 shows the configuration of the position detection device according to the second embodiment, whereby the relative position offset amount in the pitch direction (X direction) between two diffraction grating marks RG and MG is measured in a homodyne manner. To illustrate. The beams LB 1 , LB 2 , LB 3 as illumination beams are emitted from the laser light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 shown in FIG. 6 at different wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 and coaxial as parallel beams. Are combined and then irradiated perpendicular to the grating mark RG through the mirror MR 1 .
그 격자 마크 RG로부터는 빔 LB1, LB2, LB3(평행 빔)의 조사에 의해 복수의 회절광이 발생하지만, 격자 마크 RG를 투과형의 듀티 1:1의 1차원 격자로 하고, 그 피치 방향이 제 12 도의 지면 내의 좌우 방향이라고 하면, 이들 회절 빔(회절 빔)의 각각은 제 12 도의 지면 내에서 소정의 회절각으로 굴곡된다.From the grating mark RG, a plurality of diffracted light is generated by irradiation of the beams LB 1 , LB 2 , LB 3 (parallel beam), but the grating mark RG is a one-dimensional grating having a transmission duty of 1: 1, and the pitch If the direction is a left-right direction in the ground of FIG. 12, each of these diffraction beams (diffraction beams) is bent at a predetermined diffraction angle in the ground of FIG.
제 12 도에서는, 이들 회절 빔으로서 파장 λ1의 빔 LB1이 생성된 1차 회절 빔 +D11, -D11, 파장 λ2의 빔 LB2로부터 생성된 1차 회절 빔 +D12, -D12, 파장 λ3의 빔 LB3으로부터 생성된 1차 회절 빔 +D13, -D13, 및 0차 빔 D0을 도시한다. 물론, 각 파장의 빔 LB1, LB2, LB3마다 그 이상의 고차 회절광도 발생하지만, 그래서는 설명을 간략화하기 위해 1차 회절 빔만을 도시한다.Claim 12 is also in these diffracted beam as a wavelength λ 1, the beam LB 1, is generated a first order diffracted beam + D 11, -D 11, wavelength of the 1st-order diffraction beam generated from the beam LB 2 of λ 2 + D 12, in the - D 12, illustrates the wavelength λ 3 of the beam of first-order diffracted beam produced from the D + LB 3 13, -D 13, D 0, and the zero-th order beam. Of course, further higher diffracted light also occurs for each of the beams LB 1 , LB 2 , LB 3 at each wavelength, but so only the first diffraction beam is shown for simplicity of explanation.
또한 각 회절 빔은 전군 렌즈계 G1과 후군 렌즈계 G2로 나뉘어진 결상 광학계(투사 노광용의 투사 광학계, 마크 검출용의 얼라인먼트 광학계 등)에 입사한다. 격자 마크 RG가 전군 렌즈계의 전측 초점거리 fla의 위치에 배치되고, 전군 렌즈계 G1의 후측 초점거리 f1b의 위상과 후군 렌즈계 G2의 전측 초점거리 f2b의 위치가 거의 일치하여 푸리에 변환면(눈동자면) EP가 형성되어 있으면, 각 1차 회절 빔은 후군 렌즈계 G2의 후측 초점거리 f2a의 위치에서 교차(결상)한다. 단 렌즈계 G1, G2로 이루어지는 결상 광학계는 3개의 파장 λ1, λ2, λ3에 대해 색수차가 보정되는 것으로 가정한다. 제 12 도에 도시된 바와 같이, 푸리에 변환면 EP의 중앙에는 작은 미러 MR2가 고정되고, 이 미러 MR2에 의해 격자 MG로부터의 0차 빔 D0은 차광되고, 후군 렌즈계 G2로 입사하는 것이 저지된다. 또 각 1차 회절 빔 격자 마크 RG로부터 사출할 때는, 빔 LB1, LB2, LB3과 마찬가지로 평행 빔으로 되어 있지만, 전군 렌즈계 G1의 작용으로 푸리에 변환면 EP의 위치에서 빔 웨스트가 되어 수렴한다.In addition, each diffraction beam enters an imaging optical system (projection optical system for projection exposure, alignment optical system for mark detection, etc.) divided into a front lens system G 1 and a rear lens system G 2 . The grating mark RG is disposed at the position of the front focal length fla of the front lens group, and the phase of the rear focal length f1b of the front lens system G 1 and the position of the front focal length f2b of the rear lens system G 2 are substantially coincident with the Fourier transform plane (the pupil plane). ) When EP is formed, each primary diffraction beam crosses (images) at the position of the rear focal length f2a of the rear lens group G 2 . However, in the imaging optical system composed of the lens systems G1 and G2, it is assumed that chromatic aberration is corrected for three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 . As shown in FIG. 12, a small mirror MR 2 is fixed at the center of the Fourier transform surface EP, and the zero-order beam D 0 from the grating MG is shielded by this mirror MR 2 , and enters the rear lens group G 2 . It is prevented. When also be irradiated from the respective first-order diffracted beam grating mark RG, the beam LB 1, LB 2, but is a similarly parallel beam LB 3, front group lens system by the action of G 1 is the beam west at the location of the deflection plane Fourier EP converged do.
그래서, 격자 마크 RG의 피치 Prg와, 파장 λ1의 빔 LB1에 의해서 발생한 1차 회절 빔 ±D11의 회절각(0차 빔 D0에 대한 각도) θ1, 파장 λ2의 빔 LB2에 의해 발생한 1차 회절 빔 ±D12의 회절각 θ2, 파장 λ3의 빔 LB3에 의해 발생한 1차 회절빔 ±D13의 회절각 θ3은 각각 이하의 식으로 나타난다.Thus, the pitch Prg of the grating mark RG, wavelength λ beam (angle of the zero-order beam D 0) 1-order diffracted beams diffracted angle of ± D 11 generated by the LB 1 of 1 θ 1, the beam LB 2 having a wavelength λ 2 the first-order diffraction beam of ± D 12 generated by diffraction angle θ 2, the wavelength λ 3 of the beam LB 3 1-order diffracted beams generated by the diffraction angle θ of ± 13 D 3 is represented by the formula below, respectively.
sin θ1=λ1/Prg (1)sin θ 1 = λ 1 / Prg (1)
Sin θ2=λ2/Prg (2)Sin θ 2 = λ 2 / Prg (2)
sin θ3=λ3/Prg (3)sin θ 3 = λ 3 / Prg (3)
그래서 λ1<λ2<λ3으로 하면 θ1<θ2<θ3이 되고, 제 12 도에 도시한 푸리에 변환면 EP에 있어서, 1차 회절 빔 ±D11의 쪽이 1차 회절 빔 ±D12의 내측(0차 빔 D0 측)을 통과하고, 1차 회절 빔 ±D12의 쪽이 1차 회절 빔 ±D13의 내측(1차 회절 빔 ±D11 측)을 통과한다.Thus, when λ 1 <λ 2 <λ 3 , θ 1 <θ 2 <θ 3 , and in the Fourier transform plane EP shown in FIG. 12, the first-order diffraction beam ± D 11 is the first-order diffraction beam ±. D is the inside of the passage 12 (the zero-order beam D 0 side), and passed through the first-order diffracted beams D 12 ± 1-order diffracted beams inside (first-order diffracted beams D ± 11 side) of ± 13 D of the side.
또한 각 1차 회절 빔은 후군 렌즈 G2를 통해 웨이퍼 W 상에 요철 형상으로 형성된 피계측용의 반사형 격자 마크 MG 상에서 각각 평행 빔이 되어 중첩한다. 이때 격자 마크 MG의 피치 방향도 X방향과 일치하고, 격자 마크 MG 상에는 1차 회절 빔 ±D11의 2빔 간섭에 의해 파장 λ1의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향)가 생성되고, 1차 회절 빔 ±D12의 2빔 간섭에 의해 파장 λ2의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향)가 생성되며, 1차 회절 빔 ±D13의 2빔 간섭에 의해 파장 λ3의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향)가 생성된다.In addition, each primary diffraction beam is superimposed on the reflective lattice mark MG for measurement formed in a concave-convex shape on the wafer W through the rear lens group G 2 , respectively, and overlaps with each other. At this time, the pitch direction of the grating mark MG also coincides with the X direction, and on the grating mark MG, a one-dimensional interference fringe of the wavelength λ 1 (the pitch direction is the X direction) is generated by two-beam interference of the first-order diffraction beam ± D 11 , 1st-order diffracted beams ± by a two-beam interference of D 12 wavelength one-dimensional interference fringes of λ 2, and (pitch direction is X direction) is generated, the first-order diffracted beam of ± D 13 2-beam by the interference wavelength λ 3 of the first A dimensional interference fringe (pitch direction is X direction) is created.
이때, 파장 λ1의 광, 파장 λ2의 광, 파장 λ3의 광이 서로 다른 파장이기 때문에, 1차 회절 빔 ±D11, ±D12, ±D13의 각각의 사이에는 간섭이 일어나지 않는다. 그리고 중요한 것은 1차 회절 빔 ±D11에 의해 생성된 파장 λ1의 간섭 프린지, 1차 회절 빔 ±D12에 의해 생성된 파장 λ2의 간섭 프린지, 1차 회절 빔 ±D13에 의해 생성된 파장 λ3의 간섭 프린지의 각각이, 그 각 강도 분포의 피치를 완전히 동일하게 하여, 마치 단일한 간섭 프린지로서 나타나는 것이다.At this time, since the light of wavelength λ 1, the light of wavelength λ 2, and the light of wavelength λ 3 are different wavelengths, interference does not occur between each of the first-order diffraction beams ± D 11 , ± D 12 , and ± D 13 . . And importantly, an interference fringe of wavelength λ 1 produced by the first diffraction beam ± D 11 , an interference fringe of wavelength λ 2 produced by the first diffraction beam ± D 12 , and an interference fringe produced by the first diffraction beam ± D 13 Each of the interference fringes having the wavelength λ 3 is made to have the same pitch of the respective intensity distributions, and appears as a single interference fringe.
그 간섭 프린지의 강도 분포의 피치 Pif는 격자 마크 RG의 피치 Prg와 결상 광학계(G1, G2)의 배율 M에 의해 결정되고, Pif=M·Prg/2로 나타난다. 예를 들면 피치 Prg를 4㎛, 배율 M을 1/4(격자 RG의 패턴 사이즈가 격자 마크 MG 측에서 1/4로 축소된다)로 하면, 간섭 프린지의 피치 Pif는 0.5㎛가 된다. 그래서 피계측용의 격자 MG의 피치 Prg를 Prg=2Pif의 관계, 즉, Pmg=M·Prg의 관계로 결정하면, 격자 마크로부터는 1차 회절 빔 ±D1n(n=1, 2, 3)의 각각을 입사광 빔으로 한 각 파장마다의 재회절광이 발생한다.The pitch Pif of the intensity distribution of the interference fringe is determined by the pitch Prg of the grating mark RG and the magnification M of the imaging optical systems G 1 and G 2 , and is represented by Pif = M · Prg / 2. For example, if the pitch Prg is 4 µm and the magnification M is 1/4 (the pattern size of the grid RG is reduced to 1/4 at the lattice mark MG side), the pitch Pif of the interference fringe is 0.5 µm. Therefore, if the pitch Prg of the grating MG for measurement is determined by the relationship of Prg = 2Pif, that is, the relationship of Pmg = M · Prg, the first-order diffraction beam ± D 1n (n = 1, 2, 3) from the grating mark Re-diffracted light is generated for each wavelength using each of the incident light beams.
예를 들면, 1차 회절 빔 +D11을 입사광 빔으로 하여 격자 마크 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 마크 MG로부터 수직으로 진행하는 -1차 회절광(파장 λ1)이고, 1차 회절 빔 -D11을 입사광 빔으로서 격자 마크 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 마크 MG로부터 수직으로 진행하는 +1차 회절광(파장 λ1)이다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ1의 ±1차 회절광은 상호의 위상 상태에 따른 간섭 강도를 갖고, 간섭 빔 BM이 된 미러 MR2에 도달한다.For example, one re-diffracted light generated from the grating mark MG using the first-order diffraction beam + D 11 as the incident light beam is -first-order diffraction light (wavelength λ 1 ) running perpendicularly from the grating mark MG, and the first order. One re-diffracted light generated from the grating mark MG using the diffraction beam -D 11 as the incident light beam is + 1st order diffracted light (wavelength λ 1 ) running perpendicularly from the grating mark MG. The ± first order diffracted light of the wavelength lambda 1 traveling vertically has interference intensity according to the phase state of each other and reaches the mirror MR 2 which becomes the interference beam BM.
마찬가지로, 격자 마크 MG로부터는 1차 회절 빔 ±D12, ±D13의 각각을 입사광 빔으로 한 재회절광도 발생하지만, 1차 회절 빔 +D12(+D13)의 조사에 의해 격자 마크 MG로부터 발생하는 파장 λ2(파장 λ3)의 1차 회절광은 격자 마크 MG와 수직으로 진행하며, 1차 회절 빔 -D12(-D13)의 조사에 의해 격자 마크 MG로부터 발생하는 파장 λ2(파장 λ3)의 +1차 회절광도 격자 MG와 수직으로 진행한다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ2, 파장 λ3의 각 ±1차 회절광도 상호의 위상 상태에 따른 간섭 강도를 갖고, 간섭 빔 BM으로서 미러 MR2에 도달한다.Similarly, re-diffracted light is generated from the grating mark MG using the primary diffraction beams ± D 12 and ± D 13 as incident light beams, but is generated from the grating mark MG by irradiation of the primary diffraction beam + D12 (+ D13). The first-order diffracted light of wavelength λ 2 (wavelength λ 3 ) is perpendicular to the grating mark MG, and the wavelength λ 2 (generated from the grating mark MG by irradiation of the first-order diffraction beam -D 12 (-D 13 ). The + 1st order diffracted light of wavelength λ 3 ) runs perpendicular to the grating MG. These ± first-order diffraction light beams of wavelengths λ 2 and λ 3 that run vertically have interference intensities according to mutual phase states, and reach mirror MR 2 as interference beam BM.
즉, 간섭 빔 BM에는 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1, 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2 및 파장 λ3의 간섭 빔 Bm3 이 동축에 포함되어 있다.That is, the interference beam BM has a wavelength λ 1 of the interference beam B m1, m2 of the wavelength λ 2 interference beam B and the wavelength λ 3 of the interference beam B m3 is included on the same axis.
이 간섭 빔 BM은 미러 MR2에서 반사되어 광전 검출계를 구성하는 렌즈계 G3을 통해 광전 소자 DT에 도달한다. 이것에 의해, 간섭 빔 BM 중의 각 파장마다의 간섭 빔 Bm1, Bm2, Bm3은 광전 소자 DT에 동시에 수광되고, 광전 소자 DT3은 간섭 빔 BM의 강도에 따른 레벨의 광전 신호 Im1을 회로 유닛 CU3으로 출력한다.This interference beam BM is reflected by the mirror MR 2 and reaches the photoelectric element DT through the lens system G 3 constituting the photoelectric detection system. Thereby, the interference beams B m1 , B m2 , B m3 for each wavelength in the interference beam BM are simultaneously received by the photoelectric element DT, and the photoelectric element DT 3 receives the photoelectric signal I m1 at the level corresponding to the intensity of the interference beam BM. and outputs to the circuit unit CU 3.
이 회로 유닛 CU3은 상기한 제 9 도에 도시한 신호 처리 회로와 마찬가지로 구성되지만, 호모다인 방식이기 때문에, 마크 위치 검출에 있어서는 간섭 프린지에 대해 제 2 격자 마크 MG, 즉 웨이퍼 W를 재치하는 스테이지 WST를 격자 피치 방향으로 약간 이동시키고, 그때에는 광전 소자 DT로부터 출력되는 신호 Im1의 레벨 변화(파형)를 스테이지의 이동 위치에 대응하여 계측하도록 변경한다. 간섭 프린지의 쪽이 그 피치 방향으로 이동하도록, 쌍이 되는 입사광 빔 ±D1n의 교차각을 바꾸지 않고 입사광 빔 ±D1n의 쪽을 이동시켜도 좋다.The circuit unit CU 3 is configured in the same manner as the signal processing circuit shown in FIG. 9 above, but is a homodyne system, and thus the stage for placing the second lattice mark MG, that is, the wafer W, with respect to the interference fringe in the mark position detection. The WST is slightly moved in the lattice pitch direction, and at that time, the level change (waveform) of the signal I m1 output from the photoelectric element DT is changed so as to be measured in correspondence with the movement position of the stage. The side of the incident light beam ± D 1n may be moved without changing the crossing angle of the paired incident light beams ± D 1n so that the side of the interference fringe moves in the pitch direction.
따라서 본 실시예에서는 신호 처리 회로의 구성은 제 6 도에 도시한 간섭계(44)로부터 출력되는 위치 계측용의 펄스 신호를 제 9 도에 도시된 회로 블록 중의 샘플링 펄스 Cps 대신에 A/D 컨버터 회로(50)와 파형 메모리 회로(54)에 공급하고, 광전 소자 DT의 신호 Im1을 간섭계(44)의 펄스 신호(예를 들면 스테이지 WST의 0.02㎛의 이동에 대해 1펄스)로 파형 샘플링하도록 변경하는 것으로 실현할 수 있다. 다만 본 실시예는 호모다인 방식이기 때문에, 제 9 도의 처리 회로와 같이 참조 신호 Ims를 취급할 필요는 없다.Therefore, in the present embodiment, the configuration of the signal processing circuit is an A / D converter instead of the sampling pulse C ps in the circuit block shown in FIG. 9 for the pulse signal for position measurement output from the interferometer 44 shown in FIG. Supplied to the circuit 50 and the waveform memory circuit 54, so that the signal I m1 of the photoelectric element DT is waveform-sampled by a pulse signal of the interferometer 44 (for example, 1 pulse for a movement of 0.02 mu m of the stage WST). We can realize by changing. However, since this embodiment is a homodyne system, it is not necessary to treat the reference signal I ms like the processing circuit of FIG.
제 12 도 중의 회로 유닛 CU3은 제 9 도 중의 A/D 컨버터 회로(50), 파형 메모리 회로(54), 연산 회로(56)의 각각과 동일한 구성을 포함하지만, 연산 회로(56)에 의한 위치 오프셋량 △X의 연산 방법은 헤테로다인 방식의 경우와는 다르다. 즉, 호모다인 방식에서는 파형 메모리 회로(54)에 기억되는 정현파 형상의 샘플링 파형이 시간의 함수가 아니라 위치의 함수가 되기 때문이며, 파형 자체가 격자 마크 MG와의 상대 위치 관계를 나타내고 있다.The circuit unit CU 3 in FIG. 12 includes the same configuration as each of the A / D converter circuit 50, the waveform memory circuit 54, and the calculation circuit 56 in FIG. The calculation method of the position offset amount ΔX is different from the case of the heterodyne method. That is, in the homodyne system, the sinusoidal sampling waveform stored in the waveform memory circuit 54 becomes a function of position rather than a function of time, and the waveform itself shows the relative positional relationship with the lattice mark MG.
또 본 실시예에서는 호모다인 방식을 채용하였기 때문에, 간섭 빔 BM의 강도는 격자 마크 RG와 MG의 X방향의 상대 위치 변화에 따라 변화하고, 가령 격자 마크 RG, MG가 어떤 상태로 정지하고 있으면 신호 Im1의 레벨은 각각 어떤 일정값을 취한다. 그래서 격자 마크 RG에 의해 생성된 격자 마크 MG 상의 간섭 프린지와 격자 마크 MG를 X방향으로 일정량(간섭 프린지의 피치 Pif분 이상의 거리)만 상대 주사시키고, 그 동안에 생기는 신호 Im1의 정현파 형상의 레벨 변화에 있어서의 피크값과 보톰값을 회로 유닛 CU3에서 샘플링하여, 그 차 값으로부터 진폭값을 특정한 후에 마크 위치 오프셋량 △X를 산출하도록 한다.In addition, since the homodyne method is employed in the present embodiment, the intensity of the interference beam BM changes in accordance with the change in the relative position of the grating marks RG and MG in the X direction. For example, if the grating marks RG and MG are stopped in a certain state, Each level of I m1 takes a certain value. Therefore, the interference fringe on the grid mark MG generated by the grid mark RG and the grid mark MG are relatively scanned in a X direction in a certain amount (distance equal to or more than the pitch Pif minutes of the interference fringe), and the level change of the sinusoidal shape of the signal I m1 generated during that time. by sampling at the peak value and the beam tomgap the circuit unit CU 3 in, and to calculate a mark position offset amount △ X after a certain amplitude value from the difference value.
그래서 제 13A 도 내지 13D 도를 참조하여 간섭 프린지와 격자 마크 MG의 위치관계 변화에 따른 신호 Im1의 변화를 설명한다. 제 13A 도, 13B 도, 13C 도에서 피치 Pif의 간섭 프린지는 2빔 간섭이기 때문에, 좋은 정현파 형상의 강도 분포를 갖고, 격자 마크 MG의 피치 Prg에 대해 Pmg=2Pif로 설정된다. 제 13A 도, 13B 도, 13C도의 순으로 간섭 프린지가 격자 MG에 대해 좌방향으로 이동하여 가면 제 13D 도와 같이 신호 Im1의 레벨은 정현파 형상으로 변화한다. 제 13B 도와 같이 간섭 프린지의 각 피크가 격자 마크 MG의 각 단 에지와 겹치는 위치에서 신호 Im1은 점 B와 같이 보톰 레벨이 된다. 그래서 제 13D 도 중의 점 A의 레벨은 제 13A도의 위치 관계의 경우를 나타내고, 점 C의 레벨은 제 13C 도의 위치관계의 경우를 도시한다.Therefore, the change of the signal I m1 according to the change in the positional relationship between the interference fringe and the grating mark MG will be described with reference to FIGS. 13A to 13D. Since the interference fringes of the pitches Pif are the two-beam interferences in FIGS. 13A, 13B, and 13C, they have a good sinusoidal intensity distribution and are set to Pmg = 2Pif for the pitch Prg of the grid mark MG. When the interference fringe moves leftward with respect to the grating MG in the order of FIGS. 13A, 13B, and 13C, the level of the signal I m1 changes to a sinusoidal shape as in the 13D diagram. At the position where each peak of the interference fringe overlaps each edge of the lattice mark MG as in the 13B diagram, the signal I m1 becomes the bottom level as point B. Thus, the level of the point A in FIG. 13D shows the case of the positional relationship of FIG. 13A, and the level of the point C shows the case of the positional relationship of FIG. 13C.
이와 같이 신호 Im1은 간섭 프린지와 격자 마크 MG가 X방향으로 Pmg/2 만큼 이동할 때마다 주기적으로 레벨 변화한다. 이 때문에, 예비적으로 간섭 프린지와 격자 마크 MG를 이동시키지 않는 한 검출한 신호 Im1의 피크 레벨이나 보톰 레벨을 구하는 것은 불가능하다. 이 때문에 간섭 프린지와 격자 MG가 예를 들면 격자 MG의 피치의 5 내지 10배 정도의 거리에 걸쳐 상대 이동하고 있는 동안의 신호 Im1의 레벨 변화를 회로 유닛 CU3 내의 파형 메모리 회로(53)에 기억시킨다.In this manner, the signal I m1 changes level periodically whenever the interference fringe and the grating mark MG move by Pmg / 2 in the X direction. For this reason, it is impossible to determine the peak level and bottom level of the detected signal I m1 unless the interference fringe and the lattice mark MG are moved preliminarily. For this reason, the level change of the signal I m1 while the interference fringe and the grating MG are relatively moved, for example, over a distance of about 5 to 10 times the pitch of the grating MG, to the waveform memory circuit 53 in the circuit unit CU 3 . Remember
또한 회로 유닛 CU3은 파형 메모리 회로(54)에 기억된 신호 파형을 연산 회로(56)에서 처리함으로써, 신호 Im1의 진폭값과 미리 설정된 함수 또는 변환 연산식 F(Im1)에 기초하여, 간섭 프린지와 격자 마크 MG의 X방향의 위치 오프셋량 ΔX를 연산한다. 위치 오프셋량 ΔX는 예를 들면 제 13D 도 중의 신호 Im1의 피크점 또는 보톰점을 기준(원점)으로 하여, 그로부터 ±Pmg/4의 범위 내의 값으로서 구해진다.In addition, the circuit unit CU 3 processes the signal waveform stored in the waveform memory circuit 54 by the calculation circuit 56, and based on the amplitude value of the signal I m1 and a preset function or conversion equation F (I m1 ), The position offset amount ΔX in the X direction of the interference fringe and the grating mark MG is calculated. The position offset amount ΔX is determined as a value within a range of ± Pmg / 4 from the peak point or bottom point of the signal I m1 in Fig. 13D as a reference (origin), for example.
함수(또는 식) F(Im1)는, 신호 Im1가 정현파 형상이기 때문에, 정현 함수 또는 서현 함수를 사용한다. 일례로서, 먼저 서술한 신호 Im1의 피크 레벨을 Ep1, 보톰 레벨을 Eb1로 하고, 검출 위치에 있어서 신호 Im1의 레벨을 e1로 하면,The function (or expression) F (I m1 ) uses a sine function or a sine function because the signal I m1 has a sinusoidal shape. As an example, if the peak level of the signal I m1 described above is E p1 , the bottom level is E b1 , and the level of the signal I m1 is e 1 at the detection position,
(Ep1+Eb1)/2+[(Ep1-Eb1)]sinΨ1]/2=e1(Ep1 + Eb1) / 2 + [(Ep1-Eb1)] sinΨ1] / 2 = e1
을 만족한 라디안 Ψ1을 구하고, 이것을 피치 Pmg의 값을 사용한 이하의 교환식에 대입하면, 기준점으로부터의 오프셋량 λX를 구할 수 있다.The radian Ψ1 satisfying the following formula is obtained, and substituted into the following exchange equation using the value of the pitch Pmg, the offset amount λX from the reference point can be obtained.
△X=Pmg·Ψ/4π (4)ΔX = Pmg Ψ / 4π (4)
이와 같이 하여 산출된 오프셋량 λX가 최종적으로 구해야 할 격자 MG의 격자 RG에 대한 위치 오프셋량이다.The offset amount [lambda] X calculated in this way is the position offset amount with respect to the grating RG of the grating MG finally calculated | required.
이상과 같이 본 실시예에서는 3개의 다른 파장 성분의 빔 LB1, LB2, LB2를 소정의 광 강도비로 포함하는 다파장화 조명 빔에 의해 격자 마크 RG, MG를 조사할 때, 그들 3개의 빔의 각 중심 파장 λ1, λ2, λ3의 관계를 1/λ1 -1/λ2=1/λ2 -1/λ3(±10%)으로 설정하였기 때문에, 광전 검출해야 할 간섭 빔 BM의 다파장화와 아울러, 보다 신뢰성이 높은 위치 검출 결과가 얻어진다. 또 제 12 도에 도시한 광학 배치에서, 격자 RG를 마스크상의 격자 마크로 하며, 격자 MG를 웨이퍼상의 마크로 하여, 결상계 G1, G2를 마스크 패턴의 웨이퍼로의 투사렌즈로 하면 투사 노광 장치에서의 얼라언먼트 장치를 실현할 수 있다.As described above, in the present embodiment, when the lattice marks RG and MG are irradiated with the multi-wavelength illumination beam including the beams LB1, LB2, and LB2 having three different wavelength components at predetermined light intensity ratios, the angles of the three beams are determined. Since the relationship between the center wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 is set to 1 / λ 1 -1 / λ 2 = 1 / λ 2 -1 / λ 3 (± 10%), the interference beam BM In addition to multiple wavelengths, more reliable position detection results are obtained. In the optical arrangement shown in FIG. 12, when the grating RG is a grating mark on a mask, the grating MG is a mark on a wafer, and the imaging systems G 1 and G 2 are projection lenses on a wafer of a mask pattern, Alignment apparatus can be realized.
제 14 도는 제 3 실시예에 의한 개략적인 구성을 도시하고, 제 12 도 중의 부재나 빔 등과 같은 기능의 것에는 같은 부호를 붙였다. 제 3 실시예에서는, 조명용 3개의 빔 LB1, LB2, LB3을 렌즈계 G4를 통해 결상 광학계(G1, G2)의 푸리에 변환면 EP의 중앙에 배치된 작은 미러 MR2에 입사시키고, 이 작은 미러 MR2에서 아래로 굴곡된 빔 LB1, LB2, LB3을 후군 렌즈계 G2를 통해 평행 빔으로 하여 격자 마크 MG에 수직으로 조사한다.FIG. 14 shows a schematic configuration according to the third embodiment, and the same reference numerals are given to those having the same function as the members, beams, etc. in FIG. In the third embodiment, the three beams LB 1 , LB 2 , LB 3 for illumination are incident on the small mirror MR2 disposed in the center of the Fourier transform plane EP of the imaging optical system G 1 , G 2 via the lens system G4. The beams LB 1 , LB 2 , LB 3 bent downward in the small mirror MR2 are irradiated perpendicularly to the grating mark MG with the parallel beam through the rear lens system G2.
그리고 격자 마크 MG에서 회절한 파장 λ1의 1차 회절 빔 ±D11, 파장 λ2의 1차 회절 빔 ±D12, 파장 λ3의 1차 회절 빔 ±D13을 렌즈계 G1, G2를 통해 격자 RG 상에 교차(결상)시킨다. 격자 RG는 투과형이기 때문에, 1차 회절 빔 ±D11의 조사에 의해 격자 RG로부터 발생한 재회절광 중의 ±1차 회절광은 간섭 빔 Bm1(BM을 포함함)이 된 격자 RG와 수직으로 결상 광학계와 반대 방향으로 진행하며, 미러 MR3과 렌즈계 G5를 통해 공간 필터(28)에 도달하며, 그래서 불필요한 회절 성분이 제거되어 광전 소자 DT로 수광된다.And the diffraction wavelength λ 1, first-order diffracted beams ± D 11, the wavelength λ 2 of the first-order diffracted beams ± D 12, the wavelength of the 1st-order diffraction beam ± D 13 of λ 3 lens system G 1, G 2 in the grating mark MG Cross (image) on the lattice RG. Since the grating RG is a transmission type, the ± first-order diffracted light of the re-diffracted light generated from the grating RG by the irradiation of the first-order diffraction beam ± D 11 forms an image perpendicular to the grating RG which becomes the interference beam B m1 (including BM). Proceeding in the opposite direction to the optical system, the spatial filter 28 is reached through the mirror MR 3 and the lens system G 5 , so that unnecessary diffraction components are removed and received by the photoelectric element DT.
마찬가지로 파장 λ2, λ3의 각 1차 회절 빔 ±D12, ±D13의 조사에 의해 격자 RG로부터 발생한 재회절광 중 ±1차 회절광은 간섭 빔 Bm2, Bm3(BM을 포함함)이 되어 격자 RG로부터 수직으로 진행하며, 미러 MR3, 렌즈계 G5, 공간 필터(28)를 통해 광전 소자 DT에서 수광된다. 이들 간섭 빔 Bm1, Bm2, Bm3은 1개의 간섭 빔 BM으로서 동축으로 발생하지만, 각각의 빔을 만드는 광원이 개별적인 것이기 때문에, 간섭 빔 Bm1, Bm2, Bm3의 각각이 간섭하는 것은 아니다.Similarly, the first-order diffraction light of the re-diffracted light generated from the grating RG by the irradiation of the first-order diffraction beams ± D 12 and ± D 13 at wavelengths λ 2 and λ 3 includes the interference beams B m2 , B m3 (BM ) And proceed vertically from the grating RG, and are received by the photoelectric element DT through the mirror MR 3 , the lens system G 5 , and the spatial filter 28. These interfering beams B m1 , B m2 , B m3 occur coaxially as one interfering beam BM, but since the light sources that make each beam are individual, it is difficult for each of the interfering beams B m1 , B m2 , B m3 to interfere. no.
본 실시예는 빔의 입사광과 수광의 관계를 제 12 도의 것과 반대로 한 구성이지만, 이 구성은 격자 마크 MG를 반도체 웨이퍼에 형성하고, 격자 마크 RG를 레티클(마스크)로 형성하며, 렌즈계 G1, G2를 레티클 패턴의 투사 노광용의 축소 투사렌즈로 한 (F) 특개평 3-3224호 공보의 장치에 적용할 수 있다.The present embodiment has a configuration in which the relationship between the incident light and the light reception of the beam is opposite to that in FIG. 12, but this configuration forms the grating mark MG on the semiconductor wafer, the grating mark RG as the reticle (mask), and the lens system G 1 ,. one of G 2 to a reduction projection lens of the projection exposure of the reticle pattern (F) can be applied to Unexamined Patent Publication No. 3-3224 of the device.
단 공보(F)에 개시된 장치에서는, 투사렌즈의 눈동자면 EP에 1차 회절 빔을 미소량만 굴절시키는 작은 렌즈를 설치하여, 투사렌즈에서 발생하는 색수차를 보정하고 있지만, 제 14 도의 실시예를 적용하였을 때는 서로 약간 파장이 다른 3세트의 1차 회절 빔 ±D11, ±D12, ±D13(3쌍의 2빔화 조명 빔)의 각각에 대해 최적의 보정이 이루어지는 작은 렌즈(예를 들면 색분산이 큰 프린트계의 초재)를 설치할 필요가 있다. 이상 제 3 실시예에서는 조명용의 빔 LB1, LB2, LB3은 예를 들면 웨이퍼상의 격자 마크 MG에 직접 입사하도록 구성한 것으로 격자 마크 MG로부터 발생하는 1차 회절 빔(간섭 빔 BM)의 강도보다도 대체로 높일 수 있다.However, in the apparatus disclosed in the publication F, a small lens for refraction of the primary diffraction beam by only a small amount is provided in the pupil surface EP of the projection lens to correct chromatic aberration generated in the projection lens, but the embodiment of FIG. When applied, a small lens (e.g., an optimal correction) for each of three sets of first-order diffraction beams ± D 11 , ± D 12 , ± D 13 (three pairs of two-beam illumination beams) slightly different in wavelength It is necessary to provide a base material of a printing system with large color dispersion). In the third embodiment, the illumination beams LB 1 , LB 2 , and LB 3 are configured to be incident directly on, for example, the lattice mark MG on the wafer, and are more than the intensity of the first-order diffraction beam (interfering beam BM) generated from the lattice mark MG. You can usually increase it.
그런데 웨이퍼 스테이지 WST 상에 공지의 반사율의 크롬 표면을 갖는 기준 마크판 FG를 고정한 경우는 그 마크판 FG를 각종 베이스 라인량의 계측이나 포커스 상태의 계측에 이용할 수 있다. 베이스 라인량은 기본적으로는 투사 노광 장치에 장착된 마스크(레티클)의 중심의 투사점과 각종 얼라인먼트계의 검출 중심점과의 상대적 위치 관계를 결정하기 위한 실측값을 의미한다.By the way, when fixing the reference mark plate FG which has the well-known reflectance chromium surface on the wafer stage WST, the mark plate FG can be used for the measurement of various base line quantities, and the measurement of a focus state. The base line amount basically means a measured value for determining the relative positional relationship between the projection point of the center of the mask (reticle) mounted on the projection exposure apparatus and the detection center point of various alignment systems.
제 15 도는 본 발명의 제 4 실시예로서, 베이스 라인량의 계측이 필요한 투사 노광 장치의 개략적인 얼라인먼트계의 배치를 나타내고, 레티클 R은 레티클 스테이지 RST 상에 흡착되고, 노광용 조명계 ILX로부터 다이크로익 미러 DCM를 통해 방사되는 자외선(i선 또는 엑시머 레이저 빔)에 의해 균일하게 조사된다. 그리고 레티클의 패턴상은 등배, 또는 축소의 투사 광학계 PL를 통해 웨이퍼 W 상의 소정의 쇼트 영역에 투사 노광되도록 구성되어 있다.FIG. 15 is a fourth embodiment of the present invention, which shows a schematic arrangement of an alignment system of a projection exposure apparatus that requires measurement of a baseline amount, and a reticle R is adsorbed onto a reticle stage RST and dichroic from an exposure illumination system ILX. Irradiated uniformly by ultraviolet rays (i-ray or excimer laser beam) emitted through the mirror DCM. The pattern image of the reticle is configured to be projected and exposed to a predetermined shot area on the wafer W through an equal magnification or reduced projection optical system PL.
제 15 도에 있어서, 웨이퍼 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FG의 표면에는 스루 더 레티클(TTR) 방식의 얼라인먼트계 TTRA에 의해 검출 가능한 마크군과, 레티클 얼라인먼트계 RA에 의해 검출 가능한 마크군과 스루 더 렌즈(TTL) 방식의 얼라인먼트계 TTLA에 의해서 검출 가능한 마크군과 그리고 투사 광학계 PL의 의부에 고정된 오프 액세스 방식의 얼라인먼트계 OFA에 의해 검출 가능한 마크군이 형성된다.In Fig. 15, the mark group detectable by the alignment system TTRA of the through reticle (TTR) method, the mark group detectable by the reticle alignment system RA, and the through lens on the surface of the reference mark plate FG on the wafer stage WST. A group of marks detectable by the (TTL) alignment system TTLA and a group of detectable marks are formed by the alignment system OFA of the off-access system fixed to the ridge of the projection optical system PL.
이들 마크군은 일부 공통으로 사용되는 것이다. 또 각 얼라인먼트계 RA, TTRA, TTLA, OFA는 마크 검출시의 기준이 되는 직접적, 또는 간접적인 검출 중심점 Rf1, Rf2, Rf3, Rf4를 구비하고 있다.These mark groups are some commonly used. Each of the alignment systems RA, TTRA, TTLA, and OFA is provided with direct or indirect detection center points R f1 , R f2 , R f3 , and R f4 serving as marks for mark detection.
상기한 제 6 도와 같은 위치 검출 장치를 각 얼라인먼트계에 적용한 경우, 검출 중심점 Rf1, Rf2, Rf3, Rf4는 기준 격자 SG에 의해 규정된다. 다만 레티클 얼라인먼트계 RA에 있어서, 레티클 R의 주변의 레티클 얼라인먼트용 마크(격자 마크) RM과 기준 마크판 FG 상의 대응한 격자 마크는 패턴 PR의 투사 노광용의 조명광과 같은 파장의 조명광으로 조사하고, 양 마크가 소정의 위치 관계가 되도록 레티클 스테이지 RST를 미동시키는 구성으로 되어 있는 경우는, 검출 중심점 Rf1을 필요로 하지 않는다.In the case where the same position detecting device as the sixth degree described above is applied to each alignment system, the detection center points R f1 , R f2 , R f3 and R f4 are defined by the reference grid SG. In the reticle alignment system RA, however, the reticle alignment mark (lattice mark) RM around the reticle R and the corresponding lattice mark on the reference mark plate FG are irradiated with illumination light having the same wavelength as the illumination light for projection exposure of the pattern PR. In the case where the reticle stage RST is moved so that the mark has a predetermined positional relationship, the detection center point Rf1 is not required.
이것은 얼라인먼트계 TTRA에 있어서도 마찬가지이며, 기준 마크판 FG 상의 대응한 마크 또는 웨이퍼 W 상의 마크와, 레티클 R의 패턴 PR의 주변부에 형성된 다이 바이 다이(die-by-die)(D/D) 얼라인먼트용 마크를 화상으로서 촬상하고, 양 마크상의 위치 오프셋을 검출하는 방식인 경우는 특별히 검출 중심점 Rf2를 구성할 필요도 없다.The same applies to the alignment system TTRA, for die-by-die (D / D) alignment formed at the periphery of the corresponding mark on the reference mark plate FG or the mark on the wafer W and the pattern PR of the reticle R. In the case of imaging the mark as an image and detecting the position offset on both marks, it is not necessary to particularly configure the detection center point Rf2.
그래서, 베이스 라인량은 레티클 R의 중심 CCr의 웨이퍼 측으로의 투사점(실질적으로 광축 AX에 일치한다)과 각 검출 중심점 Rf1, Rf2, Rf3, Rf4의 웨이퍼측으로의 투사점과의 사이의 X, Y 방향의 위치 관계와 다르지 않다. 그 위치관계는 기준 마크판 FG의 대응한 마크군과 각 검출 중심점 Rf1 내지 Rf4의 투사점과의 위치 오프셋량을 각 얼라인먼트계 RA, TTRA, TTLA, OFA 자체로 검출하는 동시에, 그때의 웨이퍼 스테이지 WST의 좌표 위치를 레이저 간섭계(44)(제 6 도 참조)에 의해 검출하는 것으로 구할 수 있다.Thus, the base line amount is X between the projection point (substantially coincides with the optical axis AX) of the center CCr of the reticle R and the projection point toward the wafer side of each detection center point R f1 , R f2 , R f3 , R f4 . This is not different from the positional relationship in the Y direction. The positional relationship detects the position offset amount between the corresponding mark group of the reference mark plate FG and the projection point of each of the detection center points R f1 to R f4 by the alignment systems RA, TTRA, TTLA, and OFA itself, and at the same time, the wafer stage It can obtain | require by detecting the coordinate position of WST by the laser interferometer 44 (refer FIG. 6).
그런데 다파장화된 입사광 빔 ±LF를 사용하는 경우, 각 파장 성분의 입사광 빔마다 웨이퍼 W 상에 생성되는 간섭 프린지는 그 피치나 피치 방향의 상대 위상이 약간(예를 들면 0.05㎛ 정도) 다른 경우가 있다. 이와 같은 약간의 오프셋은 조정 작업에 의해 이상적으로 영까지 하는 것도 가능하지만 그와 같이 노력을 들여 조정하였다고 해도 경시적인 드리프트의 발생을 고려하면 그다지 현실적이지 않다. 그래서, 다파장화된 간섭 프린지의 각 파장 성분마다 상대위치(위상) 오프셋, 즉 간섭 프린지의 색 오프셋을 때때로 실현할 수 있는 캐리블레이션 기능을 넣어도 좋다. 이와 같은 기능에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.However, when the multi-wavelength incident light beam ± LF is used, the interference fringe generated on the wafer W for each incident light beam of each wavelength component is slightly different (for example, about 0.05 μm) in its pitch or pitch direction. There is. This slight offset can ideally be zeroed by the adjustment, but even with such an effort, it is not very realistic considering the occurrence of drift over time. Therefore, a calibrating function may be provided in which the relative position (phase) offset, i.e., the color offset of the interference fringe, can be sometimes realized for each wavelength component of the multi-wavelength interference fringe. This function will be described later in detail.
제 15 도에 도시된 투사 광학계 PL 내의 눈동자면 EP는 상기한 제 12 도에 도시한 푸리에 변환면 EP와 동등한 것이다. 그리고 투사 광학계 PL를 통해 웨이퍼 스테이지 WST 상의 물체(웨이퍼 W의 마크, 또는 기준 마크판 FG의 마크)를 검출하는 얼라인먼트계 RA, TTRA, TTLA이 각각에 설치된 대물렌즈 광축은 웨이퍼 스테이지 WST 측에서는 전부 광축 AX과 평행해지도록 설정된다.The pupil surface EP in the projection optical system PL shown in FIG. 15 is equivalent to the Fourier transform surface EP shown in FIG. 12 described above. The objective optical axes of the alignment systems RA, TTRA, and TTLA, which detect objects on the wafer stage WST (mark of the wafer W or the mark of the reference mark plate FG) through the projection optical system PL, are all provided on the wafer stage WST side. It is set to be parallel to.
또한, 투사 광학계(PL)의 웨이퍼측뿐만 아니라 레티클 측도 텔레센트릭(telesentric)계 로드되어 있을 때(제 15 도의 경우)는, 각 얼라인먼트계의 대물렌즈의 광축은 레티클 측에서도 투사 광학계(PL)의 광축 AX와 평행하게 되어 있다. 그리고, 상기 대물렌즈의 광축의 연장은 투사 광학계(PL)의 눈동자면(EP)의 중앙(광축 AX가 통과하는 부분)을 통과한다. 그 눈동자면 EP의 실효적인 직경은 투사렌즈 PL의 해상력(최소 해상선 폭)을 좌우하는 개구수(NA)에 대응하고, 현재 NA=0.5 내지 0.7 정도의 투사렌즈가 개발되어 있다.Also, when not only the wafer side of the projection optical system PL but also the reticle side is loaded with a telecentric system (in case of FIG. 15), the optical axis of the objective lens of each alignment system is also determined by the reticle side of the projection optical system PL. It is parallel to the optical axis AX. The optical axis of the objective lens passes through the center of the pupil surface EP of the projection optical system PL (the portion through which the optical axis AX passes). The effective diameter of the pupil surface EP corresponds to the numerical aperture NA that determines the resolution (minimum resolution line width) of the projection lens PL, and a projection lens with a NA of about 0.5 to 0.7 is currently developed.
제 16 도는 제 15 도에 도시된 얼라인먼트계 중 얼라인먼트계(TTLA)의 주요부의 일례를 도시하고, 웨이퍼 위의 격자 마크 MG, 또는 기준 마크판(FG)을 검출하기 위한 한 쌍의 다색화된 입사광 빔 ±LF(제 16 도의 빔 ±LF과 빔 -LF에 해당)는 보정 광학계 CG, 편광 빔 스플리터(PBS; 기능으로서는 제 4 도의 하프 미러(20)에 해당), 1/4 파장판 QW, 대물렌즈 OBJ(제 6 도 중의 대물렌즈(22)에 해당), 및 2 매의 미러 MR을 개입하여 투사렌즈PL에 입사된다.FIG. 16 shows an example of the main part of the alignment system TTLA among the alignment systems shown in FIG. 15, and shows a pair of multicolored incident light for detecting the grating mark MG or the reference mark plate FG on the wafer. Beam ± LF (corresponds to beam ± LF and beam-LF in FIG. 16) is corrected optics CG, polarized beam splitter (PBS; function equivalent to half mirror 20 in FIG. 4), quarter wave plate QW, objective Incident on the projection lens PL via the lens OBJ (corresponding to the objective lens 22 in FIG. 6) and the two mirrors MR.
이 때에, 2장의 미러 MR의 사이에는 웨이퍼 W의 표면과 공역의 면 FC가 형성되고, 상기 면 FC 내에서 한 쌍의 빔 ±LF가 교차된다. 그 빔 ±LF는 투사렌즈 PL에 의해 릴레이되고, 웨이퍼 위에서도 교차하여 격자 빔 MG를 조사한다.At this time, the surface FC of the wafer W and the conjugate plane FC are formed between the two mirror MRs, and a pair of beams LF intersect in the plane FC. The beam LF is relayed by the projection lens PL, and intersects on the wafer to irradiate the grating beam MG.
또한 본 실시예에서는, 편광 빔 스플리터 PBS에 입사하는 빔 ±LF를 직사광선으로 하고, 편광 빔 스플리터 PBS에서 효율적으로 반사되는 입사광 빔은 1/4 파장판 QW를 투과할 때에 한쪽 방향으로 회전하는 원편광으로 변환되고, 대물렌즈 OBJ, 투사렌즈 PL를 통과하여 웨이퍼 위의 격자 마크 MG를 조사한다.In addition, in this embodiment, the beam ± LF incident on the polarizing beam splitter PBS is a direct ray, and the incident light beam efficiently reflected on the polarizing beam splitter PBS rotates in one direction when passing through the quarter wave plate QW. And the lattice mark MG on the wafer passes through the objective lens OBJ and the projection lens PL.
그리고, 격자 마크 MG로부터 수직으로 발생한 간섭 빔 BM은, 투사렌즈 PL의 눈동자면 EP의 실질적으로 중앙을 통과하고, 2개의 미러 MR, 대물렌즈 OBJ, 1/4 파장판 QW를 거쳐서 편광 빔 스플리터 PBS에 도달된다. 이때에, 간섭 빔 BM은 입사광 빔의 편광 방향과 직교된 직선 편광이 되어 있기 때문에, 편광 빔 스플리터 PBS는 효율적으로 투과하여 광전 소자(36A)에 도달한다.The interference beam BM generated perpendicularly from the grating mark MG passes through substantially the center of the pupil surface EP of the projection lens PL, and passes through two mirrors MR, an objective lens OBJ, and a quarter wave plate QW, and the polarization beam splitter PBS. Is reached. At this time, since the interference beam BM is linearly polarized orthogonal to the polarization direction of the incident light beam, the polarization beam splitter PBS efficiently passes through and reaches the photoelectric element 36A.
이와 같은 얼라인먼트계(TTLA)에 있어서, 입사광 빔 ±LF은 복수의 파장 성분(서로 30 내지 40nm 정도 이격된다)을 포함하고, 투사렌즈 PL의 색수차(축상 및 배율)의 영향, 또는 대물렌즈 OBJ의 색수차에 의해, 웨이퍼 위로 조사된 빔 ±LF의 교차 영역이 각 파장 성분마다 Z방향, 또는 XY방향으로 미묘하게 어긋나는 경우가 있다. 그래서 제 16 도와 같이 입사광 빔 ±LF의 광 경로 중에 색수차에 의해 발생되는 오차를 보정하는 보정 광학계 CG를 설치한다. 상기 보정 광학계 CG는 볼록렌즈, 오목렌즈, 또는 이들 조합 렌즈, 또한 평행 평판 렌즈 등으로 구성되고, 제 6 도에 도시된 조정 광학계(14, 16, 18)를 사용하여도 좋다.In such an alignment system (TTLA), the incident light beam ± LF includes a plurality of wavelength components (about 30 to 40 nm apart from each other), and is affected by the chromatic aberration (axial and magnification) of the projection lens PL, or by the objective lens OBJ. Due to chromatic aberration, the intersecting area of the beam LF irradiated onto the wafer may slightly shift in the Z direction or the XY direction for each wavelength component. Thus, as shown in FIG. 16, a correction optical system CG is provided to correct an error caused by chromatic aberration in the optical path of the incident light beam ± LF. The correction optical system CG is composed of a convex lens, a concave lens, a combination lens thereof, a parallel plate lens, or the like, and the adjustment optical systems 14, 16 and 18 shown in FIG. 6 may be used.
또한, 제 15 도 중의 얼라인먼트계 TTRA의 경우, 레티클 R 위의 D/D 얼라인먼트용 마크 DDM을 회절 격자로 하고, 상기 마크 DDM과 대응하는 웨이퍼W 위의 격자 마크 MG와 상대 위치 오프셋을 제 4 도와 같은 헤테로다인 방식으로 검출할 때에는, (G) 특개평-302504호 공보에 기재된 바와 같이, 투사렌즈 PL의 눈동자면 EP에 투명한 평행 평판 형상의 보정판 PGP를 설치하고, 상기 보정판 PGP 위에서 입사광 빔 ±LF나 간섭 빔 BM이 통과하는 위치에만 투과형 위상 격자(보정판 PGP의 표면에 소정 피치로 요철형의 라인을 에칭한 것)를 형성하고, 축상의 색수차와 배율의 색수차의 영향을 감소시킬 수 있다.In the case of the alignment system TTRA in Fig. 15, the D / D alignment mark DDM on the reticle R is used as a diffraction grating, and the lattice mark MG on the wafer W corresponding to the mark DDM and the relative position offset are determined by the fourth degree. When detecting by the same heterodyne system, as described in (G) JP-A-302504, a transparent flat plate correction plate PGP is provided on the pupil surface EP of the projection lens PL, and the incident light beam ± LF is placed on the correction plate PGP. (B) Transmissive phase gratings (etched with uneven lines at predetermined pitches on the surface of the compensator PGP) can be formed only at the position where the interference beam BM passes, and the influence of chromatic aberration on the axial and chromatic aberration on the magnification can be reduced.
제 17A, 제 17B 도는 이와 같은 보정판(PGP)을 얼라인먼트계(TTRA)의 일부에 넣은 제 5 실시예에 의해 투사 노광 장치의 구성을 도시하고, 제 17A 도는 X방향(계측방향)으로 피치를 가진 격자 마크 MG를 검출하는 경우의 입사광 빔 ±LF와 간섭 빔 BM과의 광로를 X-Z 평면에서 본 것이고, 제 17B 도는 제 17A도의 광로를 그것과 교차된 Y-Z 평면에서 본 것이다.17A and 17B show the configuration of the projection exposure apparatus according to the fifth embodiment in which such a correction plate PGP is placed in a part of the alignment system TTRA, and FIG. 17A shows a pitch having a pitch in the X direction (measurement direction). The optical path between the incident light beam ± LF and the interference beam BM in the case of detecting the grating mark MG is seen in the XZ plane, and FIG. 17B is the optical path in FIG. 17A as viewed in the YZ plane intersected with it.
얼라인먼트계 TTRA의 대물렌즈 OBJ(제 6 도의 대물렌즈(22)에 해당한다)로부터는 입사광 빔 ±LF이 광축 AXa로부터 약간 편심하여 사출되고, 미러 MR에서 반사하여 레티클 R의 패턴 영역의 주변 창 RW를 통해 투사렌즈 PL에 입사한다. 한 쌍의 입사광 빔 ±LF는 다파장화되어 있고, X-Z 평면 내에서 보면 제 17A 도와 같이 대칭적인 경사로 창 RW를 투과하고, Y-Z 평면 내에서 보면 제 17B 도와 같이, 대물 렌즈 OBJ의 광축 AXa에 대해 경사져 창 RW를 투과한다.From the objective lens OBJ (corresponding to the objective lens 22 in FIG. 6) of the alignment system TTRA, the incident light beam ± LF is emitted slightly eccentrically from the optical axis AXa, reflected by the mirror MR, and the peripheral window RW of the pattern region of the reticle R Enters the projection lens PL through. The pair of incident light beams ± LF is multi-wavelength and transmits through the window RW in a symmetrical inclination as in the XZ plane in the XZ plane, and in the YZ plane in relation to the optical axis AXa of the objective lens OBJ in the YZ plane. It is inclined to penetrate the window RW.
그 한 쌍의 입사광 빔 ±LF는 각각 투사렌즈 PL의 눈동자면(EP)에 배치된 보정판(PGP) 위의 2개소의 위상형 회절 격자(이하, 위상 격자로 한다; PG1, PG2)를 통과한다. 이때 위상 격자(PG1, PG2)의 작용에 의해 입사광 빔 ±LF의 각각은 도면 중에 파선으로부터 실선과 같이 소정 방향으로 소정량만큼 경사를 변화시켜 투사렌즈 PL로부터 사출된다. 그리고 입사광 빔 ±LF는 X-Z 평면 내에서 보면 제 17A 도와 같이 웨이퍼(W)와 격자 마크 MG를 대칭적인 입사각으로 조사하고, Y-2 평면 내에서는 제 17B 도와 같이 격자 마크 MG에 대하여 Y 방향으로 약간 경사지게 입사한다.The pair of incident light beams ± LF passes through two phase-type diffraction gratings (hereinafter referred to as phase gratings) PG1 and PG2 respectively on the correction plate PGP disposed on the pupil plane EP of the projection lens PL. . At this time, by the action of the phase gratings PG1 and PG2, each of the incident light beams LF is emitted from the projection lens PL by changing the inclination by a predetermined amount in a predetermined direction like a solid line from a broken line in the drawing. In the XZ plane, the incident light beam ± LF irradiates the wafer W and the grating mark MG at symmetrical incidence angles as in the 17A diagram, and slightly in the Y direction with respect to the grating mark MG in the Y-2 plane as the 17B diagram. Inclined obliquely.
