JP2001250766A - Position measuring device, projection aligner, and exposure method - Google Patents

Position measuring device, projection aligner, and exposure method

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JP2001250766A
JP2001250766A JP2000062520A JP2000062520A JP2001250766A JP 2001250766 A JP2001250766 A JP 2001250766A JP 2000062520 A JP2000062520 A JP 2000062520A JP 2000062520 A JP2000062520 A JP 2000062520A JP 2001250766 A JP2001250766 A JP 2001250766A
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JP
Japan
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mark
order
position information
image signal
odd
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JP2000062520A
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Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measuring device, a projection aligner, and an exposure method for accurately detecting mark position information even if a mark is formed as designed by measuring the mark position information for each order, even if a light source in a wide wavelength band is the light source of illumination light without causing increase in the scale of the device configuration of an optical system. SOLUTION: An alignment sensor 12 applies illumination light IL to an alignment mark AM that is formed on a wafer W, and picks up the image of the alignment mark being generated by applying the illumination light IL for generating an image signal. A position operation unit 27 extracts odd-order of harmonics based on the image signal, and obtains the position information of the alignment mark AM based on the extracted, odd-order of harmonics.

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、例えばウェハ等の
物体上に形成されたアライメントマークの位置情報の計
測を行う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物体の位置を移動し、マス
クとウェハ上の各ショット領域との位置合わせを行っ
て、マスクに露光光を露光してレチクルに形成された像
を物体上に転写する露光装置及び露光方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring device for measuring position information of an alignment mark formed on an object such as a wafer, and a position of the object based on the position information measured by the position measuring device. The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method for performing alignment of a mask with each shot area on a wafer, exposing the mask to exposure light, and transferring an image formed on a reticle onto an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等のデバイ
スをフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマ
スク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)のパ
ターン像を投影光学系を介して感光基板上の各ショット
領域に投影する投影露光装置が使用されている。この種
の投影露光装置として近年は、感光基板を2次元的に移
動自在なステージ上に載置し、このステージにより感光
基板を歩進(ステッピング)させて、レチクルのパター
ン像を感光基板上の各ショット領域に順次露光する動作
を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、例えば縮小投影型の露光装置(ステッパー)が
多用されている。また、近年においては、露光時にレチ
クルと基板とを同期走査して走査露光を行うステップ・
アンド・スキャン方式の露光装置も用いられている。
2. Description of the Related Art When a device such as a semiconductor device or a liquid crystal display device is manufactured by a photolithography process, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter collectively referred to as a "reticle") is formed on a photosensitive substrate through a projection optical system. The projection exposure apparatus for projecting each shot area is used. In recent years, as a projection exposure apparatus of this type, a photosensitive substrate is placed on a two-dimensionally movable stage, and the stage is moved (stepped) by the stage, so that a reticle pattern image is formed on the photosensitive substrate. A so-called step-and-repeat type exposure apparatus that repeats the operation of sequentially exposing each shot area, for example, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) is frequently used. In recent years, a step of performing scanning exposure by synchronously scanning a reticle and a substrate at the time of exposure has been proposed.
An and scan type exposure apparatus is also used.

【0003】これらの露光装置を用いてレチクルのパタ
ーン像を所定位置に転写するためには、レチクルや基板
の位置を高い精度で検出する必要がある。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アライメント
マークが形成されており、露光装置はこれらのアライメ
ントマークの位置情報を検出することによってレチクル
又は基板の位置情報を検出するアライメントセンサを備
えている。
In order to transfer a reticle pattern image to a predetermined position using these exposure apparatuses, it is necessary to detect the position of the reticle or the substrate with high accuracy. 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. An alignment mark for detecting the position is formed on the substrate or the reticle, and the exposure apparatus includes an alignment sensor that detects the position information of the reticle or the substrate by detecting the position information of these alignment marks. .

【0004】基板の位置情報を検出するアライメントセ
ンサは、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装置が使用される。これらの装置の
主なものとしては、LSA(Laser Step Alignment)方
式、FIA(Field Image Alignment)方式、LIA(L
aser Interferometric Alignment)方式のものがある。
LSA方式のアライメントセンサは、レーザ光を基板に
形成されたアライメントマークに照射し、回折・散乱さ
れた光を利用してそのアライメントマークの位置情報を
計測するアライメントセンサであり、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
方式のアライメントセンサは、ハロゲンランプ等の波長
帯域幅の広い光源を用いてアライメントマークを照明
し、その結果得られたアライメント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アライメ
ントセンサであり、アルミニウム層や基板表面に形成さ
れた非対称なアライメントマークの計測に効果的であ
る。LIA方式のアライメントセンサは、基板表面に形
成された回折格子状のアライメントマークに、僅かに波
長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アラ
イメントマークの位置情報を検出するアライメントセン
サである。このLIA方式のアライメントセンサは、低
段差のアライメント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。
An alignment sensor that detects positional information of a substrate changes the surface state (roughness) of the substrate to be measured in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like. It is difficult to accurately detect position information, and different devices are generally used according to the surface condition of the substrate. The main components of these devices are LSA (Laser Step Alignment), FIA (Field Image Alignment), and LIA (L
aser Interferometric Alignment) method.
An LSA type alignment sensor is an alignment sensor that irradiates an alignment mark formed on a substrate with a laser beam and measures the position information of the alignment mark by using diffracted and scattered light. Widely used for semiconductor wafers in the process. FIA
Alignment sensor illuminates the alignment mark using a light source with a wide wavelength band such as a halogen lamp, converts the resulting image of the alignment mark into an image signal, performs image processing, and performs position measurement. The alignment sensor is effective for measuring an asymmetric alignment mark formed on an aluminum layer or a substrate surface. The LIA type alignment sensor irradiates a diffraction grating alignment mark formed on the substrate surface with laser light having slightly different wavelengths from two directions, and causes the resulting two diffracted lights to interfere with each other. This is an alignment sensor that detects the position information of the alignment mark from the phase. This LIA type alignment sensor is effective when used for an alignment mark with a low step or a substrate having a large surface roughness.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に用
いられているアライメントマークは、基板表面に矩形状
の凸部又は凹部を形成したいわゆるライン・アンド・ス
ペースのアライメントマークであり、アライメントマー
クの位置情報は、各ラインのエッジ位置等を考慮してア
ライメントマークの中心位置を検出することによって得
られる。よって、例えばアライメントマークの各ライン
の位置が設計通り形成されていない場合、つまりプロセ
スオフセットが生じている場合には、アライメントマー
クの中心位置がずれて検出される。このプロセスオフセ
ットは、アライメントマークの位置検出精度を向上させ
るためには、できるだけ小さい方が良い。
The generally used alignment mark is a so-called line-and-space alignment mark in which a rectangular convex or concave portion is formed on the substrate surface. The position information is obtained by detecting the center position of the alignment mark in consideration of the edge position of each line and the like. Therefore, for example, when the position of each line of the alignment mark is not formed as designed, that is, when a process offset occurs, the center position of the alignment mark is detected as being shifted. The process offset is preferably as small as possible in order to improve the position detection accuracy of the alignment mark.

【0006】近年、アライメントマークの位置情報検出
精度を向上させるため、アライメントマークに照明光を
照射したときに生ずる高次回折光を利用する技術が案出
されている。図14は、高次回折光を利用してアライメ
ントマークの位置情報検出精度を向上させる従来技術を
説明するための図である。図14において、100はア
ライメントマーク101が形成された基板であり、図1
4においてはその断面形状を示している。このアライメ
ントマーク101は、基板100の一部をエッチングし
て形成した溝を複数設けてなるものである。
In recent years, in order to improve the accuracy of detecting the position information of the alignment mark, a technique has been devised which utilizes high-order diffracted light generated when the alignment mark is irradiated with illumination light. FIG. 14 is a diagram for explaining a conventional technique for improving the position information detection accuracy of an alignment mark by using higher-order diffracted light. In FIG. 14, reference numeral 100 denotes a substrate on which an alignment mark 101 is formed.
4 shows the cross-sectional shape. The alignment mark 101 has a plurality of grooves formed by etching a part of the substrate 100.

【0007】図14において、105はアライメントマ
ーク101に照明光を照射した場合に生ずる回折光10
2a,102b,103a,103b,104a,10
4bを平行光に変換するレンズ系を示している。尚、回
折光102a,102bはそれぞれ+1次及び−1次の
回折光であり、回折光103a,103bはそれぞれ+
2次及び−2次の回折光であり、回折光104a,10
4bはそれぞれ+3次及び−3次の回折光である。
In FIG. 14, reference numeral 105 denotes a diffracted light 10 generated when the alignment mark 101 is irradiated with illumination light.
2a, 102b, 103a, 103b, 104a, 10
4B illustrates a lens system that converts 4b into parallel light. The diffracted lights 102a and 102b are + 1st-order and -1st-order diffracted lights, respectively, and the diffracted lights 103a and 103b are +
These are second- and second-order diffracted lights, and the diffracted lights 104a, 104a
4b is +3 order and -3 order diffracted light, respectively.

【0008】106は入射する回折光102a,102
b,103a,103b,104a,104bを次数毎
に異なる方向へ回折させるための楔107a,107
b,108a,108b,109が形成された楔板であ
る。この楔板106はアライメントマーク101からの
回折光を、符号を含めて次数毎に分離するために設けら
れている。110は、楔板106によって回折された各
次数の回折光を集光するレンズ系を示している。11
1、112,113は、1次回折光、2次回折光、及び
3次回折光をそれぞれ受光するために設けられた受光装
置である。
Reference numeral 106 denotes the incident diffracted light 102a, 102
b, 103a, 103b, 104a, and 104b are diffracted in different directions for each order.
b, 108a, 108b, and 109 are wedge plates formed. The wedge plate 106 is provided to separate the diffracted light from the alignment mark 101 for each order including the sign. Reference numeral 110 denotes a lens system that collects the diffracted light of each order diffracted by the wedge plate 106. 11
1, 112, and 113 are light receiving devices provided to receive the first-order diffracted light, the second-order diffracted light, and the third-order diffracted light, respectively.

【0009】上記構成における従来の装置は、まずアラ
イメントマーク101に照明光を照射して生ずる回折光
102a,102b,103a,103b,104a,
104bをレンズ系105でそれぞれ平行光に変換して
楔板106に入射させ、回折光102a,102b,1
03a,103b,104a,104bの符号及び次数
毎に異なった方向へ回折させる。つまり、楔板106は
1次、2次、及び3次の回折光を各々異なった方向へ回
折させるのは勿論のこと、次数が同じであっても符号が
異なる回折光、例えば+1次と−1次の回折光とを異な
る方向へ回折させる。
In the conventional apparatus having the above-described structure, first, diffraction light 102a, 102b, 103a, 103b, 104a, 104a,
104b is converted into parallel light by a lens system 105 and made incident on a wedge plate 106, and the diffracted lights 102a, 102b, 1
The light is diffracted in different directions for each sign and order of 03a, 103b, 104a, and 104b. That is, the wedge plate 106 diffracts the first-order, second-order, and third-order diffracted lights in different directions, respectively, but also diffracted lights having different signs even if the order is the same, for example, + 1st order and-. The first order diffracted light is diffracted in a different direction.

