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JPH07161611A - Position detector - Google Patents

Position detector

Info

Publication number
JPH07161611A
JPH07161611A JP5306267A JP30626793A JPH07161611A JP H07161611 A JPH07161611 A JP H07161611A JP 5306267 A JP5306267 A JP 5306267A JP 30626793 A JP30626793 A JP 30626793A JP H07161611 A JPH07161611 A JP H07161611A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wafer
pairs
interference
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5306267A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Komatsu
宏一郎 小松
Tadashi Nagayama
匡 長山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP5306267A priority Critical patent/JPH07161611A/en
Publication of JPH07161611A publication Critical patent/JPH07161611A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数波長の光を用いて且つ単一の受光系を用
いて位置検出を行う際に、複数波長の光の各干渉ビート
信号の位相を揃える。 【構成】 He−Neレーザ光源1からのレーザビー
ム、及び半導体レーザ素子2からのレーザビームより、
AOM8及び9を介して2対の光束L1(+1,-1) 、H1
(+1,-1) 及びL2(-1,+1) 、H2(-1,+1) を生成し、こ
れら2対の光束を平行平板ガラス14、リレーレンズ1
5及び対物レンズ17を介してウエハマークWM上に交
差するように照射する。ウエハマークWMからの2対の
回折光を対物レンズ17、ビームスプリッタ16を介し
て光電検出器19で受光する。平行平板ガラス14の回
転角を調整して、2個の干渉ビート信号の位相を揃え
る。
(57) [Abstract] [Purpose] To align the phases of the interference beat signals of light of multiple wavelengths when performing position detection using light of multiple wavelengths and using a single light receiving system. [Structure] From a laser beam from a He—Ne laser light source 1 and a laser beam from a semiconductor laser element 2,
Two pairs of luminous fluxes L1 (+ 1, -1), H1 through AOMs 8 and 9
(+ 1, -1) and L2 (-1, + 1), H2 (-1, + 1) are generated, and these two pairs of light beams are parallel flat glass 14 and relay lens 1
Irradiation is performed so as to cross the wafer mark WM via the objective lens 5 and the objective lens 17. Two pairs of diffracted light from the wafer mark WM are received by the photoelectric detector 19 via the objective lens 17 and the beam splitter 16. The rotation angle of the parallel plate glass 14 is adjusted to align the phases of the two interference beat signals.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン干渉型又
はホモダイン干渉型の位置検出装置に関し、特に半導体
素子又は液晶表示素子等を製造するための露光装置にお
いて感光基板又はマスクの位置合わせを行うアライメン
ト装置の位置検出系に適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterodyne interference type or homodyne interference type position detector, and more particularly to an alignment for aligning a photosensitive substrate or a mask in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element or the like. It is suitable for application to the position detection system of an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子又は液晶表示素子等の
微細パターンを半導体ウエハ又はガラスプレート等の基
板上に形成するために、フォトマスク又はレチクル(以
下、まとめて「レチクル」という)のパターン像をフォ
トレジストが塗布された基板上に転写する投影露光装置
が使用されている。一般に半導体素子等は基板上に多数
層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、投影露
光装置には、基板上に既に形成されている回路パターン
とこれから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
(アライメント)を高精度に行うためのアライメント装
置が設けられている。最近は、LSI等の半導体素子等
の集積度が益々高まっており、アライメント装置におい
ても、より高精度に位置合わせを行うことが求められて
いる。そのためには、レチクル及び基板の位置を高精度
に検出する位置検出装置が必要である。
2. Description of the Related Art In recent years, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter collectively referred to as a "reticle") for forming a fine pattern of a semiconductor element or a liquid crystal display element on a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate. There is used a projection exposure apparatus that transfers a laser beam onto a substrate coated with a photoresist. In general, a semiconductor element or the like is formed by stacking a large number of circuit patterns on a substrate, and therefore a projection exposure apparatus has a circuit pattern already formed on the substrate and a reticle pattern to be exposed. ) Is provided with high accuracy. In recent years, the degree of integration of semiconductor elements such as LSI has been increasing more and more, and alignment devices are also required to perform alignment with higher accuracy. For that purpose, a position detection device that detects the positions of the reticle and the substrate with high accuracy is required.

【0003】そこで、高精度にレチクル及び基板の位置
を検出する装置として、例えば特開平2−227604
号公報において、単色光を用いるヘテロダイン干渉型の
位置検出装置が提案されている。この位置検出装置にお
いては、He−Neレーザ光源等の単色光源からの光ビ
ームが2分割され、この分割された2光束をそれぞれ音
響光学変調器で周波数変調することにより、これら2光
束の間に所定の周波数差が与えられる。このように所定
の周波数差が与えられた2光束が、レチクル上のアライ
メントマークとしての回折格子状マークの上に所定の交
差角で照射される。そして、この回折格子状マークから
平行に発生する1対の回折光の干渉光を光電変換するこ
とにより、その所定の周波数差を周波数とするレチクル
側の干渉ビート信号が生成され、別途検出されている参
照信号とそのレチクル側の干渉ビート信号との位相差よ
り、そのレチクルの位置が検出される。
Therefore, as an apparatus for detecting the positions of the reticle and the substrate with high accuracy, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-227604.
In the publication, a heterodyne interference type position detecting device using monochromatic light is proposed. In this position detecting device, a light beam from a monochromatic light source such as a He-Ne laser light source is divided into two, and the divided two light beams are frequency-modulated by an acousto-optic modulator, respectively, so that a predetermined distance is provided between these two light beams. The frequency difference is given. In this way, the two light fluxes to which the predetermined frequency difference has been given are irradiated at a predetermined crossing angle on the diffraction grating mark as the alignment mark on the reticle. Then, by photoelectrically converting the interference light of a pair of diffracted lights generated in parallel from the diffraction grating mark, an interference beat signal on the reticle side having a frequency of the predetermined frequency difference is generated and separately detected. The position of the reticle is detected from the phase difference between the reference signal and the interference beat signal on the reticle side.

【0004】同様に、そのように所定の周波数差が与え
られた2光束が、基板上のアライメントマークとしての
回折格子状マークの上に所定の交差角で照射される。そ
して、この回折格子状マークから平行に発生する1対の
回折光の干渉光を光電変換することにより、基板側の干
渉ビート信号が生成され、別途検出されている参照信号
とその基板側の干渉ビート信号との位相差より、その基
板の位置が検出される。
Similarly, the two light beams having such a predetermined frequency difference are irradiated onto a diffraction grating mark as an alignment mark on the substrate at a predetermined crossing angle. An interference beat signal on the substrate side is generated by photoelectrically converting the interference light of a pair of diffracted light generated in parallel from the diffraction grating mark, and the reference signal and the interference on the substrate side that are separately detected are generated. The position of the board is detected from the phase difference from the beat signal.

【0005】ところで、基板がウエハの場合、アライメ
ントマークは段差を有する凹凸パターン(位相パター
ン)により形成される。このような凹凸パターンを単色
光の干渉により検出しようとすると、アライメントマー
クの段差の高さ及びウエハ上のフォトレジストの薄膜干
渉の条件により回折光強度が極端に小さくなって、位置
検出ができない程検出信号のSN比が悪化することがあ
る。
By the way, when the substrate is a wafer, the alignment mark is formed by an uneven pattern (phase pattern) having steps. If an attempt is made to detect such a concavo-convex pattern by the interference of monochromatic light, the diffracted light intensity becomes extremely small due to the height of the step of the alignment mark and the condition of the thin film interference of the photoresist on the wafer, and the position cannot be detected. The SN ratio of the detection signal may deteriorate.

【0006】このような回折光強度の極端な劣化を避け
るため、特願平5−29531号及び特願平5−1
31736号において、多色光(白色光を含む)を使用
したヘテロダイン干渉型の位置検出装置が提案されてい
る。それらの内、の位置検出装置では、白色光又は多
色光を使用しても受光段階では単色光の場合と同様に1
つの受光素子で干渉光を光電変換している。また、の
位置検出装置では、多色光の各色に対応する複数の受光
素子を用いて複数個の干渉光及び必要に応じて複数個の
参照干渉光を個別に光電変換している。
In order to avoid such an extreme deterioration of the intensity of the diffracted light, Japanese Patent Application Nos. 5-29531 and 5-1.
In 31736, a heterodyne interference type position detection device using polychromatic light (including white light) is proposed. Among them, in the position detection device, even if white light or polychromatic light is used, it is 1
Interfering light is photoelectrically converted by one light receiving element. Further, in the position detecting device, the plurality of light receiving elements corresponding to the respective colors of the polychromatic light are used to individually photoelectrically convert the plurality of interference lights and, if necessary, the plurality of reference interference lights.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き多色光(又
は白色光)を用いる位置検出装置の中で、の位置検出
装置では、単一の受光素子を用いて位置検出を行うこと
ができる。しかしながら、実際には2光束を所定の入射
角で照射するための送光光学系内の光学素子の製造誤差
や取り付け位置の誤差のために、厳密にそれぞれの波長
の回折光の干渉光の光電変換信号(干渉ビート信号)の
位相を揃えることが困難である場合があるという不都合
があった。そのように複数の波長間での干渉ビート信号
の位相が揃っていないと、単一の受光素子で光電変換し
て得られた干渉ビート信号(即ち、多色光の各色に対応
する干渉ビート信号の混合)の振幅が小さくなり、位置
検出ができなくなる場合がある。
Among the position detecting devices using polychromatic light (or white light) as described above, the position detecting device can detect the position using a single light receiving element. However, in reality, due to the manufacturing error and the mounting position error of the optical element in the light transmitting optical system for irradiating the two light fluxes at a predetermined incident angle, the photoelectric conversion of the interference light of the diffracted light of each wavelength is strictly performed. There is a disadvantage that it may be difficult to align the phases of the converted signals (interference beat signals). If the phases of the interference beat signals among a plurality of wavelengths are not aligned in such a manner, the interference beat signals obtained by photoelectric conversion with a single light receiving element (that is, the interference beat signals corresponding to the respective colors of the polychromatic light In some cases, the amplitude of (mixture) becomes small and position detection cannot be performed.

