JP2002170757A - Method and instrument for measuring position, method and device for exposure, and method of manufacturing device - Google Patents
Method and instrument for measuring position, method and device for exposure, and method of manufacturing deviceInfo
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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
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物体上に形成され
たマークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方
法及びその装置に関し、特に、半導体素子や液晶表示素
子などのデバイスの製造工程で使用される露光方法及び
その装置に用いられるものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring method and apparatus for measuring position information relating to the position of a mark formed on an object, and more particularly to a method for manufacturing a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element. The present invention relates to an exposure method and an apparatus used for the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
の電子デバイスの製造工程では、マスク（あるいはレチ
クル）上に形成された回路パターンを感光基板（ウエハ
やガラスプレートなど）に転写する露光装置が用いられ
る。露光装置では、マスクの回路パターンの像を高精度
に感光基板上に転写することを目的として、マスクや感
光基板などの基板上に形成されたマークの位置に関する
位置情報を計測し、その位置情報に基づいて所望の位置
に基板を位置決めしている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a process of manufacturing an electronic device such as a semiconductor device or a liquid crystal display device, an exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a mask (or reticle) onto a photosensitive substrate (a wafer, a glass plate, or the like). Is used. The exposure apparatus measures position information about the position of a mark formed on a substrate such as a mask or a photosensitive substrate for the purpose of transferring the image of the circuit pattern of the mask onto the photosensitive substrate with high accuracy, and the position information is obtained. The substrate is positioned at a desired position based on the above.
【０００３】上記マスクに対する位置計測技術として
は、例えば、照明光をマスク上に形成されたマークに照
射し、その光学像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）
カメラ等の撮像手段で画像信号に変換し、その画像信号
に基づいてマークの位置情報を計測するＶＲＡ（Visual
Reticle Alignment）方式が知られている。また、上記
感光基板に対する位置計測技術としては、レーザ光を感
光基板上のマークに照射し、マークで回折または散乱さ
れた光を用いてマークの位置情報を計測するＬＳＡ（La
ser Step Alignment）方式、ハロゲンランプ等を光源と
する波長帯域幅の広い光で感光基板上のマークを照射
し、その光学像をＣＣＤカメラ等の撮像手段で画像信号
に変換し、その画像信号に基づいてマークの位置情報を
計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）方式、感光
基板上のマークに周波数をわずかに変えたレーザ光を２
方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、そ
の位相からマークの位置情報を計測するＬＩＡ（Laser
Interferometric Alignment）方式などが知られてい
る。As a position measurement technique for the mask, for example, illumination light is applied to a mark formed on the mask, and the optical image is illuminated by a CCD (Charge Coupled Device).
An image signal such as a camera is converted into an image signal, and the mark position information is measured based on the image signal.
Reticle Alignment) is known. Further, as a position measuring technique for the photosensitive substrate, a laser beam is applied to a mark on the photosensitive substrate, and the position information of the mark is measured using light diffracted or scattered by the mark.
ser Step Alignment) method, a mark on a photosensitive substrate is irradiated with light having a wide wavelength bandwidth using a halogen lamp or the like as a light source, and the optical image is converted into an image signal by an imaging means such as a CCD camera, and the image signal is converted into an image signal FIA (Field Image Alignment) method that measures the position information of the mark based on the laser light whose frequency is slightly changed on the mark on the photosensitive substrate.
LIA (Laser) that irradiates from two directions, causes the two generated diffracted lights to interfere, and measures the position information of the mark from its phase
Interferometric Alignment) is known.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ハロゲンラ
ンプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で感光基板上の
マークを照明する場合、そのマークから発生する光の波
長は、そのときの基板の表面特性によって変化しやす
い。すなわち、基板上に塗布された感光材の種類やその
膜厚、基板に対するプロセス処理内容などの基板の表面
特性により、基板上のマークの分光反射率が変化するた
め、比較的短波長の光（例えば緑色光）がマークから強
く発生したり、逆に比較的長波長の光（例えば赤色光）
が強く発生したりする。When a mark on a photosensitive substrate is illuminated with light having a wide wavelength bandwidth using a halogen lamp or the like as a light source, the wavelength of the light generated from the mark is equal to the wavelength of the substrate at that time. Varies easily with surface properties. In other words, the spectral reflectance of the mark on the substrate changes depending on the surface characteristics of the substrate, such as the type and thickness of the photosensitive material applied on the substrate and the content of the process performed on the substrate. For example, green light) is strongly generated from the mark, or conversely, light of a relatively long wavelength (eg, red light)
Or occur strongly.
