JP2002033256A - Position-measuring instrument and aligner - Google Patents

Position-measuring instrument and aligner

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JP2002033256A
JP2002033256A JP2000215123A JP2000215123A JP2002033256A JP 2002033256 A JP2002033256 A JP 2002033256A JP 2000215123 A JP2000215123 A JP 2000215123A JP 2000215123 A JP2000215123 A JP 2000215123A JP 2002033256 A JP2002033256 A JP 2002033256A
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JP
Japan
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mark
detection
information
position information
unit
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Withdrawn
Application number
JP2000215123A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakajima
伸一 中島
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position-measuring instrument which can shorten measuring time, and at the same time, can detect positional information with high accuracy and, to provide an aligner. SOLUTION: The position measuring instrument, which measures the positional information on a mark formed on an object, is provided with an FIA-type alignment sensor 30, which detects the first detected information regarding the positional information on the mark by using a first detection system, an LIA-type alignment sensor 31 which detects the second detected information regarding the positional information on the mark by using a second detection system which is different from the first detection system, and a computing means which calculated the positional information on the mark by reflecting the detected information detected by means of either one 30 or 31 of the alignment sensors in the detected information detected by means of the other sensor 31 or 30.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等の製造工程において用いられ、基板やレチク
ル等の物体に形成されたマークの位置情報を計測する位
置計測装置、及び当該位置計測装置によって計測された
位置情報に基づいて基板とレチクルとの位置合わせ(ア
ライメント)を行い、レチクルに形成されたパターンの
像を基板上に転写する露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring apparatus for measuring position information of a mark formed on an object such as a substrate or a reticle, which is used in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like, and the position measuring apparatus. The present invention relates to an exposure apparatus that performs positioning (alignment) between a substrate and a reticle based on position information measured by an apparatus, and transfers an image of a pattern formed on the reticle onto the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等の製造にお
いては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル(以
下、これらをレチクルと総称する)に形成された微細な
パターンの像をフォトレジスト等の感光剤が塗布された
半導体ウェハやガラスプレート等の上に転写することが
繰り返し行われる。露光装置としては例えばステップ・
アンド・リピート方式の露光装置やステップ・アンド・
スキャン方式の露光装置が用いられることが多い。上記
パターンの像の転写を行う際には、基板の位置と転写さ
れるレチクルに形成されたパターン像の位置とを精密に
合わせる必要がある。近年、特に半導体素子の製造にお
いては、形成されるパターンが微細になっており、所望
の性能を有する半導体素子を製造するために位置合わせ
の精度向上が要求されている。基板やレチクルにはその
位置を検出するためのマークが形成されており、露光装
置はこれらのマークの位置情報を計測することによって
レチクル又は基板の位置情報を計測する位置情報装置を
備えている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display devices, and the like, an image of a fine pattern formed on a photomask or a reticle (hereinafter, these are collectively referred to as a reticle) by using an exposure apparatus is used for forming a photoresist or the like. Transfer onto a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent is repeatedly performed. For example, step exposure
And repeat type exposure equipment and step-and-
A scan type exposure apparatus is often used. When transferring the image of the pattern, it is necessary to precisely match the position of the substrate with the position of the pattern image formed on the reticle to be transferred. In recent years, particularly in the manufacture of semiconductor devices, patterns to be formed have become finer, and there has been a demand for improved alignment accuracy in order to manufacture semiconductor devices having desired performance. A mark for detecting the position is formed on the substrate or the reticle, and the exposure apparatus includes a position information device that measures the position information of the reticle or the substrate by measuring the position information of these marks.

【0003】位置計測装置の内、レチクルの位置情報を
計測するレチクル位置計測装置は、光源として基板を露
光するための露光光を用いるものが一般的である。この
レチクル位置計測装置の検出方式には、例えばVRA
(Visual Reticle Alignment)方式がある。VRA方式
は、基板がステージ上に搬送される前に、露光光をレチ
クル上に形成されたマークに照射して得られる光学像を
CCD(Charge CoupledDevice)等の撮像素子で画像信
号に変換し、この画像信号の画像処理を行ってマークの
位置情報を検出するものである。
[0003] Of the position measuring devices, a reticle position measuring device for measuring reticle position information generally uses exposure light for exposing a substrate as a light source. The detection method of the reticle position measuring device includes, for example, VRA
(Visual Reticle Alignment) method. In the VRA method, an optical image obtained by irradiating exposure light to a mark formed on a reticle is converted into an image signal by an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device) before the substrate is transported onto a stage. The image processing of this image signal is performed to detect the position information of the mark.

【0004】また、位置計測装置の内、基板の位置情報
を検出する基板位置計測装置は、半導体素子や液晶表示
素子等の製造過程において測定対象である基板の表面状
態(荒れ程度)が変化するため、単一種類の装置によっ
て基板の位置情報を正確に検出することは困難であり、
一般的には基板の表面状態に合わせて異なる方式の装置
が使用される。これらの装置の主なものとしては、LS
A(Laser Step Alignment)方式、FIA(Field Imag
e Alignment)方式、LIA(Laser Interferometric A
lignment)方式のものがある。
Among the position measuring devices, a substrate position measuring device that detects positional information of a substrate changes a surface state (roughness) of a substrate to be measured in a process of manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like. Therefore, it is difficult to accurately detect the position information of the substrate by a single type of device,
Generally, different types of apparatuses are used according to the surface condition of the substrate. The main ones of these devices are LS
A (Laser Step Alignment) method, FIA (Field Imag)
e Alignment) method, LIA (Laser Interferometric A)
lignment) method.

【0005】以下、これらの方式の基板位置計測装置を
概説すると以下の通りである。つまり、LSA方式の基
板位置計測装置は、レーザ光を基板に形成されたマーク
に照射し、回折・散乱された光を利用してそのマークの
位置情報を計測する基板位置計測装置であり、従来から
種々の製造工程の半導体ウェハに幅広く使用されてい
る。FIA方式の基板位置計測装置は、ハロゲンランプ
等の波長帯域幅の広い光源を用いてマークを照明し、そ
の結果得られたマークの像を画像信号に変換した後、画
像処理して位置計測を行う基板位置計測装置であり、ア
ルミニウム層や基板表面に形成された非対称なマークの
計測に効果的である。LIA方式の基板位置計測装置
は、基板表面に形成された回折格子状のマークに、僅か
に周波数が異なるレーザ光を2方向から照射し、その結
果生ずる2つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相か
らマークの位置情報を検出する基板位置計測装置であ
る。このLIA方式の基板位置計測装置は、例えばCM
P(Chemical Mechanical Polishing)処理が施されて
低段差となったマークや基板表面の荒れが大きい基板に
用いると効果的である。
The following is a brief description of these types of substrate position measuring devices. That is, the LSA type substrate position measuring device is a substrate position measuring device that irradiates a mark formed on a substrate with a laser beam and measures the position information of the mark by using diffracted / scattered light. Is widely used for semiconductor wafers in various manufacturing processes. The FIA type substrate position measuring device illuminates a mark using a light source having a wide wavelength band such as a halogen lamp, converts an image of the resulting mark into an image signal, and performs image processing to measure the position. This is a substrate position measurement device that performs measurement of an asymmetric mark formed on an aluminum layer or a substrate surface. The LIA-type substrate position measuring apparatus irradiates laser beams having slightly different frequencies from two directions onto a diffraction grating mark formed on the substrate surface, and causes the resulting two diffracted lights to interfere with each other. This is a substrate position measuring device that detects mark position information from the phase of the substrate. This LIA type substrate position measuring device is, for example, a CM
It is effective when used for a mark which has been subjected to P (Chemical Mechanical Polishing) processing and has a low step or a substrate having a large surface roughness.

【0006】また、上記の位置計測装置としては、投影
光学系を介して基板上のマークの位置情報を検出するT
TL(スルー・ザ・レンズ)方式、投影光学系を介する
ことなく直接基板上のマークの位置情報を検出するオフ
・アクシス方式、及び投影光学系を介して基板とレチク
ルとを同時に観察し、両者の相対位置関係を検出するT
TR(スルー・ザ・レチクル)方式等がある。これらの
位置計測装置を使用して、レチクルと基板との位置合わ
せを行う場合、予め位置計測装置の計測中心とレチクル
のパターンの投影像の中心(露光中心)との間隔である
ベースライン量が求められている。そして、位置計測装
置によってマークの計測中心からのずれ量が検出され、
このずれ量をベースライン量で補正した距離だけ基板を
移動することによって基板上に設定された区画領域(シ
ョット領域)の中心が露光中心に正確に位置合わせされ
た後に、露光光によりショット領域が露光される。露光
装置を維持して使用する過程で次第にベースライン量が
変動することがあが、このようなベースライン量の変動
である所謂ベースライン変動が生じると、アライメント
精度(重ね合わせ精度)が低下する。従って、例えば定
期的に位置情報検出装置の計測中心と露光中心との間隔
を正確に計測するためのベースラインチェックを行う必
要がある。
[0006] In the above position measuring device, a position detecting device for detecting position information of a mark on a substrate via a projection optical system is used.
The TL (through-the-lens) method, the off-axis method that directly detects the position information of the mark on the substrate without passing through the projection optical system, and the substrate and the reticle are simultaneously observed through the projection optical system. T to detect the relative positional relationship of
There is a TR (through the reticle) method. When aligning a reticle and a substrate using these position measuring devices, the baseline amount, which is the distance between the measurement center of the position measuring device and the center of the projected image of the reticle pattern (exposure center), is determined in advance. It has been demanded. Then, the amount of deviation of the mark from the measurement center is detected by the position measurement device,
By moving the substrate by a distance corrected by the amount of the base line, the center of the defined area (shot area) set on the substrate is accurately aligned with the center of exposure, and then the shot area is exposed to the exposure light. Exposed. The baseline amount may gradually change during the process of using and maintaining the exposure apparatus. However, if such a change in the baseline amount, that is, a so-called baseline change occurs, the alignment accuracy (overlay accuracy) decreases. . Therefore, for example, it is necessary to periodically perform a baseline check for accurately measuring the distance between the measurement center and the exposure center of the position information detecting device.

【0007】次に、露光装置の全体の動作の一例を概説
すると以下の通りである。まず、基板が露光位置に搬送
される前にレチクル位置計測装置によってレチクルに形
成されたマークの位置情報を検出し、この位置情報に基
づいてレチクルの位置の調整を行う。次に、基板を露光
位置に搬送し、基板位置計測装置によって基板に形成さ
れたマークの位置情報を検出する。そして、基板に形成
されたマークの位置情報に基づいて露光光の光軸に対し
て垂直な面内において基板の位置情報で示されるずれ量
をベースライン量で補正した距離だけ基板を移動するこ
とにより、基板に形成されたショット領域とレチクルと
の相対位置の位置あわせを行った後に露光光をレチクル
に照射してレチクルに形成されたパターンの像を基板上
に露光する。
Next, an example of the overall operation of the exposure apparatus will be outlined as follows. First, before the substrate is conveyed to the exposure position, the reticle position measuring device detects position information of a mark formed on the reticle, and adjusts the position of the reticle based on the position information. Next, the substrate is transported to the exposure position, and the position information of the mark formed on the substrate is detected by the substrate position measuring device. Then, based on the position information of the mark formed on the substrate, the substrate is moved by a distance obtained by correcting the shift amount indicated by the position information of the substrate with the baseline amount in a plane perpendicular to the optical axis of the exposure light. Thus, after the relative position between the shot area formed on the substrate and the reticle is aligned, the reticle is irradiated with exposure light to expose the image of the pattern formed on the reticle onto the substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うにLIA方式の基板位置計測装置は、低段差であって
も位置情報の計測を行うことができる高精度の位置計測
装置であるが、マークの位置情報を得るために、マーク
に照射した僅かに周波数の異なるレーザ光の回折光の干
渉光の位相を用いている。従って、ある位置のマークの
計測結果と、この位置に対してマーク1ピッチ(例えば
4〜8μm)分ずれた位置に配置されたマークの計測結
果とが同一となる。よって、LIA方式を用いて位置情
報を計測するためには、計測に先立ってマークが上記1
ピッチの誤差の範囲に配置されるよう位置合わせする必
要がある。
As described above, the LIA type substrate position measuring device is a high-precision position measuring device capable of measuring position information even at a low step. In order to obtain the position information, the phase of the interference light of the diffracted light of the laser light having slightly different frequencies applied to the mark is used. Accordingly, the measurement result of the mark at a certain position is the same as the measurement result of the mark arranged at a position shifted by one pitch (for example, 4 to 8 μm) of the mark with respect to this position. Therefore, in order to measure the position information using the LIA method, before the measurement, the mark is set to the above 1
It is necessary to perform positioning so as to be located within the range of the pitch error.

【0009】従来は、LIA方式の基板位置計測装置を
用いて計測を行う前に、前述したFIA方式の基板位置
計測装置を用いて基板上に形成されたマークの位置情報
を計測し(サーチし)、この計測結果に基づいて基板に
形成されたマークをLIA方式の基板位置計測装置の計
測位置に位置合わせしつつLIA方式の基板位置計測装
置を用いてマークの位置情報を計測していた。また、従
来はLIA方式の基板位置計測装置の計測領域とFIA
方式の基板位置計測装置の計測領域とが異なる位置に配
置されていたため、例えばFIA方式の基板位置計測装
置を用いて計測を行った後、LIA方式の基板位置計測
装置を用いて計測を行う場合には、必ず基板の移動を行
う必要があった。よって、マークの位置情報を計測する
にあたって2回の計測を必要とし、しかも基板の移動を
伴っていたため、スループット、つまり単位時間内に処
理することができる基板の枚数を向上させる上で不利で
あるという問題があった。
Conventionally, before performing measurement using an LIA type substrate position measuring apparatus, position information of a mark formed on a substrate is measured (searched) using the aforementioned FIA type substrate position measuring apparatus. The position information of the mark is measured using the LIA-type substrate position measuring device while aligning the mark formed on the substrate with the measurement position of the LIA-type substrate position measuring device based on the measurement result. Conventionally, the measurement area of the LIA type substrate position measuring device and the FIA
When the measurement is performed using the FIA type substrate position measurement device and then the measurement is performed using the LIA type substrate position measurement device because the measurement area of the substrate type position measurement device is different from the measurement area. , It was necessary to move the substrate without fail. Therefore, the measurement of the position information of the mark requires two measurements and the movement of the substrate is accompanied, which is disadvantageous in improving the throughput, that is, the number of substrates that can be processed within a unit time. There was a problem.

【0010】また、特に半導体素子の製造にあたって
は、基板上に設定されたショット領域の配列の規則性を
統計的な手法で決定するEGA(エンハンスト・グロー
バル・アライメント)法が着目されている。EGA法
は、基板上に設けられた代表的な数個(3〜9個)のシ
ョット領域の夫々に付随して形成されたマークの位置情
報を計測し、得られた位置情報に対して統計演算を行っ
て基板上に設定された全てのショット領域の位置を求め
るものである。
In the manufacture of semiconductor devices, in particular, an EGA (Enhanced Global Alignment) method, which determines the regularity of the arrangement of shot regions set on a substrate by a statistical method, attracts attention. The EGA method measures position information of marks formed in association with each of several representative (three to nine) shot regions provided on a substrate, and statistically calculates the position information obtained. The position of all the shot areas set on the substrate by performing the calculation is obtained.

【0011】EGA法を用いてショット領域の位置情報
を計測する場合も、まず基板上に形成されたサーチ用マ
ークの位置情報を計測してから基板の姿勢の情報を得
て、必要であれば基板の姿勢を調整した後に予め選択さ
れた数個のファイン計測用マークのファイン計測、つま
り高精度で位置情報を計測して、ファイン計測の計測結
果に対して統計演算を行い、基板上に設定された全ショ
ット領域の位置情報を計測している。かかる、EGA法
を用いる場合であっても将来的にサーチ用マークの計測
を省略して、最初からファイン計測を行うことでスルー
プットの向上を図ることが予定されている。前述したよ
うに、LIA方式の基板位置計測装置は、計測に先立っ
てマークが前述した1ピッチの誤差の範囲に配置される
よう位置合わせする必要があるため、サーチ用マークの
計測を省略した場合には、マークの正確の位置が計測さ
れない虞があると予想される。
In the case of measuring the position information of the shot area using the EGA method, first, the position information of the search mark formed on the substrate is measured, and then the information of the posture of the substrate is obtained. After adjusting the posture of the substrate, fine measurement of several fine measurement marks selected in advance, that is, position information is measured with high accuracy, statistical calculation is performed on the measurement result of fine measurement, and it is set on the substrate The position information of all the shot areas is measured. Even in the case of using the EGA method, it is planned that the measurement of the search mark will be omitted in the future and the fine measurement will be performed from the beginning to improve the throughput. As described above, the LIA-type substrate position measuring device needs to align the marks before the measurement so that the marks are located within the above-described one-pitch error range. It is expected that the accurate position of the mark may not be measured.