이것에 의해 격자 마크 MG로부터 Y방향으로 약간 경사져 발생한 간섭 빔 BM은 다시 투사렌즈 PL로 입사되어, 눈동자면 EP 위에서는 위상 격자 PG1, PG2와 다른 위치를 통과한다. 그 위치에서는 간섭 빔 BM을 제 17B 도 중의 파선으로부터 실선이 되도록 간섭 빔 BM의 광로는 투사렌즈 PL를 투과하여 레티클 R의 창 RW를 향하도록 보정된다.As a result, the interference beam BM which is slightly inclined in the Y direction from the grating mark MG again enters the projection lens PL, and passes through positions different from the phase gratings PG 1 and PG 2 on the pupil surface EP. At that position, the optical path of the interference beam BM is corrected to pass through the projection lens PL to the window RW of the reticle R so that the interference beam BM becomes a solid line from the broken line in FIG. 17B.
그리고 창 RW를 통과한 간섭 빔 BM은 미러 R, 대물렌즈 OBJ를 거쳐서 제 4 도와 같은 수광계를 향한다. 이 때 간섭 빔 BM은 대물렌즈 OBJ의 광축 AXa에 대하여 약간 비계측계 방향으로 경사진 상태에서 레티클 R의 창 RW를 투과한다.The interference beam BM passing through the window RW is directed to the same light receiving system as the fourth degree via the mirror R and the objective lens OBJ. At this time, the interference beam BM passes through the window RW of the reticle R in a state inclined slightly in the non-measurement direction with respect to the optical axis AXa of the objective lens OBJ.
이와 같은 보정판 PGP를 사용하는 경우, 입사광 빔 ±LF은 다파장화되어 있으면, 입사광 빔 ±LF의 각 파장 성분마다에 보정판 PGP 위에서 X방향으로 약간 어긋나 위치된다. 이 때문에, 위상 격자 PG1, PG2도 그것에 대칭하여 X방향으로 크게 형성되어 있다. 또한, 이와 같은 보정판 PGP의 사용은 제 16 도에 도시된 얼라인먼트계 TTLA에 대해서도 당연히 가능하다. 예를 들면 석영이나 플루오라이트(fluorite)석을 굴절 렌즈의 소재로 하여, 파장 180 내지 300mm의 사이의 자외선(엑시머 레이저 광원)을 노광광으로 하는 투사렌즈(반사 소자와 굴절 렌즈를 조합시켜도 양호하다)를 이용하는 노광 장치의 경우, He-Ne 레이저나 반도체 레이저로부터의 빔의 파장에 대한 색수차는 매우 큰 것이 되고, 제 16 도 중에 도시된 웨이퍼 공역면 FC는 투사렌즈로부터 수십 cm 이상으로 이격되어 버린다. 그래서 보정판 PGP를 사용하여, 입사광 빔 ±LF는 교차하는 웨이퍼 공역면 FC가 투사렌즈에 근접하도록 보정하는 것이다.In the case of using such a correction plate PGP, if the incident light beam ± LF is multi-wavelength, it is slightly shifted in the X direction on the correction plate PGP for each wavelength component of the incident light beam ± LF. For this reason, the phase gratings PG1 and PG2 are also formed symmetrically and large in the X direction. In addition, the use of such a correction plate PGP is naturally possible for the alignment system TTLA shown in FIG. For example, a projection lens (reflective element and refractive lens) may be combined using quartz or fluorite stone as a material for the refraction lens and using ultraviolet light (excimer laser light source) having a wavelength of 180 to 300 mm as exposure light. In the case of an exposure apparatus using a), chromatic aberration with respect to the wavelength of a beam from a He-Ne laser or a semiconductor laser becomes very large, and the wafer conjugate plane FC shown in FIG. 16 is spaced several tens of centimeters or more from the projection lens. . Thus, using the correction plate PGP, the incident light beam ± LF is to correct so that the intersecting wafer conjugate plane FC is close to the projection lens.
이상과 같이, 보정판(PGP)위에 이 입사광용 위상 격자 PG1, PG2에는 다파장화된 빔 +LF, -LF가 통과하지만, 그때에 사용하는 파장 성분 전체에 대해서 위상 격자 PG1, PG2의 격자 구조를 최적화하는 것은 곤란하다. 이 때문에 위상 격자 PG1, PG2의 위상 격자 구조는 어떤 특정한 파장 성분으로 최적화되도록 설정하며, 입사광 빔 ±LF의 입사광로(일반적으로는 대물렌즈(OBJ)보다도 광원측) 중에서는, 각 파장 성분마다의 입사광 빔이 위상 격자 PG1, PG2에서 수용하는 회절 작용의 차이로 발생되는 방향 편차나 위치 편차만 미리 보상되도록, 조정 광학 부재를 설치해 두는 것이 좋다.As described above, the correction plate (PGP) is a phase grating for light incident on the PG 1, PG 2 is a multi-wavelength beam Chemistry + LF, -LF phase grating passes through, but then for the entire wavelength components used for PG 1, PG 2 It is difficult to optimize the lattice structure. For this reason, the phase grating structures of the phase gratings PG 1 and PG 2 are set to be optimized to certain specific wavelength components, and in the incident light path of the incident light beam ± LF (generally the light source side of the objective lens OBJ), each wavelength component It is advisable to provide an adjusting optical member so that the incident light beams are compensated in advance only in the direction deviation or position deviation caused by the difference in diffraction effect accommodated by the phase gratings PG 1 and PG 2 .
즉, 한 쌍의 입사광 빔 ±LF의 간섭에 의해 웨이퍼 W(또는 기준판 FG)의 격자 마크 MG 위에 만들어지는 간섭 프린지가 파장 성분마다 극단의 위치 오프셋이나 피치 오프셋을 발생시키지 않도록, 제 6 도 중의 조정 광학계(14, 16, 18) 또는 제 16 도 중의 보정 렌즈(CG)의 위치 등을 조정하여 두는 것이 매우 중요하다.That is, the interference fringes formed on the lattice mark MG of the wafer W (or the reference plate FG) due to the interference of the pair of incident light beams ± LF do not generate extreme position offsets or pitch offsets for each wavelength component. It is very important to adjust the position of the adjustment optical system 14, 16, 18 or the correction lens CG in FIG.
다음으로, 본 발명의 제 6 실시예를 제 18 도를 참조로 하여 설명한다. 본 실시예에서는, 대물렌즈(22)를 거쳐서 웨이퍼(W; 또는 기준 판 FG) 위의 계측용(얼라인먼트용)의 격자 마크 MG를 조사하는 한 쌍의 이송 빔 +LF와 -LF와의 편광 방향을 상보적인 관계로 한다. 즉 직선 편광이면 입사광 빔 +LF와 -LF와의 편광 방향을 교차시키고, 원편광이면 입사광 빔 +LF와 -LF를 서로 역회전의 편광으로 설정한다. 이 때문에 2개의 입사광 빔 +LF은 그대로는 서로 간섭하지 않고, 격자 마크 MG로부터 수직으로 발생하는 각 파장 λ1, λ2, λ3마다의 1차 회절광(BH)도 서로 간섭하지 않는다. 그 때문에, ±1차 회절광 BM을 대물렌즈(22), 작은 미러(MR2)를 통해서 광전 검출할 때에, 검광자(애널라이저(analyzer))로서의 편광 빔 스플리터 PBS를 사용한다. 이와 같이 하면, 편광 빔 스플리터 PBS를 투과한 ±1차 광(BM)은 서로 간섭하여 제 1 간섭 빔 BP1이 되며, 편광 빔 스플리터 PBS에서 반사된 ±1차 광(BM)은 서로 간섭하여 제 2 간섭 빔 BP2가 된다.Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the polarization direction between a pair of transfer beams + LF and -LF that irradiates the lattice mark MG for measurement (alignment) on the wafer W (or reference plate FG) via the objective lens 22 is determined. It is a complementary relationship. That is, in the case of linearly polarized light, the polarization directions of the incident light beams + LF and -LF are crossed, and in the case of circularly polarized light, the incident light beams + LF and -LF are set to reverse rotation polarizations. For this reason, the two incident light beams + LF do not interfere with each other as they are, and the first order diffracted light BH for each wavelength λ 1 , λ 2 , λ 3 generated vertically from the grating mark MG does not interfere with each other. Therefore, when photoelectric detection of the +/- 1st order diffracted light BM is carried out through the objective lens 22 and the small mirror MR2, the polarizing beam splitter PBS as an analyzer (analyzer) is used. With this arrangement, the polarization beam splitter PBS by ± 1-order light (BM) passing through is a first interference beam BP 1 to interfere with each other, is to interfere the ± 1-order light (BM) reflected by the polarization beam splitter PBS first 2 becomes the interference beam BP2.
이러한 간섭 빔 BP1, BP2는 서로 상보적이지만, 각각의 간섭 빔이 헤테로다이닝 방식이면 비트 주파수에 따라 정현파 형상으로 강도 변조된 것이 된다. 또한, 간섭 빔 BP1과 BP2의 강도 변조의 위상은 180도만큼 다른 것으로 되어 있다.Although the interference beams BP 1 and BP 2 are complementary to each other, if the interference beams are heterodyned, the interference beams BP 1 and BP 2 are intensity modulated in a sinusoidal shape according to the bit frequency. In addition, the phases of the intensity modulation of the interference beams BP 1 and BP 2 differ by 180 degrees.
또한 제 18도에 도시된 1/2 파장판 HW는 입사광 빔 ±LF과 ±1차 회절광 BM이 서로 직교하는 직선 편광 방향이, 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리 방향과 다른(회전하고 있는) 경우에, ±1차 회절광 BM 사이의 직선 편광 방향을 수정할 목적으로 설치된 것이다. 이 때문에, ±1차 회절광 BM 사이에서 서로 직교하는 직선 편광 방향은 최초로부터 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리 방향과 일치하고 있거나 혹은 입사광 빔 +LF, -LF가 역회전의 원편광으로 되어 있을 때에는 1/2 파장판 HW를 사용하지 않아도 좋다. 그래서 본 실시예에서는, 간섭 빔 BP를 미러(32)를 통해서 광전 소자 36A1에서 수광하고, 간섭 빔 BP2를 미러(32)를 통해서 광전 소자(36A2)에서 수광한다. 또한 광전 소자(36A1과 36A2)의 각 출력 신호 Ia1, Ia2는 차동앰프에 의해 감산되어 광전 신호 Im1이 된다.In addition, the half wave plate HW shown in FIG. 18 has a case where the linearly polarized light direction in which the incident light beam ± LF and the first-order diffracted light BM are orthogonal to each other is different from the polarization separation direction of the polarized light beam splitter PBS (rotating). Is provided for the purpose of correcting the linearly polarized light direction between the ± first order diffracted light BM. For this reason, when the linear polarization directions orthogonal to each other between the ± first-order diffraction light BM coincide with the polarization separation direction of the polarization beam splitter PBS from the beginning, or when the incident light beams + LF and -LF are circularly polarized in reverse rotation, It is not necessary to use the half wave plate HW. So the light reception in the present embodiment, the interference beam BP photoelectric element through the mirror 32 and received by the light-36A 1, an interference beam BP 2 through the mirror 32 photoelectric elements (36A 2). In addition, each of the output signals I a1 and I a2 of the photoelectric elements 36A 1 and 36A 2 is subtracted by the differential amplifier to become the photoelectric signal I m1 .
이와 같이 차동 앰프를 사용하는 것은, 광전 소자(36A1)의 출력 신호와 광전 소자(36A2)의 출력 신호가 서로 역위상(180°차이)이 되어 있기 때문이고, 양 출력에 포함되는 동상 노이즈 성분(공통-모드 노이즈)이 감산에 의해 캔슬되어, 신호 Im1의 실질적인 S/N 비가 개선되기 때문이다.The use of the differential amplifier in this way is because the output signal of the photoelectric element 36A 1 and the output signal of the photoelectric element 36A 2 are out of phase with each other (180 ° difference), and thus the in-phase noise included in both outputs. This is because the component (common-mode noise) is canceled by subtraction, so that the substantial S / N ratio of the signal I m1 is improved.
또한 본 실시예의 제 18 도나 상기 제 6 도에 도시된 대물렌즈(22), 또는 제 16 도에 도시된 대물렌즈 OBJ는 사용된 파장 영역 λ1 내지 λ3에서 발생되는 각종의 색수차 중에, 적어도 축상 색수차에 대해서는 어느 정도 보상되어 있는 것이 바람직하다. 가령 사용하는 파장 λ1 내지 λ3의 대역이 100nm 이하이면, 그와 같은 축상의 색수차는 대물렌즈(22)를 구성하는 복수의 렌즈 소자의 초재를 선택하거나, 다른 굴절률, 분산비의 렌즈 소자를 조합함으로써 어느 정도 보상 가능하게 된다. 물론, 그와 같은 색수차는 대물렌즈(22, OBJ)에서 완전히 보정하여 둘 필요도 없고, 제 6 도에 도시된 조정 광학계(14, 16, 18) 또는 제 16 도에 도시된 보정 광학계 CG에 의해 보정하는 것도 가능하다.In addition, the objective lens 22 shown in FIG. 18 or FIG. 6 of the present embodiment, or the objective lens OBJ shown in FIG. 16, has at least an axial shape among various chromatic aberrations generated in the wavelength ranges λ 1 to λ 3 used . It is preferable that the chromatic aberration be compensated to some extent. For example, when the band of wavelengths λ 1 to λ 3 to be used is 100 nm or less, such axial chromatic aberration may be selected by selecting a base material of a plurality of lens elements constituting the objective lens 22 or by using a lens element having a different refractive index or dispersion ratio. Combination becomes possible to some extent. Of course, such chromatic aberration does not need to be completely corrected in the objective lenses 22 and OBJ, and is corrected by the adjustment optical system 14, 16, 18 shown in FIG. 6 or the correction optical system CG shown in FIG. It is also possible to correct.
다음으로 본 발명의 제 7 실시예에 대하여 제 19 도를 참조하여 설명하지만, 여기에서는 웨이퍼(W) 또는 기준판 FG 위의 격자 마크 MG로부터 발생되는 다파장화된 간섭 빔(BM; ±1차 회절광)을 각 파장 성분마다 광전 검출함으로써, 2빔 간섭에 의해 생성된 각 파장마다의 간섭 프린지의 색에 의해 오프셋량을 자동 계속할 수 있는 기능을 부가한 위치 검출 장치를 예시한다.Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 19, but here the multi-wavelength interference beam (BM) generated from the lattice mark MG on the wafer W or the reference plate FG is ± 1st order. The position detection apparatus which adds the function which can automatically continue the offset amount by the color of the interference fringe for each wavelength produced | generated by 2-beam interference by photoelectric detection for each wavelength component) is illustrated.
제 19 도에 도시된 본 실시예의 구성은 제 6 도의 구성의 일부, 구체적으로는 격자 마크 MG로부터의 간섭 빔 BM의 광전 검출계를 변경한 것이고, 따라서 제 6 도 중의 부재와 동일 기능의 부재에는 동일 부호를 붙인다. 제 19 도 중의 입사광계(100)는 제 6 도에 도시된 광원 LS1, LS2, LS3, 미러 MR, 다이크로익 미러 DCM4, DCM5, 주파수 시프터로서의 반경방향 격자판 RRG, 렌즈(10), 공간 필터(12) 및, 조정 광학계(14, 16, 18) 등으로 구성되고, 한 쌍의 입사광 빔+LF, -LF를 사출한다.The configuration of this embodiment shown in FIG. 19 is a part of the configuration of FIG. 6, specifically, the photoelectric detection system of the interference beam BM from the grating mark MG is changed, and therefore, the member having the same function as the member in FIG. Give the same sign. Incident light system 100 in FIG. 19 includes light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 , mirror MR, dichroic mirror DCM4, DCM5, radial grating RRG as a frequency shifter, lens 10, It consists of the spatial filter 12, the adjustment optical system 14, 16, 18, etc., and emits a pair of incident light beam + LF, -LF.
그리고 파장 λ1, λ2, λ3의 각 성분을 포함하는 입사광 빔 ±LF은 하프 미러(20)에서 일부가 반사되어 대물렌즈(22)로 입사되며, 일부는 참조광 수광계(110)로 입사된다. 참조광 수광계(110)는 제 6 도의 파장 선택 필터(24), 렌즈(26), 기준 격자(SG) 및, 공간 필터(38)로 구성되고, 참조광 Bms를 광전 소자(40)로 유도한다.Incident light beams ± LF including respective components of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 are partially reflected by the half mirror 20 to be incident to the objective lens 22, and a part is incident to the reference light receiving system 110. do. The reference light receiving system 110 is composed of the wavelength selective filter 24, the lens 26, the reference grating SG, and the spatial filter 38 of FIG. 6, and guides the reference light Bms to the photoelectric element 40.
또한 대물렌즈(22)를 경유한 웨이퍼 W 위의 격자 MG가 입사광 빔 ±LF에 의해 조사되면, ±1차 회절광의 간섭 빔 BM은 수직으로 발생되는 동시에, 각 입사광 빔의 진행 방향과 역방향으로 0차 내지 2차 광의 각종 간섭 빔이 발생한다. 이러한 간섭 빔은 대물렌즈(22) 및 하프 미러(20)를 통해서 대물렌즈(22)의 푸리에 변환면에 배치된 공간 필터(28)에 도달하고, 여기에서 ±1차 회절광의 간섭 빔 BM만이 공간 필터(28)를 통해 선택적으로 투과되며, 빔 스플리터(29)에서 2개로 분할된다.Further, when the grating MG on the wafer W via the objective lens 22 is irradiated by the incident light beam ± LF, the interference beam BM of the ± first-order diffracted light is generated vertically, and zero in the direction of travel of each incident light beam. Various interference beams of secondary to secondary light are generated. This interference beam reaches the spatial filter 28 disposed on the Fourier transform plane of the objective lens 22 through the objective lens 22 and the half mirror 20, where only the interference beam BM of the ± first-order diffraction light is spaced. It is selectively transmitted through filter 28 and split into two in beam splitter 29.
상기 빔 스플리터(29)에서 반사된 간섭 빔 BM은 제 6 도와 같은 렌즈계(30)를 통해서 광전 소자(36A)에 수광되고, 빔 스플리터(29)를 투과한 간섭 빔 BM은 분광 검출계(34)로 입사된다. 상기 분광 검출계(34)는 렌즈계(31)에서 수광된 간섭 빔 BM의 중앙으로부터 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1만을 반사시켜 광전 소자 DT1에 유도된 다이크로익 미러(DCM1)와 상기 다이크로익 미러(DCM1)를 투과하여 간섭 빔 Bm2(파장 λ2)와 Bm3(파장 λ3) 중 간섭 빔 Bm2만을 반사시켜 광전 소자 DT2로 유도하고, 간섭 빔 Bm3만을 투과시켜 광전 소자(DT)로 유도하는 다이크로익 미러(DCM2)로 구성된다.The interference beam BM reflected by the beam splitter 29 is received by the photoelectric element 36A through the lens system 30 such as the sixth degree, and the interference beam BM transmitted through the beam splitter 29 is the spectrometer 34. Incident. The spectrometer 34 reflects only the interference beam B m1 having a wavelength λ 1 from the center of the interference beam BM received by the lens system 31, and the dichroic mirror DCM 1 and the dike induced in the photoelectric device DT 1 . Loic transmitted through the mirror (DCM 1) interference beam B m2 (wavelength λ 2) and B m3 (wavelength λ 3) by reflecting only the interference of beam B m2 was converted to the photoelectric device DT 2, and transmits only the interference beam B m3 It is composed of a dichroic mirror (DCM 2 ) leading to the photoelectric element (DT).
그리고 각 광전 소자 DT1, DT2, DT3으로부터는, 피트 주파수 2·△f로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 광전 신호 Ip1, Ip2, Ip3이 출력된다. 이러한 광전 신호 Ipn(n=1, 2, 3)은, 참조광 Bms를 수광하는 광전 소자(40)로부터의 광전 소자 Ims와 함께 제 20 도에 도시된 신호 처리 회로(70A, 70B, 70C, 70D) 각각에 입력된다. 이들 신호 처리 회로는 모두 상기 제 9 도에 도시된 A/D 변환기 회로(50), 파형 메모리 회로(54), 연산 회로(56)와 같은 회로 요소를 포함하고, 각 광전 신호마다의 위상 오프셋(△Ψ)이 산출된다. 이와 같이 하여 산출된 각 광전 신호의 위상 오프셋(△Ψ)의 정보는, 위치 오프셋 연산 회로(72) 내의 컴퓨터에 의해 처리되어, 각 파장 성분마다의 간섭 프린지 상호의 미소한 위치 오프셋량, 즉 각 간섭 프린지의 피치 방향에 대하여 서로 오프셋량이 구해진다.And from each photoelectric element DT 1, DT 2, DT 3, the photoelectric signal I p1, I p2, I p3 is output which varies in a sine wave shape to the foot level, frequency 2 · △ f. These photoelectric signals I pn (n = 1, 2, 3) are combined with the photoelectric elements I ms from the photoelectric elements 40 which receive the reference light B ms and the signal processing circuits 70A, 70B, 70C shown in FIG. , 70D). These signal processing circuits all include circuit elements such as the A / D converter circuit 50, the waveform memory circuit 54, and the operation circuit 56 shown in FIG. 9, and the phase offset for each photoelectric signal ( ΔΨ) is calculated. The information of the phase offset (ΔΨ) of each photoelectric signal calculated in this way is processed by a computer in the position offset calculating circuit 72, and the amount of minute position offset of the interference fringes of each wavelength component, that is, each Offset amounts are determined from each other with respect to the pitch direction of the interference fringe.
이상의 구성에 있어서, 신호 처리 회로(70A 내지 70D) 내의 각 A/D 컨버터 회로(50)와 파형 메모리 회로(54)는 공통의 샘플링 로크 발생 회로(52)(제 6 도 참조)로부터의 클록 펄스 Cps에 응답하여 각 광전 신호의 파형을 동일 시각에 디지털 샘플링한다. 또 신호 처리 회로(70A 내지 70D) 내의 각 연산 회로(56)는 미리 내부에 기억시킨 정현파 데이터 sinωt와 여현파 데이터 cosωt에 기초하여 푸리에 적분의 연산을 행하고, 각 광전 신호 Ip1, Ip2, Ip3, Pms의 데이터 sinωt(또는 cosωt)를 기준으로 한 위상차 △ΨP1, △Ψp2, △Ψp3, △Ψms의 데이터 sinωt(또는 cosωt)를 기준으로 한 위상차 △Ψp1, △Ψp2, △Ψp3, △Ψms의 각각을 산출한다. 정현파 데이터, 서현파 데이터의 주파수 ω는 비트 주파수 2·△f와 관련하여 ω=2π(2·△f)로 정해진다.In the above configuration, each A / D converter circuit 50 and the waveform memory circuit 54 in the signal processing circuits 70A to 70D are clock pulses from a common sampling lock generation circuit 52 (see FIG. 6). In response to C ps , the waveform of each photoelectric signal is digitally sampled at the same time. In addition, the calculation circuits 56 in the signal processing circuits 70A to 70D perform Fourier integration operations based on the sinusoidal data sinωt and the cosine wave data cosωt previously stored therein, and each photoelectric signal I p1 , I p2 , I p3, P ms of data sinωt (or cosωt) a phase difference △ one relative to the Ψ p1, △ Ψ p2, △ Ψ p3, △ Ψ ms of data sinωt (or cosωt) a phase difference △ Ψ p1 relative to, △ Ψ p2 , ΔΨp3 , ΔΨ ms are respectively calculated. The frequency ω of the sinusoidal data and the sine wave data is determined to be ω = 2π (2ΔF) in relation to the bit frequency 2ΔΔf.
다음에 위치 오프셋 연산 회로(72)는 위상차 △ΨP1, △Ψp2, △Ψp3, △Ψms 의 각각에 근거하여, 격자 마크 MG의 각 파장마다의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3을 이하의 각 연산에 의해 산출한다. 단 k는 k=±Pmg/4π로 한다.Next, the position offset calculation circuit 72 performs position offset amounts ΔX 1 and ΔX 2 for each wavelength of the grating mark MG based on the phase differences ΔΨ P1 , ΔΨ p2 , ΔΨ p3 , and ΔΨ ms , respectively. , ΔX 3 is calculated by the following operations. However, k is k = ± Pmg / 4π.
△X1=k(△Ψms-△Ψp1)ΔX 1 = k (ΔΨ ms -ΔΨ p1 )
△X2=k(△Ψms-△Ψp2)ΔX 2 = k (ΔΨ ms -ΔΨ p2 )
△X3=k(△Ψms-△Ψp3)ΔX 3 = k (ΔΨ ms -ΔΨ p3 )
이렇게 산출된 각 위치 오프셋량은 제 6 도, 제 15 도에 도시한 기준판 FG 상의 격자 마크 MG를 검출한 경우에는 거의 같은 값으로 되어 있지만, 그들 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3의 사이에 편차가 있으면, 각 파장마다의 간섭 프린지간에 피치 방향의 상호 오프셋이 생긴 것을 의미한다. 따라서, 웨이퍼 W를 얼라인먼트하는 동작 전에 기준판 FG 상의 격자 마크 MG를 검출하여 각 파장마다 간섭 프린지간의 상호 오프셋을 확인하고 그 상호 오프셋이 허용 범위보다도 크게 되어 있으면, 제 6 도의 조정 광학계(14, 16, 18)나 제 16 도 중의 보정 광학계 CG의 일부를 이동시켜서 상호 오프셋을 허용범위 내에서도 조정한다.The position offset amounts calculated in this way are almost the same value when the grid mark MG on the reference plate FG shown in FIGS. 6 and 15 is detected, but the position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , Δ If there is a deviation between X 3 , it means that a mutual offset in the pitch direction occurs between the interference fringes for each wavelength. Therefore, before the operation of aligning the wafer W, the grating mark MG on the reference plate FG is detected to confirm the mutual offset between the interference fringes for each wavelength, and if the mutual offset is larger than the allowable range, the adjustment optical system 14, 16 of FIG. 18) or part 16 of the correction optical system CG in FIG. 16 to adjust the mutual offset within the allowable range.
이상의 본 실시예에 의하면, 다파장화된 2빔에 의해 생성되는 간섭 프린지를 항상 상호 오프셋하지 않는 양호한 상태로 유지할 수 있고, 웨이퍼 W의 격자 마크를 검출할 때의 오차를 적게 유지할 수 있다.According to the present embodiment described above, the interference fringes generated by the multi-wavelength two beams can be kept in a good state not always offset to each other, and the error in detecting the lattice marks of the wafer W can be kept small.
이상 제 1 내지 제 7의 각 실시예에 의하면, 원래 가간섭이 강한 복수의 광원으로부터의 3개 이상의 조명 빔을 합성하여 다파장화된 조명광을 만들고, 그 조명광의 조사에 의해 격자 마크 등의 주기성 패턴을 검출할 때, 다파장화되는 3개 이상의 조명 빔의 각 파장간의 관계를 파장 축상에서 서로 인접하는 2개의 조명 빔간의 파수(1/λn)의 차값이 어떤 것에 대해서나 거의 ±10% 정도의 허용범위를 갖도록 하였기 때문에, 가간섭이 강한 광을 사용해도 충분한 비간섭성을 달성할 수 있다.According to each of the above first to seventh embodiments, three or more illumination beams from a plurality of light sources with strong interference are originally synthesized to produce multi-wavelength illumination light, and the periodicity of a grid mark or the like is irradiated by the illumination light. When detecting a pattern, the relationship between the wavelengths of three or more illumination beams to be multi-wavelength is approximately ± 10% for any difference in the wave number (1 / λn) between two adjacent illumination beams on the wavelength axis. Since it is made to have the allowable range of, sufficient non-interference can be achieved even if light with strong interference is used.
이 때문에, 종래에 비해 고정밀도를 격자 마크 등의 위치 검출이 가능해진다. 또 본 발명의 각 실시예에 개시한 위치검출 장치는 투사 노광장치뿐만 아니라, 프록시미티 방식의 노광 장치 내의 각종 얼라인먼트계에도 용이하게 적용할 수 있다.For this reason, compared with the past, position detection, such as a grating mark, is attained with high precision. The position detection apparatus disclosed in each embodiment of the present invention can be easily applied not only to the projection exposure apparatus but also to various alignment systems in the proximity type exposure apparatus.
다음에 본원의 제 2 발명에 관하여 다파장 얼라인먼트계에서의 광전 처리에 관한 각 실시예를 설명한다.Next, each Example regarding the photoelectric processing in a multi-wavelength alignment system with respect to 2nd invention of this application is demonstrated.
제 21 도는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 위치 검출장치의 구성을 도시하고, 기본적인 구성은 제 12 도와 비슷하지만, 그래서는 2개의 회절 격자 RG, MG의 사이의 피치 방향(X방향으로 한다)의 상대적인 위치 오프셋량을 호모다인방식으로 계측하는 경우를 예시한다. 조명 빔으로서의 빔 LB1, LB2는 각각 다른 레이저 광원으로부터 서로 다른 파장 λ1, λ2로 사출되며, 동축으로 합성된 위에 빔 스플리터 BS, 미러 MR1을 통해 격자 RG에 수직으로 조사된다. 빔 스플리터 BS는 빔 LB1, LB2의 일부분(수 % 정도)을 진폭 분할하여 다이크로익 미러 DCM1을 통해 광전 소자 DT1, DT2로 유도된다. 다이크로익 미러 DCM1은 파장 λ1의 빔 LB1을 90% 이상 투과하여 광전 소자 DT1로 보내지고, 파장 λ2의 빔 LB2를 90% 이상 반사하여 광전 소자 DT2로 보낸다. 각 광전 소자 DT1, DT2는 수광한 파장 λ1의 빔의 강도값을 표현하는 신호 Ir1과 파장 λ2의 빔의 강도값을 표현하는 신호 Ir2를 출력한다.FIG. 21 shows the configuration of the position detecting apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, and the basic configuration is similar to that of the twelfth diagram, but the pitch direction between the two diffraction gratings RG and MG (it is X direction). The case where the relative position offset of is measured by the homodyne method is illustrated. The beams LB 1 , LB 2 as illumination beams are respectively emitted from different laser light sources at different wavelengths λ 1 , λ 2 and are irradiated perpendicularly to the grating RG through the beam splitter BS, mirror MR 1 , coaxially synthesized. The beam splitter BS is amplitude-divided a portion of the beams LB 1 , LB 2 (a few%) and is led to the photoelectric elements DT 1 , DT 2 through the dichroic mirror DCM 1 . Dichroic mirror DCM 1 to dichroic DT is sent to the photoelectric element 1 and the beam LB 1 having a wavelength λ 1 at least 90% transmission, to the beam LB 2 reflected with a wavelength λ 2 greater than 90% and sends it to the photoelectric element DT 2. Each photoelectric element DT 1 , DT 2 outputs a signal I r1 representing the intensity value of the received beam of wavelength λ 1 and a signal I r2 representing the intensity value of the beam of wavelength λ 2 .
또한 격자 RG로부터는 빔 LB1, LB2(평행 빔)의 조사에 의해 복수의 회절 빔이 발생하지만, 격자 RG를 투과형의 듀티 1:1의 1차원 격자로 하고, 그 피치 방향이 제 1 도의 지면 내의 좌우방향이라고 하면 그들 회절 빔의 각각은 제 1 도의 지면 내에서 소정의 회절각으로 굴곡된다.Although a plurality of diffraction beams are generated from the grating RG by irradiation of the beams LB 1 and LB 2 (parallel beams), the grating RG is a one-dimensional grating having a transmission duty of 1: 1, and the pitch direction is shown in FIG. In the left and right directions in the ground, each of these diffraction beams is bent at a predetermined diffraction angle in the ground in FIG.
제 21 도에서는 그들 회절 빔으로서 파장 λ1의 빔 LB1로부터 생성된 1차 회절 비 +D11, -D11, 파장 λ2의 빔 LB2로부터 생성된 1차 회절 빔 +D12, -D12 및 0차 빔 D0을 도시한다. 물론, 각파장의 빔 LB1, LB2마다, 그 이상의 고차 회절광도 발생하지만, 그래서는 설명을 간략화하기 위해 1차 회절 빔만을 도시한다.21 in FIG. 1 from the generated beam LB1 having a wavelength λ 1 as they diffraction order diffracted beam ratio + D 11, -D 11, the wavelength λ 2 of the beam LB 2 The 1st order diffracted beam + D 12, -D 12 produced from And 0th order beam D 0 . Of course, higher order diffracted light is also generated for each beam LB 1 , LB 2 of each wavelength, but only the first order diffraction beam is shown for simplicity of explanation.
그런데 각 회절 빔은 전군 렌즈계 G1과 후군 렌즈계 G2로 나누어진 결상 광학계에 입사한다. 격자 RG가 전군 렌즈계 G1의 전측 초점거리 f1a의 위치에 배치되고, 전군 렌즈계 G1의 후측 초점거리 f1b의 위치와 후군 렌즈계 G2의 전측 초점거리 f2b의 위치와 일치하여 푸리에 변환면 EP이 형성되면 각 1차 회절 빔은 후군 렌즈계 G2의 후측 초점거리 f2a의 위치에서 교차(결상)한다. 다만, 렌즈계 G1, G2는 2개의 파장 λ1, 2λ는 2개의 파장 λ1, λ2에 대해 색수차가 보정되는 것으로 한다.However, each diffraction beam enters the imaging optical system divided into the front lens group G 1 and the rear lens group G 2 . Grating RG is placed at the position of the front focal length f1a of the front group lens G 1, front group lens G rear focal distance position and a rear group lens system G 2 in the front focal plane position and the matching by applying a Fourier transform of the distance f2b EP formation of f1b 1 Each primary diffraction beam intersects (images) at the position of the rear focal length f2a of the rear lens group G2. However, the lens system G 1, G 2 are the two wavelengths λ 1, λ 2, it is assumed that the chromatic aberration correction for two wavelengths λ 1, λ 2.
제 21 도에 도시하는 바와 같이, 푸리에 변환면(눈동자면) EP의 중앙에는 작은 미러 MR2가 고정되고, 미러 MR2에 의해 격자 RG로부터의 0차 빔 D0은 차광되고, 후군 렌즈계 G2로 입사하는 것이 저지된다. 또 각 1차 회절 빔은 격자 RG로부터 사출할 때는 빔 LB1, LB2와 마찬가지로 평행 빔이 되지만 전군 렌즈계 G1의 작용으로 푸리에 변환면 EP의 위치에서 빔 웨이스트가 되어 수렴한다.As shown in FIG. 21, a small mirror MR 2 is fixed to the center of the Fourier transform surface (the pupil surface) EP, the zero-order beam D 0 from the grating RG is shielded by the mirror MR 2 , and the rear lens system G 2 is provided. Incident to is prevented. When the first diffracted beam is emitted from the grating RG, the beam becomes a parallel beam similarly to the beams LB 1 and LB 2 , but converges as a beam waist at the position of the Fourier transform surface EP under the action of the global lens system G 1 .
그래서, 격자 RG의 피치를 Prg로 하면, 파장 λ1의 빔 LB에 의해 발생한 1차 회절 빔 ±D11의 회절각(0차 빔 D0에 대한 각도) θ1과 파장 λ2의 빔 LB2에 의해 발생한 1차 회절 빔 ±D12의 회절각 θ2는 각각 이하의 식으로 표현된다.Thus, if the pitch of the grating RG as Prg, the wavelength λ beam LB 1-order diffracted beams ± diffraction (angle with respect to the zero-order beam D 0), each of D 11 generated by the 1 θ 1 and wavelength λ 2 beam LB 2 The diffraction angle θ2 of the first diffraction beam ± D 12 generated by the equation is expressed by the following equation, respectively.
sinθ1=λ1/Prg (5)sinθ 1 = λ 1 / Prg (5)
sinθ2=λ2/Prg (6)sinθ 2 = λ 2 / Prg (6)
그래서, λ1<λ2로 하면 θ1<θ2가 되고, 제 21 도에 도시한 바와 같이 푸리에 변환면 EP에 있어서, 1차 회절 빔 ±D11의 쪽이 1차 회절 빔 ±D12의 내측(0차 빔 D0 군)을 통과한다.Therefore, when λ 1 <λ 2 , θ 1 <θ 2 , and as shown in FIG. 21, in the Fourier transform plane EP, the first diffraction beam ± D11 is the inner side of the first diffraction beam ± D 12 . (0th order beam D 0 group).
또한 각 1차 회절 빔은 후군 렌즈 G2를 통해 물체측에 요철형상으로 형성된 피계측용의 반사형 격자 MG 상에서 각각 평행 빔이 되어 중첩한다. 이 때, 격자 MG의 피치 방향도 X방향에 일치하고 있고, 격자 MG 상에는 1차 회절 빔 ±D11의 2빔 간섭에 의해 파장 λ1의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향)가 생성되고, 1차 회절 빔 ±D12의 2빔 간섭에 의해 파장 λ2의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향)가 생성된다. 이 때, 파장 λ1의 광과 파장 λ2의 광이 다른 파장이기 때문에, 1차 회절 빔 ±D11과 ±D12의 사이에서는 간섭 프린지가 생기지 않는. 그리고 중요한 것은 1차 회절 빔 ±D11에 의해 생성된 파장 λ1의 간섭 프린지와 1차 회절 빔 ±D12에 의해 생성된 파장 λ2의 간섭 프린지와는 그 피치가 완전히 동일하고 게다가 단일 간섭 프린지로서 나타나는 것이다.In addition, each primary diffraction beam overlaps each other on a reflective grating MG for measurement, which is formed in an irregular shape on the object side through the rear lens group G2, respectively. At this time, the pitch direction of the grating MG also coincides with the X direction, and on the grating MG, one-dimensional interference fringes having a wavelength λ 1 (the pitch direction is the X direction) are generated by two-beam interference of the first-order diffraction beam ± D 11 . , the first-order diffracted beam by a two-beam interference ± D 12 of wavelength λ 2 of a one-dimensional interference fringes (the pitch direction is X direction) is generated. At this time, since the light of wavelength λ 1 and the light of wavelength λ 2 are different wavelengths, no interference fringe occurs between the first-order diffraction beams ± D 11 and ± D 12 . And importantly, the pitch is exactly the same as the interference fringe of wavelength λ 1 generated by the first diffraction beam ± D 11 and the interference fringe of wavelength λ 2 generated by the first diffraction beam ± D 12 and furthermore a single interference fringe. Appear as
그 간섭 프린지의 강도 분포의 피치 Pif는 격자 RG의 피치 Prg와 결상 광학계(G1, G2)의 배율 M에 의해서 결정되고, Pif= M·Prg/2로 표현된다. 예를 들면 피치 Prg를 4㎛, 배율 M을 1/4(격자 RG의 패턴 사이즈가 격자 MG 측에서 1/4로 축소된다)로 하면 간섭 프린지의 피치 Pif는 0.5㎛가 된다. 그래서 피계측용의 격자 MG의 피치 Pmg=2Pif의 관계, 즉 Pmg=M.Prg의 관계로 정하면, 격자 MG로부터는 1차 회절 빔 +D11을 입사광 빔으로 한 격자 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 MG로부터 수직으로 진행하는 -1차 회절광(파장 λ1)이고, 1차 회절 빔 -D11을 입사광 빔으로 한 격자 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 MG로부터 수직으로 진행하는 +1차 회절광(파장 λ1)이다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ1의 ±1차 회절광은 상호의 위상 상태에 따른 간섭 강도를 갖고. 간섭 빔 BM이 되어 미러 MR2에 도달한다.The pitch Pif of the intensity distribution of the interference fringe is determined by the pitch Prg of the grating RG and the magnification M of the imaging optical systems G1 and G2, and is expressed by Pif = M · Prg / 2. For example, if the pitch Prg is 4 µm and the magnification M is 1/4 (the pattern size of the grid RG is reduced to 1/4 at the lattice MG side), the pitch Pif of the interference fringe is 0.5 µm. Thus, if the relationship between the pitch Pmg = 2Pif of the grating MG for measurement is determined, that is, the relationship of Pmg = M.Prg, one grating generated from the grating MG having the first diffraction beam + D 11 as the incident light beam from the grating MG. The diffracted light is -first-order diffraction light (wavelength λ1) running perpendicularly from the grating MG, and one re-diffracted light generated from the grating MG with the first-order diffraction beam -D 11 as the incident light beam travels perpendicularly from the grating MG. Is + 1st order diffracted light (wavelength λ 1 ). These first-order diffracted light of the wavelength lambda 1 running vertically have interference intensity according to mutual phase states. It is the interference beam BM and reaches the mirror MR 2.
한편, 격자 MG로부터는 1차 회절 빔 ±D12를 입사광 빔으로 한 재회절광도 발생하지만, 1차 회절 빔 +D12의 조사에 의해 격자 MG로부터 발생하는 -1차 회절광(파장 λ2)은 격자 MG와 수직으로 진행하고, 1차 회절 빔 -D12의 조사에 의해 격자 MG로부터 발생하는 +1차 회절광(파장 λ2)도 격자 MG와 수직으로 진행한다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ2의 ±1차 회절광도 상호의 위상 상태에 따른 간섭 강도를 갖고, 간섭 빔 BM이 되어 미러 MR2에 도달한다. 즉, 간섭 빔 BM에는 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1과 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2 이 동축으로 포함되어 있다.On the other hand, although re-diffracted light also arises from the grating MG using the primary diffraction beam ± D 12 as the incident light beam, -first-order diffraction light generated from the grating MG by irradiation of the first diffraction beam + D 12 (wavelength λ 2 ) Travels perpendicular to the grating MG, and the + 1st order diffracted light (wavelength? 2 ) generated from the grating MG by irradiation of the first diffraction beam -D 12 also proceeds perpendicular to the grating MG. These first-order diffraction light beams of wavelength lambda 2 running vertically also have interference intensities according to mutual phase states, and become an interference beam BM to reach the mirror MR 2 . That is, the interference beam BM has interference beam B m2 of the interference beam of wavelength λ 1 and wavelength λ 2 B m1 is contained coaxially.
그 간섭 빔 BM은 미러 MR2에서 반사되어 광전 검출계를 구성하는 렌즈계 G3, 다이크로익 미러 DCM2를 통해서 광전 소자 DT2, DT4에 도달한다. 그 다이크로익 미러 DCM2는 파장 λ1과 λ2를 분할하는 것이고, 실질적으로 다이크로익 미러 DCM1과 같은 것이 사용된다. 따라서 간섭 BM 중의 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1은 광전 소자 DT3에서 수광되고, 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2는 광전 소자 DT4에서 수광된다.The interference beam BM is reflected by the mirror MR 2 and reaches the photoelectric elements DT2 and DT4 through the lens system G 3 and the dichroic mirror DCM2 constituting the photoelectric detection system. The dichroic mirror DCM 2 divides the wavelengths λ 1 and λ 2 , and substantially the same as the dichroic mirror DCM1 is used. Therefore, the interference beam B m1 of the wavelength λ 1 in the interference BM is received by the photoelectric element DT 3 , and the interference beam Bm 2 of the wavelength λ 2 is received by the photoelectric element DT4.
광전 소자 DT3은 간섭 빔 Bm1의 강도에 따른 레벨의 광전 신호 Im1을 회로 유닛 CU1과 CU3으로 출력하고, 광전 소자 DT4는 간섭 빔 Bm2의 강도에 따른 레벨의 광전 신호 Im2를 회로 유닛 CU2와 CU4에 출력한다. 회로 유닛 CU1은 광전 소자 DT1로부터의 신호 Ir1과 광전 신호 Im1의 진폭값과의 비 C1을 Im1/Ir1의 연산에 의해 구하며, 회로 유닛 CU2는 광전 소자 DT2로부터의 신호 Ir2와 광전 신호 Im2의 진폭값과의 비 C2를 Im2/Ir2의 연산에 의해 구한다. 이들의 비 C1, C2의 데이터는 나중에 기술하는 가중 평균을 계산하는 회로 유닛 CU5에 출력된다.The photoelectric element DT 3 outputs the photoelectric signal I m1 at the level corresponding to the intensity of the interference beam B m1 to the circuit units CU 1 and CU 3 , and the photoelectric element DT 4 is the photoelectric signal I m2 at the level corresponding to the intensity of the interference beam B m2 . Is output to the circuit units CU 2 and CU 4 . The circuit unit CU 1 obtains the ratio C 1 of the signal I r1 from the photoelectric element DT 1 to the amplitude value of the photoelectric signal I m1 by the calculation of I m1 / I r1 , and the circuit unit CU 2 is obtained from the photoelectric element DT 2 . The ratio C 2 between the signal I r2 and the amplitude value of the photoelectric signal I m2 is obtained by calculation of I m2 / I r2 . The data of these ratios C 1 and C 2 are output to the circuit unit CU 5 which calculates the weighted average described later.
또한 본 실시예에서는 호모다인 방식을 채용한 것으로, 간섭 빔 Bm1, Bm2의 강도는 격자 RG와 MG의 X방향의 상대위치 변화에 따라 변화하고, 가령 격자 RG, MG인 상태로 정지하면 신호 Im1, Im2의 레벨은 각각 어떤 일정값을 취한다. 그래서 격자 RG에 의해 생성된 격자 MG 상의 간섭 프린지와 격자 MG를 X방향으로 일정량(간섭 프린지의 피치 Pif분 이상)만큼 상대 주사시키고, 그 사이에 생기는 신호 Im1, Im2의 정현파 형상의 레벨 변화에 있어서, 피크값과 보톰값을 샘플링하여, 그 값을 진폭값으로 각각 회로 유닛 CU1, CU2의 연산에 사용하도록 한다.In addition, in the present embodiment, the homodyne method is adopted, and the intensity of the interference beams B m1 and B m2 changes according to the change in the relative position of the gratings RG and MG in the X direction, for example, when the signal is stopped in the states of gratings RG and MG. The levels of I m1 and I m2 each take some constant value. Therefore, the interference fringes on the grid MG generated by the grid RG and the grid MG are relatively scanned in the X direction by a predetermined amount (more than the pitch Pif of the interference fringes), and the level change of the sinusoidal shapes of the signals I m1 and I m2 generated therebetween. In the above, the peak value and the bottom value are sampled, and the value is used as the amplitude value for the calculation of the circuit units CU 1 and CU 2 , respectively.
그래서 제 22A 도 내지 22D 도를 참조하여 간섭 프린지와 격자 MG의 위치 관계 변화에 따른 신호 Im1(Im2 도 마찬가지)의 레벨 변화를 설명한다. 제 22A 도, 22B 도, 22C 도는 각각 제 13A 도, 13B 도, 13C 도와 같은 것이며, 피치 Pif의 간섭 프린지는 2빔 간섭이기 때문에 좋은 정현파 형상의 강도 분포를 갖고, 격자 MG의 피치 Pmg에 대해 Pmg=2Pif로 설정되어 있다. 제 22A 도, 22B 도, 22C도의 순으로 간섭 프린지가 격자 MG에 대해서 우방향으로 이동하면 제 22D와 같이 신호 Im1의 레벨은 정현파 형상으로 변화한다. 제 22B 도와 같이 간섭 프린지의 각 피크가 격자 MG의 각 단 에지와 겹친 위치에서 신호 Im1은 점 B와 같이 보통 레벨이 된다. 그래서 제 22D 중의 점 A의 레벨은 제 22A도의 위치 관계의 경우를 나타내고, 점 C의 레벨은 제 22C도의 위치 관계의 경우를 나타낸다.Therefore, the level change of the signal I m1 (also I m2 ) according to the change in the positional relationship between the interference fringe and the grating MG will be described with reference to FIGS. 22A to 22D. 22A, 22B, and 22C are the same as 13A, 13B, and 13C, respectively, and since the interference fringe of the pitch Pif is two-beam interference, it has a good sinusoidal intensity distribution, and Pmg to the pitch Pmg of the grating MG. = 2Pif is set. When the interference fringe moves in the right direction with respect to the grating MG in the order of FIGS. 22A, 22B, and 22C, the level of the signal Im1 changes to a sinusoidal shape as in the case of 22D. At the position where each peak of the interference fringe overlaps each short edge of the grating MG as shown in the 22B diagram, the signal I m1 becomes a normal level as point B. Thus, the level of the point A in the 22D shows the case of the positional relationship of FIG. 22A, and the level of the point C shows the case of the positional relationship of the 22C.
이와 같이 신호 Im1은 간섭 프린지와 격자 MG가 X방향으로 Pmg/2만큼 이동할 때마다 주기적으로 레벨 변화한다. 이 때문에 예비적으로 간섭 프린지와 격자 MG를 이동시키지 않는 한 검출한 신호 Im1의 피크 레벨이나 보통 레벨을 구할 수 없다. 이상의 것은 신호 Im2에 대해서도 마찬가지이다. 신호 Im2는 ±1차 회절광의 간섭 빔 Bm2의 강도를 나타내기 때문에, 제 22D 도 중에 상상선으로 표시한 바와 같이, 신호 Im1의 레벨과 크게 다른 점은 있어도, 신호 Im1에 대한 위상은 극단적으로 어긋나는 것은 아니다(다만, 레지스트의 간섭이나 마크의 비대칭성에 의해 수 % 정도 어긋나는 경우는 있다). 이 때문에 간섭 프린지와 격자 MG가 정지한 임의의 위치관계의 부분에서 Im1과 Im2의 각 레벨을 샘플링하여도 이론상은 회로 유닛 CU1, CU2에 의한 비 C1, C2의 연산은 가능하다. 그렇지만, 제 22D 도로부터 명백한 바와 같이 신호 Im1, Im2가 피크가 된 점에서 각 레벨을 샘플링한 쪽이 각종 노이즈의 문제나 검출 정밀도의 점에서 유리해진다.As such, the signal I m1 periodically changes level whenever the interference fringe and the grating MG move by Pmg / 2 in the X direction. Therefore, the peak level or normal level of the detected signal I m1 cannot be obtained unless the interference fringe and the grating MG are moved preliminarily. The same applies to the signal I m2 . Signal Im2 are ± 1-order diffracted due to interference of light indicate the intensity of the beam B m2, the 22D also as shown by the imaginary line in, even if the level and the larger difference between the signal I m1, the phase of the signal I m1 is It is not extremely misaligned (but it may be misaligned by a few% due to resist interference or asymmetry of the mark). Therefore, even if each level of I m1 and I m2 is sampled at an arbitrary positional relationship where the interference fringe and the grating MG stop, theoretically, the ratio C 1 and C 2 can be calculated by the circuit units CU 1 and CU 2 . Do. However, as apparent from Fig. 22D, the sampling of each level is advantageous in that the signals I m1 and I m2 become peaks in terms of various noise problems and detection accuracy.
도 21에 도시된 바와 같이, 회로 유닛 CU3, CU4는 각각 신호 Im1, Im2의 진폭 값과 미리 설정된 함수 또는 변환 연산식 F(Im1), F(Im2)에 기초하여, 간섭 프린지와 격자 MG의 X방향의 위치 오프셋량 △X1, △X2를 연산한다. 위치 오프셋량 △X1, △X2는 예를 들면 제 22D 도 중의 각 신호 Im1, Im2의 피크점 또는 보톰점을 기준(원점)으로 하여 그로부터 ±Pmg/4의 범위 내의 값으로서 구해진다.As shown in FIG. 21, the circuit units CU 3 and CU 4 respectively interfere based on the amplitude values of the signals I m1 and I m2 and based on a preset function or a conversion equation F (I m1 ) and F (I m2 ). The position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 in the X direction of the fringe and the grating MG are calculated. Position offset amount △ X 1, △ X 2 are obtained, for example the 22D is also a value in the range of the signals I m1, to a peak point or beam tomjeom of I m2 on the basis (origin) therefrom ± Pmg / 4 in .
함수(또는 식) F(Im1), F(Im2)는 각 신호 Im1, Im2가 정현파 형상이기 때문에, 정현 함수 또는 서현 함수를 사용한다. 일례로서, 먼저 기술한 신호 Im1의 피크 레벨은 Ep1, 보톰 레벨을 Eb1로 하고, 검출해야 할 위치에 있어서의 신호 Im1의 레벨을 e1로 하면(Ep1+Eb1)/2+{(Ep1-Eb1)sinΨ1}/2=e1을 만족하는 라디안 Ψ을 구하고, 이것을 피치 Pmg의 값을 사용한 이하의 교환식에 대입하면, 기준점으로부터의 오프셋량 △X를 알 수 있다.The functions (or expressions) F (I m1 ) and F (I m2 ) use a sine function or a sine function because each of the signals I m1 and I m2 has a sinusoidal shape. As an example, when the peak level of the signal I m1 described above is E p1 , the bottom level is E b1 , and the level of the signal I m1 at the position to be detected is e 1 (E p1 + E b1 ) / 2. By calculating the radian Ψ that satisfies + {(E p1 -E b1 ) sinΨ 1 } / 2 = e 1 and substituting it into the following exchange equation using the value of pitch Pmg, the offset amount ΔX from the reference point can be known. .
△X=Pmg·Ψ/4π (7)ΔX = Pmg Ψ / 4π (7)
이렇게 산출된 오프셋량 △X1, △X2의 데이터는 가중 평균 연산을 행하는 회로 유닛 CU5에 보내지고, 먼저 구한 비 C1, C2를 가중 계수로서 이하의 연산을 행한다.The data of the offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 thus calculated is sent to the circuit unit CU 5 which performs the weighted average operation, and the following calculation is performed using the ratios C 1 and C 2 obtained as the weighting coefficients.
△X=(C1·△X1+C2·△X2)/(C1+C2) (8)ΔX = (C 1 · ΔX 1 + C 2 · ΔX 2 ) / (C 1 + C 2 ) (8)
이 연산으로 구해진 오프셋량 △X가 최종적으로 구해진 격자 MG의 격자 RG에 대한 위치 오프셋량이다.The offset amount ΔX obtained by this calculation is the position offset amount with respect to the grid RG of the grid MG finally obtained.
이 연산식으로부터 명백한 바와 같이, 오프셋량 △X는 간섭 빔 BM 중의 강도가 높은 쪽의 파장 성분의 간섭 빔을 사용한 위치 오프셋량의 계측 결과보다 많은 가중을 하도록 하여 결정된다. 이상과 같이 본 실시예에서는 2개의 다른 파장 성분의 빔 LB1, LB2를 사용해 각 격자 RG, MG를 조사하여 수광해야 할 간섭 빔 BM도 파장별로 광전 검출하고, 각 파장마다의 간섭 빔 Bm1, Bm2를 사용해 개별적으로 위치 오프셋 검출 결과를 파장마다의 수광광의 진폭에 따라 가중 평균하도록 하였기 때문에 더욱 신뢰성이 높은 위치 검출 결과를 얻을 수 있다.As is apparent from this calculation formula, the offset amount ΔX is determined by weighting more than the measurement result of the position offset amount using the interference beam of the wavelength component of the higher intensity in the interference beam BM. As described above, in the present embodiment, the interference beams BM to be received by irradiating each grating RG and MG using two beams LB 1 and LB 2 having two different wavelength components are also photoelectrically detected for each wavelength, and the interference beams B m1 for each wavelength. , B m2 is individually weighted and averaged according to the amplitude of the received light for each wavelength, so that a more reliable position detection result can be obtained.