【0010】楔板106による回折光がレンズ系110
に入射すると、+1次及び−1次の回折光は受光装置1
11に入射し、+2次及び−2次の回折光は受光装置1
12に入射し、+3次及び−3次の回折光は受光装置1
13に入射するようレンズ系110によって集光され
る。よって、受光装置111は+1次の回折光と−1次
の回折光との干渉光を、受光装置112は+2次の回折
光と−2次の回折光との干渉光を、受光装置113は+
3次の回折光と−3次の回折光との干渉光を、それぞれ
検出することになる。
The light diffracted by the wedge plate 106 is transmitted to the lens system 110.
, The + 1st-order and -1st-order diffracted light are
11 and the +2 order and −2 order diffracted light are
12 and the +3 order and −3 order diffracted light are
The light is condensed by the lens system 110 so as to be incident on the lens 13. Therefore, the light receiving device 111 receives the interference light between the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, the light receiving device 112 receives the interference light between the + 2nd-order diffracted light and the −2nd-order diffracted light, and the light receiving device 113 outputs the interference light. +
Interference light between the third-order diffracted light and the third-order diffracted light is detected.

【0011】図14に示したアライメントマーク110
は、Z方向における表面位置がX方向の位置に応じて周
期的に階段状に変化するものである。このように空間的
に形状が変化するアライメントマークをフーリエ変換す
ると、X方向の空間周波数が異なるフーリエ成分が生
じ、各次数の回折光は各フーリエ成分の影響を受けたも
のとなる。つまり、X方向におけるライン1つ分の長さ
とスペース1つ分の長さを基本周期とし、この基本周期
に対応する空間周波数を基本周波数とすると、例えば1
次の回折光はこの基本周波数に対応したフーリエ成分の
影響を強く受けたものとなる。
The alignment mark 110 shown in FIG.
Is that the surface position in the Z direction periodically changes stepwise according to the position in the X direction. When a Fourier transform is performed on an alignment mark having a spatially changing shape as described above, Fourier components having different spatial frequencies in the X direction are generated, and the diffracted light of each order is affected by each Fourier component. That is, assuming that the length of one line and the length of one space in the X direction is a basic period, and a spatial frequency corresponding to the basic period is a basic frequency, for example, 1
The next diffracted light is strongly affected by the Fourier component corresponding to the fundamental frequency.

【0012】アライメントマークにプロセスオフセット
が生じていない場合とプロセスオフセットが生じている
場合とでは、アライメントマークをフーリエ変換したと
きに含まれる各フーリエ成分が異なる。アライメントマ
ーク101からの回折光を各次数毎に分離せずに計測す
る場合の計測結果は1つのみであるが、各次数毎に分離
して計測を行うことにより、各次数毎の計測結果を得る
ことができる。上述した従来技術は、各次数毎にアライ
メントマークの位置情報を計測し、計測された各次数毎
の位置情報を考慮して最終的なアライメントマークの位
置情報としているため、単一の計測結果に基づいてアラ
イメントマークの位置情報を得る場合よりも高い精度で
アライメントマークの位置情報が計測されることとな
る。以上の従来技術の詳細については特許協力条約の規
定に基づく国際出願の国際公開番号WO 98/396
89の内容を参照されたい。
Each of the Fourier components included when the alignment mark is subjected to Fourier transform differs between a case where no process offset has occurred in the alignment mark and a case where a process offset has occurred. When the diffracted light from the alignment mark 101 is measured without being separated for each order, there is only one measurement result. By performing measurement separately for each order, the measurement result for each order can be obtained. Obtainable. In the above-described conventional technology, the position information of the alignment mark is measured for each order, and the final position information of the alignment mark is taken into account in consideration of the measured position information for each order. Based on this, the position information of the alignment mark is measured with higher accuracy than when the position information of the alignment mark is obtained. For details of the above prior art, see International Publication No. WO 98/396 based on the provisions of the Patent Cooperation Treaty.
See 89.

【0013】上述した従来技術は、アライメントマーク
101からの回折光を、レンズ系105、楔板106、
レンズ系110、及び複数の受光装置111〜113を
用いて光学的に各次数毎の回折光に分離しているため、
装置規模が大きくなる。前述したように、露光装置は基
板に形成されたアライメントマークの位置情報を検出す
るために、一般的に基板の表面状態に合わせて異なる装
置が使用されているため、装置の外形形状はなるべく小
さい方が望ましい。
In the prior art described above, the diffracted light from the alignment mark 101 is transmitted to the lens system 105, the wedge plate 106,
Since it is optically separated into diffracted light of each order using the lens system 110 and the plurality of light receiving devices 111 to 113,
The device scale becomes large. As described above, since the exposure apparatus generally uses a different apparatus according to the surface state of the substrate to detect the position information of the alignment mark formed on the substrate, the external shape of the apparatus is as small as possible. Is more desirable.

【0014】また、図14に示したように、光学的な装
置を用いて回折光を各次数毎の回折光に分離する場合に
は光源の制約を受けてしまうという問題がある。現在、
基板表面に塗布されたレジストによる干渉の影響を軽減
するために、波長帯域の広いハロゲンランプを照明光の
光源として用いたFIA方式のアライメントセンサが用
いられることが多い。しかし、一般的に、レンズ系10
5、楔板106、及びレンズ系106は、波長が変化す
ると屈折率が変化するいわゆる分散特性を有するため、
これらに回折光が入射した場合にその回折角が波長毎に
異なり、各次数毎に回折光を分離することが困難とな
る。その結果、各次数毎の位置情報の計測を行えなくな
るため、高い精度での位置情報の計測が行えなくなる。
Further, as shown in FIG. 14, when the diffracted light is separated into the diffracted light of each order using an optical device, there is a problem that the light source is restricted. Current,
In order to reduce the influence of interference by the resist applied to the substrate surface, an FIA type alignment sensor using a halogen lamp having a wide wavelength band as a light source of illumination light is often used. However, in general, the lens system 10
5. Since the wedge plate 106 and the lens system 106 have a so-called dispersion characteristic in which the refractive index changes as the wavelength changes,
When diffracted light enters these, the diffraction angle differs for each wavelength, and it becomes difficult to separate the diffracted light for each order. As a result, it becomes impossible to measure the position information for each order, so that the position information cannot be measured with high accuracy.

【0015】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、光学系の装置構成の大規模化を招かずに、波長
帯域の広い光源が照明光の光源である場合であっても、
次数毎にマークの位置情報を計測することで、マークが
設計値通り形成されていないときでも高い精度でマーク
の位置情報を検出することができる位置計測装置を提供
し、当該装置によって得られたマークの位置情報を用い
て物体の位置合わせを行って露光処理を行う露光装置及
び露光方法を提供することを目的とする。
[0015] The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if a light source having a wide wavelength band is a light source of illumination light without inviting an increase in the scale of an optical system configuration.
By measuring the position information of the mark for each order, a position measurement device capable of detecting the position information of the mark with high accuracy even when the mark is not formed as designed has been provided. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method for performing an exposure process by aligning an object using mark position information.

【0016】[0016]

【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(AM)に対して検知ビーム(IL)を照射す
る照射手段(13,14,15,19,20)と、前記
検知ビーム(IL)の照射により生じる前記マーク(A
M)の像を撮像して画像信号を生成する撮像手段(1
2)と、前記画像信号に基づいて、奇数次の高調波を抽
出する抽出手段(27)と、前記抽出手段(27)で抽
出された前記奇数次高調波に基づき、前記マーク(A
M)の位置情報を求める演算手段(31)とを具備する
ことを特徴としている。この発明によれば、マークによ
って回折された各次数の高調波を光学的手段を用いて分
離するのではなく、撮像手段によって画像信号に変換し
た後に抽出手段によって奇数次の高調波を抽出している
ため、光学系の装置構成の大規模化を招かず、しかも波
長帯域の広い光源が照明光の光源である場合であって
も、奇数次の高調波を抽出することができる。また、抽
出された奇数次の高調波に基づいてマークの位置情報を
計測しているため、マークが設計値通り形成されていな
いときでも高い精度でマークの位置情報を検出すること
ができる。また、本発明は、前記抽出手段(27)が、
前記画像信号をフーリエ変換して、該画像信号に含まれ
る高調波を次数毎に分離する分離手段(28)を含むこ
とを特徴としている。また、本発明の位置計測装置は、
前記抽出手段(27)が更に、前記画像信号に対して位
相差を有する位相差画像信号を得るように、前記撮像手
段(12)で撮像する際の撮像条件を変更する変更手段
(29)を含むことを特徴としている。この発明によれ
ば、照明条件等により奇数次の高調波が殆ど含まれない
場合であっても、位相差を変更することで奇数次の高調
波を含めることができるため、照明条件が悪い場合であ
っても良好に計測を行うことができる。また、本発明の
位置計測装置は、前記撮像手段(12)が、前記マーク
(AM)の光学像を画像信号に変換する撮像素子(2
6)と、該撮像素子(26)と前記物体(W)との間の
撮像光路中に挿脱可能な位相差発生手段(17)とを含
み、前記撮像条件は、前記位相差発生手段を前記撮像光
路内に配置せしめる第1条件と、該撮像光路外に配置せ
しめる第2条件とを含み、前記撮像手段(12)は、前
記第1条件の時に前記位相差画像信号を生成することを
特徴としている。また、本発明の位置計測装置は、前記
撮像手段(12)は、前記マーク(AM)の光学像を画
像信号に変換する撮像素子(26)を含み、前記変更手
段(29)は、前記撮像素子(26)の合焦位置に対し
て前記物体(W)を変位せしめることを特徴としてい
る。また、本発明の位置計測装置は、前記抽出手段(2
7)が更に、前記画像信号に含まれる奇数次の高調波
と、前記位相差画像信号に含まれる奇数次の高調波とを
比較する比較手段(30)を含み、前記演算手段(3
1)は、前記奇数次高調波を多く含む方の画像信号から
抽出された該奇数次の高調波に基づいて、前記マーク
(AM)の位置情報を求めることを特徴としている。ま
た、本発明の位置計測装置は、前記演算手段(31)
が、前記抽出された奇数次の高調波において、該高調波
の各次数毎に、前記マーク(AM)の位置情報を求める
ことを特徴としている。また、本発明の位置計測装置
は、前記演算手段(31)が、前記マーク(AM)又は
前記マーク(AM)の形成条件に関する所定条件に基づ
いて、前記次数毎に算出された複数のマーク位置情報の
うちの、特定の次数の高調波から求めたマーク位置情報
を抽出し、該抽出したマーク位置情報に基づき該マーク
(AM)の位置を決定することを特徴としている。ま
た、本発明の位置計測装置は、前記演算手段(31)
が、前記次数毎に求められたマーク位置情報の平均値を
求め、該平均値に対する偏差が所定量以上を示すマーク
位置情報に対応する次数以外の次数を用いて、前記マー
ク(AM)の位置を求めることを特徴としている。本発
明の露光装置は、所定パターンを基板(W)上に転写す
る露光装置であって、上記位置計測装置により求められ
た前記基板(W)上に形成された前記マーク(AM)の
位置情報に基づいて、前記所定パターンと前記基板(A
M)とをアライメントするアライメント装置(7,1
1)を具備し、前記所定パターンで、前記アライメント
された基板(W)上を露光することを特徴としている。
本発明の露光方法は、基板(W)上に形成されたマーク
(AM)に対して検知ビーム(IL)を照射し、前記検
知ビーム(IL)の照射により生じる前記マーク(A
M)の像を撮像して画像信号を生成し(S14、S1
8)、前記画像信号に基づいて、奇数次の高調波を抽出
し(S14、S18)、前記抽出された前記奇数次高調
波に基づき、前記マーク(AM)の位置情報を求め(S
22)、前記マーク(AM)の位置情報に基づいて、所
定パターンと前記基板(W)とをアライメントし、前記
所定パターンで、前記アライメントされた基板(W)上
を露光することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a position measuring apparatus according to the present invention provides an irradiation system for irradiating a mark (AM) formed on an object (W) with a detection beam (IL). Means (13, 14, 15, 19, 20) and the mark (A) generated by irradiation of the detection beam (IL).
M) to capture an image of M) and generate an image signal.
2), extracting means (27) for extracting an odd-order harmonic based on the image signal, and the mark (A) based on the odd-order harmonic extracted by the extracting means (27).
M) for calculating position information. According to the present invention, the harmonics of each order diffracted by the mark are not separated using optical means, but are converted into image signals by the imaging means, and then the odd harmonics are extracted by the extracting means. Therefore, even when the light source having a wide wavelength band is the light source of the illumination light, it is possible to extract the odd-order harmonics without increasing the size of the device configuration of the optical system. Since the position information of the mark is measured based on the extracted odd-order harmonics, the position information of the mark can be detected with high accuracy even when the mark is not formed as designed. Further, according to the present invention, the extracting means (27)
The image processing apparatus further includes a separation unit (28) that performs Fourier transform on the image signal and separates harmonics included in the image signal for each order. Further, the position measuring device of the present invention,
The extracting means (27) further includes a changing means (29) for changing an imaging condition at the time of imaging by the imaging means (12) so as to obtain a phase difference image signal having a phase difference with respect to the image signal. It is characterized by including. According to the present invention, even when odd harmonics are hardly included due to lighting conditions and the like, odd harmonics can be included by changing the phase difference. However, the measurement can be performed well. Also, in the position measuring device according to the present invention, the image pickup means (12) converts the optical image of the mark (AM) into an image signal (2).
6), and a phase difference generating means (17) that can be inserted into and removed from the imaging optical path between the image sensor (26) and the object (W). A first condition for disposing the phase difference image signal in the imaging optical path; and a second condition for disposing the phase difference image signal in the imaging optical path. Features. Further, in the position measuring device according to the present invention, the imaging means (12) includes an imaging element (26) for converting an optical image of the mark (AM) into an image signal, and the changing means (29) The object (W) is displaced with respect to the in-focus position of the element (26). Further, the position measuring device of the present invention is characterized in that the extracting means (2
7) further includes comparing means (30) for comparing odd-order harmonics contained in the image signal with odd-order harmonics contained in the phase difference image signal, and the arithmetic means (3)
1) is characterized in that the position information of the mark (AM) is obtained based on the odd-order harmonics extracted from the image signal containing a larger number of the odd-order harmonics. Further, the position measuring device of the present invention may be configured such that:
However, in the extracted odd-order harmonics, position information of the mark (AM) is obtained for each order of the harmonics. Further, in the position measuring device according to the present invention, the arithmetic means (31) is configured to calculate a plurality of mark positions calculated for each of the orders based on predetermined conditions relating to the formation conditions of the mark (AM) or the mark (AM). It is characterized in that mark position information obtained from a harmonic of a specific order is extracted from the information, and the position of the mark (AM) is determined based on the extracted mark position information. Further, the position measuring device of the present invention may be configured such that:
Obtains an average value of the mark position information obtained for each of the orders, and uses an order other than the order corresponding to the mark position information indicating that the deviation from the average value is equal to or more than a predetermined amount, to determine the position of the mark (AM) It is characterized by seeking. An exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus that transfers a predetermined pattern onto a substrate (W), and includes positional information of the mark (AM) formed on the substrate (W) obtained by the position measuring device. Based on the predetermined pattern and the substrate (A
M) and an alignment device (7, 1)
1), wherein the aligned substrate (W) is exposed with the predetermined pattern.
According to the exposure method of the present invention, a mark (AM) formed on a substrate (W) is irradiated with a detection beam (IL), and the mark (A) generated by irradiation of the detection beam (IL) is irradiated.
M), and an image signal is generated (S14, S1).
8) Odd-order harmonics are extracted based on the image signal (S14, S18), and position information of the mark (AM) is obtained based on the extracted odd-order harmonics (S14).
22) A predetermined pattern and the substrate (W) are aligned based on the position information of the mark (AM), and the aligned substrate (W) is exposed with the predetermined pattern. .