【0012】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、異なる方式の位置計測装置を用いてマークの位
置情報を計測する際に、物体の移動を伴わずにマークの
位置情報を計測することで計測時間の短縮化を図るとと
もに高精度で位置情報の検出を行うことができる位置計
測装置を提供し、更に当該位置計測装置の計測時間を短
縮化することによりスループットの低下を防止すること
ができる露光装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and when measuring position information of a mark using a position measuring device of a different type, the position information of the mark is measured without moving the object. To provide a position measurement device capable of shortening the measurement time and detecting the position information with high accuracy, and preventing a decrease in the throughput by shortening the measurement time of the position measurement device. It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus which can perform the exposure.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の位置計測装置は、物体(W)上に形成され
たマークの位置に関する位置情報を計測する位置計測装
置であって、前記マークの位置情報に関する第1検出情
報を、第1の検出方式を用いて検出する第1検出手段
(30)と、前記マークの位置情報に関する第2検出情
報を、前記第1の検出方式(30)とは異なる第2の検
出方式を用いて検出する第2検出手段(31)と、前記
第1検出手段(30)及び前記第2検出手段(31)の
うちの何れか一方の検出手段により検出された前記検出
情報を、他方の検出手段により検出された検出情報に反
映せしめて、前記マークの位置情報を算出する演算手段
(15)とを有することを特徴としている。この発明に
よれば、異なる方式の位置計測装置を用いてマークの位
置情報を計測する際に、一方の検出手段により検出され
た検出情報を他方の検出手段により検出されて検出情報
に反映させてマークの位置情報を算出するようにしてい
るため、他方の検出手段において位置情報を検出する際
における計測時間の短縮化を図ることができるととも
に、高精度で位置情報を検出することができる。ここ
で、前記演算手段(15)が、前記第1検出情報に基づ
いて、前記第2検出情報のうち前記位置情報の算出に使
用すべき検出情報を特定し、更に、前記第1検出手段
(30)及び前記第2検出手段(31)が、前記物体
(W)に対して配置された対物光学系(OBL)を介し
て、前記各検出情報の検出を時系列的に行うことが計測
時間の短縮化を図るとともに、高精度で位置情報を検出
する上で好ましい。また、前記第1検出手段(30)
が、前記マークに所定の特性を有する第1検出ビームを
照射する第1照射手段(40a、41a、42a、43
a、44a、BS2、M2)を含み、前記第2検出手段
(31)が、前記マークに前記所定の特性とは異なる特
性を有する第2検出ビームを照射する第2照射手段(1
6、BS8、61X、62X、63X、BS6、64
X、BS4、61Y、62Y、63Y、BS5、64
Y)を含み、前記第1検出手段(30)及び前記第2検
出手段(31)のうちの何れか一方の検出手段による検
出動作中に、前記他方の検出手段で使用される検出ビー
ムの、前記マークヘの照射を遮蔽する遮蔽手段(54
a,60)を更に有することを特徴としている。この発
明によれば、第1検出手段を用いたマークの位置情報の
計測と、第2検出手段を用いたマークの位置情報の計測
とを遮蔽手段の制御のみにより切り換えているため、計
測時間の短縮化を図る上で好適である。また、本発明の
位置計測装置は、前記物体(W)を載置した状態で所定
の2次元平面内を移動可能なステージ(9)を更に有
し、前記第1及び前記第2検出手段(30,31)は、
それぞれの検出手段による検出動作を行う際に、前記ス
テージ(9)の移動を挟むことなく該各検出動作を行う
ことを特徴としている。この発明によれば、例えば第1
検出手段を用いてマークの位置情報を計測した後、第2
検出手段を用いてマークの位置情報の計測を行う前にス
テージの移動を伴わないので、計測時間を飛躍的に短縮
することができる。また、本発明の位置計測装置は、前
記第1検出手段(30)及び前記第2検出手段(31)
が、前記物体(W)に対して配置された対物光学系(O
BL)を介して、前記各検出情報の検出をほぼ同時に行
うことを特徴としている。この発明によれば、第1検出
手段を用いたマークの位置情報の計測と、第2検出手段
を用いたマークの位置情報の計測とをほぼ同時に行って
いるため、計測時間の短縮化を図る上で更に好適であ
る。ここで、前記第1検出手段(30)は、前記マーク
に所定の特性を有する第1検出ビームを照射する第1照
射手段(40a、41a、42a、43a、44a、B
S2、M2)を含み、前記第2検出手段(31)が、前
記マークに前記所定の特性とは異なる特性を有する第2
検出ビームを照射する第2照射手段(16、BS8、6
1X、62X、63X、BS6、64X、BS4、61
Y、62Y、63Y、BS5、64Y)を含み、前記第
1検出ビームの照射により前記マークから発生したビー
ムを前記第1検出手段(30)に導き、且つ前記第2検
出ビームの照射により前記マークから発生したビームを
前記第2検出手段(31)に導くビーム分離手段(9
5、96、BS9)を更に有することを特徴としてお
り、前記所定の特性は、前記検出ビームの偏光状態また
は波長を含み、前記ビーム分離手段は、偏光分離手段
(BS9)または波長分離手段(95、96)を含むこ
とを特徴としている。この発明によれば、単に波長分離
手段又は偏光分離手段を設けるだけで第1検出手段を用
いたマークの位置情報の計測と、第2検出手段を用いた
マークの位置情報の計測とをほぼ同時に行うことができ
るため、装置構成の大幅な変更又は複雑化を招かずに計
測時間の短縮化を図ることができる。また、本発明の位
置計測装置は、前記演算手段(15)が、前記第1検出
情報に基づいて前記位置情報を所定の精度で計測し、前
記所定の精度での計測後に、前記第2検出情報に基づい
て前記位置情報を前記所定の精度よりも高い精度で計測
することを特徴としている。この発明によれば、最初は
ある程度の精度で位置情報を計測することによりマーク
の大まかな位置を特定し、次により高い精度で位置情報
の計測を行って計測精度を高めており、2回目の計測時
において必要となる部分の位置情報を特定することがで
きるため、計測に要する時間を短縮化することができ
る。また、本発明の位置計測装置は、物体(W)上に形
成されたマークの位置に関する位置情報を計測する位置
計測装置であって、前記物体(W)を載置した状態で所
定の2次元平面内を移動可能なステージ(9)と、前記
マークの位置に関する情報を、第1の検出方式を用いて
検知する第1検出手段(30)と、前記マークの位置に
関する情報を、前記第1の検出方式とは異なる第2の検
出方式を用いて検知する第2検知手段(31)とを有
し、前記第1及び前記第2検出手段(30、31)は、
それぞれの検出手段による検出動作を行う際に、前記ス
テージ(9)の移動を挟むことなく該各検出動作を行う
ことを特徴としている。この発明によれば、異なる方式
の位置計測装置を用いてマークの位置情報を計測する際
に、一方の検出手段により検出された検出情報を他方の
検出手段により検出されて検出情報に反映させてマーク
の位置情報を算出しており、更に例えば第1検出手段を
用いてマークの位置情報を計測した後、第2検出手段を
用いてマークの位置情報の計測を行う前にステージの移
動を伴わないので、計測時間を飛躍的に短縮することが
できるとともに、高精度で位置情報を検出することがで
きる。また、本発明の位置計測装置は、前記第1検出手
段(30)が、前記マークを撮像して撮像信号を発生す
る撮像手段(53X、53Y)と、前記撮像信号に基づ
いて前記マークの位置情報を計測する第1計測手段(9
0)とを含み、前記第2検出手段(31)が、照明され
た前記マークから発生した複数の回折ビーム同士の干渉
ビームに基づき、前記位置情報を計測する第2計測手段
(90)を含むことを特徴としている。本発明の露光装
置は、基板(W)上に形成された前記マークの位置情報
を、上記記載の位置計測装置により計測し、前記計測さ
れた位置情報に基づいて、前記基板(W)の位置決めを
行う位置決め手段(9、13、14)を更に有し、前記
位置決め手段(9、13、14)により位置決めされた
前記基板(W)を、所定パターン(PA)で露光するこ
とを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a position measuring apparatus for measuring position information relating to the position of a mark formed on an object (W). First detection means (30) for detecting first detection information related to the position information of the mark using a first detection method, and second detection information related to the position information of the mark to the first detection method (30). 30) a second detection means (31) for detecting using a second detection method different from that of the first detection means (30), and a detection means of any one of the first detection means (30) and the second detection means (31). And a calculation means (15) for calculating the position information of the mark by reflecting the detection information detected by (1) on the detection information detected by the other detection means. According to the present invention, when measuring the position information of a mark using a position measuring device of a different system, the detection information detected by one detection unit is detected by the other detection unit and reflected on the detection information. Since the position information of the mark is calculated, the measurement time for detecting the position information by the other detection means can be reduced, and the position information can be detected with high accuracy. Here, the calculation means (15) specifies detection information to be used for calculating the position information among the second detection information based on the first detection information, and further includes the first detection means ( 30) and the second detection means (31) performs the detection of each of the detection information in a time series through an objective optical system (OBL) arranged for the object (W) in a measurement time. It is preferable to reduce the time and to detect the position information with high accuracy. The first detecting means (30)
A first irradiating means (40a, 41a, 42a, 43) for irradiating the mark with a first detection beam having predetermined characteristics.
a, 44a, BS2, M2), and wherein the second detecting means (31) irradiates the mark with a second detection beam having a characteristic different from the predetermined characteristic to the mark.
6, BS8, 61X, 62X, 63X, BS6, 64
X, BS4, 61Y, 62Y, 63Y, BS5, 64
Y), during a detection operation by one of the first detection means (30) and the second detection means (31), the detection beam used by the other detection means, Shielding means (54) for shielding the irradiation of the mark;
a, 60). According to the present invention, the measurement of the position information of the mark using the first detection unit and the measurement of the position information of the mark using the second detection unit are switched only by controlling the shielding unit. It is suitable for shortening. Further, the position measuring device of the present invention further includes a stage (9) movable in a predetermined two-dimensional plane while the object (W) is placed, and the first and second detecting means ( 30, 31)
When performing the detecting operation by the respective detecting means, the detecting operation is performed without interposing the movement of the stage (9). According to the present invention, for example, the first
After measuring the position information of the mark using the detecting means, the second
Since the stage does not move before the position information of the mark is measured using the detection means, the measurement time can be drastically reduced. Further, the position measuring device of the present invention includes the first detecting means (30) and the second detecting means (31).
Is an objective optical system (O) arranged with respect to the object (W).
BL), the detection of the respective detection information is performed almost simultaneously. According to the present invention, the measurement of the position information of the mark using the first detection unit and the measurement of the position information of the mark using the second detection unit are performed almost simultaneously, so that the measurement time is reduced. More preferred above. Here, the first detecting means (30) irradiates the mark with a first detecting beam having predetermined characteristics (40a, 41a, 42a, 43a, 44a, B).
S2, M2), wherein the second detecting means (31) has a second characteristic having a characteristic different from the predetermined characteristic in the mark.
Second irradiation means (16, BS8, 6) for irradiating the detection beam
1X, 62X, 63X, BS6, 64X, BS4, 61
Y, 62Y, 63Y, BS5, and 64Y), guides a beam generated from the mark by the irradiation of the first detection beam to the first detection means (30), and emits the mark by the irradiation of the second detection beam. Beam splitting means (9) for guiding the beam generated from the beam to the second detecting means (31).
5, 96, BS9), wherein the predetermined characteristic includes a polarization state or a wavelength of the detection beam, and the beam separation unit includes a polarization separation unit (BS9) or a wavelength separation unit (95). , 96). According to the present invention, the measurement of the position information of the mark using the first detection unit and the measurement of the position information of the mark using the second detection unit are performed almost simultaneously only by providing the wavelength separation unit or the polarization separation unit. Since the measurement can be performed, the measurement time can be reduced without causing a significant change or complication of the device configuration. Further, in the position measuring device according to the present invention, the calculation means (15) measures the position information with a predetermined accuracy based on the first detection information, and after the measurement with the predetermined accuracy, performs the second detection. The method is characterized in that the position information is measured with higher accuracy than the predetermined accuracy based on the information. According to the present invention, the rough position of the mark is first specified by measuring the position information with a certain degree of accuracy, and then the position information is measured with a higher accuracy to improve the measurement accuracy. Since the position information of the part required at the time of measurement can be specified, the time required for measurement can be reduced. Further, the position measuring device of the present invention is a position measuring device for measuring position information relating to a position of a mark formed on an object (W), wherein a predetermined two-dimensional position is measured in a state where the object (W) is placed. A stage (9) movable in a plane, first detection means (30) for detecting information on the position of the mark using a first detection method, and information on the position of the mark in the first position. And a second detection means (31) for detecting using a second detection method different from the detection method of (1), wherein the first and second detection means (30, 31)
When performing the detecting operation by the respective detecting means, the detecting operation is performed without interposing the movement of the stage (9). According to the present invention, when measuring the position information of a mark using a position measuring device of a different system, the detection information detected by one detection unit is detected by the other detection unit and reflected on the detection information. The position information of the mark is calculated. For example, after the position information of the mark is measured by using the first detecting means, the movement of the stage is performed before the position information of the mark is measured by using the second detecting means. Therefore, the measurement time can be drastically reduced, and the position information can be detected with high accuracy. Further, in the position measuring device according to the present invention, the first detecting means (30) captures an image of the mark and generates an image signal, and the position of the mark is determined based on the image signal. First measuring means (9) for measuring information
0), and the second detecting means (31) includes a second measuring means (90) for measuring the position information based on an interference beam between a plurality of diffraction beams generated from the illuminated mark. It is characterized by: The exposure apparatus of the present invention measures the position information of the mark formed on the substrate (W) by the position measurement device described above, and positions the substrate (W) based on the measured position information. (9, 13, 14) for exposing the substrate (W) positioned by the positioning means (9, 13, 14) in a predetermined pattern (PA). .

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態による位置計測装置及び露光装置について詳細
に説明する。図1は、本発明の一実施形態による位置計
測装置を備える本発明の一実施形態による露光装置の概
略構成を示す図である。尚、以下の説明においては、図
1中に示したXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直
交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明す
る。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対して
平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して垂直とな
る方向に設定されている。図中のXYZ座標系は、実際
にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛
直上方向に設定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a position measuring device and an exposure device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention including a position measuring device according to an embodiment of the present invention. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Z axis are set to be parallel to the paper surface, and the Y axis is set to a direction perpendicular to the paper surface. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.

【0015】図1において、図示しない照明光学系から
露光光が出射された場合には、露光光がコンデンサレン
ズ1を介してレチクルRに形成されたパターン領域PA
を均一な照度分布で照射する。上記露光光としては、例
えばg線(436nm)やi線(365nm)、又はK
rFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレ
ーザ(193nm)、若しくはF2エキシマレーザ(1
93nm)から出射される光が用いられる。
In FIG. 1, when exposure light is emitted from an illumination optical system (not shown), the exposure light is transmitted through a condenser lens 1 to a pattern area PA formed on a reticle R.
With a uniform illuminance distribution. As the exposure light, for example, g-line (436 nm), i-line (365 nm), or K
rF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), or F 2 excimer laser (1
93 nm).

【0016】レチクルRはレチクルステージ2上に保持
され、レチクルステージ2はベース3上の2次元平面内
において移動及び微小回転ができるように支持されてい
る。後述するアライメント制御ユニット15が、ベース
3上の駆動装置4を介してレチクルステージ2の動作を
制御する。このレチクルRは、その周辺に形成されたレ
チクルアライメントマーク(図示省略)がミラー5、対
物レンズ6、マーク検出系7からなるレチクルアライメ
ント系で検出されることによって、投影レンズPLの光
軸AXに関して位置決めされる。
The reticle R is held on a reticle stage 2, and the reticle stage 2 is supported on a base 3 so as to be movable and minutely rotated in a two-dimensional plane. An alignment control unit 15 described later controls the operation of the reticle stage 2 via the driving device 4 on the base 3. The reticle R is detected with respect to the optical axis AX of the projection lens PL by detecting a reticle alignment mark (not shown) formed therearound by a reticle alignment system including a mirror 5, an objective lens 6, and a mark detection system 7. Positioned.

【0017】上記レチクルRのパターン領域PAを透過
した露光光は、例えば両側(片側でも良い。)テレセン
トリックな投影レンズPLに入射してウェハ(基板)W
上の各ショット領域に投影される。ここで、投影レンズ
PLは、露光光の波長に関して最良に収差補正されてお
り、その波長のもとでレチクルRとウェハWとは互いに
共役になっている。また、照明光は、ケラー照明であ
り、投影レンズPLの瞳EP内の中心に光源像として結
像されている。尚、投影レンズPLは複数のレンズ等の
光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光光の
波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択される。
Exposure light transmitted through the pattern area PA of the reticle R is incident on, for example, both sides (or one side) of a telecentric projection lens PL and a wafer (substrate) W
It is projected on each shot area above. Here, the aberration of the projection lens PL is optimally corrected with respect to the wavelength of the exposure light, and the reticle R and the wafer W are conjugate to each other under the wavelength. The illumination light is Keller illumination, and is formed as a light source image at the center of the pupil EP of the projection lens PL. Note that the projection lens PL has an optical element such as a plurality of lenses, and the glass material of the optical element is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the exposure light.

【0018】ウェハWはウェハホルダー8を介してウェ
ハステージ9上に載置されている。ウェハホルダ8上に
は、ベースライン計測等で使用する基準マーク10が設
けられている。ウェハステージ9は、投影レンズPLの
光軸AXに垂直な面内でウェハWを2次元的に位置決め
するXYステージ、投影レンズPLの光軸AXに平行な
方向(Z方向)にウェハWを位置決めするZステージ、
ウェハWを微小回転させるステージ、及びZ軸に対する
角度を変化させてXY平面に対するウェハWの傾きを調
整するステージ等より構成されている。
The wafer W is mounted on a wafer stage 9 via a wafer holder 8. On the wafer holder 8, a reference mark 10 used for baseline measurement or the like is provided. An XY stage for two-dimensionally positioning the wafer W in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection lens PL, and positioning the wafer W in a direction (Z direction) parallel to the optical axis AX of the projection lens PL. Z stage,
It comprises a stage for slightly rotating the wafer W, a stage for adjusting the inclination of the wafer W with respect to the XY plane by changing the angle with respect to the Z axis, and the like.

【0019】ウェハステージ9の上面の一端にはL字型
の移動ミラー11が取り付けられ、移動ミラー11の鏡
面に対向した位置にレーザ干渉計12が配置されてい
る。図1では簡略化して図示しているが、移動鏡11は
X軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びY軸に垂直な反
射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ
干渉計12は、X軸に沿って移動鏡11にレーザビーム
を照射する2個のX軸用のレーザ干渉計及びY軸に沿っ
て移動鏡11にレーザビームを照射するY軸用のレーザ
干渉計より構成され、X軸用の1個のレーザ干渉計及び
Y軸用の1個のレーザ干渉計により、ウェハステージ9
のX座標及びY座標が計測される。また、X軸用の2個
のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ9
のXY平面内における回転角が計測される。
An L-shaped movable mirror 11 is attached to one end of the upper surface of the wafer stage 9, and a laser interferometer 12 is arranged at a position facing the mirror surface of the movable mirror 11. Although shown in a simplified manner in FIG. 1, the movable mirror 11 includes a plane mirror having a reflection surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a reflection surface perpendicular to the Y axis. The laser interferometer 12 has two X-axis laser interferometers that irradiate the movable mirror 11 with a laser beam along the X-axis and a Y-axis laser that irradiates the movable mirror 11 with a laser beam along the Y-axis. The wafer stage 9 is constituted by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis.
Are measured. Further, the difference between the measured values of the two laser interferometers for the X axis causes the wafer stage 9
Is measured in the XY plane.

【0020】レーザ干渉計12により計測されたX座
標、Y座標、及び回転角を示す位置計測信号はステージ
制御ユニット13に供給される。ステージ制御ユニット
13は、アライメント制御ユニット15の制御の下、こ
の位置計測信号に応じて駆動系14を介してウェハステ
ージ9の位置を制御する。また、位置計測情報はアライ
メント制御ユニット15へ出力される。アライメント制
御ユニット15は、供給された位置計測信号をモニタし
つつウェハステージ9の位置を制御する制御信号をステ
ージ制御ユニット13へ出力する。
A position measurement signal indicating the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 12 is supplied to the stage control unit 13. The stage control unit 13 controls the position of the wafer stage 9 via the drive system 14 according to the position measurement signal under the control of the alignment control unit 15. The position measurement information is output to the alignment control unit 15. The alignment control unit 15 outputs a control signal for controlling the position of the wafer stage 9 to the stage control unit 13 while monitoring the supplied position measurement signal.

【0021】本実施形態の露光装置は、レーザ光源1
6、ビーム整形光学系17、ミラー18、レンズ系1
9、ミラー20、ビームスプリッタ21、対物レンズ2
2、ミラー23、受光素子24、及び投影レンズPLを
構成部材とするTTL方式のアライメント光学系を備え
る。レーザ光源16は、例えばHe−Neレーザ等の光
源であり、赤色光(例えば波長632.8nm)であっ
てウェハW上に得されたフォトレジストに対して非感光
性のレーザビームLBを出射する。尚、本実施形態で
は、レーザ光源16を、TTL方式のアライメント光学
系が有するレーザ光源16と共用にしている。レーザ光
源16から出射されたレーザビームLBは、シリンドリ
カルレンズ等を含むビーム整形光学系17を透過し、ミ
ラー18、レンズ系19、ミラー20、ビームスプリッ
タ21を介して対物レンズ22に入射する。対物レンズ
22を透過したレーザビームLBは、レチクルRの下方
であってXY平面に対して斜め方向に設けられたミラー
23で反射され、投影レンズPLの視野の周辺に光軸A
Xと平行に入射され、投影レンズPLの瞳EPの中心を
通ってウェハWを垂直に照射する。
The exposure apparatus according to this embodiment includes a laser light source 1
6, beam shaping optical system 17, mirror 18, lens system 1
9, mirror 20, beam splitter 21, objective lens 2
2, a TTL type alignment optical system including the mirror 23, the light receiving element 24, and the projection lens PL as constituent members. The laser light source 16 is a light source such as a He-Ne laser, for example, and emits a non-photosensitive laser beam LB which is red light (for example, 632.8 nm in wavelength) and is non-photosensitive to the photoresist obtained on the wafer W. . In this embodiment, the laser light source 16 is shared with the laser light source 16 included in the TTL alignment optical system. The laser beam LB emitted from the laser light source 16 passes through a beam shaping optical system 17 including a cylindrical lens and the like, and is incident on an objective lens 22 via a mirror 18, a lens system 19, a mirror 20, and a beam splitter 21. The laser beam LB transmitted through the objective lens 22 is reflected by a mirror 23 provided below the reticle R and obliquely with respect to the XY plane, and the optical axis A is positioned around the field of view of the projection lens PL.
The light is incident parallel to X and irradiates the wafer W vertically through the center of the pupil EP of the projection lens PL.

【0022】ここで、レーザビームLBは、ビーム整形
光学系17の働きで対物レンズ22と投影レンズPLと
の間の光路中の空間にスリット状のスポット光となって
集光している。そして、投影レンズPLは、このスポッ
ト光をウェハW上にスポットとして再結像する。また、
ミラー23は、レチクルRのパターン領域PAの周辺よ
りも外側で、かつ投影レンズPLの視野内にあるように
固定される。従って、ウェハW上に形成されるスリット
状のスポット光は、パターン領域PAの投影像の外側に
位置する。
Here, the laser beam LB is condensed as slit-shaped spot light in a space in the optical path between the objective lens 22 and the projection lens PL by the function of the beam shaping optical system 17. Then, the projection lens PL re-images the spot light as a spot on the wafer W. Also,
The mirror 23 is fixed so as to be outside the periphery of the pattern area PA of the reticle R and within the field of view of the projection lens PL. Therefore, the slit-shaped spot light formed on the wafer W is located outside the projected image of the pattern area PA.

【0023】このスポット光によってウェハW上のマー
クを検出するには、ウェハステージ9をXY平面内にお
いてスポット光に対して水平移動させる。スポット光が
マークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱
光、回折光等が生じ、マークとスポット光SPの相対位
置により光量が変化していく。こうした光情報は、レー
ザビームLBの送光路に沿って逆進し、投影レンズP
L、ミラー23、対物レンズ22、及びビームスプリッ
タ21を介して、受光素子24に達する。受光素子24
の受光面は投影レンズPLの瞳EPとほぼ共役な瞳像面
に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域を
もち、散乱光や回折光のみを受光する。
In order to detect a mark on the wafer W using the spot light, the wafer stage 9 is moved horizontally with respect to the spot light in the XY plane. When the spot light relatively scans the mark, regular reflected light, scattered light, diffracted light, and the like are generated from the mark, and the light amount changes depending on the relative position between the mark and the spot light SP. Such optical information travels backward along the transmission path of the laser beam LB, and the projection lens P
The light reaches the light receiving element 24 via the L, the mirror 23, the objective lens 22, and the beam splitter 21. Light receiving element 24
Is arranged on a pupil image plane substantially conjugate to the pupil EP of the projection lens PL, has an insensitive area for specularly reflected light from the mark, and receives only scattered light and diffracted light.

【0024】受光素子24からの各光電信号はレーザ干
渉計12から出力される位置計測信号とともに、アライ
メント制御ユニット15に入力され、マーク位置の情報
が作られる。アライメント制御ユニット15は、前述し
たスポット光に対してウェハWに形成されたマークを走
査したときの受光素子24からの光電信号波形を位置計
測信号に基づいてサンプリングして記憶し、その波形を
解析することによってマークの中心がスポット光の中心
と一致したときのウェハステージ9の座標位置をマーク
位置の情報とする。
Each photoelectric signal from the light receiving element 24 is input to an alignment control unit 15 together with a position measurement signal output from the laser interferometer 12, and information on a mark position is created. The alignment control unit 15 samples and stores the photoelectric signal waveform from the light receiving element 24 when the mark formed on the wafer W is scanned with respect to the spot light based on the position measurement signal, and analyzes the waveform. As a result, the coordinate position of the wafer stage 9 when the center of the mark coincides with the center of the spot light is set as mark position information.

【0025】尚、図1に示した露光装置においては、T
TL方式のアライメント系(16,17,18,19,
20,21,22,23,24)は、1組しか示してい
ないが、紙面と直交する方向(Y軸方向)にもう1組が
設けられ、同様のスポット光が投影像面内に形成され
る。これら2つのスポット光の長手方向の延長線は光軸
AXに向かっている。
In the exposure apparatus shown in FIG.
TL type alignment system (16, 17, 18, 19,
20, 21, 22, 23, and 24) show only one set, but another set is provided in a direction (Y-axis direction) orthogonal to the paper surface, and a similar spotlight is formed in the projection image plane. You. Extension lines in the longitudinal direction of these two spot lights are directed to the optical axis AX.

【0026】また、本実施形態の露光装置は、本発明の
一実施形態による位置計測装置の一部をなすオフ・アク
シス方式のアライメントセンサ25を投影光学系PLの
側方に備える。このアライメントセンサ25は、FIA
(Field Image Alignment)方式及びLIA(Laser Int
erferometric Alignment)方式のアライメントセンサか
らなり、FIA方式のアライメントセンサへ照明光を供
給するハロゲンランプ26を備える。ここで、照明光の
光源としてハロゲンランプ26を用いるのは、ハロゲン
ランプ26から出射される照明光の波長域は500〜8
00nmであり、ウェハW上面に塗布されたフォトレジ
ストを感光しない波長域であるため、及び波長帯域が広
く、ウェハW表面における反射率の波長特性の影響を軽
減することができるためである。
Further, the exposure apparatus of the present embodiment includes an off-axis type alignment sensor 25 which is a part of the position measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, on the side of the projection optical system PL. This alignment sensor 25 is an FIA
(Field Image Alignment) method and LIA (Laser Int)
and a halogen lamp 26 for supplying illumination light to the FIA type alignment sensor. Here, the reason that the halogen lamp 26 is used as the light source of the illumination light is that the wavelength range of the illumination light emitted from the halogen lamp 26 is 500 to 8.
This is because the wavelength range is 00 nm, which is a wavelength range in which the photoresist applied to the upper surface of the wafer W is not exposed, and the wavelength range is wide, so that the influence of the wavelength characteristic of the reflectance on the surface of the wafer W can be reduced.