이상의 제 21 도에 도시한 신호 처리계(회로 유닛 CU1 내지 CU5)의 알고리즘은 이하에서 설명하는 다른 실시예에 있어서도 공동된 것이며, 각 회로 유닛의 기능을 실현하는데 있어서 개별로 변경, 개량이 있을 때에는 그때 설명을 한다. 또 제 21 도에 도시한 광학 배치에서, 격자 RG를 마스크상의 격자 마크로 하고, 격자 MG를 웨이퍼상의 마크로 하며, 결상계 G1, G2를 마스크 패턴의 웨이퍼로의 투사렌즈로 하면, 투사 노광장치에서의 얼라인먼트 장치를 실현할 수 있다.The algorithms of the signal processing systems (circuit units CU 1 to CU 5 ) shown in FIG. 21 above are common in other embodiments described below, and are individually changed and improved in realizing the functions of the circuit units. If so, explain it at that time. In the optical arrangement shown in FIG. 21, when the grating RG is a grating mark on a mask, the grating MG is a mark on a wafer, and the imaging systems G 1 and G 2 are projection lenses on a wafer of a mask pattern, the projection exposure apparatus Alignment device can be realized.
제 23 도는 제 9 실시예에 의한 개략적인 구성을 도시하고, 기본 구성은 제 14 도와 같지만, 수광부의 구성이 제 14 도와 다르다. 그리고 제 21 도 중의 부재나 빔 등과 같은 기능의 것에는 같은 부호를 붙였다. 제 9 실시예에서는 조명용 2개의 빔 LB1, LB2는 렌즈계 G4를 통해 결상 광학계(G1, G2)의 눈동자면의 중앙에 배치된 미러 MR2에 입사시키고, 이 미러 MR2에서 아래로 굴곡된 빔 LB1, LB2를 후군 렌즈계 G2를 통해 광행 빔으로 하여 격자 MG에 수직으로 조사한다. 격자 MG에서 회절한 파장 λ1의 1차 회절 빔 D11과 파장 λ2의 1차 회절 빔 ±D12를 렌즈계 G1, G2를 통해 격자 RG 상에서 교차(결상)시킨다. 격자 RG는 투과형이기 때문에, 1차 회절 빔 ±D11의 조사에 의해 격자 RG로부터 발생한 재회절광의 ±1차 회절광은 격자 RG와 수직으로 결상 광학계와 반대방향으로 진행하며, 미러 MR3과 다이크로익 미러 DCM3을 통해 간섭 빔 Bm1이 되어 광전소자 DT3에서 수광된다. 1차 회절 빔 ±D12의 조사에 의해 발생한 ±1차 재회절광도 간섭 빔 Bm2가 되어 간섭 빔 Bm1과 같은 광로를 통과하여, 다이크로익 미러 DCM3에서 선택되어 광전 소자 DT4에 도달한다. 그 외의 구성은 제 21 도와 같다.23 shows a schematic configuration according to the ninth embodiment, the basic configuration of which is the same as that of the fourteenth diagram, but the configuration of the light receiving portion is different from that of the fourteenth diagram. In Fig. 21, the same reference numerals are given to those having the same function as the members, beams, and the like. In the ninth embodiment, the two beams LB 1 and LB 2 for illumination are incident on the mirror MR 2 disposed in the center of the pupil plane of the imaging optical system G 1 and G 2 through the lens system G 4 , and down from this mirror MR 2 . The bent beams LB 1 and LB 2 are irradiated perpendicularly to the grating MG with the light beam beam through the rear lens group G 2 . The first diffraction beam D 11 of wavelength λ 1 diffracted at the grating MG and the first diffraction beam ± D 12 of the wavelength λ 2 are crossed (imaged) on the grating RG through the lens systems G 1 and G 2 . Since the grating RG is a transmission type, the ± first-order diffraction light of the re-diffracted light generated from the grating RG by the irradiation of the first-order diffraction beam ± D 11 proceeds in the opposite direction to the imaging optical system perpendicular to the grating RG, and the mirror MR 3 and the dike It becomes the interference beam B m1 through the wing mirror DCM 3 and is received by the optoelectronic device DT 3 . The first-order re-diffracted light generated by irradiation of the first-order diffraction beam ± D 12 also becomes the interference beam B m2 , passes through the same optical path as the interference beam B m1, and is selected by the dichroic mirror DCM 3 to reach the optoelectronic device DT 4 . do. The rest of the configuration is the same as in the twenty-first degree.
본 실시예는 빔의 입사광과 수광과의 관계를 제 21 도의 것과 역으로 한 구성이지만, 이 구성은 격자 MG를 반도체 웨이퍼에 형성하고, 격자 RG를 레티클(마스크)에 형성하며, 렌즈계 G1, G2를 레티클 패턴의 투사 노광용의 축소 투사렌즈로 한 (F) 특개평 3-3224호 공보의 장치에 적용할 수 있다. 다만, 공보(F)에 개시된 장치에서는 투사렌즈의 눈동자면 EP에 1차 회절 빔을 미소량만 굴절시키는 작은 렌즈를 설치하고, 투사렌즈에서 발생하는 색수차를 보정하고 있지만 제 23 도의 실시예를 적용할 때는 서로 약간 파장이 다른 2세트의 1차 회절 빔 ±D11, ±D12의 각각에 대해서 최적의 보정이 이루어지도록 작은 렌즈(예를 들면 색분산이 큰 프린트계의 소재)를 설치할 필요가 있다.The present embodiment is a configuration in which the relationship between the incident light and the light reception of the beam is inverse to that of FIG. 21, but this configuration forms the grating MG on the semiconductor wafer, the grating RG on the reticle (mask), and the lens system G 1 ,. one of G 2 to a reduction projection lens of the projection exposure of the reticle pattern (F) can be applied to Unexamined Patent Publication No. 3-3224 of the device. However, in the apparatus disclosed in the publication (F), a small lens for refraction of the primary diffraction beam by only a small amount is provided on the pupil surface EP of the projection lens, and the chromatic aberration generated in the projection lens is corrected, but the embodiment of FIG. 23 is applied. In this case, it is necessary to install a small lens (for example, a material of a high color dispersion printing system) so that an optimal correction can be made for each of two sets of first diffraction beams ± D 11 and ± D 12 that are slightly different from each other. have.
이상, 제 9 실시예에서는 조명용의 빔 LB1, LB2를 예를 들면 웨이퍼 상의 격자 MG에 직접 입사하도록 구성한 것으로, 격자 MG로부터 발생하는 1차 회절 빔 ±D11, ±D21의 각 강도를 제 21 도 중의 격자 MG로부터 발생하는 1차 회절 빔 ±D11, ±D12의 각 강도를 제 21 도 중의 격자 MG로부터 발생하는 회절 빔(간섭 빔 BM)의 통해서 높은 것이 가능하다.As described above, in the ninth embodiment, the beams LB 1 and LB 2 for illumination are configured to directly enter the grating MG on the wafer, for example, and the respective intensities of the first diffraction beams ± D 11 and ± D 21 generated from the grating MG are adjusted. It is possible for each intensity of the primary diffraction beams ± D 11 , ± D 12 generated from the grating MG in FIG. 21 to be high through the diffraction beam (interfering beam BM) generated from the grating MG in FIG. 21.
다음에 본 발명의 제 10 실시예를 제 24 도, 25 도를 참조하여 설명하지만, 기본적인 구성은 상기한 제 6 도의 장치와 같고, 수광계의 구성이 약간 다르다. 그래서는 호모다인 방식 대신 헤테로다인 방식을 사용한다. 제 24 도에 있어서, 3개의 레이저 광원 LS1, LS2, LS3은 각각 다른 파장 λ1, λ2, λ3의 레이저 빔 LB1, LB2, LB3을 사출한다. 일례로서, 레이저 광원 LS1은 λ1=0.633㎛의 He-Ne 레이저 광원, 광원 LS2는 λ2=0.690㎛의 반도체 레이저 광원, 광원 LS3은 λ3=0.760㎛의 반도체 레이저 광원으로 설정되어, 파장의 관계는 λ1<λ2<λ3으로 선택되는 것으로 한다.Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25, but the basic configuration is the same as that of the apparatus of FIG. 6 described above, and the configuration of the light receiving system is slightly different. So instead of homodyne, he uses heterodyne. 25. The method of claim 24 also, the three laser light sources LS 1, LS 2, LS 3 is emitted, each with a different wavelength λ 1, λ 2, λ 3 the laser beam LB 1, LB 2, LB 3 a. As an example, the laser light source LS 1 is set to a He-Ne laser light source of λ 1 = 0.633 μm, the light source LS 2 is a semiconductor laser light source of λ 2 = 0.690 μm, and the light source LS 3 is a semiconductor laser light source of λ 3 = 0.760 μm. , The relationship between the wavelengths is to be selected as λ 1 <λ 2 <λ 3 .
이들 3개의 빔 LB1, LB2, LB3은 미러 MR, 다이크로익 미러 DCM4, DCM5를 통해 1개의 동축 빔 LB0으로 합성되고, 미러 MR에서 반사되어 회전 방사형 격자 판 RRG에 입사한다. 이 격자판 RRG는 제 7 도에 도시한 바와 같이 일방향으로 등각속도로 회전축 C0의 주위로 고속회전하고 있고, 이 격자판 RRG에 의해 회절된 각 차수의 회절광의 주파수를 각속도에 따른 분 만큼 증감시키는 작용을 갖는다.These three beams LB 1 , LB 2 , LB 3 are synthesized into one coaxial beam LB 0 via mirror MR, dichroic mirrors DCM 4 , DCM 5 , and are reflected at the mirror MR and enter the rotating radial grating plate RRG. . As shown in FIG. 7, the grid RRG rotates at high speed about the rotation axis C 0 at an equiangular velocity in one direction, and increases and decreases the frequency of the diffracted light of each order diffracted by the grid RRG by the amount corresponding to the angular velocity. Has
본 실시예에서는 방사형 격자판 RRG로부터의 ±1차 회절광은 사용해 헤테로다인 방식을 실현하는 것으로, 제 24 도에서는 격자판 RRG로부터의 ±1차 회절광 ±LF만을 도시한다.In this embodiment, ± 1st-order diffraction light from the radial grating plate RRG is used to implement the heterodyne system. In FIG. 24, only ± 1st-order diffraction light ± LF from the grating plate RRG is shown.
제 21 도에 도시한 바와 마찬가지로 격자판 RRG의 격자 RG로부터는 파장 λ1의 빔 LB1로 만들어진 1차 회절 빔 ±D11과 파장 λ2의 빔 LB2로 만들어진 1차 회절 빔 ±D12와 그리고 파장 λ3의 빔 LB3으로 만들어진 1차 회절 빔 ±D13이 발생한다. 각 파장마다 1차 회절 빔의 회절각 θ는 이하와 같이 나타난다.As shown in FIG. 21, from the grating RG of the grating plate RRG, the first diffraction beam ± D 11 made of the beam LB1 of the wavelength λ 1 , the first diffraction beam ± D 12 made of the beam LB 2 of the wavelength λ 2 , and the wavelength A first diffraction beam, ± D 13 , made of a beam LB 3 of λ 3 occurs. The diffraction angle θ of the primary diffraction beam for each wavelength is expressed as follows.
sinθn=λn/Prgsinθ n = λ n / Prg
여기서 n은 파장의 수를 나타내고, Prg는 회전 격자판 PRG의 격자 RG의 피치를 나타낸다.Where n represents the number of wavelengths and Prg represents the pitch of the grating RG of the rotating grating plate PRG.
한편, 1차 회절 빔은 파장에 의해 일정주파수 편이 △f를 갖고, 격자 판 RRG의 격자 RG가 빔 LB0을 가로지르는 속도를 V라고 하면, △f=V/Prg로 표현되고, +1차 회절 빔은 0차 광의 주파수에 대해 △f만큼 낮아진다. 이 때문에 회전 방사형 격자판 PRG는 주파수 시프터로서 작용한다.On the other hand, if the primary diffraction beam has a constant frequency shift Δf depending on the wavelength, and the speed at which the lattice RG of the lattice plate RRG crosses the beam LB 0 is V, it is expressed as Δf = V / Prg and the + 1st order The diffraction beam is lowered by Δf relative to the frequency of the zeroth order light. For this reason, the rotational radial grating PRG acts as a frequency shifter.
또, 3개의 파장 성분의 1차 회절 빔 ±D1n(n=1, 2, 3)으로 이루어지는 입사광 빔 ±LF와 0차 광 D0은 제 24 도에 도시한 바와 같이 콜리메이터 렌즈(10)에 의해 주광선이 서로 평행해지도록 변환되고, 빔 선택부재(12)에 도달한다. 이 빔 선택부재(12)는 이른바 푸리에 변환면에 놓이는 공간 필터로서 기능하고, 그래서는 0차 광 D0이 차단되고, 1차 회절광 ±D1n에 의한 입사광 빔 ±LF가 통과한다.Incident light beams ± LF and zero-order light D 0 each consisting of the first-order diffraction beams ± D 1n (n = 1, 2, 3) of the three wavelength components are applied to the collimator lens 10 as shown in FIG. By this, the chief rays of light are converted to be parallel to each other, and reach the beam selection member 12. The beam selecting member 12 functions as a spatial filter placed on a so-called Fourier transform surface, so that the 0th order light D 0 is blocked, and the incident light beam + LF by the first diffraction light + D 1n passes.
그 후, 입사광 빔 ±LF는 경사량이 가변인 평행 평판 유리로 구성된 조정 광학계(14, 16, 18)를 통해서 빔 스플리터(하프 미러)(20)에 도달한다. 조정 광학계(14)는 입사광 빔 +LF와 입사광 빔 -LF와의 푸리에 공간에서의 간격을 변화시키지 않고, 렌즈(10)의 광축에 대해 편심시키는 기능을 갖고, 조정 광학계(16, 18)는 입사광 빔 +LF와 입사광 빔 -LF의 각각의 광축에 대한 위치를 개별로 조정하는 기능을 갖는다.Then, the incident light beam ± LF reaches the beam splitter (half mirror) 20 through the adjustment optical systems 14, 16, 18 made of parallel flat glass of which the tilt amount is variable. The adjustment optical system 14 has a function of eccentricity with respect to the optical axis of the lens 10 without changing the distance in the Fourier space between the incident light beam + LF and the incident light beam -LF, and the adjustment optical systems 16 and 18 have the incident light beam. It has the function of adjusting the position with respect to each optical axis of + LF and incident light beam -LF separately.
그 입사광 빔 ±LF는 빔 스플리터(20)에서 2개로 분할되어, 한쪽은 대물렌즈(22)에 입사하고, 다른쪽은 파장 선택 필터(24)를 통해, 분할된 입사광 빔 ±LF 중의 특정한 파장의 1차 빔, 즉, λ2의 1차 빔 ±D12 만이 선택되어 집광 렌즈(푸리에 변환 렌즈)(26)에 입사한다.The incident light beam ± LF is divided into two in the beam splitter 20, one of which is incident on the objective lens 22, and the other of the incident light beam ± LF is of a specific wavelength in the divided incident light beam ± LF. the primary beam, i.e., is selected only the first order beam of the ± 12 D λ 2 incident on the condenser lens (Fourier transformation lens) 26.
한편 대물렌즈(22)에 입사한 입사광 빔 ±LF는 각각 평행 빔이 되어 서로 다른 각도로 웨이퍼 ω상의 격자 MG를 동시에 조사한다. 이것에 의해 격자 MG 상에는 파장 λ1의 입사광 빔 ±D11의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지, 파장 λ2의 입사광 빔 ±D12의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지, 및 파장 λ3의 입사광 빔 ±D13에 의해 만들어진 간섭 프린지의 3개가 같은 피치, 같은 위상으로 중첩하여 나타난다. 또한 입사광 빔 +LF와 -LF와의 사이의 주파수 차 2·△f 때문에, 그 간섭 프린지는 격자 MG 상을 일방향으로 등속도 이동하고 있는 것처럼 관측된다. 그 이동속도는 회전 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 속도 V에 비례한다. 또, 제 24 도에서 명백한 바와 같이, 웨이퍼 W 표면(격자 MG)과 방사형 격자판 RRG는 콜리메이터 렌즈(10)와 대물렌즈(22)와의 합성계에 의해 서로 공역(결상 관계)이 되도록 배치된다. 그 때문에 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 ±1차 회절광에 의한 회절상이 웨이퍼 W의 격자 MG 상에 형성되지만 0차 광 D0이 차폐되어 있기 때문에 격자 RG의 피치의 1/2의 회절상(간섭 프린지 강도 분포)이 형성된다. 그리고 그 간섭 프린지의 웨이퍼 W 상에서의 피치 Pif는 앞의 실시예와 마찬가지로 격자 MG의 피치 Pmg의 1/2로 설정된다.On the other hand, the incident light beams ± LF incident on the objective lens 22 become parallel beams, respectively, and simultaneously irradiate the lattice MG on the wafer? At different angles. Thereby, on the grating MG, an interference fringe produced by the interference of the incident light beam ± D 11 of wavelength λ 1, an interference fringe produced by the interference of the incident light beam ± D 12 of wavelength λ 2 , and an incident light beam ± D 13 of wavelength λ 3 . Three of the interference fringes created by the superimposition appear in the same pitch and in the same phase. Further, because of the frequency difference 2 · Δf between the incident light beams + LF and -LF, the interference fringe is observed as if it is moving at a constant velocity on the grating MG in one direction. The moving speed is proportional to the speed V of the grating RG of the rotating radial grating RRG. In addition, as is apparent from FIG. 24, the wafer W surface (lattice MG) and the radial lattice plate RRG are arranged so as to be conjugated to each other by the synthesis system of the collimator lens 10 and the objective lens 22. Therefore, the diffraction image by the ± 1st order diffracted light of the grating RG of the radial grating plate RRG is formed on the grating MG of the wafer W, but since the 0th order light D 0 is shielded, the diffraction image of 1/2 of the pitch of the grating RG (interference fringe Intensity distribution) is formed. The pitch Pif on the wafer W of the interference fringe is set to 1/2 of the pitch Pmg of the grating MG as in the previous embodiment.
이상과 같은 관계를 만족할 때, 입사광 빔 ±LF의 조사에 의해 격자 MG로부터 1차 회절광이 수직으로 발생한다. 즉 입사광 빔 +LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광과, 입사광 빔 LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광이 간섭한 간섭 빔 BM이 발생한다. 간섭 빔 BM은 주파수 2·△f로 강도 변조된 빔광이 된다. 이와 같이±1차 회절광(간섭 빔 BM)을 동일방향으로 발생시키기 때문에, 다른 견해로 보면 대물렌즈(22)의 초점거리를 F0으로 하여 각 파장마다 입사광 빔 ±LF의 푸리에 변환면 상에서의 광축으로부터의 간격 DLn을,When the above relationship is satisfied, the first-order diffracted light is generated vertically from the grating MG by irradiation of the incident light beam ± LF. In other words, the first-order diffracted light generated vertically by the irradiation of the incident light beam + LF and the first-order diffracted light generated vertically by the irradiation of the incident light beam LF generate an interference beam BM. The interference beam BM becomes beam light intensity-modulated at the frequency 2 · Δf. As described above, since the first-order diffraction light (interfering beam BM) is generated in the same direction, from another viewpoint, the focal length of the objective lens 22 is set to F 0 on the Fourier transform plane of the incident light beam ± LF for each wavelength. The interval DL n from the optical axis,
DLn=F0·sinθn=±F0·λn/Pmg(n= 1, 2, 3) DLn = F 0 · sinθ n = ± F 0 · λ n / Pmg (n = 1, 2, 3)
로 설정하면 좋다. 이와 같은 각 파장마다의 간격 DLn의 설정은 회전 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 피치나 콜리메이터 렌즈(10)의 초점거리를 정당히 정하는 것으로 조정 가능하다.Set to. The setting of the interval DL n for each wavelength can be adjusted by properly determining the pitch of the grating RG of the rotational radial grating plate RRG and the focal length of the collimator lens 10.
또한 웨이퍼 W 상에 형성되는 간섭 프린지는 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 회절상으로서 결상되어 있기 때문에, 원리적으로 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치와 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치가 정수배의 관계가 되면, 다른 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치도 스스로 그 관계가 되어 있는 것이며, 또한 각 파장 성분마다의 간섭 프린지도 완전히 합치되어 서로 위상 오프셋, 위치 오프셋을 일으키지 않은 것이다. 그렇지만 실제로는 대물렌즈(22), 콜리메이터 렌즈(10) 등의 광학계의 색수차의 정도에 따라 각 파장 성분마다의 간섭 프린지는 서로 위치 오프셋, 위상 오프셋 및 피치 오프셋을 일으킨다.In addition, since the interference fringe formed on the wafer W is formed as a diffraction image of the grating RG of the radial grating plate RRG, in principle, the pitch of the interference fringe by one wavelength component among three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 When the pitches of the lattice marks MG of the wafer W become integer multiples, the pitches of the interference fringes due to different wavelength components are also related to each other, and the interference fringes of the respective wavelength components are completely matched to each other so that the phase offset and position are mutually correct. It did not cause an offset. In practice, however, interference fringes for each wavelength component cause position offsets, phase offsets, and pitch offsets according to the degree of chromatic aberration of the optical system such as the objective lens 22 and the collimator lens 10.
그래서 이와 같은 오프셋을 보정하기 위해, 제 24 도 중의 조정 광학계(14, 16, 18)를 사용한다. 이들 광학계(14, 16, 18)는 평행평판 유리로 구성되고, 그 재료로서 색분산이 큰 것을 사용하면, 각 파장 성분마다 웨이퍼 W 상에 형성되는 간섭 프린지의 상호위치 오프셋이나 위상 오프셋을 미소하게 변화시킬 수 있다. 혹은 조정 광학계(14, 16, 18)로서 색분산이 작은 평행 평판 유리와 색분산이 큰 평행 평판 유리를 조합하여, 색분산이 큰 평행 평판 유리의 경사 조정으로 각 파장 성분마다의 간섭 프린지의 상호관계를 보정하고, 그 보정에 의해 생기는 입사광 빔 ±LF의 웨이퍼 상에서의 전체적인 경사 오차에 관해서는 색분산이 작은 평행평판 유리의 경사 조정으로 보정하는 것이 가능하다.Therefore, in order to correct this offset, the adjusting optical systems 14, 16, and 18 in Fig. 24 are used. These optical systems 14, 16, and 18 are made of parallel flat glass, and when the material having a large color dispersion is used, the mutual position offset and phase offset of the interference fringe formed on the wafer W for each wavelength component are minutely reduced. Can change. Alternatively, as the adjustment optical systems 14, 16, and 18, a parallel plate glass having a small color dispersion and a parallel plate glass having a high color dispersion are combined to adjust the inclination of the interference fringes for each wavelength component by tilt adjustment of the parallel plate glass having a high color dispersion. It is possible to correct the relationship and correct the inclination of the parallel plate glass with small color dispersion with respect to the overall inclination error on the wafer of the incident light beam ± LF generated by the correction.
이상과 같은 간섭 프린지에 의해 조명된 격자 MG로부터 수직으로 발생한 간섭 빔 BM은 대물렌즈(22), 빔 스플리터(20)를 통과하여 공간 필터(28)에 도달한다. 이 공간 필터(28)는 대물렌즈(22)에 관한 푸리에 변환면 또는 그 근방에 배치되고, 본 실시예에서는 간섭 빔 BM(±1차 회절광)만을 투과시키는 개구를 갖는다. 그리고 공간 필터(28)를 투과한 간섭 빔 BM은 렌즈계(푸리에 변환렌즈)(30)에서 평행 빔으로 변환된 후 제 1 다이크로익 미러(32), 제 2 다이크로익 미러(34)의 각각에 의해 파장 선택된다.The interference beam BM generated vertically from the grating MG illuminated by the interference fringe as described above passes through the objective lens 22 and the beam splitter 20 to reach the spatial filter 28. This spatial filter 28 is disposed on or near the Fourier transform surface of the objective lens 22, and has an opening for transmitting only the interference beam BM (± first order diffracted light) in this embodiment. The interference beam BM transmitted through the spatial filter 28 is converted into a parallel beam in the lens system (Fourier transform lens) 30 and then each of the first dichroic mirror 32 and the second dichroic mirror 34. The wavelength is selected by.
또한 간섭 빔 BM 중 파장 λ1의 성분의 빔 Bm1은 다이크로익 미러(32)에서 90% 이상이 반사되어 광전 소자(36A)에 수광된다. 간섭 빔 BM 중 파장 λ2의 성분의 빔 Bm2는 다이크로익 미러(32)를 투과한 후 다이크로익 미러(34)에서 90% 이상이 반사되어 광전 소자(36B)에 수광되고, 간섭 빔 BM 중 파장 λ3의 성분의 빔 Bm3은 다이크로익 미러(32, 34)를 투과하여 광전 소자(36c)에 수광된다. 이들 광전 소자(36A, 36B, 36C)는 제 21 도 중의 광전 소자 DT3, DT4와 같은 기능을 갖고, 단 수광해야 할 간섭 빔 Bm1, Bm2, Bm3의 각각이 비트 주파수 2△f로 강도 변조되어 있는 점에서 다를 뿐이다. 또한, 사용하는 파장 λ1, λ2, λ3의 간격에 따라서는 다이크로익 미러(32, 34)에 의한 파장 분할이 불충분한 경우도 있기 때문에, 각 수광 소자(36A, 36B, 36C)의 직전에 간섭 필터(저역 통과 필터)를 배치해도 좋다. 또 다이크로익 미러(32, 34)는 각각 입사광계측의 다이크로익 미러 DCM5, DCM4와 같은 것이라는 것은 말할 필요도 없다.In addition, the beam B m1 of the component of the wavelength λ 1 of the interference beam BM is 90% or more from the dichroic mirror 32 to the dichroic reflection is received by the photoelectric elements (36A). The beam B m2 of the component of wavelength λ 2 of the interference beam BM passes through the dichroic mirror 32 and is then reflected by the dichroic mirror 34 to 90% or more to be received by the photoelectric element 36B. The beam B m3 of the component of the wavelength λ 3 in the BM passes through the dichroic mirrors 32 and 34 and is received by the photoelectric element 36c. These photoelectric elements 36A, 36B, 36C have the same function as the photoelectric elements DT3, DT4 in FIG. 21, except that the interference beams B m1 , B m2 , B m3 to be received are each of the intensity at the bit frequency 2Δf. It only differs in that it is modulated. In addition, depending on the intervals of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 to be used, the wavelength division by the dichroic mirrors 32 and 34 may be insufficient, so that each of the light receiving elements 36A, 36B, and 36C An interference filter (low pass filter) may be disposed just before. It goes without saying that the dichroic mirrors 32 and 34 are the same as the dichroic mirrors DCM5 and DCM4 of the incident light measurement, respectively.
각 광전 소자(36A, 36B, 36C)의 광전 신호 Im1, Im2, Im3은 격자 마크 MG로부터의 간섭 BM이 존재하는 동안, 비트 주파수 2·△f와 같은 주파수로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 파형이 된다.The photoelectric signals I m1 , I m2 , and I m3 of each photoelectric element 36A, 36B, 36C are level-changed in a sinusoidal shape at a frequency equal to the bit frequency 2 · Δf while the interference BM from the lattice mark MG is present. It becomes a waveform.
한편, 파장선택 필터(24)에서 선택되어, 집광 렌즈(26)에 입사한 1차 빔 ±D12는 투과형의 기준 격자 SG 상에 중첩하여 조사된다. 그래서도 기준 격자 SG는 콜리메이터 렌즈(10)와 집광 렌즈(26)와의 합성계에 관해 회전 방사형 격자판 RRG(주파수 변조기)와 공역으로 배치된다. 이 때문에 기준 격자 SG 상에도 1차 빔 ±D12의 2빔 간섭에 의한 1차원의 간섭 프린지가 형성되고, 그것은 비트 주파수 2·△f에 대응한 속도로 이동한다.On the other hand, the primary beam ± D 12 selected by the wavelength selection filter 24 and incident on the condenser lens 26 is irradiated on the transmissive reference grating SG. Nevertheless, the reference grating SG is disposed in conjugation with the rotational radial grating plate RRG (frequency modulator) with respect to the synthesis system of the collimator lens 10 and the condenser lens 26. For this reason, the one-dimensional interference fringe by the two-beam interference of the primary beam +-D12 is formed also on the reference grating SG, and it moves at a speed corresponding to the bit frequency 2? Δf.
그래서 기준 격자 SG의 피치와 그 간섭 프린지의 피치를 적당하게 결정하면, 기준 격자 SG로부터 발생한 ±1차 회절광이 동일방향으로 간섭 빔 Bms가 되어 진행하고, 그것은 공간 필터(38)를 투과하여 광전 소자(40)에 수광된다. 이 광전 소자(40)의 광전 신호 Ims는 비트 주파수 2△f와 같은 주파수로 정현파로 레벨 변화하는 파형이 되고, 그 신호 Ims가 헤테로다인 방식의 기준 신호가 된다.Thus, if the pitch of the reference grating SG and the pitch of the interference fringe are appropriately determined, the ± first-order diffracted light generated from the reference grating SG becomes the interference beam B ms in the same direction, and it passes through the spatial filter 38 The light is received by the photoelectric element 40. The photoelectric signal I ms of the photoelectric element 40 becomes a waveform which level changes to a sine wave at the same frequency as the bit frequency 2Δf, and the signal I ms is a heterodyne reference signal.
이상의 구성에서 기준 격자 SG는 유리판 상에 크롬층을 증착하고, 그 크롬층을 투명 라인과 차광 라인이 교대로 형성되도록 에칭하여 만들어져 있기 때문에, 적어도 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG와 같은 비대칭성, 레지스트층의 문제가 거의 없는 이상적인 격자, 즉 진폭 투과율이 대칭적인 격자로 만들어진다. 이 때문에 기준 격자 SG에 조사되는 한 쌍의 입사광 빔은 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장에 대응한 1차 빔만으로도 충분한 정밀도를 얻을 수 있다. 물론, 입사광 빔 ±LF에 포함되는 3개의 1차 빔 ±D11, ±D12, ±D13의 전부를 동시에 기준 격자 SG로 조사하여, 웨이퍼상의 격자 마크 MG와 마찬가지로 다색 간섭 프린지를 형성하도록 해도 좋다.In the above configuration, the reference lattice SG is made by depositing a chromium layer on a glass plate and etching the chromium layer so that transparent lines and light shielding lines are alternately formed, so that at least an asymmetrical, resist layer such as lattice mark MG on the wafer W is formed. An ideal grating with little problem of, i.e., a grating symmetrical in amplitude transmittance. For this reason, the pair of incident light beams irradiated to the reference grating SG can obtain sufficient accuracy only by the primary beam corresponding to one of the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 . Of course, all three primary beams ± D 11 , ± D 12 , and ± D 13 included in the incident light beam ± LF may be irradiated simultaneously with the reference grid SG to form a multicolor interference fringe similar to the grid mark MG on the wafer. good.
이와 같이 기준 격자 SG 상에 다색 간섭 프린지를 형성하고, 그 기준 격자 SG로부터 발생하는 간섭 빔 Bms를 각 파장마다 분리하여 광전 검출하도록 구성하면, 파장 λ1에 따른 기준신호, 파장 λ2에 따른 기준신호, 및 파장 λ3에 따른 기준신호를 개별로 얻을 수 있기 때문에 파장마다 격자 마크 MG의 위치 계측이 가능해진다. 또한 웨이퍼 W 상에 형성되는 3개의 파장 성분마다 간섭 프린지가 상호 일정 위치 오프셋(위상 오프셋)을 일으켜도 그것을 미리 오프셋량으로서 계측하여 두는 것도 가능해진다. 그것에 대해서는 나중에 상세하게 기술한다.If a multi-color interference fringe is formed on the reference grating SG as described above, and the interference beam Bms generated from the reference grating SG is configured to be photoelectrically detected for each wavelength, the reference signal according to the wavelength λ 1 and the reference according to the wavelength λ 2 Since the signal and the reference signal corresponding to the wavelength λ 3 can be obtained separately, the position measurement of the grating mark MG can be performed for each wavelength. In addition, even if the interference fringes generate mutually constant position offsets (phase offsets) for each of the three wavelength components formed on the wafer W, it is possible to measure them as an offset amount in advance. It will be described later in detail.
그런데, 제 24 도에 도시한 웨이퍼 W는 대물렌즈(22)의 광축과 수직인 면(XY 평면) 내에서 2차원 이동하는 웨이퍼 스테이지 WST 상에 위치된다. 이 스테이지 WST 상의 2차원 이동은 구동 모터를 포함한 구동원(42)에 의해 행하여지고, 모터에 의해 보내져 피드 스크루를 회전시키는 방식, 또는 리니어 모터에 의해서 스테이지 본체를 직접 운동시키는 방식 중 어떤 것이어도 좋다. 다음에 스테이지 WST의 좌표 위치는 레이저 간섭계(44)에 의해 순서대로 계측된다. 이 레이저 간섭계(44)의 계측값은 구동원(42)의 피드백 제어에 사용한다. 다음에 웨이퍼 스테이지 WST의 일부에는 기준 마크판 FG가 설치되어 있다. 마크판 FG에는 석영의 표면에 크롬층으로 라인 앤드 스페이스를 패터닝한 반사형 강도 격자(피치는 웨이퍼상의 격자 MG와 동일)가 형성된다. 이 때문에 강도격자는 웨이퍼 W 상에 요철로 형성된 격자 마크 MG와 같은 위상격자와 달리, 비대칭성이 없는 회절 효율이 조명광(또는 검출광)의 파장에 의존하지 않는다는 특징, 즉 진폭 반사율에 비대칭성이 없다는 특징을 갖는다. 다음에 크롬층의 반사율도 위치 검출용의 조명광의 파장대(일반적으로는 0.5 내지 0.8㎛)에서는 변화하지 않는다. 이 때문에, 기준 마크판 FG 상의 강도 격자를 사용하면 각 파장마다 얻어진 광전 신호 Im1, Im2, Im3의 각 진폭의 변화나 상호의 비를 정확히 구할 수 있다.By the way, the wafer W shown in FIG. 24 is located on the wafer stage WST which moves two-dimensionally in the surface (XY plane) perpendicular | vertical to the optical axis of the objective lens 22. FIG. The two-dimensional movement on this stage WST is performed by the drive source 42 including a drive motor, and may be either a method of being sent by the motor to rotate the feed screw or a method of directly moving the stage main body by a linear motor. Next, the coordinate position of the stage WST is measured in order by the laser interferometer 44. The measured value of this laser interferometer 44 is used for feedback control of the drive source 42. Next, a part of wafer stage WST is provided with reference mark plate FG. On the mark plate FG, a reflective intensity grating (pitch is the same as the lattice MG on the wafer) formed by patterning a line and space with a chromium layer on the surface of quartz. Because of this, the intensity grating is characterized in that, unlike a phase grating such as lattice mark MG formed by irregularities on the wafer W, the diffraction efficiency without asymmetry does not depend on the wavelength of the illumination light (or detection light), that is, the asymmetry in amplitude reflectance There is no characteristic. Next, the reflectance of the chromium layer also does not change in the wavelength band (generally 0.5 to 0.8 mu m) of the illumination light for position detection. Therefore, the reference mark plate using the intensity grating on the FG if can be accurately obtained, thereby obtaining the photoelectric signal I m1, I m2, the ratio of the change in the amplitude of the I and trade of each m3 for each wavelength.
이상의 제 24 도의 장치에 있어서, 광원으로서 반도체 레이저를 사용하지만, 이 경우 반도체 레이저(LS2, LS3)와 각 다이크로익 미러 DCM4, DCM5의 사이에 비 점수차 제거용 정형 광학계(경사진 복수장의 평행 평판 유리 등)를 설치하고, 1 장으로 합성된 빔 LB0의 각 파장 성분마다의 빔 성분을 같은 구경으로 하는 것이 좋다. 또 그 이외의 경우에도, 합성후의 빔 LB0의 직경을 각 파장 성분마다 빔 정형 광학계를 설치하는 것이 바람직하다.In the above-described apparatus of FIG. 24, a semiconductor laser is used as a light source, but in this case, a standard optical system for removing the non-score difference between the semiconductor lasers LS 2 and LS 3 and the dichroic mirrors DCM 4 and DCM 5 (tilted providing a plurality sheets of the parallel flat glass plates, etc.), it is appropriate that the beam component of each wavelength component of the beam LB 0 synthesized by one in the same aperture. Also in other cases, it is preferable to provide a beam shaping optical system for each wavelength component of the diameter of the beam LB 0 after synthesis.
또 제 24 도에서는 설명을 간략하게 하기 위해서 주파수 시프터로서 회전 방사형 격자판 RRG를 사용했지만, 다른 2개의 음향광학 변조기(AOM)를 사용하거나, 중심 파장 λ1로 발진하는 제 1 제만 레이저 광원과 중심파장 λ2로 발진하는 제 2 제만 레이저 광원을 광원으로 사용해도 좋다. 다만, 제만 레이저의 경우, 일반적으로는 편광 방향이 상보적인 2개의 레이저 빔을 발진하여, 그 빔 사이에 수백킬로 Hz 내지 수메가 Hz의 주파 수차를 주기 때문에, 광전 검출하는 간섭 빔의 비트 주파수도 그 나름대로 높아지며, 광전 소자(36A, 36B, 36C, 40) 등은 높은 신뢰도를 갖는 PIN 다이오드 나 포토멀티플라이어 등을 사용하게 된다.In FIG. 24, in order to simplify the description, the rotational radial grating plate RRG is used as the frequency shifter, but only the first zebra laser light source and the center wavelength lambda that use two other acoustic optical modulators (AOM) or oscillate at the center wavelength lambda 1 Only the second agent oscillating at 2 may use the laser light source as the light source. However, in the case of the Zeeman laser, since the two laser beams generally having complementary polarization directions oscillate and give a frequency aberration of several hundred kilo Hz to several mega Hz between the beams, the bit frequency of the interference beam for photoelectric detection is also As it increases, the photoelectric elements 36A, 36B, 36C, and 40 use PIN diodes or photomultipliers having high reliability.
또 제 24 도에 도시한 각종 다이크로익 미러는 프리즘 등의 분산소자로 바꾸어도 좋다. 이 경우, 1개의 프리즘은 예를 들면 2개의 다이크로익 미러 DCM4, DCM5의 세트, 혹은 다이크로익 미러(32, 34)의 세트와 같은 기능을 갖는다.The various dichroic mirrors shown in FIG. 24 may be replaced with a dispersion element such as a prism. In this case, one prism has the same function as, for example, two dichroic mirrors DCM 4 , a set of DCM 5 , or a set of dichroic mirrors 32, 34.
다음에 제 24 도의 장치에 적절한 위치 검출, 위치 제어 회로의 일례를 제 25 도를 참조하여 설명한다. 제 25 도의 헤테로다인 방식의 경우, 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG, 또는 기준 마크판 FG로부터 간섭 빔 BM이 발생하는 동안, 각 광전 소자(36A, 36B, 36C, 40)로부터의 신호 Im1, Im2, Im3, Ims는 제 26A 도 내지 26D 도에 도시하는 바와 같은 정현파 형상의 교류 파형이 된다.Next, an example of a position detection and position control circuit suitable for the apparatus of FIG. 24 will be described with reference to FIG. In the heterodyne scheme of FIG. 25, the signals I m1 , I m2 from each photoelectric element 36A, 36B, 36C, 40 while the interference beam BM is generated from the lattice mark MG on the wafer W or the reference mark plate FG. , I m3 , and I ms are sinusoidal alternating current waveforms as shown in FIGS. 26A to 26D.
제 26D 도는 기준 신호가 된 신호 Ims의 시간적인 강도 변화를 도시하고, 제 26A 도, 제 26B 도, 제 26C 도는 각 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG로부터의 간섭 빔 BM을 수광하였을 때의 신호 Im1, Im2, Im3의 시간적인 강도 변화의 일례를 도시한다. 그래서 신호 Ims의 위상을 기준으로 하면, 신호 Im1의 위상은 신호 Ims에 대해 -△Ψ1만큼 어긋나고, 신호 Im2의 위상은 신호 Ims에 대해 -△Ψ2큼 어긋나며, 신호 Im3의 위상은 신호 Ims에 대해 -△Ψ3 만큼 어긋나 있는 것으로 한다. 또, 신호 Im1의 진폭(교류 성분의 피크 투 피크)은 E1, 신호 Im2의 진폭은 E2, 신호 Im3의 진폭은 E3이 되는 것으로 한다.FIG. 26D shows the temporal change in intensity of the signal I ms which became the reference signal, and FIGS. 26A, 26B and 26C show the signal I m1 when receiving the interference beam BM from the lattice mark MG on each wafer W. FIG. An example of the temporal intensity change of, I m2 and I m3 is shown. So signal when a phase reference of I ms, the signal phase of the I m1 is a signal for a I ms - △ Ψ shifted by one, and the signal phase of the I m2 is for the signal I ms - eogeutnamyeo than △ Ψ 2, signal I m3 The phase of is assumed to be shifted by -ΔΨ 3 with respect to the signal I ms . In addition, the amplitude of the amplitude (a peak-to-peak AC component) of the signal I m1 is the amplitude of E 1, E 2 is the signal I m2, I signal m3 is assumed that E 3.
제 25 도에 도시된 회로 블록에 있어서, 각 신호 Im1, Im2, Im3, Ims는 아날로그-디지털 변환(A/D 컨버터)회로 유닛(50)에 입력되고, 그래서 샘플링 클록 발생회로(52)로부터의 클록신호(펄스) Cps에 응답하여 각 신호의 그 순간 강도 레벨이 디지털값으로 변환된다. 클록신호 Cps의 주파수는 신호 Imn(n=1, 2, 3), Ims의 비트 주파수보다도 충분히 높게 정해져, 그 클록신호 Cps는 파형 메모리 회로 유닛(54)에도 보내지며, A/D 컨버터(50)로부터의 디지털값(데이터)을 기억할 때의 메모리 어드레스의 갱신에 사용한다. 따라서, 파형 메모리 회로 유닛(54)에는 제 26A 도 내지 26D 도에 도시한 4개의 파형 데이터가 각 신호 Imn, Ims의 소정 주기분(예를 들면, 10주기분 이상)에 걸쳐 디지털 샘플링된다. 이 때, 4개의 신호 Imn, Ims는 공통의 클록 신호 Cps에 의해 동시에 샘플링되기 때문에, 파형 메모리 회로 유닛(54) 내의 각 파형 데이터에는 시간축 상에서의 오프셋이 없는 것으로 한다. 또한 회전 방사형 격자판 RRG를 사용한 경우, 비트 주파수는 수 ㎑ 정도가 상한이기 때문에, 클록 신호 Cps도 수십 ㎑ 정도로 좋다. 또 (E) 특개평 6-82215호 공보와 같은 2개의 AOM을 직렬로 배치한 주파수 시프터를 사용하는 경우, 비트 주파수는 각 AOM에 가하는 고주파수 변조신호의 주파수의 차의 2배로 결정되기 때문에 비교적 자유롭게 결정하는 것이 가능하다.In the circuit block shown in FIG. 25, each signal I m1 , I m2 , I m3 , I ms is input to an analog-to-digital conversion (A / D converter) circuit unit 50, so that the sampling clock generation circuit ( In response to the clock signal (pulse) C ps from 52), the instantaneous intensity level of each signal is converted into a digital value. The clock signal frequency of the C ps signal I mn determined (n = 1, 2, 3 ), higher enough than that of I ms bit frequency, the clock signal C ps is sent to the waveform memory circuit unit (54), A / D It is used to update the memory address when storing the digital value (data) from the converter 50. Accordingly, in the waveform memory circuit unit 54, the 26A [deg.] To 26D also four waveform data showing the predetermined period of the respective signals I mn, I ms to be the digital sampling over a (e.g., 10 cycles or more) . At this time, since the four signals I mn and I ms are sampled simultaneously by the common clock signal C ps , it is assumed that each waveform data in the waveform memory circuit unit 54 has no offset on the time axis. In addition, when the rotational radial grating plate RRG is used, since the bit frequency is the upper limit of several kHz, the clock signal C ps is also good as several tens of kHz. In addition, in the case of using a frequency shifter in which two AOMs are arranged in series, such as (E) Japanese Patent Laid-Open No. 6-82215, since the bit frequency is determined to be twice the frequency difference of the high frequency modulated signal applied to each AOM, it is relatively free. It is possible to decide.
또한 메모리 회로 유닛(54) 내의 각 파형 데이터는 위상차 △Ψn(n=1, 2, 3), 위치 오프셋 △Xn(n=1, 2, 3)의 검출 회로 유닛(56)에 읽어들여지고, 그래서 제 7 도에 도시한 바와 같은 각 위상차 △Ψ1, △Ψ2, △Ψ3이 디지털 연산(푸리에 적분법)에 의해 산출된다. 앞서 가정한 바와 같이 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치 Pmg와, 이 위에 조사되는 간섭 프린지의 피치 Pif가 Pmg=2Pif로 설정되면, 제 26A 도 내지 26D 도의 각 파형의 1 주기는 Pmg/2에 대응한다. 또 일반적으로 위상차 계측은 ±180도의 범위로 행해지기 때문에, 검출 회로(56)는 연산된 위상차 △Ψ1, △Ψ2, △Ψ3을 앞의 식(7)에 따라 ±Pmg/4의 범위내의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3으로 변환한다. 이 오프셋량 △Xn은 기준 격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 ±Pmg/4 내에서의 오프셋을 도시한다.Further, each waveform data in the memory circuit unit 54 is read into the detection circuit unit 56 of the phase difference ΔΨ n (n = 1, 2, 3) and the position offset ΔX n (n = 1, 2, 3). Therefore, each phase difference ΔΨ 1 , ΔΨ 2 , ΔΨ 3 as shown in FIG. 7 is calculated by digital calculation (Fourier integral method). As previously assumed, if the pitch Pmg of the lattice mark MG of the wafer W and the pitch Pif of the interference fringe irradiated thereon are set to Pmg = 2Pif, one period of each waveform of FIGS. 26A to 26D corresponds to Pmg / 2. do. In addition, since the phase difference measurement is generally performed in the range of ± 180 degrees, the detection circuit 56 sets the calculated phase differences ΔΨ 1 , ΔΨ 2 , and ΔΨ 3 in the range of ± Pmg / 4 according to the previous equation (7). It is converted to a position in the offset amount △ X 1, △ X 2, △ X 3. This offset amount ΔX n shows the offset within ± Pmg / 4 of the grating mark MG with respect to the reference grating SG.
그래서 위상차 계측의 분해능으로서 0.2도 정도를 얻을 수 있는 것으로 하면, 오프셋량의 분해능은 (0.2/180)Pmg/4가 되고, 피치 Pmg를 4㎛로 하면 실용적인 범위로서 0.002(2nm) 정도를 얻을 수 있다.Therefore, if the resolution of the phase difference measurement is about 0.2 degrees, the resolution of the offset amount is (0.2 / 180) Pmg / 4, and if the pitch Pmg is 4 µm, the practical range is about 0.002 (2 nm). have.
한편, 신호 진폭 및 진폭비 검출 회로 유닛(58)은 파형 메모리 회로 유닛(54)에 기억된 제 26A 도 내지 26D 도와 같은 각 파형 데이터를 읽어내고, 각 파형마다의 진폭값 E1, E2, E3을 디지털 연산에 의해 검출한다. 검출 회로 유닛(58)에는 미리 기준 마크판의 FG의 격자로부터 발생한 간섭 빔 BM을 각 광전 소자(36A, 36B, 36C)에서 수광하였을 때에 얻어지는 광전 신호 Im1, Im2, Im3의 각각의 진폭값 A1, A2, A3이 기억되어 있다.On the other hand, the signal amplitude and amplitude ratio detection circuit unit 58 reads out each waveform data such as those shown in Figs. 26A to 26D stored in the waveform memory circuit unit 54, and the amplitude values E 1 , E 2 , and E for each waveform. 3 is detected by digital calculation. The detection circuit unit 58 has the amplitude of each of the photoelectric signals I m1 , I m2 , and I m3 obtained when the interference beam BM generated from the grating of the FG of the reference mark plate is received by the photoelectric elements 36A, 36B, and 36C in advance. The values A 1 , A 2 and A 3 are stored.
즉, 웨이터 W 상의 격자 마크 MG를 계측하기 전에 기준 마크 판 FG의 격자 마크를 대물렌즈(22)의 아래로 이동시켜, 각 광전 소자(36A, 36B, 36C)로부터 제 26A 도 내지 26D 도와 같은 신호를 발생시키고, 그것을 파형 메모리 회로 유닛(54)에 기억시킨 후, 진폭 검출 회로(58)에서 진폭값 A1, A2, A3을 검출하여 기억시킨다. 이 때, 기준 마크판 FG가 검출되는 스테이지 WST의 정지위치를 레이저 간섭계(44)로부터 판독하여 기억하는 동시에 오프셋량 검출 회로 유닛(56)에서 각 파장마다의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3도 구하여 두면, 그것을 베이스 라인 결정시의 데이터로서 이용할 수 있다.That is, before measuring the lattice mark MG on the waiter W, the lattice mark of the reference mark plate FG is moved below the objective lens 22, so that the signal as shown in Figs. 26A to 26D from each photoelectric element 36A, 36B or 36C. Is generated and stored in the waveform memory circuit unit 54, and the amplitude detection circuit 58 detects and stores the amplitude values A 1 , A 2 , and A 3 . At this time, the stop position of the stage WST where the reference mark plate FG is detected is read out from the laser interferometer 44 and stored, and at the offset amount detecting circuit unit 56, the position offset amounts ΔX b1 and ΔX b2 for each wavelength. ,? X b3 can also be used as data at the time of baseline determination.
또한 그래서 말하는 베이스 라인이라는 것은 각 파장마다 계측된 마크판 FG상의 격자 마크의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3 이 극히 미소량만 서로 다를 때에 그 상호의 미소 오차분을 의미한다. 본래, 제 24 도에 도시한 입사광계에서는 파장 λ1, λ2, λ3의 각 빔에 의해 기준 마크판 FG 상에 생성되는 각 파장마다의 간섭 프린지가 엄밀히 일치하여, 각 파장마다의 광전 검출계의 전기적인 응답성, 왜곡 특성이 충분히 갖추어져 있으면, 마크 판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 각 값은 완전히 일치하는 것이다.In addition, the base line referred to here means mutual minute error when the position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 of the lattice marks on the mark plate FG measured for each wavelength differ only in extremely small amounts. . Originally, in the incident light system shown in FIG. 24, the interference fringes for each wavelength generated on the reference mark plate FG by the respective beams of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 closely match each other, thereby detecting photoelectricity for each wavelength. If the electrical responsiveness and distortion characteristic of a system are fully provided, each value of the position offset amount (DELTA) Xb1 , (DELTA) Xb2 , (DELTA) Xb3 of mark plate FG will correspond completely.
하지만 현실적인 문제로서, 분해능이 2mm 정도가 되면, 그 분해능 정도에 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3이 일정하도록 입사광계나 검출계를 조정하는 것은 어렵다. 그 때문에 마크판 FG에서 계측된 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 상호차가 제 24 도에 도시한 얼라인먼트계 고유의 오프셋(베이스 라인 오차)으로서 잔존하게 된다.However, as a practical matter, when the resolution is about 2 mm, it is difficult to adjust the incident photometer or the detection system such that the position offset amounts DELTA X b1 , DELTA X b2 , and DELTA X b3 are constant at the resolution degree. Therefore, the mutual difference between the position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 measured by the mark plate FG remains as an offset (baseline error) inherent in the alignment system shown in FIG. 24.
그 베이스 라인 오차는 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 검출하여 검출 회로(56)에서 구해지는 각 파장마다의 위치 오프셋 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 각각을 먼저 구한 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 각각에서 보정 계산하는 것으로 결정된다. 일례로서, 제 24 도의 장치에서는 기준 격자 SG로부터 얻어지는 간섭 빔 Bms를 파장 λ1로 제한하였기 때문에, 계측된 기준 마크판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1을 기준으로 하여 △Xb2-△Xb1=△Xb21, △Xb30-△Xb31=△Xb31을 계산하여 기억시켜 둔다. 그리고 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG에 대해 측정된 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3에 대한 △X2-△X1=△Xb21이 되도록 △X2의 값을 보정 계산하고, △X3-△X1=△Xb31이 되도록 △X3의 값을 보정 계산하면 좋다.The base line error is a position offset amount ΔX b1 obtained by first detecting each of the position offsets ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 for each wavelength determined by the detection circuit 56 by detecting the lattice mark MG on the wafer W. , ΔX b2 , ΔX b3 , respectively. By way of example, since the limit in claim 24 degrees device an interference beam B ms obtained from the reference grid SG to the wavelength λ 1, based on the position offset amount of the measured reference mark plate FG △ X b1 △ X b2 - △ X b1 = ΔX b21 , ΔX b30 - ΔX b31 = ΔX b31 is calculated and stored. And correcting and calculating the value of ΔX 2 such that the measured position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , ΔX 3 for ΔX 2 -ΔX 1 = ΔX b2 1 measured on the lattice mark MG on the wafer W , ΔX 3 -ΔX 1 = ΔX b3 1 may be calculated by correcting the value of ΔX 3 .
물론, 참조격자 SG로부터 얻어지는 간섭 Bms에 각 파장 λ1, λ2, λ3 이 포함되도록 구성하고, 그 각 파장마다의 간섭 빔을 별도로 광전 검출하여 기준신호를 만드는 경우는 각 기준신호(각 파장)마다 기준 마크판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3이 구해지고, 계측된 웨이퍼 상의 격자 마크 MG의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3을 △X1 - △Xb1, △X2 - △Xb2, △X3 - △Xb2와 같이 보정 계산하면 좋다.Of course, when the interference B ms obtained from the reference grid SG is configured to include the respective wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , and when the reference signal is generated by separately detecting the interference beam for each wavelength, each reference signal (each The position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 of the reference mark plate FG are determined for each wavelength), and the position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , ΔX 3 of the grid marks MG on the measured wafer. X 1 - △ X b1, △ X 2 - may be calculated as the correction △ X b2 - △ X b2, △ X 3.