【0008】一方、の位置検出装置では、各波長の光
毎に分けて干渉光及び参照干渉光を光電変換して、得ら
れた干渉ビート信号の位相を求めなくてはならないの
で、受光系および信号処理系が複雑になってしまうとい
う不都合があった。本発明は斯かる点に鑑み、複数の波
長の光を用いて干渉方式で位置検出を行う際に、単一の
受光系を用いて位置検出を行うと共に、それら複数の波
長の干渉光の位相を所定の状態に揃えることができる位
置検出装置を提供することを目的とする。
On the other hand, in the position detecting device, the interference light and the reference interference light must be photoelectrically converted for each light of each wavelength to obtain the phase of the obtained interference beat signal. There is a disadvantage that the signal processing system becomes complicated. In view of such a point, the present invention performs position detection by using a single light receiving system when performing position detection by an interference method using light of a plurality of wavelengths, and phase of the interference light of the plurality of wavelengths. It is an object of the present invention to provide a position detection device capable of aligning the positions in a predetermined state.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図1に示す如く、可干渉性を有する複数の
光束を被検物(18)上に形成された回折格子状マーク
(WM)上に照射し、それら複数の光束の照射により回
折格子状マーク(WM)から発生する複数の回折光の干
渉光の光電変換信号に基づいて、被検物(18)の位置
検出を行う位置検出装置において、互いに異なる波長の
光束を発生する光源(1,2)と、その光源から射出さ
れた互いに波長の異なる複数の光束をそれぞれ1対の光
束に分割し、これにより得られた複数対の光束を被検物
(18)上に形成された回折格子状マーク(WM)上に
照射する送光光学系(5,10,12,15,17)
と、それら複数対の光束の照射により回折格子状マーク
(WM)から発生する複数対の回折光の干渉光を生成す
る受光光学系(17,16)と、それら複数対の回折光
の干渉光を一括して光電変換する光電変換手段(19)
と、その送光光学系内に配置され、それら互いに波長の
異なる複数対の光束の色収差を補正する色収差補正手段
(14)と、を有し、色収差補正手段(14)により、
光電変換手段(19)で受光されるそれら複数対の回折
光のそれぞれの干渉光の位相を所定の状態に揃えるもの
である。
As shown in FIG. 1, for example, a position detecting apparatus according to the present invention comprises a diffraction grating mark (WM) formed on a test object (18) with a plurality of coherent light beams. ) A position where the position of the object to be inspected (18) is detected based on photoelectric conversion signals of interference light of a plurality of diffracted lights generated from the diffraction grating mark (WM) by irradiating the above-mentioned plurality of light beams. In the detection device, light sources (1, 2) that generate light fluxes having different wavelengths, and a plurality of light fluxes having different wavelengths emitted from the light source are each divided into a pair of light fluxes. Optical system (5, 10, 12, 15, 17) for irradiating the diffraction grating mark (WM) formed on the object (18) with the luminous flux of
And a light receiving optical system (17, 16) for generating interference light of a plurality of pairs of diffracted light generated from a diffraction grating mark (WM) by irradiation of the plurality of pairs of light beams, and an interference light of the plurality of pairs of diffracted light Photoelectric conversion means (19) for collectively performing photoelectric conversion
And chromatic aberration correcting means (14) arranged in the light-transmitting optical system and correcting chromatic aberration of a plurality of pairs of light fluxes having different wavelengths from each other, and by the chromatic aberration correcting means (14),
The phase of the interference light of each of the plurality of pairs of diffracted light received by the photoelectric conversion means (19) is aligned in a predetermined state.

【0010】この場合、色収差補正手段(14)を、被
検物(18)の被検面とほぼ共役な面上に配置してもよ
い。更に、色収差補正手段(14)の一例は、回転自在
に支持された平行平板ガラス等の平行平面部材である。
In this case, the chromatic aberration correcting means (14) may be arranged on a surface of the object (18) substantially conjugate with the surface to be inspected. Further, an example of the chromatic aberration correcting means (14) is a parallel flat plate member such as a parallel flat plate glass rotatably supported.

【0011】[0011]

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図5に示すよう
に、送光光学系内の光学要素の色収差等により、互いに
波長の異なる複数対の光束(LA1,LA2とLB1,
LB2)の回折格子状マーク(WM)に対する入射角及
び入射位置が僅かに変化する。そのため、第1対の光束
(LA1,LA2)による回折光の干渉光の光電変換信
号が例えば図2(b)の信号(23H)であるとする
と、第2対の光束(LB1,LB2)による回折光の干
渉光の光電変換信号は例えば図2(c)の信号(23
L)となり、両者は位相が異なっているため、光電変換
手段(19)で一括で受光して得られる光電変換信号
は、例えば図2(d)の信号(23)のように振幅が小
さくなり、コントラストが低下してSN比が悪くなる。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of pairs of light beams (LA1, LA2 and LB1, having different wavelengths) having different wavelengths are generated due to chromatic aberration of optical elements in the light-sending optical system.
The incident angle and the incident position of the LB2) on the diffraction grating mark (WM) are slightly changed. Therefore, if the photoelectric conversion signal of the interference light of the diffracted light by the first pair of light fluxes (LA1, LA2) is, for example, the signal (23H) of FIG. 2B, the second pair of light fluxes (LB1, LB2) The photoelectric conversion signal of the interference light of the diffracted light is, for example, the signal (23
L) and the phases are different from each other, so that the photoelectric conversion signal obtained by receiving light collectively by the photoelectric conversion means (19) has a small amplitude like the signal (23) in FIG. 2D. , The contrast decreases and the SN ratio deteriorates.

【0012】そこで、色収差補正手段(14)により、
色収差の状態を補正して、第1対の光束(LA1,LA
2)による回折光の干渉光の光電変換信号を例えば図2
(b)の信号(24H)として、第2対の光束(LB
1,LB2)による回折光の干渉光の光電変換信号を図
2(c)の信号(24L)として、両者の位相を揃え
る。これにより、光電変換手段(19)で一括で受光し
て得られる光電変換信号は、例えば図2(d)の信号
(24)のように振幅が大きくなり、高精度に位置検出
が行われる。
Therefore, by the chromatic aberration correcting means (14),
By correcting the state of chromatic aberration, the first pair of light fluxes (LA1, LA
The photoelectric conversion signal of the interference light of the diffracted light by 2) is shown in FIG.
As the signal (24H) of (b), the second pair of luminous flux (LB
1 and LB2), the photoelectric conversion signal of the interference light of the diffracted light is set as the signal (24L) in FIG. As a result, the photoelectric conversion signal obtained by receiving light collectively by the photoelectric conversion means (19) has a large amplitude like the signal (24) in FIG. 2D, and the position detection is performed with high accuracy.

【0013】また、色収差補正手段(14)を、被検物
(18)の被検面とほぼ共役な面上に配置した場合に
は、色収差補正手段(14)が小さくでき、検出装置が
全体として小型化できる。次に、色収差補正手段(1
4)として、回転自在に支持された平行平板ガラスを用
いた場合の平行平板ガラスの作用につき説明する。この
平行平板ガラスにおいて、スネルの法則に従って各波長
の光は屈折を受け、平行平板ガラスから射出される際に
各光束の位置はシフトする。第1の波長λ1 の光束にお
けるそのシフト量Δ1 は、平行平板ガラスを厚さtで屈
折率n1 として、その光束の入射角をφとすると、次の
ように表される。
Further, when the chromatic aberration correcting means (14) is arranged on a surface which is substantially conjugate with the surface to be inspected of the object (18), the chromatic aberration correcting means (14) can be made small and the detection device as a whole. Can be downsized. Next, chromatic aberration correction means (1
As 4), the operation of the parallel flat plate glass when the parallel flat plate glass supported rotatably is used will be described. In this parallel plate glass, light of each wavelength is refracted according to Snell's law, and the position of each light beam shifts when it is emitted from the parallel plate glass. The shift amount Δ 1 of the light flux of the first wavelength λ 1 is expressed as follows when the parallel plate glass has a thickness t and the refractive index n 1 and the incident angle of the light flux is φ.

【0014】 Δ1 =tsin φ{1−cos φ/(n1 cos φ1 ’)} (1) 但し、 sin φ=n1 sin φ1 ’ (2) 更に、波長λ2 の光束のシフト量Δ2 も、同様に平行平
板ガラスの屈折率をn 2 として次のように表すことがで
きる。 Δ2 =tsin φ{1−cos φ/(n2 cos φ2 ’)) (3) 但し、 sin φ=n2 sin φ2 ’ (4) 従って、波長λ1 、及びλ2 の光束の相対シフト量(Δ
1 −Δ2 )は次のようになる。
Δ1 = Tsin φ {1-cos φ / (n1cos φ1′)} (1) where sin φ = n1sin φ1′ (2) Further, the wavelength λ2Amount of light flux shift Δ2Also parallel flat
The refractive index of the plate glass is n 2Can be expressed as
Wear. Δ2 = Tsin φ {1-cos φ / (n2cos φ2′)) (3) where sin φ = n2sin φ2′ (4) Therefore, the wavelength λ1, And λ2Relative shift amount of light flux (Δ
12) Is as follows.

【0015】 Δ1 −Δ2 =tsin φcos φ{(1/(n2 cos φ2 ’) −1/(n1 cos φ1 ’)} (5) これは、平行平板ガラスに対する入射角φに応じて定ま
る各波長での回折角φ 1 ’及びφ2 ’により、2つの波
長の光束間の相対シフト量が変化すること、即ち、平行
平板ガラスの回転角を調整する事により2つの波長の光
電変換信号の相対位相を調整できる事を意味する。これ
により、簡単な構成で且つ簡単な調整により、容易に複
数の波長の光束の光電変換信号の位相を揃えることがで
きる。
Δ12= Tsin φcos φ {(1 / (n2cos φ2') -1 / (n1cos φ1′)} (5) This is determined according to the incident angle φ with respect to the parallel plate glass.
Diffraction angle φ at each wavelength 1'And φ2'By two waves
Change in relative shift amount between long light beams, that is, parallel
Light of two wavelengths can be adjusted by adjusting the rotation angle of flat glass.
This means that the relative phase of the electrical conversion signal can be adjusted. this
Allows easy duplication with a simple configuration and simple adjustment.
It is possible to align the phases of photoelectric conversion signals of light fluxes of several wavelengths.
Wear.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第1実施
例につき図1及び図2を参照して説明する。本実施例
は、露光用の投影光学系とは独立に設けられたオフ・ア
クシス方式のアライメント系に本発明を適用したもので
ある。図1は本実施例の位置検出装置を示し、この図1
において、He−Neレーザ光源1から射出された波長
λ1 のレーザビームHと、半導体レーザ素子2から射出
されコリメータレンズ3で平行光束化された波長λ2
レーザビームLとを、ダイクロイックミラー4で同軸に
合成して回折格子5に照射する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the position detecting device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to an off-axis type alignment system provided independently of a projection optical system for exposure. FIG. 1 shows the position detecting device of this embodiment.
2, a laser beam H having a wavelength λ 1 emitted from the He—Ne laser light source 1 and a laser beam L having a wavelength λ 2 emitted from the semiconductor laser element 2 and collimated by the collimator lens 3 are supplied to the dichroic mirror 4. Are coaxially combined and irradiated to the diffraction grating 5.