【0027】本発明の一実施形態による位置計測装置の
一部をなすアライメントセンサ25は、FIA方式のア
ライメントセンサ及びLIA方式のアライメントセンサ
を備え、対物光学系を各アライメントセンサに対して共
用するようにして、マークの位置情報の高精度化を図る
とともに、マークの位置情報に要する時間の短縮化を図
っている。図2は、本発明の一実施形態による位置計測
装置の一部をなすアライメントセンサ25の全体的な構
成を模式的に示す斜視図である。図2においてウェハW
上に形成されたマークからの反射光(散乱光、回折光も
含む)は、ミラーM1で反射されて対物レンズOBLに
入射した後、ビームスプリッタBS1で分割される。ビ
ームスプリッタBS1で反射された光は、上段部に配置
されたFIA方式のアライメントセンサ30に入射し、
CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子で撮像
され、画像信号に変換される。
The alignment sensor 25 which is a part of the position measuring device according to one embodiment of the present invention includes an FIA type alignment sensor and a LIA type alignment sensor, and shares an objective optical system with each alignment sensor. Thus, the accuracy of the mark position information is improved, and the time required for the mark position information is shortened. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the alignment sensor 25 forming a part of the position measuring device according to one embodiment of the present invention. In FIG. 2, the wafer W
The reflected light (including scattered light and diffracted light) from the mark formed above is reflected by the mirror M1, enters the objective lens OBL, and is split by the beam splitter BS1. The light reflected by the beam splitter BS1 is incident on the FIA type alignment sensor 30 disposed in the upper part,
An image is captured by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) and converted into an image signal.

【0028】一方、ビームスプリッタBS1を透過した
光は、下段部に配置されたLIA方式のアライメントセ
ンサ31に入射する。このLIA方式のアライメントセ
ンサ31についての詳細は後述するが、ウェハW上に形
成された回折格子状のマークに2本のレーザビームを対
称的に傾斜させて照射し、回折格子状のマークから同一
方向に発生する2つの回折光同志の干渉光を光電検出す
る方式であり、特開昭62−56818号公報、特開平
2−116116号公報等に示された技術と同じ原理に
基づくものである。従って、図2に示したLIA方式の
アライメントセンサ31の内部にはX軸方向検出用の2
本のレーザビームと、Y軸方向検出用の2本のレーザビ
ームとの計4本のビームを、対物レンズOBLを介して
所定の光学条件でウェハ上に投射するための送光系と、
X軸方向の回折格子マークからの干渉光とY軸方向の回
折格子マークからの干渉光とを個別に光電検出するため
の受光系とが設けられている。
On the other hand, the light transmitted through the beam splitter BS1 is incident on an LIA type alignment sensor 31 arranged at the lower stage. Although the details of the LIA type alignment sensor 31 will be described later, two laser beams are symmetrically inclined and applied to the diffraction grating-shaped mark formed on the wafer W, and the same is applied from the diffraction grating-shaped mark. This is a system for photoelectrically detecting interference light of two diffracted light beams generated in directions, and is based on the same principle as the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 62-56818 and Hei 2-116116. . Therefore, the inside of the LIA type alignment sensor 31 shown in FIG.
A light transmitting system for projecting a total of four beams, including two laser beams and two laser beams for Y-axis direction detection, onto a wafer under predetermined optical conditions via an objective lens OBL;
There is provided a light receiving system for separately photoelectrically detecting the interference light from the diffraction grating mark in the X-axis direction and the interference light from the diffraction grating mark in the Y-axis direction.

【0029】ここで、対物レンズOBLを介してFIA
方式のアライメントセンサ30及びLIA方式のアライ
メントセンサ31の夫々で検出されるウェハW上の観察
範囲の一例を図3を参照して説明する。図3は、FIA
方式のアライメントセンサ30及びLIA方式のアライ
メントセンサ31のウェハW上における観察範囲の一例
を示す図である。図3において符号IFが付された円形
の領域は対物レンズOBLのウェハW上での視野領域を
表わし、その中心点には対物レンズOBLの光軸AXa
が位置される。また図3では、この光軸Axaを原点と
して座標軸X、Yを設定してある。
Here, the FIA is passed through the objective lens OBL.
An example of the observation range on the wafer W detected by each of the alignment sensor 30 and the LIA alignment sensor 31 will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an observation range on a wafer W of a system alignment sensor 30 and an LIA system alignment sensor 31; In FIG. 3, a circular area denoted by a symbol IF represents a visual field area of the objective lens OBL on the wafer W, and a central point thereof has an optical axis AXa of the objective lens OBL.
Is located. In FIG. 3, coordinate axes X and Y are set with the optical axis Axa as the origin.

【0030】視野領域IF内には大きな矩形領域PF1
と、それよりも小さな矩形領域PF2とが仮想的に設定
される。矩形領域PF1と矩形領域PF2の各中心は、
いずれも光軸AXa上に配置され、FIA方式のアライ
メントセンサ30の内部に設けられた変倍光学系によっ
て矩形領域PF1を観察する場合と矩形領域PF2を観
察する場合とが切り替えられる。一方、LIA方式のア
ライメントセンサ31から出射されるX軸方向検出用の
2本のビームの交差領域(照射領域)ALX及びY軸方
向検出用の2本のビームの交差領域(照射領域)ALY
は、FIA方式のアライメントセンサ30用の矩形領域
PF1の内部、更には矩形領域PF2の内部に配置され
る。
A large rectangular area PF1 is included in the visual field area IF.
And a smaller rectangular area PF2 are virtually set. Each center of the rectangular area PF1 and the rectangular area PF2 is
Both are arranged on the optical axis AXa, and switching between the case of observing the rectangular area PF1 and the case of observing the rectangular area PF2 by the variable power optical system provided inside the FIA type alignment sensor 30 is performed. On the other hand, two beams two intersecting region (irradiation region) of the beam intersection region (irradiation region) AL X and Y-axis direction for detection of the X-axis direction detected emitted from the alignment sensor 31 of the LIA AL Y
Are arranged inside the rectangular area PF1 for the FIA type alignment sensor 30, and further inside the rectangular area PF2.

【0031】一般にウェハW上に形成されるマークは、
スクライブライン(幅100〜50μm程度)内に存在
することが多く、LIA方式のアライメントセンサ31
で検出されるX軸方向用、Y軸方向用の各回折格子状マ
ークも50〜80μm角程度の面積を有する。そのため
LIA方式のアライメントセンサ31による照射領域A
X、ALYの面積もそれと同程度の大きさに設定され
る。そして、FIA方式のアライメントセンサ30が低
倍(矩形領域PF1)に設定されているときに、回折格
子状マークを観測することにより、このマークの矩形領
域PF1内における大まかな位置を検出する。尚、FI
A方式のアライメントセンサ30による小さい観察領域
PF2は、FIA方式のアライメントセンサ30が備え
る撮像素子までの拡大倍率を高倍にしたときに得られる
ものであり、このときFIA方式のアライメントセンサ
30は、領域PF2内に存在するLIA方式のアライメ
ントセンサ31に対する回折格子状マークの画像信号を
用いてFIA方式のアライメントセンサ30内部の指標
パターンに対する位置ずれ量を検出することもできる。
Generally, marks formed on the wafer W are as follows:
It often exists within the scribe line (about 100 to 50 μm in width), and the LIA type alignment sensor 31
Each of the diffraction grating marks for the X-axis direction and the Y-axis direction, which are detected by the above, also have an area of about 50 to 80 μm square. Therefore, the irradiation area A by the LIA type alignment sensor 31
The areas of L X and AL Y are set to the same size. When the FIA type alignment sensor 30 is set to a low magnification (rectangular area PF1), the approximate position of the mark within the rectangular area PF1 is detected by observing the diffraction grating mark. In addition, FI
The small observation area PF2 obtained by the A-type alignment sensor 30 is obtained when the magnification factor up to the image sensor included in the FIA-type alignment sensor 30 is increased. At this time, the FIA-type alignment sensor 30 It is also possible to detect the amount of displacement with respect to the index pattern inside the FIA type alignment sensor 30 using the image signal of the diffraction grating mark for the LIA type alignment sensor 31 existing in the PF 2.

【0032】つまり、本実施形態においては、まずFI
A方式のアライメントセンサ30を用いてマークの位置
情報の計測を行うことによってマークの大まかな位置を
計測し、次にウェハWの移動を行わずに同一位置に配置
されたマークに対してLIA方式のアライメントセンサ
31を用いて位置情報の計測を行う。前述したように、
LIA方式のアライメントセンサ31では、ある位置に
配置されたマークの計測結果と、このマークに対してマ
ーク1ピッチ(例えば4〜8μm)分ずれた位置に配置
されたマークの計測結果とが同一となる。従って、FI
A方式のアライメントセンサ30の計測結果を用いて上
記1ピッチの誤差内でのマークの位置情報を、高精度で
検出されたLIA方式のアライメントセンサ31の計測
結果に反映させて正確なマークの位置情報を得る。
That is, in this embodiment, the FI
The approximate position of the mark is measured by measuring the position information of the mark using the alignment sensor 30 of the A method, and then the LIA method is performed on the mark arranged at the same position without moving the wafer W. The position information is measured using the alignment sensor 31 of FIG. As previously mentioned,
In the LIA type alignment sensor 31, the measurement result of the mark arranged at a certain position is the same as the measurement result of the mark arranged at a position shifted by one mark pitch (for example, 4 to 8 μm) with respect to this mark. Become. Therefore, FI
Using the measurement result of the A-type alignment sensor 30, the position information of the mark within the above-mentioned one-pitch error is reflected on the measurement result of the LIA-type alignment sensor 31 detected with high precision, and the accurate mark position is obtained. get information.

【0033】尚、対物レンズOBLはマーク観察時に僅
かなフォーカス誤差が発生したとしても正しいマーク位
置計測ができるように、テレセントリック対物光学系に
しておく。また、図3ではLIA方式のアライメントセ
ンサ31のY軸方向検出用の照射領域ALYとx方向検
出用の照射領域ALXとをY軸をはさんでX軸方向に並
べたが、X軸をはさんでY軸方向に並べてもよく、ある
いは領域PF2をはさんで左右(X軸方向)又は上下
(Y軸方向)に分けて配置してもよい。
The objective lens OBL is provided with a telecentric objective optical system so that correct mark position measurement can be performed even if a slight focus error occurs during mark observation. Although arranged in X-axis direction and irradiated region AL X for irradiation region AL Y and x-direction detection for detection along the Y-axis of the alignment sensor 31 of the LIA method in FIG. 3 across the Y-axis, X-axis May be arranged in the Y-axis direction, or the region PF2 may be arranged left and right (X-axis direction) or up and down (Y-axis direction).

【0034】ここで、LIA方式のアライメントセンサ
31で検出可能なマーク形状の一例を図4に示す。図4
は、ウェハW上にマトリック状に形成された複数のショ
ット領域SAのうちの1つと、それに付随して形成され
たLIA用マーク領域MLの配置を示す図である。ま
た、図4においては、マーク領域MLを拡大し、マーク
領域ML内に形成されたX軸方向用マークMLXとY軸
方向用マークMLYとを示してある。尚、マークMLX
MLYのマーク1ピッチは、例えば4〜8μmである。
FIG. 4 shows an example of a mark shape which can be detected by the LIA type alignment sensor 31. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of one of a plurality of shot areas SA formed in a matrix on a wafer W and an LIA mark area ML formed in association with the one shot area SA. In FIG. 4, the mark area ML is enlarged, and the X-axis direction mark ML X and the Y-axis direction mark ML Y formed in the mark area ML are shown. In addition, mark ML X ,
Mark 1 pitch of ML Y is, for example, 4-8 [mu] m.

【0035】マーク領域MLは通常、ショット領域SA
の外周のスクライブライン内に配置される。従って隣接
するショット領域に付随して形成されるマーク領域ML
との配置的な干渉をさけるため、図4では、各ショット
領域SA毎にX軸方向に伸びた一方のスクライブライン
中と、Y軸方向に伸びた一方のスクライブライン中との
夫々の中央にマーク領域MLを配置した。ただし、これ
はショット領域SAの中心点CSを通りX軸と平行な中
心線LLX上、及び中心点CSを通りY軸と平行な中心
線LLY上の夫々にマーク領域MLを配置する場合であ
って、これらの中心線LLX、LLYの夫々の上、又はそ
れらの中心線と平行な線上でショット領域SAをはさむ
対称的な位置の2ケ所にマーク領域MLを配置しなけれ
ば、1つのショット領域SAの4辺のスクライブライン
中の夫々にマーク領域MLを形成できる。尚、本実施形
態ではFIA方式のアライメントセンサ30によってマ
ークの位置情報を計測した後、LIA方式のアライメン
トセンサ31によってマーク位置情報を計測する前にウ
ェハWの移動を伴わずに両アライメントセンサでマーク
の位置情報を計測するようにしているため、図3に示し
た領域PF2はマーク領域MLを包含する大きさにする
必要がある。
The mark area ML is usually the shot area SA
Are arranged in a scribe line on the outer periphery of the Therefore, the mark area ML formed in association with the adjacent shot area
In FIG. 4, in order to avoid positional interference with the scribe line, the center of each of the one scribe line extending in the X-axis direction and the one scribe line extending in the Y-axis direction is provided for each shot area SA. The mark area ML is arranged. However, this is the case where the mark areas ML are arranged on the center line LL X passing through the center point CS of the shot area SA and parallel to the X axis and on the center line LL Y passing through the center point CS and parallel to the Y axis. If the mark areas ML are not arranged at two symmetrical positions sandwiching the shot area SA on each of the center lines LL X and LL Y or on a line parallel to the center lines, The mark area ML can be formed in each of the four scribe lines of one shot area SA. In the present embodiment, after the position information of the mark is measured by the alignment sensor 30 of the FIA method, before the position information of the mark is measured by the alignment sensor 31 of the LIA method, the mark is detected by both alignment sensors without moving the wafer W. Since the position information is measured, the area PF2 shown in FIG. 3 needs to be large enough to include the mark area ML.

【0036】次に、図5を参照してFIA方式のアライ
メントセンサ30の具体的な構成を説明する。図5は、
FIA方式のアライメントセンサ30の具体的な構成を
示す斜視図である。図5において、光ファイバ40aか
らはハロゲンランプ26(図1参照)からブロードバン
ド(帯域270nm以上)の照明光が射出され、この照
明光はコンデンサーレンズ41aを介してウェハ用照明
視野絞り板42aを均一な照度で照明する。照明視野絞
り板42aで制限された照明光はミラー43aで反射さ
れ、レンズ系44aを通ってビームスプリッタBS2に
入射する。このビームスプリッタBS2で反射によって
分割された光ファイバ40aからの照明光は、ミラーM
2で反射されてビームスプリッタBS1に入射する。そ
の後、照明光は対物レンズOBL、ミラーM1を介して
ウェハ上の所定領域(例えば図3中の領域PF1又はP
F2内)を照明する。このウェハ用の照明送光路におい
て、照明視野絞り板42aはレンズ系44aと対物レン
ズOBLとの合成系に関してウェハWと共役(結像関
係)になっている。従ってFIA方式のアライメントセ
ンサ30によるウェハに対する照明領域は照明視野絞り
板42aに形成された開口形状及び寸法で一義的に決ま
る。
Next, a specific configuration of the FIA type alignment sensor 30 will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a specific configuration of an FIA type alignment sensor 30. In FIG. 5, illumination light of a broad band (a band of 270 nm or more) is emitted from a halogen lamp 26 (see FIG. 1) from an optical fiber 40a, and the illumination light uniformly passes through an illumination field diaphragm plate 42a for a wafer via a condenser lens 41a. Illuminate with high illuminance The illumination light restricted by the illumination field stop plate 42a is reflected by the mirror 43a, and enters the beam splitter BS2 through the lens system 44a. The illumination light from the optical fiber 40a split by reflection at the beam splitter BS2 is reflected by a mirror M
The light is reflected by the beam splitter 2 and enters the beam splitter BS1. Thereafter, the illumination light passes through the objective lens OBL and the mirror M1 to a predetermined area on the wafer (for example, the area PF1 or P2 in FIG. 3).
F2) is illuminated. In the illumination light transmission path for the wafer, the illumination field stop plate 42a is conjugate with the wafer W with respect to the combined system of the lens system 44a and the objective lens OBL (image formation relationship). Therefore, the illumination area on the wafer by the FIA type alignment sensor 30 is uniquely determined by the shape and size of the opening formed in the illumination field stop plate 42a.

【0037】そして光ファイバ40aからの照明光によ
って照射されたウェハWからは反射光(正規反射光、散
乱光等)が発生し、この反射光はミラーM1、対物レン
ズOBL、ビームスプリッタBS1、ミラーM2を介し
てビームスプリッタBS2に達し、ここで反射光の一部
(約1/2)が検出光学系の方に進む。検出光学系はレ
ンズ系45、ミラー46、指標板47、撮像用のリレー
レンズ系48、52、ミラー49、及びビームスプリッ
タBS3で構成され、ビームスプリッタBS3はウェハ
Wからの反射光をX軸方向検出用の撮像素子53Xと、
Y軸方向検出用の撮像素子53Yとの夫々に分け、各撮
像素子53X、53Yの撮像面上にウェハW表面のパタ
ーンの像(マーク像)を形成する。
Then, reflected light (regular reflected light, scattered light, etc.) is generated from the wafer W irradiated by the illumination light from the optical fiber 40a, and the reflected light is reflected by the mirror M1, the objective lens OBL, the beam splitter BS1, and the mirror. The beam reaches the beam splitter BS2 via M2, where a part (about 2) of the reflected light travels to the detection optical system. The detection optical system includes a lens system 45, a mirror 46, an index plate 47, an imaging relay lens system 48, 52, a mirror 49, and a beam splitter BS3. The beam splitter BS3 converts reflected light from the wafer W in the X-axis direction. An image sensor 53X for detection;
An image (mark image) of the pattern on the surface of the wafer W is formed on the imaging surface of each of the imaging devices 53X and 53Y separately from the imaging device 53Y for detecting the Y-axis direction.

【0038】ここで指標板47は、対物レンズOBLと
レンズ系45との合成系に関してウェハWと共役に配置
され、さらに指標板47と各撮像素子53X、53Yと
はリレーレンズ系48、52に関して互いに共役に配置
される。その指標板47は透明板の上にクロム層等で指
標パターンを形成したものであり、ウェハW上のマーク
の像が形成される部分は透明部のままである。従って撮
像素子53X、53Yは指標板47の透明部に結像した
マークの空中像と、指標パターンの像とを同時に受光す
る。
Here, the index plate 47 is arranged conjugate with the wafer W with respect to the combined system of the objective lens OBL and the lens system 45, and the index plate 47 and each of the imaging devices 53X and 53Y are connected with the relay lens systems 48 and 52. They are arranged conjugate with each other. The index plate 47 is formed by forming an index pattern with a chromium layer or the like on a transparent plate, and a portion where a mark image on the wafer W is formed remains a transparent portion. Therefore, the imaging devices 53X and 53Y simultaneously receive the aerial image of the mark formed on the transparent portion of the index plate 47 and the image of the index pattern.

【0039】ところで、図3で示したように、FIA方
式のアライメントセンサ30には変倍機能が設けられて
いるが、図5に示した構成では指標板47と撮像素子5
3X、53Yとの間の結像光路中に変倍光学系51を挿
脱可能に設けることで、それに対応した。またリレー系
48、52の光路中には波長フィルタ(特定帯域をカッ
トするフィルタ)50も挿脱可能に設けられているが、
この波長フィルタ50はLIA方式のアライメントセン
サ31を使用したときにウェハWで反射してくる強いレ
ーザ光の波長成分をカットするためのものである。
As shown in FIG. 3, the FIA type alignment sensor 30 has a variable magnification function. However, in the configuration shown in FIG.
This was achieved by providing the variable power optical system 51 in the image forming optical path between 3X and 53Y so as to be insertable and removable. A wavelength filter (filter for cutting a specific band) 50 is also provided in the optical path of the relay systems 48 and 52 so as to be insertable and removable.
The wavelength filter 50 is for cutting the wavelength component of the strong laser light reflected on the wafer W when the LIA type alignment sensor 31 is used.

【0040】更に、図5に示した構成では、指標板47
を独立に照明するための照明系が設けられる。この照明
系は光ファイバ40b、コンデンサーレンズ41b、照
明視野絞り板42b、ミラー43b、及びレンズ系44
bで構成され、レンズ系44bから射出する照明光は、
ビームスプリッタBS2に関してウェハ照明光路と反対
側からビームスプリッタBS2に入射する。このため、
光ファイバ40bからの照明光はビームスプリッタBS
2で反射してレンズ系45、ミラー46を介して指標板
47に達する。この系で、絞り板42bはレンズ系44
b、45の合成系に関して指標板47と共役に配置さ
れ、光ファイバ40bは絞り板42bをケーラー照明す
る。
Further, in the configuration shown in FIG.
There is provided an illumination system for independently illuminating. The illumination system includes an optical fiber 40b, a condenser lens 41b, an illumination field stop plate 42b, a mirror 43b, and a lens system 44.
b, and the illumination light emitted from the lens system 44b is
With respect to the beam splitter BS2, the beam enters the beam splitter BS2 from the side opposite to the wafer illumination optical path. For this reason,
The illumination light from the optical fiber 40b is a beam splitter BS.
The light is reflected by 2 and reaches the index plate 47 via the lens system 45 and the mirror 46. In this system, the aperture plate 42b is a lens system 44
The optical fiber 40b illuminates the aperture plate 42b with Koehler illumination.