다음에 진폭 비검출 회로 유닛(58)은 미리 기억되어 있는 진폭값 A1, A2, A3과 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 검출하였을 때에 얻어지는 진폭값 E1, E2, E3 의 각 비 C1, C2, C3 을, C1=E1/A1, C2=E2/A2, C3=E3/A3으로서 산출한다. 이 비 C1. C2, C3은 제 21 도의 실시예에서 설명한 가중 계수에 상당한다.Next, the amplitude non-detection circuit unit 58 measures each ratio of the amplitude values A 1 , A 2 , A 3 stored in advance and the amplitude values E 1 , E 2 , E 3 obtained when the grid mark MG on the wafer W is detected. C 1 , C 2 , C 3 are calculated as C 1 = E 1 / A 1 , C 2 = E 2 / A 2 , C 3 = E 3 / A 3 . This ratio C 1 . C 2 and C 3 correspond to the weighting coefficients described in the embodiment of FIG. 21.
이상과 같이 하여 구해진 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3과 비 C1, C2, C3의 데이터는 가중 평균화 연산 회로 유닛(60)에 보내지고, 여기서 가중한 격자 마크 MG의 오프셋량 △X를 산출한다. 그 연산은 다음 식에 의해 행해진다.The data of the position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , ΔX 3 and the ratios C 1 , C 2 , C 3 obtained as described above are sent to the weighted averaging calculation circuit unit 60, where the weighted grid mark MG The offset amount ΔX of is calculated. The operation is performed by the following equation.
△X=(C1·△X1+C2·△X2+C3·△X3)/(C1+C2+C3)ΔX = (C 1 · ΔX 1 + C 2 · ΔX 2 + C 3 · △ X 3 ) / (C 1 + C 2 + C 3 )
이렇게 하여 구해진 오프셋량 △X는 참조격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 피치 방향의 오프셋이고, 그 데이터는 위치제어, 표시기(62)에 보내지는 동시에 웨이퍼 W를 리얼타임으로 얼라인먼트(위치결정)하는 경우에는 서보 제어 회로 유닛(64)에도 보내진다.The offset amount ΔX thus obtained is an offset in the pitch direction of the grating mark MG with respect to the reference grid SG, and the data is sent to the position control and the display 62, and the wafer W is aligned in real time (positioning). Is also sent to the servo control circuit unit 64.
도 9에 도시된 바와 같이, 이 서보 제어 회로 유닛(64)은 2개의 기능을 갖고 있고, 그 하나는 오프셋량 △X가 소정의 값으로 되기까지 구동원(42)을 피드백 제어하는 기능(다이렉트 서보 모드)이다. 이 기능의 경우는 A/D 컨버터 회로(50), 메모리 회로 유닛(54), 오프셋량 검출회로 유닛(56) 및 평균화 회로 유닛(60)의 동작이 차례로 반복되고, 극히 짧은 시간(예를 들면 수 msec)마다 오프셋량 △X의 값이 산출된다. 또한, 진폭비 검출회로 유닛(58)에 의한 비 C1, C2 C3의 산출은 처음의 1회만이라도 좋고, 오프셋량 △X의 산출마다 매회 행해져도 좋다. 비 C1, C2, C3의 산출을 매회 행하는 경우는 가중 평균화 회로 유닛(60)에 의한 오프셋량 △X의 산출마다 비 C1, C2, C3의 값이 약간 변화하는 경우가 있는 것은 물론이다. 또 비 C1, C2, C3의 산출을 처음의 1 회 또는 복수회만으로 하는 경우는 그 이후 동일한 격자 마크 MG를 검출하는 동안은 동일한 비의 값이 사용된다.As shown in Fig. 9, this servo control circuit unit 64 has two functions, one of which is a function of feedback control of the drive source 42 until the offset amount? X becomes a predetermined value (direct servo Mode). In the case of this function, the operations of the A / D converter circuit 50, the memory circuit unit 54, the offset amount detection circuit unit 56, and the averaging circuit unit 60 are repeated one after another, for a very short time (for example, Every several msec), the value of the offset amount DELTA X is calculated. In addition, the amplitude detection circuit unit 58 calculates the ratio C 1, C 2 C 3 may be the manyirado by one of the first, it may be carried out every time for each calculation of the offset amount △ X. Ratio C 1, C 2, that is, if every time of performing the calculation of the C 3 every calculation of the offset amount △ X by the weighted averaging circuit unit 60 is non-C 1, the value of C 2, C 3 if some change Of course. In the non-C 1, C 2, while detecting the same grating marks MG after that if the output of C 3 first only once or multiple times with the same ratio of the value is used.
한편, 서보 제어 회로 유닛(64)의 하나의 기능은 웨이퍼 스테이지 WST를 레이저 간섭계(44)의 계측값에 기초하여 이동시키는 기능(간섭계 서보 모드)이다. 이 기능은 예를 들면 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FG의 격자나 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 대물렌즈(22)의 바로 아래에 위치결정하고, 검출된 격자 마크 MG의 위치를 기준으로 하여 웨이퍼 상의 임의의 점을 대물렌즈(22)의 바로 아래에 위치 결정할 때에 사용된다. 이 간섭계 서보 모드의 경우, 위치 제어기(62)로부터의 웨이퍼 스테이지 WST의 목표 위치 정보가 서보 제어 회로 유닛(64)에 출력되고, 제어 회로 유닛(64)은 레이저 간섭계(44)로부터 판독한 스테이지 WST의 현재 위치와 목표 위치의 편차가 소정의 허용범위(예를 들면 ±0.04㎛)에 들어가도록 구동원(42)을 피드백 제어한다.On the other hand, one function of the servo control circuit unit 64 is a function (interferometer servo mode) which moves the wafer stage WST based on the measured value of the laser interferometer 44. This function locates, for example, the lattice of the reference mark plate FG on the stage WST or the lattice mark MG on the wafer W directly under the objective lens 22, and based on the position of the detected lattice mark MG, Is used when positioning a point just below the objective lens 22. In this interferometer servo mode, target position information of the wafer stage WST from the position controller 62 is output to the servo control circuit unit 64, and the control circuit unit 64 reads the stage WST read from the laser interferometer 44. The drive source 42 is feedback-controlled so that the deviation between the current position and the target position of the laser beam falls within a predetermined allowable range (for example, ± 0.04 µm).
또한, 본 실시예에서도 상기 제 9 도와 마찬가지로, 간섭계 서브 모드에 계속하여 다이렉트 서보 모드를 실행할 수 있다.Also in the present embodiment, in the ninth embodiment, the direct servo mode can be executed following the interferometer sub mode.
위치제어, 표시기(62)는 상술한 서보 모드의 전환 지시와는 달리 격자 마크 MG의 좌표 위치나 구해진 오프셋량 △X를 표시하는 기능도 갖는다. 또 경우에 따라서는 격자 마크 MG를 검출하였을 때의 가중 계수가 되는 비 C1, C2, C3의 값도 기억, 보존한다. 이 경우, 웨이퍼 W 상의 다수의 위치에 동일한 격자 마크 MG가 형성되고, 그들 마크 MG의 위치를 순차 검출할 때에, 비 C1, C2, C3 도 순차 기억해 두면, 웨이퍼 W 상의 어느 부분의 마크 MG에 비대칭성이나 레지스트층에 기인한 문제가 있는 것을 검증할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 W 상에서 가중 계수(비 C1, C2, C3)가 크게 변화한 부분을 그래픽 표시하도록 하여도 좋다. 이 때, 확산공정이나 에칭 공정 등의 화학 프로세스를 거쳐서 레지스트층을 도포하기 전의 웨이퍼를 제 24 도의 장치에 장착하여 가중 계수의 변화를 구하면, 그 화학 프로세스에 의한 웨이퍼면 상의 영향을 간접적으로 조사할 수도 있다. 또한 그 웨이퍼에 레지스트층을 도포하여 동일하게 가중 계수의 변화를 구하여 도포전의 가중 계수의 변화와 비교하면, 레지스트층에 의한 영향을 간접적으로 조사할 수도 있다.The position control and indicator 62 also has a function of displaying the coordinate position of the grid mark MG and the obtained offset amount ΔX different from the above-described servo mode switching instruction. In some cases, the values of the ratios C 1 , C 2 , and C 3 , which serve as weighting coefficients when the grid mark MG is detected, are also stored and stored. In this case, the same grating mark MG in a number of locations on the wafer W is formed, and when the sequentially detects the position of their marks MG, ratio C 1, C 2, C 3 is also sequentially remember leave a mark of a certain part on the wafer W It can be verified that MG has a problem due to asymmetry or a resist layer. The portion where the weighting coefficients (ratio C 1 , C 2 , C 3 ) are greatly changed may be graphically displayed on the wafer W. FIG. At this time, if the wafer prior to applying the resist layer through a chemical process such as a diffusion process or an etching process is mounted in the apparatus of FIG. 24 to obtain a change in weighting coefficient, the influence on the wafer surface caused by the chemical process can be indirectly investigated. It may be. In addition, when the resist layer is applied to the wafer to obtain the same change in weighting coefficient, and compared with the change in weighting coefficient before coating, the influence of the resist layer can be indirectly investigated.
이상의 제 10 실시예에서는 스테이지 WST 상에 기준 마크판 FG를 설치하고, 이것을 사용하여 각 파장마다 신호 진폭의 변화율, 즉 비 C1, C2, C3을 구하도록 하였으므로, 제 8 실시예(제 21 도)와 같이 입사광빔 LB1, LB2의 광강도를 직접 검출하는 광전 소자 DT1, DT2를 준비할 필요가 없다. 이 사실은 반대로 제 8(또는 제 9) 실시예에 있어서도 기준으로 되는 기준 마크판 FG를 격자 MG와 병치하면, 광전 소자 DT1, DT2를 설치하는 것이 아니고 비 C1, C2를 검출할 수 있는 것을 의미한다.In the tenth embodiment described above, the reference mark plate FG is provided on the stage WST, and the rate of change of the signal amplitude, that is, the ratios C 1 , C 2 , and C 3 , is determined for each wavelength by using the reference mark plate FG. 21 degrees), it is not necessary to prepare photoelectric elements DT 1 and DT 2 for directly detecting the light intensities of the incident light beams LB 1 and LB 2 . On the contrary, in the eighth (or ninth) embodiment, when the reference mark plate FG, which is a reference, is juxtaposed with the lattice MG, the ratio C 1 and C 2 can be detected without providing the photoelectric elements DT 1 and DT 2 . It means you can.
제 27 도는 제 11 실시예에 의한 신호 처리 회로의 구성을 도시하고, 여기서는 제 24 도에 도시한 파장 선택 필터(24)를 생략하고, 참조격자 SG로부터의 간섭 빔 Bms를 다이크로익 미러 등에서 3개의 파장(λ1, λ2, λ3)마다의 빔 Bms1, Bms2, Bms3으로 분리하고, 이들을 개별로 광전 검출하는 3개의 광전 소자t40A, 40B, 40C)를 사용하는 것으로 한다. 이 경우, 계측용의 광전 소자(36A, 36B, 36C)로부터의 각 신호 Im1, Im2, Im3은 각각 광전 소자(40A, 40B, 40C)로부터의 참조 신호 Ims1, Ims2, Ims3과의 사이에서 위상차 검출이 행해진다. 즉, 계측 신호 Im1에 관해서는 참조신호 Ims1과의 위상차 △Ψ1를 구함으로써 파장 λ1의 입사광빔을 사용하였을 때의 격자 마크 MG의 위치 오프셋(△X1)이 구해진다.27 shows the configuration of the signal processing circuit according to the eleventh embodiment, where the wavelength selective filter 24 shown in FIG. 24 is omitted, and the interference beam B ms from the reference grid SG is replaced by a dichroic mirror or the like. It is assumed that three photoelectric elements t40A, 40B, 40C are separated into beams B ms1 , B ms2 , B ms3 for each of the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , and photoelectrically detected by them. In this case, the signals I m1 , I m2 and I m3 from the photoelectric elements 36A, 36B and 36C for measurement are respectively referred to by reference signals I ms1 , I ms2 and I ms3 from the photoelectric elements 40A, 40B and 40C. Phase difference detection is performed between and. In other words, this position is offset (△ X 1) of the grating mark MG at the time when using the incident light beam of wavelength λ 1 by obtaining the phase difference △ Ψ 1 of the reference signal I ms1 As for the measurement signal I m1 is obtained.
이러한 구성의 경우, 파형 데이터를 집어넣어야 할 신호의 수가 많기 때문에, 제 27 도에 도시하는 바와 같이 각 파장에 대응하여 3세트의 파형 샘플링 회로(제 25 도 중의 A/D 컨버터(50), 클록 발생회로(52), 메모리 회로(54)의 기능을 갖는다; 80A, 80B, 80C)를 설치한다. 회로(80A, 80B, 80C)의 내부 구성은 동일하므로, 제 27 도에서는 회로(80A)만에 대하여 상세한 구성을 도시하고, 다른 회로(80B, 80C)에서는 상세 설명을 생략한다.In such a configuration, since the number of signals to which waveform data are to be inserted is large, three sets of waveform sampling circuits (the A / D converter 50 in FIG. 25 and the clock) corresponding to each wavelength are shown in FIG. It has a function of the generation circuit 52 and the memory circuit 54; 80A, 80B, and 80C are provided. Since the internal configurations of the circuits 80A, 80B, and 80C are the same, a detailed configuration of only the circuit 80A is shown in FIG. 27, and detailed descriptions thereof are omitted in the other circuits 80B and 80C.
본 실시예에서는 회로(80A)에 도시한 바와 같이, 계측용의 간섭 빔 Bm1을 수광하는 광전 소자(36A)로부터의 신호 Im1과, 참조용의 간섭 빔 Bms1을 수광하는 광전 소자(40A)로부터의 신호 Ims1을 각각 샘플 홀드(S/H) 회로(800, 802)에 입력하고, 그 S/H 회로(800, 802)로부터의 신호 레벨을 아날로그 멀티플렉서(804)를 통해 아날로그 디지털 변환기(ADC)(806)에 입력한다.In the present embodiment, as shown in the circuit 80A, the photoelectric element 40A that receives the signal I m1 from the photoelectric element 36A that receives the interference beam B m1 for measurement and the interference beam B ms1 for reference. Input signal I ms1 from the S / H circuits 800 and 802, respectively, and the signal level from the S / H circuits 800 and 802 through the analog multiplexer 804. (ADC) 806 is input.
ADC(806)에서 변환된 디지털값은 재기록 자유로운 메모리(RAM; 808)의 액세스된 어드레스에 기록된다. RAM(808)은 어드레스 카운터(810)에 의해 어드레스값이 작성되고, 어드레스값은 클록 신호 Cps에 응답하여 증가(또는 감소)된다. 단, 여기서는 어드레스 카운터(810)에 특별기능을 갖게 하여, 클록 신호 Cps를 어드레스 카운터의 특정의 상위 비트의 1개에 플래그로서 공급하도록 구성된다. 이로써 RAM(808)의 어드레스 공간은 2개의 페이지로 나누어지며, 클록 신호 Cps가 논리「0」의 사이는 1 페이지째의 어드레스 공간이 액세스되고, 클록 신호 Cps가 논리「1」의 사이는 2 페이지의 어드레스 공간이 액세스된다.The digital value converted by the ADC 806 is written to the accessed address of the rewritable memory (RAM) 808. The RAM 808 generates an address value by the address counter 810, and the address value is incremented (or decremented) in response to the clock signal C ps . In this case, however, the address counter 810 has a special function, and the clock signal C ps is supplied as a flag to one of the specific upper bits of the address counter. Thus, the address space of the RAM 808 is divided into two pages. The address space of the first page is accessed between the clock signal C ps and the logic " 0 ", while the clock signal C ps is the logic " 1 ". Two pages of address space are accessed.
그 클록신호 Cps는 S/H 회로(802)에도 공급된다. 또한 클록 신호 Cps는 타이밍회로(814)에도 공급되고, ADC(806)의 디지털 변환의 타이밍과 RAM(808)의 데이터 기록 타이밍을 위한 신호(펄스) 작성에 사용한다.The clock signal C ps is also supplied to the S / H circuit 802. The clock signal C ps is also supplied to the timing circuit 814 and used to generate signals (pulses) for the timing of digital conversion of the ADC 806 and the data write timing of the RAM 808.
따라서 클록신호 Cps가 「1」일 때는 S/H 회로(802)가 홀드 상태로 되고, 광전 소자(36A)의 신호 Im1의 그 때의 레벨이 아날로그 멀티플렉서(804)를 통해 ADC(806)에 공급되고, 그 레벨에 따른 디지털값이 RAM(808)의 2 페이지째의 어드레스 공간 내의 1개의 어드레스 위치에 기억된다. 반대로 클록 신호 Cps가 「0」일 때는 S/H 회로(802)가 홀드 상태로 되고 광전 소자(40A)의 신호 Ims1의 그 때의 레벨이 멀티플렉서(804)를 통해 ADC(806)에 공급되고, 그 레벨에 따른 디지털값이 RAM(808)의 1 페이지째의 어드레스 공간 내의 1개의 어드레스 위치에 기억된다.Therefore, when the clock signal C ps is "1", the S / H circuit 802 is held, and the level at that time of the signal I m1 of the photoelectric element 36A is changed through the analog multiplexer 804 through the ADC 806. The digital value corresponding to the level is stored in one address position in the address space of the second page of the RAM 808. In contrast, when the clock signal C ps is "0", the S / H circuit 802 is held and the level at that time of the signal I ms1 of the photoelectric element 40A is supplied to the ADC 806 through the multiplexer 804. The digital value corresponding to the level is stored in one address position in the address space of the first page of the RAM 808.
이상의 동작이 신호 Im1(또는 Ims1)의 소정 주기분(예를 들면 10 주기 이상)만큼 고속으로 반복되고, RAM(808)의 1 페이지째에는 참조신호 Ims1의 파형 데이터가 기억되고, 2 페이지에는 계측 신호 Im1의 파형 데이터가 기억된다. 이렇게 하여 RAM(808)에 기억된 1 세트의 파형 데이터는 마이크로프로세서 등의 데이터 ABS로부터 어드레스 카운터(810)에 설정된 어드레스값에 응답하고, 마이크로프로세서의 데이터 버스 DBS에 읽혀 나온다. 마이크로프로세서는 제 6 도에 도시한 각 검출회로(56, 58)와 동일한 기능을 달성하는 프로그램에 의해 각 파형 데이터를 처리하고, 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3을 구한다.The above operation is repeated at a high speed for a predetermined period (for example, 10 cycles or more) of the signal I m1 (or I ms1 ), and the waveform data of the reference signal I ms1 is stored in the first page of the RAM 808, and 2 The waveform data of the measurement signal I m1 is stored in the page. In this way, the set of waveform data stored in the RAM 808 responds to the address value set in the address counter 810 from data ABS such as a microprocessor, and is read out to the data bus DBS of the microprocessor. The microprocessor processes each waveform data by a program which achieves the same function as the respective detection circuits 56 and 58 shown in FIG. 6, and calculates the position offset amounts DELTA X 1 , DELTA X 2 , DELTA X 3 .
이상의 샘플링 회로(804)의 구성, 동작은 샘플링 회로(80B, 80C)에서도 완전히 동일하고, 회로(80B)는 계측 신호 Im2와 참조 신호 Ims2의 각 파형 데이터를 일시적으로 기억하고, 회로(80C)는 계측 신호 Im3과 참조 신호 Ims3의 각 파형 데이터를 일시적으로 기억한다.The configuration and operation of the above sampling circuit 804 are completely the same in the sampling circuits 80B and 80C, and the circuit 80B temporarily stores respective waveform data of the measurement signal I m2 and the reference signal I ms2 , and the circuit 80C. ) Temporarily stores the waveform data of the measurement signal I m3 and the reference signal I ms3 .
제 11 실시예에서는 계측 신호 Imn과 참조 신호 Imsn 의 각각에 대해 A/D 컨버터를 설치하고 있지 않으므로, 마이크로초 오더 내에서 동시에 샘플링하는 것은 어렵지만, 현실 문제로서 간섭 빔의 비트 주파수가 수십 ㎑ 이하이면, 마이크로초 정도의 동시성은 그다지 필요하지 않다. A/D 컨버터 등의 개수를 반분으로 하여 회로 구성을 간략화함으로써 신호 처리 회로의 하드웨어 비용을 저감시키는 쪽이 유리하다.Since the A / D converter is not provided for each of the measurement signal I mn and the reference signal I msn in the eleventh embodiment, sampling at the same time in a microsecond order is difficult, but as a practical matter, the bit frequency of the interference beam is several tens of kHz. If it is below, the concurrency on the order of microseconds is not very necessary. It is advantageous to reduce the hardware cost of the signal processing circuit by simplifying the circuit configuration by halving the number of A / D converters and the like.
그런데 웨이퍼 스테이지 WST 상에 공지의 반사율의 크롬 표면을 가진 기준 마크판 FG를 고정한 경우는 앞에서도 언급한 바와 같이 그 마크판 FG를 갖는 베이스라인량의 계측이나 포커스 상태의 계측에 이용할 수 있다. 베이스 라인량은 기본적으로는 투사 노광 장치에 장착된 마스크(레티클)의 중심의 투사점과 각종 웨이퍼 얼라인먼트계의 검출 중심점과의 상대적인 위치 관계를 결정하기 위한 계측 동작을 의미한다.By the way, when the reference mark plate FG which has the well-known reflectance chromium surface on the wafer stage WST is fixed, it can use for the measurement of the baseline amount which has the said mark plate FG, and the measurement of a focus state as mentioned above. The base line amount basically means a measurement operation for determining the relative positional relationship between the projection point of the center of the mask (reticle) mounted on the projection exposure apparatus and the detection center point of various wafer alignment systems.
그래서 상기 제 24 도와 같은 위치 검출 장치를 제 15 도에 도시한 투사 노광 장치의 각 얼라인먼트계에 적용한 경우, 각 얼라인먼트계의 검출 중심점 Rfi, Rf2, Rf3, Rf4는 참조격자 SG에 의해 규정된다. 단 레티클 얼라인먼트계의 RA에 있어서, 레티클 R의 주변의 레티클 얼라인먼트용의 마크(격자 패턴) RM과 기준 마크판 FG 상의 대응한 격자 마크를 패턴 PR의 투사 노광용의 조명광과 동일한 파장의 조명광으로 조사하고, 양 마크가 소정의 위치 관계로 되도록 레티클 스테이지 RST를 이동시키는 구성으로 되어 있는 경우는 검출 중심점 Rf1을 필요로 하지 않는다.Therefore, in the case where the position detecting device as shown in FIG. 24 is applied to each alignment system of the projection exposure apparatus shown in FIG. 15, the detection center points R fi , R f2 , R f3 and R f4 of each alignment system are determined by the reference grid SG. It is prescribed. However, in the RA of the reticle alignment system, the mark (lattice pattern) RM for the reticle alignment around the reticle R and the corresponding lattice mark on the reference mark plate FG are irradiated with illumination light having the same wavelength as the illumination light for the projection exposure of the pattern PR. When the reticle stage RST is moved so that both marks are in a predetermined positional relationship, the detection center point R f1 is not required.
이 사실은 얼라인먼트계 TTRA에 있어서도 동일하며, 기준 마크판 FG 상의 대응한 마크 혹은 웨이퍼 W 상의 마크와, 레티클 R의 패턴 PR의 주변부에 형성된 다이·바이·다이(D/D)마다 얼라인먼트용의 마크를 화상으로서 촬상하고, 양 마크상의 위치 오프셋을 검출하는 방식인 경우는 개별로 검출 중심점 Rf2를 규정할 필요도 없다.This fact is the same also in alignment system TTRA, and the mark for alignment for every mark by die on the reference mark plate FG or the mark on the wafer W, and the die-by die (D / D) formed in the periphery of the pattern PR of the reticle R Is taken as an image and the detection center point Rf2 need not be defined separately in the case of a system for detecting the position offset on both marks.
여기서, 베이스라인량은 레티클 R의 중심 CCr의 웨이퍼 측으로의 투사점(실질적으로 광축 AX에 일치한다)과 각 검출 중심점 Rf1, Rf2, Rf3, Rf4의 웨이퍼측으로의 투사점과의 사이의 X, Y방향의 위치관계와 다르지 않다. 그 위치관계는 기준 마크 판 FG가 대응한 마크군과 각 검출 중심점 Rf1 내지 Rf4의 투사점과의 위치 오프셋량을 각 얼라인먼트계 RA, TTRA, TTLA, OFA 자체에서 검출하는 동시에, 그 때의 웨이퍼 스테이지 WST의 좌표위치를 레이저 간섭계(44; 제 24 도 참조)에 의해 검출함으로써 구해질 수 있다.Here, the baseline amount is in the X and Y directions between the projection point (substantially coincides with the optical axis AX) of the center CCr of the reticle R and the projection point toward the wafer side of each detection center point Rf1, Rf2, Rf3, and Rf4. It is not different from positional relationship. The positional relationship detects the position offset amount between the mark group corresponding to the reference mark plate FG and the projection points of the respective detection center points Rf1 to Rf4 in each of the alignment systems RA, TTRA, TTLA, and OFA itself, and at the time, the wafer stage WST. Can be obtained by detecting the coordinate position of the laser interferometer 44 (see FIG. 24).
그래서 각 얼라인먼트계에 제 24 도와 같은 헤테로다인 방식의 위치 검출 장치가 장착되어 있을 때는 그러한 베이스라인 계측 동작 시에 기준 마크판 FG의 격자를 검출하게 되고, 제 24 도의 광전 소자(36A, 36B, 36C)로부터의 신호 Im1, Im2, Im3의 각 진폭 레벨 A1, A2, A3을 제 25 도의 회로 유닛(58)내에 기억해 둘 수 있다. 또한 제 15 도에 도시한 투사 광학계 PL 내의 눈동자면 EP는 상기 제 21 도에 도시한 푸리에 변환면 EP과 동등한 것이다. 그리고 투사 광학계 PL를 통해 웨이퍼 스테이지 WST 상의 물체(웨이퍼의 마크 또는 기준 마크판 FG의 마크)를 검출하는 얼라인먼트계 RA, TTRA, TTLA의 각각에 설치된 대물렌즈의 광축은 웨이퍼 스테이지 WST측에서는 실질적으로 광축 AX과 평행하도록 설정된다. 또, 투사 광학계 PL의 웨이퍼측뿐만 아니라 레티클측도 텔레센트릭계로 되었을 때(제 15 도의 경우)는 각 얼라인먼트계의 대물렌즈의 광축은 레티클측에서도 투사 광학계 PL의 광축 AX과 평행하게 되어 있다. 그리고, 그 대물렌즈의 광축의 연장은 투사 광학계 PL의 눈동자면 EP의 중앙(광축 AX가 통과하는 부분)을 통과하게 된다.Thus, when the alignment system is equipped with a heterodyne position detection device such as the 24th degree, the grating of the reference mark plate FG is detected during such baseline measurement operation, and the photoelectric elements 36A, 36B, and 36C shown in FIG. The amplitude levels A 1 , A 2 , and A 3 of the signals I m1 , I m2 , and I m3 can be stored in the circuit unit 58 of FIG. The pupil surface EP in the projection optical system PL shown in FIG. 15 is the same as the Fourier transform surface EP shown in FIG. The optical axis of the objective lens provided on each of the alignment systems RA, TTRA, and TTLA for detecting an object (mark of wafer or mark of reference mark plate FG) on the wafer stage WST through the projection optical system PL is substantially the optical axis AX on the wafer stage WST side. It is set to be parallel to. When the reticle side as well as the wafer side of the projection optical system PL are telecentric (in the case of FIG. 15), the optical axis of the objective lens of each alignment system is parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL even on the reticle side. The extension of the optical axis of the objective lens passes through the center of the pupil surface EP of the projection optical system PL (the portion through which the optical axis AX passes).
그 눈동자면 EP의 실효적인 반경은 투사렌즈 PL의 해상력(최소 해상선폭)을 좌우하는 개구수(N, A)에 대응하여, 현재 N. A.=0.5 내지 0.7 정도의 투사렌즈가 개발된다.The effective radius of the pupil surface EP corresponds to the numerical aperture (N, A) which determines the resolution (minimum resolution line width) of the projection lens PL, and currently a projection lens of about N. A. = 0.5 to 0.7 is developed.
제 28 도는 제 15 도에 도시한 얼라인먼트 중 얼라인먼트계 TTLA의 주요일부의 일 예를 도시하고, 웨이퍼 상의 격자 마크 MG 또는 기준 마크판 FG를 검출하기 위한 2개의 입사광 빔 ±LF(제 24 도 중의 빔 +LF와 빔 -LF에 상당)는 보정광학계 CG, 빔 스플리터(20; 제 24 도 중의 하프 미러(20)에 상당), 대물렌즈 OBJ(제 24 도 중의 대물렌즈(22)에 상당), 2개의 미러 MR를 통해 투사렌즈 PL에 입사한다. 이 때, 2개의 미러 MR의 사이에는 웨이퍼 W의 표면과 공역인 면 FC가 형성되고, 이면 FC 내에서 2개의 빔 LF는 교차한다. 그 빔±LF는 투사렌즈 PL에 의해 릴레이되고, 웨이퍼 상에서도 교차하여 격자 마크 MG를 조사한다.FIG. 28 shows an example of the main part of the alignment system TTLA among the alignments shown in FIG. 15, and shows two incident light beams LF (LF in FIG. 24) for detecting the grating mark MG or the reference mark plate FG on the wafer. + LF and beam -LF) correspond to correction optical system CG, beam splitter 20 (corresponding to half mirror 20 in FIG. 24), objective lens OBJ (corresponding to objective lens 22 in FIG. 24), 2 Incident on the projection lens PL through two mirrors MR. At this time, the surface FC which is conjugate with the surface of the wafer W is formed between two mirror MRs, and the two beams LF intersect in the rear surface FC. The beam ± LF is relayed by the projection lens PL, and irradiates the lattice marks MG on the wafer as well.
격자 마크 MG로부터의 간섭 빔 BM은 투사렌즈 PL의 눈동자 EP의 중앙을 통과하고, 미러 MR, 대물렌즈 OBJ, 및 빔스플리터(20)를 통해 다이크로익 미러 DCM(제 24 도 중의 다이크로익 미러(32)에 상당)에 입사하고, 여기서 파장 분할된다. 가령 입사광 빔 ±LF가 2개의 파장 λ1, λ2, 이라고 하면, 다이크로익 미러 DCM은 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1을 광전 소자(36A)로 유도하고, 파장 λ2의 간섭 빔 Bm을 광전 소자(36B)로 유도한다.The interference beam BM from the grating mark MG passes through the center of the pupil EP of the projection lens PL, and through the mirror MR, the objective lens OBJ, and the beam splitter 20, the dichroic mirror DCM (the dichroic mirror in FIG. 24). (Equivalent to (32)), and the wavelength is divided here. For example, the incident light beam ± LF two wavelengths λ 1, λ 2, that if, dichroic mirror, DCM interference beam having a wavelength λ 1 interference beam B m1 photoelectric element induced in (36A), and the wavelength λ 2 of a dichroic B m To the photoelectric element 36B.
이러한 얼라인먼트계 TTLA에 있어서, 입사광 빔 ±LF가 복수의 파장성분(30∼40nm 정도 이격된다)을 포함하면, 투사렌즈 PL의 색수차(축 상과 배율)의 영향, 또는 대물렌즈 OBJ의 색수차의 영향에 의해, 웨이퍼 상에 조사되는 빔 ±LF의 교차 영역이 각 파장 성분마다 Z방향, 혹은 XY방향으로 미소하게 어긋나고 있다. 제 28 도와 같은 입사광빔 ±LF의 광로 중에 색수차에 따라서 발생하는 오차를 보정하는 보정 광학계 CG를 설치한다. 보정 광학계 CG는 렌즈는 볼록 렌즈, 혹은 그들의 조합 렌즈, 또는 평행 평판 유리 등으로 구성되고, 제 24 도에 도시한 조정 광학계(14, 16, 18)를 사용하여도 좋다.In such an alignment system TTLA, when the incident light beam ± LF includes a plurality of wavelength components (around 30 to 40 nm apart), the influence of chromatic aberration (axis image and magnification) of the projection lens PL or the chromatic aberration of the objective lens OBJ As a result, the crossing area of the beam LF irradiated onto the wafer is slightly shifted in the Z direction or the XY direction for each wavelength component. A correction optical system CG for correcting an error occurring in accordance with chromatic aberration is provided in the optical path of the incident light beam ± LF as in the 28th degree. In the correction optical system CG, the lens is composed of a convex lens, a combination lens thereof, a parallel flat glass, or the like, and the adjustment optical systems 14, 16, and 18 shown in FIG. 24 may be used.
또, 제 15 도 중의 얼라인먼트계 TTRA의 경우, 레티클 R 상의 D/D 얼라인먼트용의 마크 DDM을 회절 격자로 하고, 그 마크 DDM과 대응하는 웨이퍼 W 상의 격자마크 MG와의 상대 위치 오프셋을 제 24 도와 같은 헤테로다인 방식으로 검출할 때에는 상기 제 17A 도, 제 17B 도에 도시한 바와 같이 투사렌즈 PL의 눈동자면 EP에 투명한 평행 평판 형상의 보정판 PGP를 설치하고, 이 보정판 PGP 상에서의 입사광 빔(±LF)이나 간섭 빔(BM)이 통과하는 위치에만 위상형 회절 격자 PG1, PG2, PG3을 배치하고, 축상의 색수차와 배율의 색수차의 영향을 저감시킬 수 있다.In the case of the alignment system TTRA in FIG. 15, the mark DDM for D / D alignment on the reticle R is a diffraction grating, and the relative position offset of the mark DDM and the lattice mark MG on the wafer W corresponding to the mark DDM is equal to 24th degree. When detecting by the heterodyne system, as shown in FIGS. 17A and 17B, a parallel plate-shaped correction plate PGP is provided on the pupil surface EP of the projection lens PL, and the incident light beam (± LF) on the correction plate PGP is provided. Alternatively, the phase diffraction gratings PG 1 , PG 2 , and PG 3 can be arranged only at the position where the interference beam BM passes, and the influence of chromatic aberration on the axial and chromatic aberration on the magnification can be reduced.
다음에 본 발명의 제 12 실시예를 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 제 24 도에 도시한 구성을 베이스로 하고, 상기 제 4 도, 제 5A 도, 제 5B 도에서 설명한 바와 같이, 격자 마크로부터의 ±1차 회절광의 간섭 빔의 외에, 격자 마크로부터의 0차광과 2차 회절광의 간섭 빔도 검출하는 구성을 부가하였다. 0차 광과 2차 회절광과의 간섭 빔을 단일의 광전 소자로 광전변환하고, 그 광전 신호를 사용하여 격자 마크의 위치 오프셋을 검출하는 방식의 경우, 격자 마크 조명용의 입사광빔을 다파장화한 후에 0차 광과 2차 광의 간섭 빔(다파장화된다)을 단일의 광전 소자로 수광하면, 그대로로서는 양호한 위치 오프셋 검출이 곤란하였다. 그 커다란 이유는 제 29A 도 내지 제 29D 도에 도시하는 바와 같이 0차 광과 2차 광의 간섭 빔을 예를 들면 3개의 파장성분 λ1, λ2, λ3 마다 광전 검출하여 얻어진 광전 신호 IR021, IK022, IK023의 파형을 관찰하면 쉽게 이해할 수 있다. 즉, 제 29A 도 내지 제 29D 도에 도시하는 바와 같이 3개의 광전신호 IK02n(n=1, 2, 3)의 서로 위상차가 ±1차 회절광의 간섭 빔인 경우의 광전신호 Imn(제 7 도 참조)의 위상차에 비하여 대체로 크게 되기 때문이다. 이 때문에, 원래 큰 위상차를 갖는 각 파장마다의 광의 강도 변화를 단일 광전 소자로 수광하면, 각 파장의 강도의 상쇄 효과에 의해 광전신호의 진폭(교류의 진폭분)이 극히 작아져 버리는 것이다. 0차 광과 2차 광의 간섭 빔은 제 4 도에서 설명한 바와 같이 1차 회절광 Dln의 간섭 빔 BM의 양측에 대칭적인 각도로 발생한다.Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration shown in Fig. 24 is based on, and as described with reference to Figs. 4, 5A, and 5B, the lattice mark is used in addition to the interference beam of the ± 1st order diffracted light from the lattice mark. The structure which detects the interference beam of 0th order light and 2nd order diffraction light of was also added. In the case of photoelectric conversion of an interference beam between zero-order light and second-order diffracted light into a single photoelectric device, and using the photoelectric signal to detect the position offset of the grating mark, the incident light beam for grating mark illumination is multiplied. After receiving the interference beams (multiple wavelengths) of the 0th order light and the 2nd order light with a single photoelectric device, it is difficult to detect a good position offset as it is. The reason for this is that the photoelectric signal IR02 1 obtained by photoelectric detection for each of the three wavelength components λ 1 , λ 2 , and λ 3 , for example, an interference beam of zero-order light and secondary light as shown in FIGS. 29A to 29D. Observing the waveforms of IK02 2 and IK02 3 makes it easy to understand. That is, as shown in FIGS. 29A to 29D, the photoelectric signal I mn when the phase difference of the three photoelectric signals IK02 n (n = 1, 2, 3) is an interference beam of ± 1st order diffracted light (FIG. 7) This is because the phase difference is large compared to the phase difference of the reference). For this reason, when a light intensity change of each wavelength having originally a large phase difference is received by a single photoelectric element, the amplitude of the photoelectric signal (the amplitude of the alternating current) becomes extremely small due to the cancellation effect of the intensity of each wavelength. The interference beams of the zeroth order light and the secondary light are generated at symmetrical angles on both sides of the interference beam BM of the first-order diffraction light D ln .
그런데 제 29A 도, 제 29B 도, 제 29C 도는 제 4 도에 도시한 0차 -2차 광의 간섭 빔 중, 예를 들면 1차 광의 간섭 빔 BM의 좌측에 나타나는 간섭 빔을 3개의 파장 λ1, λ2, λ3마다 개별로 광전 검출하였을 때의 각 광전신호 IK021, IK022, IK023의 헤테로다인 방식에서의 파장을 도시하고, 제 29D 도는 제 26D 도와 동일한 참조 신호가 되는 광전신호 Ims의 파형을 도시한다.However, the Fig. 29A, Fig. 29B claim, the 29C turning the fourth diagram showing a zero-order-secondary beam of light interference, for example, the primary interference of light beams of three wavelengths interference beam that appears on the left side of the BM to the λ 1, The photoelectric signal I ms which shows the wavelength in the heterodyne system of each photoelectric signal IK02 1 , IK02 2 , and IK02 3 when photoelectric detection is individually performed for each of λ 2 and λ 3 , and the 29D or 26D is the same reference signal as that of the 26D. Shows the waveform.
한편, 제 30A 도, 제 30B 도, 제 30C 도는 제 4 도에 도시된 0차-2차 광의 간섭 빔 중, ±1차 광의 간섭 빔 BM의 우측에 나타나는 간섭 빔을 3개의 파장 λ1, λ2, λ3마다 개별로 광전 검출하였을 때의 각 광전신호 IK201, IK202, IK203의 헤테로다인 방식에서의 파형을 도시하고, 제 30D 도는 제 29D 도와 동일한 광전신호 Ims 의 파형을 도시한다. 이상의 제 29A 도, 제 29B 도, 제 29C 도와 제 30A 도, 제 30B 도, 제 30C 도에 도시하는 바와 같이, 각 신호 IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)의 위상 오프셋 △β01, △β02, △β03, △β21, △β22, △β23은 파장의 의존성이 강하고, 크게 격차가 생기는 동시에, 동일 파장에 대해서는 신호 IK02n과 IK20n에서 역방향인 경향을 갖는다.On the other hand, the Fig. 30A, Fig. 30B claim, the fourth Figure 30C of the zero-order-secondary interference of light beams shown in degrees, an interference beam that appears on the right side of the ± 1-order light beam interference BM 3 wavelengths λ 1, λ Waveforms of the heterodynes of the photoelectric signals IK20 1 , IK20 2 , and IK20 3 when photoelectric detection is individually performed every 2 and λ 3 are shown , and FIG. 30D shows the waveform of the same photoelectric signal I ms as the 29D degree. . As shown in FIGS. 29A, 29B, 29C, 30A, 30B, and 30C, the phase offsets Δβ of the signals IK02 n and IK20 n (n = 1, 2, 3) 01, has a △ β 02, △ β 03, △ β 21, △ β 22, △ β 23 are simultaneously produced, the gap is strong dependence of the wavelength, the larger, the reverse trend in signal IK02 n and IK20 n for the same wavelength .
그래서 본 실시예의 구성을 제 31 도를 참조하여 설명한다. 제 31 도는 제 24 도의 구성의 일부, 구체적으로는 격자 마크 MG로부터의 각종 간섭 빔의 광전 검출계를 변경한 것이며, 따라서 제 24 도 중의 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일 부호를 붙인다. 제 31 도 중의 입사광계(100)는 제 24 도에 도시한 광원 LS1, SL2, SL3, 미러 MR, 다이크로익 미러 DCM4, DCM5, 주파수 시프터로서의 방사형 격자판 RRG, 렌즈(10), 공간 필터(12) 및 조정 광학계(14, 16, 18) 등으로 구성되고, 한 쌍의 입사광빔 +LF, -LF을 사출한다. 파장 λ1, λ2, λ3의 각 성분을 포함한 입사광빔 ±LF는 하프 미러(20)에서 일부가 반사되어 대물렌즈(22)에 입사하고, 일부는 참조 광 수광계(110)에 입사한다. 참조광 수광계(110)는 제 24 도 중의 파형 선택 필터(24), 렌즈(26), 참조격자 SG 및 공간 필터(38)로 구성되고 참조광 Bms를 광전 소자(40)로 유도한다.Thus, the configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a part of the configuration of FIG. 24, specifically, a photoelectric detection system of various interference beams from the grating mark MG. Therefore, the same reference numerals are given to members having the same function as those in FIG. Incident light system 100 in FIG. 31 includes light sources LS 1 , SL 2 , SL 3 , mirror MR, dichroic mirror DCM 4 , DCM 5 , radial grating RRG as a frequency shifter, and lens 10 shown in FIG. 24. And the spatial filter 12, the adjusting optical systems 14, 16, 18, and the like, and emit a pair of incident light beams + LF, -LF. The incident light beam ± LF including the components of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 is partially reflected by the half mirror 20 to enter the objective lens 22, and a part of the incident light beam is incident on the reference light receiving system 110. . The reference light receiving system 110 is composed of the waveform selection filter 24, the lens 26, the reference grid SG, and the spatial filter 38 in FIG. 24, and guides the reference light B ms to the photoelectric element 40.
그리고, 대물렌즈(22)를 통해 웨이퍼 W 상의 격자 MG가 입사광빔 ±LF에 의해 조사되면, ±1차 회절광의 간섭 빔 BM이 수직으로 발생하는 동시에 각 입사광빔의 진행방향과 역방향으로 0차-2차 광의 각종 간섭 빔이 발생한다. 0차-2차 광의 간섭 빔은 대물렌즈(22), 하프 미러(20)를 통해 다이크로익 미러(32, 34)를 향하고, 여기서 각 파장 성분마다 분리된다. 우선 다이크로익 미러(32)에서는 파장 λ1의 0차-2차 광의 간섭 빔(2개)이 반사되고, 그 간섭 빔은 각각 36Al, 36A2에서 수광된다. 물론, 파장 λ1의 ±1차 광의 간섭 빔 Bm1은 다이크로익 미러(32)에서 반사되어 광전 소자(36A)에서 수광된다.Then, when the grating MG on the wafer W is irradiated by the incident light beam ± LF through the objective lens 22, the interference beam BM of the ± first-order diffracted light is generated vertically and at the same time in the zero direction in the direction of travel of each incident light beam. Various interference beams of secondary light are generated. The interference beams of the 0th-secondary light are directed to the dichroic mirrors 32 and 34 through the objective lens 22 and the half mirror 20, where they are separated for each wavelength component. First, the dichroic mirror 32 reflects two interference beams of zero-order secondary light of wavelength lambda 1 , and the interference beams are received at 36Al and 36A2, respectively. Of course, the interference beam B m1 of ± 1 order light of wavelength λ 1 is reflected by the dichroic mirror 32 and received by the photoelectric element 36A.
또한 다이크로익 미러(32)를 투과한 파장 λ2, λ3의 0차-2차 광의 간섭 빔과 ±1차 광의 간섭 빔 Bm2, Bm3은 다이크로익 미러(34)에서 파장 성분마다 분리되고, 파장 λ2의 0차-2차 광의 간섭 빔(2개)은 각각 광전 소자(36B1, 36B2)로 수광되고, ±1차 광의 간섭 빔 Bm2는 광전 소자(36B)로 수광된다. 다음에 다이크로익 미러(34)를 투과한 파장 λ3의 0차-2차 광의 간섭 빔(2개)은 광전 소자(36C1, 36C2)에서 수광되고, ±1차 광의 간섭 빔 Bm3은 광전 소자(36C)에서 수광된다.In addition, the interference beams of 0-second order light having wavelengths λ 2 and λ 3 transmitted through the dichroic mirror 32 and the interference beams B m2 and B m3 of ± 1 order light are each wavelength component of the dichroic mirror 34. Separated, two interference beams of 0-secondary light of wavelength λ 2 are received by the photoelectric elements 36B 1 and 36B 2 , respectively, and the interference beams B m2 of ± 1st-order light are received by the photoelectric element 36B. do. Next, two interference beams of 0-second order light having a wavelength λ 3 transmitted through the dichroic mirror 34 are received by the photoelectric elements 36C 1 and 36C 2 , and the interference beam B m3 of ± 1 order light. Is received by the photoelectric element 36C.
이상의 구성으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예에서는 광전 소자(40)로부터의 광전 신호 Ims를 참조 신호로서, 각 광전 소자(36A, 36A1, 36A2, 36B, 36B1, 36B2, 36C, 36C1, 36C2)로부터의 광전 신호의 위상차를 구하는 신호 처리 회로가 필요해진다. 그것을 위해 가장 간편한 회로 구성의 일 예를 제 32 도에 도시한다.As is apparent from the above configuration, in this embodiment, the photoelectric signal I ms from the photoelectric element 40 is used as a reference signal, and each photoelectric element 36A, 36A 1 , 36A 2 , 36B, 36B 1 , 36B 2 , 36C, 36C A signal processing circuit for obtaining the phase difference of the photoelectric signal from 1 , 36C 2 ) is required. An example of the simplest circuit configuration for that is shown in FIG.
제 32 도는 제 25 도에 도시된 처리 회로의 일부를 개량한 것이고, 하드웨어 상에서는 제 25 도 중의 A/D 컨버터 회로(50)에 입력하는 참조 신호 Ims 이외의 각 광전 신호를 시계열적으로 선택하는 아날로그 멀티플렉서(120)를 부가한 것이 다르다. 이 아날로그 멀티플렉서(120)는 3 입력 1 출력의 전환 스위치 SS1, SS2, SS3을 포함하고, 각 스위치 SS1, SS2, SS3은 외부의 전환 신호 SN에 응답하여 연동하여 전환된다.FIG. 32 is an improvement of a part of the processing circuit shown in FIG. 25, and in hardware, each photoelectric signal other than the reference signal I ms input to the A / D converter circuit 50 in FIG. The addition of the analog multiplexer 120 is different. The analog multiplexer 120 includes three input 1 output switching switches SS 1 , SS 2 , and SS 3 , and each switch SS 1 , SS 2 , SS 3 is switched in response to an external switching signal SN.
스위치 SS1은 파장 λ1의 간섭 빔을 수광하여 얻어지는 3개의 광전신호 Im1, IK021, IK201 중 1개를 선택하고, 스위치 SS2는 파장 λ2의 간섭 빔을 수광하여 얻어진 3개 광전 신호 Im2, IK022, IK202 중 1개를 선택차고, 스위치 SS3은 파장 λ3의 간섭 빔을 수광하여 얻어지는 3개의 광전 신호 Im3, IK023, IK203 중 1개를 선택하도록 접속된다. 단 본 실시예에서는 스위치 SS1 내지 SS3을 연동해 두기 때문에, 동시에 A/D 컨버터 회로(50A)에 입력되는 3개의 계측 신호(광전 신호)는 동일한 회절 상태하에서 검출된 신호로 한다. 즉, 스위치 SS1 내지 SS3을 중간 위치로 전환하면, 제 25 도의 상태와 완전히 동일하게 되고, ±1차 광의 간섭 빔 BM을 각 파장 성분마다 광전 검출한 신호 Im1 내지 Im3이 A/D 컨버터 회로(50)에 공급되고, 3개의 스위치 SS1 내지 SS3을 제 32 도의 도시한 위치로 전환하면, ±1차 광의 간섭 빔 BM의 좌측에 발생한 0차-2차 광의 간섭 빔을 각 파장마다 광전 검출한 신호 IK021, IK022, IK023이 A/D 컨버터 회로(50)로 공급된다. 물론 3개의 스위치 SS1 내지 SS3이 가장 우측의 위치로 전환되면, 광전 신호 IK201, IK202, IK203이 A/D 컨버터 회로(50)에 공급된다.The switch SS 1 selects one of three photoelectric signals I m1 , IK02 1 , and IK20 1 obtained by receiving an interference beam having a wavelength λ 1 , and the switch SS 2 receives three photoelectric rays obtained by receiving an interference beam having a wavelength λ 2 . One of the signals I m2 , IK02 2 , IK20 2 is selected, and the switch SS 3 is connected to select one of three photoelectric signals I m3 , IK02 3 , IK20 3 obtained by receiving an interference beam of wavelength λ 3 . . In this embodiment, however, the switches SS 1 to SS 3 are linked to each other, so that three measurement signals (photoelectric signals) input to the A / D converter circuit 50A at the same time are signals detected under the same diffraction state. That is, when the switches SS 1 to SS 3 are switched to the intermediate position, they become exactly the same as in FIG. 25, and the signals I m1 to I m3 which photoelectrically detect the interference beam BM of ± 1st order light for each wavelength component are A / D. When supplied to the converter circuit 50 and the three switches SS 1 to SS 3 are switched to the positions shown in FIG. 32, the wavelengths of the 0th-secondary light generated on the left side of the interference beam BM of ± 1st light are each wavelength. The photoelectrically detected signals IK02 1 , IK02 2 , and IK02 3 are supplied to the A / D converter circuit 50 every time. Of course, when the three switches SS 1 to SS 3 are switched to the rightmost positions, the photoelectric signals IK20 1 , IK20 2 , and IK20 3 are supplied to the A / D converter circuit 50.
또한 제 25 도에 도시한 진폭 검출, 진폭비 검출 회로(58)는 제 32 도에서는 회절 상태가 다른 간섭 빔마다 그룹화된 비의 데이터 Cn1, Cn2, Cn3(n은 파장에 대응하여 n=1, 2, 3)을 출력하도록 변경된다. 이 비의 데이터 중 Cn1(n=1, 2, 3)은 제 25 도 중의 비 C1, C2, C3과 동일한 것이고, Cn2(n=1, 2, 3)는 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)에서 얻어진 각 파장마다의 비이고, Cn3(n=1, 2, 3)은 광전 신호 IK20n(n=1, 2, 3)에서 얻어진 각 파장마다의 비이다.In addition, in the amplitude detection and amplitude ratio detection circuit 58 shown in FIG. 25, the ratio data C n1 , C n2 , C n3 grouped for each of the interference beams having different diffraction states are shown in FIG. 1, 2, 3) is changed to output. Of these data, C n1 (n = 1, 2, 3) is the same as the ratio C 1 , C 2 , C 3 in FIG. 25, and C n2 (n = 1, 2, 3) is the photoelectric signal IK02 n. is the ratio for each wavelength obtained in (n = 1, 2, 3), and C n3 (n = 1, 2, 3) is the ratio for each wavelength obtained in the photoelectric signal IK20 n (n = 1, 2, 3). to be.
또, 제 25 도에 도시한 위상차, 위치 오프셋 검출 회로(26)는 제 32 도에서는 회절 상태가 다른 간섭 빔마다 그룹화된 오프셋량 △Xn1, △Xn2, △Xn3(n=1, 2, 3)을 출력하도록 변경된다. 이 오프셋량 중 △Xn1(n=1, 2, 3)은 제 6 도의 오프셋량 △Xn1, △Xn2, △Xn3과 동일한 것이고, △Xn2(n=1, 2, 3)는 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)으로부터 구해진 각 파장 성분마다의 오프셋량이며, △Xn3(n=1, 2, 3)은 광전 신호 IK20n(n=1, 2, 3)으로부터 얻어진 각 파장 성분마다의 오프셋량이다. 또한 이 검출 회로(56)는 제 29A 도 내지 제 29D 도, 제 30A 도 내지 제 30D 도에서 설명한 바와 같은 위상차 △β0n, △β2n(n=1, 2, 3)에 따른 값을 중간적으로 산출한다.The phase difference and position offset detection circuit 26 shown in FIG. 25 shows offset amounts ΔXn 1 , ΔXn 2 , ΔXn 3 (n = 1, 2) grouped for each interference beam having different diffraction states in FIG. 32. , 3) to output. Of these offsets, ΔX n1 (n = 1, 2, 3) is the same as the offset amounts ΔXn 1 , ΔXn 2 , ΔXn 3 of FIG. 6, and ΔXn 2 (n = 1, 2, 3) is photoelectric signal IK02 n (n = 1, 2 , 3) and the offset amount for each wavelength component obtained from, △ Xn 3 (n = 1 , 2, 3) is a photoelectric signal IK20 n (n = 1, 2 , 3) Offset amount for each wavelength component obtained from In addition, the detection circuit 56 intermediates the values according to the phase differences Δβ 0n and Δβ 2n (n = 1, 2, 3) as described in FIGS. 29A to 29D and 30A to 30D. Calculate as
다음에 제 25 도 중 가중 평균화 회로(60)는 제 32 도에서는 선택적인 가중 평균화 회로로 변경되며, ±1차 광의 간섭 빔 BM의 광전 검출 결과에만 기초하여 최종적인 위치 오프셋량을 △X를 산출하는 제 25 도와 동일한 제 1 도의 연산 모드, 0차-2차 광의 간섭 빔의 광전 검출 결과만에 기초하여 최종적인 오프셋량 △X를 산출하는 제 2 연산 모드 및 모두의 간섭 빔 광전 검출 결과에 기초하여 최종적인 오프셋량 △X를 산출하는 제 3 연산 모드를 구비하고 있다. 이들 3개의 연산 모드는 오퍼레이터에 의해 적절하게 선택 가능하지만, 제 3 연산 모드를 지정하였을 때는 또한 2 내지 3의 연산 알고리즘을 선택할 수 있다. 이와 같은 모드 지정, 알고리즘 선택에 대해서는 나중에 상세하게 기술한다.Next, the weighted averaging circuit 60 in FIG. 25 is changed to a selective weighted averaging circuit in FIG. 32, and calculates the final position offset amount ΔX based only on the photoelectric detection result of the interference beam BM of ± 1st order light. Based on the operation mode of FIG. 1, which is the same as that of FIG. 25, the second operation mode that calculates the final offset amount ΔX based only on the photoelectric detection result of the interference beam of the 0th-second order light, and the interference beam photoelectric detection result of all And a third calculation mode for calculating the final offset amount [Delta] X. These three operation modes can be appropriately selected by the operator, but when the third operation mode is designated, two to three calculation algorithms can also be selected. Such mode designation and algorithm selection will be described later in detail.