【0017】レーザビームHによる回折格子5からの±
1次回折光H1及びH2と、レーザビームLによる回折
格子5からの±1次回折光L1及びL2とを空間フィル
タ6で抽出し、抽出された2対のレーザビームをリレー
レンズ7Aを介して音響光学変調素子(以下、「AO
M」という)8内に交差するように照射する。周波数f
1 の駆動信号が印加されるAOM8では超音波が左から
右方向へ進んでおり、この超音波がレーザビームを回折
(音響ブラッグ回折)する際にドップラー効果により各
レーザビームは周波数変調を受ける。この際に、+1次
回折光L1及びH1のAOM8による+1次回折光L1
(+1)及びH1(+1)は、超音波に対して向かっていく形に
なるので周波数は高くなる。ところが、光の速度は超音
波に比べて十分大きく、超音波の進行方向と光の進行方
向とのなす角はほとんど直角なので、AOM8から射出
される+1次回折光の周波数は、AOM8の駆動信号の
周波数f1 分だけ高くなる。
± from the diffraction grating 5 by the laser beam H
Diffraction by first-order diffracted lights H1 and H2 and laser beam L
Spatial fill of ± 1st order diffracted lights L1 and L2 from the grating 5
Relayed the two pairs of extracted laser beams
An acousto-optic modulator (hereinafter referred to as “AO
It irradiates so that it may cross in 8). Frequency f
1In AOM8 to which the drive signal of
Traveling to the right, this ultrasonic wave diffracts the laser beam.
When performing (acoustic Bragg diffraction), each is caused by the Doppler effect.
The laser beam is frequency modulated. At this time, +1 order
+ 1st-order diffracted light L1 by the AOM8 of the diffracted lights L1 and H1
(+1) and H1 (+1) are in the form of going to the ultrasonic wave
Therefore, the frequency becomes higher. However, the speed of light is supersonic
It is sufficiently larger than a wave, and the direction of travel of ultrasonic waves and the direction of travel of light
The angle with the direction is almost right, so it is ejected from AOM8
The frequency of the + 1st order diffracted light is
Frequency f1It will be higher by the amount.

【0018】一方、−1次回折光L2及びH2のAOM
8による−1次回折光L2(-1)及びH2(-1)は、超音波
と同じ方向に進む形になるので周波数は低くなり、AO
M8から射出される−1次回折光の周波数は、AOM8
の駆動信号の周波数f1 分だけ低くなる。また、AOM
8内では±1次回折光以外の回折光も生じるので、AO
M8内の超音波の進行方向と入射する回折光L1,H
1,L2,H2の入射面とが45°で交差するようにA
OM8を回転させて配置し、且つAOM8の直後のリレ
ーレンズ7Bの近傍に空間フィルタ(不図示)を配置す
る。これにより、+1次回折光L1,H1のAOM8に
よる+1次回折光L1(+1),H1(+1)、及び−1次回折
光L2,H2のAOM8による−1次回折光L2(-1),
H2(-1)のみが取り出される。
On the other hand, the AOM of the -1st order diffracted lights L2 and H2
The -1st-order diffracted lights L2 (-1) and H2 (-1) by 8 have a shape in which they travel in the same direction as the ultrasonic waves, so that the frequency becomes low and AO
The frequency of the −1st order diffracted light emitted from M8 is AOM8.
The frequency becomes lower by the frequency f 1 of the drive signal of. Also, AOM
Since diffracted light other than ± 1st order diffracted light is generated within 8,
Diffracted lights L1 and H incident on the traveling direction of ultrasonic waves in M8
A so that the incident planes of 1, L2 and H2 intersect at 45 °
The OM8 is rotated and arranged, and a spatial filter (not shown) is arranged in the vicinity of the relay lens 7B immediately after the AOM8. As a result, the + 1st-order diffracted light L1 (+1), H1 (+1) by the AOM8 of the + 1st-order diffracted light L1, H1 and the -1st-order diffracted light L2 (-1) by the AOM8 of the -1st-order diffracted light L2, H2,
Only H2 (-1) is taken out.

【0019】リレーレンズ7Bから射出された+1次回
折光L1(+1),H1(+1)、及び−1次回折光L2(-1),
H2(-1)は、周波数f2(≠f1)の駆動信号が印加される
AOM9内に交差するように入射する。AOM9では超
音波が右から左方向へ進んでおり、+1次回折光L1(+
1)及びH1(+1)のAOM9による−1次回折光L1(+1,
-1) 及びH1(+1,-1) の周波数は、AOM9の駆動信号
の周波数f2 分だけ低くなる。一方、−1次回折光L2
(-1)及びH2(-1)のAOM9による+1次回折光L2(-
1,+1) 及びH2(-1,+1) の周波数は、AOM9の駆動信
号の周波数f2分だけ高くなる。
+ 1st order diffracted lights L1 (+1), H1 (+1) and -1st order diffracted lights L2 (-1), which are emitted from the relay lens 7B.
H2 (-1) enters so as to cross into the AOM 9 to which the drive signal of frequency f 2 (≠ f 1 ) is applied. In AOM9, the ultrasonic wave is traveling from right to left, and the + 1st order diffracted light L1 (+
1) and H1 (+1) by the AOM9 -1st order diffracted light L1 (+1,
The frequencies of -1) and H1 (+ 1, -1) are lowered by the frequency f 2 of the drive signal of the AOM 9. On the other hand, the -1st order diffracted light L2
+ 1st-order diffracted light L2 (-by AOM9 of (-1) and H2 (-1)
The frequencies of 1, + 1) and H2 (-1, + 1) are increased by the frequency f 2 of the drive signal of the AOM 9.

【0020】また、AOM9内でも±1次回折光以外の
回折光が生じるので、AOM9内の超音波の進行方向と
入射する回折光の入射面とが45°で交差するようにA
OM9を回転させて配置し、且つAOM9の直後のリレ
ーレンズ10の近傍に空間フィルタ(不図示)を配置す
る。これにより、−1次回折光(以下、単に「光束」と
いう)L1(+1,-1) ,H1(+1,-1) 、及び+1次回折光
(以下、単に「光束」という)L2(-1,+1) ,H2(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、波長λ1のレーザ
ビームHの周波数をf10、波長λ2 のレーザビームLの
周波数をf20とすると、光束L1(+1,-1) 及びH1(+1,
-1) の周波数はそれぞれ(f20+f1-f 2)及び(f10
1-f2)となり、光束L2(-1,+1) ,H2(-1,+1) の周
波数はそれぞれ(f20−f1+f2)及び(f10−f1+f2)
となる。従って、光束L2(-1,+1) と光束L1(+1,-1)
との間のビート周波数、及び光束H2(-1,+1) と光束H
1(+1,-1) との間のビート周波数は、共に2|f1-f
2|、即ち2つのAOM8及び9の間の駆動周波数の差の
2倍となる。この詳細な導出過程については、特願平5
−24441号においても開示されている。
Further, in the AOM 9 other than ± first-order diffracted light
Since diffracted light is generated, the direction of travel of ultrasonic waves in the AOM 9
A so that the incident surface of the incident diffracted light intersects at 45 °
OM9 is rotated and placed, and the relay immediately after AOM9
-Place a spatial filter (not shown) near the lens 10.
It As a result, the −1st order diffracted light (hereinafter, simply referred to as “light flux”)
L1 (+ 1, -1), H1 (+ 1, -1), and + 1st order diffracted light
(Hereinafter, simply referred to as "light flux") L2 (-1, + 1), H2 (-1,
Only +1) is fetched. In this case, the wavelength λ1The laser
The frequency of beam H is fTen, Wavelength λ2Of the laser beam L
Frequency is f20Then, the luminous fluxes L1 (+ 1, -1) and H1 (+1,
The frequencies of -1) are (f20+ F1-f 2) And (fTen+
f1-f2), And the luminous flux L2 (-1, + 1), H2 (-1, + 1)
The wave number is (f20-F1+ f2) And (fTen-F1+ f2)
Becomes Therefore, the luminous flux L2 (-1, + 1) and the luminous flux L1 (+ 1, -1)
Between the beat frequency and the luminous flux H2 (-1, + 1) and luminous flux H
The beat frequency between 1 (+ 1, -1) is 2 | f1-f
2|, That is, the difference in drive frequency between the two AOMs 8 and 9
Doubled. Regarding the detailed derivation process, Japanese Patent Application No.
No. 24441 is also disclosed.

【0021】一般に、AOMの駆動周波数はMHzのオ
ーダであるのに対して、2光束干渉で処理できるビート
周波数はkHzのオーダである。そこで、2つのAOM
8及び9の駆動周波数f1 及びf2 として、それぞれ例
えば数10MHzで且つ周波数差が数10kHzの周波
数を用いることにより、容易に処理できるビート周波数
を得ることができる。
Generally, the drive frequency of the AOM is on the order of MHz, while the beat frequency that can be processed by the two-beam interference is on the order of kHz. So two AOMs
As the driving frequencies f 1 and f 2 of 8 and 9, for example, a frequency of several tens MHz and a frequency difference of several tens kHz are used, respectively, a beat frequency that can be easily processed can be obtained.

【0022】リレーレンズ10から射出される波長λ1
の1対の光束H2(-1,+1) ,H1(+1,-1) 及び波長λ2
の1対の光束L2(-1,+1) ,L1(+1,-1) はビームスプ
リッタ11に入射し、ビームスプリッタ11を透過した
2対の回折光が、リレーレンズ12により視野絞り13
の開口上で交差するように集光される。そして、視野絞
り13の開口を通過した光束が、平行平板ガラス14、
コリメータレンズ15、送光光と受光光とを分離するた
めのビームスプリッタ16、及び対物レンズ17を経て
位置検出の対象であるウエハ18上の回折格子状のアラ
イメントマーク(以下、「ウエハマーク」という)WM
上に交差するように入射する。即ち、視野絞り13の配
置面はウエハ18の表面と共役であり、視野絞り13の
開口の像がウエハ18の表面にリレーされ、平行平板ガ
ラス14はウエハ18の表面と共役な面の近傍に配置さ
れている。
Wavelength λ 1 emitted from the relay lens 10
Pair of luminous fluxes H2 (-1, + 1), H1 (+ 1, -1) and wavelength λ 2
Pair of light fluxes L2 (-1, + 1) and L1 (+ 1, -1) enter the beam splitter 11, and two pairs of diffracted light transmitted through the beam splitter 11 are transmitted by the relay lens 12 to the field stop 13
The light is focused so that it intersects on the opening. Then, the light flux that has passed through the aperture of the field stop 13 has a parallel plate glass 14,
A collimator lens 15, a beam splitter 16 for separating the transmitted light and the received light, and an alignment mark in the form of a diffraction grating (hereinafter referred to as a "wafer mark") on a wafer 18 which is a position detection target via an objective lens 17. ) WM
It is incident so that it crosses over. That is, the arrangement surface of the field stop 13 is conjugate with the surface of the wafer 18, the image of the aperture of the field stop 13 is relayed to the surface of the wafer 18, and the parallel flat glass 14 is near the surface conjugate with the surface of the wafer 18. It is arranged.