【0041】尚、光ファイバ40aの出射端側及び光フ
ァイバ40bの出射端側には光ファイバ40a,40b
からの光をそれぞれ遮光するシャッタ54a,54bが
設けられる。また、レンズ系45とミラー46との間に
は、シャッタ54cが設けられる。シャッタ54aは、
光ファイバ40aからの照明光がウェハW上を照明しな
いように遮光するものであり、シャッタ54bは、光フ
ァイバ40bからの光を遮光するものであり、シャッタ
54cは、対物レンズOBLを介して入射された光が、
撮像素子53X、53Yに入射するのを防止するために
設けられる。尚、波長フィルタ50によってLIA方式
のアライメントセンサ31を使用したときにウェハWで
反射してくる強いレーザ光の波長成分をカットしても良
く、LIA方式のアライメントセンサ31からレーザ光
が出射されている場合にはシャッタ54cを閉状態とし
てカットするようにしても良い。
The output ends of the optical fiber 40a and the optical fiber 40b are connected to the optical fibers 40a and 40b.
Shutters 54a and 54b are provided to block light from the camera. A shutter 54c is provided between the lens system 45 and the mirror 46. The shutter 54a
The shutter 54b shields the light from the optical fiber 40b so that the illumination light from the optical fiber 40a does not illuminate the wafer W. The shutter 54c blocks the light through the objective lens OBL. The light
It is provided to prevent the light from entering the imaging elements 53X and 53Y. When the LIA-type alignment sensor 31 is used by the wavelength filter 50, the wavelength component of the strong laser light reflected on the wafer W may be cut, and the laser light is emitted from the LIA-type alignment sensor 31. If it is, the shutter 54c may be closed to cut.

【0042】ここで各系の機能を明確にするため、ビー
ムスプリッタBS1よりもウェハW側の対物レンズOB
L、ミラーM1を共通対物光学系と呼び、ビームスプリ
ッタBS1からミラーM2、ビームスプリッタBS2、
レンズ系45、ミラー46、及び指標板47までの系を
FIA受光系と呼び、レンズ系48から撮像素子53
X、53Yまでの系をFIA検出系と呼び、光ファイバ
40aからビームスプリッタBS2までの系をウェハ照
明系と呼び、更に光ファイバ40bからビームスプリッ
タBS2までの系を指標照明系と呼ぶことにする。これ
ら共通対物光学系、FIA受光系、FIA検出系、ウェ
ハ照明系、指標照明系の夫々を構成する各光学レンズ
は、いずれも同軸に配置される。
Here, in order to clarify the function of each system, the objective lens OB on the wafer W side with respect to the beam splitter BS1
L, the mirror M1 is called a common objective optical system, and the mirror M2, the beam splitter BS2,
A system including the lens system 45, the mirror 46, and the index plate 47 is called an FIA light receiving system.
The system from X to 53Y is called an FIA detection system, the system from the optical fiber 40a to the beam splitter BS2 is called a wafer illumination system, and the system from the optical fiber 40b to the beam splitter BS2 is called an index illumination system. . Each optical lens constituting each of the common objective optical system, the FIA light receiving system, the FIA detection system, the wafer illumination system, and the index illumination system is coaxially arranged.

【0043】先に図3で説明したように、本実施形態に
おいては、撮像素子53X、53Yは小さな検出領域P
F2を観察するように高倍率に設定されたとき、指標板
47上の指標パターンとマーク(MLX、MLY)とを画
像解析してX軸方向及びY軸方向の各位置ずれを検出し
ている。しかしながら、図5に示したFIA方式のアラ
イメントセンサ30の構成の一部を変更して、大きな検
出領域PF1を観察するように低倍率に設定された場合
であっても検出領域PF1内に配置されたマーク(ML
X、MLY)を画像解析してX軸方向及びY軸方向の各位
置ずれを検出するようにしても良い。尚、後述する図1
3の説明におけるFIA方式のマーク位置情報の計測
は、検出領域PF1を観察する低倍率に設定されたとき
にマーク位置情報を検出するものである。
As described above with reference to FIG. 3, in the present embodiment, the image pickup devices 53X and 53Y have the small detection area P
When the magnification is set so as to observe F2, the index pattern on the index plate 47 and the marks (ML X , ML Y ) are image-analyzed to detect each positional shift in the X-axis direction and the Y-axis direction. ing. However, even when a part of the configuration of the FIA type alignment sensor 30 shown in FIG. 5 is changed and the magnification is set to be low so as to observe the large detection area PF1, the alignment sensor 30 is arranged in the detection area PF1. Mark (ML
X , ML Y ) may be image-analyzed to detect each displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction. In addition, FIG.
The measurement of the FIA mark position information in the description of 3 is for detecting the mark position information when the detection area PF1 is set to a low magnification for observation.

【0044】次に、指標板47上の指標パターンの配置
例を図6を参照して説明する。図6は、指標板47上の
指標パターンの配置例を示す図である。指標板47は、
透明ガラス板上にクロム層を蒸着してエッチングにより
指標パターンを形成したものであり、図6中で斜線部を
付した部分がクロム層による遮光部である。撮像素子5
3X,53YはそれぞれX軸方向、Y軸方向に水平走査
線が位置するように互いに90°回転した関係で配置さ
れるので、撮像面が正方形でない限り、図6に示すよう
に撮像素子53Xの撮像領域PF2Xと、撮像素子53
Yの撮像領域PF2Yとは完全には一致しない。また図
6中の大きな観察領域PF1は撮像素子53Xによるも
のである。
Next, an example of the arrangement of the index patterns on the index plate 47 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the index patterns on the index plate 47. The indicator plate 47 is
The chromium layer is deposited on a transparent glass plate and an index pattern is formed by etching. In FIG. 6, a shaded portion is a light shielding portion by the chrome layer. Image sensor 5
Since 3X and 53Y are arranged in a relationship rotated by 90 ° with respect to each other so that horizontal scanning lines are positioned in the X-axis direction and the Y-axis direction, unless the imaging surface is a square, as shown in FIG. and the imaging region PF2 X, the image pickup device 53
The image does not completely match the Y imaging region PF2Y. A large observation area PF1 in FIG. 6 is formed by the image sensor 53X.

【0045】さて、この指標板47上で、マークのX軸
方向の位置ずれ検出の基準は、X軸方向の離れた2ケ所
に形成された指標パターン部RX1、RX2であり、Y
軸方向の位置ずれ検出の基準はY軸方向に離れて形成さ
れた2ケ所の指標パターン部RY1、RY2である。そ
れぞれの指標パターン部RX1、RX2、RY1、RY
2は、いずれも同じ形状、寸法であり、かつそこには同
一形状の透明スリットパターンが形成されている。マー
クMLX、MLYの位置情報を計測する場合には、4ケ所
の指標パターン部RX1、RX2、RY1、RY2の内
側に、図4に示したマークMLX、MLYのマーク領域M
Lが位置するように、ウェハステージ9を位置決めして
から、撮像素子53X、53Yからの画像信号が解析さ
れる。
On the index plate 47, the reference for detecting the positional deviation of the mark in the X-axis direction is the index pattern portions RX1 and RX2 formed at two places separated in the X-axis direction.
The reference for detecting displacement in the axial direction is two index pattern portions RY1 and RY2 formed apart from each other in the Y-axis direction. Each index pattern part RX1, RX2, RY1, RY
2 have the same shape and dimensions, and a transparent slit pattern of the same shape is formed thereon. Mark ML X, when measuring the positional information of the ML Y is the index pattern of the X4 RX1, RX2, RY1, the inside of the RY2, marks shown in FIG. 4 ML X, ML Y of the mark regions M
After positioning the wafer stage 9 so that L is positioned, the image signals from the imaging elements 53X and 53Y are analyzed.

【0046】図7は、指標パターンRX1、RX2、R
Y1、RY2の各拡大図であり、マークMLX、MLY
配置例をあわせて示すものである。図7において、X軸
方向に水平走査線をもつ撮像素子53Xは全水平走査線
のうち特定部分のn(nは自然数)本の走査線による走
査領域KX内に位置する各パターン、マークに対して画
像解析を行なう。走査領域KX内の両側にはX軸方向用
の指標パターン部RX1、RX2の夫々に形成された3
本の透明スリットが、水平走査線と直交するように配置
される。ウェハ上のマークMLX、MLYは図7に示すよ
うに、指標パターン部RX1、RX2の間に位置するよ
うに設定される。ここで走査領域KXはX軸方向用のも
のであるので、マークとしてはX軸方向にピッチを有す
るマークMLXが使われる。この際、Y軸方向にピッチ
を有するマークMLYも走査領域KX内に位置するが、
このマークMLYに対応した画像信号波形は処理のとき
に無視される。同様に、Y軸方向に水平走査線をもつ撮
像素子53Yは、全走査線のうち特定部分のn本の走査
線による走査領域KY内に位置する指示パターン部RY
1、RY2の各透明スリットと、ウェハ上のマークML
Yとを画像解析する。
FIG. 7 shows index patterns RX1, RX2, R
Y1, a respective enlarged view of the RY2, is indicative together an example of the arrangement of marks ML X, ML Y. In FIG. 7, an image pickup device 53X having horizontal scanning lines in the X-axis direction applies to each pattern and mark located in a scanning area KX of n (n is a natural number) scanning lines in a specific portion of all the horizontal scanning lines. To perform image analysis. On both sides in the scanning area KX, three index patterns RX1 and RX2 formed in the X-axis direction are formed.
The transparent slits of the book are arranged so as to be orthogonal to the horizontal scanning lines. As shown in FIG. 7, the marks ML X and ML Y on the wafer are set so as to be located between the index pattern portions RX1 and RX2. Here, since the scanning area KX is for a X-axis direction, as the mark marks ML X having a pitch in the X-axis direction is used. At this time, the mark ML Y having a pitch in the Y-axis direction is also located in the scanning area KX,
Image signal waveform corresponding to the mark ML Y are ignored when the process. Similarly, the image sensor 53Y having a horizontal scanning line in the Y-axis direction has an instruction pattern portion RY located in a scanning area KY of n scanning lines in a specific portion of all the scanning lines.
1, RY2 transparent slit and mark ML on wafer
Image analysis of Y and

【0047】尚、画像信号を解析するコンピュータは、
各撮像素子の解析に必要な走査線のスタート点と終了点
との設定、解析すべき走査線の本数(最大n本)設定等
を予め決定している。また走査領域KXのX軸方向の位
置や、走査領域KYのY軸方向の位置は、ジョイスティ
ック等によって撮像素子53X、53Yの出力する画像
信号に基づいた表示画面をモニタしつつマニュアルにて
変更することもできる。そのためには表示画面上に走査
領域KX、KYの位置を表わすカーソル線、囲み枠線、
範囲指定用の矢印状表示パターン等に応じたビデオ信号
を作り出し、これを各撮像素子53X、53Yからの画
像信号とミキシングして表示するのがよい。このとき、
それらカーソル線、囲み枠線、矢印等はジョイスティッ
ク操作により表示画面内で任意の位置に移動する。
The computer for analyzing the image signal is
The setting of the start and end points of the scanning lines required for the analysis of each image sensor, the setting of the number of scanning lines to be analyzed (at most n), and the like are determined in advance. The position of the scanning region KX in the X-axis direction and the position of the scanning region KY in the Y-axis direction are manually changed while monitoring the display screen based on the image signals output from the imaging devices 53X and 53Y using a joystick or the like. You can also. To do so, a cursor line indicating the position of the scanning area KX, KY on the display screen, an enclosing frame line,
It is preferable to generate a video signal corresponding to an arrow-shaped display pattern or the like for specifying a range, mix this with an image signal from each of the imaging devices 53X and 53Y, and display it. At this time,
The cursor line, enclosing frame line, arrow, and the like are moved to an arbitrary position in the display screen by operating the joystick.

【0048】ところで、図5に示した系のうちのウェハ
照明系でウェハWを照明すると、そのままだと、ウェハ
W表面の反射率に依存した強度の反射光が指標パターン
部RX1、RX2、RY1、RY2に達し、その反射光
の一部が透明スリットを透過して撮像素子53X、53
Y上でスリット像となる。このため指標パターン部の下
のウェハ上に複雑なパターンがあったり、反射率が極め
て小さかったりすると、指標パターン部内のスリット像
のコントラストが低下し、画像信号に基づいた指標パタ
ーン(スリット)の位置計測精度が悪化することがあ
る。
By the way, when the wafer W is illuminated by the wafer illumination system of the system shown in FIG. , RY2, and a part of the reflected light passes through the transparent slit and passes through the image sensors 53X, 53
A slit image is formed on Y. For this reason, if there is a complicated pattern on the wafer below the index pattern portion or the reflectance is extremely small, the contrast of the slit image in the index pattern portion decreases, and the position of the index pattern (slit) based on the image signal Measurement accuracy may deteriorate.

【0049】そこで図5に示したように、指標照明系
(光ファイバ40b〜ビームスプリッタBS2までの
系)を設け、指標板47上の指標パターン部RX1、R
X2、RY1、RY2のみを別に照明するように、照明
視野絞り板42b上の対応する位置に開口部(透明部)
を設けるようにする。図8は、絞り板42b上での透明
部の配置例を示す図である。図8に示した透明部QX1
は指標パターン部RX1のみを照明し、透明部QX2、
QY1、QY2はそれぞれ指標パターン部RX2、RY
1、RY2のみを照明する。このとき各透明部QX1、
QX2、QY1、QY2はいずれも対応する指標パター
ン部の形状と相似であって、かつ指標パターン部よりも
若干小さい寸法になるように設定されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, an index illumination system (system from the optical fiber 40b to the beam splitter BS2) is provided, and index pattern portions RX1 and R2 on the index plate 47 are provided.
Opening portions (transparent portions) at corresponding positions on the illumination field stop plate 42b so as to separately illuminate only X2, RY1, and RY2.
Is provided. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the transparent portions on the aperture plate 42b. The transparent part QX1 shown in FIG.
Illuminates only the index pattern portion RX1, and the transparent portions QX2,
QY1 and QY2 are index pattern portions RX2 and RY, respectively.
1. Illuminate only RY2. At this time, each transparent part QX1,
Each of QX2, QY1, and QY2 is set to have a shape similar to the shape of the corresponding index pattern portion and slightly smaller than the index pattern portion.

【0050】一方、ウェハ照明系内の照明視野絞り42
aは、図3又は図6に示したように広い観察領域PF1
の全体を照明する必要があるので、領域PF1に合わせ
た単純な矩形開口(透明部)をもったものでよい。しか
しながら、指標パターン部RX1、RX2、RY1、R
Y2のスリット像のコントラストを一定にするために、
ウェハW表面からの反射光が指標パターン部に達しない
ようにすることが必要なときは、視野絞り21Aの透明
部上に、図8の透明部QX1、QX2、QY1、QY2
の各形状寸法とその配置とを同一にした遮光部を設ける
とよい。すなわち図8の絞り板42bと相補的な関係で
遮光部と透明部とを形成した絞り板にすればよい。
On the other hand, the illumination field stop 42 in the wafer illumination system
a is a wide observation area PF1 as shown in FIG. 3 or FIG.
Need to have a simple rectangular opening (transparent portion) adapted to the area PF1. However, the index pattern portions RX1, RX2, RY1, R
In order to make the contrast of the slit image of Y2 constant,
When it is necessary to prevent the reflected light from the surface of the wafer W from reaching the index pattern portion, the transparent portions QX1, QX2, QY1, QY2 of FIG.
It is preferable to provide a light-shielding portion having the same shape and size and the same arrangement. That is, an aperture plate having a light shielding portion and a transparent portion formed in a complementary relationship with the aperture plate 42b of FIG. 8 may be used.

【0051】図9は、マークMLX、MLYが図7に示し
た位置に配置された状態で、走査領域KX、KY内の一
本の走査線に対応して撮像素子53X、53Yが出力す
る画像信号の波形の一例を示す図であり、(a)は撮像
素子53Xの画像信号波形VFXを示し、(b)は撮像
素子53Yの画像信号波形VFYを示す。まずX軸方向
検出用の走査領域KX内には図7のように各パターン、
マークが位置するので、信号波形VFXには指標パター
ン部RX1内の3本の透明スリット像強度に対応した波
形部分VX1、マークMLYの解析格子が並ぶ方向に関す
る像強度に対応した波形部分VmY、マークMLXの解析
格子のピッチ方向に関する像強度に対応した波形部分V
mX、及び指標パターン部RX2内の3本のスリット像強
度に対応した波形部分VX2が時系列的に含まれる。同様
に信号波形VFYには、指標パターン部RY2内の3本
のスリット像に対応した波形部分VY2、マークMLY
解析格子のピッチ方向に関する像コントラストに対応し
た波形部分VmY、及び指標ピターン部RY1内の3本の
スリット像に対応した波形部分VY1が時系列的に含まれ
る。
FIG. 9 shows a state in which the marks ML X and ML Y are arranged at the positions shown in FIG. 7, and the image pickup devices 53X and 53Y output the signals corresponding to one scanning line in the scanning areas KX and KY. is a diagram showing an example of the waveform of the image signal to, (a) shows the image signal waveform VF X of the imaging device 53X, (b) shows an image signal waveform VF Y of the image sensor 53Y. First, in the scanning area KX for X-axis direction detection, as shown in FIG.
Since the mark is located, three waveform portion corresponding to the image intensity with respect to the direction in which the analysis grid lined transparent slit image intensity waveform portion corresponding to the V X1, the mark ML Y of the target pattern unit RX1 in the signal waveform VF X V mY , a waveform portion V corresponding to the image intensity in the pitch direction of the analysis grid of the mark ML X
mX, and a waveform portion V X2 corresponding to the slit image intensity of the three in the target pattern portion RX2 are included in the time series. The likewise signal waveform VF Y, 3 slits image waveform portion V Y2 corresponding to the mark ML Y waveform portion V mY corresponding to image contrast with respect to the pitch direction of the analysis grid in the target pattern portion RY2, and the index Waveform portions V Y1 corresponding to the three slit images in the pit turn portion RY1 are included in time series.

【0052】尚、マークMLXのピッチ方向(X軸方
向)に対応した波形部分VmX、マークMLYのピッチ方
向(Y軸方向)に対応した波形部分VmYは、図9に示し
たように多数のボトム点をもつ繰り返し波形になるが、
これは各マークのピッチ方向に繰り返し並ぶ格子のエッ
ジ位置で対物レンズOBLに戻らない反射光が発生して
ボトム点になるためである。ただし、マークの格子のエ
ッジ部の傾斜がなだらかだったり、マークの格子を形成
する材質の反射率が下地とくらべて極端に低かったり、
又は格子自体の線幅が小さかったりすると、マークの格
子位置でボトム点となることもある。原理的には、マー
ク格子の本数と同じ数のボトム点が得られているか、マ
ーク格子本数の約2倍の数のボトム点が得られているか
を波形処理上のアルゴリズムで判別するようにすれば、
マークMLX、MLYの形状、光学的な特徴に依存するこ
となく信号波形処理が可能である。尚、FIA方式のア
ライメントセンサ30の計測精度は悪くとも、マークM
X、MLYのマーク1ピッチ(例えば4〜8μm)より
も高い精度である。
The waveform portion V mx corresponding to the pitch direction (X-axis direction) of the mark ML X and the waveform portion V mY corresponding to the pitch direction (Y-axis direction) of the mark ML Y are as shown in FIG. Has a repetitive waveform with many bottom points,
This is because reflected light that does not return to the objective lens OBL is generated at the edge position of the grating that is repeatedly arranged in the pitch direction of each mark, and becomes the bottom point. However, the slope of the edge of the mark grid is gentle, the reflectance of the material forming the mark grid is extremely low compared to the base,
Alternatively, if the line width of the grid itself is small, it may be a bottom point at the grid position of the mark. In principle, an algorithm in the waveform processing should determine whether the same number of bottom points as the number of mark grids or the number of bottom points approximately twice as large as the number of mark grids is obtained. If
Signal waveform processing can be performed without depending on the shapes and optical characteristics of the marks ML X and ML Y. Note that even if the measurement accuracy of the FIA type alignment sensor 30 is poor, the mark M
L X, it is more accurate than ML Y mark 1 pitch (e.g., 4-8 [mu] m).

【0053】次に、図10を参照してLIA方式のアラ
イメントセンサ31の具体的な構成を説明する。図10
は、LIA方式のアライメントセンサ31の具体的な構
成を示す斜視図である。LIA方式のアライメントセン
サ31はオフ・アクシス・アライメント系のミラーM
1、対物レンズOBL及びビームスプリッタBS1から
なる共通対物光学系を介して、対物レンズOBLの視野
領域IF内に図3で示したようにレーザ光の交差照明領
域ALX、ALYを形成するものである。その照明領域A
X、ALYに対してレーザビームを送光するために、直
線偏光、又は円偏光のHe−Neのレーザ光源16を設
け、このレーザ光源16からのビームLBをシャッタ6
0を介してビームスプリッタBS8で2分割する。ビー
ムスプリッタBS8を透過したビームは適宜折り返しミ
ラーを介してヘテロダイン2光束化ユニット61Xに入
射する。
Next, a specific configuration of the LIA type alignment sensor 31 will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a specific configuration of an LIA type alignment sensor 31. The LIA type alignment sensor 31 is a mirror M of an off-axis alignment type.
1. Forming cross illumination areas AL X and AL Y of laser light as shown in FIG. 3 in a field area IF of the objective lens OBL via a common objective optical system including the objective lens OBL and the beam splitter BS1. It is. The lighting area A
L X, to sending a laser beam to AL Y, linearly polarized light, or a laser light source 16 of the circular polarization of the He-Ne is provided, the shutter beam LB from the laser light source 16 6
The beam is split into two by the beam splitter BS8 via the zero. The beam transmitted through the beam splitter BS8 enters the heterodyne two-beam unit 61X via a folding mirror as appropriate.

【0054】このヘテロダイン2光束化ユニット61X
内には入射ビームをさらに2つに分割し、分割された2
つのビームの夫々を、互いに異なる周波数分だけシフト
させる2つの周波数シフター(音響光学変調器)と、各
周波数シフターから出力される2本のビームを偏心合成
する合成系とを含んでいる。その合成系によって合成さ
れた2本のビームは、図10に示すようにLB1X、L
B2Xとなって系の光軸と平行に進み、レンズ系62X
に入射する。2本のビームLB1X、LB2Xはレンズ系
62Xの後側焦点面で所定の角度で交差し、その後側焦
点面に配置されたアパーチャ板63Xを一様に照射す
る。従ってアパーチャ板63X上には、2つのビームL
B1X、LB2Xの交差によって一次元の干渉縞が生成さ
れ、しかもヘテロダイン2光束化ユニット61X内の1
対の周波数シフターのドライブ周波数が互いに異なるこ
とから、その周波数の差に応じた速度で、一次元の干渉
縞はピッチ方向に流れている。
The heterodyne two-beam unit 61X
Inside, the incident beam is further divided into two,
It includes two frequency shifters (acousto-optic modulators) that shift each of the two beams by different frequencies, and a combining system that eccentrically combines the two beams output from each frequency shifter. Part two beams synthesized by synthesis system, LB1 as shown in FIG. 10 X, L
B2 X , which travels in parallel with the optical axis of the system, and the lens system 62X
Incident on. The two beams LB1 X and LB2 X intersect at a predetermined angle on the rear focal plane of the lens system 62X, and uniformly irradiate an aperture plate 63X disposed on the rear focal plane. Therefore, two beams L are provided on the aperture plate 63X.
A one-dimensional interference fringe is generated by the intersection of B1 X and LB2 X , and 1D in the heterodyne two-beam unit 61X.
Since the drive frequencies of the pair of frequency shifters are different from each other, the one-dimensional interference fringes flow in the pitch direction at a speed corresponding to the difference between the frequencies.