【０００５】こうしたマークからの光の波長の変化は、
マークの位置計測において計測精度の低下を招く恐れが
ある。すなわち、上述したＦＩＡ方式のように、ＣＣＤ
カメラ等の撮像手段を用いて基板上のマークの位置情報
を計測する場合、画像信号から得られる位置情報を基板
上での位置情報に換算するための係数として、撮像手段
における所定数の画素と基板上の距離情報との間の関係
（例えば、撮像手段の１画素分に相当する基板上の距
離）が予め求められる。ところが、上述したように基板
の表面特性によってマークからの光の波長が変化する
と、マークの像を撮像手段に結像させる光学系内で光の
屈折率が変化するなどにより、上述した所定数の画素と
基板上の距離情報との間の関係に誤差が生じ、画像信号
から得られる位置情報が基板上での位置情報に正しく換
算されない場合が生じる。The change in the wavelength of light from such a mark is as follows:
There is a possibility that the measurement accuracy may be reduced in the mark position measurement. That is, like the FIA method described above,
When measuring the position information of a mark on a substrate using an imaging unit such as a camera, a predetermined number of pixels in the imaging unit is used as a coefficient for converting position information obtained from an image signal into position information on the substrate. A relationship with distance information on the substrate (for example, a distance on the substrate corresponding to one pixel of the imaging unit) is obtained in advance. However, as described above, when the wavelength of the light from the mark changes due to the surface characteristics of the substrate, the refractive index of the light changes in an optical system that forms an image of the mark on the imaging unit, and the above-mentioned predetermined number of light beams change. An error occurs in the relationship between the pixel and the distance information on the substrate, and the position information obtained from the image signal may not be correctly converted to the position information on the substrate.
【０００６】また、波長帯域幅の広い光で感光基板上の
マークを照明する場合、基板の表面特性によっては、マ
ークからの光が感光材の膜面等から発生する他の波長の
光によって邪魔されることにより、撮像手段で撮像され
るマークの光学像のコントラストが低下し、計測精度の
低下を招く恐れがある。Further, when illuminating a mark on a photosensitive substrate with light having a wide wavelength band, light from the mark may be disturbed by light of another wavelength generated from the film surface of the photosensitive material or the like, depending on the surface characteristics of the substrate. As a result, the contrast of the optical image of the mark picked up by the image pickup means may be reduced, and the measurement accuracy may be reduced.
【０００７】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、物体上に形成されたマークを高いコントラ
ストで撮像するとともに、そのマークの位置情報を正確
に計測することができる位置計測方法及びその装置を提
供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、
露光精度を向上させることができる露光方法及びその装
置、並びに、形成されるパターンの精度を向上させるこ
とができるデバイスの製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a position measuring method capable of capturing a mark formed on an object with high contrast and accurately measuring position information of the mark. And an apparatus therefor. Another object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide an exposure method and apparatus capable of improving exposure accuracy, and a device manufacturing method capable of improving accuracy of a formed pattern.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の位置計測方法
は、物体（Ｗ）上に形成されたマーク（ＷＭ）を照明し
て該マーク（ＷＭ）を撮像素子（６５）で撮像し、該撮
像結果に基づいて前記マーク（ＷＭ）の位置に関する位
置情報を計測する位置計測方法において、前記照明によ
り前記マーク（ＷＭ）から発生した所定の波長の光を前
記撮像素子（６５）で撮像し、前記撮像素子（６５）の
撮像結果と、前記所定の波長の光を用いた場合の前記撮
像素子（６５）の所定数の画素と前記物体（Ｗ）上の距
離情報との間の関係とに基づいて、前記マーク（ＷＭ）
の位置情報を求めることを特徴とする。この位置計測方
法では、撮像素子（６５）で撮像されるマーク（ＷＭ）
からの光を所定の波長とすることにより、他の波長の光
に邪魔されることなく、そのマーク（ＷＭ）が高いコン
トラストで撮像される。また、その所定の波長の光を用
いた場合の前記撮像素子（６５）の所定数の画素と前記
物体（Ｗ）上の距離情報との間の関係を用いることによ
り、物体（Ｗ）上でのマーク（ＷＭ）の位置情報が正確
に計測される。According to the position measuring method of the present invention, a mark (WM) formed on an object (W) is illuminated and the mark (WM) is imaged by an image sensor (65). In a position measurement method for measuring position information related to the position of the mark (WM) based on an imaging result, light of a predetermined wavelength generated from the mark (WM) by the illumination is imaged by the imaging element (65), The imaging result of the image sensor (65) and the relationship between a predetermined number of pixels of the image sensor (65) and distance information on the object (W) when using light of the predetermined wavelength are used. Based on the mark (WM)
Is obtained. In this position measuring method, a mark (WM) imaged by the image sensor (65)
The mark (WM) is imaged with high contrast without being disturbed by light of other wavelengths by setting the light from the light at a predetermined wavelength. Further, by using a relationship between a predetermined number of pixels of the image sensor (65) when the light of the predetermined wavelength is used and distance information on the object (W), The position information of the mark (WM) is accurately measured.