【0023】この場合、ウエハマークWMのピッチ方向
をX方向、リレーレンズ15及び17の光軸に平行な方
向をZ方向とすると、波長λ1 の1対の光束H1(+1,-
1) 及びH2(-1,+1) は、回折格子状のウエハマークW
M上にX方向に沿って交差するように2方向から照射さ
れ、これによりウエハマークWM上には、ピッチ方向
(X方向)に沿って流れる干渉縞が発生する。そして、
この回折格子マークWMの法線方向(Z方向)には、光
束H2(-1,+1) の+1次回折光H2(-1,+1,+1)及び光束
H1(+1,-1) の−1次回折光H1(+1,-1,-1)が平行に発
生する。
[0023] In this case, the pitch direction in the X direction of the wafer mark WM, the direction parallel to the optical axis of the relay lens 15 and 17 and the Z direction, the light beam of a pair of wavelength lambda 1 H1 (+ 1, -
1) and H2 (-1, + 1) are diffraction grating wafer marks W
Irradiation is performed from two directions so as to intersect with M along the X direction, and thus interference fringes that flow along the pitch direction (X direction) are generated on the wafer mark WM. And
In the normal direction (Z direction) of the diffraction grating mark WM, the + 1st order diffracted light H2 (-1, + 1, + 1) and the light flux H1 (+ 1, -1) of the light flux H2 (-1, + 1). -1st-order diffracted light H1 (+ 1, -1, -1) is generated in parallel.

【0024】ここで、光束H1(+1,-1) 及びH2(-1,+
1) がウエハマークWMを2方向から照明するときの交
差角は、ウエハマークWMのピッチをPWM、光束H1(+
1,-1)又はH2(-1,+1) のウエハマークWMに対する入
射角をθWM1 とするとき、次の条件を満足するように設
定されている。 sin θWM1 =λ1 /PWM (6) 同様に、波長λ2 の1対の光束L1(+1,-1) 及びL2(-
1,+1) も、回折格子状のウエハマークWM上にX方向に
沿って交差するように2方向から照射され、この回折格
子マークWMの法線方向(Z方向)には、光束L2(-1,
+1) の+1次回折光L2(-1,+1,+1)及び光束L1(+1,-
1) の−1次回折光L1(+1,-1,-1)が平行に発生する。
そして、光束L1(+1,-1) 及びL2(-1,+1) がウエハマ
ークWMを2方向から照明するときの交差角は、光束L
1(+1,-1) 又はL2(-1,+1) のウエハマークWMに対す
る入射角をθWM2 とするとき、次の条件を満足するよう
に設定されている。
Here, the luminous fluxes H1 (+ 1, -1) and H2 (-1, +)
1) illuminates the wafer mark WM from two directions, the crossing angle is P WM , the pitch of the wafer mark WM , and the luminous flux H1 (+
When the incident angle of 1, -1) or H2 (-1, + 1) with respect to the wafer mark WM is θ WM1 , it is set so as to satisfy the following condition. sin θ WM1 = λ 1 / P WM (6) Similarly, the light beam L1 (+ 1, -1) of a pair of wavelength lambda 2 and L2 (-
(1, + 1) is also irradiated from two directions so as to intersect the diffraction grating wafer mark WM along the X direction, and the light beam L2 (in the normal direction (Z direction) of the diffraction grating mark WM). -1,
+1) + 1st order diffracted light L2 (-1, + 1, + 1) and luminous flux L1 (+ 1,-
The -1st-order diffracted light L1 (+ 1, -1, -1) of 1) is generated in parallel.
The crossing angle when the light fluxes L1 (+ 1, -1) and L2 (-1, + 1) illuminate the wafer mark WM from two directions is the light flux L
When the incident angle of 1 (+ 1, -1) or L2 (-1, + 1) with respect to the wafer mark WM is set to θ WM2 , the following conditions are set to be satisfied.

【0025】sin θWM2 =λ2 /PWM (7) これにより、ウエハマークWMから発生する2対の回折
光(H2(-1,+1,+1),H1(+1,-1,-1)及びL2(-1,+1,+
1),L1(+1,-1,-1))は、再び対物レンズ17を経てビ
ームスプリッター16で反射された後、光電検出器19
により周波数が2|f1-f2|のウエハ信号SWに変換さ
れる。
Sin θ WM2 = λ 2 / P WM (7) As a result, two pairs of diffracted light (H2 (-1, + 1, + 1), H1 (+ 1, -1,) generated from the wafer mark WM are generated. -1) and L2 (-1, + 1, +
1) and L1 (+ 1, -1, -1)) are reflected again by the beam splitter 16 after passing through the objective lens 17, and then the photoelectric detector 19
Is converted into a wafer signal SW having a frequency of 2 | f 1 -f 2 |.

【0026】一方、ビームスプリッタ11で反射された
2対の光束は、ビート信号の位相の原点を定めるための
参照光学系の集光レンズ20により参照格子21上で交
差する。参照格子21もちょうど各光束の±1次回折光
が法線方向(垂直方向)に進むようにピッチが定めら
れ、その2対の±1次回折光よりなる干渉光が参照光電
検出器22により光電変換され、周波数が2|f1-f2|
の参照信号SRが得られる。この参照信号SRを基準と
したウエハ信号SWの位相のずれより、ウエハ18のX
方向の位置を不図示の信号処理系で計算する。
On the other hand, the two pairs of light beams reflected by the beam splitter 11 intersect on the reference grating 21 by the condenser lens 20 of the reference optical system for determining the origin of the phase of the beat signal. The pitch of the reference grating 21 is determined so that the ± 1st-order diffracted light of each light flux proceeds in the normal direction (vertical direction), and the interference light composed of the two pairs of ± 1st-order diffracted light is photoelectrically converted by the reference photoelectric detector 22. And the frequency is 2 | f 1 -f 2 |
The reference signal SR of is obtained. From the phase shift of the wafer signal SW based on the reference signal SR, X of the wafer 18 is detected.
The position in the direction is calculated by a signal processing system (not shown).

【0027】次に、図1の平行平板ガラス14の作用に
つき説明する。図1において、平行平板ガラス14が無
いものとして、且つ送光/受光分離用のビームスプリッ
タ16が不完全な場合を図5に示す。図5において、送
光/受光分離用のビームスプリッタ16Aは、入射面と
出射面とが完全に平行でないビームスプリッタの例であ
り、この場合には、波長λ1 の光束LB1及びLB2の
ウエハマークWM上での交差位置と、波長λ2 の光束L
A1及びLA2のウエハマークWM上での交差位置とが
異なる。
Next, the operation of the parallel plate glass 14 of FIG. 1 will be described. FIG. 5 shows a case in which the parallel plate glass 14 is not provided in FIG. 1 and the beam splitter 16 for separating light and light is incomplete. In FIG. 5, a beam splitter 16A for transmitting / receiving light is an example of a beam splitter whose incident surface and outgoing surface are not completely parallel. In this case, the wafer marks of the light beams LB1 and LB2 of wavelength λ 1 are used. Crossing position on WM and light flux L of wavelength λ 2
The intersection positions of A1 and LA2 on the wafer mark WM are different.

【0028】そして、ビームスプリッタ16Aの入射面
と出射面との平行度が、三角プリズムの頂角でαだけ異
なっているとき、波長λ1 に対するビームスプリッタ1
6Aの屈折率をn1 とし、波長λ2 に対するビームスプ
リッタ16Aの屈折率をn2、対物レンズ17の焦点距
離をFとすると、ウエハ18の表面上での波長λ1 の光
束の交差位置の位置ずれ量δ1 は、次のようになる。 δ1 =F(n1 −1)α (8) 同様に、波長λ2 の光束のウエハ18の表面上での交差
位置の位置ずれ量δ2は、次のようになる。
[0028] Then, when the parallelism between the incident surface and an exit surface of the beam splitter 16A is different only α at the apex angle of the triangular prism, a beam splitter for the wavelength lambda 1 1
Assuming that the refractive index of 6A is n 1 , the refractive index of the beam splitter 16A for the wavelength λ 2 is n 2 , and the focal length of the objective lens 17 is F, the crossing position of the light flux of the wavelength λ 1 on the surface of the wafer 18 The displacement amount δ 1 is as follows. δ 1 = F (n 1 −1) α (8) Similarly, the positional shift amount δ 2 of the crossing position of the light flux of wavelength λ 2 on the surface of the wafer 18 is as follows.

【0029】 δ2 =F(n2 −1)α (9) 従って、波長λ1 の光束と波長λ2 の光束とでは、ウエ
ハ18上での交差位置がX方向に相対的に次式のような
値だけずれる。 δ1 −δ2 =F(n1 −n2 )α (10) これを図1の光電検出器19から出力されるウエハ信号
SW、及び参照光電検出器22から出力される参照信号
SRで示すと、参照信号SRが図2(a)に示す周期的
な信号となるのに対して、ウエハ信号SWは図2(d)
の実線の波形23で示すような信号となる。そして、ウ
エハ信号SWの内の、波長λ1 の干渉ビート信号SWH
は、図2(b)の実線の波形23Hのようになり、波長
λ2 の干渉ビート信号SWL は、図2(c)の実線の波
形23Lのようになり、干渉ビート信号SWH と干渉ビ
ート信号SWL とは、(10)式の相対的な位置ずれ分
だけ位相が異なっている。そのため、波長により検出さ
れる信号の位置ずれ量が異なってしまい、しかもウエハ
上に塗布されるレジストの膜の干渉条件により、位置ず
れ量が変化するため、正確な位置合わせが困難となる。
Δ 2 = F (n 2 −1) α (9) Therefore, for the light flux of wavelength λ 1 and the light flux of wavelength λ 2 , the intersection position on the wafer 18 is relatively expressed in the following formula in the X direction. It deviates by just such a value. δ 1 −δ 2 = F (n 1 −n 2 ) α (10) This is indicated by the wafer signal SW output from the photoelectric detector 19 and the reference signal SR output from the reference photoelectric detector 22 in FIG. 1. Then, while the reference signal SR becomes the periodic signal shown in FIG. 2A, the wafer signal SW becomes as shown in FIG.
The signal is as shown by the waveform 23 of the solid line. Then, of the wafer signal SW, the interference beat signal SW H of the wavelength λ 1
2B has a waveform 23H indicated by a solid line in FIG. 2B, and the interference beat signal SW L having the wavelength λ 2 has a waveform 23L indicated by a solid line in FIG. 2C, which interferes with the interference beat signal SW H. The phase of the beat signal SW L differs from that of the beat signal SW L by an amount corresponding to the relative positional deviation of the equation (10). Therefore, the positional deviation amount of the detected signal varies depending on the wavelength, and the positional deviation amount changes depending on the interference condition of the resist film applied on the wafer, which makes accurate alignment difficult.