【0055】さてアパーチャ板63Xによって制限され
た2本のビームは、ビームスプリッタBS6で一部反射
され、レンズ系64X、ビームスプリッタBS4、BS
1を通って対物レンズOBLに入射し、ウェハ上の照射
領域ALXに達する。ここでアパーチャ板63Xに形成
されるアパーチャは、対物レンズOBLの視野領域IF
の中で、LIA方式のアライメントセンサ31による照
明領域ALXの位置と共役になるように配置されてい
る。
Now, the two beams limited by the aperture plate 63X are partially reflected by the beam splitter BS6, and the lens system 64X, the beam splitters BS4, BS
Through 1 enters the objective lens OBL, reaching the irradiation area AL X on the wafer. Here, the aperture formed in the aperture plate 63X corresponds to the field of view IF of the objective lens OBL.
Among are arranged such that the position conjugate with the illumination area AL X by the alignment sensor 31 of the LIA method.

【0056】さて、LIA方式のアライメントセンサ3
1による照明領域ALX内には、2本のビームLB1X
LB2XがX軸方向に関して対称的に傾いて入射してい
るので、ウェハ上でも一次元の干渉縞がX軸方向に流れ
ている。このため照明領域ALX内にX軸方向アライメ
ント用のマークMLXが存在したものとすると、マーク
MLXのピッチ寸法Pgと干渉縞のピッチ寸法Piとを
所定の比(例えばPg/Pi=2)に設定すると、マー
クMLXから垂直方向に進む±1次回折光が発生する。
その+1次回折光は例えばレーザビームLB1Xの照射
によって得られたものであり、−1次回折光はレーザビ
ームLB2Xの照射によって得られたものである。この
2つの±1次回折光は偏向方向が同一なので互いに干渉
するとともに、2つの周波数シフターによる周波数の
差、すなわちビート周波数で周期的に干渉強度が変化し
ている。そこでマークMLXから垂直に発生する±1次
回折光を干渉ビート光と呼ぶ。
Now, the LIA type alignment sensor 3
In the illumination area AL X by 1, two beams LB1 X,
Since LB2 X is incident symmetrically inclined with respect to the X-axis direction, one-dimensional interference fringes also flow on the wafer in the X-axis direction. For this reason, assuming that the mark ML X for alignment in the X-axis direction is present in the illumination area AL X , the pitch dimension Pg of the mark ML X and the pitch dimension Pi of the interference fringe are determined by a predetermined ratio (for example, Pg / Pi = 2). If set to), ± 1-order diffracted light is generated proceeding from the mark ML X in the vertical direction.
Its first order diffracted light is one obtained by the irradiation of, for example, a laser beam LB1 X, -1 order diffracted light is obtained by irradiation of the laser beam LB2 X. Since the two ± first-order diffracted lights have the same deflection direction, they interfere with each other, and the interference intensity changes periodically at the frequency difference between the two frequency shifters, that is, at the beat frequency. So call the ± 1-order diffracted light generated vertically from the mark ML X and the interference beat light.

【0057】この干渉ビート光はミラーM1、対物レン
ズOBL、ビームスプリッタBS1、BS4、レンズ系
64Xを通ってビームスプリッタBS6に達し、ここで
分割されて受光用アパーチャ板65Xに達する。受光用
アパーチャ板65Xは、レンズ系64Xと対物レンズO
BLとの合成系に関してウェハWと共役(結像関係)に
配置され、ウェハW上の照明領域ALXからの反射光
(干渉ビート光)のみを透過するような開口を有する。
アパーチャ板65Xを通った干渉ビート光はミラー66
X、レンズ系67Xを介して光電センサ68Xに達す
る。この光電センサ68Xの受光面はレンズ系67Xに
よるフーリエ変換面と一致するように配置される。同時
に光電センサ68Xの受光面は対物レンズOBLとレン
ズ系64Xとの間に存在する瞳面(絞り位置、又はウェ
ハ面に対してフーリエ変換の関係にある面)とも共役に
なっている。
The interference beat light passes through the mirror M1, the objective lens OBL, the beam splitters BS1 and BS4, and the lens system 64X, reaches the beam splitter BS6, is split there, and reaches the light receiving aperture plate 65X. The light receiving aperture plate 65X includes a lens system 64X and an objective lens O.
For the synthesis system of the BL is disposed on the wafer W and the conjugate (imaging relationship), has an opening so as to transmit only the reflection light from the illumination area AL X on the wafer W (the interference beat light).
The interference beat light passing through the aperture plate 65X is reflected by the mirror 66.
X reaches the photoelectric sensor 68X via the lens system 67X. The light receiving surface of the photoelectric sensor 68X is arranged so as to coincide with the Fourier transform surface of the lens system 67X. At the same time, the light receiving surface of the photoelectric sensor 68X is also conjugate with a pupil plane (a diaphragm position or a plane having a Fourier transform relationship with respect to the wafer plane) existing between the objective lens OBL and the lens system 64X.

【0058】一方、Y軸方向用のLIA方式のアライメ
ントセンサ31は、レーザ光源16からのレーザ光のう
ちビームスプリッタBS8で分割された他方のレーザ光
を入射して、互いに周波数が異なる2本のビームLB1
Y、LB2Yを射出するヘテロダイン2光束化ユニット4
1Y、2本のビームLB1Y、LB2Yをそれぞれ平行光
束にしてアパーチャ板63Y上で交差させるレンズ系6
2Y、送受光系を分割するビームスプリッタBS5、レ
ンズ系64Y、受光用アパーチャ板65Y、ミラー66
Y、フーリエ変換用のレンズ系67Y、及び光電センサ
68Yで構成され、各部材の光学的な配置と機能はX軸
方向用のLIA方式のアライメントセンサ31と全く同
一である。
On the other hand, the LIA type alignment sensor 31 for the Y-axis direction receives the other one of the laser beams split by the beam splitter BS8 out of the laser beams from the laser light source 16, and the two laser beams having different frequencies from each other. Beam LB1
Y , LB2 Heterodyne 2 beam forming unit 4 for emitting Y
A lens system 6 for converting the 1Y and the two beams LB1 Y and LB2 Y into parallel light beams and intersecting them on the aperture plate 63Y.
2Y, a beam splitter BS5 for dividing a light transmitting / receiving system, a lens system 64Y, a light receiving aperture plate 65Y, a mirror 66
It is composed of a lens system 67Y for Y and Fourier transform, and a photoelectric sensor 68Y. The optical arrangement and function of each member are exactly the same as those of the LIA alignment sensor 31 for the X-axis direction.

【0059】ただし、X軸方向用LIA方式のアライメ
ントセンサ31と異る点は、ウェハ上で交差する2本の
ビームLB1Y、LB2YをY軸方向に対称的に傾ける必
要があることから、ヘテロダイン2光束化ユニット61
YをX軸方向用LIA方式のアライメントセンサ31の
ヘテロダイン2光束化ユニット61Xに対して90°回
転させて配置すること、ウェハW上のY軸方向用のマー
クMLYを照明領域ALY内で検出するように、各アパー
チャ板63Y、65Yの各開口を、ウェハW上の照明領
域ALYと互いに共役な部分に設けることである。
However, the difference from the X-axis direction LIA type alignment sensor 31 is that two beams LB1 Y and LB2 Y crossing on the wafer must be symmetrically inclined in the Y-axis direction. Heterodyne two-beam unit 61
Y placing rotated 90 ° to the heterodyne two luminous flux unit 61X of the alignment sensor 31 of the LIA system for the X-axis direction, the mark ML Y for Y-axis direction on the wafer W within the illumination area AL Y to detect, each aperture plate 63Y, the respective openings of 65Y, is to provide a mutually conjugate portion and the illumination region AL Y on the wafer W.

【0060】ところでヘテロダイン方式の場合、マーク
から発生した干渉ビート光はビート周波数で正弦波状に
強度変化し、光電センサ68X、68Yの各出力信号
が、正弦波状の交流信号(ビート周波数)となっている
ので、その出力信号のみからマークMLX、MLYの位置
ずれを知ることはできない。そこで図10のようにビー
ムスプリッタBS4の残りの一面側に、基準信号作成系
を設ける。図10に示したビームスプリッタBS4のス
プリット方向からも明らかなように、レンズ系64Xを
通ってきた2本の送光ビームLB1X、LB1Yはその一
部(1/2)がビームスプリッタBS4を直進してレン
ズ系70に入射する。
In the case of the heterodyne system, the intensity of the interference beat light generated from the mark changes sinusoidally at the beat frequency, and the output signals of the photoelectric sensors 68X and 68Y become sinusoidal AC signals (beat frequencies). Therefore, it is not possible to know the displacement of the marks ML X and ML Y from only the output signal. Therefore, as shown in FIG. 10, a reference signal generation system is provided on the remaining one surface of the beam splitter BS4. As is clear from the split direction of the beam splitter BS4 shown in FIG. 10, two of the light transmission beams LB1 X and LB1 Y that have passed through the lens system 64X have a part (を) of the light transmitted by the beam splitter BS4. The light goes straight and enters the lens system 70.

【0061】レンズ系70からの2本のビームLB
X、LB2Xは、ミラー71、ビームスプリッタBS
7、又はミラー72を介して透過型回折格子板73X、
73Yの夫々の上で交差し、そこに一次元に流れる干渉
縞を作成する。その格子板73Xは、レンズ系70、6
4Xに関して送光用のアパーチャ板63Xと共役に配置
され、送光用のアパーチャ板63X上の開口部と対応し
た部分のみに透過型回折格子(マークMLXと相似)が
形成されている。そこで格子板73X上の回折格子のピ
ッチをX軸方向にして干渉縞の方向と一致させておく
と、格子板73X上の格子からはビート周波数で振幅変
調された干渉ビート光が発生し、それをフーリエ変換用
のレンズ系74Xを介して光電センサ75Xで受光する
ことによって、X軸方向用LIA方式のアライメントセ
ンサ31のための基準信号(ビート周波数の正弦波状の
交流)が作られる。
Two beams LB from the lens system 70
1 X and LB 2 X are a mirror 71 and a beam splitter BS.
7, or a transmission diffraction grating plate 73X via a mirror 72,
The interference fringes intersect on each of the 73Ys and create a one-dimensionally flowing interference pattern there. The lattice plate 73X includes the lens systems 70 and 6
Disposed aperture plate 63X and conjugate for optical transmission with respect to 4X, only the portion corresponding to the opening of the aperture plate 63X for sending light to the transmission type diffraction grating (similar to the mark ML X) is formed. Therefore, if the pitch of the diffraction grating on the grating plate 73X is set in the X-axis direction to match the direction of the interference fringes, the grating on the grating plate 73X generates interference beat light whose amplitude is modulated at the beat frequency. Is received by the photoelectric sensor 75X through the lens system 74X for Fourier transform, thereby generating a reference signal (sine wave alternating current of beat frequency) for the X-axis direction LIA type alignment sensor 31.

【0062】尚、格子板73X上には、Y軸方向用のL
IA方式のアライメントセンサ31からの2本のビーム
LB1Y、LB2Yの一部が同時に交差していることにな
るが、格子板73上でビームLB1Y、LB2Yが交差す
る投射領域内は単なる遮光部(平面)なので、直ちにカ
ットされてしまう。Y軸方向用LIA方式のアライメン
トセンサ31の基準信号作成系も同様の部材で構成さ
れ、ビームスプリッタBS7を透過したビームLB
Y、LB2YはY軸方向にピッチを有する透過型回折格
子板73Y上の格子部分で交差し、その格子部分から発
生する干渉ビート光がフーリエ変換用のレンズ系74Y
を介して光電センサ75Yで受光される。ここでも格子
板73Y上にはX軸方向用の2本のビームLB1X、L
B2Xが交差するが、その部分は単なる遮光部となって
いるため、ただちにカットされ、Y軸方向用の基準信号
の作成にノイズとなることが防止される。
The L plate for the Y-axis direction is provided on the lattice plate 73X.
While some two beams LB1 Y, LB2 Y from the alignment sensor 31 of the IA system is that they intersect at the same time, the projection in cross areas of the beam LB1 Y, LB2 Y on the grid plate 73 is simply a Since it is a light shielding portion (flat surface), it is immediately cut. The reference signal generation system of the alignment sensor 31 of the LIA system for the Y-axis direction is also formed of the same member, and the beam LB transmitted through the beam splitter BS7.
1 Y and LB2 Y intersect at a grating portion on the transmission type diffraction grating plate 73Y having a pitch in the Y-axis direction, and interference beat light generated from the grating portion is converted into a Fourier transform lens system 74Y.
The light is received by the photoelectric sensor 75Y via the. Here also, the two beams LB1 X and L for the X-axis direction are provided on the lattice plate 73Y.
B2 X crosses, but since that portion is merely a light-shielding portion, it is immediately cut, thereby preventing the generation of a reference signal for the Y-axis direction from becoming noise.

【0063】以上のLIA方式のアライメントセンサ3
1の構成のうち、ヘテロダイン2光束化ユニット61
X、61Yは、例えば特開平2−231504号公報に
開示されたものがそのまま使える。次に、図10に示し
たFIA方式のアライメントセンサ31のビーム送光路
について説明する。図11(a)、(b)はLIA方式
のアライメントセンサ31のビーム送光路を模式的に示
した図であり、部分的に部材の配置を変更したり、説明
に不要な部材を省略したりしてある。図11(a)はア
ライメント系の光軸AXaとX軸とを含む面内での送光
路を示し、図11(b)は光軸AXaとY軸とを含む面
内での送光路を示す。
The above-described LIA type alignment sensor 3
1, the heterodyne two-beam unit 61
As X and 61Y, for example, those disclosed in JP-A-2-231504 can be used as they are. Next, the beam transmitting path of the FIA type alignment sensor 31 shown in FIG. 10 will be described. FIGS. 11A and 11B are diagrams schematically showing the beam transmission path of the LIA type alignment sensor 31. The arrangement of members is partially changed, and members unnecessary for description are omitted. I have. FIG. 11A shows a light transmission path in a plane including the optical axis AXa and the X axis of the alignment system, and FIG. 11B shows a light transmission path in a plane including the optical axis AXa and the Y axis. .

【0064】まず、Y軸方向用のLIA方式のアライメ
ントセンサ31では、送光用のアパーチャ板63Yに2
本のビーム(平行光束)LB1Y、LB2Yが図11
(b)の紙面内で対称的に傾斜して入射する。このアパ
ーチャ板63Yの矩形状開口を通った2本のビームLB
Y、LB2Yはレンズ系64Yを通って瞳面EPで集光
(実際はビームウェストになる)した後、対物レンズO
BLを介して再び2本の交差するビーム(平行光束)と
なってマークMLYを照明する。2本のビームLB1Y
LB2Yは図11(b)では瞳面EP上で光軸AXaを
Y軸方向に挟んだ対称的な位置にスポットとして一度集
光される。
First, in the LIA type alignment sensor 31 for the Y-axis direction, the light transmitting aperture plate 63Y is
The beams (parallel light beams) LB1 Y and LB2 Y are shown in FIG.
The incident light is symmetrically inclined in the plane of FIG. Two beams LB passing through a rectangular opening of the aperture plate 63Y
1 Y and LB2 Y pass through the lens system 64Y and are condensed on the pupil plane EP (actually become a beam waist), and then the objective lens O
It is a beam (parallel light flux) which again intersects the two via the BL illuminates the mark ML Y. Two beams LB1 Y ,
In FIG. 11B, LB2 Y is once focused as a spot on the pupil plane EP at a symmetrical position with the optical axis AXa sandwiched in the Y-axis direction.

【0065】しかしながら図11(a)の方向からみる
と、2本のビームLB1Y、LB2Yは瞳面EPの中央
(光軸AXaが通る点)でスポットとなって集光してい
るように見える。この種の2光束干渉方式のアライメン
ト系では、マークMLX、MLYの格子ピッチ方向、すな
わち計測方向に関しては2本のビームを対称的に傾ける
が、非計測方向(マークMLX、MLYのピッチ方向と直
交する方向)に関しては傾けない、すなわち対物レンズ
OBLとウェハWとの間では光軸AXaと平行にしてお
くのである。このことから、図11(a)、(b)によ
れば、マークML Yから垂直に発生する干渉ビート光も
平行光束となり、瞳面EP上の光軸AXaが通る点でス
ポットになって集光する。
However, viewing from the direction of FIG.
And two beams LB1Y, LB2YIs the center of the pupil plane EP
(The point where the optical axis AXa passes)
Looks like. This type of two-beam interference alignment
In the system, mark MLX, MLYGrid pitch direction
In other words, the two beams are symmetrically tilted in the measurement direction.
Is the non-measurement direction (mark MLX, MLYAnd pitch direction
(In the direction of intersection)
Between the OBL and the wafer W, make it parallel to the optical axis AXa.
It is a thing. From this, FIG. 11A and FIG.
Then, mark ML YInterference beat light generated vertically from
It becomes a parallel luminous flux, and the light beam passes through the optical axis AXa on the pupil plane EP.
Collect light in a pot.

【0066】同様にX軸方向用のLIA方式のアライメ
ントセンサ31では2本のビームLB1X、LB2Xが平
行光束となって所定の交差角で送光用のアパーチャ板6
3Xに入射する。このとき2本のビームLB1X、LB
XはマークMLXのピッチ方向に合わせて、図11
(a)の紙面内で対称的に傾いている。従ってマークM
Xから垂直に発生する干渉ビート光も対物レンズOB
Lまでは平行光束となって光軸AXaと平行に進み、瞳
面EP上では光軸AXaの通る点でスポットになって集
光する。
Similarly, the alignment of the LIA system for the X-axis direction
Sensor 31 has two beams LB1X, LB2XGadahira
Aperture plate 6 for transmitting light at a predetermined intersection angle as a row light beam
It is incident on 3X. At this time, two beams LB1X, LB
2XIs mark MLXAccording to the pitch direction of FIG.
It is symmetrically inclined in the plane of FIG. Therefore the mark M
L XFrom the objective lens OB
Up to L, the light beam becomes a parallel light beam and travels in parallel with the optical axis AXa.
On the surface EP, spots are collected at the point where the optical axis AXa passes.
Light.

【0067】このため、マークMLY、MLXの夫々から
の干渉ビート光を瞳面EPと共役な光電センサ68Y、
68Xで検出するときは、そのままでは両方の干渉ビー
ト光が混在してしまうので、ウェハWと共役な面に受光
用アパーチャ板65Y、65Xを配置し、両方の干渉ビ
ート光が像面内では分離していることを利用して択一的
に抽出するようにしている。
For this reason, the interference beat light from each of the marks ML Y and ML X is converted into a photoelectric sensor 68Y, which is conjugate with the pupil plane EP.
At the time of detection at 68X, both interference beat lights are mixed together as they are, so the light receiving aperture plates 65Y and 65X are arranged on a surface conjugate with the wafer W, and both interference beat lights are separated in the image plane. It uses the fact that it does, and extracts it alternatively.

【0068】図12は、FIA方式のアライメントセン
サ30、LIA方式のアライメントセンサ31の各信号
処理回路を模式的に示すブロック図である。この信号処
理回路は、図1に示したアライメント制御ユニット15
内に設けられる。図12において、FIA方式のアライ
メントセンサ30の撮像素子(CCD)53X、53Y
はそれぞれ独立した駆動制御回路80X、80Yによっ
て駆動され、コンポジットビデオ信号を出力する。この
ビデオ信号はそれぞれ同期分離回路81X、81Yに入
力し、水平同期信号HSと垂直同期信号VSとが抽出さ
れる。更に、同期分離回路81X、81Yの夫々から抽
出されたビデオ信号はプログラマブル・ゲイン・コント
ロール回路(ゲインコントローラ)82X、82Yによ
って所定のゲインで増幅された後、アナログ−ディジタ
ル変換器とメモリ(V−RAM)とを含むディジタル波
形記憶部83X、83Yに入力する。
FIG. 12 is a block diagram schematically showing each signal processing circuit of the FIA type alignment sensor 30 and the LIA type alignment sensor 31. This signal processing circuit includes the alignment control unit 15 shown in FIG.
Provided within. In FIG. 12, the imaging devices (CCD) 53X and 53Y of the FIA type alignment sensor 30 are shown.
Are driven by independent drive control circuits 80X and 80Y, and output composite video signals. The video signals are input to sync separation circuits 81X and 81Y, respectively, and a horizontal sync signal HS and a vertical sync signal VS are extracted. Further, the video signals extracted from each of the sync separation circuits 81X and 81Y are amplified at a predetermined gain by programmable gain control circuits (gain controllers) 82X and 82Y, and then converted to an analog-digital converter and a memory (V-to-V). RAM) and digital waveform storage units 83X and 83Y.

【0069】一方、同期分離回路81X、81Yの夫々
からの水平同期信号HS及び垂直同期信号VSはサンプ
リング・クロック生成回路84X、84Yに入力し、こ
こでディジタル波形記憶部83X、83Yに対するディ
ジタル変換やメモリアクセス等のタイミング・クロック
が生成される。このクロックは、例えばCCDの1本の
水平走査期間中に得られるビデオ信号を1024画素相
当分に分割するように定められ、記憶部83X、83Y
には、撮像画面内でn本の水平走査線分のビデオ波形が
取り込まれる。ここでは最大64本分のビデオ波形が記
憶できるものとする。また1画面内でのビデオ波形の取
り込み位置(水平走査線の垂直方向の位置)を指定する
ために、取り込み制御回路85が設けられ、ここでは水
平同期信号HS及び垂直同期信号VSに基づいて取り込
み開始点となる水平走査線がきたとき、生成回路84
X、84Yの夫々にタイミング・クロックを記憶部83
X、83Yへ出力するように指示する。その取り込み開
始点の指定は主制御回路86から送られてくるが、オペ
レータによる目視設定、又はビデオ波形を解析した自動
設定が可能である。
On the other hand, the horizontal synchronizing signal HS and the vertical synchronizing signal VS from each of the sync separation circuits 81X and 81Y are input to sampling clock generation circuits 84X and 84Y, where digital conversion to the digital waveform storage units 83X and 83Y is performed. A timing clock for memory access or the like is generated. This clock is determined so that, for example, a video signal obtained during one horizontal scanning period of the CCD is divided into 1024 pixels.
Captures video waveforms for n horizontal scanning lines in the imaging screen. Here, it is assumed that a maximum of 64 video waveforms can be stored. A capture control circuit 85 is provided to specify the capture position (the vertical position of the horizontal scanning line) of the video waveform in one screen. When a horizontal scanning line serving as a start point comes, the generation circuit 84
X and 84Y store timing clocks in the storage unit 83
X, 83Y. The designation of the capture start point is sent from the main control circuit 86, but can be visually set by an operator or automatically set by analyzing a video waveform.