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による位置計測装置並びに露光装置及び露光方法
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が用いられる本発明の一実施形態に
よる露光装置の全体構成を示す図である。本実施形態に
おいては、アライメントセンサとしてオフアクシス方式
のアライメントセンサを備えたステップ・アンド・リピ
ート方式の露光装置を例に挙げて説明する。尚、以下の
説明においては、図1中に示された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 apparatus, an exposure apparatus and an exposure method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention in which a position measuring device according to an embodiment of the present invention is used. In the present embodiment, a step-and-repeat type exposure apparatus including an off-axis type alignment sensor as an alignment sensor will be described as an example. 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.

【0018】図1において、照明光学系1から射出され
た露光光ELが、ほぼ均一な照度でマスクたるレチクル
Rを照明する。レチクルRはレチクルステージ3上に保
持され、レチクルステージ3はベース4上の2次元平面
内で移動及び微小回転ができるように支持されている。
装置全体の動作を制御する主制御系10が、ベース4上
の駆動装置5を介してレチクルステージ3の動作を制御
する。
In FIG. 1, exposure light EL emitted from an illumination optical system 1 illuminates a reticle R as a mask with substantially uniform illuminance. The reticle R is held on a reticle stage 3, and the reticle stage 3 is supported so as to be able to move and minutely rotate in a two-dimensional plane on a base 4.
A main control system 10 that controls the operation of the entire apparatus controls the operation of the reticle stage 3 via a driving device 5 on the base 4.

【0019】露光光ELのもとで、レチクルRのパター
ン像が投影光学系PLを介してウェハW上の各ショット
領域に投影される。ウェハWはウェハホルダー6を介し
てウェハステージ7上に載置されている。ウェハステー
ジ7は、投影光学系PLの光軸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、投影光学系P
Lの光軸に平行な方向(Z方向)にウェハWを位置決め
するZステージ、及びウェハWを微小回転させるステー
ジ等より構成されている。
Under the exposure light EL, a pattern image of the reticle R is projected onto each shot area on the wafer W via the projection optical system PL. The wafer W is mounted on a wafer stage 7 via a wafer holder 6. The wafer stage 7 holds the wafer W in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system PL.
XY stage for two-dimensionally positioning the projection optical system P
It comprises a Z stage for positioning the wafer W in a direction (Z direction) parallel to the optical axis of L, a stage for slightly rotating the wafer W, and the like.

【0020】ウェハステージ7の上面に移動鏡8が固定
され、移動鏡8に対向するようにレーザ干渉計9が配置
されている。図1では簡略化して表示しているが、移動
鏡8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9は、X軸に沿って移動鏡8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8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7
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7
の回転角が計測される。
A movable mirror 8 is fixed on the upper surface of the wafer stage 7, and a laser interferometer 9 is arranged to face the movable mirror 8. Although shown in a simplified manner in FIG. 1, the movable mirror 8 is composed of 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. Also,
The laser interferometer 9 includes two X-axis laser interferometers that irradiate the movable mirror 8 with a laser beam along the X-axis and a Y-axis laser that irradiates the movable mirror 8 with a laser beam along the Y-axis. The wafer stage 7 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 7
Is measured.

【0021】レーザ干渉計9により計測されたX座標、
Y座標、及び回転角の情報は主制御系10に供給され、
主制御系10は、供給された座標をモニターしつつ駆動
系11を介して、ウェハステージ7の位置決め動作を制
御する。尚、図1には示していないが、レチクル側にも
ウェハ側と全く同じ干渉計システムが設けられている。
X coordinate measured by the laser interferometer 9,
The information of the Y coordinate and the rotation angle is supplied to the main control system 10,
The main control system 10 controls the positioning operation of the wafer stage 7 via the drive system 11 while monitoring the supplied coordinates. Although not shown in FIG. 1, the same reticle side interferometer system as the wafer side is provided.

【0022】また、投影光学系PLの側面にはオフ・ア
クシスのアライメントセンサ12が配置され、このアラ
イメントセンサ12において、ハロゲンランプ等の光源
13からの照明光がコリメータレンズ14によって平行
光に変換され、ハーフミラー15で反射された後、位相
差板ターレット16へ入射する。位相差板ターレット1
6は位相差板17を備える。図2は、位相差板ターレッ
ト16の断面図である。位相差板ターレット16は、開
口OP1と開口OP2とを有し、開口OP2の中央部に
位相差板17が支持棒によって固定されている。位相差
板ターレット16はアクチュエータ18によって回転軸
C1を中心として回動可能であり、回動動作により、照
明光ILの光軸が開口OP1又は開口OP2内に位置す
るよう配置される。位相差板17は、位相差板17を通
過する反射光の位相を通過しない反射光の位相に対して
90度遅延させる。位相差板17を設ける理由について
の詳細は後述するが、照明光ILを落射照明したときに
生ずるアライメントマークの形状の情報を含む反射光に
含まれる奇数次のフーリエ成分を変化させるためであ
る。位相差板ターレット16の回動動作は後述する位置
演算ユニット27によって制御される。
On the side of the projection optical system PL, an off-axis alignment sensor 12 is arranged. In this alignment sensor 12, illumination light from a light source 13 such as a halogen lamp is converted into parallel light by a collimator lens 14. After being reflected by the half mirror 15, the light enters the retarder turret 16. Retarder turret 1
6 has a phase difference plate 17. FIG. 2 is a cross-sectional view of the retarder turret 16. The retardation plate turret 16 has an opening OP1 and an opening OP2, and a retardation plate 17 is fixed to a center portion of the opening OP2 by a support rod. The phase difference plate turret 16 is rotatable about the rotation axis C1 by the actuator 18, and is arranged such that the optical axis of the illumination light IL is positioned within the opening OP1 or OP2 by the rotating operation. The phase difference plate 17 delays the phase of the reflected light not passing through the phase of the reflected light passing through the phase difference plate 17 by 90 degrees. Although the reason for providing the phase difference plate 17 will be described later in detail, it is for changing the odd-order Fourier component included in the reflected light including the information on the shape of the alignment mark generated when the illumination light IL is incident and illuminated. The rotation operation of the phase difference plate turret 16 is controlled by a position calculation unit 27 described later.