【0030】そこで、図1の光電検出器19により、全
ての波長について同一の位相の干渉ビート信号を検出す
るには、図5に示すような光学部品の製造誤差等による
ビーム交差点の位置ずれを補正しなくてはならない。そ
のため、本実施例では、図1に示すように、ウエハ18
の表面と共役な送光光学系内の面の近傍の面(像空間)
に色分散を持つガラス(又は光学用プラスチックス等も
可)よりなる平行平板ガラス14を配し、この平行平板
ガラス14を送光光学系の光軸方向(Z方向)及び計測
方向であるX方向に垂直な軸14aを中心に回動自在に
支持する。そして、図示省略された調整装置を介してそ
の平行平板ガラス14の軸14aの回りの回転角を調整
することにより、2対の光束のウエハ18のウエハマー
クWM上での交差位置の位置ずれを補正する。
Therefore, in order to detect the interference beat signal of the same phase for all wavelengths by the photoelectric detector 19 of FIG. 1, the positional deviation of the beam intersections due to the manufacturing error of the optical parts as shown in FIG. It has to be corrected. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG.
Surface (image space) near the surface in the light-transmitting optical system that is conjugate with the surface of the
A parallel flat plate glass 14 made of glass having color dispersion (or optical plastics or the like is also possible) is arranged, and the parallel flat plate glass 14 is the optical axis direction (Z direction) of the light sending optical system and the X direction. It is rotatably supported about a shaft 14a perpendicular to the direction. Then, the rotation angle of the parallel plate glass 14 around the axis 14a is adjusted through an adjusting device (not shown), so that the displacement of the intersecting position of the two pairs of light beams on the wafer mark WM is corrected. to correct.

【0031】ここで、図1に示した位置検出装置につい
て、平行平板ガラス14の調整方法の一例を説明する。
先ず、図1において、He−Neレーザ光源1及び半導
体レーザ素子2を点灯し、AOM8及び9の駆動を開始
し、十分な時間をおいてHe−Neレーザ光源1及び半
導体レーザ素子2が安定に発振している状態にする。次
に、ウエハ18の表面にウエハマークWMと等しいピッ
チを持つ基準となる広い面積の基準回折格子を配置す
る。この調整用の基準回折格子は、クロム等の蒸着膜を
エッチングして製作した強度格子(振幅格子)でよく、
色収差補正用の平行平板ガラス14による光束のシフト
量を覆うだけの大きさがあればよい。いま、He−Ne
レーザ光源1及び半導体レーザ素子2からの2対の(2
波長の)光束(ヘテロダインビーム)が参照格子21及
びウエハ18上の基準回折格子上に照射されていると
き、図2(d)の波形23で示す光電検出器19からの
ウエハ信号SW(干渉ビート信号)の、図2(a)に示
す参照光電検出器22からの参照信号SRに対する位相
差φall を測定する。
Here, an example of a method for adjusting the parallel flat plate glass 14 in the position detecting device shown in FIG. 1 will be described.
First, in FIG. 1, the He-Ne laser light source 1 and the semiconductor laser element 2 are turned on, the driving of the AOMs 8 and 9 is started, and the He-Ne laser light source 1 and the semiconductor laser element 2 are stabilized with sufficient time. Make it oscillate. Next, a reference diffraction grating having a wide area serving as a reference having a pitch equal to the wafer mark WM is arranged on the surface of the wafer 18. The reference diffraction grating for this adjustment may be an intensity grating (amplitude grating) manufactured by etching a deposited film of chromium or the like,
The size may be enough to cover the shift amount of the light flux due to the parallel plate glass 14 for correcting chromatic aberration. He-Ne now
Two pairs of (2
When a light beam (of a wavelength) (heterodyne beam) is applied to the reference grating 21 and the standard diffraction grating on the wafer 18, the wafer signal SW (interference beat) from the photoelectric detector 19 shown by the waveform 23 in FIG. signal), to measure the phase difference phi all with respect to the reference signal SR from the reference photodetector 22 shown in FIG. 2 (a).

【0032】次に、図1の光電検出器19の前に波長λ
1 又はλ2 の内どちらか一方の光のみを透過するフィル
タ(例えば、半導体レーザ素子2からの波長λ2 のレー
ザビームのみを透過するような色ガラスフィルタ)を捜
入し、図2(c)の波形23Lで示すビート信号SWL
の参照信号SRに対する位相差φL を測定し、前者の位
相差φall 後者の位相差φL とが等しくなるように、平
行平板ガラス14を回転させる。He−Neレーザ光源
1及び半導体レーザ素子2の発光量が等しいとき、両方
の光を用いて計測された位相差φall は、波長λ1 の光
を用いて計測された図2(b)に示す位相差φH 、及び
波長λ2 の光を用いて計測された位相差φL の平均にな
ると考えられる。
Next, in front of the photoelectric detector 19 of FIG.
Search for a filter that transmits only one of 1 and λ 2 (for example, a colored glass filter that transmits only the laser beam of wavelength λ 2 from the semiconductor laser element 2), and ) Beat signal SW L shown by waveform 23L
The measured phase difference phi L with respect to the reference signal SR, the former so that the phase difference phi all latter phase difference phi L equal, rotate the parallel plate glass 14. When the light emission amounts of the He-Ne laser light source 1 and the semiconductor laser device 2 are equal, the phase difference φ all measured using both lights is shown in FIG. 2B measured using the light of wavelength λ 1 . It is considered to be the average of the phase difference φ H shown and the phase difference φ L measured using the light of wavelength λ 2 .

【0033】このとき参照信号SRは、常に両波長の干
渉ビート光が混じった状態で光電変換されたものでなく
てはならない。つまり、HeーNeレーザ光源1又は半
導体レーザ素子2の一方のみを点灯して、各波長での信
号の位相差を計測してはならない。また、フィルタ(色
ガラスフィルタ)の特性との兼ね合いで一方の波長の光
の信号の位相差しか計測できない場合には、位相差φ
all を次のように仮定して、平行平板ガラス14の回転
量θを求める。
At this time, the reference signal SR must always be photoelectrically converted in a state where the interference beat lights of both wavelengths are mixed. That is, only one of the He—Ne laser light source 1 and the semiconductor laser element 2 should not be turned on to measure the phase difference of signals at each wavelength. Also, if it is not possible to measure only the phase difference of the light signal of one wavelength due to the characteristics of the filter (color glass filter), the phase difference φ
Assuming all as follows, the rotation amount θ of the parallel plate glass 14 is obtained.

【0034】 φall =(φL +φH)/2 (11) その平行平板ガラス14の回転量θは、平行平板ガラス
14の厚さをt、平行平板ガラス14での半導体レーザ
素子2からの波長λ2 の光での屈折率をnL 、平行平板
ガラス14でのHe−Neレーザ光源1からの波長λ1
の光での屈折率をnH 、ウエハマークWMのピッチをP
WM、送光光学系の視野絞り13からウエハ18の表面へ
の倍率をβとして、次のようになる。
Φ all = (φ L + φ H ) / 2 (11) The rotation amount θ of the parallel flat plate glass 14 is t when the thickness of the parallel flat plate glass 14 is from the semiconductor laser element 2 on the parallel flat plate glass 14. The refractive index for light of wavelength λ 2 is n L , and the wavelength λ 1 from the He-Ne laser light source 1 on the parallel plate glass 14 is
The refractive index of the light at n H and the pitch of the wafer mark WM at P
WM , the magnification from the field stop 13 of the light-transmitting optical system to the surface of the wafer 18 is β, and is as follows.

【0035】 βtsin θ(1/nL −1/nH)≒{PWM/(4π)}(φH −φL) ≒{PWM/(2π)}(φall −φL) (12) 実際には、平行平板ガラス14にも、製造誤差があるの
で、計算された回転量θだけ回転した後、再び両方の光
源の光を用いた場合の位相差と、両方の光源の内の一方
の光源の光を用いた場合の位相差とを計測し、それらが
一致することを確認する。仮に、一致しなかったときに
は、同様に平行平板ガラス14の回転量を再び計算し、
その量だけ回すという作業を繰り返す。これにより、ウ
エハ18上の基準回折格子が基準位置にあるときには、
波長λ1 の干渉ビート信号SWH及び波長λ2 の干渉ビ
ート信号SWL は、それぞれ図2(b)に点線で示す波
形24H及び図2(c)に点線で示す波形24Lとな
り、両者の位相差が0になる。従って、ウエハ信号SW
は、図2(d)に点線で示す波形24、即ち振幅の大き
なSN比の良好な信号となり、高精度に位置検出が行わ
れる。
Βt sin θ (1 / n L −1 / n H ) ≈ {P WM / (4π)} (φ H −φ L ) ≈ {P WM / (2π)} (φ all −φ L ) (12 Actually, since the parallel plate glass 14 also has a manufacturing error, after rotating by the calculated rotation amount θ, the phase difference when the light from both light sources is used again, and Measure the phase difference when using the light from one light source, and confirm that they match. If they do not match, the rotation amount of the parallel flat plate glass 14 is calculated again, and
Repeat the work of turning that amount. Accordingly, when the reference diffraction grating on the wafer 18 is at the reference position,
The interference beat signal SW H having the wavelength λ 1 and the interference beat signal SW L having the wavelength λ 2 have a waveform 24 H shown by a dotted line in FIG. 2B and a waveform 24 L shown by a dotted line in FIG. The phase difference becomes zero. Therefore, the wafer signal SW
2 becomes a waveform 24 shown by a dotted line in FIG. 2D, that is, a signal having a large amplitude and a good SN ratio, and position detection is performed with high accuracy.