【0070】ところで、撮像素子53X、53Yからの
コンポジットビデオ信号はビデオ・コントローラ87で
ミキシング(画面合成)され、テレビモニタ(例えば、
CRT)88にて表示される。このとき、画面表示上で
どのようにミキシングするかは主制御回路86からの指
示によって行なわれ、FIA方式のアライメントセンサ
30によるX軸方向マーク検出とY軸方向マーク検出と
を同時にモニタするときは、テレビ画面を2分割し、分
割された夫々に各方向のマーク検出時の画像を適当にト
リミング、又はシフトして表示する。また撮像素子53
X、53Yのいずれか一方の画像しか表示しないように
切り替えることもできる。さらに取り込み制御回路85
は主制御回路86から指定された取り込み開始点の位置
情報に基づいて、テレビモニタ88上にその位置を表わ
すカーソル線(又は矢印等)に対応したビデオ信号を作
り、これをビデオ・コントローラ87に送出してCCD
からのビデオ信号と合成する。
By the way, the composite video signals from the image pickup devices 53X and 53Y are mixed (composed on a screen) by the video controller 87, and a television monitor (for example,
(CRT) 88. At this time, how the mixing is performed on the screen display is performed according to an instruction from the main control circuit 86. When the X-axis direction mark detection and the Y-axis direction mark detection by the FIA type alignment sensor 30 are simultaneously monitored, The television screen is divided into two parts, and the image at the time of detecting the mark in each direction is appropriately trimmed or shifted for each of the divided parts and displayed. Also, the image sensor 53
It is also possible to switch so that only one of the images X and 53Y is displayed. Further, the capture control circuit 85
Generates a video signal corresponding to a cursor line (or an arrow or the like) indicating the position on the television monitor 88 based on the position information of the capture start point designated by the main control circuit 86, and sends the video signal to the video controller 87. Send CCD
And the video signal from.

【0071】さて、ディジタル波形記憶部83X、83
Yの夫々に記憶された各ビデオ波形は高速波形処理用の
プロセッサ89によって演算処理され、X軸方向に関す
るマークMLXの指標パターン中心に対する位置ずれ
量、Y軸方向に関するマークMLYの指標パターン中心
に対する位置ずれ量、即ちマークの検出情報が求められ
る。この検出情報は主制御回路86を介してアライメン
ト処理制御部90に送られる。FIA方式のアライメン
トセンサ30は、前述したようにマークMLX、MLY
大まかな位置を計測するために用いられるため、例えば
マークMLX、MLYのマーク1ピッチ(例えば4〜8μ
m)程度の検出精度である。詳細は後述するが、本実施
形態では低倍率状態におけるFIA方式のアライメント
センサ30によって検出された位置情報を、LIA方式
のアライメントセンサ31の検出情報に反映して最終的
な高精度の位置情報を算出している。
Now, the digital waveform storage units 83X, 83
Each video waveform stored in each of Y is processed by the high-speed waveform processing processor 89, and the amount of displacement of the mark ML X in the X-axis direction with respect to the center of the index pattern, and the center of the mark pattern in the Y-axis direction of the mark ML Y , That is, mark detection information. This detection information is sent to the alignment processing control unit 90 via the main control circuit 86. Alignment sensor 30 of the FIA method, the mark ML X as described above, because it is used to measure the rough position of ML Y, for example, marks ML X, ML Y mark 1 pitch (e.g. 4~8μ
m) detection accuracy. Although details will be described later, in the present embodiment, the position information detected by the FIA type alignment sensor 30 in the low magnification state is reflected on the detection information of the LIA type alignment sensor 31, and the final high precision position information is obtained. It has been calculated.

【0072】また、プロセッサ89は指標パターン中心
の位置(水平走査方向の位置)を個別に演算により算出
し、その結果を主制御回路86を介して取り込み制御回
路85へ送る。これによって制御回路85は、テレビモ
ニタ88上でマークMLX、又はMLYがアライメントさ
れるべき中心位置に対応したカーソル線のビデオ信号を
作り、ビデオ・コントローラ87へ送出する。これはテ
レビモニタ88を観察しながらウェハステージ9をマニ
ュアルで微動させて、マークMLX又はマークMLYを指
標パターンに対してアライメントするときに便利であ
る。もちろん指標板上に指標パターン中心を表わす線や
マーカーを付設しておいてもよいが、それらはマークM
X、MLYの上、又はその極近傍に配置しないと意味が
なく、しかも信号波形処理範囲内に存在させてはならな
いことから、そのマーカーの配置には自ずと制約が生じ
る。
The processor 89 individually calculates the position of the center of the index pattern (the position in the horizontal scanning direction) by calculation, fetches the result via the main control circuit 86, and sends it to the control circuit 85. Thereby, the control circuit 85 generates a video signal of a cursor line corresponding to the center position where the mark ML X or ML Y is to be aligned on the television monitor 88 and sends it to the video controller 87. This by fine movement of wafer stage 9 while observing the TV monitor 88 manually, which is useful for alignment marks ML X or mark ML Y relative target pattern. Of course, a line or marker indicating the center of the index pattern may be provided on the index plate,
L X, on the ML Y, or no meaning unless placed in its immediate vicinity, yet the fact that should not be present in the signal waveform processing range, naturally constraint occurs in the placement of the marker.

【0073】尚、アライメント処理制御部90は図1に
示したステージ制御ユニット13へウェハステージ9の
位置決め目標値を出力するが、これは、レーザ干渉計1
2にて計測されるステージ9の停止位置座標値を取り込
み、ステージ9が停止した状態でFIA方式のアライメ
ントセンサ30にて計測された位置ずれ量とそのときの
ステージ停止位置座標値とに基づいて演算によって求め
られる。
The alignment control section 90 outputs the target position value of the wafer stage 9 to the stage control unit 13 shown in FIG.
The coordinate value of the stop position of the stage 9 measured at 2 is taken in, and based on the positional deviation measured by the FIA alignment sensor 30 and the coordinate value of the stage stop position at that time when the stage 9 is stopped. It is obtained by calculation.

【0074】一方、LIA方式のアライメントセンサ3
1の信号処理系は、X軸方向の基準信号を出力する光電
センサ75Xと、マークMLXからの干渉ビート光の受
光によって計測信号を出力する光電センサ68Xとの両
信号を入力するディジタル波形記憶部91X、Y軸方向
用の光電センサ75Yからの基準信号とマークMLY
らの干渉ビート光を受光する光電センサ68Yの計測信
号とを入力するディジタル波形記憶部91Y、クロック
作成回路92、及び高速波形処理用プロセッサ93とで
構成される。波形記憶部91X、91Yは、それぞれ基
準信号と計測信号とを個別にディジタル変換し、その波
形(いずれも正弦波状)をメモリ(RAM)内に所定周
期分だけ記憶する。波形記憶部91X、91Yでのディ
ジタル波形サンプリングのタイミングは、クロック作成
回路92からのパルスに応答して行なわれ、基準信号と
計測信号とのサンプリングは全く同一のタイミングで行
なわれる。
On the other hand, the LIA type alignment sensor 3
1 of the signal processing system is a digital waveform storage for inputting a photoelectric sensor 75X that outputs the reference signal in the X-axis direction, both signals of the photoelectric sensor 68X that outputs a measurement signal by the light receiving of the interference beat light from the mark ML X parts 91X, digital waveform storage section 91Y, a clock generating circuit 92 inputs the measurement signal of the photoelectric sensor 68Y that receives the interference beat light from the reference signal and the mark ML Y from the photoelectric sensor 75Y for Y-axis direction, and fast And a waveform processing processor 93. The waveform storage units 91X and 91Y individually convert the reference signal and the measurement signal into digital signals, respectively, and store the waveforms (both sinusoidal) in a memory (RAM) for a predetermined period. The timing of digital waveform sampling in the waveform storage units 91X and 91Y is performed in response to a pulse from the clock generation circuit 92, and the sampling of the reference signal and the measurement signal is performed at exactly the same timing.

【0075】ただし、X軸方向用の波形記憶部91Xと
Y軸方向用の波形記憶部91Yとの間でのサンプリング
開始は必ずしも一致している必要はない。そしてプロセ
ッサ93は各記憶部に記憶された基準信号波形と計測信
号波形とをフーリエ積分を用いてベクトル演算し、両波
形の位相差(±180°以内)を求める。LIA方式の
アライメントセンサ31では、ウェハW上に生成された
干渉縞のピッチPiに対してマークMLX、MLYのピッ
チPgを2倍にした場合において、算出された位相差±
Δφはピッチ方向の位置ずれ量±ΔX(又は±ΔY)に
対して4・ΔX/Pg=Δφ/180(又は4・ΔY/
Pg=Δφ/180)の関係にある。このことから、プ
ロセッサ93は位相差±Δφを求めると直ちに位置ずれ
量ΔX、ΔYを算出して、それをアライメント処理制御
部90へ検出情報として送出する。
However, the start of sampling in the waveform storage unit 91X for the X-axis direction and the start of sampling in the waveform storage unit 91Y for the Y-axis direction do not necessarily have to coincide. Then, the processor 93 performs a vector operation on the reference signal waveform and the measurement signal waveform stored in each storage unit using Fourier integration to obtain a phase difference (within ± 180 °) between the two waveforms. In the alignment sensor 31 of the LIA method, in the case of doubling the pitch Pg of the marks ML X, ML Y relative pitch Pi of the interference pattern produced on the wafer W, the calculated phase difference ±
Δφ is 4 · ΔX / Pg = Δφ / 180 (or 4 · ΔY /) with respect to the positional deviation amount ± ΔX (or ± ΔY) in the pitch direction.
Pg = Δφ / 180). From this, the processor 93 immediately calculates the positional deviation amounts ΔX and ΔY as soon as the phase difference ± Δφ is obtained, and sends it to the alignment processing control unit 90 as detection information.

【0076】次に、以上で説明したFIA方式のアライ
メントセンサ30とLIA方式のアライメントセンサ3
1を用いて、高い精度で位置情報を計測する場合の処理
について説明する。図13は、本発明の一実施形態によ
る位置計測装置によってマークの位置情報を計測する際
の処理の概略を示すフローチャートである。マークの位
置情報を計測処理が開始されると、まず、図5中に示し
たFIA方式のアライメントセンサ30の観察光学系の
光路内から変倍光学系51を除外して低倍状態にし、撮
像素子53X(又は撮像素子53Y)による観察領域を
図3又は図6に示した矩形領域PF1とする。また、シ
ャッタ54a,54b、54cは何れも開状態に設定す
る。一方、LIA方式のアライメントセンサ31におい
ては、シャッタ60を閉状態として、レーザ光源16か
ら出射されを遮蔽してレーザ光がウェハW上の照明領域
ALX、ALYの夫々を照射しないようにする。
Next, the FIA alignment sensor 30 and the LIA alignment sensor 3 described above are used.
1 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart illustrating an outline of a process when measuring the position information of the mark by the position measuring device according to the embodiment of the present invention. When the measurement processing of the position information of the mark is started, first, the variable magnification optical system 51 is excluded from the optical path of the observation optical system of the FIA type alignment sensor 30 shown in FIG. The observation area by the element 53X (or the imaging element 53Y) is defined as a rectangular area PF1 shown in FIG. 3 or FIG. The shutters 54a, 54b, 54c are all set to the open state. On the other hand, in the LIA-type alignment sensor 31, the shutter 60 is closed to block the light emitted from the laser light source 16 so that the laser light does not irradiate each of the illumination areas AL X and AL Y on the wafer W. .

【0077】次に、図1中のアライメント制御ユニット
15は、ステージ制御ユニット13に対して制御信号を
出力して駆動系14を介してウェハステージ9を移動さ
せ、ウェハW上に形成された複数のマークMLX、MLY
の内、一対のMLX、MLYがFIA方式のアライメント
センサ30及びLIA方式のアライメントセンサ31の
観察視野内に配置する。このとき、アライメント制御ユ
ニット15は、図6に示したように、マークMLXが照
明領域ALXに、マークMLYが照明領域ALYに、それ
ぞれ配置されるように制御する(ステップS10)。
Next, the alignment control unit 15 shown in FIG. 1 outputs a control signal to the stage control unit 13 to move the wafer stage 9 via the drive system 14, Marks ML X , ML Y
Among them, a pair of ML X and ML Y are arranged within the observation field of view of the FIA type alignment sensor 30 and the LIA type alignment sensor 31. At this time, as shown in FIG. 6, the alignment control unit 15 controls so that the mark ML X is arranged in the illumination area AL X and the mark ML Y is arranged in the illumination area AL Y (step S10).

【0078】上記マークMLX、MLYが、アライメント
センサの視野内に配置されると、FIA方式のアライメ
ントセンサ30によってマークの位置情報を計測する処
理が行われる(ステップS12)。この処理では、図9
を用いて説明した撮像素子53X、53Yから出力され
る画像信号に対して、図12を用いて説明した処理を行
うことによりマークMLX、MLYの位置情報が計測され
る。計測された位置情報はプロセッサ89に入力され
る。ここで、前述したようにFIA方式のアライメント
センサ30は、マークMLX、MLYの大まかな位置を計
測するために用いられるため、例えばマークMLX、M
Yのマーク1ピッチ(例えば4〜8μm)程度の検出
精度である。
When the marks ML X and ML Y are arranged within the field of view of the alignment sensor, a process of measuring the position information of the mark by the FIA type alignment sensor 30 is performed (step S12). In this process, FIG.
Imaging device 53X which has been described with reference to, on the image signals output from the 53Y, mark ML X by performing the processing described with reference to FIG. 12, position information of the ML Y is measured. The measured position information is input to the processor 89. Here, as described above, since the FIA type alignment sensor 30 is used to measure the approximate position of the marks ML X , ML Y , for example, the marks ML X , M
Mark L Y is 1 pitch (e.g., 4-8 [mu] m) approximately in detection accuracy.

【0079】FIA方式のアライメントセンサ30での
計測が終了すると、次に、ウェハステージ9を移動させ
ずに、LIA方式のアライメントセンサ31でマークM
X、MLYの位置情報を計測する処理が行われる(ステ
ップS14)。ここで、図3を用いて説明したように、
LIA方式のアライメントセンサ31の照明領域ALX
及び照明領域ALYがFIA方式のアライメントセンサ
30の矩形領域PF1内に配置されているため、ウェハ
ステージ8の移動を伴わずとも両方式のアライメントセ
ンサで位置情報を計測することができる。
When the measurement by the FIA type alignment sensor 30 is completed, the mark M is then moved by the LIA type alignment sensor 31 without moving the wafer stage 9.
L X, the processing for measuring the position information of the ML Y is performed (step S14). Here, as described with reference to FIG.
Illumination area AL X of LIA type alignment sensor 31
And for illumination area AL Y is disposed in the rectangular area PF1 of the alignment sensor 30 of the FIA method, it is possible to measure the positional information in the alignment sensor of both systems even without movement of the wafer stage 8.

【0080】LIA方式のアライメントセンサ31を用
いてマークMLX、MLYの位置情報を計測するために
は、まず図5に示したFIA方式のアライメントセンサ
30に設けられたシャッタ54a、54b、54cを全
て閉状態に設定する。シャッター54aを閉状態にする
のは、光ファイバ40aから出射される光がウェハW上
を照明しないようにするためであり、シャッタ54cを
閉状態にするのは、ウェハWで反射された光が撮像素子
53X,53Yに入射するのを防止するためにである。
尚、シャッタ54cが閉状態となっているため、シャッ
タ54cは開状態及び閉状態の何れに設定されていても
良い。次に、図10に示したシャッタ60を開状態とし
て、レーザ光源16から出射されるレーザ光をヘテロダ
イン2光束化ユニット61X、61Y入射させて、レー
ザビームが照明領域ALX及び照明領域ALYを照明する
ようにする。そして、図10を用いて説明した検出原理
による検出が行われ、光電センサ68X、68Y、75
X、75Yからの出力信号に対して図12を用いて説明
した処理を行うことによりマークMLX、MLYの位置情
報が計測される。計測された位置情報はプロセッサ89
に入力される。
In order to measure the position information of the marks ML X and ML Y using the LIA type alignment sensor 31, first, the shutters 54a, 54b and 54c provided in the FIA type alignment sensor 30 shown in FIG. Are all set to the closed state. The shutter 54a is closed to prevent light emitted from the optical fiber 40a from illuminating the wafer W. The shutter 54c is closed to prevent light reflected by the wafer W from being reflected. This is to prevent the light from entering the imaging devices 53X and 53Y.
Incidentally, since the shutter 54c is in the closed state, the shutter 54c may be set to any of the open state and the closed state. Then, the shutter 60 shown in FIG. 10 as the open state, the laser beam heterodyne two luminous flux unit 61X to be emitted from the laser light source 16, thereby 61Y incident laser beam illumination area AL X and illumination area AL Y Make it illuminate. Then, detection based on the detection principle described with reference to FIG. 10 is performed, and the photoelectric sensors 68X, 68Y, 75
By performing the processing described with reference to FIG. 12 on the output signals from X and 75Y, the position information of the marks ML X and ML Y is measured. The measured position information is sent to the processor 89.
Is input to

【0081】FIA方式のアライメントセンサ30及び
LIA方式のアライメントセンサ31による計測処理が
終了すると、プロセッサ89によってFIA方式のアラ
イメントセンサ30の計測処理をLIA方式のアライメ
ントセンサ31による計測処理に反映させてマークML
X、MLYの位置情報を算出する処理が行われる(ステッ
プS16)。FIA方式のアライメントセンサ30によ
って計測された位置情報の精度はマーク1ピッチ(例え
ば4〜8μm)程度の検出精度であるが、マークM
X、MLYの大まかな位置を特定している性質の情報で
ある。一方、LIA方式のアライメントセンサ31によ
って計測された位置情報は高い精度を有するが、マーク
1ピッチ以上の位置ずれを計測することはできない。つ
まり、LIA方式のアライメントセンサ31は、ある位
置に配置されたマークの計測結果と、このマークに対し
てマーク1ピッチ(例えば4〜8μm)分ずれた位置に
配置されたマークの計測結果とが同一となる性質の情報
である。従って、ステップS16の処理では、FIA方
式の計測情報によってマーク1ピッチ以内の精度でマー
クMLX、MLYの位置を特定することにより、LIA方
式の計測情報の内、マークの位置情報の算出に当たって
使用すべき箇所を特定することによってLIA方式のア
ライメントセンサ31における位置情報を検出する際に
おける計測時間の短縮化を図るとともに、高い精度でマ
ークMLX、MLYの位置情報を算出している。
When the measurement processing by the FIA type alignment sensor 30 and the LIA type alignment sensor 31 is completed, the processor 89 reflects the measurement processing of the FIA type alignment sensor 30 on the measurement processing by the LIA type alignment sensor 31 and marks the marks. ML
X, the process of calculating the position information of ML Y is performed (step S16). The accuracy of the position information measured by the FIA type alignment sensor 30 is a detection accuracy of about one mark pitch (for example, 4 to 8 μm).
L X, is the information of the nature that identify a rough location of ML Y. On the other hand, although the positional information measured by the LIA type alignment sensor 31 has high accuracy, it cannot measure a positional deviation of one mark or more. That is, the LIA type alignment sensor 31 compares the measurement result of the mark arranged at a certain position with the measurement result of the mark arranged at a position shifted by one pitch (for example, 4 to 8 μm) of the mark with respect to this mark. Information of the same nature. Therefore, in the processing of step S16, the position of the marks ML X and ML Y is specified with an accuracy within one pitch of the mark based on the measurement information of the FIA method, thereby calculating the position information of the mark in the measurement information of the LIA method. By specifying the location to be used, the measurement time for detecting the position information in the LIA type alignment sensor 31 is reduced, and the position information of the marks ML X and ML Y is calculated with high accuracy.

【0082】ステップS16の処理が終了すると、位置
情報を計測すべきマークが残っているか否かが判断さ
れ、残っていると判断された場合、つまりステップS1
8の判断結果が「YES」である場合には、処理はステ
ップS10へ戻り、残っていないと判断された場合、つ
まりステップS18の判断結果が「NO」である場合に
は、処理は終了する。
When the processing of step S16 is completed, it is determined whether or not a mark for which position information is to be measured remains, and if it is determined that the mark remains, that is, step S1
If the determination result of step 8 is "YES", the process returns to step S10, and if it is determined that there is no remaining, that is, if the determination result of step S18 is "NO", the process ends. .

【0083】以上の処理によってマークの位置情報を計
測する処理は終了するが、以上の処理によって算出され
た位置情報に基づいて、例えばEGA法を用いてウェハ
W上に設定されたショット領域の位置を統計演算によっ
て求める。アライメント制御ユニット15の演算結果は
ステージ制御ユニット13へ出力され、ステージ制御ユ
ニット13は、この演算結果に基づいてウェハステージ
9を移動させてショット領域の1つを投影光学系PLの
露光の露光位置に合わせ込む。位置合わせが終了した
後、露光光をレチクルRに露光してレチクルRに形成さ
れたパターンの像をウェハW上に転写して露光処理を行
う。他のショット領域に対しても同様の露光処理を行っ
てウェハWに設定された全てのショット領域に対して露
光処理を行う。
The processing for measuring the position information of the mark is completed by the above processing. Based on the position information calculated by the above processing, the position of the shot area set on the wafer W by using, for example, the EGA method. Is calculated by statistical calculation. The calculation result of the alignment control unit 15 is output to the stage control unit 13, and the stage control unit 13 moves the wafer stage 9 based on the calculation result and shifts one of the shot areas to the exposure position of the exposure of the projection optical system PL. To fit. After the alignment is completed, exposure light is exposed on the reticle R, and an image of a pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W to perform exposure processing. The same exposure processing is performed on other shot areas, and exposure processing is performed on all shot areas set on the wafer W.