그리고, 본 실시예의 경우도, 우선 맨 처음에 웨이퍼 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FG의 격자 마크가 대물렌즈(22)로부터의 입사광빔 ±LF에서 조사되도록 스테이지 WST의 위치 결정이 행해진다. 그리고 전환 신호 SN를 아날로그 멀티플렉서(120)에 주고, 스위치 SS1 내지 SS3을 예를 들면 제 32 도에 도시한 위치에 설정하고, 기준 마크판 FG의 격자 마크로부터 발생한 0차-2차 광의 간섭 빔을 광전 검출하여 얻어진 광전 신호 중의 신호 IK02n(n=1, 2, 3)을 A/D 컨버터 회로(50)에서 디지털 샘플링하여, 그 신호 IK02n의 각 파형을 메모리 회로(54)내에 일시적으로 기억한다.Also in the case of this embodiment, the stage WST is firstly positioned so that the lattice mark of the reference mark plate FG on the wafer stage WST is irradiated with the incident light beam ± LF from the objective lens 22. Then, the switching signal SN is given to the analog multiplexer 120, and the switches SS 1 to SS 3 are set at, for example, the position shown in FIG. 32, and the interference of the 0th-order secondary light generated from the lattice mark of the reference mark plate FG. Signal IK02 n (n = 1, 2, 3) in the photoelectric signal obtained by photoelectric detection of the beam is digitally sampled by the A / D converter circuit 50, and each waveform of the signal IK02 n is temporarily stored in the memory circuit 54. Remember.
그리고 진폭 검출 회로(58)에 의해서 메모리 회로(54)내의 파형 데이터를 해석하고, 각 신호 IK02n의 진폭값(피크 to 피크)을 J02n(n=1, 2, 3)으로서 산출하여 기억한다.The waveform data in the memory circuit 54 is analyzed by the amplitude detection circuit 58, and the amplitude value (peak to peak) of each signal IK02 n is calculated and stored as J02 n (n = 1, 2, 3). .
다음에 스위치 SS1 내지 SS3을 제 23 도 중 가장 우측으로 전환하고, 기준 마크판 FG의 격자 마크로부터 발생한 0차-2차 광의 간섭 빔을 광전 검출하여 얻어진 광전 신호 중 신호 IK20n(n=1, 2, 3)을 A/D 컨버터 회로(50)에서 디지털 샘플링하고, 그 신호 IK20n의 각 파형을 메모리 회로(54)에 일시적으로 기억한다. 이 때, 메모리 회로(54)의 기억 용량이 충분히 크지 않은 경우는 미리 기억한 신호 IK02n의 각 파형 데이터를 소거하여 신호 IK20n의 각 파형 데이터를 오버라이트한다. 그 후 진폭 검출 회로(58)에 의해 메모리 회로(54)내의 파형 데이터를 해석하고, 각 신호 IK20n(n=1, 2, 3)의 진폭값(피크 to 피크)을 J20n(n=1, 2, 3)으로서 산출하여 기억한다.Next switch SS 1 to SS 3 to claim 23, also of the switch to the right, and the reference mark plate FG of the grating mark resulting from the 0th-order -2-order light of the photoelectric detection of the interference beam to IK20 signal of the photoelectric signal obtained by n (n = 1, 2, and 3 are digitally sampled by the A / D converter circuit 50, and each waveform of the signal IK20 n is temporarily stored in the memory circuit 54. At this time, when the storage capacity of the memory circuit 54 is not large enough, each waveform data of the signal IK02 n stored in advance is erased and the waveform data of the signal IK20 n is overwritten. Thereafter, the amplitude detection circuit 58 analyzes the waveform data in the memory circuit 54 and sets the amplitude value (peak to peak) of each signal IK20 n (n = 1, 2, 3) to J20 n (n = 1). , 2, 3) to be stored.
마지막으로, 스위치 SS1 내지 SS3을 중간 위치로 전환하고, 기준 마크판 FG의 격자 마크로부터 발생한 ±1차 광의 간섭 빔을 광전 검출하여 얻어지는 신호 Imn(n=1, 2, 3)의 각 파형 데이터를 동일하게 메모리(54)에 기억하고, 진폭 검출 회로(58)에 의해 각 신호 Imn의 진폭값 J11n(n=1, 2, 3)을 구하여 기억한다.Finally, each of the signals I mn (n = 1, 2, 3) obtained by switching the switches SS 1 to SS 3 to the intermediate position and photoelectrically detecting the interference beam of ± 1st order light generated from the lattice mark of the reference mark plate FG equally stored in the memory 54, the waveform data, and storing the calculated amplitude values J11 n (n = 1, 2 , 3) of the signals I mn by the amplitude detection circuit 58.
이상에 의해서 예비 동작이 종료하므로, 다음에 실제로 위치 결정, 위치 맞춤해야 할 웨이퍼 W를 스테이지 WST 상에 재치하고, 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG가 대물렌즈(22)로부터의 입사광빔 ±LF에 의해 조사되도록 스테이지 WST를 위치 결정한다.Since the preliminary operation is completed by the above, the wafer W to be actually positioned and aligned next is placed on the stage WST, and the lattice mark MG on the wafer W is irradiated with the incident light beam ± LF from the objective lens 22. Position the stage WST if possible.
그리고, 상기 기준 마크판 FG의 격자 마크의 검출 시와 동일하게 하여, 멀티플렉서(120)의 스위치 SS1 내지 SS3을 차례로 전환하는 것은 각 신호 파형 데이터를 메모리 회로(54)에 집어넣고, 웨이퍼 상의 격자 마크 MG로부터 발생한 각 간섭 빔을 광전 검출하여 얻어지는 신호 Imn, IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)의 각 진폭값을 검출 회로(58)에 의해 각각 En( 제 26A 도 내지 26D) 참조), E02n, E20n(제 29A 도 내지 제 29D도, 제 30A 도 내지 제 30D 도 참조)으로서 산출한다.Then, in the same manner as in the detection of the lattice mark of the reference mark plate FG, switching the switches SS 1 to SS 3 of the multiplexer 120 in sequence puts each signal waveform data into the memory circuit 54 and onto the wafer. each amplitude value of the signal of each interference beam generated from the grating mark MG which is obtained by photoelectrically detecting I mn, IK02 n, IK20 n (n = 1, 2, 3) respectively by the detection circuit (58) E n (No. 26A Fig. To 26D)), E02 n , and E20 n (see FIGS. 29A to 29D and 30A to 30D).
또, 스위치 SS1 내지 SS3을 전환하여 메모리 회로(54)에 신호 Imn, IK02n, IK20n 중 1 세트를 기억시킬 때, 참조 신호 Ims의 파형도 동일한 시간축의 하에서 메모리 회로(54)에 기억한다. 그리고 스위치 SS1 내지 SS3을 전환하기 전에, 위상차, 오프셋 검출 회로(56)에 의해 신호 Imn, IK02n, IK20n 중 기억한 신호의 파형 데이터를 해석하고, 위상 △Ψn, △βn, △β2n 중 대응한 1개와 위치 오프셋량 △Xn1, △Xn2, △Xn3(n=1,2, 3) 중 대응한 1개를 순차 산출해 둔다.In addition, when the switches SS 1 to SS 3 are switched to store one set of the signals I mn , IK02 n , and IK20 n in the memory circuit 54, the waveform of the reference signal I ms is also under the same time axis. Remember to. And switch before switching the SS 1 to SS 3, the phase difference, analysis of waveform data of the signal stored in the signal I mn, IK02 n, IK20 n by the offset detection circuit 56, and phase △ Ψ n, △ β n , One corresponding to among Δβ 2n and one corresponding to position offset amounts ΔX n1 , ΔX n2 , ΔX n3 (n = 1, 2, 3) are sequentially calculated.
이렇게 하여 각 파장마다의 진폭값이나 위치 오프셋량이 회절 상태가 다른 검출광(간섭 빔)으로 구해지면, 진폭비 검출 회로(58)는 이하의 연산을 행한다.In this way, when the amplitude value and the position offset amount for each wavelength are obtained with the detection light (interference beam) having different diffraction states, the amplitude ratio detection circuit 58 performs the following calculation.
다음에 평균화 회로(60)에 의해 가장 정확할 것 같은 오프셋량(변위) △X가 산출되지만, ±1차 광의 간섭 빔 BM만을 사용한 제 1 연산 모드에서는 상기 제 25 도의 경우와 동일하고,Next, the averaging circuit 60 calculates the offset amount (displacement) ΔX most likely to be most accurate, but is the same as in the case of FIG. 25 in the first calculation mode using only the interference beam BM of ± 1st order light.
△X=(C11·△X11 + C21·△X21 + C31·△X31)/(C11 + C21 + C31)에 의해 산출된다.ΔX = (C 11 · ΔX 11 + C 21 · ΔX 21 + C 31 · ΔX 31 ) / (C 11 + C 21 + C 31 ).
한편, 0차-2차 광의 간섭 빔만을 사용한 제 2 연산 모드에서는, ±1차 광의 간섭 빔 BM의 좌측에 발생하는 0차-2차 광의 간섭 빔의 검출에 의해 얻어진 위상차 △β0n과 간섭 빔 BM의 우측에 발생하는 0차-2차 광의 간섭 빔의 검출에 의해 얻어진 위상차 △β2n과의 평균 위상차로부터, 각 파장마다의 위치 오프셋량을 산출하는 알고리즘이 채용된다. 그 위상차의 평균은 랜덤 성분을 저감시켜 정밀도 향상을 도모하는 평균화와는 달리, 0차 광과 ±2차 광과의 간섭 빔을 사용하여 위치 검출하는 경우에 원리적으로 실시해야만 하는 평균화이다.On the other hand, in the second operation mode using only the interference beams of the 0th-secondary light, the phase difference Δβ 0n and the interference beam obtained by the detection of the interference beam of the 0th-secondary light occurring on the left side of the interference beam BM of the ± 1st-order light The algorithm which calculates the position offset amount for each wavelength is employ | adopted from the average phase difference with phase difference (DELTA) (beta) 2n obtained by detection of the interference beam of the 0th-order secondary light which generate | occur | produces on the right side of BM. The averaging of the phase difference is an averaging which should be carried out in principle in the case of position detection using an interference beam of 0th order light and ± 2nd order light, unlike the averaging which reduces the random component to improve the accuracy.
그래서 본 실시예에서는 그 알고리즘을 베이스로 하고, 평균화 회로(60)는 먼저 신호 IK02n으로부터 구해진 각 위치 오프셋량 △Xn2(n=1, 2, 3)와 신호 IK20n으로부터 구해진 각 위치 오프셋량 △Xn3(n=1, 2, 3)과의 각 파장마다의 평균값 △XAn(n=1, 2, 3)을 이하와 같이 산출한다.Thus, in this embodiment, based on the algorithm, the averaging circuit 60 first calculates each position offset amount obtained from the signal IK02 n from each position offset amount ΔX n2 (n = 1, 2, 3) and the signal IK20 n . The average value ΔXA n (n = 1, 2, 3) for each wavelength with ΔX n3 (n = 1, 2, 3) is calculated as follows.
△XA1=(△X12+△X13)/2ΔXA 1 = (ΔX 12 + ΔX 13 ) / 2
△XA2=(△X22+ △X23)/2ΔXA 2 = (ΔX 22 + ΔX 23 ) / 2
△XA3=(△X32+ △X33)/2ΔXA 3 = (ΔX 32 + ΔX 33 ) / 2
또한 평균화 회로(60)는 진폭비 검출 회로(58)에서 구해진 0차-2차 광의 간섭 빔의 진폭비 Cn2, Cn3의 각 파장 성분마다의 평균값 CAn(n=1, 2, 3)을 이하와 같이 산출한다.In addition, the averaging circuit 60 measures the average value CA n (n = 1, 2, 3) for each wavelength component of the amplitude ratios C n2 and C n3 of the interference beam of the 0th-order secondary light obtained by the amplitude ratio detecting circuit 58. Calculate as
CA1=(C12 + C13)/2CA 1 = (C 12 + C 13 ) / 2
CA2=(C22 + C23)/2CA 2 = (C 22 + C 23 ) / 2
CA3=(C32 + C33)/2CA 3 = (C 32 + C 33 ) / 2
그 후, 평균화 회로(60)는 각 파장 성분마다 평균적인 비 CAn를 중간 계수로 하고, 각 파장 성분마다의 평균적인 위치 오프셋량 △XAn을 이하와 같이 가중 평균하고, 가장 확실할 것 같은 오프셋량 △X를 산출한다.Thereafter, the averaging circuit 60 sets the average ratio CA n for each wavelength component as an intermediate coefficient, weights averages the average position offset amount ΔXA n for each wavelength component as follows, and is most likely The offset amount ΔX is calculated.
△X=(CA1·△XA1 + CA2·△XA2 + CA3·△XA3)/(CA1 + CA2 + CA3)ΔX = (CA 1 , ΔXA 1 + CA 2 , ΔXA 2 + CA 3 , ΔXA 3 ) / (CA 1 + CA 2 + CA 3 )
이상에 의해, 제 2 연산 모드에 의한 격자 마크 MG의 위치 또는 위치 오프셋 검출이 달성된다.By the above, the position or position offset detection of the grid mark MG by a 2nd operation mode is achieved.
제 3 연산 모드에서는 제 1 연산 모드에서 산출된 위치 오프셋량과 제 2 연산 모드에서 산출된 위치 오프셋량을 단순히 평균하는 제 1 알고리즘과, 그들 2개의 위치 오프셋량을 가중 평균하는 제 2 알고리즘과의 어느 한쪽을, 오퍼레이터에 의해서 미리 설정 가능하게 되어 있다. 그래서 제 1 연산 모드(±1차 광의 간섭 빔의 검출 결과를 사용하는 모드)에서 최종적으로 산출된 위치 오프셋량을 △XM1로 하고, 제 2 연산 모드에서 최종적으로 산출된 위치 오프셋량을 △XM2로 하면, 제 1 알고리즘으로 결정되는 위치 오프셋량은 (△XM1 + △XM2)/2로 산출된다.In the third operation mode, the first algorithm simply averages the position offset amount calculated in the first operation mode and the position offset amount calculated in the second operation mode, and the second algorithm weighted averages of the two position offset amounts. Either can be set in advance by an operator. Therefore, the position offset amount finally calculated in the first calculation mode (the mode using the detection result of the interference beam of the ± 1st order light) is ΔXM 1 , and the position offset amount finally calculated in the second calculation mode is ΔXM. If it is 2 , the position offset amount determined by the first algorithm is calculated as (ΔXM 1 + ΔXM 2 ) / 2.
한편, 제 2 알고리즘에서는 제 1 연산 모드에서 산출되는 오프셋량 △XM1과 제 2 연산 모드에서 산출되는 △XM2를 소정의 가중 계수 Q1, Q2를 사용해 가중 평균한다. 일 예로서, 가중 계수 Q1은 ±1차 광의 간섭 빔 BM을 광전 검출하여 얻어진 신호 Imn(n=1, 2, 3)의 각각의 진폭값 E1, E2, E3(제 26A 도 내지 제 26D 도 참조)의 합에 대응시키고, 가중 계수 Q2는 0차-2차 광의 간섭 빔을 광전 검출하여 얻어진 신호 IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)의 각 파장마다의 평균 진폭값(E021 + E201)/2, (E022 + E202)/2, (E023 + E203)/2의 합에 대응시킨다. 따라서, 제 2 알고리즘은 이하의 연산에 의해 격자 마크 MG의 오프셋량 △X가 결정된다.On the other hand, in the second algorithm, the offset amount ΔXM 1 calculated in the first calculation mode and ΔXM 2 calculated in the second calculation mode are weighted average using predetermined weighting factors Q 1 and Q 2 . As an example, the weighting factor Q 1 is the amplitude values E 1 , E 2 , E 3 of the signals I mn (n = 1, 2, 3) obtained by photoelectric detection of the interference beam BM of ± 1st order light (Fig. 26A). Corresponding to the sum of Fig. 26D), the weighting factor Q 2 is obtained for each wavelength of the signals IK02 n , IK20 n (n = 1, 2, 3) obtained by photoelectric detection of an interference beam of zero-order secondary light. Corresponds to the sum of the average amplitude values (E02 1 + E20 1 ) / 2, (E02 2 + E20 2 ) / 2, and (E02 3 + E20 3 ) / 2. Therefore, in the second algorithm, the offset amount? X of the grid mark MG is determined by the following calculation.
△X=(Q1·△XMI + Q2·△XM2)/(Q1 + Q2)ΔX = (Q 1 , △ XM I + Q 2 , △ XM 2 ) / (Q 1 + Q 2 )
또한, 원리적으로 말하여 고차의 회절광과, 그의 광 강도가 작으므로, ±1차 회절광의 간섭 빔 BM의 광강도 진폭(En에 대응)과 비교하여 0차 및 -2차 회절광의 간섭 빔의 광강도 진폭(E02n, E20n에 대응)은 상당히 작아진다. 따라서 단순히 신호 Imn, IK02n, IK20n의 진폭만의 합으로 가중 계수 Q1, Q2를 결정하면, 대부분의 경우 가중 계수 Q1 쪽이 계수 Q2 보다도 커져버린다. 계수 Q2의 쪽은 산출된 값을 예를 들면 미리 정해진 비율(일 예로서 10 내지 30%)만큼 증대시키도록 보정하는 것이 좋다.Further, in principle, since high order diffracted light and its light intensity are small, the interference of 0th and -2nd order diffracted light is compared with the light intensity amplitude (corresponding to E n ) of the interference beam BM of the ± 1st order diffracted light. The light intensity amplitude (corresponding to E02 n , E20 n ) of the beam is significantly smaller. Therefore, when the weighting factors Q 1 and Q 2 are determined simply by the sum of the amplitudes of the signals I mn , IK02 n , and IK20 n , in most cases, the weighting factor Q 1 becomes larger than the coefficient Q 2 . The coefficient Q 2 is preferably corrected to increase the calculated value by, for example, a predetermined ratio (10 to 30% as an example).
다음에 본 발명의 제 13 실시예를 제 33 도를 참조하여 설명한다. 이 실시예에서는 제 24 도 중에 도시한 웨이퍼 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FGN의 구조를 투과형의 격자(진폭 투과율에 비대칭성이 아닌 격자)로 변경하고, 그 격자로부터 투과하여 발생하는 간섭 빔을 광전 검출함으로써 각 광전 신호 Imn, IK02n, IK20n의 진폭비를 검출 회로(58)에서 산출할 때의 사용하는 분모(기준값)를 구하도록 하였다.Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the structure of the reference mark plate FGN on the wafer stage WST shown in FIG. 24 is changed to a transmission lattice (a lattice that is not asymmetric to the amplitude transmittance), and photoelectric detection of the interference beam generated through the lattice by was to obtain the denominator (reference value) to be used at the time of output from each photoelectric signal I mn, detecting the amplitude ratio n of the IK02, IK20 n circuit 58.
제 33 도는 웨이퍼 스테이지 WST의 부분 표면을 도시하고, 입사광빔 ±LF(여기서는 파장 λ1, λ2의 2 파장으로 한다)이 기준 마크판 FG 상의 격자를 조사하면, 그 격자로부터 스테이지 내부로 향하는 0차 광, ±1차 광, ±2차 광이 발생한다. 이들 회절광은 미러 MR에서 직각으로 굴곡되어 푸리에 변환 기능을 갖는 렌즈계 G5에 입사하고, 자동 변환 기능을 갖는 파장 선택 필터(24)에서 파장 λ1과 λ2의 오프셋의 어느 한쪽 성분이 선택되고, 각각 간섭 빔 Bmrn, ±B1r,±B2r로 되어 광전 소자군 DTR에 입사한다. 파장 선택 필터(24)는 파장 λ1을 투과하여 파장 λ2를 차단하는 필터와, 그 반대의 특성을 갖는 필터를 택일적으로 광로에 삽입·이탈할 수 있도록 구성된다. 따라서, 파장 λ1을 선택하는 필터가 사용될 때는 파장 λ1에 의한 0차-2차 광의 간섭 빔 ±Blr과 파장 λ1에 의한 ±1차 광의 간섭 빔 Bmr1 이 광전 소자군 DTR에 도달하고, 파장 λ2에 의한 ±1차 광의 간섭 빔 Bmr2 이 광전 소자군 DTR에 도달한다. 이 때문에 파장 λ1 선택용 필터의 사용 시에는 광전 신호 Imr1, 광전 신호 IR021, IR201이 얻어지며, 파장 λ2 선택용 필터의 사용 시에는 광전 신호 Imr2, 광전 신호 IR022, IR202가 얻어진다.33 shows a partial surface of the wafer stage WST, and when the incident light beam ± LF (here, two wavelengths of wavelengths λ 1 and λ 2 ) is irradiated with a grating on the reference mark plate FG, zero from the grating toward the inside of the stage is shown. Light shielding, ± 1st order light, ± 2nd order light is generated. These diffracted light are bent at right angles in the mirror MR to enter the lens system G 5 having a Fourier transform function, and either component of the offset of wavelengths λ 1 and λ 2 is selected in the wavelength selective filter 24 having the automatic conversion function. , Respectively, the interference beams B mrn , ± B 1r , and ± B 2r enter the photoelectric element group DTR. The wavelength selective filter 24 is comprised so that the filter which permeate | transmits the wavelength (lambda) 1 , and cuts off the wavelength (lambda) 2 , and the filter which has the opposite characteristic may be inserted into and detached from an optical path. Accordingly, when the filter for selecting the wavelength λ 1 used ± 1-order light beam B mr1 interference due to zero-order-secondary interference of light beam wavelength λ 1 and ± B lr by wavelength λ 1 reaches the photoelectric device group DTR , The interference beam B mr2 of ± 1st order light due to the wavelength λ 2 reaches the photoelectric element group DTR. Therefore, the wavelength when using the λ 1 selected filter has obtained a photoelectric signal I mr1, photoelectric signals IR02 1, IR20 1, the wavelength λ 2 when using the selected filter, the photoelectric signal I mr2, photoelectric signals IR02 2, IR20 2 Is obtained.
헤테로다인 방식의 경우, 이들의 광전 신호는 비트 주파수와 동일한 주파수의 정현파 형상의 파형으로 되어 나타나며, 상기 제 32 도에 도시한 처리 회로의 아날로그 멀티플렉서(120)의 3개의 스위치 SS1 내지 SS3에 의해 선택적으로 A/D 컨버터(50)로 입력되도록 접속된다. 구체적으로는 제 32 도 중의 3개의 스위치 SS1 내지 SS3을 5 입력 1 출력인 것으로 변경하고, 그 중 2 입력분을 기준 마크판 FG의 검출 시에 얻어지는 광전 신호 1mr1, IR021, IR201의 세트와 광전 신호 Imr2, IR022, IR202의 세트와의 입력 전환에 사용한다.In the case of the heterodyne system, these photoelectric signals appear as sinusoidal waveforms of the same frequency as the bit frequency, and the three switches SS 1 to SS 3 of the analog multiplexer 120 of the processing circuit shown in FIG. Connected to the A / D converter 50 selectively. Specifically, the three switches SS 1 to SS 3 in FIG. 32 are changed to 5 input 1 outputs, and 2 inputs thereof are photoelectric signals 1 mr1 , IR02 1 , IR20 1 obtained at the time of detecting the reference mark plate FG. It is used to switch the input between the set of photoelectric signals and the set of photoelectric signals Imr 2 , IR02 2 and IR20 2
이들의 광전 신호의 각 진폭값은 제 32 도 중의 진폭 검출 회로(58)에서 구해져서 기억된다. 그리고 진폭비를 구할 때에는 예를 들면 이하의 연산을 행한다.The amplitude values of these photoelectric signals are obtained from the amplitude detection circuit 58 in FIG. 32 and stored. When calculating the amplitude ratio, the following calculation is performed, for example.
C11=Im1/Imr1 C 11 = I m1 / I mr1
C21=Im2/Imr2 C 21 = I m2 / I mr2
C12=IK021/IR021 C 12 = IK02 1 / IR02 1
C22=IK022/IR022 C 22 = IK02 2 / IR02 2
C13=IK201/IR201 C 13 = IK20 1 / IR20 1
C23=IK202/IR202 C 23 = IK20 2 / IR20 2
이렇게 본 실시예에서는 기준 마크판을 투과한 회절광의 간섭 빔을 광전 소자군 DTR에서 광전 검출하도록 한 것이며, 그 소자군 DTR로부터 얻어지는 각 광전 신호의 위상 정보와 참조 신호로서의 광전 신호 Ims의 위상 정보를 비교하면, 기준 마크판 FG의 위치 오프셋, 또는 위치의 계측 즉, 베이스라인 계측의 일부분의 동작을 병용시킬 수 있다.In this embodiment, the interference beam of the diffracted light transmitted through the reference mark plate is photoelectrically detected by the photoelectric element group DTR, and the phase information of each photoelectric signal obtained from the element group DTR and the phase information of the photoelectric signal I ms as reference signals. In comparison with the above, the position offset of the reference mark plate FG, or the measurement of the position, that is, the operation of a part of the baseline measurement can be used in combination.
다음에 본 발명의 제 14 실시예를 제 34 도를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 대물렌즈(22)를 통해 웨이퍼 W(또는 기준 마크판 FG)상의 계측용(얼라인먼트용)의 격자 마크 MG를 조사하는 한 쌍의 입사광빔 +LF와 -LF의 편광방향을 상보적인 관계로 한다. 즉 직선 편광이면 입사광빔 +LF과 -LF의 편광방향을 직교시키고, 원편광이면 빔 +LF와 -LF를 서로 역회전의 편광으로 설정한다. 이 때문에 2개의 입사광빔 ±LF는 서로 간섭하지 않고서, 격자 마크 MG로부터 수직으로 발생하는 각 파장 λ1, λ2, λ3의 ±1차 회절광 BM도 서로 간섭하지 않는다.Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the polarization directions of a pair of incident light beams + LF and -LF complementary to the lattice mark MG for measurement (alignment) on the wafer W (or reference mark plate FG) through the objective lens 22 are complementary. Let's do it. That is, in the case of linearly polarized light, the polarization directions of the incident light beams + LF and -LF are orthogonal to each other, and in the case of circularly polarized light, the beams + LF and -LF are set to be reversely polarized light. For this reason, the two incident light beams ± LF do not interfere with each other, and the ± first-order diffraction light BM of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 vertically generated from the grating mark MG does not interfere with each other.
그 때문에, ±1차 회절광 BM을 대물렌즈(22), 소 미러 MR2를 통해 광전 검출할 때, 검광자(애널라이저)로서의 편광 빔스플리터 PBS를 사용한다. 이렇게 하면, 편광 빔스플리터 PBS를 투과한 ±1차 광 BM은 서로 간섭하여 제 1 간섭 빔 BP1로 되고, 편광 빔스플리터 PBS 에서 반사된 ±1차 광 BM은 서로 간섭하여 제 2 간섭 BPS2로 된다. 이들 간섭 빔 BP1, BP2의 극성은 서로 상보적이지만, 각각의 간섭 빔은 헤테로다인 방식이면 비트 주파수에 따라 정현파 형상으로 강도 변조된 것으로 된다. 또한 간섭 빔 BP1과 BP2의 강도 변조의 위상은 정도 180도만큼 다른 것으로 되어 있다.Therefore, when the photoelectric detecting the ± 1-order diffracted light BM through the objective lens 22, a small mirror MR 2, uses a polarizing beam splitter PBS as the analyzer (analyzer). In this way, the ± 1st order light BM transmitted through the polarization beam splitter PBS interferes with each other to become the first interference beam BP 1 , and the ± 1st order light BM reflected from the polarization beam splitter PBS interferes with each other to the second interference BPS 2 . do. The polarities of these interference beams B P1 and B P2 are complementary to each other, but each interference beam is intensity-modulated into a sinusoidal shape in accordance with the bit frequency if it is a heterodyne system. In addition, the phases of the intensity modulation of the interference beams B P1 and B P2 differ by about 180 degrees.
또한 상기 도면 중에 도시한 1/2 파장판 HW는 입사광빔 ±LF과 ±1차 회절광 BM의 서로 직교하는 직선 편광방향이 편광 빔스플리터 BPS의 편광 분리방향과 다른(회전하고 있는) 경우에, ±1차 회절광 BM 사이의 직선 편광방향을 수정하는 목적으로 설치한 것이다. 이 때문에, ±1차 회절광 BM 사이의 서로 직교한 직선 편광방향이 최초로부터 편광 빔스플리터 PBS의 편광 분리방향과 일치하거나, 혹은 입사광빔 +LF, -LF 이 역회전하여 원편광으로 되어 있을 때는 1/2 파장판 HW를 사용하지 않아도 좋다.In addition, in the case where the half wave plate HW shown in the figure is a case where the linearly polarized light directions of the incident light beams ± LF and the first-order diffraction light BM orthogonal to each other are different (rotating) from the polarization separation direction of the polarization beam splitter BPS, It is provided for the purpose of correcting the linear polarization direction between +/- 1st order diffracted light BM. For this reason, when the linear polarization directions orthogonal to each other between ± 1st-order diffraction light BM coincide with the polarization separation direction of the polarization beam splitter PBS from the beginning, or when the incident light beams + LF and -LF are reversely rotated to become circularly polarized light, It is not necessary to use the half wave plate HW.
본 실시예에서는 간섭 빔 BP1을 다이크로익 미러(332, 34)를 통해 각 파장마다 변별하고, 간섭 빔 BP1의 파장 λ1의 성분을 광전 소자(36A1)로 수광하고, 파장 λ2의 성분을 광전 소자(36B1)로 수광하며, 파장 λ3의 성분을 광전 소자(36C1)로 수광한다. 동일하게 간섭 빔 BP2에 대해서도 다이크로익미러(32, 34)에서 파장 변별하고, 파장 λ1, λ2, λ3의 각 성분마다 광전 소자(36A2, 36B2, 36C2)로 수광한다.In this embodiment, the interference beam BP1 is discriminated for each wavelength through the dichroic mirrors 332 and 34, the component of the wavelength λ 1 of the interference beam BP1 is received by the photoelectric element 36A 1 , and the component of the wavelength λ 2 . Is received by the photoelectric element 36B 1 , and the component of wavelength λ 3 is received by the photoelectric element 36C 1 . Similarly, the dichroic mirrors 32 and 34 also discriminate the wavelength of the interference beam BP 2 , and receive the light by the photoelectric elements 36A 2 , 36B 2 , and 36C 2 for each component of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 . .
또한 광전 소자(36A1, 36A2)의 양 출력 신호는 차동 앰프에 의해 감산되어 광전 신호 Im1로 되고, 광전 소자(36B1, 36B2)의 양 출력 신호는 차동 앰프에 의해 감산되어 광전 신호 Im2로 되고, 광전 신호(36C1과 36C2)의 양 출력 신호는 차동 앰프에 의해 감산되어 광전 신호 Im3으로 된다.In addition, both output signals of the photoelectric elements 36A 1 and 36A 2 are subtracted by the differential amplifier to be the photoelectric signal I m1 , and both output signals of the photoelectric elements 36B 1 and 36B 2 are subtracted by the differential amplifier to provide the photoelectric signal I m2 , and both output signals of the photoelectric signals 36C 1 and 36C 2 are subtracted by the differential amplifier to become the photoelectric signal I m3 .
이와 같이 차동 앰프를 사용한 것은, 예를 들면 광전 소자(36A1)의 출력 신호와 광전 소자(36A2)의 출력 신호가 서로 역위상(180°의 차)으로 되어 있고, 양 출력에 포함된 공통-상 노이즈 성분이 감산하여 캔슬되고, 신호 Im1의 실질적인 S/N 비가 개선되게 된다. 또한, 상기 제 24 도, 제 31 도, 제 34 도에 도시한 대물렌즈(22)는 사용하는 파장역(λ1 내지 λ3)에 있어서 발생하는 각종 색수차 중 적어도 축상 색수차에 대해서 어느 정도 보정되는 것이 바람직하다. 가령 사용하는 파장 λ1 내지 λ3의 대역이 100nm 이하이면, 그와 같은 축상의 색수차는 대물렌즈(22)를 구성하는 복수의 렌즈 소자의 초재(硝材)를 선택하고, 다른 굴절율 분산비의 렌즈 소자를 조합함으로써 어느 정도 보정할 수 있다. 물론, 그와 같은 색수차는 대물렌즈(22)에서 완전히 보정할 필요는 없고, 제 24 도에 도시한 조정 광학계(14, 16, 18)에 의해 보정하는 것도 가능하다.The use of the differential amplifier in this manner is, for example, the output signal of the photoelectric element 36A 1 and the output signal of the photoelectric element 36A 2 are in phase out of each other (180 ° difference), and are included in both outputs. The phase noise component is subtracted and canceled, and the substantial S / N ratio of the signal I m1 is improved. The objective lens 22 shown in FIGS. 24, 31, and 34 is corrected to some extent on at least axial chromatic aberration among various chromatic aberrations occurring in the wavelength ranges λ 1 to λ 3 used . It is preferable. For example, when the band of wavelengths λ 1 to λ 3 to be used is 100 nm or less, such axial chromatic aberration selects a base material of a plurality of lens elements constituting the objective lens 22 and has a lens having a different refractive index dispersion ratio. By combining the elements, correction can be made to some extent. Of course, such chromatic aberration does not need to be corrected completely in the objective lens 22, but can be corrected by the adjustment optical systems 14, 16, and 18 shown in FIG.
이상, 본 발명의 각 실시예를 설명했지만, 웨이퍼 W 나 기준 마크판 FG 상의 격자 마크 MG를 호모다인 방식으로 검출하는 경우, 그 격자 마크 MG를 피치 방향으로 프리스캔하여 각 광전 신호의 레벨 변화를 샘플링하는 필요가 있다. 그 경우, 가장 간단한 수법은 제 25 도 또는 32 도에 도시한 신호 파형 샘플링용의 클록신호 Cps를, 스테이지 WST의 위치 계측용의 레이저 간섭계(44)로부터의 계측 펄스(예를 들면 0.02㎛ 마다 1 펄스)를 변경하는 것이다. 이렇게 하면, 격자 마크 MG를 수피치분에 걸쳐 프리스캔하는 동안에 발생하는 각 광전 신호의 파형 데이터가 격자 마크 MG의 격자 위치에 대응하여 메모리 회로(54)에 기억되게 된다.As mentioned above, although each Example of this invention was described, when grating mark MG on the wafer W or the reference mark plate FG is detected by the homodyne system, the level change of each photoelectric signal is prescanned by prescanning the grating mark MG in the pitch direction. You need to sample. In that case, the simplest method is to measure the clock signal C ps for the signal waveform sampling shown in FIG. 25 or 32 degrees from the measurement pulse (for example, every 0.02 µm) from the laser interferometer 44 for position measurement of the stage WST. 1 pulse). In this way, waveform data of each photoelectric signal generated during prescan of the grating mark MG over several pitches is stored in the memory circuit 54 corresponding to the grating position of the grating mark MG.
또, 격자 마크 MG에 2개의 입사광빔 ±LF을 조사하는 방식에서는 그 2개의 입사광빔 ±LF는 격자 마크 MG의 적어도 피치 방향에 관해 대칭적인 입사각으로 하는 것이 바람직하고, 제 23 도와 같이 격자 마크 MG에 1개의 입사광빔을 투사하는 방식에서는 그 입사각은 격자 마크 MG의 피치 방향에 관하여 영(수직 입사)으로 하는 것이 바람직하다.In the method of irradiating two incident light beams ± LF to the grating mark MG, it is preferable that the two incident light beams ± LF have an incident angle symmetrical with respect to at least the pitch direction of the grating mark MG. In the method of projecting one incident light beam into a beam, the incidence angle is preferably set to zero (vertical incidence) with respect to the pitch direction of the grating mark MG.
그런데, 다파장화된 조명 빔을 계측용의 격자 마크 MG(또는 기준 마크)로 투사할 때, 제 21 도, 제 23 도, 제 24 도와 같이 각 파장마다 복수의 레이저 빔을 한번 동축에 합성하지 않고서, 격자 마크 MG의 푸리에 변환면에 있어서 마크 위치의 계측방향(피치 방향)과 직교한 비계측 방향으로 분리하여 입사하도록 구성해도 좋다. 즉 복수의 조명 빔의 파장마다 격자 마크 MG로의 입사각을 비계측 방향과 다르게 할 수도 있다.By the way, when projecting the multi-wavelength illumination beam to the grating mark MG (or reference mark) for measurement, a plurality of laser beams are not co-synthesized once for each wavelength as shown in FIGS. 21, 23, and 24 degrees. It may be configured so as to separate and enter the non-measurement direction orthogonal to the measurement direction (pitch direction) of the mark position on the Fourier transform surface of the lattice mark MG. That is, the angle of incidence to the grating mark MG for each wavelength of the plurality of illumination beams may be different from the non-measurement direction.
제 35 도는 투사 렌즈의 후군 렌즈계 G2 또는 대물렌즈(22)에 입사하는 2개의 파장의 빔 ±LFλ1, ±LFλ2의 입사광의 모양을 도시하고, 그들 빔 ±LFλ1, ±LFλ2는 격자 마크 MG에 대한 푸리에 변환면(눈동자면) EP 상에서 광축 2개의 빔으로 구성된다. 다음에 격자 마크 MG의 피치 방향도 지면과 수직인 방향이고, 파장 λ1의 빔 ±LFλ1과 파장 λ2의 빔 ±LFλ2를 푸리에 변환면 EP 상에서 비계측 방향(동일한 도면의 지면 내의 좌우방향)이다.Claim 35 of the two wavelengths incident on the rear group lens system G 2 or the objective lens 22 of the projection lens beam turning ± LFλ 1, showing the incident light of the shape of ± LFλ 2, and their beam ± LFλ 1, ± LFλ 2 is lattice It consists of two beams of optical axes on the Fourier transform plane (the pupil plane) EP for the mark MG. And then the pitch direction of the grating mark MG also ground and a direction perpendicular to a wavelength λ beam ± LFλ 1 and wavelength λ 2 beam ± LFλ 2 the left-right direction in the non-measuring direction (surface in the same figure on the deflection plane Fourier EP of the first )to be.
이로써 격자 마크 MG로부터 발생하여 푸리에 변환면 EP까지 되돌아오는 ±1차 회절광의 간섭 빔 Bm1, Bm2 도, 파장마다 푸리에 변환면 EP 상에서 비계측 방향으로 분리한 위치를 통과한다. 간섭 빔 Bm1은 입사광빔 ±LFλ1의 조사에 의해 마크 MG로부터 발생한 것이고, 간섭 빔 Bm2는 입사광빔 ±LFλ2의 조사에 의해 마크 MG로부터 발생한 것이고, 이들 입사광빔과 간섭광빔은 푸리에 변환면 EP 상에서는 예를 들면 제 36 도와 같이 분포한다.As a result, the interference beams B m1 and B m2 of the ± first-order diffracted light generated from the lattice mark MG and returned to the Fourier transform plane EP also pass through positions separated in the non-measurement direction on the Fourier transform plane EP for each wavelength. The interference beam B m1 is generated from the mark MG by irradiation of the incident light beam ± LFλ 1 , and the interference beam B m2 is generated from the mark MG by irradiation of the incident light beam ± LFλ 2 , and the incident light beam and the interference light beam are Fourier transform planes. On EP, it is distributed like 36th degree, for example.
제 36 도에 있어서, 푸리에 변환면 EP의 중심을 원점으로 하는 직교축(계측축과 비계측축)을 설정하였을 때, 2세트의 입사광빔 ±LFλ1, ±LFλ2의 비계측축의 방향의 오프셋량 Dh은 1차 회절광에 의한 간섭 빔 Bm1, Bm2의 비계측 방향의 오프셋량에 대응한 것으로 된다. 이와 같이, 격자 마크 MG를 조사하는 빔을 각 파장 성분마다 비계측 방향으로 경사지게 해두면, 간섭 빔 Bm1, Bm2 도 푸리에 변환면 EP 내에서 분리하여 분포하게 되므로, 각 광전 검출기의 수광면을 푸리에 변환면 EP 상 또는 그 면 EP과 공역인 면 상에 배치되고, 마찬가지로 광전 검출이 가능해진다.37. The method of claim 36, also, when setting the orthogonal axis (the measurement axis and the non-measuring axis) to the center of the deflection plane Fourier EP as the origin, the incident light beam of the second set ± LFλ 1, ± LFλ 2 non-measuring axes offset in the direction of The amount Dh corresponds to the offset amount in the non-measuring direction of the interference beams B m1 and B m2 by the first-order diffracted light. In this way, when the beam irradiating the lattice mark MG is inclined in the non-measurement direction for each wavelength component, the interference beams B m1 and B m2 are also distributed separately in the Fourier transform surface EP, so that the light receiving surface of each photoelectric detector is It is arrange | positioned on the Fourier conversion surface EP or on the surface conjugated with the surface EP, and similarly, photoelectric detection is attained.
즉, 광전 검출해야 할 복수의 간섭 빔(±1차 회절광의 간섭, 0-2차 회절광의 간섭)이 각 파장마다 푸리에 변환면 EP 상에서 분리되어 있으면, 그들은 상기 각 실시예와 같은 다이크로익 미러를 사용하지 않더라도 개별로 광전 검출 가능하다. 따라서 검출 간섭 빔을 각 파장마다 분리하는 수법으로서 다이크로익 미러, 대역 통과 필터 등의 파장 선택 소자를 사용하는 것은 반드시 필수인 것은 아니다.That is, if a plurality of interference beams (interference of ± 1st order diffraction light, 0-2nd order diffraction light) to be photoelectrically detected are separated on the Fourier transform plane EP for each wavelength, they are the same dichroic mirror as in each of the above embodiments. Photoelectric detection is possible individually without using. Therefore, it is not necessary to use a wavelength selection element such as a dichroic mirror or a band pass filter as a method of separating the detection interference beam for each wavelength.
또, 입사광빔의 다파장화는 레이저 광원에 한정되지 않으며, 할로겐 램프로부터의 광, 고휘도 LED로부터의 광을 이용하더라도 실현할 수 있다. 할로겐 램프로부터의 광을 이용할 때는 소정의 대역폭을 갖는 파장 선택 필터를 설치하고, 이 필터에서 선택된 20 내지 100nm 정도의 파장 폭의 광(광대역 광)을 예를 들면 광섬유 등으로 도광하여 사용하게 된다. 이 경우 웨이퍼 상의 격자 마크 MG를 조사하는 입사광빔은 선택된 파장 대역폭 내에서 연속된 강도 분포를 가지기 때문에, 수광계 내의 각 광전 소자 의 앞에 특정 파장 성분만을 추출하는 간섭 필터(대역폭은 3 내지 10nm)를 고정적 또는 교환 가능하게 배치하여도 좋다.In addition, the multi-wavelength of the incident light beam is not limited to the laser light source, and can be realized even when using light from a halogen lamp and light from a high-brightness LED. When using the light from a halogen lamp, the wavelength selection filter which has a predetermined | prescribed bandwidth is provided, and the light (broadband light) of about 20-100 nm wavelength width selected by this filter is guided and used, for example with an optical fiber. In this case, since the incident light beam irradiating the lattice mark MG on the wafer has a continuous intensity distribution within the selected wavelength bandwidth, an interference filter (bandwidth of 3 to 10 nm) extracting only a specific wavelength component in front of each photoelectric device in the light receiving system is used. It may be arranged fixedly or interchangeably.
이상, 본원의 제 2 발명에 관한 제 8 내지 14의 각 실시예에 의하면, 위치 검출용의 조명광을 다파장화, 또는 광대역화하고, 기판 상의 위치 검출용의 격자형상 마크로부터 발생하는 회절광을 파장 성분마다 독립하여 광전 검출하고, 그것에 의해서 얻어지는 각 광전 신호마다 마크 위치 정보를 검출하여 계산 상에서 평균화하도록 하였으므로, 마크의 비대칭성이나 레지스트층의 두께에 의한 영향을 저감시키는 고정밀도의 위치 검출이 가능해진다. 또한, 마크로부터의 회절광을 광전 검출할 때에, 파장 성분마다 독립한 광전 신호를 얻도록 하였으므로, 조명광의 각 파장 성분마다 강도가 다르더라도, 종래와 같이 다파장화에 의한 평균화 효과를 저해하지 않는다는 이점도 있다.As described above, according to the eighth to eighth embodiments of the second invention of the present application, the diffracted light generated from the lattice mark for position detection on the substrate is multiplied or widened by the illumination light for position detection. Photoelectric detection is independently performed for each wavelength component, and the mark position information is detected for each photoelectric signal obtained thereby and averaged in the calculation. Therefore, high-precision position detection that reduces the influence of the asymmetry of the mark and the thickness of the resist layer is possible. Become. In addition, when photoelectric detection of the diffracted light from the mark is performed to obtain an independent photoelectric signal for each wavelength component, even if the intensity is different for each wavelength component of the illumination light, it does not impair the averaging effect by the multi-wavelength as in the prior art. There is also an advantage.
다음에, 상기 제 8 내지 14의 각 실시예에 의하면, 광전 검출해야할 회절광이 보다 고차의 성분으로 이루어지는 경우에 있어서도 종래와 같이 단일 광전 소자로 다파장화된 고차 회절광(0차, 2차 광의 간섭 빔 등)을 동시에 수광할 때에 생기는 상쇄 현상이 없고, 종래에 비해 현격하게 고정밀도의 위치 검출, 얼라인먼트가 가능해진다.Next, according to each of the eighth to fourteenth embodiments, even when the diffracted light to be photoelectrically detected is made of higher order components, the higher order diffracted light (0th order and 2nd order) multiplied into a single photoelectric element as in the prior art There is no cancellation phenomenon that occurs when receiving an interference beam of light, etc. at the same time, and the position detection and alignment with high precision can be made remarkably compared with the prior art.
게다가 본원의 제 2 발명에서는 광전 검출된 각 파장 성분마다 회절광의 강도 레벨의 감쇠율(진폭비)을 구하고, 그 감쇠율이 작은 신호 진폭이 상대적으로 커지는 회절광에 대해서는, 커다란 가중을 한 평균화 연산에 의해 위치 검출을 행하도록 하였으므로, 단순한 평균화에 비해 현격하게 위치 검출의 정밀도가 높은 효과도 얻어진다.Furthermore, in the second invention of the present application, the attenuation ratio (amplitude ratio) of the intensity level of the diffracted light is obtained for each wavelength component detected photoelectrically, and the diffraction light whose signal amplitude with a small attenuation ratio is relatively large is positioned by a large weighted averaging operation. Since detection is performed, the effect of a high precision of position detection is also acquired remarkably compared with simple averaging.
다음에 본 발명의 실시예에서는 다파장화한 입사광빔을 동시에 격자 마크 MG로 조사하도록 하였지만, 상기 제 6 도나 제 24 도의 각 광원 LS1, SL2, SL3의 뒤에 고속 셔터를 설치하고, 파장 λ1, λ2, λ3의 각 입사광빔의 어느 1개를 시계열적으로 전환하여 사출시키도록 하여도 좋다. 이 경우, 수광계의 몇 개인가의 광전 소자는 파장마다 미리 분리하여 준비하지 않고서 공통인 것으로 할 수 있다. 이와 같이, 각 파장 성분마다 시계열적으로 입사광빔을 사출하도록 하면, 장치 상 고속 셔터 기능은 설정해야만 하지만, 광전 소자의 수나 신호 처리 회로 내의 부품 점수(특히 A/D 컨버터나 매모리칩의 수)를 대폭 적게 할 수 있을 뿐만 아니라, 제 33 도 중에 도시한 스테이지 WST 내의 파장 선택 필터(24)도 생략할 수 있다.Next, in the embodiment of the present invention, the incident light beams having multiple wavelengths are simultaneously irradiated with the lattice mark MG. However, a high-speed shutter is provided after each of the light sources LS 1 , SL 2 , SL 3 in FIGS. 6 and 24. Any one of the incident light beams of λ 1 , λ 2 , and λ 3 may be switched in time series for injection. In this case, several photoelectric elements of a light receiving system can be made common without separating and preparing for every wavelength previously. In this way, when the incident light beam is emitted in time series for each wavelength component, the high-speed shutter function must be set on the device, but the number of photoelectric elements and the number of parts in the signal processing circuit (particularly the number of A / D converters and memory chips) Not only can be significantly reduced, but the wavelength selection filter 24 in the stage WST shown in FIG. 33 can also be omitted.
그래서, 각 파장 성분마다의 입사광빔을 시계열적으로 전환하는 경우의 일 예를 제 37 도를 참조하여 제 15 실시예로서 설명한다. 제 37 도는 앞서 설명한 제 6 도의 구성을 베이스로 한 것이고, 따라서 제 6 도 중의 각 부재와 동일한 부재 또는 유사한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.Thus, an example of the case where the incident light beam for each wavelength component is converted in time series will be described as the fifteenth embodiment with reference to FIG. 37 is based on the structure of FIG. 6 described above, and therefore the same reference numerals are attached to the same members or similar members as those in FIG.
그리고, 제 37 도에 있어서 3개의 레이저 광원 LS1, LS2, LS3은 각각 다른 파장 λ1, λ2, λ3의 레이저 빔 LB1, LB2, LB3을 사출하지만, 여기서는 레이저 광원 LS1은 λ1=0.635㎛의 반도체 레이저 광원, 광원 LS2는 λ2=0.690㎛의 반도체 레이저 광원, 광원 LS3은 λ3=0.760㎛의 반도체 레이저 광원으로 설정된다.In FIG. 37, the three laser light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 emit laser beams LB 1 , LB 2 , LB 3 having different wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively. 1 is set to a semiconductor laser light source having a lambda 1 = 0.635 µm, a light source LS 2 is a semiconductor laser light source having a lambda 2 = 0.690 µm, and a light source LS 3 is a semiconductor laser light source having a lambda 3 = 0.760 µm.
이들의 레이저 광원 LS1, LS2, LS3의 각각에는 안정화된 구동 전류를 공급하는 구동 회로, 레이저 소자의 온도 변화에 의한 영향을 보상하는 보상 회로, 혹은 발진 중심 파장의 변동을 모니터하여 파장이 안정하도록 구동 전류를 피드백 제어하는 귀환 제어 회로 등을 포함하는 레이저 전원부가 설치되어 있다. 그리고 이들의 레이저 전원부는 각각 전환 제어 회로 TSC로부터의 시퀀셜한 신호 CS1, CS2, CS3에 응답하여 각 레이저 광원 CS1, CS2, CS3으로부터의 레이저빔의 방사가 On-Off 되도록 제어한다.Each of these laser light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 includes a driving circuit for supplying a stabilized driving current, a compensation circuit for compensating the influence of the temperature change of the laser element, or a variation in the oscillation center wavelength to monitor the wavelength. A laser power supply unit including a feedback control circuit for feedback control of the drive current so as to be stable is provided. These laser power supply units control the radiation of the laser beam from each laser light source CS 1 , CS 2 , CS 3 to be turned off in response to the sequential signals CS 1 , CS 2 , CS 3 from the switching control circuit TSC, respectively. do.
본 실시예에서는 레이저 광원 LS1, LS2, LS3으로부터의 레이저빔의 방사가 소정의 조사 시간씩 차례대로 바꿔지도록, 나중에 상세하게 기술하는 제 10 도 중의 제어기(62)로부터의 커맨드 신호 CQ에 응답하여 전환 제어 회로 TSC를 프로그램할 수 있도록 되어 있다. 따라서 어떤 임의의 시각에 있어서 레이저 빔을 발진하는 광원은 3개의 레이저 광 LS1, LS2, LS3 중 1개에 한정된다. 전환 제어 회로 TSC는 커맨드 신호 CQ의 내용에 따라서 각 광원 LS1, LS2, LS3의 빔 발진 타이밍을 몇 가지인가로 바꿀 수 있다.In this embodiment, in order to change the radiation of the laser beam from the laser light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 in order by a predetermined irradiation time, the command signal CQ from the controller 62 in FIG. 10 will be described in detail later. In response, the switching control circuit TSC can be programmed. Therefore, a light source for oscillating a laser beam in any arbitrary time is limited to one of the three laser beams LS 1, LS 2, LS 3 . The switching control circuit TSC can change the beam oscillation timing of each light source LS 1 , LS 2 , LS 3 depending on the content of the command signal CQ.
이들 3개의 빔 LB1, LB2, LB3은 적절한 미러 MRa, 다이크로익 미러 DCM4, DCM5를 통해 동축의 광로를 통과하도록 얼라인먼트되고, 그 3개의 빔 중 어느 1개가 빔 LB0으로서 미러 MRb에서 반사되어 회전 방사형 격자판 RRG에 수직으로 입사한다. 이 회전 격자판 RRG는 상기 제 7 도에 도시한 것과 마찬가지로 회절되는 각 차수의 회절광의 주파수를 각속도(角速度)에 따라서 증감시키는 주파수 시프터로서 작용한다.These three beams LB 1 , LB 2 , LB 3 are aligned to pass through the coaxial optical path through the appropriate mirror MRa, dichroic mirrors DCM 4 , DCM 5 , and any one of the three beams is mirror MRb as beam LB0. Reflected at and incident perpendicularly to the rotating radial grating RRG. This rotary grating plate RRG acts as a frequency shifter for increasing or decreasing the frequency of diffracted light of each order to be diffracted in accordance with the angular velocity as shown in FIG.
그리고, 격자판 RRG의 격자 RG로부터는, 파장 λ1의 빔 LB1의 조사시에 1차 회절 빔 ±D11, 파장 λ2의 빔 LB2의 조사 시에 만들어진 1차 회절 빔 ±D12, 또는 파장 λ3의 빔 LB3의 조사시에 1차 회절 빔 ±D13의 1세트가 전환 제어 회로 TSC의 시퀀셜한 구동에 응답하여 발생한다. 각 파장마다의 1차 회절 빔 ±D1n의 회절각 θn은 이하와 같이 나타난다.Then, the grating RRG from the grating RG is a wavelength λ 1 of the beam first-order diffracted beam upon irradiation of the LB 1 ± D 11, the wavelength λ 2 of the beam 1-order diffracted beams produced at the time of irradiation of LB 2 ± D 12, or In the irradiation of the beam LB 3 of the wavelength λ 3 , one set of the first-order diffraction beams ± D 13 occurs in response to the sequential driving of the switching control circuit TSC. The diffraction angle θ n of the first diffraction beam ± D 1n for each wavelength is expressed as follows.
Sinθn=λ1n/PrgSinθn = λ 1n / Prg
여기서 n은 파장의 수를 나타내고, Prg는 격자 RG의 피치를 나타낸다.Where n represents the number of wavelengths and Prg represents the pitch of the grating RG.