【0036】その後、ウエハ18として、それまでの工
程で形成されているパターンの位置(即ち、次にレチク
ルのパターンが転写される位置)との位置関係が正確に
分かっているウエハマークWMが形成されているウエハ
を使用し、ウエハ18が載置されているウエハステージ
のX方向の位置を不図示の干渉計により計測している状
態で、ウエハマークWMの位置ずれ量を図1の位置検出
装置で検出する。
Thereafter, as the wafer 18, a wafer mark WM whose positional relationship with the position of the pattern formed in the previous steps (that is, the position where the pattern of the reticle is transferred next) is accurately known is formed. 1 is used and the position of the wafer stage on which the wafer 18 is mounted is measured in the X direction by an interferometer (not shown). It is detected by the device.

【0037】そして、そのウエハマークWMが属するシ
ョット領域を投影光学系(不図示)の露光フィールド内
にセットしたときの干渉計の計測値と、先にウエハマー
クWMの位置検出を行ったときの干渉計の計測値との差
に、位置検出装置で計測したウエハマークWMの位置ず
れ量を加算した値をオフセット(ベースライン)として
記憶する。実際の露光では、位置検出装置でウエハマー
クWMの位置ずれ量を計測した後、この計測された位置
ずれ量に先のオフセットを加えた分だけウエハ18を移
動してから露光を行う。
Then, the measured value of the interferometer when the shot area to which the wafer mark WM belongs is set in the exposure field of the projection optical system (not shown), and the position of the wafer mark WM is previously detected. A value obtained by adding the positional deviation amount of the wafer mark WM measured by the position detection device to the difference from the measurement value of the interferometer is stored as an offset (baseline). In the actual exposure, after the position detecting apparatus measures the positional deviation amount of the wafer mark WM, the wafer 18 is moved by an amount corresponding to the measured positional deviation amount plus the previous offset, and then the exposure is performed.

【0038】上述のように本実施例によれば、平行平板
ガラス14により2つの波長の干渉ビート信号の位相を
揃えているため、2つの波長の干渉ビート信号の混合で
あるウエハ信号SWのコントラストが高くなり、常に高
精度に位置検出が行われる。次に、本発明の第2実施例
につき図3及び図4を参照して説明する。本実施例は、
TTR(スルー・ザ・レチクル)方式のアライメント系
に本発明を適用したものであり、図3及び図4において
図1に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明
を省略する。
As described above, according to this embodiment, since the phases of the interference beat signals of two wavelengths are aligned by the parallel flat glass 14, the contrast of the wafer signal SW which is a mixture of the interference beat signals of two wavelengths. Becomes higher, and position detection is always performed with high accuracy. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example,
The present invention is applied to a TTR (through the reticle) type alignment system, and in FIGS. 3 and 4, the portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0039】図3(a)は本実施例のヘテロダインビー
ム生成系の正面図、図3(b)は図3(a)の側面図で
あり、これら図3(a)及び(b)において、He−N
eレーザ光源1から射出された波長λ1 のレーザビーム
Hと、半導体レーザ素子2から射出されコリメータレン
ズ3で平行光束化された波長λ2 のレーザビームLと
を、ダイクロイックミラー4Aで同軸に合成して回折格
子5に照射する。
FIG. 3 (a) is a front view of the heterodyne beam generation system of this embodiment, and FIG. 3 (b) is a side view of FIG. 3 (a). In FIGS. 3 (a) and 3 (b), He-N
e A laser beam H of wavelength λ 1 emitted from the laser light source 1 and a laser beam L of wavelength λ 2 emitted from the semiconductor laser element 2 and collimated by the collimator lens 3 are coaxially combined by the dichroic mirror 4A. Then, the diffraction grating 5 is irradiated.

【0040】回折格子5からの±1次回折光H1及びH
2と、±1次回折光L1及びL2とを、リレーレンズ3
1A、他の回折光を遮断するための空間フィルタ32及
びリレーレンズ31Bを介して、周波数f1 で駆動され
るAOM8内に交差するように照射する。AOM8内で
は±1次回折光以外の回折光も生じるので、AOM8内
の超音波の進行方向と入射する回折光L1,H1,L
2,H2の入射面とが45°で交差するようにAOM8
を回転させて配置し、且つAOM8の直後のリレーレン
ズ33Aの近傍に空間フィルタ34を配置する。これに
より、+1次回折光L1,H1のAOM8による+1次
回折光L1(+1),H1(+1)、及び−1次回折光L2,H
2のAOM8による−1次回折光L2(-1),H2(-1)の
みが取り出される。
± 1st-order diffracted lights H1 and H from the diffraction grating 5
2 and the ± 1st-order diffracted lights L1 and L2 to the relay lens 3
1A, through another spatial filter 32 for blocking diffracted light and a relay lens 31B, irradiation is performed so as to intersect the AOM 8 driven at the frequency f 1 . Since diffracted lights other than the ± 1st-order diffracted lights are also generated in the AOM 8, diffracted lights L1, H1, and L that are incident along the traveling direction of the ultrasonic waves in the AOM 8 are incident.
AOM8 so that the plane of incidence of 2 and H2 intersect at 45 °
Is rotated and placed, and the spatial filter 34 is placed near the relay lens 33A immediately after the AOM 8. As a result, the + 1st-order diffracted light L1 (+1), H1 (+1) and the -1st-order diffracted light L2, H due to the AOM8 of the + 1st-order diffracted light L1, H1.
Only the -1st order diffracted lights L2 (-1) and H2 (-1) by the AOM 8 of 2 are extracted.

【0041】空間フィルタ34に続くリレーレンズ33
Bから射出された+1次回折光L1(+1),H1(+1)、及
び−1次回折光L2(-1),H2(-1)は、周波数f2(≠f
1)の駆動信号が印加されるAOM9内に交差するように
入射する。AOM9内でも±1次回折光以外の回折光が
生じるので、AOM9内の超音波の進行方向と入射する
回折光の入射面とが45°で交差するようにAOM9を
回転させて配置し、且つAOM9の直後のリレーレンズ
35Aの近傍に空間フィルタ36を配置する。空間フィ
ルタ36により、−1次回折光(以下、単に「光束」と
いう)L1(+1,-1) ,H1(+1,-1) 、及び+1次回折光
(以下、単に「光束」という)L2(-1,+1) ,H2(-1,
+1) のみが取り出される。この場合、光束L2(-1,+1)
と光束L1(+1,-1) との間のビート周波数、及び光束H
2(-1,+1) と光束H1(+1,-1) との間のビート周波数
は、共に2|f1-f2|、即ち2つのAOM8及び9の間
の駆動周波数の差の2倍となる。
Relay lens 33 following spatial filter 34
The + 1st-order diffracted lights L1 (+1) and H1 (+1) and the -1st-order diffracted lights L2 (-1) and H2 (-1) emitted from B have frequencies f 2 (≠ f
It enters so as to cross into the AOM 9 to which the drive signal of 1 ) is applied. Since diffracted lights other than the ± 1st-order diffracted lights are generated also in the AOM 9, the AOM 9 is rotated and arranged so that the traveling direction of the ultrasonic wave in the AOM 9 and the incident surface of the incident diffracted light intersect at 45 °, and the AOM 9 The spatial filter 36 is arranged near the relay lens 35A immediately after. The spatial filter 36 allows the -1st-order diffracted light (hereinafter, simply referred to as "light flux") L1 (+ 1, -1), H1 (+ 1, -1), and the + 1st-order diffracted light (hereinafter, simply referred to as "flux") L2. (-1, + 1), H2 (-1,
Only +1) is fetched. In this case, the luminous flux L2 (-1, + 1)
Frequency between the light flux L1 (+ 1, -1) and the light flux H
The beat frequencies between 2 (-1, + 1) and the luminous flux H1 (+ 1, -1) are both 2 | f 1 -f 2 |, that is, the difference of the drive frequencies between the two AOMs 8 and 9. Doubled.

【0042】図3(a)及び(b)のそれぞれに続く構
成を図4(a)及び図4(b)に示し、図4において、
図3の光束L1(+1,-1) 、L2(-1,+1) 、H1(+1,-1)
及びH2(-1,+1) をそれぞれ光束LA,LB,HA及び
HBで表す。また、図4(a)をYZ平面として、図4
(b)をZX平面とする。これら図4(a)及び(b)
において、リレーレンズ35Bからそれぞれ交差するよ
うに射出された2対の光束(LA,LB及びHA,H
B)は、ビームスプリッタ37によりレチクル用の2対
の光束(LAR,LBRとHAR,HBR)と、ウエハ
用の2対の光束(LAW,LBW及びHAW,HBW)
とに分割される。
Structures following FIGS. 3 (a) and 3 (b) are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). In FIG.
Luminous flux L1 (+ 1, -1), L2 (-1, + 1), H1 (+ 1, -1) in FIG.
And H2 (-1, + 1) are represented by luminous fluxes LA, LB, HA and HB, respectively. In addition, FIG.
Let (b) be the ZX plane. These FIGS. 4 (a) and 4 (b)
, Two pairs of light beams (LA, LB and HA, H emitted from the relay lens 35B so as to intersect each other).
B) shows two pairs of light fluxes for the reticle (LAR, LBR and HAR, HBR) and two pairs of light fluxes for the wafer (LAW, LBW and HAW, HBW) by the beam splitter 37.
Is divided into and

【0043】そして、ウエハ用の2対の光束(LAW,
LBW及びHAW,HBW)は、平行平板ガラス38、
及びリレーレンズ40を経て平行な2対の光束となって
から、ビームスプリッタ41を透過した後、対物レンズ
42によりレチクル43上の回折格子状のアライメント
マーク(レチクルマーク)RMの近くの窓部に集光され
る。その後、ウエハ用の2対の光束は、投影光学系44
によりウエハ18上のウエハマークWM上にそれぞれ所
定の交差角で照射される。そして、ウエハマークWMか
らほぼ法線方向に(垂直に)射出された2対の回折光
(光束LAWの+1次回折光LAW(+1),光束LBWの
−1次回折光LBW(-1)及び光束HAWの+1次回折光
HAW(+1),光束HBWの−1次回折光HBW(-1))
は、投影光学系44を経てレチクル43の窓部に戻る。
Then, two pairs of light beams (LAW,
LBW and HAW, HBW) are parallel plate glass 38,
After passing through the beam splitter 41 after being formed into two pairs of parallel light fluxes through the relay lens 40, the objective lens 42 causes the objective lens 42 to form a diffraction grating-shaped alignment mark (reticle mark) RM on a window portion near the RM. Collected. After that, the two pairs of light beams for the wafer are projected onto the projection optical system 44.
Thus, the wafer marks WM on the wafer 18 are irradiated at predetermined crossing angles. Then, two pairs of diffracted light (first-order diffracted light LAW (+1) of the light beam LAW, −1st-order diffracted light LBW (-1) of the light beam LBW, and the light beam are emitted from the wafer mark WM in the direction (normally) of the normal line. HAW + 1st order diffracted light HAW (+1), luminous flux HBW -1st order diffracted light HBW (-1))
Returns to the window of the reticle 43 via the projection optical system 44.