【0084】以上、本発明の一実施形態による位置計測
装置及び露光装置について説明したが、本発明は上記実
施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に設計の変
更が可能である。以上説明した実施形態においては、F
IA方式のアライメントセンサ30を用いてマークの位
置情報を計測する際に、低倍での計測を行う方がマーク
位置のずれ量の許容度が高くなるので観察領域を図3に
示した矩形領域PF1に設定していた。しかしながら、
プリアライメントの精度が良く、マーク設計値情報に従
ってウェハWを移動すれば、アライメントセンサ30の
観察領域内にマークをもってくることができるのであれ
ば、光路中に変倍光学系51を挿入して、図3中の矩形
領域PF2を観察領域として高倍とした状態で計測を行
っても良い。
As described above, the position measuring apparatus and the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and the design can be freely changed within the scope of the present invention. In the embodiment described above, F
When measuring the position information of the mark using the alignment sensor 30 of the IA method, the measurement area at a low magnification increases the tolerance of the shift amount of the mark position. It was set to PF1. However,
If the precision of the pre-alignment is good and the wafer W is moved according to the mark design value information and the mark can be brought into the observation area of the alignment sensor 30, the variable power optical system 51 is inserted into the optical path, The measurement may be performed with the rectangular area PF2 in FIG. 3 as the observation area at a high magnification.

【0085】また、上記実施形態では、FIA方式のア
ライメントセンサ30を用いて位置計測を行った後、L
IA方式のアライメントセンサ31を用いて位置情報の
計測を行っていた。しかしながら、例えばマークが低段
差であってFIA方式のアライメントセンサ30を用い
て高い精度で計測を行うには時間を要する場合等には、
まずLIA方式のアライメントセンサ31を用いて大ま
かな位置情報を得た後に、この位置情報を反映させてF
IA方式のアライメントセンサ30による位置情報の計
測を行うようにしても良い。
In the above embodiment, after the position is measured using the FIA type alignment sensor 30,
The position information is measured using the IA type alignment sensor 31. However, for example, when the mark is a low step and it takes time to perform measurement with high accuracy using the FIA type alignment sensor 30,
First, after rough position information is obtained by using the LIA type alignment sensor 31, F
The position information may be measured by the IA type alignment sensor 30.

【0086】尚、FIA方式のアライメントセンサ30
で前述した波長フィルタ50のみを挿入する場合にはテ
レビモニタ88上、即ち撮像素子53X、53Yの撮像
面上ではハレーションを起すことなく良好なコントラス
トでLIA方式のアライメントセンサ31のビーム照射
領域ALX、ALYが矩形領域PF2内で観察できる。L
IA方式のアライメントセンサ31のレーザ光源16が
He−Neであるとすると、その照射領域ALX、ALY
は赤色が強くなるので、撮像素子53X、53Y、テレ
ビモニタ88がいずれもカラーであるときは、モニタ画
面内で赤味が強くなって観察される。
The FIA type alignment sensor 30
When only the wavelength filter 50 described above is inserted, the beam irradiation area AL X of the LIA type alignment sensor 31 with good contrast on the television monitor 88, that is, on the imaging surfaces of the imaging elements 53X and 53Y without causing halation. , AL Y can be observed in the rectangular area PF2. L
Assuming that the laser light source 16 of the IA type alignment sensor 31 is He-Ne, the irradiation area AL X , AL Y
Is red, the red color becomes stronger in the monitor screen when the imaging elements 53X, 53Y and the television monitor 88 are all color.

【0087】この場合において、ウェハWが長時間同一
位置に滞在するような場合、シャッタ60を閉状態とし
て強いレーザビームの照射によって領域ALX、ALY
のレジストが感光するのを防止するようにすることが好
ましい。He−Neレーザ等のような赤色光では、ウェ
ハW上での照度が極めて小さければ、殆ど問題はない
が、照度が高くなってくると、その赤色光に対する感度
が完全に零でない限り、多かれ少なかれ時間とともに感
光が進む。そこで図1に示したステージ制御ユニット1
3内にウェハステージ9が停止してからの時間を計時す
るタイマーを設け、さらにLIA方式のアライメントセ
ンサ31の照射領域ALX、ALYがステージ停止時にウ
ェハW上に存在するときに、そのタイマーを起動させ、
一定時間経過してもウェハステージ9が移動しないとき
は、図10中のシャッタ60を閉じるようにするとよ
い。その場合、シャッタ60の開放は次にウェハステー
ジ9が移動した後に行なわれる。
In this case, when the wafer W stays at the same position for a long time, the shutter 60 is closed to prevent the resist in the areas AL X and AL Y from being exposed by the irradiation of the strong laser beam. Is preferable. In the case of red light such as a He-Ne laser, there is almost no problem if the illuminance on the wafer W is extremely small. However, as the illuminance increases, the illuminance becomes more or less unless the sensitivity to the red light is completely zero. Exposure slightly advances with time. Therefore, the stage control unit 1 shown in FIG.
3 is provided with a timer for measuring the time since the wafer stage 9 is stopped. When the irradiation areas AL X and AL Y of the LIA type alignment sensor 31 are present on the wafer W when the stage is stopped, the timer is used. And launch
When the wafer stage 9 does not move even after a certain period of time, the shutter 60 in FIG. 10 may be closed. In this case, the opening of the shutter 60 is performed after the next movement of the wafer stage 9.

【0088】また、上記実施形態においては、FIA方
式のアライメントセンサ30内に設けられたシャッタ5
4a、54b、54c及びLIA方式のアライメントセ
ンサ31内に設けられたシャッタ60の開閉状態を制御
し、何れか一方のアライメントセンサからウェハW上に
照明光又はレーザビームを照射して、時系列的に計測を
行っていたが、これらのアライメントセンサによる計測
処理を同時に行うことができればスループットの向上を
図るという観点からは好ましい。一般に、LIA方式の
アライメントセンサ31で用いるビームのウェハW上で
の照度は、FIA方式のアライメントセンサ30による
照明光の照度に比べて格段に強い。よって、シャッタ5
4a、54b、54c及びシャッタ60の何れをも開状
態に設定し、FIA方式のアライメントセンサ30内に
設けられた波長フィルタ50を挿入しておくことでFI
A方式のアライメントセンサ30及びLIA方式のアラ
イメントセンサ31で位置情報の計測を同時に行うこと
が可能である。
In the above embodiment, the shutter 5 provided in the FIA type alignment sensor 30 is provided.
4a, 54b, 54c and the opening / closing state of the shutter 60 provided in the LIA type alignment sensor 31 are controlled, and one of the alignment sensors irradiates the wafer W with illumination light or a laser beam, and a time series is obtained. However, it is preferable from the viewpoint that throughput can be improved if measurement processing by these alignment sensors can be performed simultaneously. In general, the illuminance on the wafer W of the beam used by the LIA type alignment sensor 31 is much higher than the illuminance of the illumination light by the FIA type alignment sensor 30. Therefore, the shutter 5
4a, 54b, 54c and the shutter 60 are all set to the open state, and the wavelength filter 50 provided in the FIA type alignment sensor 30 is inserted.
The position information can be measured simultaneously by the A-type alignment sensor 30 and the LIA-type alignment sensor 31.

【0089】この場合、LIA方式のアライメントセン
サ31には、FIA方式のアライメントセンサ30から
出射され、ウェハW上で反射した照明光がレーザビーム
に重畳してLIA方式のライメントセンサに入射される
ため、光電センサ68X、68Y、75X、75Yによ
る受光時のコントラスト等を考慮すると好ましくない。
ここで、LIA方式のアライメントセンサ31から出射
されるレーザビームの波長は赤色光(例えば波長63
2.8nm)であり、FIA方式のアライメントセンサ
30から出射される照明光の波長域は500〜800n
mである。上記の不具合を解消するために、例えば図1
4に示す波長分離を行う構成が考えられる。図14は、
波長分離を行うためのアライメントセンサ25の構成の
一部を示す斜視図である。図14に示した構成は、図5
に示したFIA方式のアライメントセンサ30のミラー
M2とビームスプリッタBS1との間に波長632.8
nmの光のみを遮光するフィルタ95を設け、更に図1
0に示したLIA方式のアライメントセンサ31のビー
ムスプリッタBS4とビームスプリッタBS1との間に
波長632.8nm以外の光を遮光し、波長632.8n
mの光のみを透過するフィルタ96を設けている。図1
4に示した構成とすることにより、ウェハW上にはFI
A方式のアライメントセンサ30から出射される照明光
及びLIA方式のアライメントセンサ31から出射され
るレーザビームが照射されるが、照明光の反射光がLI
A方式のアライメントセンサ31に入射されることはな
く、逆にレーザビームの反射光がFIA方式のアライメ
ントセンサ30に入射されることはなくなる。また、波
長分離の手法としては、ダイクロイックミラーをFIA
方式のアライメントセンサ30とLIA方式のアライメ
ントセンサ31との光路に分かれる分岐点に配置するこ
とも考えられる。
In this case, the illumination light emitted from the FIA alignment sensor 30 and reflected on the wafer W is superimposed on the laser beam and incident on the LIA alignment sensor. It is not preferable in consideration of the contrast at the time of receiving light by the photoelectric sensors 68X, 68Y, 75X, 75Y.
Here, the wavelength of the laser beam emitted from the LIA type alignment sensor 31 is red light (for example, wavelength 63).
2.8 nm), and the wavelength range of the illumination light emitted from the FIA type alignment sensor 30 is 500 to 800 n.
m. To solve the above problem, for example, FIG.
A configuration for performing wavelength separation shown in FIG. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a part of a configuration of an alignment sensor 25 for performing wavelength separation. The configuration shown in FIG.
Between the mirror M2 of the FIA type alignment sensor 30 and the beam splitter BS1 shown in FIG.
1 is provided with a filter 95 that blocks only the light of nm.
0, light having a wavelength other than 632.8 nm is shielded between the beam splitter BS4 and the beam splitter BS1 of the LIA type alignment sensor 31 shown in FIG.
A filter 96 that transmits only m light is provided. Figure 1
In the configuration shown in FIG.
The illumination light emitted from the A-type alignment sensor 30 and the laser beam emitted from the LIA-type alignment sensor 31 are applied.
The laser beam does not enter the A-type alignment sensor 30, and the reflected light of the laser beam does not enter the FIA-type alignment sensor 30. As a wavelength separation technique, a dichroic mirror is used for FIA.
It is also conceivable to arrange them at a branch point where the optical path between the alignment sensor 30 of the LIA type and the alignment sensor 31 of the LIA type is split.

【0090】また、FIA方式のアライメントセンサ3
0が備える指標板47の指標パターン部RX1、RX
2、RY1、RY2は図7に示したように光軸AXaの
位置が対称点とならないようにわずかにずれて配置され
ているため、図7のようにマークMLYとMLXがX軸方
向に並置されている場合以外に、図4のようにY軸方向
に並置されている場合でも同様に信号波形を検出するこ
とが可能である。
The FIA type alignment sensor 3
Index pattern portions RX1 and RX of the index plate 47 of
2, RY1, RY2 because the position of the optical axis AXa as shown in FIG. 7 are arranged slightly offset so as not symmetrical point, X-axis direction marked ML Y and ML X is shown in FIG. 7 In addition to the case where the signal waveforms are juxtaposed, the signal waveform can be detected in the same manner even when juxtaposed in the Y-axis direction as shown in FIG.

【0091】更に、図2、図5、図10の夫々に示した
ビームスプリッタBS1は振幅分割形としたが、図15
に示すように、ビームスプリッタBS1に代えて波面分
割形の偏光ビームスプリッタBS9を設け、LIA方式
のアライメントセンサ31からの送光ビーム(図15中
のビームスプリッタBS4からBS9へ送出されるビー
ム)の偏光方向d1とFIA方式のアライメントセンサ
30からの照明光(図5中のミラーM2からビームスプ
リッタBS9へ送出される光)との偏光方向d2を互い
に相補的にしておくと、各アライメント系の光量の利用
効率が上がる。図15は、偏光状態により照明光とレー
ザビームとの分割を行うアライメントセンサ25の構成
の一部を示す斜視図である。
Further, the beam splitter BS1 shown in each of FIGS. 2, 5, and 10 is of an amplitude division type.
As shown in FIG. 15, a wavefront splitting type polarization beam splitter BS9 is provided in place of the beam splitter BS1, and a light transmission beam from the LIA type alignment sensor 31 (a beam transmitted from the beam splitter BS4 to BS9 in FIG. 15). If the polarization direction d1 and the polarization direction d2 of the illumination light from the FIA type alignment sensor 30 (light transmitted from the mirror M2 in FIG. 5 to the beam splitter BS9) are made complementary to each other, the light amount of each alignment system Use efficiency is increased. FIG. 15 is a perspective view showing a part of the configuration of the alignment sensor 25 that divides the illumination light and the laser beam according to the polarization state.

【0092】このようにFIA方式のアライメントセン
サ30とLIA方式のアライメントセンサ31とで光の
偏光方向を変えておくことにより、FIA方式のアライ
メントセンサ30から出射されてウェハW上で反射され
た照明光が、LIA方式のアライメントセンサ31に入
射することがなくFIA方式のアライメントセンサ30
のみに入射されることになる。また、同様にLIA方式
のアライメントセンサ31から出射されてウェハW上で
反射されたレーザビームが、FIA方式のアライメント
センサ30に入射することがなくLIA方式のアライメ
ントセンサ31のみに入射されることになる。従って、
前述した波長分離と同様の効果が得られ、FIA方式の
アライメントセンサ30及びLIA方式のアライメント
センサ31による位置計測をほぼ同時に行うことが可能
となり、スループットの向上を図る上で極めて好適であ
る。
As described above, by changing the polarization direction of light between the FIA type alignment sensor 30 and the LIA type alignment sensor 31, illumination emitted from the FIA type alignment sensor 30 and reflected on the wafer W is reflected. Light does not enter the LIA type alignment sensor 31 and the FIA type alignment sensor 30
Only to be incident. Similarly, the laser beam emitted from the LIA-type alignment sensor 31 and reflected on the wafer W is not incident on the FIA-type alignment sensor 30, but is incident only on the LIA-type alignment sensor 31. Become. Therefore,
The same effect as the wavelength separation described above is obtained, and the position measurement by the FIA type alignment sensor 30 and the LIA type alignment sensor 31 can be performed almost simultaneously, which is extremely suitable for improving the throughput.

【0093】また、図10に示したLIA方式のアライ
メントセンサ31では、X軸方向用の2本のビームを作
成するヘテロダイン2光束化ユニット61X内の周波数
シフターと、Y軸方向用の2光束化ユニット61Y内の
周波数シフターとは、いずれも同一のドライブ周波数、
即ちビームLB1XとビームLB1Yの周波数は同一、ビ
ームLB2XとビームLB2Yの周波数は同一としたが、
それら4本のビームの周波数を全て異ならせ、更にX軸
方向で得られるビート周波数とY軸方向で得られるビー
ム周波数とを整数倍の関係にないように設定するとよ
い。このようにすると、X軸方向用のマークMLXから
の干渉ビート光に、Y軸方向用の送光ビーム、又は干渉
ビート光が混入しても、信号処理(フーリエ積分等)の
段階ではほぼ完全に分離できる。一例として、元々のビ
ームLBの周波数をf0としたとき、ビームLB1Xをf
0+80.0MHz、ビームLB2Xをf0+80.23
MHzにしてX軸方向のビート周波数を23KHzに
し、ビームLB1Yをf0+90.0MHz、ビームLB
Yをf0+90.47MHzにしてY軸方向のビート周
波数を47KHzにするとよい。
In the LIA type alignment sensor 31 shown in FIG. 10, the frequency shifter in the heterodyne two-beam unit 61X for generating two beams for the X-axis direction and the two-beam unit for the Y-axis direction are provided. The frequency shifters in the unit 61Y are the same drive frequency,
That is, the frequencies of the beams LB1 X and LB1 Y are the same, and the frequencies of the beams LB2 X and LB2 Y are the same.
Preferably, the frequencies of these four beams are all different, and the beat frequency obtained in the X-axis direction and the beam frequency obtained in the Y-axis direction are set so as not to be an integral multiple. In this way, even if the transmitted light beam for the Y-axis direction or the interference beat light is mixed with the interference beat light from the mark ML X for the X-axis direction, the signal processing (Fourier integration or the like) is substantially performed. Can be completely separated. As an example, when the frequency of the original beam LB is f 0 , the beam LB 1 X is f
0 +80.0 MHz, beam LB2 X is converted to f 0 +80.23
MHz, the beat frequency in the X-axis direction is 23 KHz, the beam LB1 Y is f 0 +90.0 MHz, and the beam LB is
2 Y may be set to f 0 +90.47 MHz, and the beat frequency in the Y-axis direction may be set to 47 KHz.

【0094】ところで、図5に示したFIA方式のアラ
イメントセンサ30ではウェハ照明系からの照明光と指
標照明系からの照明光とは同一の波長帯域をもつものと
したが、指標照明系の光ファイバ40bからの照明光
は、撮像素子53X、53Yまでの結像光学系(48、
51、52)が色消しによって収差補正されている範囲
内であれば同一にする必要はない。また共通対物光学系
の対物レンズOBLと結像レンズ系45の合成系も、ウ
ェハWへの照明光の波長帯域に合わせて色消しされてい
ることが必要である。更にウェハWへの照明光の強度と
指標板への照明光の強度とは、独立に調節可能にしてお
き、撮像素子53X、53Yで撮像された画像信号の波
形をテレビモニタ88に表示する等して確認した上で、
双方の照明強度比を調節するとよい。またこのとき、図
12中のゲイン・コントロール回路82X、82Yのゲ
インをそれに応じて最適になるように設定してもよい。
In the FIA type alignment sensor 30 shown in FIG. 5, the illumination light from the wafer illumination system and the illumination light from the index illumination system have the same wavelength band. The illumination light from the fiber 40b is transmitted to the imaging optical system (48,
51, 52) do not need to be the same as long as they are within the range in which aberration is corrected by achromatism. Also, the combined system of the objective lens OBL and the imaging lens system 45 of the common objective optical system needs to be achromatized according to the wavelength band of the illumination light to the wafer W. Further, the intensity of the illuminating light on the wafer W and the intensity of the illuminating light on the index plate are independently adjustable, and the waveforms of the image signals captured by the image sensors 53X and 53Y are displayed on the television monitor 88, etc. After confirming,
It is preferable to adjust the illumination intensity ratio of both. Further, at this time, the gains of the gain control circuits 82X and 82Y in FIG. 12 may be set to be optimal accordingly.

【0095】また、本発明の露光装置は、図1に示した
露光装置に限定されず、例えばステップ・アンド・リピ
ート方式の縮小投影型露光装置以外にステップ・アンド
・スキャン方式の露光装置、ミラープロジェクション方
式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置
に適用することが可能である。
The exposure apparatus of the present invention is not limited to the exposure apparatus shown in FIG. 1. For example, besides a step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus, a step-and-scan type exposure apparatus and a mirror The present invention can be applied to an exposure apparatus such as a projection system, a proximity system, and a contact system.

【0096】さらに、半導体素子、液晶表示素子の製造
に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレ
イ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子(CCDなど)の製
造にも用いられる露光装置、及びレチクル、又はマスク
を製造するために、ガラス基板、又はシリコンウエハな
どに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用
できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に
関係なく適用可能である。
Further, not only an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element and a liquid crystal display element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a plasma display, a thin film magnetic head, and an image pickup element (such as a CCD), and a reticle or a mask. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a glass substrate, a silicon wafer, or the like in order to manufacture a substrate. That is, the present invention is applicable irrespective of the exposure method and application of the exposure apparatus.

【0097】また、上記実施形態においては、ウェハW
上に形成されたマークの位置情報を検出する場合を例に
挙げて説明したが、例えばレチクルR上に形成されたマ
ーク、ガラスプレートに形成されたマークの位置情報を
検知する場合にも本発明を適用することができる。更
に、上記実施形態においては、本発明をオフ・アクシス
方式のアライメントセンサに適用した場合を例に挙げて
説明したが、2種類のアライメントセンサを用いてマー
ク位置を検出する装置全般に本発明の位置検出装置を適
用することができる。
In the above embodiment, the wafer W
The case where the position information of the mark formed on the top is detected has been described as an example. However, the present invention is also applicable to the case where the position information of the mark formed on the reticle R and the mark formed on the glass plate is detected. Can be applied. Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an off-axis type alignment sensor has been described as an example. A position detecting device can be applied.

【0098】尚、前述した本発明の一実施形態による露
光装置(図1)は、ウェハWを精度よく高速に位置制御
することができ、スループットを向上しつつ高い露光精
度で露光が可能となるように、照明光学系、レチクルス
テージ2、ベース3、及び駆動装置4を含むマスクアラ
イメント系、ウェハホルダー8、ウェハステージ9、移
動鏡11、レーザ干渉計12、及び駆動系14を含むウ
ェハアライメント系、投影光学系PL等の図1に示され
た各要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み
上げられた後、総合調整(電気調整、動作確認等)をす
ることにより製造される。尚、露光装置の製造は、温度
及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うこ
とが望ましい。
The exposure apparatus (FIG. 1) according to the embodiment of the present invention can control the position of the wafer W with high accuracy and high speed, and can perform exposure with high exposure accuracy while improving the throughput. As described above, a mask alignment system including an illumination optical system, a reticle stage 2, a base 3, and a driving device 4, a wafer alignment system including a wafer holder 8, a wafer stage 9, a moving mirror 11, a laser interferometer 12, and a driving system 14. After the components shown in FIG. 1 such as the projection optical system PL are electrically, mechanically or optically connected and assembled, they are manufactured by performing comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, etc.). You. It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

【0099】次に、本発明の一実施形態の露光装置及び
露光方法を使用したデバイスの製造について説明する。
図16は、本発明の一実施形態による露光装置を用いて
デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネ
ル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の生
産のフローチャートである。図16に示されるように、
まず、ステップS20(設計ステップ)において、デバ
イスの機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計
等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップS21(マスク製作ステッ
プ)において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップS22(ウェハ製造ステッ
プ)において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造
する。
Next, the manufacture of a device using the exposure apparatus and the exposure method according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 is a flowchart of production of devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads, micromachines, etc.) using the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG.
First, in step S20 (design step), a function design of a device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S21 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S22 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0100】次に、ステップS23(ウェハプロセスス
テップ)において、ステップS20〜ステップS22で
用意したマスクとウェハを使用して、リソグラフィ技術
によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、
ステップS24(組立ステップ)において、ステップS
23において処理されたウェハを用いてチップ化する。
このステップS24には、アッセンブリ工程(ダイシン
グ、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程が含まれる。最後に、ステップS25(検
査ステップ)において、ステップS25で作製されたデ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが
出荷される。
Next, in step S23 (wafer process step), actual circuits and the like are formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer prepared in steps S20 to S22. Then
In step S24 (assembly step), step S24
The wafer is processed into chips using the wafer processed in 23.
Step S24 includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). Finally, in step S25 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step S25 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0101】尚、本実施形態の露光装置として、マスク
と基板とを同期移動してマスクのパターンを露光する走
査型の露光装置(USP5,473,410)にも適用することがで
きる。更に、本実施形態の露光装置として、投影光学系
を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクの
パターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用す
ることができる。また、露光装置の用途としては半導体
製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型
のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液
晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露
光装置にも広く適当できる。本実施形態の露光装置の光
源は、g線(436nm)、i線(365nm)、Kr
Fエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレー
ザ(193nm)、F2レーザ(157nm)のみなら
ず、X線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト(LaB6)、タ
ンタル(Ta)を用いることができる。
The exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a scanning exposure apparatus (US Pat. No. 5,473,410) for exposing a mask pattern by synchronously moving a mask and a substrate. Further, the exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a proximity exposure apparatus that exposes a mask pattern by bringing a mask and a substrate into close contact without using a projection optical system. Further, the application of the exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor. For example, an exposure apparatus for a liquid crystal that exposes a liquid crystal display element pattern to a square glass plate, or a thin film magnetic head is manufactured. Widely applicable to the exposure apparatus. The light source of the exposure apparatus of the present embodiment includes g-line (436 nm), i-line (365 nm), Kr
Not only an F excimer laser (248 nm), an ArF excimer laser (193 nm), and an F 2 laser (157 nm) but also a charged particle beam such as an X-ray or an electron beam can be used. For example, when an electron beam is used, a thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB 6 ) or tantalum (Ta) can be used as an electron gun.