다음에 1차 회절 빔 ±D1n은 파장에 의해 일정한 주파수 편이 △f를 받아들이고, 격자판 RRG의 격자 RG가 빔 LB0을 가로지르는 속도를 V라고 하면, △f=V/Prg로 나타난다. 그리고 +1차 회절 빔 + D1n은 0차 광 D0의 주파수에 대해 △f 만큼 높아지고, -1차 회절 빔 -D1n은 0차 광 D0의 주파수에 대해 △f 만큼 낮아진다. 이 때문에 회전 격자판 RRG은 주파수 시프터로서 작용한다.Next, if the first diffraction beam ± D 1n receives a constant frequency shift Δf depending on the wavelength, and the speed at which the grating RG of the grating plate RRG crosses the beam LB 0 is V, Δf = V / Prg. And the + 1st order diffraction beam + D 1n becomes higher by Δf for the frequency of the 0th order light D 0 , and the -1st order diffraction beam -D 1n is lowered by Δf for the frequency of the 0th order light D 0 . For this reason, the rotating grating RRG acts as a frequency shifter.
그리고, 3개의 파장 성분의 1차 회절 빔 ±D1n(n=1, 2, 3)중 어느 1세트로 이루어지는 입사광빔 ±LF와 0차 광 D0은 제 37 도에 도시하는 바와 같이 콜리메이터 렌즈(10)에 의해 주광선이 서로 평행하게 되도록 변환되고 공간 필터로서의 빔 선택 부재(12)에 도달하고, 여기서는 0차 광 D0이 차단되고, 1차 회절광 ±D1n에 의한 입사광빔 ±LF가 통과한다. 그 후, 입사광빔 ±LF는 경사량이 가변인 평행 평판 유리로 구성된 조정 광학계(14, 16, 18)를 통해 빔 스플리터(하프 미러)(20)에 도달한다. 조정 광학계(14)는 입사광빔 +LF와 입사광빔 -LF의 푸리에 공간에서의 간격을 바꾸지 않고서, 렌즈(10)의 광축에 대해 편심시키는 기능을 갖고, 조정 광학계(16, 18)는 입사광빔 +LF과 입사광빔 -LF의 각각의 광축에 대한 위치를 개별로 조정하는 기능을 갖는다.Incident light beams ± LF and zero-order light D 0 , which are composed of any one of three sets of first-order diffraction beams ± D 1n (n = 1, 2, 3) of the three wavelength components, are collimator lenses as shown in FIG. (10) is converted so that the chief rays are parallel to each other and reaches the beam selection member 12 as a spatial filter, where the 0th order light D 0 is blocked, and the incident light beam ± LF by the first order diffracted light ± D 1n To pass. Then, the incident light beam ± LF reaches the beam splitter (half mirror) 20 through the adjusting optical systems 14, 16, 18 made of parallel flat glass of which the tilt amount is variable. The adjustment optical system 14 has a function of eccentric with respect to the optical axis of the lens 10 without changing the distance in the Fourier space of the incident light beam + LF and the incident light beam -LF, and the adjustment optical systems 16 and 18 have the incident light beam + It has the function of adjusting the position with respect to each optical axis of LF and incident light beam -LF separately.
그 입사광빔 ±LF는 빔스플리터(20)에서 2개로 분할되고, 한쪽은 대물렌즈(32)에 입사하고, 다른쪽은 평행 평판 유리로 구성되는 조정 광학계(24A, 24B)를 통해 집광 렌즈(푸리에 변환 렌즈; 26)에 입사한다.The incident light beam ± LF is divided into two in the beam splitter 20, one is incident on the objective lens 32, and the other is a condenser lens (Fourier) through adjustment optical systems 24A and 24B composed of parallel flat glass. Incident on the conversion lens;
한편 대물렌즈(22)에 입사한 입사광빔 ±LF는 각각 평행 빔으로 되어 서로 대칭적인 입사각으로 웨이퍼 W 상의 격자 MG를 동시에 조사한다. 이로써 격자 MG 상에는 파장 λ1의 입사광빔 ±D11의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지, 파장 λ2의 입사광빔 ±D12의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지 및 파장 λ3의 입사광빔 ±D13에 의해 만들어진 간섭 프린지의 어느 하나가 나타난다. 이들의 각 파장마다의 간섭 프린지는 가령 3개의 빔 LB1, LB2, LB3 이 동시에 회전 격자판 RRG을 조사한 것으로 하면, 동일한 피치 동일한 위상을 중첩하여 나타난다.On the other hand, the incident light beams ± LF incident on the objective lens 22 become parallel beams, respectively, and simultaneously irradiate the grating MG on the wafer W at symmetrical incident angles. Thus, on the grating MG, an interference fringe made by the interference of the incident light beam ± D 11 of wavelength λ 1, an interference fringe made by the interference of the incident light beam ± D 12 of wavelength λ 2 , and an incident light beam ± D 13 of wavelength λ 3 . One of the interference fringes appears. The interference fringes for each of these wavelengths appear when the three beams LB 1 , LB 2 , and LB 3 irradiate the rotating grating plate RRG at the same time, and overlap the same pitch and the same phase.
또한 입사광빔 +LF와 -LF 사이의 주파수차 2·△f 때문에, 그 간섭 프린지는 격자 MG 상을 한 방향으로 등속도로 이동하고 있는 것처럼 관측된다. 이동 속도는 회전 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 속도 V에 비례한다. 또 주파수차 2·△f와 관련하여, 전환 제어 회로 TSC에 의한 3개의 광원 LS1, LS2, LS3의 각각의 점등시간은 주파수차 2△f(비트 주파수의 주기보다도 충분히 길고, 예를 들면 100배 정도 이상으로 설정된다. 예를 들면 주파수차 2△f가 10㎑(주기 0.1ms)라고 하면, 3개의 광원 LS1, LS2, LS3의 각각의 점등 시간은 10ms 이상이 바람직하다.Further, because of the frequency difference 2 · Δf between the incident light beams + LF and -LF, the interference fringe is observed as if moving on the grating MG at a constant speed in one direction. The moving speed is proportional to the speed V of the grating RG of the rotating radial grating RRG. In relation to the frequency difference 2 占, the lighting time of each of the three light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 by the switching control circuit TSC is sufficiently longer than the period of the frequency difference 2Δf (bit frequency, for example, For example, if the frequency difference 2Δf is 10 Hz (cycle 0.1 ms), the lighting time of each of the three light sources LS 1 , LS 2 , and LS 3 is preferably 10 ms or more. .
또한, 제 37 도로부터 분명한 바와 같이, 웨이퍼 W 표면(격자 MG)과 방사형 격자판 RRG는 콜리메이터 렌즈(10)와 대물렌즈(22)의 합성 광학계에 의해 서로 공역(결상 관계)으로 되도록 배치된다. 그 때문에 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 ±1차 회절광에 의한 회절상이 웨이퍼 W의 격자 MG 상에 형성되지만, 0차 광 D0이 차단되어 격자 RG의 피치의 1/2의 회절상(간섭 프린지 강도 분포)이 형성된다. 그리고, 그 간섭 프린지의 웨이퍼 W 상에서의 피치 Pif는 앞서의 실시예와 동일하게 격자 MG의 피치 Pmg의 1/2로 설정되어 있다.Further, as is apparent from FIG. 37, the wafer W surface (lattice MG) and the radial lattice plate RRG are disposed so as to be conjugated to each other by the composite optical system of the collimator lens 10 and the objective lens 22. Therefore, the diffraction image by the ± 1st-order diffraction light of the grating RG of the radial grating plate RRG is formed on the grating MG of the wafer W, but the 0th-order light D 0 is blocked so that the diffraction image of 1/2 of the pitch of the grating RG (interfering fringe strength) Distribution). The pitch Pif on the wafer W of the interference fringe is set to 1/2 of the pitch Pmg of the grating MG in the same manner as in the previous embodiment.
이상과 같은 관계를 만족할 때, 입사광빔 ±LF의 조사에 의해 격자 MG로부터의 1차 회절광이 수직으로 발생한다. 즉 입사광빔 +LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광과, 입사광빔 -LF의 조사에 의해 수직으로 발생한 1차 회절광이 간섭한 간섭 빔 BM(파장 λ1의 간섭 빔 Sm1, 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2, 파장 λ3의 간섭 빔 Bm3의 1개)이 발생한다. 간섭 빔 BM은 주파수 2△f로 강도 변조된 비트 광으로 된다.When the above relationship is satisfied, the first-order diffracted light from the grating MG is generated vertically by irradiation of the incident light beam ± LF. That is, the interference beam BM (interference beam S m1 of wavelength λ 1 , wavelength) in which the first-order diffraction light generated vertically by the irradiation of the incident light beam + LF and the first-order diffraction light generated vertically by the irradiation of the incident light beam -LF are interfered with. one of the interference beam B m2 of lambda 2 and the interference beam B m3 of wavelength lambda 3 ). The interference beam BM is a bit light intensity modulated at the frequency 2Δf.
이와 같이, ±1차 회절광(간섭 빔 BM)을 동일 방향으로 발생시키도록, 다른 관점으로 보면 대물렌즈(22)의 초점 거리를 F0으로 하여 각 파장마다의 입사광빔 ±LF의 푸리에 변환면 상에서 광축으로부터의 간격 DLn 을, DLn=F0·sinQn=±F0·λn/Pmg(n=1, 2, 3)으로 설정하면 좋다. 이러한 각 파장마다의 간격 DLn의 설정은 회전 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 피치나 콜리메이터 렌즈(10)의 초점 거리를 적당하게 정하는 것으로 조정 가능하다.In this way, in order to generate the ± first order diffracted light (interference beam BM) in the same direction, on the Fourier transform plane of the incident light beam ± LF for each wavelength with the focal length of the objective lens 22 as F0. The distance D Ln from the optical axis may be set to D L n = F 0 · sinQn = ± F 0 · λ n / Pmg (n = 1, 2, 3). The setting of the interval D Ln for each wavelength can be adjusted by appropriately determining the pitch of the grating RG of the rotational radial grating plate RRG and the focal length of the collimator lens 10.
또한 웨이퍼 W 상에 형성되는 간섭 프린지는 방사형 격자판 RRG의 격자 RG의 회절상으로서 결상되기 때문에, 원리적으로는 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치와 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치가 정수배의 관계로 되면, 다른 파장 성분에 의한 간섭 프린지의 피치도 그러한 관계로 된 것이고, 각 파장 성분마다의 간섭 프린지도 광원으로부터의 빔 LB1, LB2, LB3의 동시에 조사되면 완전히 합치하여 서로 위상 오프셋, 위치 오프셋을 일으키지 않을 것이다.In addition, since the interference fringe formed on the wafer W is formed as a diffraction image of the grating RG of the radial grating plate RRG, in principle, the pitch of the interference fringe by one wavelength component among three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 If the pitch of the lattice marks MG of the wafer W is an integer multiple, the pitch of the interference fringes by other wavelength components is also such a relationship, and the interference fringes for each wavelength component are also beams LB 1 , LB 2 , LB from the light source. If 3 is irradiated at the same time, they will be completely coincident and will not cause phase offset or position offset with each other.
그렇지만, 실제로는 대물렌즈(22), 콜리메이터 렌즈(10) 등의 광학계의 색 수차의 정도에 따라서, 각 파장 성분마다의 간섭 프린지는 서로 위치 오프셋, 위상 오프셋 및 피치 오프셋을 발생한다. 그래서 이와 같은 오프셋을 보정하기 위해서 제 37 도에 상기 제 6 도, 제 24 도와 동일하게 설치된 조정 광학계(14, 16, 18)를 사용한다.However, in practice, interference fringes for each wavelength component generate position offsets, phase offsets, and pitch offsets according to the degree of chromatic aberration of the optical system such as the objective lens 22 and the collimator lens 10. Therefore, in order to correct such an offset, the adjusting optical systems 14, 16, and 18 are provided in the same manner as in FIGS.
이상과 같은 간섭 프린지의 조사에 의해서 격자 MG로부터 수직으로 발생한 간섭 빔 BM은 대물렌즈(22), 빔스플리터(20)를 통과하여 공간 필터(28)에 도달한다. 공간 필터(28)는 대물렌즈(22)에 관한 푸리에 변환면, 또는 그 근방에 배치되고, 본 실시예에서는 간섭 빔 BM(±1차 회절광)만을 투과시키는 개구를 갖는다. 그리고 공간 필터(28)를 투과한 간섭 빔 BM은 렌즈계(푸리에 변환 렌즈; 30)에서 평행 빔으로 변환된 후 미러(32)에서 반사되어 광전 소자 DT0에 수광된다.The interference beam BM generated vertically from the grating MG by the irradiation of the interference fringe as described above passes through the objective lens 22 and the beam splitter 20 to reach the spatial filter 28. The spatial filter 28 is disposed at or near the Fourier transform plane with respect to the objective lens 22, and has an opening for transmitting only the interference beam BM (± first order diffracted light) in this embodiment. The interference beam BM transmitted through the spatial filter 28 is converted into a parallel beam by the lens system (Fourier transform lens) 30 and then reflected by the mirror 32 and received by the photoelectric element DT 0 .
광전 소자 DT0은 상기 제 6 도 중의 광전 소자(36A)와 동일한 기능을 갖고, 단 수광 간섭 빔 Bm1, Bm2, Bm3의 각각이 비트 주파수 2·△f 에서 강도 변조되고 있는 점이 다를 뿐이다. 따라서 광전 소자(36A)로부터 출력되는 광전 신호 Imn은 격자 마크 MG로부터의 간섭 빔 BM이 존재하는 동안, 즉 3개의 LS1, LS2, LS3의 어떠한 것이 빔을 조사하는 동안, 모두 비트 주파수 2△f와 동일한 주파수로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 파형으로 된다.The photoelectric element DT 0 has the same function as the photoelectric element 36A in FIG. 6 except that the light-receiving interference beams B m1 , B m2 , and B m3 are each intensity-modulated at the bit frequency 2 · Δf. . Therefore, the photoelectric signal I mn output from the photoelectric element 36A is all a bit frequency while the interference beam BM from the lattice mark MG is present, that is, while any of the three LS 1 , LS 2 , and LS 3 irradiates the beam. It becomes a waveform which changes in level into a sine wave shape at the same frequency as 2 (D).
한편, 빔 스플리터(20)를 투과하여 평행 평판 유리 등으로 구성되는 조정 광학계(24A, 24B)를 통해 집광 렌즈(26)에 입사한 입사광빔 ±LF(1차 빔 ±D11, ±D12, ±D13의 1 세트)는 투과형의 기준 격자 SG 상에 중첩하여 조사된다. 여기서도 기준 격자 SG는 콜리메이터 렌즈(10)와 집광 렌즈(26)의 합성 광학계에 관하여 회전 방사형 격자판 RRG과 공역으로 배치된다. 이 때문에 기준 격자 SG 상에도 입사광빔 ±LF의 그 빔 간섭에 의한 1차원의 간섭 프린지가 형성되고, 그것은 비트 주파수 2△f에 대응한 속도로 이동한다.On the other hand, the incident light beam ± LF (primary beams ± D 11 , ± D 12 ,) incident on the condensing lens 26 through the adjusting optical systems 24A and 24B, which are made of parallel flat glass or the like, is transmitted through the beam splitter 20. 1 set of ± D 13 ) is irradiated superimposed on the transmission-type reference grid SG. Here again, the reference grating SG is disposed in conjugate with the rotational radial grating plate RRG with respect to the composite optical system of the collimator lens 10 and the condenser lens 26. For this reason, a one-dimensional interference fringe is formed on the reference grating SG by the beam interference of the incident light beam ± LF, and it moves at a speed corresponding to the bit frequency 2Δf.
또한, 조정 광학계(24A, 24B)는 각 파장 성분마다 기준 격자 SG 상에 생성되는 간섭 프린지가 집광 렌즈(26)의 색수차 때문에 서로 위치 오프셋이나 피치 오프셋을 발생하지 않도록 보상하는 것이다.In addition, the adjustment optical systems 24A and 24B compensate for the interference fringes generated on the reference grating SG for each wavelength component so as not to generate a position offset or a pitch offset from each other because of chromatic aberration of the condensing lens 26.
여기서 참조격자 SG의 피치와 그 간섭 프린지의 피치를 적당히 설정하면, 기준 격자 SG로부터 발생한 ±1차 회절광이 동일 방향으로 간섭 빔 Bms로 되어 진행하며, 그것은 공간 필터(38)를 투과하여 광전 소자(40)에 수광된다. 수광 소자(40)의 광전 신호 Ims는 비트 주파수 2·△f와 동일한 주파수로 정현파 형상으로 레벨 변화하는 파형으로 되고, 그 신호 Ims가 헤테로다인 방식의 기준 신호로 된다.If the pitch of the reference grid SG and the pitch of the interference fringe are appropriately set, the ± first-order diffracted light generated from the reference grating SG proceeds in the same direction as the interference beam B ms , which passes through the spatial filter 38 to allow photoelectricity. The light is received by the element 40. The photoelectric signal I ms of the light receiving element 40 is a waveform which level changes to a sine wave shape at the same frequency as the bit frequency 2? Δf, and the signal I ms is a heterodyne reference signal.
이상의 구성에서 기준 격자 SG는 유리판 상에 크롬층을 증착하고, 그 크롬층을 투명 라인과 차광 라인이 교대로 형성되도록 에칭하여 제조되기 때문에, 적어도 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG와 같은 비대칭성, 레지스트층의 문제가 없는 거의 이상적인 격자, 즉 진폭 투과율이 대칭적인 격자로서 만들어진다.In the above configuration, the reference lattice SG is manufactured by depositing a chromium layer on a glass plate and etching the chromium layer so that transparent lines and shading lines are alternately formed, so that at least an asymmetrical, resist layer such as lattice mark MG on the wafer W is formed. An almost ideal grating with no problem, i.e., amplitude transmittance, is made as a symmetric grating.
이 때문에 기준 격자 SG에 조사된 한 쌍의 입사광빔은 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 1개의 파장에 대응한 입사광빔만이라도 충분한 정밀도가 얻어진다. 이와 같이 기준 격자 SG 상에 순차 각 파장마다 간섭 프린지를 형성하고, 기준 격자 SG로 발생하는 간섭 빔 Bms를 각 파장마다 시분할하여 광전 검출하도록 구성하면, 파장 λ1에 따른 기준 신호, 파장 λ2에 따른 기준 신호 및 파장 λ3에 따른 기준 신호가 개별로 얻어지므로 파장마다 격자 마크 MG의 위치 계측이 가능해진다. 또한 웨이퍼 W 상에 형성되는 3개의 파장 성분마다 간섭 프린지가 서로 일정 위치 오프셋(위상 오프셋)을 발생하더라도, 그것을 미리 오프셋량으로서 계측하여도 가능해진다. 그것에 대해서는 나중에 상세하게 기술한다.For this reason, even if the pair of incident light beams irradiated to the reference grating SG is only the incident light beam corresponding to one of the three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , sufficient accuracy is obtained. In this way, if an interference fringe is formed on each reference wavelength SG sequentially and the interference beam Bms generated by the reference grating SG is photo-divided for each wavelength, the reference signal according to the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 are formed. Since the reference signal and the reference signal according to the wavelength? 3 are obtained separately, the position measurement of the grating mark MG can be performed for each wavelength. Moreover, even if the interference fringes generate a fixed position offset (phase offset) from each of the three wavelength components formed on the wafer W, it can be measured as an offset amount in advance. It will be described later in detail.
그런데, 제 37 도에 도시한 웨이퍼 W는 대물렌즈(22)의 광축과 수직인 면(XY 평면)내에서 2차원 이동하는 웨이퍼 스테이지 상에 재치된다. 스테이지 WST상의 2차원 이동은 구동 모터를 포함한 구동원(42)에 의해 행해지며, 모터에 의해 이송 나사를 회전시키는 방식 또는 리니어 모터의 전자기력에 의해 스테이지 본체를 직접 연동시키는 방식이라도 좋다. 다음에 스테이지 WST의 좌표 위치는 레이저 간섭계(44)에 의해 차례대로 계측된다. 이 레이저 간섭계(44)의 계측값은 구동원(42)의 피드백 제어에 사용된다.By the way, the wafer W shown in FIG. 37 is mounted on the wafer stage which moves two-dimensionally in the surface (XY plane) perpendicular | vertical to the optical axis of the objective lens 22. FIG. The two-dimensional movement on the stage WST is performed by the drive source 42 including the drive motor, and may be a system in which the feed screw is rotated by the motor or a system in which the stage main body is directly interlocked by the electromagnetic force of the linear motor. The coordinate position of the stage WST is subsequently measured by the laser interferometer 44. The measured value of this laser interferometer 44 is used for feedback control of the drive source 42.
다음에 웨이퍼 스테이지 WST의 일부에는 기준 마크판 FG가 준비되어 있다. 기준 마크판 FG에는 석영 유리의 표면에 크롬층으로 라인 앤드 스페이스를 패터닝한 반사형의 강도 격자(피치는 웨이퍼 상의 격자 MG와 동일)가 형성된다.Next, the reference mark plate FG is prepared in a part of wafer stage WST. On the reference mark plate FG, a reflective intensity grating (pitch is the same as the grating MG on the wafer) formed by patterning a line and space with a chromium layer on the surface of the quartz glass.
이 때문에, 강도 격자는 웨이퍼 W 상에 요철로 형성된 격자 마크 MG와 같은 위상 격자와 달리, 비대칭성이 없는 회절 효율이 조명광(또는 검출광)의 파장에 의존하지 않는 특징, 즉 진폭 반사율에 비대칭성이 없는 특징을 갖는다. 또한 크롬층의 반사율도 위치 검출용의 조명광의 파장대(일반적으로는 0.5 내지 0.8㎛)에서는 변화하지 않는다. 이 때문에, 기준 마크판 FG 상의 강도 격자를 이용하면, 각 파장마다 얻어지는 광전 소자(36A)의 광전 신호 Im1, Im2, Im3의 각 진폭 변화나 상호의 비를 정확하게 구할 수 있다.For this reason, the intensity grating is characterized in that, unlike a phase grating such as grating mark MG formed with irregularities on the wafer W, the diffraction efficiency without asymmetry does not depend on the wavelength of illumination light (or detection light), that is, asymmetry in amplitude reflectance. It has no features. The reflectance of the chromium layer also does not change in the wavelength band of the illumination light for position detection (generally 0.5 to 0.8 mu m). Therefore, the reference mark plate by using the intensity grating on the FG, may accurately obtain a photoelectric signal I m1, I m2, ratios of amplitude variation and trade of I m3 of photoelectric elements (36A) is obtained for each wavelength.
제 37 도의 구성에 있어서, 광원으로서 반도체 레이저를 사용하지만, 이 경우 반도체 레이저 LS1, LS2, LS3과 각 다이크로익 미러 DCM4, DCM5의 사이에 비점수차 제거용의 정형 광학계(경사진 복수 매의 평행 평판 유리등)를 설치하고, 회전방사형 격자판 RRG에 입사하는 빔 LB0의 각 파장마다의 빔 성분을 동일한 지름으로 하는 것이 바람직하다. 또한 그 이외의 경우에도, 공축화된 빔 LB0의 지름을 각 파장 성분마다 빔 정형 광학계를 설치하는 것이 바람직하다.In the configuration of FIG. 37, a semiconductor laser is used as the light source, but in this case, a stereoscopic optical system for removing astigmatism between the semiconductor lasers LS 1 , LS 2 , LS 3 and the dichroic mirrors DCM 4 , DCM 5 . installing the parallel flat glass plates of the plurality of pictures, and so on), and the beam component of each wavelength of the beam LB 0 incident to the rotating radial grating RRG is preferably the same diameter. Also in other cases, it is preferable to provide a beam shaping optical system for each wavelength component of the diameter of the coaxial beam LB 0 .
제 37 도에서는 설명을 간략하게 하기 위해 주파수 시프터로서 회전 방사형 격자판 RRG를 사용하였지만, 그 외에 (E) 특개평6-882/5 호와 같이 2개의 음향 광학 변조기(AOM)를 사용하거나, 중심 파장 λ1로 발진하는, 제 1 제만 레이저 광원과 중심 파장 λ2로 발진하는 제 2 제만 레이저 광원을 광원으로서 사용해도 좋다. 다만, 제만 레이저의 경우, 일반적으로는 편광방향이 상보적인 2개의 레이저 빔을 발진하고, 빔 사이에 수백 ㎑ 내지 수 MHz의 주파수 차를 주기 때문에, 광전 검출하는 간섭 빔의 비트 주파수도 높아지고, 광전 소자(36A, 40) 등은 신뢰성이 높은 PIN 다이오드나 포토멀 등을 사용하게 된다.In FIG. 37, for the sake of simplicity, the rotational radial grid RRG is used as the frequency shifter, but in addition, two acoustic optical modulators (AOM) are used as in (E) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-882 / 5, or the center wavelength is used. Only the first agent laser light source oscillating at λ 1 and the second agent laser light source oscillating at the center wavelength λ 2 may be used as the light source. However, in the case of the Zeeman laser, since the two laser beams having the complementary polarization directions are generally oscillated and give a frequency difference of several hundreds of kHz to several MHz between the beams, the bit frequency of the interference beam for photoelectric detection is also high, The elements 36A, 40 and the like use a highly reliable PIN diode or photomal.
또 제 37 도에 도시한 각종 다이크로익 미러는 프리즘 등의 분산 소자로 교체하여도 좋다. 이 경우 1개의 프리즘은 2개의 다이크로익 미러 DCM4, DCM5의 세트와 동일한 기능을 갖는다.The various dichroic mirrors shown in FIG. 37 may be replaced with a dispersing element such as a prism. One prism in this case has the same function as a set of two dichroic mirrors DCM 4 , DCM 5 .
다음에 제 37 도의 장치에 적합한 위치 검출, 위치 제어 회로의 일예를 제 38 도를 참조하여 설명한다.Next, an example of a position detection and position control circuit suitable for the apparatus of FIG. 37 will be described with reference to FIG.
제 38 도는 앞서 설명한 제 25 도의 제어 회로의 구성을 베이스로 한 것이고, 제 25 도 중의 각 회로 블록과 동일한 기능을 갖는 회로 블록에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.FIG. 38 is based on the configuration of the control circuit of FIG. 25 described above, and like reference numerals denote circuit blocks having the same functions as the circuit blocks in FIG.
제 37 도의 헤테로다인 방식의 경우, 웨이퍼 W 상의 격자 MG, 또는 기준 마크판 FG로부터 간섭 빔 BM이 발생하는 동안, 광전 소자(36A)로부터의 각 파장마다의 신호 Im1, Im2, Im3과 광전 소자(40)로부터의 Ims는 제 39A 도 내지 제 39D 도에 도시한 바와 같은 정현파 형상의 교류 파형으로 된다.In the heterodyne system of FIG. 37, the signals I m1 , I m2 , I m3 for each wavelength from the photoelectric element 36A are generated while the interference beam BM is generated from the lattice MG on the wafer W or the reference mark plate FG. I ms from the photoelectric element 40 becomes an sine wave alternating current waveform as shown in FIGS. 39A to 39D.
단, 제 39A 도 내지 제 39D 도는 신호 Im1, Im2, Im3은 제 37도 중의 전환 제어 회로 TSC로부터의 신호 CS1, CS2, CS3에 응답하여 레이저 광원 LS1, LS2, LS3의 각각이 점등할 때의 신호이다. 또한 참조 신호 Ims도 레이저 광원 LS1, LS2, LS3의 점등 전환에 응답하여 각 파장마다 별도로(시분할로) 출력되는 것이지만, 제 39D 도에서는 1개의 신호 파형으로 대표하여 도시한다.However, in FIGS. 39A to 39D, the signals I m1 , I m2 , and I m3 are laser light sources LS 1 , LS 2 , LS in response to signals CS 1 , CS 2 , CS 3 from the switching control circuit TSC in FIG. 37. This is a signal when each of 3 lights up. The reference signal I ms is also output separately for each wavelength (in time division) in response to switching of lighting of the laser light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 , but is represented by one signal waveform in FIG. 39D.
제 39D 도는 기준 신호로 된 신호 Ims의 시간적인 강도 변화를 도시하고, 제 39A 도, 제 39B 도, 제 39C 도는 각각 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG로부터의 간섭빔 BM을 각 파장마다 시분할적으로 수광하였을 때의 신호 Im1, Im2, Im3의 시간적인 강도 변화의 일 예를 도시한다. 여기서 신호 Ims의 위상을 기준으로 하면, 신호 Im1의 위상은 신호 Ims에 대해 -△Ψ1 만큼 어긋나고, 신호 Im2의 위상은 신호 Ims에 대하여 -△Ψ2 만큼 어긋나며, 그리고 신호 Im3은 신호 Ims에 대하여 +△Ψ3 만큼 어긋나는 것으로 한다. 또, 신호 Im1의 진폭(교류 성분의 피크 to 피크)은 E1, 신호 Im2의 진폭은 E2, 신호 Im3의 진폭은 E3으로 한다.39D shows a temporal change in intensity of the signal I ms as a reference signal, and FIGS. 39A, 39B, and 39C show time-divisionally receiving, for each wavelength, an interference beam BM from the lattice mark MG on the wafer W, respectively. An example of the temporal intensity change of the signals I m1 , I m2 , and I m3 as shown in FIG. Here, if, based on the phase of the signal I ms, the signal phase of the I m1 is for the signal I ms - shifted △ by Ψ 1, the phase of the signal I m2 is for a signal I ms - eogeutnamyeo △ by Ψ 2, and the signals I m3 is shifted by + DELTA Ψ 3 with respect to the signal I ms . In addition, the amplitude of the I signal m1 (peak to peak of the AC component), is the amplitude of E 1, E 2 is the amplitude of the signal I m2, m3 signal I are to E 3.
그리고, 제 38 도에 도시된 회로 블록에 있어서, 광전 소자(36A)로부터의 광전 신호 Imn과 광전 소자(40)로부터의 광전 신호 Ims는 아날로그-디지털 변환(A/D 컨버터) 회로 유닛(50)에 입력되고, 여기서 샘플링 클록 발생 회로(52)로부터의 클록 신호(펄스) Cps에 응답하여 각 신호의 그 순간 강도 레벨이 디지털값으로 변환된다.And, in the circuit block shown in FIG. 38, the photoelectric signal I mn from the photoelectric element 36A and the photoelectric signal I ms from the photoelectric element 40 are analog-to-digital conversion (A / D converter) circuit units ( 50, where the instantaneous intensity level of each signal is converted to a digital value in response to a clock signal (pulse) C ps from the sampling clock generation circuit 52.
클록 발생 회로(52)는 나중에 설명하는 위치 제어기(62)로부터 출력되며, 제 37 도 중의 전환 제어 회로 TSC에 송신되는 지령 신호 CQ에 응답하여 클록 신호 Cps의 송출 타이밍을 제어한다. 그 타이밍은 예를 들면 전환 제어 회로 TSC가 신호 Csn(n=1, 2, 3)을 출력하여 3개의 광원 LSn(n=1, 2, 3)의 것을 점등시키는 동안은 항상 클록 신호 Cps를 출력하도록 정해져 있다.The clock generation circuit 52 is output from the position controller 62 to be described later, and controls the timing of sending the clock signal C ps in response to the command signal CQ transmitted to the switching control circuit TSC in FIG. The timing is always the clock signal C ps while the switching control circuit TSC outputs the signals C sn (n = 1, 2, 3) to light the three light sources LSn (n = 1, 2, 3). Is set to output
클록 신호 Cps의 주파수는 신호 Imn(n=1, 2, 3), Ims의 비트 주파수(2·△f)보다도 충분히 높게 정해지며, 이 클록 신호 CPS는 파형 메모리 회로 유닛(54)에도 보내지고, A/D 컨버터(50)로부터의 디지털값(데이터)을 기억할 때의 메모리 어드레스의 갱신에 사용된다.The frequency of the clock signal C ps is determined to be sufficiently higher than the signal I mn (n = 1, 2, 3) and the bit frequency (2 · Δf) of I ms , and the clock signal C PS is the waveform memory circuit unit 54. It is also sent to and used to update the memory address when storing digital values (data) from the A / D converter 50.
이 때 파형 메모리 회로 유닛(54)은 지령 신호 CQ에 응답하여 광전 신호 Imn, Ims의 각 디지털 파형 데이터의 기억 영역(어드레스 영역)을 점등된 각 광원에 대응하도록 전환한다. 예를 들면, 메모리 회로 유닛(54)의 파형 데이터 기억 공간으로서 8K 바이트 단위의 6개의 RAM 영역 M1A, M1B, M2A, M2B, M3A, M3B를 확보한다. 그리고, 파장 λ1의 광원 LS1이 점등하고 있는 동안에 A/D 컨버터(50)로부터 출력되는 신호 Imn(Im1)의 디지털 파형 데이터는 클록 신호 CPS에 응답하여 RAM 영역 M1A 내에 순차 기억시키고, 동시에 A/D 컨버터(50)로부터 출력되는 신호 Ims의 디지털 파형 데이터는 클록 신호 Cps에 응답하여 RAM 영역 M1B 내에 순차 기억시킨다.At this time, in response to the command signal CQ, the waveform memory circuit unit 54 switches the storage area (address area) of the respective digital waveform data of the photoelectric signals I mn and I ms to correspond to each of the light sources that are turned on. For example, six RAM regions M1A, M1B, M2A, M2B, M3A, and M3B in 8K byte units are reserved as the waveform data storage space of the memory circuit unit 54. Then, the light source digital waveform data of the signal I mn (I m1) outputted from the A / D converter 50 while the LS 1 is lit, the λ 1 is the clock signal in response to the C PS RAM region and sequentially stored in the M1A At the same time, the digital waveform data of the signal I ms output from the A / D converter 50 is sequentially stored in the RAM area M1B in response to the clock signal C ps .
또한, 지령 신호 CQ에 응답하여 광원 LS2가 점등하고 있을 때에는 신호 Imn(Im2)의 디지털 파형 데이터를 RAM 영역 M2A 내에 순차 기억시키는 동시에, 동시에 신호 Ims의 디지털 파형 데이터를 RAM 영역 M2B 내에 순차 기억시키며, 그리고 광원 LS3이 점등하고 있을 때는 신호 Imn(Im3)의 디지털 파형 데이터를 RAM 영역 M3A 내에 순차 기억시키는 동시에, 동시에 신호 Ims의 디지털 파형 데이터를 RAM 영역 M3A 내에 순차 기억시키도록 전환시킨다.When the light source LS 2 is turned on in response to the command signal CQ, the digital waveform data of the signal I mn (I m2 ) is sequentially stored in the RAM area M2A, and at the same time, the digital waveform data of the signal I ms is stored in the RAM area M2B. When the light source LS 3 is turned on, the digital waveform data of the signal I mn (I m3 ) is sequentially stored in the RAM area M3A, and at the same time, the digital waveform data of the signal I ms is sequentially stored in the RAM area M3A. Switch to
따라서, 파형 메모리 회로 유닛(54)내의 3개의 RAM 영역 MnA(n=1, 2, 3)의 각각에는 제 39A 도, 제 39B 도, 제 39C 도와 동일한 신호 Imn(n=1, 2, 3)의 파형 데이터가 소정 주기분(예를 들면, 10 주기분 이상)에 걸쳐서 디지틸 샘플링되며, 메모리 회로 유닛(54)내의 3개의 RAM 영역 MnB(n=1, 2, 3)의 각각에는 제 39D 도와 같은 신호 Ims의 파형 데이터가 신호 Imn과 동일한 주기분에 걸쳐서 디지털 샘플링된다.Accordingly, each of the three RAM regions MnA (n = 1, 2, 3) in the waveform memory circuit unit 54 has the same signal I mn (n = 1, 2, 3) as in the 39A, 39B, and 39C degrees. ) Is digitally sampled over a predetermined period (e.g., 10 cycles or more), and each of the three RAM areas MnB (n = 1, 2, 3) in the memory circuit unit 54 is provided. The waveform data of the signal I ms like the 39D diagram is digitally sampled over the same period as the signal I mn .
이 때, 파형 메모리 유닛(54)내의 3개의 계측 신호 Imn의 각 파형 데이터는 시간축 상에서 서로 다른 타이밍인 것으로 되지만, 3개의 계측 신호 Imn의 각각과 참조 신호 Ims는 공통의 클록 신호 Cps에 의해서 동시에 샘플링되므로, 참조 신호 Ims의 파형 데이터를 기준으로 하여 3개의 계측 신호 Imn의 각 파형 데이터의 위상차 △Ψ1, △Ψ2, △Ψ3을 구하면, 각 파장 λ1, λ2, λ3마다의 격자 마크 MG의 위치 오프셋량을 정확하게 알 수 있다.At this time, each waveform data of the three measurement signals I mn in the waveform memory unit 54 has different timings on the time axis, but each of the three measurement signals I mn and the reference signal I ms are the common clock signal C ps. since at the same time sampling by, ask the reference signal phase difference △ Ψ 1, △ Ψ of the three measurement signal I mn each waveform data on the basis of waveform data of I ms 2, △ Ψ 3, the respective wavelengths λ 1, λ 2 , the position offset amount of the grid mark MG for each λ 3 can be known accurately.
또한, 회전 래디얼 격자판 RRG를 이용한 경우, 비트 주파수는 수 ㎑ 정도가 상한이기 때문에, 클록 신호 Cps도 수십 ㎑ 정도라도 좋다. 또한, (E)특개평 6-82215호 공보와 같이 2개의 음향 광학 변조기(AOM)를 탠덤으로 배치한 주파수 시프터를 이용하는 경우, 비트 주파수는 각 AOM에 더하는 고주파 구동 신호(수십 MHz 이상)의 주파수의 차의 2 배로 결정되므로 비교적 자유롭게 정해질 수 있다.In addition, when the rotational radial lattice board RRG is used, since the bit frequency has an upper limit of several Hz, the clock signal C ps may also be several tens of Hz. In addition, when using a frequency shifter in which two acousto-optic modulators (AOMs) are arranged in tandem as in (E) JP-A 6-82215, the bit frequency is a frequency of a high frequency drive signal (several tens of MHz or more) added to each AOM. Since it is determined to be twice the difference of, it can be determined relatively freely.
그리고, 제 38 도에 도시한 메모리 회로 유닛(54)내의 각 파형 데이터는 위상차 △Ψn(n=1, 2, 3, 위치 오프셋 △Xn(n=1, 2, 3)의 검출 회로 유닛(56)에 읽어들이고, 여기서 제 39A 도, 제 39B 도, 제 39C 도에 도시한 바와 같은 각 위상차 △Ψ1, △Ψ2, △Ψ3이 디지털 연산(푸리에 적분법)에 의해 산출된다. 앞서 가정한 바와 같이 웨이퍼 W의 격자 마크 MG의 피치 Pmg 와, 이 위에 조사된 간섭 프린지의 피치 Pif가 Pmg=2Pif로 설정되어 있으면, 제 39A 내지 제 39C 도의 각 파형의 1 주기는 Pmg/2에 대응한다.And each waveform data in the memory circuit unit 54 shown in FIG. 38 is a detection circuit unit of phase difference (DELTA) n (n = 1, 2, 3, position offset (DELTA) Xn (n = 1, 2, 3). The phase difference ΔΨ 1 , ΔΨ 2 , and ΔΨ 3 as shown in Figs. 39A, 39B, and 39C are calculated by digital calculation (Fourier integral method). As assumed, if the pitch Pmg of the lattice mark MG of the wafer W and the pitch Pif of the interference fringe irradiated thereon are set to Pmg = 2Pif, one period of each waveform of FIGS. 39A to 39C corresponds to Pmg / 2. do.
또한, 일반적으로 위상차 계측은 ±80 도의 범위에서 행해지므로, 검출 회로(56)는 연산된 위상차 △Ψ1, △Ψ2, △Ψ3을 상기 식(7)에 따라서 ±Pmg/4의 범위 내의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3으로 변환한다. 이 오프셋량 △Xn은 기준 격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 ±Pmg/4 내에서의 오프셋을 나타낸다.In addition, since the phase difference measurement is generally performed in the range of ± 80 degrees, the detection circuit 56 sets the calculated phase differences ΔΨ 1 , ΔΨ 2 , ΔΨ 3 within ± Pmg / 4 according to the above equation (7). Convert to position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , and ΔX 3 . This offset amount ΔX n represents an offset within ± Pmg / 4 of the grating mark MG with respect to the reference grating SG.
여기서 위상차 계측의 분해능으로서 0.2 정도가 얻어지는 것으로 하면, 오프셋량의 분해능은 거의 (0.2/180)Pmg/4로 되고, 피치 Pmg를 4㎛로 하면 실용적인 범위로서 0.002㎛(2nm) 정도가 얻어진다.If the resolution of the phase difference measurement is about 0.2, the resolution of the offset amount is almost (0.2 / 180) Pmg / 4, and if the pitch Pmg is 4 µm, about 0.002 µm (2 nm) is obtained as a practical range.
한편, 신호 진폭 및 진폭비 검출 회로 유닛(58)은 파형 메모리 회로 유닛(54)내의 3개의 RAM 영역MnA(n=1, 2, 3)에 기억된 제 39A 도 내지 제 39C 도와 같은 각 파형 데이터를 읽어내고, 각 신호 Imn의 진폭값 E1, E2, E3을 디지털 연산에 의해서 검출한다.On the other hand, the signal amplitude and amplitude ratio detection circuit unit 58 carries out respective waveform data such as the 39th to 39th degrees stored in the three RAM regions MnA (n = 1, 2, 3) in the waveform memory circuit unit 54. It is read out, and detected by the amplitude value of the signals I mn E 1, E 2, E 3 to a digital operation.
또한, 이 검출 회로 유닛(58)에는 미리 기준 마크판 FG의 격자로부터 발생한 간섭 빔 BM을 각 광전 소자(36A)에서 수광하였을 때에 얻어진 광전 신호 Im1, Im2, Im3 각각의 진폭값 Al, A2, A3이 기억되어 있다.In addition, the detection circuit unit 58 has amplitude values A l of the photoelectric signals I m1 , I m2 , and I m3 obtained when the interference beam BM generated from the grating of the reference mark plate FG is received by each photoelectric element 36A in advance. , A 2 and A 3 are remembered.
즉, 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 계측하기 전에 기준 마크판 FG의 격자 마크를 대물렌즈(22) 아래로 이동시키고, 광전 소자(36A)로부터 제 39A 도, 제 39B 도, 제 39C 도와 같은 신호를 발생시키고, 이것을 파형 메모리 회로 유닛(54)에 기억시킨 후, 진폭 검출 회로(50)에서 진폭값 A1, A2, A3을 검출하여 기억시켜 둔다.That is, before measuring the lattice mark MG on the wafer W, the lattice mark of the reference mark plate FG is moved below the objective lens 22, and signals like the 39th, 39th, and 39th degrees from the photoelectric element 36A are transmitted. After the waveform is generated and stored in the waveform memory circuit unit 54, the amplitude detection circuit 50 detects and stores the amplitude values A 1 , A 2 , and A 3 .
이 때, 마크판 FG가 검출되는 스테이지 WST의 정지 위치를 레이저 간섭계(44)로부터 판독하여 기억하는 동시에 오프셋량 검출 회로 유닛(56)에서 각 파장마다의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3 도 구해 두면 이것을 베이스 라인 결정 시의 데이터로서 이용할 수 있다.At this time, the stop position of the stage WST where the mark plate FG is detected is read out from the laser interferometer 44 and stored, and at the offset amount detecting circuit unit 56, the position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , If ΔX b3 is also obtained, it can be used as data at the time of baseline determination.
또한, 여기서 언급한 베이스 라인이란 각 파장마다 계측된 마크판 FG 상의 격자 마크의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3이 극히 미소량만 서로 다를 때에, 그 상호의 미소 오차분을 의미한다. 본래, 제 37 도에 도시한 입사광계에서는 파장 λ1, λ2, λ3의 각 빔에 의해서 기준 마크판 GF 상에 생성되는 각 파장마다의 간섭 프린지가 엄밀하게 일치하고 있으면 마크판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 각 값은 완전하게 일치할 수 있다.In addition, the base line referred to here refers to the mutual minute error when the position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 of the lattice marks on the mark plate FG measured for each wavelength differ only in extremely small amounts. it means. Originally, in the incident light system shown in FIG. 37, the position of the mark plate FG if the interference fringes of the respective wavelengths generated on the reference mark plate GF by the respective beams of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 exactly match. The respective values of the offset amounts DELTA X b1 , DELTA X b2 , and DELTA X b3 may completely coincide.
그러나 현실적 문제로서 분해능이 2nm 정도로 되면, 이 분해능 정도에 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3이 일치하도록 입사광계나 검출계를 조정해 두는 것은 곤란하다. 이 때문에, 마크판 FG에서 계측된 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 상호 차가 제 37 도에 도시한 얼라인먼트계 고유의 오프셋(베이스 라인 오차)으로서 잔존하게 된다.However, as a practical matter, when the resolution is about 2 nm, it is difficult to adjust the incident light system and the detection system so that the position offset amounts ΔX b1 , ΔX b2 , and ΔX b3 coincide with this resolution. For this reason, it becomes residual as a mark plate the position offset amount measured by the FG b1 X △, △ X b2, b3 X △ mutual difference of the offset of the alignment system unique illustrated in Figure 37 (base line error).
이 베이스 라인 오차는 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 검출하여 검출 회로(56)에서 구해지는 각 파장마다의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3 각각을 먼저 구한 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3의 각각에서 보정 계산함으로써 보상된다. 일 예로서, 제 37 도의 장치에서는 기준 격자 SG로부터 얻어지는 간섭 빔 Bms도 파장 λ1, λ2, λ3 중 어느 하나로 바꾸기 때문에 어느 1개의 파장, 예를 들면 파장 λ1 하에서 계측된 기준 마크판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1을 기준으로서 △Xb2 - △Xb1=△Xb21, △Xb3 - △Xb1=△Xb31의 각 값을 계산하여 기억해 둔다.The base line error is the position offset amount ΔX b1 where the position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , and ΔX 3 for each wavelength obtained by detecting the lattice mark MG on the wafer W are determined by the detection circuit 56. , ΔX b2 , ΔX b3 are compensated for by the correction calculation. As an example, in the apparatus of FIG. 37, since the interference beam B ms obtained from the reference grating SG is also changed to any one of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , the reference mark plate measured under any one wavelength, for example, wavelength λ 1 . Based on the position offset amount ΔX b1 of the FG, the respective values of ΔX b2 ΔX b1 = ΔXb 21 and ΔX b3 ΔXb 1 = ΔXb 31 are calculated and stored.
그리고 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG에 대하여 계측된 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3에 대하여 △X2 - △X1=△X21로 되도록 △X2의 값을 보정 계산하고, △X2 - △X1=△Xb31로 되도록 △X3의 값을 보정 계산하면 좋다.And △ X 2 with respect to the wafer W grating marks MG at a position offset amount △ X 1, △ X 2, △ X 3 measurements for on-calculating △ X 1 = so that the △ X 21 corrects the value of △ X 2, The value of DELTA X 3 may be corrected and calculated so that DELTA X 2 -DELTA X 1 = DELTA X b31 .
또는, 보다 간결한 방법으로서 간섭 빔 Bms의 각 파장마다의 전환에 따라서 구해지는 기준 마크판 FG의 위치 오프셋량 △Xb1, △Xb2, △Xb3을 기억하고, 계측된 웨이퍼 상의 격자 마크 MG의 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3을 △X1 - △Xb1, △X2 - △Xb2, △X3 - △Xb3과 같이 보정 계산하여도 좋다.Alternatively, as a more concise method, the position offset amounts ΔXb 1 , ΔXb 2 , and ΔXb 3 of the reference mark plate FG determined according to the switching for each wavelength of the interference beam B ms are stored, and the lattice mark MG on the measured wafer is stored. the amount of position offset △ X 1, △ X 2, △ X 3 a △ X 1 - △ X b1, △ X 2 - △ X b2, △ X 3 - may be calculated as the correction △ X b3.
또한, 진폭비 검출 회로 유닛(58)은 미리 기억하고 있는 진폭값 A1, A2, A3과 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 검출하였을 때에 얻어지는 진폭값 E1, E2, E3 의 각 비 C1, C2, C3을 C1=E1/A1, C2=E2/A2, C3=E3/A3으로서 산출한다. 이 비 C1, C2 C3은 제 25 도의 실시예에서 설정한 가중 계수에 상당한다.In addition, the amplitude ratio detection circuit unit 58 measures the ratio C of the amplitude values E 1 , E 2 , and E 3 obtained when the amplitude values A 1 , A 2 , A 3 , which are stored in advance, and the lattice mark MG on the wafer W are detected. 1 , C 2 , C 3 are calculated as C 1 = E 1 / A 1 , C 2 = E 2 / A 2 , C 3 = E 3 / A 3 . This ratio C 1 , C 2 C 3 corresponds to the weighting coefficient set in the example of FIG. 25.
이상과 같이 하여 구해진 위치 오프셋량 △X1, △X2, △X3과 비 C1, C2, C3의 데이터는 가중 평균화 연산 회로 유닛(60)으로 보내지며, 여기서 가중한 격자 마크 MG의 오프셋량 △X를 산출한다. 이 연산은 다음 식에 따라서 행해진다.The data of the position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , ΔX 3 and the ratios C 1 , C 2 , C 3 obtained as described above are sent to the weighted averaging calculation circuit unit 60, where the weighted grid mark MG The offset amount ΔX of is calculated. This operation is performed according to the following equation.
△X=(C1·△X1 + C2·△X2+ C3·△X3)/(C1 + C2+ C3)ΔX = (C 1 · ΔX 1 + C 2 · ΔX 2 + C 3 · ΔX 3 ) / (C 1 + C 2 + C 3 )
이렇게 하여 구해진 오프셋량 △X는 기준 격자 SG에 대한 격자 마크 MG의 피치 방향의 오프셋이며, 이 데이터는 위치 제어, 표시기(62)로 보내지는 동시에, 웨이퍼 W를 실시간으로 얼라인먼트(위치 결정)하는 경우에는 서보 제어 회로 유닛(64)에도 보내진다.The offset amount ΔX thus obtained is an offset in the pitch direction of the grating mark MG with respect to the reference grating SG. When this data is sent to the position control and the indicator 62, the wafer W is aligned in real time (positioning). Is also sent to the servo control circuit unit 64.
이 서보 제어 회로 유닛(64)은 2개의 기능을 갖고 있으며, 그 하나는 오프셋량 △X가 소정값으로 될 때까지 구동원(42)을 피드백 제어하는 기능(다이렉트 서보 모드)이다. 이 기능의 경우는 A/D 변환기 회로(50), 메모리 회로 유닛(54), 오프셋량 검출 회로 유닛(56) 및 평균화 회로 유닛(60)의 동작이 위치 제어기(62)로부터의 지령 신호 CQ에 응답하여 차례로 반복되어 극히 짧은 시간(예를 들면 수개의 msec)마다 오프셋량 △X의 값이 산출된다.This servo control circuit unit 64 has two functions, one of which is a function (feedback servo mode) for controlling the feedback of the drive source 42 until the offset amount ΔX becomes a predetermined value. In the case of this function, the operations of the A / D converter circuit 50, the memory circuit unit 54, the offset amount detection circuit unit 56, and the averaging circuit unit 60 are connected to the command signal CQ from the position controller 62. In response, it is repeated one after another, and the value of the offset amount [Delta] X is calculated every extremely short time (for example, several msec).
또한, 진폭비 검출 회로 유닛(58)에 의한 비 C1, C2, C3의 산출은 처음의 1회만이라도 좋으며, 오프셋량 △X의 산출마다 매회 행하여도 좋다. 비 C1, C2, C3의 산출을 매회 행하는 경우는 가중 평균화 회로 유닛(60)에 의한 오프셋량 △X의 산출마다 비 C1, C2, C3의 값이 약간 변화하는 경우가 있는 것은 물론이다. 또한 비 C1, C2, C3의 산출을 처음의 1 회 또는 복수회 만큼으로 하는 경우는 그 이후 동일한 격자 마크 MG를 검출하는 동안은 동일한 비의 값이 사용된다.In addition, the amplitude detection circuit unit 58 ratio C 1, C 2, C 3 of the calculation by the good manyirado one of the first, may be carried out every time for each calculation of the offset amount △ X. Ratio C 1, C 2, that is, if every time of performing the calculation of the C 3 every calculation of the offset amount △ X by the weighted averaging circuit unit 60 is non-C 1, the value of C 2, C 3 if some change Of course. In the case where the calculation of the ratios C 1 , C 2 , and C 3 is made only once or plural times, the same ratio value is used during the detection of the same lattice mark MG thereafter.
한편 서보 제어 회로 유닛(64)의 또 하나의 기능은 웨이퍼 스테이지 WST를 레이저 간섭계(44)의 계측값에 기초하여 이동시키는 기능(간섭계 서보 모드)이다. 이 기능은 예를 들면 스테이지 WST 상의 기준 마크판 FG의 격자나 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG를 대물렌즈(22) 바로 아래에 위치 결정하거나, 검출된 격자 마크 MG의 위치를 기준으로 하여 웨이퍼 W 상의 임의의 점을 대물렌즈(22)의 바로 아래에 위치 결정할 때에 사용된다.On the other hand, another function of the servo control circuit unit 64 is a function (interferometer servo mode) for moving the wafer stage WST based on the measured value of the laser interferometer 44. This function is, for example, positioning a lattice of the reference mark plate FG on the stage WST or a lattice mark MG on the wafer W directly below the objective lens 22, or any position on the wafer W based on the position of the detected lattice mark MG. Is used when positioning a point just below the objective lens 22.
그리고, 위치 제어, 표시기(62)는 상술한 지령 신호 CQ의 출력 서보 모드의 전환 지시 외에 격자 마크 MG의 좌표 위치나 구해진 오프셋량 △X를 표시하는 기능도 갖는다. 또한 경우에 따라서는 격자 마크 MG를 검출하였을 때의 가중 계수로 되는 비 C1, C2, C3의 값도 기억, 보존한다. 이 경우, 웨이퍼 W 상의 다수의 위치에 동일의 격자 마크 MG가 형성되고, 이들 마크 MG의 위치를 순차 검출할 때에 비 C1, C2, C3 도 순차 기억하여 두면 웨이퍼 W 상의 어느 부분의 마크 MG에 비대칭성이나 레지스트층의 불균일에 기인한 문제가 있었는지를 검증할 수 있다.The position control and indicator 62 also has a function of displaying the coordinate position of the grid mark MG and the obtained offset amount ΔX in addition to the above-described command to switch the output servo mode of the command signal CQ. In some cases, the values of the ratios C 1 , C 2 , and C 3 serving as weighting coefficients when the grid mark MG is detected are also stored and stored. In this case, the same lattice mark MG is formed at a plurality of positions on the wafer W, and when the positions of these marks MG are sequentially stored, the marks of any part on the wafer W are also stored if the ratios C 1 , C 2 , and C 3 are stored sequentially. It is possible to verify whether MG has a problem due to asymmetry or nonuniformity of the resist layer.