【0023】位相差板ターレット16を透過した照明光
ILは、ミラー19で反射され、対物レンズ20で集光
されて、ウェハW上のアライメントマークAMを落射照
明する。照明光ILがアライメントマークを照明すると
反射光が生ずる。このアライメントマークAMからの反
射光は、対物レンズ20及びミラー19を介して位相差
板ターレット16に至る。ここで、図1に示したよう
に、反射光は照明光ILの光路を逆進しているため、反
射光は位相差板16の開口OP1又は開口OP2を通過
する。照明光ILの光軸が開口OP1内に配置されてい
る状態で反射光が単に開口OP1を通過する場合の反射
光と、照明光ILの光軸が開口OP2内に配置されてい
る状態で反射光が位相差板17を通過する場合の反射光
との間においては90度の位相差が生ずる。
The illumination light IL transmitted through the phase difference plate turret 16 is reflected by a mirror 19 and condensed by an objective lens 20 to illuminate the alignment mark AM on the wafer W with incident light. When the illumination light IL illuminates the alignment mark, reflected light is generated. The reflected light from the alignment mark AM reaches the retarder turret 16 via the objective lens 20 and the mirror 19. Here, as shown in FIG. 1, since the reflected light is traveling backward in the optical path of the illumination light IL, the reflected light passes through the opening OP1 or OP2 of the phase difference plate 16. The reflected light when the reflected light simply passes through the opening OP1 in a state where the optical axis of the illumination light IL is disposed in the opening OP1, and the reflected light when the optical axis of the illumination light IL is disposed in the opening OP2. A 90-degree phase difference occurs between the light and the reflected light when passing through the phase difference plate 17.

【0024】位相差板ターレット16を通過した反射光
はハーフミラー15を介してミラー21に入射する。ミ
ラー21に入射した反射光は、その光軸が折り曲げら
れ、図中Z軸方向へ進み、レンズ系22によって指標板
23上に結像される。この指標板23には、アライメン
トマークAMの位置情報を計測する際の基準となる指標
マークが形成されている。対物レンズ20とレンズ系2
2とによってウェハWと共役に配置される。ウェハWの
アライメントマークの像と指標マークとは、リレー系2
4,25を介して撮像素子26の撮像面に結像する。撮
像素子26としては例えば二次元CCD(Charge Coupl
ed Device)が用いられる。
The reflected light passing through the phase difference plate turret 16 enters the mirror 21 via the half mirror 15. The reflected light that has entered the mirror 21 has its optical axis bent, travels in the Z-axis direction in the figure, and is imaged on the index plate 23 by the lens system 22. On the index plate 23, an index mark serving as a reference when measuring the position information of the alignment mark AM is formed. Objective lens 20 and lens system 2
2 and conjugate with the wafer W. The image of the alignment mark of the wafer W and the index mark are formed by a relay system 2
An image is formed on the image pickup surface of the image pickup element 26 via 4 and 25. For example, a two-dimensional CCD (Charge Coupl
ed Device) is used.

【0025】撮像素子26は撮像面に結像した光学像を
電気信号に変換する。撮像素子26によって変換された
電気信号は画像信号として位置演算ユニット27へ出力
される。位置演算ユニット27は撮像素子26から出力
される画像信号に対して種々の信号処理を施してアライ
メントマークAMの位置情報を演算により求める。図3
は、位置演算ユニット27の内部構成を示すブロック図
である。図3に示したように、位置演算ユニット27
は、フーリエ変換部28、切替制御部29、比較部3
0、及び位置演算部31を備える。
The image pickup device 26 converts an optical image formed on the image pickup surface into an electric signal. The electric signal converted by the image sensor 26 is output to the position calculation unit 27 as an image signal. The position calculation unit 27 performs various kinds of signal processing on the image signal output from the image sensor 26 to obtain the position information of the alignment mark AM by calculation. FIG.
3 is a block diagram showing an internal configuration of the position calculation unit 27. FIG. As shown in FIG. 3, the position calculation unit 27
Is a Fourier transform unit 28, a switching control unit 29, a comparison unit 3
0 and a position calculation unit 31.

【0026】フーリエ変換部28は、撮像素子26から
出力される画像信号に対してフーリエ変換処理を施し、
各フーリエ成分を各次数毎に分離抽出する。尚、以下の
説明においては、1次以上のフーリエ成分を高調波成分
と称する。フーリエ変換部28は、入力される画像信号
をフーリエ変換した場合には変換終了を示す旨の信号を
切替制御部29へ出力する。切替制御部21はフーリエ
変換部28からフーリエ変換を終了した旨を示す信号が
入力されると、アクチュエータ18を制御し、開口OP
1又は開口OP2の何れかが照明光ILの光軸を含むよ
うに位相差板ターレット16を回動させる。
The Fourier transform unit 28 performs a Fourier transform process on the image signal output from the image sensor 26,
Each Fourier component is separated and extracted for each order. In the following description, a first-order or higher Fourier component is referred to as a harmonic component. The Fourier transform unit 28 outputs a signal indicating the end of the conversion to the switching control unit 29 when the input image signal is Fourier transformed. When a signal indicating that the Fourier transform has been completed is input from the Fourier transform unit 28, the switching control unit 21 controls the actuator 18 to control the opening OP
The phase difference plate turret 16 is rotated so that either 1 or the opening OP2 includes the optical axis of the illumination light IL.

【0027】尚、本実施形態においては、切替制御部2
9が位相差板ターレット16を回動させてウェハWから
の反射光が開口OP1を通過するか又は位相差板17が
配置された開口OP2を通過するかによって位相差を生
じさせているが、位相差を掃除させる方法は、この方法
に制限されない。例えば、位相差板ターレット16をウ
ェハWからの反射光が開口OP1を通過する状態に固定
し、切替制御部29が主制御系10に対してウェハWの
Z軸方向における位置を変化させる要求を示す制御信号
を出力し、主制御系10が駆動系11を介してウェハス
テージ7を駆動してウェハWのZ軸方向における位置を
変化させることにより、反射光の位相差を生じさせるよ
うにしても良い。ウェハWのZ軸方向の位置を変化させ
る場合、奇数次の高調波が多く含まれる位置にウェハW
を移動させることが好ましい。尚、以下の説明において
は、ウェハWからの反射光を開口OP1を通過させて撮
像素子26で検出する動作を通常観察と称し、ウェハW
からの反射光を開口OP2を通過させて撮像素子26で
検出する動作を位相差観察と称する。
In this embodiment, the switching control unit 2
9, the phase difference plate turret 16 is rotated to generate a phase difference depending on whether the reflected light from the wafer W passes through the opening OP1 or passes through the opening OP2 in which the phase difference plate 17 is arranged. The method of cleaning the phase difference is not limited to this method. For example, the retarder turret 16 is fixed so that the reflected light from the wafer W passes through the opening OP1, and the switching control unit 29 requests the main control system 10 to change the position of the wafer W in the Z-axis direction. The main control system 10 drives the wafer stage 7 via the drive system 11 to change the position of the wafer W in the Z-axis direction, thereby generating a phase difference of the reflected light. Is also good. When changing the position of the wafer W in the Z-axis direction, the position of the wafer W
Is preferably moved. In the following description, the operation of detecting reflected light from the wafer W through the opening OP1 and detecting the reflected light from the image sensor 26 is referred to as normal observation.
The operation of detecting the reflected light from the image sensor 26 through the aperture OP2 and detecting the reflected light with the image sensor 26 is referred to as phase difference observation.

【0028】比較部30は、通常観察を行って得られる
撮像素子26の検出結果をフーリエ変換した各次数の高
調波と、位相差観察を行って得られる撮像素子26の検
出結果をフーリエ変換した各次数の高調波とを比較し、
奇数次の高調波が何れの場合に多く含まれるかを判断す
る。ここで、本実施形態においては、分離抽出された各
次数の高調波の内、奇数次高調波に注目して計測精度の
向上を図っている。以下、その原理について説明する。
The comparison unit 30 Fourier-transforms the harmonics of each order obtained by Fourier-transforming the detection result of the imaging device 26 obtained by performing normal observation and the detection result of the imaging device 26 obtained by performing phase-difference observation. Compare with the harmonics of each order,
It is determined in which case the odd-order harmonics are more frequently included. Here, in the present embodiment, among the harmonics of each order that are separated and extracted, the odd-order harmonics are focused on to improve the measurement accuracy. Hereinafter, the principle will be described.

【0029】いま、図4に示した形状の周期構造を考え
る。図4は、アライメントマークAMの周期構造を一般
化した図である。撮像素子26に結像される光学像はア
ライメントマークAMの構造に関する情報を含んだもの
であり、図4に示した周期構造はアライメントマークA
Mの構造に関する情報の波形であると考えることができ
る。図4に示した周期構造に対してフーリエ変換を行っ
て、自然数の次数のフーリエ成分を用いて表現すると、
周期構造を表す関数A(x)は以下の(1)式で表され
る。
Now, consider a periodic structure having the shape shown in FIG. FIG. 4 is a diagram generalizing the periodic structure of the alignment mark AM. The optical image formed on the image sensor 26 includes information on the structure of the alignment mark AM, and the periodic structure shown in FIG.
It can be considered as a waveform of information on the structure of M. When the Fourier transform is performed on the periodic structure shown in FIG. 4 and expressed using a Fourier component of a natural order,
The function A (x) representing the periodic structure is represented by the following equation (1).

【数1】 (Equation 1)

【0030】ここで、上記(1)式中の記号ωは周期構
造のx軸方向における空間角周波数であり、記号Φは図
4に示した周期構造の位相成分を示している。尚、図4
においては、高調波として9次の次数までを考慮してい
る。これは、対物レンズ20の開口数を考慮して9次の
次数までを考慮すれば充分であると考えたためである。
つまり、9次以上の次数の回折光は対物レンズ20の開
口数以上の角度で回折されるため、対物レンズ20によ
って集光することができないと考えられるためである。
Here, the symbol ω in the above equation (1) is the spatial angular frequency in the x-axis direction of the periodic structure, and the symbol Φ is the phase component of the periodic structure shown in FIG. FIG.
In the above, harmonics up to the ninth order are considered. This is because it is considered sufficient to consider the numerical order of the objective lens 20 up to the ninth order.
In other words, the diffracted light of the ninth or higher order is diffracted at an angle equal to or larger than the numerical aperture of the objective lens 20, so that it is considered that the diffracted light cannot be collected by the objective lens 20.

【0031】撮像素子20は受光面に結像する光学像の
強度を検出して画像信号として出力する。上記(1)式
の強度像I(x)は以下の(2)式から求める。
The image sensor 20 detects the intensity of the optical image formed on the light receiving surface and outputs it as an image signal. The intensity image I (x) of the above equation (1) is obtained from the following equation (2).

【数2】 ここで、(2)式中のPSFは点像分布関数(Point-Sp
read Function)であり、無限小の一点を光学系で結像
させた時に、その像の強度分布がどのような形状になる
かを表すものであり、光学系の結像特性を表すものの一
種である。ここでいう光学系は、ウェハWの反射光を対
物レンズ20から撮像素子26に至らせる光学系であ
る。光学系における結像は、物体(標本)とPSFとの
コンボリューションで求められるため、強度像を得るた
めには(2)式で示されたように、周期構造を表す関数
A(x)の絶対値とPSFとのコンボリューションによ
って求めている。(1)式に示された周期構造を表す関
数A(x)の絶対値の自乗を求めると、以下の(3)式
となる。
(Equation 2) Here, the PSF in the equation (2) is a point spread function (Point-Sp
read function), which indicates the shape of the intensity distribution of the image when an infinitesimal point is formed by the optical system, and is a type of image forming characteristic of the optical system. is there. The optical system referred to here is an optical system that causes the reflected light of the wafer W to travel from the objective lens 20 to the image sensor 26. Since the image formed in the optical system is obtained by the convolution of the object (specimen) and the PSF, to obtain the intensity image, as shown in the equation (2), the function A (x) representing the periodic structure is obtained. It is determined by the convolution of the absolute value and the PSF. When the square of the absolute value of the function A (x) representing the periodic structure shown in the equation (1) is obtained, the following equation (3) is obtained.