【0102】投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍
および拡大系のいずれでも良い。投影光学系としては、
エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材とし
て石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、F
2レーザやX線を用いる場合は反射屈折系または屈折系
の光学系にし(マスクも反射型タイプのものを用い
る)、また、電子線を用いる場合には光学系として電子
レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればい
い。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすること
はいうまでもない。
The magnification of the projection optical system is not limited to a reduction system, but may be any one of an equal magnification and an enlargement system. As the projection optical system,
When far ultraviolet rays such as an excimer laser are used, a material that transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as the glass material.
2 When using a laser or X-ray, use a catadioptric or refracting optical system (use a reflective type mask). When using an electron beam, use an electron lens and deflector as the optical system. An electron optical system may be used. It goes without saying that the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.

【0103】ウェハステージやマスクステージにリニア
モータ(USP5、623,853又はUSP5、528、118参照)を用
いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型および
ローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型
のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに
沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガ
イドレスタイプでもいい。ステージの駆動装置として
は、2次元に磁石を配置した磁石ユニットと、2次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
よりステージを駆動する平面モ−タを用いてもいい。こ
の場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一
方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニット
との他方をステージの移動面側に設ければよい。
When a linear motor (see US Pat. No. 5,623,853 or US Pat. No. 5,528,118) is used for the wafer stage or the mask stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force is used. May be used. The stage may be of a type that moves along a guide or a guideless type that does not have a guide. As the stage driving device, a planar motor that drives a stage by electromagnetic force with a magnet unit having two-dimensionally arranged magnets and an armature unit having two-dimensionally arranged coils opposed to each other may be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stage.

【0104】ウェハステージの移動により発生する反力
は、特開平8−166475号公報(USP5、528、118)
に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的
に床(大地)に逃がしてもいい。マスクステージの移動
により発生する反力は、特開平8−330224号公報
(US S/N 08/416,558)に記載されているように、フレ
ーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよ
い。
The reaction force generated by the movement of the wafer stage is disclosed in JP-A-8-166475 (US Pat. Nos. 5,528,118).
As described in the above, a frame member may be used to mechanically escape to the floor (ground). The reaction force generated by the movement of the mask stage is mechanically released to the floor (ground) by using a frame member, as described in JP-A-8-330224 (US S / N 08 / 416,558). Is also good.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、異なる方式の位置計測装置を用いてマークの位置情
報を計測する際に、一方の検出手段により検出された検
出情報を他方の検出手段により検出されて検出情報に反
映させてマークの位置情報を算出するようにしているた
め、他方の検出手段において位置情報を検出する際にお
ける計測時間の短縮化を図ることができるとともに、高
精度で位置情報を検出することができるという効果があ
る。また、本発明によれば、第1検出手段を用いたマー
クの位置情報の計測と、第2検出手段を用いたマークの
位置情報の計測とを遮蔽手段の制御のみにより切り換え
ているため、計測時間の短縮化を図る上で好適である。
また、本発明によれば、例えば第1検出手段を用いてマ
ークの位置情報を計測した後、第2検出手段を用いてマ
ークの位置情報の計測を行う前にステージの移動を伴わ
ないので、計測時間を飛躍的に短縮することができると
いう効果がある。また、本発明によれば、第1検出手段
を用いたマークの位置情報の計測と、第2検出手段を用
いたマークの位置情報の計測とをほぼ同時に行っている
ため、計測時間の短縮化を図る上で更に好適である。ま
た、本発明によれば、単に波長分離手段又は偏光分離手
段を設けるだけで第1検出手段を用いたマークの位置情
報の計測と、第2検出手段を用いたマークの位置情報の
計測とをほぼ同時に行うことができるため、装置構成の
大幅な変更又は複雑化を招かずに計測時間の短縮化を図
ることができるという効果がある。また、本発明によれ
ば、最初はある程度の精度で位置情報を計測することに
よりマークの大まかな位置を特定し、次により高い精度
で位置情報の計測を行って計測精度を高めており、2回
目の計測時において必要となる部分の位置情報を特定す
ることができるため、計測に要する時間を短縮化するこ
とができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, when measuring the position information of a mark using a position measuring device of a different system, the detection information detected by one detecting means is replaced by the other. Since the position information of the mark is calculated by being detected by the detection means and reflected in the detection information, the measurement time for detecting the position information by the other detection means can be shortened, and the height can be reduced. There is an effect that position information can be detected with high accuracy. Further, according to the present invention, the measurement of the position information of the mark using the first detection unit and the measurement of the position information of the mark using the second detection unit are switched only by controlling the shielding unit. This is suitable for reducing the time.
According to the present invention, for example, after the position information of the mark is measured by using the first detecting means, the stage is not moved before the position information of the mark is measured by using the second detecting means. There is an effect that the measurement time can be drastically reduced. According to the present invention, the measurement of the position information of the mark using the first detection unit and the measurement of the position information of the mark using the second detection unit are performed almost simultaneously, so that the measurement time can be reduced. It is more suitable for achieving. Further, according to the present invention, measurement of the position information of the mark using the first detection unit and measurement of the position information of the mark using the second detection unit are performed simply by providing the wavelength separation unit or the polarization separation unit. Since they can be performed almost simultaneously, there is an effect that the measurement time can be reduced without causing a significant change or complication of the device configuration. According to the present invention, the rough position of the mark is first specified by measuring the position information with a certain degree of accuracy, and then the position information is measured with a higher accuracy to improve the measurement accuracy. Since the position information of the portion required at the time of the second measurement can be specified, there is an effect that the time required for the measurement can be reduced.

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

【図1】 本発明の一実施形態による位置計測装置を備
える本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention including a position measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態による位置計測装置の一
部をなすアライメントセンサ25の全体的な構成を模式
的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an overall configuration of an alignment sensor 25 forming a part of the position measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図3】 FIA方式のアライメントセンサ30及びL
IA方式のアライメントセンサ31のウェハW上におけ
る観察範囲の一例を示す図である。
FIG. 3 shows an FIA type alignment sensor 30 and L
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an observation range of an IA type alignment sensor 31 on a wafer W;

【図4】 ウェハW上にマトリック状に形成された複数
のショット領域SAのうちの1つと、それに付随して形
成されたLIA用マーク領域MLの配置を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of one of a plurality of shot areas SA formed in a matrix on a wafer W and an LIA mark area ML formed in association with the one shot area SA.

【図5】 FIA方式のアライメントセンサ30の具体
的な構成を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a specific configuration of an FIA type alignment sensor 30.

【図6】 指標板47上の指標パターンの配置例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an arrangement of index patterns on an index plate 47;

【図7】 指標パターンRX1、RX2、RY1、RY
2の各拡大図である。
FIG. 7 shows index patterns RX1, RX2, RY1, and RY.
2 is an enlarged view of FIG.

【図8】 絞り板42b上での透明部の配置例を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an arrangement of transparent portions on an aperture plate 42b.

【図9】 マークMLX、MLYが図7に示した位置に配
置された状態で、走査領域KX、KY内の一本の走査線
に対応して撮像素子53X、53Yが出力する画像信号
の波形の一例を示す図である。
FIG. 9 shows image signals output by the imaging devices 53X and 53Y corresponding to one scanning line in the scanning regions KX and KY in a state where the marks ML X and ML Y are arranged at the positions shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of the waveform of FIG.

【図10】 LIA方式のアライメントセンサ31の具
体的な構成を示す斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view showing a specific configuration of an LIA type alignment sensor 31.

【図11】 LIA方式のアライメントセンサ31のビ
ーム送光路を模式的に示した図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a beam transmission path of an LIA type alignment sensor 31.

【図12】 FIA方式のアライメントセンサ30、L
IA方式のアライメントセンサ31の各信号処理回路を
模式的に示すブロック図である。
FIG. 12 shows an FIA type alignment sensor 30, L
FIG. 3 is a block diagram schematically showing each signal processing circuit of the IA type alignment sensor 31.

【図13】 本発明の一実施形態による位置計測装置に
よってマークの位置情報を計測する際の処理の概略を示
すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an outline of a process when measuring position information of a mark by the position measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図14】 波長分離を行うためのアライメントセンサ
25の構成の一部を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a part of a configuration of an alignment sensor 25 for performing wavelength separation.

【図15】 偏光状態により照明光とレーザビームとの
分割を行うアライメントセンサ25の構成の一部を示す
斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view showing a part of a configuration of an alignment sensor 25 that divides illumination light and a laser beam according to a polarization state.

【図16】 本発明の一実施形態による露光装置を用い
てデバイスを生産する際の手順を示すフローチャートで
ある。
FIG. 16 is a flowchart illustrating a procedure for producing a device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 ウェハステージ(ステージ) 13 ステージ制御ユニット(位置決め手
段) 14 駆動系(ステージ制御ユニット) 15 アライメント制御ユニット(演算手
段) 16 レーザ光源(第2照射手段) 30 FIA方式のアライメントセンサ
(第1検出手段) 31 LIA方式のアライメントセンサ
(第1検出手段) 40a 光ファイバ(第1照射手段) 41a コンデンサーレンズ(第1照射手
段) 42a 照明視野絞り板(第1照射手段) 43a ミラー(第1照射手段) 44a レンズ系(第1照射手段) 53X,53Y 撮像素子(撮像手段) 54a シャッタ(遮蔽手段) 60 シャッタ(遮蔽手段) 61X,61Y ヘテロダイン2光束化ユニット(第
2照射手段) 62X,62Y レンズ系(第2照射手段) 63X,63Y アパーチャ板(第2照射手段) 64X,64Y レンズ系(第2照射手段) 90 アライメント処理制御部(第1計測
手段、第2計測手段) 95 フィルタ(ビーム分離手段) 96 フィルタ(ビーム分離手段) W ウェハ(物体、基板) M2 ミラー(第1照射手段) PA パターン領域(パターン) BS2 ビームスプリッタ(第1照射手段) BS4 ビームスプリッタ(第2照射手段) BS5 ビームスプリッタ(第2照射手段) BS6 ビームスプリッタ(第2照射手段) BS8 ビームスプリッタ(第2照射手段) BS9 ビームスプリッタ(ビーム分離手
段) OBL 対物レンズ(対物光学系)
Reference Signs List 9 wafer stage (stage) 13 stage control unit (positioning means) 14 drive system (stage control unit) 15 alignment control unit (calculation means) 16 laser light source (second irradiation means) 30 FIA type alignment sensor (first detection means) 31 LIA type alignment sensor (first detecting means) 40a Optical fiber (first irradiating means) 41a Condenser lens (first irradiating means) 42a Illumination field stop plate (first irradiating means) 43a Mirror (first irradiating means) 44a Lens system (first irradiating unit) 53X, 53Y Image sensor (imaging unit) 54a Shutter (shielding unit) 60 Shutter (shielding unit) 61X, 61Y Heterodyne two-beam unit (second irradiating unit) 62X, 62Y Lens system ( Second irradiation means) 63X, 63Y aperture (Second irradiation unit) 64X, 64Y lens system (second irradiation unit) 90 Alignment processing control unit (first measurement unit, second measurement unit) 95 Filter (beam separation unit) 96 Filter (beam separation unit) W Wafer ( Object, substrate) M2 mirror (first irradiation unit) PA pattern area (pattern) BS2 beam splitter (first irradiation unit) BS4 beam splitter (second irradiation unit) BS5 beam splitter (second irradiation unit) BS6 beam splitter (second) 2 irradiation means) BS8 beam splitter (second irradiation means) BS9 beam splitter (beam separation means) OBL objective lens (objective optical system)

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA04 AA14 AA37 AA39 AA56 BB01 BB28 CC19 DD03 DD06 FF01 FF04 FF48 FF49 FF52 FF61 GG02 GG04 GG12 GG23 GG24 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL12 LL30 LL33 LL37 LL42 LL46 LL57 MM02 NN05 NN06 PP12 QQ03 QQ25 QQ39 RR08 TT02 UU05 UU07 5F046 DB05 DB10 FC04 FC06 FC07Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA04 AA14 AA37 AA39 AA56 BB01 BB28 CC19 DD03 DD06 FF01 FF04 FF48 FF49 FF52 FF61 GG02 GG04 GG12 GG23 GG24 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL12 LL12 LL30 LL33 TT02 UU05 UU07 5F046 DB05 DB10 FC04 FC06 FC07

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体上に形成されたマークの位置に関す
る位置情報を計測する位置計測装置であって、 前記マークの位置情報に関する第1検出情報を、第1の
検出方式を用いて検出する第1検出手段と、 前記マークの位置情報に関する第2検出情報を、前記第
1の検出方式とは異なる第2の検出方式を用いて検出す
る第2検出手段と、 前記第1検出手段及び前記第2検出手段のうちの何れか
一方の検出手段により検出された前記検出情報を、他方
の検出手段により検出された検出情報に反映せしめて、
前記マークの位置情報を算出する演算手段とを有するこ
とを特徴とする位置計測装置。
1. A position measuring device for measuring position information related to a position of a mark formed on an object, wherein a first detection information related to the position information of the mark is detected using a first detection method. A first detection unit, a second detection unit that detects second detection information related to the position information of the mark using a second detection system different from the first detection system, the first detection unit and the second detection unit. 2 by reflecting the detection information detected by any one of the detection means to the detection information detected by the other detection means,
A position measuring device comprising: calculating means for calculating position information of the mark.
【請求項2】 前記演算手段は、前記第1検出情報に基
づいて、前記第2検出情報のうち前記位置情報の算出に
使用すべき検出情報を特定することを特徴とする請求項
1記載の位置計測装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the calculating means specifies detection information to be used for calculating the position information among the second detection information based on the first detection information. Position measurement device.
【請求項3】 前記第1検出手段及び前記第2検出手段
は、前記物体に対して配置された対物光学系を介して、
前記各検出情報の検出を時系列的に行うことを特徴とす
る請求項1又は請求項2記載の位置計測装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the first detection unit and the second detection unit are connected to an object through an objective optical system.
The position measuring device according to claim 1, wherein the detection of each of the pieces of detection information is performed in a time-series manner.
【請求項4】 前記第1検出手段は、前記マークに所定
の特性を有する第1検出ビームを照射する第1照射手段
を含み、 前記第2検出手段は、前記マークに前記所定の特性とは
異なる特性を有する第2検出ビームを照射する第2照射
手段を含み、 前記第1検出手段及び前記第2検出手段のうちの何れか
一方の検出手段による検出動作中に、前記他方の検出手
段で使用される検出ビームの、前記マークヘの照射を遮
蔽する遮蔽手段を更に有することを特徴とする請求項3
記載の位置計測装置。
4. The first detecting means includes first irradiating means for irradiating the mark with a first detection beam having a predetermined property, wherein the second detecting means determines whether the mark has the predetermined property. A second irradiating means for irradiating a second detection beam having a different characteristic, wherein during the detecting operation by one of the first detecting means and the second detecting means, the other detecting means 4. The image forming apparatus according to claim 3, further comprising: a shielding unit configured to shield the irradiation of the used detection beam onto the mark.
The position measuring device as described.
【請求項5】 前記物体を載置した状態で所定の2次元
平面内を移動可能なステージを更に有し、 前記第1及び前記第2検出手段は、それぞれの検出手段
による検出動作を行う際に、前記ステージの移動を挟む
ことなく該各検出動作を行うことを特徴とする請求項3
又は請求項4記載の位置計測装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising a stage movable in a predetermined two-dimensional plane with the object placed thereon, wherein the first and second detection units perform detection operations by the respective detection units. 4. The method according to claim 3, wherein the detecting operation is performed without interposing the movement of the stage.
Or the position measuring device according to claim 4.
【請求項6】 前記第1検出手段及び前記第2検出手段
は、前記物体に対して配置された対物光学系を介して、
前記各検出情報の検出をほぼ同時に行うことを特徴とす
る請求項1又は請求項2記載の位置計測装置。
6. The first detecting means and the second detecting means, via an objective optical system arranged for the object,
The position measuring device according to claim 1, wherein the detection of the respective pieces of detection information is performed substantially simultaneously.
【請求項7】 前記第1検出手段は、前記マークに所定
の特性を有する第1検出ビームを照射する第1照射手段
を含み、 前記第2検出手段は、前記マークに前記所定の特性とは
異なる特性を有する第2検出ビームを照射する第2照射
手段を含み、 前記第1検出ビームの照射により前記マークから発生し
たビームを前記第1検出手段に導き、且つ前記第2検出
ビームの照射により前記マークから発生したビームを前
記第2検出手段に導くビーム分離手段を更に有すること
を特徴とする請求項6記載の位置計測装置。
7. The first detecting means includes first irradiating means for irradiating the mark with a first detecting beam having a predetermined property, wherein the second detecting means is configured to irradiate the mark with the predetermined property. A second irradiating unit for irradiating a second detection beam having a different characteristic, wherein a beam generated from the mark by the irradiation of the first detection beam is guided to the first detection unit; 7. The position measuring apparatus according to claim 6, further comprising a beam separating unit that guides a beam generated from the mark to the second detecting unit.
【請求項8】 前記所定の特性は、前記検出ビームの偏
光状態または波長を含み、 前記ビーム分離手段は、偏光分離手段または波長分離手
段を含むことを特徴とする請求項7記載の位置計測装
置。
8. The position measuring apparatus according to claim 7, wherein the predetermined characteristic includes a polarization state or a wavelength of the detection beam, and the beam separation unit includes a polarization separation unit or a wavelength separation unit. .
【請求項9】 前記演算手段は、前記第1検出情報に基
づいて前記位置情報を所定の精度で計測し、前記所定の
精度での計測後に、前記第2検出情報に基づいて前記位
置情報を前記所定の精度よりも高い精度で計測すること
を特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載
の位置計測装置。
9. The arithmetic unit measures the position information with a predetermined accuracy based on the first detection information, and after the measurement with the predetermined accuracy, calculates the position information based on the second detection information. The position measuring device according to claim 1, wherein the measurement is performed with higher accuracy than the predetermined accuracy.
【請求項10】 物体上に形成されたマークの位置に関
する位置情報を計測する位置計測装置であって、 前記物体を載置した状態で所定の2次元平面内を移動可
能なステージと、 前記マークの位置に関する情報を、第1の検出方式を用
いて検知する第1検出手段と、 前記マークの位置に関する情報を、前記第1の検出方式
とは異なる第2の検出方式を用いて検知する第2検知手
段とを有し、 前記第1及び前記第2検出手段は、それぞれの検出手段
による検出動作を行う際に、前記ステージの移動を挟む
ことなく該各検出動作を行うことを特徴とする位置計測
装置。
10. A position measuring device for measuring position information relating to a position of a mark formed on an object, wherein the stage is movable in a predetermined two-dimensional plane while the object is placed, and the mark is A first detection unit that detects information about the position of the mark using a first detection method; and a second detection unit that detects information about the position of the mark using a second detection method different from the first detection method. And wherein the first and second detection means perform the respective detection operations without interposing the movement of the stage when performing the detection operations by the respective detection means. Position measurement device.
【請求項11】 前記第1検出手段は、前記マークを撮
像して撮像信号を発生する撮像手段と、前記撮像信号に
基づいて前記マークの位置情報を計測する第1計測手段
とを含み、 前記第2検出手段は、照明された前記マークから発生し
た複数の回折ビーム同士の干渉ビームに基づき、前記位
置情報を計測する第2計測手段を含むことを特徴とする
請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の位置計測
装置。
11. The first detection unit includes: an imaging unit that captures an image of the mark to generate an imaging signal; and a first measurement unit that measures position information of the mark based on the imaging signal. 11. The apparatus according to claim 1, wherein the second detection unit includes a second measurement unit that measures the position information based on an interference beam between a plurality of diffraction beams generated from the illuminated mark. The position measuring device according to claim 1.
【請求項12】 基板上に形成された前記マークの位置
情報を、請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の
位置計測装置により計測し、 前記計測された位置情報に基づいて、前記基板の位置決
めを行う位置決め手段を更に有し、 前記位置決め手段により位置決めされた前記基板を、所
定パターンで露光することを特徴とする露光装置。
12. The position information of the mark formed on the substrate is measured by the position measuring device according to any one of claims 1 to 11, and based on the measured position information, An exposure apparatus further comprising positioning means for positioning the substrate, and exposing the substrate positioned by the positioning means in a predetermined pattern.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011525617A (en) * 2008-06-12 2011-09-22 アドバンスト・トラック・アンド・トレース Method and apparatus for reading physical characteristics of an object
JP2019525180A (en) * 2016-08-05 2019-09-05 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Surface defect inspection with large particle monitoring and laser power control

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