그리고 웨이퍼 W 상에서 가중 계수(비 C1, C2, C3)가 크게 변화한 부분을 그래픽 표시하도록 하여도 좋다. 이 때, 확산 공정이나 에칭 공정 등의 열화학 프로세스를 거쳐, 레지스트층을 도포하기 전의 웨이퍼를 제 8 도의 장치에 장착하여 가중 계수의 변화를 구하면, 이 열화학 프로세스에 의한 웨이퍼면 상의 영향을 간접적으로 조사할 수도 있다. 또한, 이 웨이퍼에 레지스트층을 도포하여 동일하게 가중 계수의 변화를 구하여 도포전의 가중 계수의 변화와 비교하면 레지스트층에 의한 영향을 간접적으로 조사할 수 있다.The portion where the weighting factors (ratios C 1 , C 2 , C 3 ) are greatly changed may be graphically displayed on the wafer W. FIG. At this time, if the wafer before applying the resist layer is mounted in the apparatus of FIG. 8 through a thermochemical process such as a diffusion process or an etching process to obtain a change in weighting coefficient, the influence on the wafer surface caused by the thermochemical process is indirectly investigated. You may. In addition, by applying a resist layer to the wafer to obtain a change in the weighting coefficient, the effect of the resist layer can be indirectly investigated as compared with the change in the weighting coefficient before application.
이상의 제 15 실시예에서는 스테이지 WST 상에 기준 마크판 FG를 설치하고, 이것을 사용하여 각 파장마다의 신호 진폭 변화율, 즉 비 C1, C2, C3을 구하였으므로, 도 21에 도시된 바와 같이, 입사광빔 LB1, LB2, LB3의 일부의 빔 Br1, Br2의 광강도를 직접 검출하는 광전 소자를 설치할 필요가 없다.In the above fifteenth embodiment, the reference mark plate FG is provided on the stage WST, and the signal amplitude change rate for each wavelength, i.e., the ratio C 1 , C 2 , C 3 , is obtained using this. It is not necessary to provide a photoelectric element for directly detecting the light intensity of the beams B r1 and B r2 of a part of the incident light beams LB 1 , LB 2 , and LB 3 .
그런데 웨이퍼 스테이지 WST 상에 주지의 반사율의 크롬 표면을 가진 기준 마크판 FG를 고정한 경우는 앞서 언급한 바와 같이 그 마크판 FG를 각종 베이스라인량의 계측이나 포커스 상태의 계측이나 포커스 상태의 계측에 이용할 수 있다. 따라서 제 37 도에 도시한 제 15 실시예에 의한 위치 검출 장치는 상기 제 15 도, 제 16 도에 도시된 바와 같이 베이스라인량의 계측이 필요한 투사 노광 장치에 완전히 동일하게 적용할 수 있다.However, when the reference mark plate FG having a chrome surface of a known reflectance is fixed on the wafer stage WST, as mentioned above, the mark plate FG can be used for measurement of various baseline quantities, measurement of focus state or measurement of focus state. Can be. Therefore, the position detection apparatus according to the fifteenth embodiment shown in FIG. 37 can be applied to the projection exposure apparatus that requires measurement of the baseline amount in the same manner as shown in FIGS. 15 and 16 above.
그런데, 상기 제 16 도에 도시한 얼라인먼트계 TTLA에 제 37 도와 같은 헤테로다인 방식의 위치 검출 장치를 장착하는 경우, 입사광빔 ±LF가 복수의 파장성분(서로 30 내지 40nm 정도 오프셋)으로 시분할적으로 전환되면, 투사 렌즈 PL의 색수차(축상 및 배율)의 영향, 또는 대물렌즈 OBJ의 색수차의 영향에 의해서 웨이퍼 상에 조사되는 빔 ±LF의 교차 영역이 각 파장 성분마다 Z방향 또는 XY방향으로 미묘하게 어긋나는 경우가 있다.By the way, when the heterodyne position detection device of the 37th degree is mounted on the alignment system TTLA shown in FIG. 16, the incident light beam ± LF is time-divisionally divided into a plurality of wavelength components (offset about 30 to 40 nm from each other). When switched, the intersecting area of the beam ± LF irradiated on the wafer due to the influence of chromatic aberration (axial and magnification) of the projection lens PL or the chromatic aberration of the objective lens OBJ subtly in the Z direction or the XY direction for each wavelength component There may be a shift.
그래서 상기 제 17A 도, 제 17B 도와 같이 입사광빔 ±LF의 광로 중에 색수차에 따라서 발생하는 오차를 보정 광학계 CG를 설치하면 좋다.Therefore, in the 17A and 17B, the correction optical system CG may be provided to correct an error occurring in accordance with the chromatic aberration in the optical path of the incident light beam ± LF.
제 40 도는 조명 빔을 시분할로 전환하는 본 발명의 제 16 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하며, 그 기본 구성은 상기 제 21 도와 유사하며, 따라서 제 21 도와 동일 기능의 부재에는 동일한 부호를 붙인다. 여기에서는 2개의 회절 격자 RG, MG 사이의 피치 방향(X 방향으로 한다)의 상대적인 위치 오프셋량을 호모다인 방식으로 계측하는 경우를 예시한다. 조명 빔으로서의 빔 LB1, LB2는 각각 다른 레이저 광원으로부터 서로 다른 파장 λ1, λ2로 사출되며, 동축이 되도록 광축 조정된 후 시분할로 전환되어 빔 스플리터 BS, 미러 MR1을 통해 격자 RG에 수직으로 조사된다.40 shows the configuration of the position detection apparatus according to the sixteenth embodiment of the present invention for switching the illumination beam to time division, the basic configuration of which is similar to the twenty-first degree, and accordingly the same reference numeral to the twenty-first degree and the member of the same function. Attach the. Here, the case where the relative position offset amount of the pitch direction (it is X direction) between two diffraction gratings RG and MG is measured by the homodyne system is illustrated. The beams LB 1 and LB 2 as illumination beams are respectively emitted from different laser light sources at different wavelengths λ 1 and λ 2 , are adjusted to be coaxial, and then converted to time division to be beam-splitter BS, mirror MR 1 to the grating RG. Irradiated vertically.
빔 스플리터 BS는 빔 LB1, LB2의 일부분(수% 정도)의 빔 Br1, Br2를 진폭 분할하여 광전 소자 DT1로 유도한다. 이 광전 소자 DT1은 주조명 빔 LB1, LB2의 조사에 의해서 파장 λ1의 빔 Br1을 수광하고 있을 때는 이 강도값을 나타내는 광전 신호 Ir1을 출력하며, 주조명 빔 LB2의 조사에 의해서 파장 λ2의 빔 Br2를 수광하고 있을 때는 이 강도값을 나타내는 광전 신호 Ir2를 출력한다.The beam splitter BS amplitude-divides the beams B r1 , B r2 of a portion (a few%) of the beams LB 1 , LB 2 to guide the photoelectric element DT 1 . When the photoelectric element DT 1 receives beam B r1 having a wavelength λ 1 by irradiation with the cast name beams LB 1 and LB 2 , the photoelectric element DT 1 outputs a photoelectric signal I r1 indicating the intensity value and is irradiated with the cast name beam LB 2 . When the beam B r2 of wavelength lambda 2 is received by the light, the photoelectric signal I r2 indicating the intensity value is output.
그리고, 격자 RG로부터는 빔 LB1, LB2(평행 빔)의 조사에 의해서 복수의 회절광빔이 상기 제 21 도와 마찬가지로 발생한다.From the grating RG, a plurality of diffracted light beams are generated similarly to the twenty-first degree by irradiation of the beams LB 1 and LB 2 (parallel beams).
제 40 도에서는 이들 회절 빔으로서 파장 λ1의 LB1로부터 생성된 1차 회절빔 +D11, -D11, 파장 λ2의 빔 LB2로부터 생성된 1차 회절 빔 +D12, -D12 및 0차 빔D0을 나타내고 있다. 물론, 각 파장의 빔 LB1, LB2마다 그 이상의 고차 회절광도 발생하지만, 여기서는 설명을 간략화하기 위하여 1차 회절 빔만을 도시하였다.In FIG. 40, these diffraction beams are first-order diffraction beams + D 11 , -D 11 generated from LB 1 of wavelength λ 1 , and first-order diffraction beams + D 12 , -D 12 generated from beam LB 2 of wavelength λ 2 . And 0th order beam D 0 . Of course, even higher order diffracted light is generated for each of the beams LB 1 and LB 2 of each wavelength, but only the first diffraction beam is shown here for the sake of simplicity.
그리고, 각 회절 빔은 상기 제 21 도와 동일하게 하여 전군 렌즈계 G1과 후군 렌즈계 G2로 나누어진 결상 광학계에 입사한다.Each diffraction beam enters the imaging optical system divided into the front-group lens system G 1 and the rear-group lens system G 2 in the same manner as in the twenty-first degree.
그리고, 푸리에 변환면(눈동자면) EP 중앙에 배치된 작은 미러 MR2에 의해서 격자 RG로부터의 빔 D0은 차광되며, 후군 렌즈계 G2로 입사하는 것이 지지된다. 또한, 각 1차 회절 빔은 격자 RG로부터 사출할 때는 빔 LB1, LB2와 동일하게 평행 빔으로 되어 있지만, 전군 렌즈계 G1의 작동에서 푸리에 변환된 EP의 위치에서 빔 웨이스트로 되어 수렴한다.Then, the beam D 0 from the grating RG is shielded by the small mirror MR 2 disposed at the center of the Fourier transform surface (the pupil surface) EP, and it is supported to enter the rear lens group G 2 . In addition, each primary diffraction beam is a parallel beam similarly to the beams LB 1 and LB 2 when exiting from the grating RG, but converges as a beam waste at the position of the Fourier transformed EP in the operation of the entire lens system G 1 .
여기서, 격자 RG의 피치를 Prg로 하면, 파장 λ1의 빔 LB1에 의해서 발생한 1차 회절 빔 ±D11과 파장 λ2의 빔 LB2에 의해서 발생한 1차 회절 빔 ±D12 는 상기 제 21 도와 마찬가지로 후군 렌즈 G2를 통해 물체측에 요철 모양으로 형성된 피계측용의 반사형 격자 MG 상에서 각각 평행 빔으로 되어 중첩한다. 이 때, 격자 MG의 피치 방향도 X 방향에 일치하며, 격자 MG 상에는 1차 회절 빔 ±D11의 그 광빔 간섭에 의한 파장 λ1의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X방향), 또는 1차 회절 빔 ±D12의 그 광빔 간섭에 의한 파장 λ2의 1차원 간섭 프린지(피치 방향은 X 방향)의 어느 하나가 생성된다.Here, when the pitch of the grating RG is set to Prg, the first-order diffraction beam ± D 11 generated by the beam LB 1 of the wavelength λ 1 and the first-order diffraction beam ± D 12 generated by the beam LB 2 of the wavelength λ 2 are the 21st. Similarly, parallel beams are superimposed on the reflective grating MG for measurement, which is formed on the object side in a concave-convex shape through the rear lens group G 2 , respectively. At this time, the pitch direction of the grating MG also coincides with the X direction, and on the grating MG, the one-dimensional interference fringe of the wavelength λ 1 due to the light beam interference of the first-order diffraction beam ± D 11 (the pitch direction is the X-direction), or the first-order One of the one-dimensional interference fringes (the pitch direction is the X direction) of the wavelength λ 2 due to the light beam interference of the diffraction beam ± D 12 is generated.
이 때, 파장 λ1의 광과 파장 λ2의 광은 서로 다른 파장이기 때문에, 가령 2개의 주조명 빔 LB1, LB2를 동시에 조사하더라도 1차 회절 빔 ±D11과 D12 사이에서는 간섭이 발생하지 않는다. 그리고 중요한 것은 1차 회절 빔 ±D11에 의해서 생성된 파장 λ1의 간섭 프린지와 1차 회절 빔 ±D12에 의해서 생성된 파장 λ2의 간섭 프린지는 그 피치가 완전히 동일하여 마치 단일한 간섭 프린지로서 나타나는 것이다.At this time, since the light having the wavelength λ 1 and the light having the wavelength λ 2 are different wavelengths, for example, even if two beams of name beams LB 1 and LB 2 are irradiated at the same time, there is no interference between the first diffraction beams ± D 11 and D 12. Does not occur. And importantly, the interference fringes of wavelength λ 1 generated by the first diffraction beam ± D 11 and the interference fringes of wavelength λ 2 generated by the first diffraction beam ± D 12 are exactly the same in pitch so that they are a single interference fringe. Appear as
이 간섭 프린지의 강도 분포의 피치 Pif는 격자 RG의 피치 Prg와 결상 광학계(G1, G2)의 배율 M에 의해서 정해지며, Pif=M·Prg/2로 나타난다. 예를 들면 피치 Prg를 4㎛, 배율 M을 1/4(격자 RG의 패턴 사이즈가 격자 MG 측에서 1/4로 축소된다)로 하면, 간섭 프린지의 피치 Pif는 0.5㎛로 된다. 여기서, 피계측용의 격자 MG의 피치 Pmg를 Pmg=2Pif의 관계, 즉 Pmg=M·Prg의 관계로 정하면, 격자 MG로부터는 1차 회절 빔 ±D11을 입사광빔으로서 재회절광이 발생한다.The pitch Pif of the intensity distribution of this interference fringe is determined by the pitch Prg of the grating RG and the magnification M of the imaging optical systems G 1 and G 2 , and is represented by Pif = M · Prg / 2. For example, if the pitch Prg is 4 µm and the magnification M is 1/4 (the pattern size of the grid RG is reduced to 1/4 at the lattice MG side), the pitch Pif of the interference fringe is 0.5 µm. Here, when the pitch Pmg of the grating MG for measurement is determined by the relationship of Pmg = 2Pif, that is, the relationship of Pmg = M · Prg, the refraction light is generated from the grating MG as the incident light beam as the first diffraction beam ± D 11 . .
예를 들면, 1차 회절 빔 +D11을 입사광빔으로서 격자 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 MG로부터 수직으로 진행하는 1차 회절광(파장 λ1)이며, 1차 회절 빔 -D11을 입사광빔으로서 격자 MG로부터 발생하는 1개의 재회절광은 격자 MG로부터 수직으로 진행하는 +1차 회절광(파장 λ1)이다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ1의 ±1차 회절광은 서로 위상 상태에 따른 간섭 강도를 가지며, 간섭 빔 BM(Bm1)으로 되어 미러 MR2에 도달한다.For example, one re-diffracted light generated from the grating MG using the first diffraction beam + D 11 as the incident light beam is the first diffracted light (wavelength λ 1 ) traveling perpendicularly from the grating MG, and the first diffraction beam -D One re-diffracted light generated from grating MG as 11 incident light beams is + 1st order diffracted light (wavelength λ 1 ) running perpendicularly from grating MG. These first-order diffracted light of the wavelength lambda 1 traveling vertically have interference intensities depending on the phase state of each other, and become the interference beam BM (B m1 ) to reach the mirror MR 2 .
또한, 격자 MG로부터는 1차 회절 빔 ±D12를 입사광빔으로 한 재회절광도 발생하지만, 1차 회절 빔 +D12의 조사에 의해 격자 MG로부터 발생하는 -1차 회절광(파장 λ2)은 격자 MG로부터 수직으로 진행하며, 1차 회절 빔 -D12의 조사에 의해 격자 MG로부터 발생하는 +1차 회절광(파장 λ2)도 격자 MG로부터 수직으로 진행한다. 이들 수직으로 진행하는 파장 λ2의 ±1차 회절광도 서로의 위상 상태에 따른 간섭 강도를 가지며, 간섭 빔 BM(Bm2)로 되어 미러 MR2에 도달한다. 즉 간섭 빔 BM은 주조명 빔 LB1, LB2의 전환에 응답하여 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1 이 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2의 어느 하나가 된다. 이 간섭 빔 BM은 미러 MR2에서 반사되어 광전 검출계를 구성하는 렌즈계 G3을 통해 광전 소자 DT0에 도달한다.In addition, although re-diffracted light is generated from the grating MG using the first diffraction beam ± D 12 as the incident light beam, -first-order diffraction light generated from the grating MG by irradiation of the first diffraction beam + D 12 (wavelength λ 2 ) Travels perpendicularly from the grating MG, and the + 1st order diffracted light (wavelength λ 2 ) generated from the grating MG by irradiation of the first diffraction beam -D 12 also proceeds vertically from the grating MG. These first-order diffraction light beams of wavelength lambda 2 running vertically also have interference intensities depending on phase states of each other, and reach the mirror MR 2 as the interference beam BM (B m2 ). I.e. interference beam BM is the main illumination beam LB 1, B m1 interference beam having a wavelength λ 1 in response to the switching of LB 2 is any one of an interference beam having a wavelength λ 2 B m2. This interference beam BM is reflected by the mirror MR 2 and reaches the photoelectric element DT 0 through the lens system G 3 constituting the photoelectric detection system.
광전 소자 DT0은 주조명 빔 LB1이 조사되고 있는 동안에 출력된 광전 신호를 간섭 빔 Bm1의 강도에 따른 레벨의 광전 신호 Iml로서 회로 유닛 CU1과 CU3으로 출력하고, 주조명 빔 LB2가 조사되고 있는 동안에 출력되는 광전 신호를 간섭 빔 Bm2의 강도에 따른 레벨의 광전 신호 Im2로서 회로 유닛 CU2와 CU4에 출력한다.The photoelectric element DT 0 outputs the photoelectric signal output while the casting name beam LB 1 is being irradiated to the circuit units CU 1 and CU 3 as the photoelectric signal I ml at a level corresponding to the intensity of the interference beam B m1 , and casting name beam LB. the 2 outputs the photoelectric signal output while the signal is radiated as a photoelectric I m2 of the level corresponding to the intensity of the interference beam B m2 to the circuit unit CU CU 2 and 4.
또한, 제 40 도에서는 신호 처리 회로의 기능을 설명하기 쉽게 하기 위해서, 회로 유닛 CU1과 CU2를 별도로 도시하며, 회로 유닛 CU3과 CU4를 별도로 도시하지만, 실제의 회로 구성 상에서는 주조명 빔 LB1, LB2가 시분할적으로 전환되므로 회로 유닛 CU1, CU2 중 어느 한 쪽과 회로 유닛 CU3, CU4 중 어느 한쪽이 있으면 좋다.Incidentally, in FIG. 40, circuit units CU 1 and CU 2 are separately shown and circuit units CU 3 and CU 4 are separately shown in order to easily explain the function of the signal processing circuit. Since LB 1 and LB 2 are switched time-divisionally, either one of the circuit units CU 1 and CU 2 and any one of the circuit units CU 3 and CU 4 may be used.
회로 유닛 CU11은 광전 소자 DT1로부터의 신호 It1과 광전 신호 Im1의 진폭값과의 비 C1을 Im1/Ir1의 연산에 의해서 구하고, 회로 유닛 CU2는 광전 소자 DT1로부터의 신호 Ir2와 광전 신호 Im2의 진폭값과의 비 C2를 Im2/Ir2의 연산에 의해서 구한다. 이들 비 C1, C2의 데이터는 상기 제 21 도와 마찬가지로 가중 평균을 계산하는 회로 유닛 CU5에 출력된다.The circuit unit CU 11 obtains the ratio C 1 of the signal I t1 from the photoelectric element DT 1 to the amplitude value of the photoelectric signal I m1 by the calculation of I m1 / I r1 , and the circuit unit CU 2 is obtained from the photoelectric element DT 1 . The ratio C 2 between the signal I r2 and the amplitude value of the photoelectric signal I m2 is obtained by calculation of I m2 / I r2 . The data of these ratios C 1 and C 2 are output to the circuit unit CU 5 which calculates a weighted average similarly to the twenty-first degree.
그리고, 본 실시예에서는 호모다인 방식을 채용하였으므로, 간섭 빔 Bm1, Bm2의 강도는 격자 RG와 MG의 X 방향의 상대 위치 변화에 따라서 변화하며, 가령 격자 RG와 MG가 어떤 상태에서 정지하고 있으면 신호 Im1, Im2의 레벨은 각각 이런 일정값을 계속 취한다. 그래서 격자 RG에 의해서 생성된 격자 MG 상의 간섭 프린지와 격자 MG를 X 방향으로 일정량(간섭 프린지의 피치 Pif 분 이상)만큼 상대 주사시키고, 그 동안에 생기는 신호 Im1, Im2의 정전 파형의 레벨 변화에 있어서의 피크값과 보텀값을 샘플링하여 그 차값을 진폭값으로서 각각 회로 유닛 CU1, CU2의 연산에 사용하도록 한다.In this embodiment, since the homodyne method is employed, the intensity of the interference beams B m1 and B m2 changes according to the change in the relative position of the gratings RG and MG in the X direction, for example, when the gratings RG and MG stop in a certain state. If present, the levels of signals I m1 and I m2 continue to take these constant values, respectively. Therefore, the interference fringes on the grid MG generated by the grid RG and the grid MG are relatively scanned in the X direction by a certain amount (more than the pitch Pif minutes of the interference fringes), and the level change of the electrostatic waveforms of the signals I m1 and I m2 generated during that time is measured . The peak value and the bottom value in the sample are sampled, and the difference value is used as the amplitude value for the calculation of the circuit units CU 1 and CU 2 , respectively.
여기서, 간섭 프린지와 격자 MG의 위치 관계의 변화에 따른 신호 Im1(Im2도 동일)의 레벨 변화는 상기 제 22A 도 내지 22D 도에서 설명한 것과 동일하므로 그 설명은 생략한다.Here, since the level change of the signal I m1 (same as I m2 ) according to the change in the positional relationship between the interference fringe and the grating MG is the same as that described in FIGS. 22A to 22D, the description thereof is omitted.
그리고, 회로 유닛 CU3, CU4는 각각 Im1, Im2의 진폭값과 미리 설정된 함수 또는 변환 연산식 F(Im2), F(Im2)를 기초로 간섭 프린지와 격자 MG의 X 방향의 위치 오프셋량 △X1, △X2를 연산한다. 이 위치 오프셋량 △X1, △X2는 예를 들면 제 22D 도 중의 각 신호 Im1, Im2의 특정한 1개의 피크점 또는 보텀점을 기준(원점)으로 하여, 이것으로부터 ±Pmg/4의 범위 내의 값으로서 구해진다.The circuit units CU 3 and CU 4 are based on the amplitude values of I m1 and I m2 and the X-direction of the interference fringe and the grating MG based on a preset function or a conversion equation F (I m2 ) or F (I m2 ). The position offset amounts ΔX 1 and ΔX 2 are calculated. The position offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 are ± Pmg / 4 from this, for example, based on one specific peak or bottom point of each signal I m1 , I m2 in FIG. 22D. It is calculated | required as a value within a range.
본 실시예에서는 주조명 빔 LB1, LB2를 시분할적으로 전환하여 조사하도록 하였으므로, 주조명 빔 LB1을 조사하여 광전 신호 Im1의 레벨 변화를 검출할 때의 격자 마크 MG(웨이퍼)의 X 방향의 미동 개시 위치와, 주조명 빔 LB2를 조사하여 광전신호 Im2의 레벨 변화를 검출할 때의 격자 마크 MG(웨이퍼)의 X 방향의 미동 개시 위치를 일치시켜 두는 것으로 한다.In this embodiment, since the cast name beams LB 1 and LB 2 are switched time-divisionally and irradiated, X of the grid mark MG (wafer) when the cast name beam LB 1 is irradiated to detect the level change of the photoelectric signal I m1 . The microscopic start position of the lattice mark MG (wafer) at the time of detecting the level change of the photoelectric signal I m2 by irradiating the fine starting position of the direction and the casting name beam LB 2 shall be made to match.
또한, 실제의 장치 구성 상은 격자 마크 MG를 이동시키는 가동 스테이지의 좌표 위치를 격자 피치 Pmg 보다도 충분하게 분해능이 높은 측장 장치(레이저 간섭계 등)에서 차례로 계측하도록 하고, 이 측장 장치의 계측값을 기초로 가동 스테이지를 서보 제어하여 미동 개시 위치를 실현하도록 한다. 또한 보다 바람직한 구성으로서는 그러한 측장 장치로부터의 위치 계측용의 위치 펄스(예를 들면, 0.02㎛의 이동마다 1 펄스)의 각각에 응답하여 각 광전 신호 Im1, Im2의 레벨 변화를 A/D 변환하며, 이 변환된 레벨의 디지털값을 어드레스와 이동 위치를 대응시킨 파형 메모리회로(RAM) 등 순차 기억시킨 파형 기억 수단을 설치하여 둔다.In addition, on the actual device configuration, the coordinate position of the movable stage for moving the grid mark MG is measured in order by a measuring device (laser interferometer, etc.) having a sufficiently high resolution than the grid pitch Pmg, and based on the measured value of the measuring device. Servo control of the movable stage is made to realize the fine starting position. Further, as a more preferable configuration, A / D conversion of the level change of each photoelectric signal I m1 , I m2 is performed in response to each of position pulses (for example, one pulse for every 0.02 μm movement) for position measurement from such a measuring device. In addition, waveform storage means in which the digital value of the converted level is sequentially stored, such as a waveform memory circuit (RAM) in which an address and a moving position are associated, is provided.
이렇게 해두면, 기억된 파형 데이터를 읽어내는 것만으로, 각 신호 Im1, Im2의 진폭값이나 신호 파형 상의 기준점이 되는 보텀이나 피크의 좌표 위치가 즉시 구해진다. 그런데, 앞에서 설명한 함수 또는 변환 연산식 F(Im1), F(Im2)는 각 신호 Im1, Im2가 정현파 형상이므로 정현 함수 또는 여현 함수를 사용한다. 일 예로서, 상술한 신호 Im1의 피크 레벨을 Ep1, 보텀 레벨을 Eb1로 하며, 검출한 위치에 대한 신호 Im1의 레벨을 e1로 하면,In this way, by simply reading the stored waveform data, the coordinate positions of the bottom and peak serving as reference values on the signal waveforms and amplitude values of the signals I m1 and I m2 are immediately obtained. However, the above-described functions or conversion equations F (I m1 ) and F (I m2 ) use sine or cosine functions because each signal I m1 and I m2 is sinusoidal. As an example, if the peak level of the signal I m1 described above is E p1 , the bottom level is E b1 , and the level of the signal I m1 for the detected position is e 1 ,
(Ep1 + Eb1)/2 + {(Ep1 - ES)sinΨ1}/2=e1 (E p1 + E b1 ) / 2 + {(E p1 -ES) sinΨ 1 } / 2 = e 1
을 만족하는 래디얼 Ψ1을 구하고, 이것을 피치 Pmg의 값을 사용한 이하의 교환식에 대입하면 기준점으로부터의 오프셋량 △X1을 알 수 있다.By calculating the radial Ψ 1 satisfying the following and substituting it into the following exchange equation using the value of the pitch Pmg, the offset amount ΔX 1 from the reference point can be known.
△X1=Pmg·Ψ1/4πΔX 1 = Pmg ・ Ψ 1 / 4π
동일하게 하여 Im2를 사용한 기준점으로부터의 오프셋량 △X2 도 산출되며, 이들의 오프셋량 △X1, △X2의 데이터는 가중 평균 연산을 행하는 회로 유닛 CU5로 전송되며, 앞서 구한 비 C1, C2를 가중 계수로서 이하의 연산을 행한다.Similarly, the offset amount ΔX 2 from the reference point using I m2 is also calculated, and the data of these offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 is transferred to the circuit unit CU 5 which performs the weighted average operation, and the ratio C obtained above. The following calculation is performed with 1 and C 2 as weighting coefficients.
△X=(C1·△X1 + C2·△X2)/(C1 + C2)ΔX = (C 1 · ΔX 1 + C 2 · ΔX 2 ) / (C 1 + C 2 )
이 연산에서 구해진 오프셋량 △X가 최종적으로 구해야 할 격자 MG의 격자 RG에 대한 위치 오프셋량이다.The offset amount ΔX obtained in this calculation is the position offset amount with respect to the grid RG of the grid MG to be finally obtained.
이 연산식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 오프셋량 △X는 간섭 빔 BM 중의 강도가 높은 쪽의 파장 성분의 간섭 빔을 사용한 위치 오프셋량의 계측 결과의 쪽에 보다 많은 가중을 하도록 결정된다. 이상과 같이 본 실시예에서는 2개의 상이한 파장 성분의 빔 LB1, LB2를 사용하여 격자 Rg, MG를 조사하며, 수광해야 할 간섭 빔 BM도 파장별로 광전 검출하고, 각 파장마다의 간섭 빔 Bm1, Bm2를 사용하여 개별로 위치 오프셋 검출한 결과를 파장마다의 수광 광의 진폭에 따라서 가중 평균하도록 하였으므로, 보다 신뢰성이 높은 위치 검출 결과가 얻어진다.As can be seen from this calculation formula, the offset amount ΔX is determined to give more weight to the side of the measurement result of the position offset amount using the interference beam of the wavelength component of the higher intensity in the interference beam BM. As described above, in the present embodiment, the beams LB 1 and LB 2 of two different wavelength components are used to irradiate the gratings Rg and MG, and the interference beams BM to be received are photoelectrically detected for each wavelength and the interference beams B for each wavelength. Since the results of position offset detection using m1 and B m2 are individually weighted averaged according to the amplitude of the received light for each wavelength, a more reliable position detection result is obtained.
또한, 제 40 도에 도시한 광학 배치로 격자 RG를 마스크상의 격자 마크로 하고, 격자 MG를 웨이퍼 상의 마크로 하고, 결상계 G1, G2를 마스크 패턴의 웨이퍼로의 투명 렌즈로 하면 투사 노광 장치에서의 얼라인먼트 장치를 실현할 수 있다.Further, in the optical exposure arrangement shown in FIG. 40, when the grating RG is a grating mark on the mask, the grating MG is a mark on the wafer, and the imaging systems G 1 and G 2 are transparent lenses on the wafer of the mask pattern, the projection exposure apparatus Alignment apparatus can be realized.
제 41 도는 제 17 실시예에 의한 개략적인 구성을 도시하며, 기본 구성은 상기 제 23 도와 동일하므로 동일 부재에는 동일한 부호를 붙인다. 제 17 실시예에서는 조명용 2개의 빔 LB1, LB2를 렌즈계 G4를 통해 결상 광학계(G1, G2)의 눈동자면의 중앙에 배치된 미러 MR2에 입사시키고, 이 미러 MR2에서 아래로 굴곡된 빔 LB1, LB2를 시분할적으로 전환하여 후군 렌즈계 G2를 통해 평행 빔으로 하여 격자 MG에 수직으로 조사한다. 그리고, 격자 MG 에서 회절한 파장 λ1의 1차 회절 빔 ±D11, 또는 파장λ2의 1차 회절 빔 ±D12를 렌즈계 G1, G2를 통하여 격자 RG 상에 교차(결상)시킨다. 격자 RG는 투과형이므로, 1차 회절 빔 ±D11 또는 ±D12의 조사에 의해서 격자 RG로부터 발생한 재회절광 중 ±1차 회절광은 격자 RG로부터 수직인 방향으로 결상 광학계와 반사측으로 진행하며, 미러 MR3, 얼라인먼트 대물렌즈 G5 및 공간 필터(28)를 통해 간섭 빔 BM(파장 λ1의 간섭 빔 Bm1과 파장 λ2의 간섭 빔 Bm의 어느 한쪽)으로 되어 광전 소자 DT0으로 수광된다. 그 외 구성(광전 소자 DT1, 회로 유닛 CU1, CU2, CU3, CU4, CU5)은 제 40 도와 동일하다.41 shows a schematic configuration according to the seventeenth embodiment, and since the basic configuration is the same as that of the twenty-third embodiment, the same reference numerals are assigned to the same members. 17 embodiment, the illumination two beams LB 1, through the LB 2 lens system G 4 and incident on the mirror MR 2 disposed at the center of the pupil plane of the imaging optical system (G 1, G 2), down from the mirror MR 2 The beams LB 1 and LB 2 which are bent by are time-divisionally switched and irradiated perpendicularly to the grating MG as parallel beams through the rear lens group G 2 . Then, the first diffraction beam ± D 11 of wavelength λ 1 diffracted by grating MG or the first diffraction beam ± D 12 of wavelength λ 2 is crossed (imaged) on the grating RG through lens systems G 1 and G 2 . Since the grating RG is a transmission type, ± first-order diffraction light of the re-diffracted light generated from the grating RG by irradiation of the first-order diffraction beam ± D 11 or ± D 12 proceeds to the imaging optical system and the reflection side in a direction perpendicular to the grating RG. Through the mirror MR 3 , the alignment objective lens G 5 and the spatial filter 28, it becomes an interference beam BM ( one of the interference beam B m1 of the wavelength λ 1 and the interference beam Bm of the wavelength λ 2 ) and is received by the photoelectric element DT 0 . . Other configurations (photoelectric elements DT 1 , circuit units CU 1 , CU 2 , CU 3 , CU 4 , CU 5 ) are the same as those in the 40th degree.
이렇게 하여 광전 소자 DT0은 주조명 빔 LB1, LB2의 시분할적인 전환에 따라서 광전 신호 Im1, Im 중 어느 한 쪽을 출력한다.In this way photoelectric device DT 0, and outputs either the photoelectric signal I m1, I m according to the time-division switching of the primary illumination beam LB 1, LB 2.
본 실시예는 빔의 입사광과 수광의 관계를 제 40 도의 것과 반대로 한 구성이지만, 이 구성은 격자 MG를 웨이퍼에 형성하고, 격자 RG를 래티클(마스크)에 형성하고, 그리고 렌즈계 G1, G2를 래티클 패턴의 투사 노광용의 축소 투사 렌즈로 한 (F)특개평 3-3224호 공보의 장치에 적용할 수 있다. 단, 공보(F)에 개시된 장치에서는 투사 렌즈의 눈동자면 Ep에 1차 회절 빔 ±D11, ±D12를 미소량만큼 굴절시키는 작은 렌즈를 설치하고, 투사 렌즈에서 발생하는 색수차를 보정하고 있지만, 제 41 도의 실시예를 적용할 때에는 서로 파장이 다른 2세트의 1차 회절 빔 ±D11, ±D12의 각각에 대하여 최적의 보정이 이루어지도록 한 소 렌즈(예를 들면, 색분산이 큰 프린트계의 초재나 비구면 렌즈)를 설치할 필요가 있다.The present embodiment has a configuration in which the relationship between the incident light and the received light of the beam is opposite to that in FIG. 40, but this configuration forms the grating MG on the wafer, the grating RG on the reticle (mask), and the lens system G 1 , G. 2 is applicable to the apparatus of (F) JP-A-3-3224, which is a reduced projection lens for projection exposure of a reticle pattern. However, in the apparatus disclosed in the publication (F), a small lens that refracts the first diffraction beams ± D 11 and ± D 12 by a small amount is installed on the pupil surface E p of the projection lens, and the chromatic aberration generated in the projection lens is corrected. However, when the embodiment of FIG. 41 is applied, a small lens (e.g., a chromatic dispersion is performed for optimal correction for each of two sets of first diffraction beams ± D 11 and ± D 12 having different wavelengths). It is necessary to install a large-print printing base material and an aspherical lens).
이상, 제 17 도의 실시예에서는 주조명 빔 LB1, LB2를 예를 들면 웨이퍼 상의 격자 마크 MG에 직접 입사하도록 구성하였으므로, 격자 마크 MG로부터 발생하는 1차 회절 빔 ±D11, ±D12의 각 강도는 제 40 도 중의 격자 MG로부터 발생하는 회절 빔(간섭 빔 BM)의 강도보다도 높일 수 있다.As described above, in the embodiment of FIG. 17, since the cast name beams LB 1 and LB 2 are configured to directly enter the lattice marks MG on the wafer, for example, the first-order diffraction beams ± D 11 and ± D 12 generated from the lattice marks MG. Each intensity can be higher than the intensity of the diffraction beam (interference beam BM) generated from the grating MG in FIG.
다음에 본 발명의 제 18의 실시예를 이하에 설명한다. 본 실시예에서는 제 37 도에 도시한 구성을 베이스로 하여 앞서 설명한 바와 같이 격자 마크로부터의 ±1차 회절광의 간섭 빔의 외에, 격자 마크로부터의 0차 광과 2차 회절광의 간섭 빔(차수 차 2인 회절광끼리의 간섭)도 검출하는 구성을 부가하였다. 0차 광과 2차 회절광의 간섭 빔을 단일한 광전 소자로 광전 변환하고, 그 광전 신호를 이용하여 격자 마크의 위치 오프셋을 검출하는 방식은 시도되고 있지만, 격자 마크 조명용의 입사광빔을 다파장화한 상에서 0차 광과 2차 광의 간섭 빔(다파장화되어 있다)을 단일의 광전 소자로 수광하면 그대로 양호한 위치 오프셋 검출이 어려웠다.Next, an eighteenth embodiment of the present invention will be described below. In the present embodiment, as described above based on the configuration shown in FIG. 37, in addition to the interference beam of ± 1st order diffracted light from the grating mark, the interference beam (order difference) of the 0th order light and the second diffracted light from the grating mark. The structure which also detects the interference of two diffraction light) was added. Although a method of photoelectric conversion of an interference beam of zero-order light and second-order diffracted light into a single photoelectric device and detecting the position offset of the grating mark using the photoelectric signal has been attempted, the incident light beam for grating mark illumination is multiplied. When the interference beam (which is multi-wavelength) of the 0th order light and the 2nd order light is received in a single phase with a single photoelectric device, it is difficult to detect a good position offset as it is.
이 커다란 이유는 상기 제 29A 도 내지 제 29D 도, 제 30A 도 내지 제 30D 도를 참조하여 설명한 대로 3개의 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)의 서로의 위상차가 ±1차 회절광의 간섭 빔인 경우의 광전 신호 Imn(제 39 A 도 내지 제 39C 도)의 위상차에 비해 대체적으로 커지기 때문이다.The reason for this great reason is that the phase difference between the three photoelectric signals IK02 n (n = 1, 2, 3) is ± 1st order diffracted light as described with reference to FIGS. 29A to 29D and 30A to 30D. This is because the phase difference is large compared with the phase difference of the photoelectric signal I mn (FIGS. 39A to 39C) in the case of an interference beam.
이 때문에, 원래 큰 위상차를 갖는 각 파장마다의 광강도의 변화를 단일의 광전 소자로 수광하여 버리면 각 파장의 강도의 상쇄 효과에 의해서 광전 신호의 진폭(교류의 진폭분)이 극히 작아져 버린다.For this reason, when the light intensity change for each wavelength which originally has a large phase difference is received by a single photoelectric element, the amplitude of the photoelectric signal (the amplitude of an alternating current) will become extremely small by the effect of canceling the intensity of each wavelength.
그래서, 본 실시예의 구성을 제 42 도를 참조하여 설명한다. 제 42 도는 제 37 도의 구성의 일부, 구체적으로는 격자 마크 MG로부터의 각종 간섭 빔의 광점검출계를 변경한 것이며, 따라서 제 37 도 중의 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일 부호를 붙이고 있다. 제 42 도 중의 입사광계 (100)는 제 37 도에 도시한 광원 LS1, LS2, LS3, 미러 MR, 미러 DCM4, DCM5, 주파수 시프터로서의 방사형 격자판 RRG, 렌즈(10), 공간 필터(12) 및 조정 광학계(14, 16, 18) 등으로 구성되고, 한 쌍의 입사광빔 +LF, -LF를 사출한다.Thus, the configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 42 is a part of the configuration of FIG. 37, specifically, a light spot detection system of various interference beams from the grating mark MG. Therefore, the same reference numerals are given to members having the same function as those in FIG. Incident light system 100 in FIG. 42 includes light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 , mirror MR, mirror DCM 4 , DCM 5 , radial grating RRG as a frequency shifter, lens 10, and spatial filter shown in FIG. 37. (12) and adjustment optical systems 14, 16, 18, etc., and emits a pair of incident light beams + LF, -LF.
파장 λ1, λ2, λ3 중 어느 하나로 순차 전환되는 광전송빔 ±LF는 하프 미러(20)에서 일부가 반사되어 대물렌즈(22)에 입사하고, 일부는 참조 광 수광계(110)에 입사한다. 참조광 수광계(110)는 제 37 도 중의 조정 광학계(24A. 24B), 렌즈(26), 기준 격자 SG, 및 공간 필터(38)로 구성되며, 참조광 Bms를 광전 소자(40)로 유도된다. 그리고, 대물렌즈(22)를 통해 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG가 광전송빔 ±LF에 의해서 조사되면, ±1차 회절광의 간섭 빔 BM이 수직으로 발생함과 동시에 각 광전송빔의 진행 방향과 역방향으로 0차-2차 광의 간섭 빔 BM이고, BM20이 발생한다. 이 ±1차 회절광의 간섭 빔 BM과 0차-2차 광의 간섭 빔 BM02, BM20은 대물렌즈(22), 하프 미러(20)를 통해 미러(32)에서 반사되고, 간섭 빔 BM은 광전소자 DT0로 수광되며 간섭 빔 BM02, BM20은 각각 광전 소자 DT2a, DT2b로 수광된다.The light transmission beam ± LF which is sequentially switched to any one of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 is partially reflected by the half mirror 20 and is incident on the objective lens 22, and a part is incident on the reference light receiving system 110. do. The reference light receiving system 110 is composed of the adjustment optical system 24A. 24B, the lens 26, the reference grating SG, and the spatial filter 38 in FIG. 37, and guide light B ms is directed to the photoelectric element 40. FIG. . Then, when the lattice mark MG on the wafer W is irradiated by the optical transmission beam ± LF through the objective lens 22, the interference beam BM of the ± first-order diffraction light is generated vertically and is zero in the direction of travel of each optical transmission beam. An interference beam BM of secondary-secondary light, and BM 20 occurs. The interference beam BM of the ± 1st order diffracted light and the interference beams BM 02 , BM 20 of the 0th order and 2nd order light are reflected from the mirror 32 through the objective lens 22 and the half mirror 20, and the interference beam BM is photoelectric. The element DT 0 is received and the interference beams BM 02 and BM 20 are received by the photoelectric elements DT 2a and DT 2b , respectively.
앞에서 설명한 대로 입사광빔 ±LF의 각 파장 성분으로의 전환에 응답하여 간섭 빔 M은 파장 λ1의 간섭 빔 Bm1, 파장 λ2의 간섭 빔 Bm2, 파장 λ3의 간섭 빔 Bm3의 어느 하나로 된다. 마찬가지로 0차-2차 광의 간섭 빔 BM02, BM20 도 입사광빔 ±LF의 파장 전환에 응답하여 3개의 파장 λ1, λ2, λ3 중 어느 1개의 성분으로 되어 있다.In response to the conversion of the incident light beam ± LF to each wavelength component, the interference beam M is one of the interference beam B m1 of the wavelength λ 1, the interference beam B m2 of the wavelength λ 2, and the interference beam B m3 of the wavelength λ 3 . do. Similarly, the interference beams BM 02 and BM 20 of the 0th-order secondary light also have any one of three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 in response to the wavelength switching of the incident light beam ± LF.
또한 각 광전 소자 DT0, DT2a, DT2b가 대물렌즈(22)의 푸리에 변환면, 또는 이 부근면에 배치되는 경우, 0차-2차 광의 간섭 빔 BM02, BM20은 각 파장마다 광전소자 DT2a, DT2b 상에서 가로로 오프셋하여 수광된다. 따라서 각 광전 소자 DT2a, DT2b의 수광면은 이 가로 오프셋이 예상한 크기로 된다. 또한, 각 광전 소자 DT0, DT2a, DT2b의 바로 앞에 공간 필터를 설치하며 각 간섭 빔을 선택하는 경우도 이 가로 오프셋을 고려하여 빔 선택용의 개구부의 크기를 결정할 필요가 있다. 또는, 각 광전 소자 DT2a, DT2b의 각각의 바로 앞에 색분산이 큰 초재에 의한 프리즘(또는 평판-평행 유리)을 설치하고, 수광면 상에서의 각 파장에 의한 가로 오프셋을 저감하도록 하여도 좋다.Each opto-electronic device also DT 0, DT 2a, 2b DT is when placed in the Fourier transform plane, or near the surface of the objective lens 22, the 0th-order-secondary light interference beam BM 02, BM 20 is photoelectric each wavelength The light is offset horizontally on the elements DT 2a and DT 2b . Therefore, the light-receiving surface of each photoelectric element 2a DT, DT 2b is sized so that the horizontal offset estimated. In addition, when a spatial filter is provided immediately before each photoelectric element DT 0 , DT 2a and DT 2b , it is also necessary to determine the size of the opening for beam selection in consideration of this horizontal offset. Alternatively, a prism (or flat-parallel glass) made of a material having a large color dispersion may be provided immediately before each of the photoelectric elements DT 2a and DT 2b to reduce the horizontal offset due to each wavelength on the light receiving surface. .
이상의 구성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 광전 소자(40)로부터의 광전 신호 Ims를 참조 신호로서 각 광전 소자 DT0, DT2a, DT2b로부터의 광전 신호 Imn, IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)의 각 위상차를 구하는 신호 처리 회로가 필요하게 된다. 이를 위해 가장 간편한 회로 구성의 일 예를 제 43 도에 도시한다.As can be seen from the above configuration, in the present embodiment, the photoelectric signal I ms from the photoelectric element 40 is used as a reference signal, and the photoelectric signals I mn , IK02 n , IK20 from the respective photoelectric elements DT 0 , DT 2a , DT 2b . The signal processing circuit which calculates each phase difference of n (n = 1, 2, 3) is needed. An example of the simplest circuit configuration for this purpose is shown in FIG.
제 43 도는 상기 제 38 도에 도시된 처리 회로의 일부를 개량한 것이며, 하드웨어 상에서는 제 38 도 중 컨버터 회로 유닛(50)을 4채널분의 A/D 변환용 IC 회로 ADCa, ADCb, ADCc, ADCd로 구성하며, 각 채널에 참조 신호 Ims, 계측 신호 Imn, IK02n, IK20n의 각각을 인가함으로써, 이 4개의 신호를 거의 동시에 제 38 도 중의 샘플링 클록 발생 회로(52)로부터의 펄스 신호 CPS에 응답하여 디지털 샘플링할 수 있도록 한 것이 다르다.43 is an improvement of a part of the processing circuit shown in FIG. 38. On the hardware, the converter circuit unit 50 of FIG. 38 is divided into four channels for the A / D conversion IC circuits ADCa, ADCb, ADCc, and ADCd. in configuration and, with reference to each channel signal Ims, measurement signal I mn, IK02 n, by applying a respective IK20 n, the pulse signals from the four almost the signal at the same time generating a sampling clock of claim 38, a circuit (52) C The difference is that digital sampling is possible in response to the PS .
또한 파형 메모리 회로 유닛(54)은 본 실시예에서 제 44 도에 도시한 바와 같이 각 A/D 변환 IC 회로 ADCa, ADCb, ADCc, ADCd로부터의 신호 파형 데이터를 동시에 기억하는 4 채널분의 메모리 백 MMan, MMbn, MMcn, MMdn을 구비하며, 또한 각 백마다의 파장의 수(여기서는 3개)분의 메모리 영역 a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3, d1 내지 d3이 준비되어 있다.In addition, the waveform memory circuit unit 54 is a four-channel memory back for simultaneously storing signal waveform data from each of the A / D conversion IC circuits ADCa, ADCb, ADCc, and ADCd as shown in FIG. 44 in this embodiment. MM an , MM bn , MM cn , MM dn , and memory areas a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , for the number of wavelengths (three here) for each bag; d 1 to d 3 are prepared.
또한 파형 메모리 회로 유닛(54)은 위치 제어기(62)로부터의 지령 신호 CQ에 응답하여 입사광빔 ±LF의 파장 전환과 연동하도록 각 메모리 백 MMan, MMbn, MMcn, MMdn 내의 기록 가능하게 되는 메모리 영역을 순차 전환한다. 또한 12개의 메모리 영역 a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3, d1 내지 d3의 각각의 어드레스 카운터는 펄스 신호 Cps에 응답하여 공통적으로 갱신되지만, 동시각에 기록이 행해지는 것은 지령 신호 CQ에 응답한 4개의 메모리 영역뿐이다.In addition, the waveform memory circuit unit 54 is capable of recording in each memory back MM an , MM bn , MM cn , and MM dn so as to cooperate with the wavelength switching of the incident light beam ± LF in response to the command signal CQ from the position controller 62. The memory areas to be switched are sequentially switched. In addition, the address counters of the twelve memory areas a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , and d 1 to d 3 are commonly updated in response to the pulse signal C ps , but are simultaneously written. This is done only in four memory areas in response to the command signal CQ.
즉, 입사광빔 ±LF가 파장λ1의 사이는 신호 Imn의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 a1에 신호 IK02n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 b1에, 신호 IK20n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 c1에, 그리고 참조 신호 Ims(λ1)의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 d1에 기억된다.That is, between the incident light beam ± LF and the wavelength λ 1 , the digital waveform data of the signal I mn is in the memory region a 1 , the digital waveform data of the signal IK02 n is in the memory region b 1 , and the digital waveform data of the signal IK20 n is the memory region. the c 1, and the digital waveform data of the reference signal I ms (λ 1) is stored in the memory area 1 d.
마찬가지로 입사광빔 ±LF가 파장 λ2의 사이는 신호 Imn의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 a2에 신호 IK02n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 b2에, 신호 IK20n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 c2에, 그리고 참조 신호 Ims(λ2)의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 d2에 기억되며, 입사광빔 ±LF가 파장 λ3의 사이는 신호 1mn의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 a3에, 신호 IK02n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 b3에, 신호 IK20n의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 c3에, 그리고 참조 신호 Ims(λ3)의 디지털 파형 데이터가 메모리 영역 d3에 기억된다.Similarly, between the incident light beam ± LF and the wavelength λ 2 , the digital waveform data of the signal I mn is in the memory region a 2 , and the digital waveform data of the signal IK02 n is in the memory region b 2 , and the digital waveform data of the signal IK20 n is the memory region c. 2 and the digital waveform data of the reference signal I ms (λ 2 ) are stored in the memory region d 2 , while the incident light beam ± LF is between the wavelength λ 3 , the digital waveform data of the signal 1 mn is stored in the memory region a 3 , The digital waveform data of the signal IK02 n is stored in the memory area b 3 , the digital waveform data of the signal IK20 n is stored in the memory area c 3 , and the digital waveform data of the reference signal I ms (λ 3 ) is stored in the memory area d 3 .
또한, 제 38 도에서 도시한 진폭 검출, 진폭비 검출 회로(58)는 제 43 도에서 회절 상태가 상이한 간섭 빔마다 그룹화된 비의 데이터 Cn1, Cn2, Cn3(n은 파장에 대응하는 n=1, 2, 3)을 출력하도록 변경된다. 이 비의 데이터 중 Cn1(n=1, 2, 3)은 제 38 도 중의 비 C1, C2, C3과 동일한 것이며, Cn2(n=1, 2, 3)는 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)으로부터 얻어지는 각 파장마다의 비이며, Cn3(n=1, 2, 3)은 광전 신호 IKL20n(n=1, 2, 3)으로부터 얻어진 각 파장마다의 비이다.In addition, the amplitude detection and amplitude ratio detection circuit 58 shown in FIG. 38 has data of ratios C n1 , C n2 , C n3 grouped for each interference beam having different diffraction states in FIG. 43 (n is n corresponding to a wavelength). = 1, 2, 3). Of the data of this ratio, Cn 1 (n = 1, 2, 3) is the same as the ratio C 1 , C 2 , C 3 in FIG. 38, and C n2 (n = 1, 2, 3) is the photoelectric signal IK02 n. The ratio for each wavelength obtained from (n = 1, 2, 3), and C n3 (n = 1, 2, 3) is the ratio for each wavelength obtained from the photoelectric signal IKL20 n (n = 1, 2, 3). to be.
또한 제 38 도에서 도시한 위상차, 위치 오프셋 검출 회로(56)는 제 43 도에서는 회절 상태가 다른 간섭 빔마다 그룹화된 오프셋량 △Xn1, △Xn2, △Xn3(n=1, 2, 3)을 출력하도록 변경된다. 이 오프셋량 중 △Xn1(n=1, 2, 3)은 제 38 도 중 오프셋량 △X1, △X2, △X3과 동일한 것이며, △Xn1(n=1, 2, 3)은 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)으로부터 구해진 각 파장 성분마다의 오프셋량이며, △Xn3(n=1, 2, 3)은 광전 신호 IK02n(n=1, 2, 3)으로부터 얻어진 각 파장 성분마다의 오프셋량이다. 또한, 이 검출 회로(56)는 상기 제 29A 도 내지 29D 도, 제 30A 도 내지 30D 도에서 설명한 바와 같은 위상차 △β0n, △β1n, △β2n( n= 1, 2, 3)에 따른 값을 중간적으로 산출하고 있다.In addition, the phase difference and position offset detection circuit 56 shown in FIG. 38 shows offset amounts ΔX n1 , ΔX n2 , ΔX n3 (n = 1, 2, 3) to output. ΔX n1 (n = 1, 2, 3) in the offset amount is the same as the offset amounts ΔX 1 , ΔX 2 , ΔX 3 in FIG. 38, and ΔX n1 (n = 1, 2, 3) Is the offset amount for each wavelength component obtained from the photoelectric signal IK02 n (n = 1, 2, 3), and ΔX n3 (n = 1, 2, 3) is the photoelectric signal IK02 n (n = 1, 2, 3). The offset amount for each wavelength component obtained from the In addition, the detection circuit 56 is configured according to the phase differences Δβ 0n , Δβ 1n , Δβ 2n (n = 1, 2, 3) as described in FIGS. 29A to 29D and 30A to 30D. The value is calculated in the middle.
또한, 제 38 도 중의 가중 평균화 회로(60)는 제 43 도에서는 선택적인 가중 평균화 회로로 변경되며, ±1차 광의 간섭 빔 BM의 광전 검출 결과만에 기초하여 최종적인 위치 오프셋량을 △X를 산출하는 제 38 도와 동일한 제 1 연산 모드, 0차-2차 광의 간섭 빔의 광전 검출 경과만을 기초로 최종적인 오프셋량 △X를 산출하는 제 2 연산 모드 및 모든 간섭 빔 광전 검출 결과를 기초로 최종적인 오프셋량 △X를 산출하는 제 3 연산 모드를 구비하고 있다. 이들 3개의 연산 모드는 오퍼레이터에 의해서 적절하게 선택 가능하지만 제 3 연산 모드를 지정하였을 때에는 또 한 2 내지 3의 연산 알고리즘을 선택할 수 있다. 이와 같은 모드 지정, 알고리즘, 선택에 대해서는 상세하게 후술한다.In addition, the weighted averaging circuit 60 in FIG. 38 is changed to a selective weighted averaging circuit in FIG. 43, and the final position offset amount is set to? X based only on the photoelectric detection result of the interference beam BM of ± 1st order light. The first operation mode, which is the same as the 38th degree to calculate, the second operation mode which calculates the final offset amount ΔX based only on the photoelectric detection progress of the interference beam of the 0th-second order light, and the final based on the result of all the interference beam photoelectric detection And a third operation mode for calculating the typical offset amount ΔX. These three operation modes can be appropriately selected by the operator, but when the third operation mode is designated, two to three calculation algorithms can be selected. Such mode designation, algorithm, and selection will be described later in detail.