【0044】一方、レチクル用の2対の光束(LAR,
LBR及びHAR,HBR)は、平行平板ガラス39、
及びリレーレンズ40を経て平行な2対の光束となって
から、ビームスプリッタ41を透過した後、対物レンズ
42によりレチクル43上の回折格子状のレチクルマー
クRM上にそれぞれ所定の交差角で照射される。そし
て、レチクルマークRMからほぼ法線方向に(垂直に)
射出された2対の回折光(光束LARの−1次回折光L
AR(-1),光束LBRの+1次回折光LBR(+1)及び光
束HARの−1次回折光HAR(-1),光束HBRの+1
次回折光HBR(+1))は、ウエハマークWMからの2対
の回折光(LAW(+1),LBW(-1)及びHAW(+1),H
BW(-1))と平行に対物レンズ42を経てビームスプリ
ッタ41で反射された後、集光レンズ45を経てビーム
スプリッタ46(又は部分反射プリズム)に入射する。
On the other hand, two pairs of light fluxes for the reticle (LAR,
LBR and HAR, HBR) are parallel plate glass 39,
After passing through the beam splitter 41 after being formed into two pairs of parallel light fluxes via the relay lens 40, the objective lens 42 irradiates the reticle mark RM in the form of a diffraction grating on the reticle 43 with a predetermined crossing angle. It Then, from the reticle mark RM almost in the normal direction (vertically)
Two pairs of diffracted light emitted (-first-order diffracted light L of light flux LAR
AR (-1), + 1st order diffracted light LBR (+1) of the light beam LBR, -1st order diffracted light HAR (-1) of the light beam HAR, +1 of the light beam HBR
The second-order diffracted light HBR (+1) is two pairs of diffracted light (LAW (+1), LBW (-1) and HAW (+1), H from the wafer mark WM.
After being reflected by the beam splitter 41 through the objective lens 42 in parallel with BW (-1)), the light enters the beam splitter 46 (or the partial reflection prism) through the condenser lens 45.

【0045】そして、ビームスプリッタ46で反射され
たウエハマークWMからの2対の回折光の干渉光がウエ
ハ用光電検出器47で受光され、ウエハ用光電検出器4
7での光電変換により得られたウエハ信号SBが制御装
置50に供給される。それと並行して、ビームスプリッ
タ46を透過したレチクルマークRMからの2対の回折
光の干渉光がレチクル用光電検出器49で受光され、レ
チクル用光電検出器49での光電変換により得られたレ
チクル信号SAが制御装置50に供給される。
The interference light of the two pairs of diffracted light from the wafer mark WM reflected by the beam splitter 46 is received by the wafer photoelectric detector 47, and the wafer photoelectric detector 4 is detected.
The wafer signal SB obtained by the photoelectric conversion in 7 is supplied to the control device 50. At the same time, the interference light of two pairs of diffracted light from the reticle mark RM that has passed through the beam splitter 46 is received by the reticle photoelectric detector 49 and is obtained by photoelectric conversion in the reticle photoelectric detector 49. The signal SA is supplied to the control device 50.

【0046】また、レチクル43はレチクルステージR
ST上に載置され、ウエハ18はウエハステージWST
上に載置され、レチクルステージRSTは所定範囲内で
レチクル43の並進及び回転調整を行い、ウエハステー
ジWSTはウエハ18のX方向及びY方向へのステッピ
ング駆動及びZ方向への位置調整等を行う。制御装置5
0は、供給されたレチクル信号SA及びウエハ信号SB
に基づいて、レチクルステージRST及びウエハステー
ジWSTを介してレチクル43及びウエハ18の位置合
わせを行う。
The reticle 43 is the reticle stage R.
The wafer 18 is placed on the ST and the wafer 18 is placed on the wafer stage WST.
Mounted on the reticle stage RST, the reticle 43 performs translation and rotation adjustment of the reticle 43 within a predetermined range, and the wafer stage WST performs stepping drive of the wafer 18 in the X and Y directions and position adjustment in the Z direction. . Control device 5
0 is the supplied reticle signal SA and wafer signal SB
Based on the above, the reticle 43 and the wafer 18 are aligned with each other via the reticle stage RST and the wafer stage WST.

【0047】本実施例においても、ウエハ用光電検出器
47では2つの波長の干渉ビート光が混合された状態で
光電変換されるため、2つの干渉ビート光の位相を合わ
せるために平行平板ガラス38を回転する。レチクル用
光電検出器49に関しても、2つの干渉ビート光の位相
を合わせるために平行平板ガラス39を回転する。な
お、ウエハ用アライメントマークは半導体プロセスを経
る間に、破壊される可能性があるため、上記マークの打
ち換えを行う必要が生ずる場合がある。そのためには、
対物レンズ42を含むアライメント系又はその1部をレ
チクル面に対し平行に移動させて、打ち換えられたマー
クを検出できるようにする必要がある。この場合には、
レチクルビームとレチクルマークとの相対的な位置関係
を変化させないようにアライメント系又はその1部を移
動させることができるが、この移動に伴いウエハビーム
が投影レンズ44を通過する時の像高(投影光学系44
の光軸からの高さ)の位置が変化し、この結果、レチク
ルビームが投影光学系44によって受ける収差の影響が
変化する。従って、ウエハマークの打ち換え毎に、ウエ
ハマークを介して得られる光干渉ビート信号の原点(基
準点)の位置出しのために、平行平板ガラス38を回転
させてウエハビームを調整すれば良い。但し、レチクル
ビームは1度だけ調整しておけば十分である。なお、ア
ライメント系をホモダイン法によるものとして、ウエハ
マークの打ち換え毎に、ウエハビームを調整する場合に
は、ウエハマークを介して得られる検出信号のピーク位
置となるように平行平板ガラス38を回転させてウエハ
ビームを調整すれば良い。
Also in this embodiment, since the photoelectric detector 47 for wafer photoelectrically converts the interference beat lights of two wavelengths in a mixed state, the parallel plate glass 38 is used to match the phases of the two interference beat lights. To rotate. Also for the reticle photoelectric detector 49, the parallel plate glass 39 is rotated to match the phases of the two interference beat lights. Since the wafer alignment mark may be destroyed during the semiconductor process, it may be necessary to replace the mark. for that purpose,
It is necessary to move the alignment system including the objective lens 42 or a part of the alignment system parallel to the reticle surface so that the rewritten mark can be detected. In this case,
The alignment system or a part thereof can be moved so as not to change the relative positional relationship between the reticle beam and the reticle mark. With this movement, the image height when the wafer beam passes through the projection lens 44 (projection optical System 44
The height of the reticle beam from the projection optical system 44 changes as a result. Therefore, the parallel flat glass 38 may be rotated to adjust the wafer beam in order to position the origin (reference point) of the optical interference beat signal obtained through the wafer mark each time the wafer mark is changed. However, it is sufficient to adjust the reticle beam only once. When the alignment system is based on the homodyne method and the wafer beam is adjusted each time the wafer mark is changed, the parallel plate glass 38 is rotated so as to reach the peak position of the detection signal obtained through the wafer mark. Then, the wafer beam may be adjusted.

【0048】次に、本実施例における平行平板ガラス3
8の調整方法に付き説明する。先ず、ウエハ18上に基
準回折格子を設置し、図示省略されたアライメント顕微
鏡の観察することによりレチクルマークRMとその基準
回折格子との位置を合致させる。この状態でアライメン
ト顕微鏡を退避させて、レチクル用の2対の光束及びウ
エハ用の2対の光束がそれぞれレチクルマークRM及び
その基準回折格子上に照射されるようにしておく。その
後、例えば図3の半導体レーザ素子2のみを点灯し、レ
チクルマークRM及びその基準回折格子上にそれぞれ1
対の光束LAR,LBR及びLAW,LBWを照射す
る。この際に、レチクル用光電検出器49及びウエハ用
光電検出器47からはそれぞれ周波数が2|f1-f2|の
レチクル信号SAL 及びウエハ信号SBL が得られ、基
準回折格子のレチクル43に対するX方向のずれ量は、
レチクル信号SAL に対するウエハ信号SBL の位相差
として測定される。
Next, the parallel plate glass 3 in this embodiment is used.
The adjustment method of No. 8 will be described. First, a reference diffraction grating is set on the wafer 18, and the position of the reticle mark RM is aligned with that of the reference diffraction grating by observing with an alignment microscope (not shown). In this state, the alignment microscope is retracted so that the reticle mark RM and its reference diffraction grating are irradiated with two pairs of light fluxes for the reticle and two pairs of light flux for the wafer, respectively. After that, for example, only the semiconductor laser element 2 of FIG. 3 is turned on, and 1 is turned on the reticle mark RM and its reference diffraction grating.
The pair of light beams LAR, LBR and LAW, LBW are irradiated. At this time, the reticle photoelectric detector 49 and the wafer photoelectric detector 47 obtain a reticle signal SA L and a wafer signal SB L having a frequency of 2 | f 1 -f 2 |, respectively, and the reticle 43 of the reference diffraction grating. The amount of deviation in the X direction with respect to
It is measured as the phase difference between wafer signal SB L and reticle signal SA L.

【0049】実際に平行平板ガラス38の回転角の調整
を行うためには、図3の半導体レーザ素子2が点灯し、
He−Neレーザ光源1が消灯している状態で、レチク
ル信号SAL に対するウエハ信号SBL の位相差ΔABL
を測定した後、He−Neレーザ光源1をも点灯した状
態で、レチクル用光電検出器49からのレチクル信号S
Aに対するウエハ用光電検出器47からのウエハ信号S
Bの位相差ΔABを測定する。そして、位相差ΔABL と位
相差ΔABとが等しくなるように平行平板ガラス38を回
転し、そのときのレチクル信号SAとウエハ信号SBと
の位相差をオフセットとする。
In order to actually adjust the rotation angle of the parallel plate glass 38, the semiconductor laser element 2 of FIG. 3 is turned on,
The phase difference Δ ABL of the wafer signal SB L with respect to the reticle signal SA L in a state where the He-Ne laser light source 1 is turned off.
After measuring the reticle, the reticle signal S from the reticle photoelectric detector 49 is also turned on with the He-Ne laser light source 1 also turned on.
Wafer signal S from wafer photoelectric detector 47 for A
Measure the phase difference Δ AB of B. Then, by rotating the parallel plate glass 38 such that the phase difference delta ABL and the phase difference delta AB equal to the phase difference between the reticle signal SA and the wafer signal SB at the time and offset.