【0032】[0032]

【数3】 (3)式で求めた周期構造を表す関数A(x)の絶対値
を(2)式に代入すると、以下の(4)式となる。
(Equation 3) By substituting the absolute value of the function A (x) representing the periodic structure obtained by the equation (3) into the equation (2), the following equation (4) is obtained.

【0033】[0033]

【数4】 ここで、(4)式中において、変数DCは直流成分、つ
まり位置xに依存しない成分を意味し、変数ACは位置
xに依存して変化する交流成分を意味する。変数DCの
値はB3 2であり、変数ACは以下の(5)式で表され
る。
(Equation 4) Here, in equation (4), the variable DC means a DC component, that is, a component that does not depend on the position x, and the variable AC means an AC component that changes depending on the position x. The value of the variable DC is B 3 2, variable AC is expressed by the following equation (5).

【0034】[0034]

【数5】 (Equation 5)

【0035】(4)式は、強度像I(x)を示す式であ
り、(4)式中においてxに依存して変化する成分は
(5)式に表されている。よって、(5)式を参照すれ
ばどの次数の高調波がどの程度含まれているかを得るこ
とができる。(5)式を参照すると現れる成分は全て偶
数次の高調波であり、一見すると奇数次の高調波が全く
含まれていないと思われる。例えば、(5)式の右辺第
1項(中括弧「{」と中括弧「}」とで囲まれた項)は
2次、6次、10次、18次の偶数次の高調波の和で表
されている。しかし、偶数次の高調波は奇数次の高調波
と奇数次の高調波との組み合わせて表すことができる。
例えば2次の高調波は以下のような組み合わせが考えら
れる。 1次の高調波と 1次の高調波との組み合わせ:1+
(+1)=2 3次の高調波と−1次の高調波との組み合わせ:3+
(−1)=2 5次の高調波と−3次の高調波との組み合わせ:5+
(−3)=2 7次の高調波と−5次の高調波との組み合わせ:7+
(−5)=2 9次の高調波と−7次の高調波との組み合わせ:9+
(−7)=2
Equation (4) is an equation representing the intensity image I (x), and the component that changes depending on x in the equation (4) is expressed by equation (5). Therefore, by referring to the equation (5), it is possible to obtain what order harmonics are included and how much. Referring to the equation (5), the components appearing are all even-order harmonics, and at first glance, it seems that no odd-order harmonics are included. For example, the first term on the right side of the equation (5) (the term surrounded by curly braces “{” and curly braces “}”) is the sum of the second, sixth, tenth, and eighteenth even harmonics. It is represented by However, even-order harmonics can be represented by a combination of odd-order harmonics and odd-order harmonics.
For example, the following combinations can be considered for the second harmonic. Combination of 1st harmonic and 1st harmonic: 1+
(+1) = 2 Combination of 3rd harmonic and -1st harmonic: 3+
(-1) = 2 Combination of fifth harmonic and third harmonic: 5+
(−3) = 2 Combination of 7th harmonic and −5th harmonic: 7+
(−5) = 29 Combination of 9th harmonic and −7th harmonic: 9+
(-7) = 2

【0036】このように、偶数次の高調波は奇数次の高
調波の組み合わせで表されるが、奇数次の高調波は元
来、奇数次の回折光によって形成されるものである。本
実施形態はこの点に着目し、プロセスオフセットの影響
を受けにくい奇数次の高調波に基づいてアライメントマ
ークAMの位置情報を計測することをその原理として
る。よって、求める奇数次の高調波の次数を指定して
(5)式中の各偶数項に含まれる奇数次項の組み合わせ
を考慮すれば、指定した次数における奇数次の高調波が
得られる。ところで、(3)式を参照すると、θの値が
90度の整数倍の値となるときに、奇数次の高調波が含
まれなくなる。このように、アライメントセンサ12の
計測条件によっては全く奇数次の高調波が含まれなくな
るので、位相差板17を用いて反射光の位相を変化させ
ることによりこの不具合が生ずることを防止している。
As described above, even-order harmonics are represented by a combination of odd-order harmonics, and odd-order harmonics are originally formed by odd-order diffracted light. Focusing on this point, the present embodiment is based on the principle that the position information of the alignment mark AM is measured based on odd-order harmonics that are not easily affected by the process offset. Therefore, if the order of the odd-order harmonic to be determined is specified and the combination of the odd-order terms included in each even-numbered term in the equation (5) is considered, the odd-order harmonic in the specified order can be obtained. By the way, referring to the equation (3), when the value of θ becomes an integral multiple of 90 degrees, odd harmonics are not included. As described above, since odd harmonics are not included at all depending on the measurement conditions of the alignment sensor 12, the occurrence of this problem is prevented by changing the phase of the reflected light using the phase difference plate 17. .

【0037】また、一般的に、奇数次の高調波を含む場
合にはシングルマークとしてアライメントマークAMが
検出される。図5は、アライメントマークAMを撮像素
子26で検出したときに得られる画像信号の波形の一例
を示す図である。上記シングルマークとは、図5に示し
た形状にアライメントマークAMが形成されているとす
ると、アライメントマークAMの符号S1が付された箇
所の信号強度が小さく、符号L1,L2が付された箇所
の信号強度が大きくなる信号M1である。つまり、シン
グルマークは、アライメントマークAMのエッジ位置E
1とエッジ位置E2とに信号強度の立ち上がり箇所又は
立ち下がり箇所がある信号である。また図5中の符号M
2が付された信号はアライメントマークAMがダブルマ
ークとして検出された場合の信号波形である。図5中に
示されたように、ダブルマークは、アライメントマーク
AMのエッジ位置E1及び位置E2において、信号強度
が極小となる信号である。
In general, when an odd-order harmonic is included, the alignment mark AM is detected as a single mark. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a waveform of an image signal obtained when the alignment mark AM is detected by the image sensor 26. When the alignment mark AM is formed in the shape shown in FIG. 5 in the single mark, the signal strength of the portion of the alignment mark AM marked with the symbol S1 is small, and the signal strength of the portion marked with the symbols L1 and L2 is small. Is a signal M1 in which the signal strength is increased. That is, the single mark is located at the edge position E of the alignment mark AM.
The signal has a rising portion or a falling portion of the signal strength at 1 and the edge position E2. In addition, the symbol M in FIG.
The signal denoted by 2 is a signal waveform when the alignment mark AM is detected as a double mark. As shown in FIG. 5, the double mark is a signal whose signal intensity is minimal at the edge positions E1 and E2 of the alignment mark AM.

【0038】アライメントマークAMの位置を検出する
ためには、撮像素子26から出力される検出信信号から
アライメントマークAMのエッジ位置の検出を必要とす
る場合がある。同一のアライメントマークAMを検出し
た結果、信号波形が図5に示したシングルマークとなっ
たりダブルマークとなる場合がある。一般的に、シング
ルマークには奇数次の高調波が含まれるため、前述した
方法を用いて奇数次が多く含まれる場合の検出結果を用
いればエッジ検出の際のアルゴリズムも一定にすること
ができるという利点もある。
In order to detect the position of the alignment mark AM, it may be necessary to detect the edge position of the alignment mark AM from the detection signal output from the image sensor 26. As a result of detecting the same alignment mark AM, the signal waveform may become a single mark or a double mark shown in FIG. In general, since a single mark includes an odd-order harmonic, an algorithm for edge detection can be made constant by using a detection result in a case where a large number of odd-orders are included using the above-described method. There is also an advantage.

【0039】図6は、ある照明条件下において計測され
た画像信号の波形を示す図である。図6において、符号
P1が付された曲線はアライメントマークAMの断面形
状を模式的に示したものであり、符号D1が付された曲
線が画像信号の波形である。図示されたように、この照
明条件下においては、画像信号の波形D1は、ほぼシン
グルマークとして計測される。図7は、図6に示した画
像信号の波形D1に対してフーリエ変換を施して得られ
た各次数の高調波の成分を示す図である。図7に示した
ように、奇数次の高調波を含んでいるのが分かる。特
に、1次、3次、及び5次の高調波が含まれている。
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of an image signal measured under a certain illumination condition. In FIG. 6, a curve denoted by reference numeral P1 schematically shows a cross-sectional shape of the alignment mark AM, and a curve denoted by reference numeral D1 is a waveform of an image signal. As shown, under this illumination condition, the waveform D1 of the image signal is measured as a substantially single mark. FIG. 7 is a diagram showing harmonic components of each order obtained by performing a Fourier transform on the waveform D1 of the image signal shown in FIG. As shown in FIG. 7, it can be seen that odd harmonics are included. In particular, the first, third, and fifth harmonics are included.

【0040】図8は、図6の場合とは異なる照明条件下
において計測された画像信号の波形を示す図である。図
8において、符号P2が付された曲線はアライメントマ
ークAMの断面形状を模式的に示したものであり、符号
D2が付された曲線が画像信号の波形である。この照明
条件下においては、画像信号の波形D2は、シングルマ
ークよりはダブルマークとして計測される。よって、ア
ライメントマークAMのエッジ位置において画像信号の
波形D2が極小値となる。また、図9は、図8に示した
画像信号の波形D2に対してフーリエ変換を施して得ら
れた各次数の高調波の成分を示す図である。図9に示し
たように、高調波の成分は極めて少なくなり、特に奇数
次の高調波は殆ど含まれていないのが分かる。
FIG. 8 is a diagram showing a waveform of an image signal measured under illumination conditions different from those in FIG. In FIG. 8, a curve denoted by reference symbol P2 schematically shows a cross-sectional shape of the alignment mark AM, and a curve denoted by reference symbol D2 is a waveform of an image signal. Under this illumination condition, the waveform D2 of the image signal is measured as a double mark rather than a single mark. Therefore, the waveform D2 of the image signal has the minimum value at the edge position of the alignment mark AM. FIG. 9 is a diagram showing harmonic components of each order obtained by performing a Fourier transform on the waveform D2 of the image signal shown in FIG. As shown in FIG. 9, it can be seen that the harmonic components are extremely small, and particularly, odd harmonics are hardly contained.

【0041】図3に戻り、位置演算部31は通常観察の
場合にフーリエ変換部28において分離抽出された各次
数毎の高調波と位相差観察の場合にフーリエ変換部28
において分離抽出された各次数毎の高調波とを一時的に
記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶された各次数の高
調波に基づいて各次数の高調波毎にアライメントマーク
AMの位置情報を求める。ここで、位置演算部31は、
各次数の高調波の内、奇数次の高調波について各次数毎
に位置情報を求めることが好ましい。この場合におい
て、位置演算部31は、アライメントマークAMの位置
情報を決定するときには、例えば以下の手順により決定
することが好ましい。
Returning to FIG. 3, the position calculation unit 31 is a Fourier transform unit 28 for the harmonics of each order and phase difference which are separated and extracted by the Fourier transform unit 28 in the case of normal observation.
And a storage unit for temporarily storing the harmonics of each order separated and extracted in the above. The position of the alignment mark AM for each harmonic of each order based on the harmonics of each order stored in the storage unit Ask for information. Here, the position calculation unit 31
Of the harmonics of each order, it is preferable to obtain position information for each of the odd harmonics. In this case, when determining the position information of the alignment mark AM, the position calculating section 31 preferably determines the position information by, for example, the following procedure.