본 실시에의 경우도, 우선 최초에 웨이퍼 스테이지 WST 상의 마크판 FG의 격자 마크가 대물렌즈(22)로부터의 입사광빔 ±LF에서 조사되도록 간섭계(44)에 따라서 스테이지 WST의 위치 결정이 행해진다.Also in this embodiment, first, positioning of the stage WST is performed in accordance with the interferometer 44 so that the lattice mark of the mark plate FG on the wafer stage WST is first irradiated with the incident light beam ± LF from the objective lens 22.
그 후, 위치 제어기(62; 제 38 도)로부터의 지령 신호 CQ에 응답하여 3개의 광원 LS1, LS2, LS3이 일정 시간(예를 들면 비트 주사수 2△f의 주기 100배 정도)마다 순차 전환 점등되며, 기준 마크판 FG의 격자 마크가 순차 파장 전환된 입사광빔 ±LF에 의해서 조사된다. 그래서, 예를 들면, 3개의 광원 LS1, LS2, LS3이 파장이 짧은 순서로 전환 점등되는 것으로 하면, 우선 광원 LS1(파장 λ1)이 점등하고 있는 동안에 광전 소자 DT0로부터 출력되는 신호 Imn(n=1)의 디지털 파형 데이터는 샘플링용 펄스 신호 CPS에 응답하여 제 44 도 중의 메모리 영역 a1에 기억된다.Thereafter, in response to the command signal CQ from the position controller 62 (FIG. 38), the three light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 have a predetermined time (for example, about 100 times the period of the bit scan number 2Δf). The light is sequentially turned on every time, and the lattice mark of the reference mark plate FG is irradiated by the incident light beam ± LF which is sequentially wavelength-converted. Thus, for example, if the three light sources LS 1 , LS 2 , LS 3 are switched on in order of shorter wavelengths, they are first output from the photoelectric element DT 0 while the light source LS 1 (wavelength λ 1 ) is turned on. The digital waveform data of the signal Imn (n = 1) is stored in the memory area a 1 in FIG. 44 in response to the sampling pulse signal C PS .
동시에, 광전 소자 DT2로부터의 신호 IK02n(n=1)의 디지털 파형 데이터는 펄스 신호 CPS에 응답하여 메모리 영역 b1에 기억되며, 광전 소자 DT2b로부터의 신호 IK20n(n=1)의 디지털 파형 데이터는 펄스 신호 CPS에 응답하여 메모리 영역 c1에 기억되며, 그리고 광전 소자(40)로부터의 신호 Ims(파장 λ1)의 디지털 파형 데이터는 펄스 신호CPS에 응답하여 메모리 영역 d1에 기억된다.At the same time, the signal digital waveform data of the IK02 n (n = 1) from the photoelectric device DT 2 in response to the pulse signal C PS is stored in the memory area b 1, signal IK20 n (n = 1) from the photoelectric device DT 2b The digital waveform data of is stored in the memory area c 1 in response to the pulse signal C PS , and the digital waveform data of the signal I ms (wavelength λ 1 ) from the photoelectric element 40 is stored in the memory area in response to the pulse signal C PS . It is stored in d 1 .
이하 동일하게 하여, 광원 LS2, LS3의 각각이 점등하고 있는 동안의 각 광전 소자로부터의 신호 1mn, IK02n, IK20n, Ims(n=2, 3)가 대응하는 메모리 영역 an, bn, cn, dn(n=2, 3)의 각각에 기억된다.In the same manner, the memory regions a n corresponding to the signals 1 mn , IK02 n , IK20 n , and I ms (n = 2, 3) from the respective photoelectric elements while each of the light sources LS 2 and LS 3 are lit. , b n , c n , and d n (n = 2, 3), respectively.
다음에, 진폭 검출 회로(58)에 의해서 메모리 회로 유닛(54)의 메모리 백(MMbn)내의 각 파형 데이터를 해석하여 각 파장마다의 신호 IK02n의 진폭값(피크 to 피크)을 J02n(n=1, 2, 3)으로서 산출하여 기억한다. 동일하게 하여, 진폭 검출 회로(58)는 메모리 백 MMcn 내의 각 파형 데이터를 해석하고, 각 파장마다의 신호 IK20n(n=1, 2, 3)의 진폭값(피크 to 피크)을 J20n(n=1, 2, 3)으로서 산출하여 기억하며, 메모리 백 MMan 내의 각 파형 데이터를 해석하여 각 파장마다의 신호 Imn의 진폭값 J11n(n=1, 2, 3)을 구하여 기억한다.Next, each waveform data in the memory back MM bn of the memory circuit unit 54 is analyzed by the amplitude detection circuit 58, and the amplitude value (peak to peak) of the signal IK02 n for each wavelength is determined by J02 n ( It calculates as n = 1, 2, 3), and stores it. Similarly, the amplitude detection circuit 58 analyzes each waveform data in the memory back MM cn and sets the amplitude value (peak to peak) of the signal IK20 n (n = 1, 2, 3) for each wavelength to J20 n. It calculates and stores as (n = 1, 2, 3), analyzes each waveform data in the memory back MM an , obtains and stores the amplitude value J11 n (n = 1, 2, 3) of the signal I mn for each wavelength. do.
이상에 의해서 예비 동작이 종료하므로, 다음에 실제로 위치맞춤해야 할 웨이퍼 W를 스테이지 AST 상에 재치하며, 웨이퍼 W 상의 격자 마크 MG가 대물렌즈(22)로부터의 입사광빔 ±LF에 의해서 조사되도록 스테이지 WST를 위치 결정한다.Since the preliminary operation is completed by the above, the next stage WST to be actually positioned is placed on the stage AST, and the stage WST so that the lattice mark MG on the wafer W is irradiated by the incident light beam ± LF from the objective lens 22. Position it.
그리고, 상기 기준 마크판 FG의 격자 마크의 검출 시와 동일하게 하여 3개의 광원 LS1, LS2, LS3을 순차 전환 점등하여 각 광전 신호 Imn, IK02n, IK20n(n=1, 2, 3), Ims의 각 파형 데이터를 메모리 회로 유닛(54)에 동시에 집어넣는다. 그 후, 메모리 회로 유닛(54)의 각 메모리 영역 an, bn, cn에 기억된 신호 Imn, IK02n, IK20n,(n=1, 2, 3)의 각각의 각 신호의 진폭값을 검출 회로(58)에 의해서 각각 En(제 39A 도 내지 제 39D 도 참조), E02n, E20n(제 29A 도 내지 제 29D 도, 제 30A 도 내지 제 30D 도)으로서 산출된다.The three light sources LS 1 , LS 2 , and LS 3 are sequentially switched on and lighted in the same manner as in the detection of the lattice mark of the reference mark plate FG, and the respective photoelectric signals I mn , IK02 n , and IK20 n (n = 1, 2). 3), each waveform data of I ms is simultaneously put into the memory circuit unit 54. After that, the amplitudes of the respective signals of the signals I mn , IK02 n , IK20 n , (n = 1, 2, 3) stored in the respective memory regions a n , b n , c n of the memory circuit unit 54. The values are calculated by the detection circuit 58 as E n (see Figs. 39A to 39D), E02 n and E20 n (Figs. 29A to 29D and 30A to 30D), respectively.
한편, 위상차, 위상 오프셋 검출 회로 유닛(56)을 메모리 회로 유닛(54)의 각 메모리 영역 an, bn, cn에 기억된 신호 Imn, IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)을 각 파장마다 읽어내어 각 신호 Imn, IK02n, IK20n의 참조 신호 Ims에 대한 위상 △Ψn, △β0n, △β2n(n=1, 2, 3)과, 위치 오프셋량 △Xn1, △Xn2, △Xn3(n=1, 2, 3)을 순차 산출해 둔다 .On the other hand, the phase difference and phase offset detection circuit unit 56 is stored in each of the memory regions a n , b n , and c n of the memory circuit unit 54, and the signals I mn , IK02 n , and IK20 n (n = 1, 2, 3) for each wavelength are read for each signal I mn, IK02 n, IK20 n reference signal phase for the I ms △ Ψ n, △ β 0n, △ β 2n (n = 1, 2, 3) and a position offset Calculate the amounts ΔX n1 , ΔX n2 , and ΔX n3 (n = 1, 2, 3) sequentially.
이렇게 하여, 각 파장마다의 진폭값이나 위치 오프셋량이 회절 상태가 다른 검출광(간섭 빔)마다 구해지면, 진폭비 검출 회로(58)는 이하의 연산을 행한다.In this way, when the amplitude value and the position offset amount for each wavelength are obtained for each detection light (interference beam) having a different diffraction state, the amplitude ratio detection circuit 58 performs the following calculation.
(A1) C11=E1/J111 (A1) C 11 = E 1 / J11 1
(A2) C21=E2/J112 (A2) C 21 = E 2 / J11 2
(A3) C31=E3/J113 (A3) C 31 = E 3 / J11 3
(B1) C12=E021/J021 (B1) C 12 = E02 1 / J02 1
(B2) C22=E022/J022 (B2) C 22 = E02 2 / J02 2
(B3) C32=E023/J023 (B3) C 32 = E02 3 / J02 3
(C1) C13=E201/J201 (C1) C 13 = E20 1 / J20 1
(C2) C23=E202/J202 (C2) C 23 = E20 2 / J20 2
(C3) C33=E203/J203 (C3) C 33 = E20 3 / J20 3
다음에 평균화 회로 유닛(60)에 의해서 가장 확실할 것 같은 오프셋량 △X가 산출되지만 ±1차 광의 간섭 빔 BM 만을 사용한 제 1 연산 모드에서는 상기 제 38 도의 경우와 동일하다.Next, the most likely offset amount [Delta] X is calculated by the averaging circuit unit 60, but in the first calculation mode using only the interference beam BM of ± 1st order light, it is the same as in the case of FIG.
△X=(C11·△X11 + C21·△X21 + C31·△X31)/ (C11 + C21 + C31)에 의해서 산출된다.ΔX = (C 11 · ΔX 11 + C 21 · ΔX 21 + C 31 · ΔX 31 ) / (C 11 + C 21 + C 31 ).
한편, 0차-2차 광의 간섭 빔만을 사용한 제 2 연산 모드에서는 ±1차 광의 간섭 빔 BM의 좌측에 발생하는 0차-2차 광의 간섭 빔의 검출에 의해서 얻어지는 위상차 △β0n과, 간섭빔 BM의 우측에 발생하는 0차-2차 광의 간섭빔의 검출에 따라서 얻어진 위상차 △β2n과의 평균 위상차로부터 각 파장마다의 위치 오프셋량을 산출하는 알고리즘이 채용된다. 이 위상차의 평균은 소위 랜덤 성분을 저감시켜 정밀도 향상을 도모할 목적에서의 평균화와는 다르며, 0차 광과 ±2차 광의 간섭빔을 사용하여 위치 검출하는 경우에 원리적으로 실시해야만 하는 평균화이다.On the other hand, in the second operation mode using only the interference beams of the 0th-secondary light, the phase difference Δβ 0n obtained by the detection of the interference beam of the 0th-secondary light generated on the left side of the interference beam BM of the ± 1st light and the interference beam An algorithm for calculating the position offset amount for each wavelength is adopted from the average phase difference with the phase difference Δβ 2n obtained in accordance with the detection of the interference beam of the 0th-order secondary light generated on the right side of the BM. The averaging of the phase difference is different from the averaging for the purpose of reducing the so-called random components to improve the accuracy, and is an averaging that should be performed in principle when performing position detection using an interference beam of 0th order light and ± 2nd order light. .
그래서 본 실시예에서는 이 알고리즘을 베이스로 하고, 평균화 회로 유닛(60)은 우선 신호 IK02n으로부터 구해진 각 위치 오프셋량 △Xn2(n=1, 2, 3)와 신호 IK20n으로부터 구해진 각 위치 오프셋량 △Xn3(n=1, 2, 3)과의 각 파장마다의 평균값 △XAn(n=1, 2, 3)을 이하와 같이 산출한다.So in this embodiment, the algorithm as a base, and averaging circuit unit 60 first, the signal for each position offset amount △ X n2 (n = 1, 2, 3) and the signal of each location offset obtained from IK20 n obtained from IK02 n The average value ΔXA n (n = 1, 2, 3) for each wavelength with the amount ΔX n3 (n = 1, 2, 3) is calculated as follows.
△XA1=(△X12 + △X13)/2ΔXA 1 = (ΔX 12 + ΔX 13 ) / 2
△XA2=(△X22 + △X23)/2ΔXA 2 = (ΔX 22 + ΔX 23 ) / 2
△XA3=(△X32 + △X33)/2ΔXA 3 = (ΔX 32 + ΔX 33 ) / 2
또한 평균화 회로 유닛(60)은 진폭비 검출 회로 유닛(58)으로 구해진 0차-2차 광의 간섭빔의 진폭비 Cn2, Cn3,의 각 파장 성분마다의 평균값 CAn(n=1, 2, 3)을 이하와 같이 산출한다.In addition, the averaging circuit unit 60 has an average value CA n (n = 1, 2, 3) for each wavelength component of the amplitude ratios C n2 , C n3 , of the interference beam of the 0th-order secondary light obtained by the amplitude ratio detection circuit unit 58. ) Is calculated as follows.
CA1=(C12 + C13)/2CA 1 = (C 12 + C 13 ) / 2
CA2=(C22 + C23)/2CA 2 = (C 22 + C 23 ) / 2
CA3=(C32 + C33)/2CA 3 = (C 32 + C 33 ) / 2
그 후, 평균화 회로 유닛(60)은 각 파장 성분마다의 평균적인 비 CAn을 가중 계수로서 각 파장 성분마다의 평균적인 위치 오프셋량 △XAn을 이하와 같이 가중 평균하여 가장 정확한 오프셋량 △X를 산출한다.Then, the averaging circuit unit 60 is the average ratio as a weighting factor CAn average position offset amount △ XA n weighted mean most accurate offset amount △ X to as the follows for each of the wavelength components of each wavelength component Calculate
△X=(CA1·△XA1 + CA2·△XA2 + CA3·△XA3)/ (CA1 + CA2+ CA3)ΔX = (CA 1 , ΔXA 1 + CA 2 , ΔXA 2 + CA 3 , ΔXA 3 ) / (CA 1 + CA 2 + CA 3 )
이상에 의해 제 2 연산 모드에 의한 격자 마크 MG의 위치 또는 위치 오프셋 검출이 달성된다.By the above, the position or position offset detection of the grid mark MG by a 2nd operation mode is achieved.
또한 제 3 연산 모드에서는 제 1 연산 모드에서 산출된 위치 오프셋량과 제 2 연산 모드 위치 오프셋량을 단순 평균하는 제 1 알고리즘과, 이들 2개의 위치 오프셋량을 가중 평균하는 제 2 알고리즘 중의 어느 한쪽을 오퍼레이터에 의해서 미리 설정 가능하게 되어 있다. 그래서 제 1 연산 모드(±1차 광의 간섭빔의 검출 결과를 사용하는 모드)로 최종적으로 산출된 위치 오프셋량을 △XM1로 하며, 제 2 연산 모드에서 최종적으로 산출된 위치 오프셋량을 △XM2로 하면, 제 2 알고리즘에서 결정된 위치 오프셋량은(△XM1 + △XM2)/2로 산출된다.In the third operation mode, either one of the first algorithm that simply averages the position offset amount calculated in the first operation mode and the second operation mode position offset amount, and the second algorithm that weights the two position offset amounts may be selected. It is possible to set in advance by the operator. Therefore, the position offset amount finally calculated in the first operation mode (the mode using the result of the detection of the interference beam of the ± 1st order light) is ΔXM 1 , and the position offset amount finally calculated in the second operation mode is ΔXM. If it is 2 , the position offset amount determined by the second algorithm is calculated as (ΔXM 1 + ΔXM 2 ) / 2.
한편, 제 2 알고리즘에서는 제 1 연산 모드로 산출된 오프셋량 △XM1과 제 2 연산 모드에서 산출된 △XM2를 소정의 가중 계수 Q1, Q2를 사용하여 가중 평균한다. 일 예로서, 가중 계수 Q1은 ±1차 광의 간섭 빔 BM을 광전 검출하여 얻어진 신호 Imn(n=1, 2, 3)의 각각의 진폭값 E1, E2, E3(제 39A 도 내지 제 39D 도)의 합에 대응시켜 가중 계수 Q2를 0차-2차 광의 간섭빔을 광전 검출하여 얻어진 신호 IK02n, IK20n(n=1, 2, 3)의 각 파장마다의 평균 진폭값(E021 + E201)/2, (E022 + E202)/2, (E023 + E203)/2의 대수합에 대응시킨다. 따라서, 제 2 알고리즘은 이하의 연산에 의해 격자 마크 MG의 오프셋량 △X가 결정된다.On the other hand, in the second algorithm, the offset amount ΔXM 1 calculated in the first calculation mode and ΔXM 2 calculated in the second calculation mode are weighted average using predetermined weighting factors Q 1 and Q 2 . As an example, the weighting factor Q1 is the amplitude values E 1 , E 2 , E 3 of the signals I mn (n = 1, 2, 3) obtained by photoelectric detection of the interference beam BM of ± 1st order light (Figs. 39A to Corresponding to the sum of Fig. 39D), the weighting factor Q 2 is the average amplitude value for each wavelength of the signals IK02 n and IK20 n (n = 1, 2, 3) obtained by photoelectric detection of an interference beam of 0-second order light. Corresponds to the logarithm of (E02 1 + E20 1 ) / 2, (E02 2 + E20 2 ) / 2, and (E02 3 + E20 3 ) / 2. Therefore, in the second algorithm, the offset amount? X of the grid mark MG is determined by the following calculation.
△X=(Q1·△XM1 + Q2·△XM2/)/(Q1+ Q2)ΔX = (Q 1 · △ XM 1 + Q 2 · △ XM 2 /) / (Q 1 + Q 2 )
또한, 원리적으로 말하여 고차의 회절광일수록 이 광강도가 작으므로 ±1차 광의 간섭 빔 BM의 광강도 진폭(En에 대응)에 비하여 0차-2차 광의 간섭빔의 광강도 진폭(E02n, E20n에 대응)은 상당히 작아진다. 따라서, 단순히 신호 Imn, IK02n, IK20n의 진폭만의 합에서 가중 계수 Q1, Q2를 결정하여 버리면, 대부분의 경우 가중 계수 Q1의 쪽이 계수 Q2 보다도 커져 버린다. 여기서, 계수 Q2 쪽은 산출된 값을 예를 들면 미리 정한 비율(일 예로서 10 내지 30%)만큼 증대시키도록 보정해 두는 것이 좋다.In principle, the higher the diffracted light, the smaller the light intensity, so that the light intensity amplitude of the interference beam of 0-second order light (corresponding to E n ) is higher than that of the interference beam BM of ± 1st order light. Corresponding to E02 n and E20 n ) becomes considerably small. Thus, simply discard signal I mn, n IK02, it increased if I to determine the weighting factors Q 1, Q 2 in the sum of the amplitudes of the IK20 n only, the coefficient Q 2 side than the most part the weighting factors Q 1. Here, the coefficient Q 2 is preferably corrected so as to increase the calculated value by, for example, a predetermined ratio (10 to 30% as an example).
다음에 본 발명의 제 19 실시예를 제 45 도를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 기본적으로 상기 제 33 도와 동일하며, 상기 제 37 도 중에 도시한 웨이퍼 스테이지 WST 상에 기준 마크판 FG의 구조를 투과형의 격자 마크(진폭 투과율에 비대칭성이 없는 격자)로 변경하고, 그 격자 마크로부터 투과하여 발생하는 간섭빔을 광선 검출함으로써 각 광전 신호 Imn, IK02n, IK20n의 진폭비를 검출 회로 유닛(58)으로 산출할 때에 사용하는 분모(기준값)를 구하도록 하였다. 따라서 제 45 도 중의 각 부재에 있어서 제 33 도와 동일한 것에는 동일 부호를 붙인다.Next, a nineteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, basically the same as the thirty-third degree, the structure of the reference mark plate FG on the wafer stage WST shown in FIG. 37 is changed to a transmissive lattice mark (lattice without asymmetry in amplitude transmittance), The denominator (reference value) used when calculating the amplitude ratios of the photoelectric signals I mn , IK02 n , and IK20 n to the detection circuit unit 58 by ray detection of the interference beam transmitted through the lattice mark was determined. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as 33rd degree in each member in FIG.
제 45 도는 웨이퍼 스테이지 WST의 부분 단면도를 도시하고,입사광빔 ±LF(여기서는 파장 λ1, λ2의 그 파장으로 한다)가 기준 마크판 FG 상의 격자 마크를 각 파장 성분마다에 순차 전환하여 조사되면 이 격자 마크로부터 스테이지 내부를 향하여 0차 광, ±1차 광, ±2차 광이 발생한다.45 shows a partial cross-sectional view of the wafer stage WST, and when the incident light beam LF (here, the wavelength of the wavelengths λ 1 and λ 2 ) is irradiated by sequentially switching the lattice marks on the reference mark plate FG for each wavelength component From this grating mark, 0th order light, ± 1st order light, ± 2nd order light generate toward the stage interior.
이들의 회절광은 미러 MR에서 직각으로 굴곡되어 푸리에 변환 기능을 갖는 렌즈계 G5에 입사되며, 기준 마크판 FG로부터 수직으로 발생하는 ±1차 회절광에 의한 간섭 빔 Bmrn(n=1, 2), 0차-2차 회절광에 의한 간섭 빔 ±B1r(파장 λ1), ±B2r(파장 λ2)로 되어 광전 소자군 DTR에 입사한다.These diffracted light is bent at right angles in the mirror MR and incident on the lens system G 5 having a Fourier transform function, and the interference beam Bmrn (n = 1, 2) by ± first-order diffracted light generated perpendicularly from the reference mark plate FG And the interference beams ± B1 r (wavelength λ 1 ) and ± B2 r (wavelength λ 2 ) by the 0th-order second-order diffracted light and enter the photoelectric element group DTR.
이 광전 소자군 DTR은 간섭 빔 Bmrn을 수광하여 비트 주파수에 따른 교류의 광전 신호 Imrn을 출력하는 중앙 수광부와, 간섭 빔 +B1r(파장 λ1)과 +B2r(파장 λ2)을 공통으로 수광하여 비트 주파수에 따른 교류의 광전 신호 IR20n을 출력하는 수광부와, 간섭 빔 -B1r(파장 λ1)와 -B2r(파장 λ2)을 공통으로 수광하여 비트 주파수에 따른 교류의 광전 신호 IR02n을 출력하는 수광부로 구성된다.The photoelectric element group DTR receives the interference beam B mrn and outputs an AC photoelectric signal I mrn according to the bit frequency, and the interference beams + B1 r (wavelength λ 1 ) and + B 2r (wavelength λ 2 ). A light receiving unit that receives the light in common and outputs the photoelectric signal IR20 n of the alternating current according to the bit frequency, and receives the interference beams -B 1r (wavelength λ 1 ) and -B 2r (wavelength λ 2 ) in common, It consists of a light-receiving unit that outputs a photoelectric signal IR02 n.
따라서, 입사광빔 ±LF가 파장 λ1인 동안은 파장 λ1에 의한 0차-2차광의 간섭 빔 ±B1r과 파장 λ1에 의한 ±1차 회절광의 간섭 빔 Bmr1이 광전 소자군 DTR에 도달하고, 입사광빔 ±LF가 파장 λ2인 동안은, 파장 λ2에 의한 0차 및 -2차광의 간섭 빔 ±B2r과 파장 λ2에 의한 ±1차광의 간섭 빔 Bmr2가 광전 소자군 DTR에 도달한다. 이 때문에, 파장 λ1일 때는 각 수광부로부터 광전 신호 Imr1, 광전 신호 IR021, IR201 이 얻어지며, 파장 λ2일 때는 각 수광부로부터 광전 신호 Imr2, 광전 신호 IR022, IR202가 얻어진다.Therefore, the incident light beam with a wavelength λ 1 ± LF for the wavelength λ 1 0 car ± 1-order diffracted light beam B mr1 interference due to an interference beam and ± B 1r wavelength λ 1 of the light-shielding -2 photoelectric device according to the DTR group is reached, and the incident light beam with a wavelength λ 2 of ± LF is for a wavelength of the interference beam of the ± 1 light shielding by the zero-order beam and interference of the light shielding -2 ± B 2r and wavelength λ 2 λ 2 due to the photoelectric element group B mr2 Reach DTR. For this reason, when the wavelength λ 1 becomes the photoelectric signal I mr1, photoelectric signals IR02 1, IR20 1 obtained from each light-receiving unit, the wavelength λ 2 days when is a photoelectric signal I mr2, photoelectric signals IR02 2, IR20 2 obtained from the respective light-receiving units .
헤테로다인 방식의 경우, 이들의 광전 신호는 비트 주파수와 동일한 주파수의 정현파 형상의 파형으로 나타나며, 광전 신호 Imrn, IR02n, IR20n은 상기 제 43 도에 도시한 A/D 컨버터 회로 유닛(50)으로 입력 신호 Imn, IK02n, IK20n의 각각으로 전환되어 입력된다.In the case of the heterodyne system, these photoelectric signals are represented by sinusoidal waveforms of the same frequency as the bit frequency, and the photoelectric signals I mrn , IR02 n , and IR20 n represent the A / D converter circuit unit 50 shown in FIG. 43. ) Are input to the input signals I mn , IK02 n , and IK20 n respectively.
구체적으로 제 43 도의 회로 중에 신호 Imrn과 신호 Imn을 전환하여 A/D 컨버터 회로(50)에 입력하는 스위치, 신호 IR02n과 신호 IK20n을 전환하여 A/D 컨버터 회로(50)에 입력하는 스위치, 및 신호 IR02n과 신호 IK20n을 전환하여 A/D 컨버터 회로(50)에 입력하는 스위치를 추가하고, 이들 3개의 스위치를 연동시켜 위치 제어기(62; 제 38 도)로부터의 지령 신호에 응답하여 전환하도록 구성하면 좋다.Specifically, a switch for switching the signal I mrn and the signal I mn in the circuit of FIG. 43 and inputting it to the A / D converter circuit 50, and switching the signal IR02 n and the signal IK20 n to input the A / D converter circuit 50. And a switch for switching the signal IR02 n and the signal IK20 n to be input to the A / D converter circuit 50, and interlocking these three switches with the command signal from the position controller 62 (Fig. 38). It may be configured to switch in response to the response.
이들의 광전 소자군 DTR로부터의 광전 신호는 파형 메모리 회로 유닛(54)에 일시적으로 기억된 후, 이들의 광전 신호의 각 진폭값이 제 43 도 중의 진폭 검출 회로 유닛(58)으로 구해져서 기억된다. 그리고, 진폭비를 구할 때에는 예를 들면 이하의 연산을 행한다.The photoelectric signals from these photoelectric element groups DTR are temporarily stored in the waveform memory circuit unit 54, and then each amplitude value of these photoelectric signals is obtained and stored by the amplitude detection circuit unit 58 in FIG. . When the amplitude ratio is obtained, the following calculation is performed, for example.
C11=Im1/Imr1 C 11 = I m1 / I mr1
C21=Im2/Imr2 C 21 = I m2 / I mr2
C12=IK021/IR021 C 12 = IK02 1 / IR02 1
C22=IK022/IR022 C 22 = IK02 2 / IR02 2
C13=IK201/IR201 C 13 = IK20 1 / IR20 1
C23=IK202/IR202 C 23 = IK20 2 / IR20 2
이렇게 본 실시예에서는 기준 마크판 FG를 투과한 회절광의 간섭빔을 광전 소자군 DTR로 광전 검출하도록 하였으므로, 이 소자군 DTR로부터 얻어지는 각 광전 신호의 위상 정보와 참조 신호로서의 광전 신호 Ims의 위상 정보를 비교하도록 하면 기준 마크판 FG의 위치 오프셋 또는 위치의 계측, 즉 베이스 라인 계측의 일부분의 동작을 겸용시킬 수 있다.In this embodiment, since the photoelectric detection of the diffracted light transmitted through the reference mark plate FG is performed by the photoelectric element group DTR, the phase information of each photoelectric signal obtained from the element group DTR and the phase information of the photoelectric signal I ms as a reference signal are obtained. By comparing with the above, the position offset of the reference mark plate FG or the measurement of the position, that is, the operation of a part of the baseline measurement can be combined.
다음에, 본 발명의 제 20 실시예를 제 46 도를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 기본적으로 상기 제 18 도와 동일하며, 대물렌즈(22)를 통해 웨이퍼 W(또는 기준 마크판 FG)상의 계측용(얼라인먼트용)의 격자 마크 MG를 조사하는 한 쌍의 입사광빔 +LF와 -LF의 편광방향을 상보적인 관계로 한다. 즉, 직선 편광이면 입사광빔 +LF와 -LF의 편광방향을 직교시키고, 원편광이면 입사광빔 +LF와 -LF를 서로 역회전의 편광으로 설정한다. 이 때문에 2개의 입사광빔 ±LF를 서로 다르게 간섭하지 않고, 격자 마크 MG로부터 수직으로 발생하는 각 파장 λ1, λ2, λ3의 ±1차 회절광 BM 도 서로 간섭하지 않는다.Next, a twentieth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is basically the same as the eighteenth embodiment, and a pair of incident light beams + LF for irradiating the lattice mark MG for measurement (alignment) on the wafer W (or reference mark plate FG) through the objective lens 22. And the polarization direction of -LF are complementary relations. That is, in the case of linearly polarized light, the polarization directions of the incident light beams + LF and -LF are orthogonal to each other, and in the case of circularly polarized light, the incident light beams + LF and -LF are set to reverse rotation polarizations. For this reason, the two incident light beams ± LF do not interfere with each other, and the ± first-order diffraction light BM of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 vertically generated from the grating mark MG does not interfere with each other.
이 때문에, ±1차 회절광 BM을 대물렌즈(22), 소 미러 MR2를 통해 광전 검출할 때, 검광자(애널라이저)로서의 편광 빔 스플리터 PBS를 이용한다. 이렇게 하면, 편광 빔 스플리터 PBS를 투과한 ±1차 광 BM은 서로 간섭하여 제 1 간섭 빔 BP1로 되며, 편광 빔 스플리터 PBS 에서 반사되는 ±1차 광 BM은 서로 간섭하여 제 2 간섭 빔 BP2로 된다.Therefore, when the photoelectric detecting the ± 1-order diffracted light BM through the objective lens 22, a small mirror MR 2, uses a polarizing beam splitter PBS as the analyzer (analyzer). In this way, the ± 1st order light BM transmitted through the polarization beam splitter PBS interferes with each other to become the first interference beam BP 1 , and the ± 1st order light BM reflected from the polarization beam splitter PBS interferes with each other to interfere with the second interference beam BP 2. It becomes
이들 간섭 빔 BP1, BP2는 서로 상보적이지만, 각각의 간섭빔은 헤테로다인 방식이면 비트 주파수에 따라서 정현파 형상으로 강도 변조되는 것으로 된다. 또한 간섭 빔 BP1과 BP2의 강도 변조의 위상은 정확하게 180°만큼 다른 것으로 된다.These interference beams BP 1 and BP 2 are complementary to each other, but each interference beam is intensity modulated into a sinusoidal shape in accordance with the bit frequency if it is a heterodyne system. In addition, the phases of the intensity modulation of the interference beams BP 1 and BP 2 are exactly different by 180 °.
또한, 상기 도면에 도시된 1/2 파장판(HW)은 입사광빔 ±LF과 ±1차 회절광 BM의 서로 직교하는 직선 편광방향이 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리 방향과 다른(회전하고 있는) 경우에, ±1차 회절광 BM간의 직선 편광방향을 수정할 목적으로 설치된 것이다. 이 때문에, ±1차 회절광 BM 사이의 서로 직교하는 직선 편광방향이 최초부터 편광 빔 스플리터 PBS의 편광 분리 방향과 일치하거나, 혹은 입사광빔 +LF, -LF이 역회전의 원편광이 될 때는 1/2 파장판 HW을 사용하지 않아도 좋다.In addition, the half wave plate (HW) shown in the figure has a different linear polarization direction of the incident light beam ± LF and the first-order diffraction light BM from the polarization separation direction of the polarization beam splitter PBS (rotating). In this case, it is provided for the purpose of correcting the linear polarization direction between the ± first order diffracted light BM. For this reason, when the linear polarization directions orthogonal to each other between ± 1st-order diffraction light BM coincide with the polarization separation direction of the polarization beam splitter PBS from the beginning, or when the incident light beams + LF and -LF become circularly polarized light of reverse rotation, It is not necessary to use / 2 wave plate HW.
그래서 본 실시예에서는, 간섭 빔 BP1을 광전 소자(DT0a: 제 18 도의 36A1)에서 수광하고, 간섭 빔 BP2를 광전 소자 DTOb: 제 18 도의 36A2에서 수광하도록 구성하고, 광전 소자 DTOa와 DTOb의 양 광전 신호를 차동 앰프에 의해서 감산한 광전 신호 Imn를 얻는 구성으로 하였다. 이와 같은 차동 앰프를 사용할 때는 광전 소자 DTOa의 광전 신호와 광전 소자 DTOb의 광전 신호가 서로 역위상(180°의 차)이 되기 때문에, 양 신호에 포함된 공통-상 노이즈 성분이 감산에 의해 캔슬되고, 신호 Imn의 실질적인 S/N 비가 개선되기 때문이다.Thus, in the present embodiment, the interference beam BP 1 is configured to receive the photoelectric element DT0 a : 36A 1 in FIG. 18, and the interference beam BP 2 is configured to receive the photoelectric element DTO b in 36A 2 of FIG. 18. It was in a configuration to obtain a photoelectric signal I mn by subtracting the amount of the photoelectric signal of the DTO, and a DTO b to the differential amplifier. In the case of using such a differential amplifier, since the photoelectric signal of the photoelectric element DTO a and the photoelectric signal of the photoelectric element DTO b are out of phase with each other (180 ° difference), the common-phase noise components included in both signals are subtracted. This is because it is canceled and the actual S / N ratio of the signal I mn is improved.
그런데, 상기 제 37 도, 제 42 도, 제 46 도에 도시한 대물렌즈(22)는 사용하는 파장역(λ1 내지 λ3)에 있어서 발생하는 각종의 색수차 중에, 적어도 축상 색수차에 대하여 어느 정도 보정된 것이 바람직하다. 가령 사용하는 파장 λ1 내지 λ3의 대역이 100nm 이하이면, 그러한 축상의 색수차는 대물렌즈(22)를 구성하는 복수의 렌즈 소자의 소재를 선택하고, 다른 굴절률, 분산비의 렌즈 소자를 조합함으로써 어느 정도 보정이 가능하다. 물론, 그 색수차는 대물렌즈(22)로 완전히 보정해 둘 필요도 없고, 제 37 도에 도시된 조정 광학계(14, 16, 18)에 의해 보정하는 것도 가능하다.By the way, the first 37, second 42 degree, 46 degree by the objective lens 22 are wavelength used Station some extent with respect to at least the axial chromatic aberration in the various types of chromatic aberration generated in the (λ 1 to λ 3) shown in It is desirable that it is corrected. For example, when the band of wavelengths λ 1 to λ 3 to be used is 100 nm or less, such axial chromatic aberration is selected by selecting materials of a plurality of lens elements constituting the objective lens 22 and combining lens elements of different refractive indices and dispersion ratios. Some correction is possible. Of course, the chromatic aberration does not need to be corrected completely by the objective lens 22, but can be corrected by the adjustment optical systems 14, 16 and 18 shown in FIG.
이상, 본 발명의 제 15 내지 20의 각 실시예를 설명하였다. 웨이퍼 W 또는 기준 마크판 FG상의 격자 마크 MG을 호모다인 방식으로 검출하는 경우, 그 격자 마크 MG를 피치 방향으로 프리스캔하여 각 광전 신호의 레벨 변화를 샘플링할 필요가 있다. 이 경우, 가장 간단한 수법은 제 38 도 또는 제 43 도에 도시한 신호 파형 샘플링용의 클록 신호 CPS를, 스테이지 WST의 위치 계측용의 레이저 간섭계(44)로부티의 계측 펄스(예를 들면 0.02㎛마다 1 펄스)로 변경하는 것이다.In the above, each Example of 15th-20th of this invention was described. When grating mark MG on the wafer W or reference mark plate FG is detected by the homodyne system, it is necessary to prescan the grating mark MG in the pitch direction to sample the level change of each photoelectric signal. In this case, the simplest method is to measure the clock signal C PS for the signal waveform sampling shown in FIG. 38 or 43 to the laser interferometer 44 for the position measurement of the stage WST (for example, 0.02). 1 pulse per micrometer).
이렇게 하면, 격자 마크 MHG를 수피치분에 걸쳐서 프리스캔하는 동안에 발생하는 각 광전 신호의 파형 데이터가 격자 마크 MG의 격자 위치에 대응하는 메모리 회로(54)에 기억되는 것이다. 단, 스테이지 WST의 프리스캔은 입사광빔 ±LF의 각 파장마다의 전환되어 응답하는 회수분이 필요하다.In this way, waveform data of each photoelectric signal generated while prescanning the grating mark MHG over several pitches is stored in the memory circuit 54 corresponding to the grating position of the grating mark MG. However, the prescan of the stage WST requires the number of times of switching and responding to each wavelength of the incident light beam ± LF.
또, 격자 마크 MG에 2개의 입사광빔 ±LF를 조사하는 방식에서는 그 2개의 입사광빔 ±LF는 격자 마크 MG의 적어도 피치 방향에 관하여 대칭적 입사각으로 하는 것이 바람직하고, 또한 상기 제 41 도의 격자 마크 MG에 하나의 입사광빔을 투사하는 방식에서는, 그 입사각은 격자 마크 MG의 피치 방향에 관하여 영(수직 입사)으로 하는 것이 바람직하다. 즉 입사광빔을 격자 마크(MG)의 피치 방향과 직교하는 방향(비계측 방향)으로 경사져도 좋다는 것을 의미한다.In the method of irradiating the two incident light beams ± LF to the grating mark MG, it is preferable that the two incident light beams ± LF have a symmetrical incident angle with respect to at least the pitch direction of the grating mark MG. In the method of projecting one incident light beam on the MG, the incident angle is preferably set to zero (vertical incidence) with respect to the pitch direction of the grating mark MG. That is, it means that the incident light beam may be inclined in the direction (non-measurement direction) orthogonal to the pitch direction of the grating mark MG.
그런데, 각 파장마다 전환된 조명 빔을 계측용의 격자 마크 MG(또는 기준 마크)에 투사할 때, 제 40 도, 제 41 도, 제 37 도와 같은 각 파장마다의 복수의 레이저 빔을 한번 동축이 되도록 맞추지 않고서, 격자 마크 MG의 푸리에 변환면에 있어서, 마크 위치의 계측 방향(피치 방향)과 직교하는 비계측 방향으로 분리된 입사하는 구성이라도 좋다. 즉, 복수의 조명 빔의 파장마다에 격자 마크 MG로의 입사각을 비계측 방향으로 다르게 할 수 있다. 그것을 위한 구성은 상기 제 35 도, 제 36 도와 완전하게 동일하게 하는 것이 가능하다.By the way, when projecting the illumination beam switched for each wavelength to the grating mark MG (or reference mark) for measurement, a plurality of laser beams for each wavelength, such as 40 degrees, 41 degrees, and 37 degrees, are coaxial once. The incident structure separated in the non-measurement direction orthogonal to the measurement direction (pitch direction) of a mark position may be sufficient in the Fourier transformation surface of the grating mark MG without making it so suitably. That is, the angle of incidence to the grating mark MG can be varied in the non-measurement direction for each wavelength of the plurality of illumination beams. The configuration therefor can be made exactly the same as those of the 35th and 36th degrees.
또, 입사광빔의 생성은 레이저 광원에 한정되지 않고, 할로겐 램프로부터의 광, 고휘도 LED로부터의 광을 이용하는 것도 실현할 수 있다. 할로겐 램프로부터의 광을 이용할 때는 서로 다른 파장 부분에서 좁은 대역폭을 갖는 복수의 파장 선택 필터(또는 간섭 필터)를 교환 가능하게 설치하고, 그 필터를 시분할적으로 전환 선택된 파장 폭의 광을, 예를 들어 웨이퍼 등으로 도광하여 사용하면 좋다. 이 경우, 웨이퍼 상의 격자 마크 MG를 조사하는 입사광빔은 선택이 좁은 파장 대역폭 내에서도 연속 스펙트럼 강도 분포를 갖기 때문에, 수광계 내의 각 광전 소자의 앞에 특정한 파장 성분만을 추출하는 간섭 필터(대역폭은 3 내지 10nm)를 고정적 또는 교환 가능하게 배치하여도 좋다.The generation of the incident light beam is not limited to the laser light source, but it is also possible to use light from a halogen lamp and light from a high brightness LED. When using light from a halogen lamp, a plurality of wavelength selective filters (or interference filters) having narrow bandwidths in different wavelength portions are provided so as to be interchangeable, and the filters are time-divisionally switched to select light having a wavelength width selected, for example. For example, light guides may be used for wafers or the like. In this case, since the incident light beam irradiating the lattice mark MG on the wafer has a continuous spectral intensity distribution even within a narrow wavelength bandwidth of selection, an interference filter (bandwidth of 3 to 10 nm) extracting only a specific wavelength component in front of each photoelectric element in the light receiving system. ) May be arranged fixedly or interchangeably.
이상 본 발명의 제 15 내지 제 20의 각 실시예에 의하면 위치 검출용의 조 명광을 복수의 파장 성분마다 전환하고, 기판 상의 위치 검출용의 격자형 마크로부터 발생하는 회절광을 파장 성분마다 개별로 광전 검출하고, 그것에 의해서 얻어진 각 광전 신호마다 마크 위치 정보를 검출하여 계산상으로 평균화하도록 하였으므로 마크의 비대칭성과 레지스트층의 두께에 따른 영향을 낮춘 고정도의 위치 검출이 가능하다. 또 마크로부터의 회절광은 광전 검출할 때에, 파장 성분마다 독립한 광전 신호를 얻도록 하였으므로, 조명광의 각 파장 성분마다의 강도가 달라도, 다파장화에 따른 평균화 효과를 손상시키지 않는 이점이 있다.According to each of the fifteenth to twentieth embodiments of the present invention, the illumination light for position detection is switched for each of a plurality of wavelength components, and the diffracted light generated from the lattice marks for position detection on the substrate is individually for each wavelength component. Photoelectric detection is performed, and the mark position information is detected for each photoelectric signal thus obtained and averaged by calculation. Therefore, highly accurate position detection with reduced influence of the asymmetry of the mark and the thickness of the resist layer is possible. In addition, since diffraction light from the mark is obtained by obtaining an independent photoelectric signal for each wavelength component when photoelectric detection is performed, there is an advantage that the averaging effect due to multiple wavelengths is not impaired even if the intensity of each wavelength component of the illumination light is different.
또한 제 15 내지 제 20의 각 실시예에 의하면, 광전 검출해야할 회절광이 보다 고차 성분으로 이루어지는 경우에도, 단일의 광전 소자로 다파장화된 고차 회절광(0차, 2차 광의 간섭 빔 등)을 동시에 수광할 때에 발생하는 상쇄 현상이 없어지고, 현격하게 고정밀도의 위치 검출, 얼라인먼트가 가능하다.Further, according to each of the fifteenth to twentieth embodiments, even when the diffracted light to be photoelectrically detected is made of higher order components, higher order diffracted light (multi-wavelength, interference beam of secondary light, etc.) multiplied by a single photoelectric element The canceling phenomenon that occurs when the light is simultaneously received is eliminated, and position detection and alignment with high precision are possible.
게다가 광전 검출된 각 파장 성분마다의 회절광의 강도 레벨의 감쇠율(진폭비)을 구하고, 그 감쇠율이 작고 신호 진폭이 상대적으로 큰 회절광에 대해서는 커다란 가중을 한 평균화 연산에 의해서 위치 검출을 행하도록 하였으므로, 단순한 평균화에 비해 현격하게 위치 검출의 정밀도가 높은 효과도 얻을 수 있다.Furthermore, the attenuation ratio (amplitude ratio) of the intensity level of the diffracted light for each photoelectrically detected wavelength component was obtained, and the position detection was performed by a large weighted averaging operation on diffracted light having a small attenuation ratio and a relatively large signal amplitude. Compared with the simple averaging, the effect of the positional detection accuracy is also significantly higher.
제 1 도는 종래의 단일 파장에 의한 간섭식 마크 위치 검출 장치를 사용하였을 때의 위치 검출 오차의 파장 의존성을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.1 is a graph showing a result of simulating wavelength dependence of position detection error when a conventional coherent mark position detection apparatus using a single wavelength is used.
제 2 도는 시뮬레이션의 모델로서 사용한 격자 마크의 단면 형상을 도시하는 부분 단면도.2 is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the grid mark used as a model of the simulation.
제 3 도는 본 발명에 의해 결정된 다(multi)파장화의 조건으로 레지스트 부착 기판의 반사율 변화를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.3 is a graph showing the results of simulating the change in reflectivity of a substrate with a resist under the conditions of multi-wavelength determined by the present invention.
제 4 도는 다파장의 광 조사에 의해 격자 마크로부터 발생하는 각 차수의 회절광 모양을 도시하는 도면.4 is a diagram showing diffraction light shapes of respective orders generated from lattice marks by light irradiation of multiple wavelengths.
제 5A 도 및 제 5B 도는 1차 회절광을 사용하여 제 2 도와 같은 구조의 마크를 검출하였을 때의 검출 오차와 0차 -2차 회절광을 사용하여 마크를 검출하였을 때의 검출 오차를 시뮬레이션한 그래프.5A and 5B simulate the detection error when detecting a mark having the same structure as the second degree using the first-order diffracted light and the detection error when detecting a mark using the zero-order -second order diffracted light. graph.
제 6 도는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.6 is a diagram showing the configuration of the position detection device according to the first embodiment of the present invention.
제 7 도는 제 6 도 중의 회전 방사형 격자판의 상세한 구조와 회절광의 발생의 모양을 도시하는 사시도.FIG. 7 is a perspective view showing the detailed structure of the rotational radial grating plate and the appearance of generation of diffracted light in FIG. 6; FIG.
제 8 도는 본 발명에 의해 결정되는 다파장화의 조건을 만족하면서, 제 3 도의 경우에 설정한 파장 값을 따로 조합하여 변경하였을 때의 레지스트 부착 기판의 반사율 변화를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 그래프.FIG. 8 is a graph showing the results of simulating the change in reflectance of a substrate with a resist when the wavelength values set in the case of FIG. 3 are separately combined and satisfied while satisfying the conditions of the multi-wavelength determined by the present invention.
제 9 도는 제 6 도에 도시한 장치에 적용되는 신호 처리 회로의 구성을 도시하는 블록도.9 is a block diagram showing the configuration of a signal processing circuit applied to the apparatus shown in FIG.
제 10A 도 및 제 10B 도는 제 9 도의 신호 처리 회로에서 처리되는 2개의 광전 신호의 파형의 일례를 도시하는 파형도.10A and 10B are waveform diagrams showing examples of waveforms of two photoelectric signals processed in the signal processing circuit of FIG.
제 11 도는 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 저단차(small step difference) 격자 마크와 그 표면을 덮는 레지스트층의 단면 구조를 모식적으로 표현하는 부분 단면도.11 is a partial cross-sectional view schematically showing the cross-sectional structure of a small step difference grating mark formed on a semiconductor wafer and a resist layer covering the surface thereof.
제 12 도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.12 is a diagram showing a configuration of a position detection device according to a second embodiment of the present invention.
제 13A 도 내지 제 13D 도는 제 12 도의 장치에 의한 격자 마크의 위치 검출 모양과 광전 신호의 변화를 모식적으로 도시한 도면.13A to 13D are diagrams schematically showing the position detection shape of the grating mark and the change of the photoelectric signal by the apparatus of FIG.
제 14 도는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.14 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a third embodiment of the present invention.
제 15 도는 본 발명의 제 4 실시예로서, 본 발명에 의한 위치 검출 장치가 적용되는 투사 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.15 is a view showing the configuration of a projection exposure apparatus to which the position detection device according to the present invention is applied as a fourth embodiment of the present invention.
제 16 도는 제 15 도 중의 TTL 얼라인먼트계의 일부 구성을 도시하는 도면.FIG. 16 is a diagram showing a partial configuration of a TTL alignment system in FIG. 15. FIG.
제 17A 도 및 제 17B 도는 본 발명의 제 5 실시예로서, 본 발명에 의한 위치 검출 장치가 적용되는 투사 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.17A and 17B show a configuration of a projection exposure apparatus to which the position detection apparatus according to the present invention is applied as the fifth embodiment of the present invention.
제 18 도는 본 발명의 제 6 실시예에 의한 위치 검출 장치의 일부 구성을 도시하는 도면.18 is a diagram showing a part of a configuration of a position detection device according to a sixth embodiment of the present invention.
제 19 도는 본 발명의 제 7 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하고, 각 파장 성분마다 별개로 간섭 빔을 수광하는 분광 검출계를 설치한 경우의 구성을 도시하는 도면.19 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a seventh embodiment of the present invention, and showing a configuration in the case where a spectroscopic detector for receiving an interference beam is provided for each wavelength component separately.
제 20 도는 제 19 도의 장치에 적용되는 신호 처리 회로의 구성을 도시하는 블록도.20 is a block diagram showing a configuration of a signal processing circuit applied to the apparatus of FIG. 19. FIG.
제 21 도는 본 발명의 제 8 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.21 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to an eighth embodiment of the present invention.
제 22A 도 내지 제 22D 도는 간섭 프린지와 격자의 상대적 위치 관계 변화와 각 검출 신호의 레벨 변화를 도시하는 도면.22A to 22D show changes in relative positional relationship between the interference fringes and the grating and changes in the level of each detection signal.
제 23 도는 본 발명의 제 9 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.23 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a ninth embodiment of the present invention.
제 24 도는 본 발명의 제 10 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.24 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a tenth embodiment of the present invention.
제 25 도는 제 10 실시예에 의한 장치에 적용되는 신호 처리 회로를 도시하는 블록도.25 is a block diagram showing a signal processing circuit applied to the apparatus according to the tenth embodiment.
제 26A 도 내지 제 26D 도는 제 25 도의 처리 회로의 메모리 중에 받아들이는 각 신호 파형의 일례를 도시하는 도면.26A to 26D show examples of signal waveforms to be received in the memory of the processing circuit of FIG. 25;
제 27 도는 제 24 도에 도시된 장치에 적용되는 신호 처리 회로의 변형예를 제 11 실시예로서 나타내는 블록도.27 is a block diagram showing a modification of the signal processing circuit applied to the apparatus shown in FIG. 24 as an eleventh embodiment.
제 28 도는 제 15 도에 도시한 장치의 TTL 얼라인먼트계의 부분 확대도.FIG. 28 is a partial enlarged view of the TTL alignment system of the apparatus shown in FIG. 15. FIG.
제 29A 도 내지 제 29D 도는 회절 격자로부터의 0차 광과 2차 광의 각 간섭에 의해 얻어진 각 파장마다의 광전 신호의 파형의 일례를 도시하는 도면.29A to 29D show examples of waveforms of photoelectric signals for respective wavelengths obtained by the respective interferences of the 0th order light and the 2nd order light from the diffraction grating.
제 30A 도 내지 제 30D 도는 회절 격자로부터의 0차 광과 2차 광의 각 간섭에 의해 얻어진 각 파장마다의 광전 신호의 파형의 일례를 도시하는 도면.30A to 30D show an example of a waveform of a photoelectric signal for each wavelength obtained by respective interference of zero order light and secondary light from a diffraction grating.
제 31 도는 본 발명의 제 12 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.31 is a diagram showing the configuration of a position detecting device according to a twelfth embodiment of the present invention.
제 32 도는 제 31 도의 장치에 적용되는 신호 처리 회로의 구성을 도시하는 블록도.32 is a block diagram showing the configuration of a signal processing circuit applied to the apparatus of FIG. 31;
제 33 도는 본 발명의 제 13 실시예에 의한 장치의 부분 구성을 도시하는 단면도.33 is a sectional view showing a partial configuration of a device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
제 34 도는 본 발명의 제 14 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.34 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a fourteenth embodiment of the present invention.
제 35 도는 본 발명의 각 실시예에 개시된 조명 빔의 투사 방식의 변형예를 도시하는 도면.35 shows a modification of the projection scheme of the illumination beam disclosed in each embodiment of the present invention.
제 36 도는 제 35 도의 조명 빔의 투사 방식시의 푸리에 변환면 상에서의 각 빔의 배치예를 도시하는 도면.36 shows an arrangement example of each beam on a Fourier transform plane in the projection method of the illumination beam of FIG. 35;
제 37 도는 본 발명의 제 15 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.37 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a fifteenth embodiment of the present invention.
제 38 도는 제 37 도에 나타난 장치에 적용되는 신호 처리 회로를 나타내는 블록도.FIG. 38 is a block diagram showing a signal processing circuit applied to the apparatus shown in FIG. 37. FIG.
제 39A 도 내지 제 39D 도는 제 38 도의 처리 회로의 메모리 중에 복잡한 각 신호 파형의 일례를 도시하는 도면.39A to 39D show examples of complex signal waveforms in the memory of the processing circuit of FIG. 38;
제 40 도는 본 발명의 제 16 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.40 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a sixteenth embodiment of the present invention.
제 41 도는 본 발명의 제 17 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.41 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a seventeenth embodiment of the present invention.
제 42 도는 본 발명의 제 18 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.42 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to an eighteenth embodiment of the present invention.
제 43 도는 제 42 도의 장치에 적용되는 신호 처리 회로의 구성을 도시하는 블록도.43 is a block diagram showing a configuration of a signal processing circuit applied to the apparatus of FIG. 42. FIG.
제 44 도는 제 43 도 중의 파형 메모리 회로 유닛 내의 메모리 뱅크 배치를 설명하는 도면.FIG. 44 is a diagram explaining a memory bank arrangement in the waveform memory circuit unit in FIG. 43; FIG.
제 45 도는 본 발명의 제 19 실시예에 의한 장치의 부분 구성을 도시하는 단면도.45 is a sectional view showing a partial configuration of a device according to a nineteenth embodiment of the present invention.
제 46 도는 본 발명의 제 20 실시예에 의한 위치 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.46 is a diagram showing the configuration of a position detection device according to a twentieth embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 콜리메이터 렌즈 22 : 대물렌즈10: collimator lens 22: objective lens
38 : 공간 필터 40 : 광전 소자38: space filter 40: photoelectric element
50 : A/D 변환기 회로50: A / D converter circuit
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