【0050】その後、実際に位置合わせを行う際には、
図3のHe−Neレーザ光源1及び半導体レーザ素子2
が点灯している状態で、レチクル信号SAとウエハ信号
SBとの位相差がそのオフセットになるようにレチクル
ステージRST又はウエハステージWSTを移動する。
なお、このようにTTR方式で位置合わせを行う場合に
は、ウエハマークWMが露光光により露光され易くなる
ため、ウエハマークWMの打ち換えが必要となる。この
場合、位置検出装置の視野移動後に、隣接するウエハマ
ーク間の間隔(オフセット)の計測を行い、その間隔だ
けずれた位置が露光フィールド内に設定されるように、
ウエハステージWST又はレチクルステージRSTを動
かしてから露光を行えばよい。
After that, when actually performing the alignment,
He-Ne laser light source 1 and semiconductor laser device 2 of FIG.
With lit, reticle stage RST or wafer stage WST is moved so that the phase difference between reticle signal SA and wafer signal SB becomes the offset.
When performing the alignment by the TTR method as described above, the wafer mark WM is likely to be exposed by the exposure light, so that the wafer mark WM needs to be replaced. In this case, the distance (offset) between the adjacent wafer marks is measured after the field of view of the position detection device is moved, and the position shifted by the distance is set in the exposure field.
Exposure may be performed after moving wafer stage WST or reticle stage RST.

【0051】また、レーザ光源を安定に動作させるため
には、平行平板ガラス38の調整時に、He−Neレー
ザ光源1を消灯する代わりに、シャッタ等を用いてHe
−Neレーザ光源1からのレーザビームを遮光するか、
又はNDフィルタによりHe−Neレーザ光源1からの
レーザビームを減光させたりして測定を行ってもよい。
なお、He−Neレーザ光源1からの光束を機械的なシ
ャッターで開閉する代わりに、例えばポッケルスセルの
ような光学素子を用いてシャッターを構成しても良い。
Further, in order to operate the laser light source stably, instead of turning off the He--Ne laser light source 1 when adjusting the parallel plate glass 38, a He or the like is used by using a shutter or the like.
-Shield the laser beam from the Ne laser light source 1 or
Alternatively, the measurement may be performed by dimming the laser beam from the He—Ne laser light source 1 with an ND filter.
Instead of opening and closing the light beam from the He-Ne laser light source 1 with a mechanical shutter, an optical element such as a Pockels cell may be used to form the shutter.

【0052】また、光源としてHe−Neレーザ光源1
のようなレーザ光源と半導体レーザ素子2とを併用する
代わりに、光源として複数波長同時発振の1個のレーザ
光源を使用してもよい。また、光源としてスペクトル幅
の広い光を発生する光源(白色ランプ、レーザダイオー
ド)等を使用してもよい。また、本発明はオフ・アクシ
ス方式のアライメント系又はTTR方式のアライメント
系のみならず、投影光学系を介して位置検出を行うTT
L(スルー・ザ・レンズ)方式のアライメント系にも同
様に適用される。
As a light source, a He-Ne laser light source 1
Instead of using such a laser light source and the semiconductor laser element 2 in combination, one laser light source that simultaneously oscillates a plurality of wavelengths may be used as a light source. Further, as the light source, a light source (white lamp, laser diode) or the like that generates light with a wide spectrum width may be used. Further, the present invention is not limited to an off-axis type alignment system or a TTR type alignment system, but also a TT for performing position detection via a projection optical system.
The same applies to the L (through the lens) type alignment system.

【0053】更に、上述実施例はヘテロダイン干渉型の
アライメント系に本発明を適用したものであるが、本発
明はホモダイン干渉型のアライメント系にも同様に適用
できる。このように本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得
る。
Further, although the present invention is applied to the heterodyne interference type alignment system in the above-mentioned embodiment, the present invention can be applied to the homodyne interference type alignment system as well. Thus, the present invention is not limited to the above embodiment,
Various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、複数の波長の光を同時
に使用しながら単一の受光系を用いた構成でも、色収差
補正手段によりそれら複数の波長の干渉光の位相を所定
の状態に揃えることができ、その単一の受光系からの検
出信号のSN比を改善することができる。従って、回折
格子状マークの段差や感光材の膜厚等の影響を受けずに
高精度に位置検出が行えると共に、製造誤差を含む光学
素子等を用いても、その製造誤差に起因する位相ずれを
補正できる利点がある。
According to the present invention, even if a single light receiving system is used while simultaneously using lights having a plurality of wavelengths, the phase of the interference lights having a plurality of wavelengths can be set to a predetermined state by the chromatic aberration correcting means. They can be aligned, and the SN ratio of the detection signal from the single light receiving system can be improved. Therefore, the position can be detected with high accuracy without being affected by the step of the diffraction grating mark or the film thickness of the photosensitive material, and even if an optical element including a manufacturing error is used, the phase shift caused by the manufacturing error is caused. There is an advantage that can be corrected.

【0055】また、色収差補正手段を、被検物18の被
検面とほぼ共役な面上に配置した場合には、装置全体を
小型化できる。更に、色収差補正手段が、回転自在に支
持された平行平板ガラスである場合には、構成が簡略で
ある。
Further, when the chromatic aberration correcting means is arranged on a surface which is substantially conjugate with the surface to be inspected of the object to be inspected 18, the entire apparatus can be downsized. Further, when the chromatic aberration correcting means is a parallel flat plate glass which is rotatably supported, the structure is simple.

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

【図1】本発明による位置検出装置の一実施例を示す構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a position detecting device according to the present invention.

【図2】図1の実施例で得られる参照信号及びウエハ信
号を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a reference signal and a wafer signal obtained in the embodiment of FIG.

【図3】(a)は本発明の第2実施例のヘテロダインビ
ーム生成系の正面図、(b)はその第2実施例のヘテロ
ダインビーム生成系の側面図である。
FIG. 3A is a front view of a heterodyne beam generation system according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a side view of the heterodyne beam generation system according to the second embodiment.

【図4】(a)は本発明の第2実施例の図3(a)に続
く部分の構成を示す正面図、(b)はその第2実施例の
図3(b)に続く部分の構成を示す側面図である。
FIG. 4 (a) is a front view showing the configuration of a portion following FIG. 3 (a) of the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 (b) is a portion of FIG. 3 (b) of the second embodiment thereof. It is a side view which shows a structure.

【図5】製造誤差を含む光学素子を使った場合の2光束
の交差点の位置ずれ量の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a positional deviation amount at an intersection of two light fluxes when an optical element including a manufacturing error is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 He−Neレーザ光源 2 半導体レーザ素子 3 コリメータレンズ 4,4A ダイクロイックミラー 5 回折格子 8,9 音響光学変調素子(AOM) 13 視野絞り 14 平行平板ガラス 18 ウエハ WM ウエハマーク 19 光電検出器 21 参照格子 22 参照光電検出器 43 レチクル RM レチクルマーク 47 ウエハ用光電検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 He-Ne laser light source 2 Semiconductor laser element 3 Collimator lens 4,4A Dichroic mirror 5 Diffraction grating 8,9 Acousto-optic modulator (AOM) 13 Field stop 14 Parallel plate glass 18 Wafer WM Wafer mark 19 Photoelectric detector 21 Reference grating 22 Reference Photoelectric Detector 43 Reticle RM Reticle Mark 47 Photoelectric Detector for Wafer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可干渉性を有する複数の光束を被検物上
に形成された回折格子状マーク上に照射し、該複数の光
束の照射により前記回折格子状マークから発生する複数
の回折光の干渉光の光電変換信号に基づいて、前記被検
物の位置検出を行う位置検出装置において、 互いに異なる複数の波長の光束を発生する光源と、 前記光源から射出された互いに波長の異なる複数の光束
をそれぞれ1対の光束に分割し、これにより得られた複
数対の光束を前記被検物上に形成された回折格子状マー
ク上に照射する送光光学系と、 前記複数対の光束の照射により前記回折格子状マークか
ら発生する複数対の回折光の干渉光を生成する受光光学
系と、 前記複数対の回折光の干渉光を一括して光電変換する光
電変換手段と、 前記送光光学系内に配置され、前記互いに波長の異なる
複数対の光束の色収差を補正する色収差補正手段と、を
有し、 前記色収差補正手段により、前記光電変換手段で受光さ
れる前記複数対の回折光のそれぞれの干渉光の位相を所
定の状態に揃えることを特徴とする位置検出装置。
1. A plurality of coherent light beams are applied to a diffraction grating mark formed on a test object, and a plurality of diffracted lights generated from the diffraction grating mark by the irradiation of the plurality of light beams. In a position detecting device for detecting the position of the object to be detected based on the photoelectric conversion signal of the interference light, a light source that generates light fluxes having a plurality of different wavelengths, and a plurality of different wavelengths emitted from the light source. A light-sending optical system that splits each of the light fluxes into a pair of light fluxes, and irradiates a plurality of pairs of light fluxes obtained thereby onto a diffraction grating mark formed on the object to be inspected; A light receiving optical system that generates interference light of a plurality of pairs of diffracted light generated from the diffraction grating mark by irradiation, a photoelectric conversion unit that collectively photoelectrically converts the interference light of the plurality of pairs of diffracted light, and the light transmission Located in the optics, front Chromatic aberration correcting means for correcting chromatic aberration of a plurality of pairs of light fluxes having different wavelengths, and by the chromatic aberration correcting means, the phase of each interference light of the plurality of pairs of diffracted light received by the photoelectric conversion means is determined. A position detecting device, which is arranged in a predetermined state.
【請求項2】 前記色収差補正手段を、前記被検物の被
検面とほぼ共役な面上に配置したことを特徴とする請求
項1記載の位置検出装置。
2. The position detecting device according to claim 1, wherein the chromatic aberration correcting means is arranged on a surface substantially conjugate with a surface to be inspected of the object to be inspected.
【請求項3】 前記色収差補正手段は、回転自在に支持
された平行平板ガラスであることを特徴とする請求項1
又は2記載の位置検出装置。
3. The chromatic aberration correcting means is a parallel flat plate glass which is rotatably supported.
Alternatively, the position detection device according to item 2.
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