【0042】第1に、通常観察の場合における検出結果
及び位相差観察の場合における検出結果の内、奇数次の
高調波が多く含まれる検出結果を用いる。この手順にお
いては、図3中の比較部30の比較結果を用いるのが好
適である。第2に、第1の手順で選択した検出結果の
内、なるべく次数の高い奇数次の高調波であって、位置
計測を行うのに充分な信号強度が得られるものを選択す
る。最後に、第2の手順で選択した検出結果に基づい
て、エッジ検出法や相関法等の検出アルゴリズムを用い
てアライメントマークAMの位置情報を求める。
First, of the detection results in the normal observation and the phase difference observation, the detection results containing a large number of odd-order harmonics are used. In this procedure, it is preferable to use the comparison result of the comparison unit 30 in FIG. Secondly, among the detection results selected in the first procedure, an odd-order harmonic having a higher order as much as possible and capable of obtaining a signal intensity sufficient for performing position measurement is selected. Finally, based on the detection result selected in the second procedure, the position information of the alignment mark AM is obtained by using a detection algorithm such as an edge detection method or a correlation method.

【0043】尚、位置演算部31が位置情報を求める際
には、アライメントマークAMの形状、例えばマークの
デューティ等やアライメントマークの形成条件を考慮し
て前述の手順を変えても良い。また、通常観察の場合に
おける検出結果から得られた奇数次の高調波から各次数
毎の位置情報を求めるとともに、位相差観察の場合にお
ける検出結果から得られた奇数次の高調波から各次数毎
の位置情報を求め、求めた位置情報の平均値を求めて、
この平均値からの偏差がある値以上である次数の位置情
報を除いた位置情報からアライメントマークAMの位置
情報を求めるようにしても良い。
When the position calculation unit 31 obtains the position information, the above-described procedure may be changed in consideration of the shape of the alignment mark AM, for example, the duty of the mark and the conditions for forming the alignment mark. In addition, position information for each order is obtained from odd harmonics obtained from detection results in the case of normal observation, and each order information is obtained from odd harmonics obtained from detection results in the case of phase difference observation. Of the location information, and the average of the obtained location information,
The positional information of the alignment mark AM may be obtained from positional information excluding positional information of an order whose deviation from the average value is equal to or greater than a certain value.

【0044】位置演算部31において求められた位置情
報は主制御系10へ出力される。主制御系10は位置演
算部31から出力されるアライメントマークAMの位置
情報に基づいて駆動系11を介してウェハステージ7を
駆動し、ウェハWに設定されたショット領域を投影光学
系PLの露光位置に合わせ込んだ後、露光光EL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。
The position information obtained by the position calculator 31 is output to the main control system 10. The main control system 10 drives the wafer stage 7 via the drive system 11 based on the position information of the alignment mark AM output from the position calculation unit 31, and exposes the shot area set on the wafer W to the light of the projection optical system PL. After adjusting the position, the exposure light EL is exposed on the reticle R, and the image of the pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W to perform exposure processing.

【0045】次に、以上説明した構成における本発明の
一実施形態による位置計測装置の動作について説明す
る。図10は、本発明の一実施形態による位置計測装置
の動作を示すフローチャートである。尚、図10に示し
たフローは、理解を容易にするためにウェハW上の1つ
のアライメントマークの位置情報を計測する手順のみを
示したものである。尚図10に示したフローをウェハW
上に形成されたアライメントマークAM全てについて順
に適用してもよく、ウェハW上に形成されたアライメン
トマークAMの内、数個を選択して位置情報を計測し、
他のアライメントマークの位置情報を統計演算により算
出する、いわゆるEGA計測に適用しても良い。
Next, the operation of the position measuring device according to one embodiment of the present invention in the above-described configuration will be described. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the position measuring device according to one embodiment of the present invention. It should be noted that the flow shown in FIG. 10 shows only a procedure for measuring the position information of one alignment mark on the wafer W for easy understanding. Note that the flow shown in FIG.
It may be applied to all of the alignment marks AM formed on the wafer W in order. Of the alignment marks AM formed on the wafer W, several are selected and the position information is measured.
The present invention may be applied to so-called EGA measurement in which the position information of another alignment mark is calculated by statistical calculation.

【0046】図10に示した処理が開始される前に、ウ
ェハWを露光装置のウェハステージ7上に導入するとと
もに、ウェハWの露光を行う際に用いるレチクルRをレ
チクルステージ3上に載置して予めレチクルRの位置合
わせを行っておく。尚、本実施形態においては、ウェハ
W上に形成されたアライメントマークAMの位置を計測
してアライメントを行う場合を例に挙げて説明している
ため、レチクルRの位置情報の計測及びアライメントに
ついては、詳細を省略しているが、レチクルRの位置情
報を計測する際にも本実施形態を適用することができ
る。
Before the processing shown in FIG. 10 is started, the wafer W is introduced onto the wafer stage 7 of the exposure apparatus, and the reticle R used for exposing the wafer W is placed on the reticle stage 3. Then, the position of the reticle R is adjusted in advance. In the present embodiment, the case where alignment is performed by measuring the position of the alignment mark AM formed on the wafer W is described as an example. Therefore, measurement and alignment of the position information of the reticle R are described below. Although the details are omitted, the present embodiment can also be applied when measuring the position information of the reticle R.

【0047】次に、主制御系10は駆動系11を介し
て、ウェハステージ7を駆動し、ウェハW上に形成され
たアライメントマークAMをアライメントセンサ12の
検出領域内に対応する位置に移動させる(ステップS1
0)。このアライメントマークAMの移動が完了する
と、位置演算ユニット27内の切替制御部29はアクチ
ュエータ18に対して制御信号を出力し、通常観察を行
うことができる状態とする(ステップS12)。つま
り、照明光ILの光軸が位相差板ターレット16に設け
られた開口OP1内に含まれるよう位相差板ターレット
16を回動させる。
Next, the main control system 10 drives the wafer stage 7 via the drive system 11 to move the alignment mark AM formed on the wafer W to a position corresponding to the detection area of the alignment sensor 12. (Step S1
0). When the movement of the alignment mark AM is completed, the switching control unit 29 in the position calculation unit 27 outputs a control signal to the actuator 18 so that normal observation can be performed (step S12). That is, the retarder turret 16 is rotated so that the optical axis of the illumination light IL is included in the opening OP1 provided in the retarder turret 16.

【0048】次に、主制御系10は光源13から照明光
を出射させる。光源13から照明光が出射されるとコリ
メータレンズ14を通過し、ハーフミラー15によって
反射された後、位相差板ターレット16に形成された開
口OP1を通過し、ミラー19によって反射された後、
対物レンズ20によって集光され、アライメントマーク
AMを落射照明する。照明光ILがアライメントマーク
AMを照明して生じた反射光は対物レンズ20、ミラー
19、位相差板ターレット16の開口部OP1、ハーフ
ミラー15、ミラー21、及びレンズ系22を介して指
標板23上に結像される。反射光に服されるウェハWの
アライメントマークAMの像と指標マークとは、リレー
系24,25を介して撮像素子26の撮像面に結像す
る。
Next, the main control system 10 causes the light source 13 to emit illumination light. When the illumination light is emitted from the light source 13, the illumination light passes through the collimator lens 14, is reflected by the half mirror 15, passes through the opening OP1 formed in the retardation plate turret 16, is reflected by the mirror 19,
The light is converged by the objective lens 20 and illuminates the alignment mark AM with incident light. The reflected light generated by illuminating the alignment mark AM with the illumination light IL passes through the objective lens 20, the mirror 19, the opening OP1 of the phase difference plate turret 16, the half mirror 15, the mirror 21, and the index plate 23 via the lens system 22. Imaged on top. The image of the alignment mark AM of the wafer W and the index mark exposed to the reflected light form an image on the imaging surface of the imaging element 26 via the relay systems 24 and 25.

【0049】撮像素子26は撮像面に結像したアライメ
ントマークAMの像と指標マークとを電気信号に変換
し、画像信号として位置演算ユニット27へ出力する。
画像信号が位置演算ユニット27に入力されてくると、
フーリエ変換部28は画像信号に対してフーリエ変換を
施して得られる高調波を比較部30及び位置演算部31
へ出力する。比較部30及び位置演算部31はフーリエ
変換部28から出力された高調波を一時的に記憶する
(ステップS14)。フーリエ変換部28から高調波が
出力されると、その旨を示す信号が切替制御部29へ出
力される。切替制御部29はこの信号を受け、アクチュ
エータ18に対して制御信号を出力し、位相差観察を行
うことができる状態とする(ステップS16)。つま
り、照明光ILの光軸が位相差板ターレット16に設け
られた開口OP2内に含まれるよう位相差板ターレット
16を回動させる。
The image pickup element 26 converts the image of the alignment mark AM formed on the image pickup surface and the index mark into an electric signal, and outputs the electric signal to the position calculating unit 27 as an image signal.
When an image signal is input to the position calculation unit 27,
The Fourier transform unit 28 compares the harmonics obtained by performing the Fourier transform on the image signal with the comparison unit 30 and the position calculation unit 31.
Output to The comparison unit 30 and the position calculation unit 31 temporarily store the harmonic output from the Fourier transform unit 28 (Step S14). When a higher harmonic is output from the Fourier transform unit 28, a signal indicating that is output to the switching control unit 29. Upon receiving this signal, the switching control unit 29 outputs a control signal to the actuator 18 so that the phase difference observation can be performed (step S16). That is, the phase difference plate turret 16 is rotated so that the optical axis of the illumination light IL is included in the opening OP2 provided in the phase difference plate turret 16.

【0050】位相差観察を行うことができる状態におい
て、光源13から出射された照明光はコリメータレンズ
14を通過し、ハーフミラー15によって反射された
後、位相差板ターレット16に形成された開口OP2を
通過し、ミラー19によって反射された後、対物レンズ
20によって集光され、アライメントマークAMを落射
照明する。照明光ILがアライメントマークAMを照明
して生じた反射光は対物レンズ20、ミラー19、位相
差板ターレット16の開口部OP2に至る。反射光が開
口部OP2に設けられた位相差板17を通過すると、位
相差板17を通過しない光に対して90度位相を遅延さ
せる。位相差板17を通過した反射光は、ハーフミラー
15、ミラー21、及びレンズ系22を介して指標板2
3上に結像される。反射光に服されるウェハWのアライ
メントマークAMの像と指標マークとは、リレー系2
4,25を介して撮像素子26の撮像面に結像する。
In a state where the phase difference observation can be performed, the illumination light emitted from the light source 13 passes through the collimator lens 14 and is reflected by the half mirror 15, and thereafter, the opening OP 2 formed in the phase difference plate turret 16. , And reflected by the mirror 19, condensed by the objective lens 20, and illuminate the alignment mark AM with incident light. The reflected light generated by illuminating the alignment mark AM with the illumination light IL reaches the objective lens 20, the mirror 19, and the opening OP2 of the phase difference plate turret 16. When the reflected light passes through the phase difference plate 17 provided in the opening OP2, the phase of the light not passing through the phase difference plate 17 is delayed by 90 degrees. The reflected light that has passed through the phase difference plate 17 passes through the half mirror 15, the mirror 21, and the lens system 22, and
3 is imaged. The image of the alignment mark AM of the wafer W and the index mark which are exposed to the reflected light correspond to the relay system 2
An image is formed on the image pickup surface of the image pickup element 26 via 4 and 25.

【0051】撮像素子26は撮像面に結像したアライメ
ントマークAMの像と指標マークとを電気信号に変換
し、画像信号として位置演算ユニット27へ出力する。
画像信号が位置演算ユニット27に入力されてくると、
フーリエ変換部28は画像信号に対してフーリエ変換を
施して得られる高調波を比較部30及び位置演算部31
へ出力する。比較部30及び位置演算部31はフーリエ
変換部28から出力された高調波を一時的に記憶する
(ステップS18)。以上の処理によって、比較部30
及び位置演算部31には、通常観察による場合と位相差
観察による場合の検出結果をフーリエ変換して得られた
高調波が記憶された事になる。
The image pickup device 26 converts the image of the alignment mark AM formed on the image pickup surface and the index mark into an electric signal and outputs the electric signal to the position calculation unit 27 as an image signal.
When an image signal is input to the position calculation unit 27,
The Fourier transform unit 28 compares the harmonics obtained by performing the Fourier transform on the image signal with the comparison unit 30 and the position calculation unit 31.
Output to The comparison unit 30 and the position calculation unit 31 temporarily store the harmonic output from the Fourier transform unit 28 (Step S18). By the above processing, the comparison unit 30
In addition, the harmonics obtained by Fourier-transforming the detection results in the case of normal observation and the case of phase difference observation are stored in the position calculation unit 31.

【0052】次に、比較部30は、通常観察を行って得
られる撮像素子26の検出結果をフーリエ変換した各次
数の高調波と、位相差観察を行って得られる撮像素子2
6の検出結果をフーリエ変換した各次数の高調波とを比
較し、奇数次の高調波が何れの場合に多く含まれるかを
判断する(ステップS20)。いま、通常観察を行って
得られた検出結果が、図8中の波形D2で示されるもの
であるとする。つまり、通常観察の場合には、図8に示
すようにダブルマークに近い波形が得られ、この波形を
フーリエ変換した場合の各次数の高調波は図9に示すよ
うに、奇数次の高調波が殆ど含まれないものであるとす
る。
Next, the comparison unit 30 performs the Fourier transform of the detection result of the image sensor 26 obtained by performing normal observation and the harmonics of each order and the image sensor 2 obtained by performing phase difference observation.
Then, the detection result of No. 6 is compared with the harmonics of the respective orders obtained by performing the Fourier transform, and it is determined in which case the odd-order harmonics are more frequently included (step S20). Now, it is assumed that a detection result obtained by performing normal observation is a waveform indicated by a waveform D2 in FIG. That is, in the case of normal observation, a waveform close to a double mark is obtained as shown in FIG. 8, and harmonics of each order when this waveform is Fourier-transformed are odd harmonics as shown in FIG. Is almost not included.

【0053】また、位相差観察を行って得られた検出結
果は、図11に示されるものであるとする。図11は、
位相差観察を行って得られる検出結果の例を示す図であ
る。図11において、符号P3が付された曲線はアライ
メントマークAMの断面形状を模式的に示したものであ
り、符号D3が付された曲線が画像信号の波形である。
尚、図11中に符号P3を付して示した曲線と図8中に
おいて符号P2を付して示した曲線とは同一の曲線を示
している。図示されたように、位相差観察を行う事によ
り画像信号の波形D3は、ほぼシングルマークとして計
測される。図12は、図11に示した画像信号の波形D
3に対してフーリエ変換を施して得られた各次数の高調
波の成分を示す図である。図12に示したように、奇数
次の高調波を含んでいるのが分かる。特に、1次、3
次、及び5次の高調波が含まれている。
It is assumed that the detection result obtained by performing the phase difference observation is as shown in FIG. FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a detection result obtained by performing phase difference observation. In FIG. 11, a curve denoted by reference symbol P3 schematically shows a cross-sectional shape of the alignment mark AM, and a curve denoted by reference symbol D3 is a waveform of the image signal.
Note that the curve denoted by reference numeral P3 in FIG. 11 is the same as the curve denoted by reference numeral P2 in FIG. As shown in the figure, by performing the phase difference observation, the waveform D3 of the image signal is measured as a substantially single mark. FIG. 12 shows a waveform D of the image signal shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing harmonic components of each order obtained by performing Fourier transform on No. 3; As shown in FIG. 12, it can be seen that odd harmonics are included. In particular, primary, 3
Next and fifth harmonics are included.

【0054】比較部30は、図9に示した高調波の内の
奇数次の高調波の成分と図12に示した高調波の内、奇
数次の高調波の成分とを比較する訳であるが、この例の
場合には、図12に示したものの方が奇数次の高調波を
多く含んでいるので、比較部は、位相差観察を行った場
合の方が奇数次の高調波が多く含まれている旨を示す信
号を位置演算部31に対して出力する。位置演算部31
は比較部30から出力される信号に基づいて、一時的に
記憶している高調波の内位相差観察を行った場合の高調
波を用いてアライメントマークの位置情報を求める。こ
こで、位置演算部31は、なるべく次数の高い奇数次の
高調波であって、位置計測を行うのに充分な信号強度が
得られるものを選択する。例えば5次の高調波を選択す
る。そして、選択した5次の高調波に基づいて、エッジ
検出法や相関法等の検出アルゴリズムを用いてアライメ
ントマークAMの位置情報を求める(ステップS2
2)。
The comparator 30 compares the odd-order harmonic component of the harmonics shown in FIG. 9 with the odd-order harmonic component of the harmonics shown in FIG. However, in the case of this example, since the one shown in FIG. 12 contains more odd-order harmonics, the comparison unit has more odd-order harmonics when phase difference observation is performed. A signal indicating that it is included is output to the position calculation unit 31. Position calculation unit 31
Calculates the position information of the alignment mark based on the signal output from the comparing unit 30 and using the temporarily stored harmonic of the harmonic when the phase difference observation is performed. Here, the position calculation unit 31 selects an odd-order harmonic having a higher order as much as possible and capable of obtaining a signal intensity sufficient for performing position measurement. For example, the fifth harmonic is selected. Then, based on the selected fifth harmonic, position information of the alignment mark AM is obtained using a detection algorithm such as an edge detection method or a correlation method (step S2).
2).

【0055】尚、位置演算部31が位置情報を求める際
には、アライメントマークAMの形状、例えばマークの
デューティ等やアライメントマークの形成条件を考慮し
て前述の手順を変えても良い。また、通常観察の場合に
おける検出結果から得られた奇数次の高調波から各次数
毎の位置情報を求めるとともに、位相差観察の場合にお
ける検出結果から得られた奇数次の高調波から各次数毎
の位置情報を求め、求めた位置情報の平均値を求めて、
この平均値からの偏差がある値以上である次数の位置情
報を除いた位置情報からアライメントマークAMの位置
情報を求めるようにしても良い。
When the position calculation unit 31 obtains the position information, the above procedure may be changed in consideration of the shape of the alignment mark AM, for example, the duty of the mark, and the conditions for forming the alignment mark. In addition, position information for each order is obtained from odd harmonics obtained from detection results in the case of normal observation, and each order information is obtained from odd harmonics obtained from detection results in the case of phase difference observation. Of the location information, and the average of the obtained location information,
The positional information of the alignment mark AM may be obtained from positional information excluding positional information of an order whose deviation from the average value is equal to or greater than a certain value.

【0056】以上の処理によってアライメントマークA
Mの位置情報を計測する処理は終了するが、位置演算部
31において求められた位置情報は主制御系10へ出力
される。主制御系10は位置演算部31から出力される
アライメントマークAMの位置情報に基づいて駆動系1
1を介してウェハステージ7を駆動し、ウェハWに設定
されたショット領域を投影光学系PLの露光位置に合わ
せ込んだ後、露光光EL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。
By the above processing, the alignment mark A
The process of measuring the position information of M ends, but the position information obtained by the position calculation unit 31 is output to the main control system 10. The main control system 10 drives the drive system 1 based on the position information of the alignment mark AM output from the position calculation unit 31.
After the wafer stage 7 is driven via 1 and the shot area set on the wafer W is adjusted to the exposure position of the projection optical system PL, the exposure light EL is exposed to the reticle R to form a pattern formed on the reticle R. Is transferred onto the wafer W to perform an exposure process.

【0057】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。例えば、本発明は、ステップ・アンド
・スキャン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。
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. For example, the present invention is not limited to a step-and-scan type reduction projection type exposure apparatus.
The present invention can be applied to an exposure apparatus of an AND scan type, a mirror projection type, a proximity type, a contact type, and the like.

【0058】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.

【0059】また、上記実施形態においては、ウェハW
上に形成されたアライメントマークAM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、撮像素子で撮像した画像信
号に対して画像処理を施してマーク位置を検出する装置
全般に本発明の位置検出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 alignment mark AM formed above is detected has been described as an example.
The present invention can also be applied to the case of detecting position information of a mark formed on a mark or a mark formed on a glass plate. Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to an off-axis type alignment sensor has been described as an example. However, image processing is performed on an image signal captured by an image sensor to detect a mark position. The position detection of the present invention can be applied to all devices that perform the above-described operations.

【0060】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1、レチクル
ステージ3、ベース4、及び駆動装置5を含むマスクア
ライメント系、ウェハホルダー6、ウェハステージ7、
移動鏡8、及びレーザ干渉計9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 above-described embodiment of the present invention can precisely control the position of the wafer W at high speed, and can perform exposure with high exposure accuracy while improving throughput. As described above, the illumination optical system 1, the reticle stage 3, the base 4, and the mask alignment system including the driving device 5, the wafer holder 6, the wafer stage 7,
After the components shown in FIG. 1 such as the wafer alignment system including the movable mirror 8 and the laser interferometer 9 and the projection optical system PL are electrically, mechanically or optically connected and assembled,
It is manufactured by comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, etc.). 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.

【0061】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13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13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。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S23
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, 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. 13 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. 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. Next, in step S24 (assembly step), step S23
Into chips using the wafer processed in the above. In this step S24, an assembly process (dicing,
Bonding), a packaging process (chip encapsulation), and the like. 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.

【0062】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 pattern of a mask 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.

【0063】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 may be not only a reduction system but also 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.

【0064】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 a wafer stage or a 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.

【0065】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.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、マークによって回折された各次数の高調波を光学的
手段を用いて分離するのではなく、撮像手段によって画
像信号に変換した後に抽出手段によって奇数次の高調波
を抽出しているため、光学系の装置構成の大規模化を招
かず、しかも波長帯域の広い光源が照明光の光源である
場合であっても、奇数次の高調波を抽出することができ
る。また、抽出された奇数次の高調波に基づいてマーク
の位置情報を計測しているため、マークが設計値通り形
成されていないときでも高い精度でマークの位置情報を
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、照明条件等により奇数次の高調波が殆ど含ま
れない場合であっても、位相差を変更することで奇数次
の高調波を含めることができるため、照明条件が悪い場
合であっても良好に計測を行うことができるという効果
がある。
As described above, according to the present invention, harmonics of each order diffracted by a mark are not separated by an optical means but converted into an image signal by an imaging means. Since the odd-order harmonics are extracted by the extracting means, even if the light source having a wide wavelength band is the light source of the illumination light, even if the light source having a wide wavelength band is the light source of the illumination light, the odd-order harmonics are not caused. Harmonics can be extracted. Also, since the position information of the mark is measured based on the extracted odd-order harmonics, the position information of the mark can be detected with high accuracy even when the mark is not formed as designed. There is. Further, according to the present invention, even when odd harmonics are hardly included due to lighting conditions or the like, odd harmonics can be included by changing the phase difference. There is an effect that measurement can be performed well even in a bad case.

【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が用
いられる本発明の一実施形態による露光装置の全体構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention in which a position measuring device according to an embodiment of the present invention is used.

【図2】 位相差板ターレット16の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the retarder turret 16;

【図3】 位置演算ユニット27の内部構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of a position calculation unit 27.

【図4】 アライメントマークAMの周期構造を一般化
した図である。
FIG. 4 is a diagram generalizing a periodic structure of an alignment mark AM.

【図5】 アライメントマークAMを撮像素子26で検
出したときに得られる画像信号の波形の一例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a waveform of an image signal obtained when the alignment mark AM is detected by the image sensor 26.

【図6】 ある照明条件下において計測された画像信号
の波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of an image signal measured under a certain illumination condition.

【図7】 図6に示した画像信号の波形D1に対してフ
ーリエ変換を施して得られた各次数の高調波の成分を示
す図である。
7 is a diagram showing harmonic components of each order obtained by performing a Fourier transform on the waveform D1 of the image signal shown in FIG. 6;

【図8】 図6の場合とは異なる照明条件下において計
測された画像信号の波形を示す図である。
8 is a diagram illustrating a waveform of an image signal measured under illumination conditions different from those in FIG.

【図9】 図8に示した画像信号の波形D2に対してフ
ーリエ変換を施して得られた各次数の高調波の成分を示
す図である。
9 is a diagram illustrating harmonic components of each order obtained by performing a Fourier transform on the waveform D2 of the image signal illustrated in FIG. 8;

【図10】 本発明の一実施形態による位置計測装置の
動作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing an operation of the position measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図11】 位相差観察を行って得られる検出結果の例
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a detection result obtained by performing phase difference observation.

【図12】 図11に示した画像信号の波形D3に対し
てフーリエ変換を施して得られた各次数の高調波の成分
を示す図である。
12 is a diagram illustrating harmonic components of each order obtained by performing a Fourier transform on the waveform D3 of the image signal illustrated in FIG. 11;

【図13】 本発明の一実施形態による露光装置を用い
てデバイスの生産を行う際のフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart when producing a device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図14】 高次回折光を利用してアライメントマーク
の位置情報検出精度を向上させる従来技術を説明するた
めの図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a conventional technique for improving the position information detection accuracy of an alignment mark by using high-order diffracted light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 ウェハステージ 11 駆動系 12 アライメントセンサ(撮像手段) 13 光源(照射手段) 14 コリメータレンズ(照射手段) 15 ハーフミラー(照射手段) 17 位相差板(位相差発生手段) 19 ミラー(照射手段) 20 対物レンズ(照射手段) 26 撮像素子 27 位置演算ユニット(抽出手段) 28 フーリエ変換部 29 切替制御部(変更手段) 30 比較部(比較手段) 31 位置演算部(演算手段) W ウェハ(物体、基板) AM アライメントマーク(マーク) IL 照明光(検知ビーム) Reference Signs List 7 wafer stage 11 drive system 12 alignment sensor (imaging means) 13 light source (irradiating means) 14 collimator lens (irradiating means) 15 half mirror (irradiating means) 17 phase difference plate (phase difference generating means) 19 mirror (irradiating means) 20 Objective lens (irradiation unit) 26 Image sensor 27 Position calculation unit (extraction unit) 28 Fourier transform unit 29 Switching control unit (change unit) 30 Comparison unit (comparison unit) 31 Position calculation unit (calculation unit) W Wafer (object, substrate) ) AM alignment mark (mark) IL illumination light (detection beam)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 9/00 H01L 21/30 525W Fターム(参考) 2F065 AA03 AA07 BB27 CC20 FF48 FF55 GG02 HH03 JJ03 JJ26 LL12 LL35 PP12 PP23 QQ16 QQ25 QQ31 2H097 AB09 BA01 GB01 KA03 KA13 KA20 KA29 KA38 LA10 5F046 BA04 EB01 FA03 FA10 FB07 FB08 FB12 FC04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 9/00 H01L 21/30 525W F-term (Reference) 2F065 AA03 AA07 BB27 CC20 FF48 FF55 GG02 HH03 JJ03 JJ26 LL12 LL35 PP12 PP23 QQ16 QQ25 QQ31 2H097 AB09 BA01 GB01 KA03 KA13 KA20 KA29 KA38 LA10 5F046 BA04 EB01 FA03 FA10 FB07 FB08 FB12 FC04

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体上に形成されたマークに対して検知
ビームを照射する照射手段と、 前記検知ビームの照射により生じる前記マークの像を撮
像して画像信号を生成する撮像手段と、 前記画像信号に基づいて、奇数次の高調波を抽出する抽
出手段と、 前記抽出手段で抽出された前記奇数次高調波に基づき、
前記マークの位置情報を求める演算手段とを具備するこ
とを特徴とする位置計測装置。
An irradiation unit configured to irradiate a mark formed on an object with a detection beam; an imaging unit configured to capture an image of the mark generated by the irradiation of the detection beam to generate an image signal; Extracting means for extracting odd-order harmonics based on the signal, based on the odd-order harmonics extracted by the extracting means,
A position measuring device comprising: a calculating means for obtaining position information of the mark.
【請求項2】 前記抽出手段は、前記画像信号をフーリ
エ変換して、該画像信号に含まれる高調波を次数毎に分
離する分離手段を含むことを特徴とする請求項1記載の
位置計測装置。
2. The position measuring apparatus according to claim 1, wherein said extracting means includes a separating means for performing a Fourier transform on the image signal and separating harmonics included in the image signal for each order. .
【請求項3】 前記抽出手段は更に、 前記画像信号に対して位相差を有する位相差画像信号を
得るように、前記撮像手段で撮像する際の撮像条件を変
更する変更手段を含む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 image processing apparatus according to claim 2, wherein the extracting unit further includes a changing unit that changes an imaging condition when the imaging unit performs imaging so as to obtain a phase difference image signal having a phase difference with respect to the image signal. The position measuring device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記撮像手段は、前記マークの光学像を
画像信号に変換する撮像素子と、該撮像素子と前記物体
との間の撮像光路中に挿脱可能な位相差発生手段とを含
み、 前記撮像条件は、前記位相差発生手段を前記撮像光路内
に配置せしめる第1条件と、該撮像光路外に配置せしめ
る第2条件とを含み、 前記撮像手段は、前記第1条件の時に前記位相差画像信
号を生成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 image pickup means includes an image pickup element for converting an optical image of the mark into an image signal, and a phase difference generating means insertable into and removable from an image pickup optical path between the image pickup element and the object. The imaging conditions include a first condition for arranging the phase difference generating unit in the imaging optical path and a second condition for arranging the phase difference generating unit outside the imaging optical path, and the imaging unit performs the imaging under the first condition. 4. The position measuring device according to claim 3, wherein a phase difference image signal is generated.
【請求項5】 前記撮像手段は、前記マークの光学像を
画像信号に変換する撮像素子を含み、 前記変更手段は、前記撮像素子の合焦位置に対して前記
物体を変位せしめることを特徴とする請求項3記載の位
置計測装置。
5. The image pickup device includes an image pickup device that converts an optical image of the mark into an image signal, and the change unit displaces the object with respect to a focus position of the image pickup device. The position measuring device according to claim 3.
【請求項6】 前記抽出手段は更に、 前記画像信号に含まれる奇数次の高調波と、前記位相差
画像信号に含まれる奇数次の高調波とを比較する比較手
段を含み、 前記演算手段は、前記奇数次高調波を多く含む方の画像
信号から抽出された該奇数次の高調波に基づいて、前記
マークの位置情報を求めることを特徴とする請求項3乃
至請求項5の何れか1項記載の位置計測装置。
6. The extracting means further includes: comparing means for comparing odd-order harmonics included in the image signal with odd-order harmonics included in the phase difference image signal. The position information of the mark is obtained based on the odd-order harmonics extracted from the image signal containing a larger number of the odd-order harmonics. The position measuring device according to the item.
【請求項7】 前記演算手段は、前記抽出された奇数次
の高調波において、該高調波の各次数毎に、前記マーク
の位置情報を求めることを特徴とする請求項1乃至請求
項6の何れか1項記載の位置計測装置。
7. The method according to claim 1, wherein the arithmetic unit obtains position information of the mark for each of the extracted odd-order harmonics. The position measuring device according to claim 1.
【請求項8】 前記演算手段は、前記マーク又は前記マ
ークの形成条件に関する所定条件に基づいて、前記次数
毎に算出された複数のマーク位置情報のうちの、特定の
次数の高調波から求めたマーク位置情報を抽出し、該抽
出したマーク位置情報に基づき該マークの位置を決定す
ることを特徴とする請求項7記載の位置計測装置。
8. The arithmetic unit, based on a predetermined condition related to the mark or the formation condition of the mark, obtained from a harmonic of a specific order among a plurality of pieces of mark position information calculated for each of the orders. 8. The position measuring apparatus according to claim 7, wherein mark position information is extracted, and the position of the mark is determined based on the extracted mark position information.
【請求項9】 前記演算手段は、前記次数毎に求められ
たマーク位置情報の平均値を求め、該平均値に対する偏
差が所定量以上を示すマーク位置情報に対応する次数以
外の次数を用いて、前記マークの位置を求めることを特
徴とする請求項7記載の位置計測装置。
9. The arithmetic unit calculates an average value of the mark position information obtained for each of the orders, and uses an order other than the order corresponding to the mark position information whose deviation from the average value is equal to or more than a predetermined amount. 8. The position measuring device according to claim 7, wherein the position of the mark is obtained.
【請求項10】 所定パターンを基板上に転写する露光
装置であって、 請求項1乃至請求項9の何れか1項記載の位置計測装置
により求められた前記基板上に形成された前記マークの
位置情報に基づいて、前記所定パターンと前記基板とを
アライメントするアライメント装置を具備し、 前記所定パターンで、前記アライメントされた基板上を
露光することを特徴とする露光装置。
10. An exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto a substrate, wherein the mark is formed on the substrate by the position measurement apparatus according to claim 1. An exposure apparatus, comprising: an alignment device that aligns the predetermined pattern with the substrate based on position information, and exposes the aligned substrate with the predetermined pattern.
【請求項11】 基板上に形成されたマークに対して検
知ビームを照射し、 前記検知ビームの照射により生じる前記マークの像を撮
像して画像信号を生成し、 前記画像信号に基づいて、奇数次の高調波を抽出し、 前記抽出された前記奇数次高調波に基づき、前記マーク
の位置情報を求め、 前記マークの位置情報に基づいて、所定パターンと前記
基板とをアライメントし、 前記所定パターンで、前記アライメントされた基板上を
露光することを特徴とする露光方法。
11. A method of irradiating a mark formed on a substrate with a detection beam, capturing an image of the mark generated by the irradiation of the detection beam to generate an image signal, and generating an odd number based on the image signal. Extracting a next harmonic, obtaining position information of the mark based on the extracted odd-order harmonic, aligning a predetermined pattern with the substrate based on the position information of the mark, And exposing the aligned substrate.
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