【０００９】この場合において、前記所定の波長の光を
前記マーク（ＷＭ）に対して照射することにより、前記
マーク（ＷＭ）から発生した前記所定の波長の光を前記
撮像素子（６５）で撮像することができる。In this case, by irradiating the mark (WM) with the light of the predetermined wavelength, the light of the predetermined wavelength generated from the mark (WM) is imaged by the image sensor (65). can do.
【００１０】また、前記照明により前記マーク（ＷＭ）
から発生した光から、前記所定の波長の光を抽出して前
記撮像素子（６５）に入射させることによっても、前記
所定の波長の光を前記撮像素子（６５）で撮像すること
ができる。Further, the mark (WM) is generated by the illumination.
The light of the predetermined wavelength can be imaged by the image sensor (65) also by extracting the light of the predetermined wavelength from the light generated from the light and causing the light to enter the image sensor (65).
【００１１】また、前記物体（Ｗ）の表面特性に基づい
て、前記所定の波長を決定することにより、より高いコ
ントラストでその物体（Ｗ）上のマーク（ＷＭ）を撮像
することができる。Further, by determining the predetermined wavelength based on the surface characteristics of the object (W), it is possible to image the mark (WM) on the object (W) with higher contrast.
【００１２】この場合において、前記物体（Ｗ）は、感
光物質が塗布された基板であり、前記物体（Ｗ）の表面
特性は、前記感光物質の種類、前記感光物質の膜厚、前
記基板に対するプロセス処理内容のうちの少なくとも１
つを含むことにより、より高いコントラストでマーク
（ＷＭ）が撮像されるように、前記所定の波長を決定す
ることができる。In this case, the object (W) is a substrate on which a photosensitive material is applied, and the surface characteristics of the object (W) include the type of the photosensitive material, the film thickness of the photosensitive material, At least one of the process contents
By including one, the predetermined wavelength can be determined so that the mark (WM) is imaged with higher contrast.
【００１３】また、前記所定数の画素は、一画素である
ことにより、前記マーク（ＷＭ）の位置情報を容易に求
めることができる。Further, since the predetermined number of pixels is one pixel, position information of the mark (WM) can be easily obtained.
【００１４】また、本発明の露光方法は、前記物体
（Ｗ）は、マスク（Ｒ）上に形成されたパターンが転写
される基板であり、上記位置計測方法により計測された
前記マーク（ＷＭ）の位置情報に基づいて、前記基板
（Ｗ）を位置決めし、前記マスク（Ｒ）を照明すること
により、前記位置決めされた前記基板（Ｗ）上に、前記
パターンの像を転写することを特徴とする。この露光方
法では、上記位置計測方法によりマーク（ＷＭ）の位置
情報が正確に計測されるので、基板（Ｗ）を正確に位置
決めして、その基板（Ｗ）上にパターンの像が精度よく
転写される。Further, in the exposure method according to the present invention, the object (W) is a substrate onto which a pattern formed on a mask (R) is transferred, and the mark (WM) measured by the position measurement method described above. Positioning the substrate (W) based on the position information and illuminating the mask (R), thereby transferring the image of the pattern onto the positioned substrate (W). I do. In this exposure method, since the position information of the mark (WM) is accurately measured by the position measuring method, the substrate (W) is accurately positioned, and the pattern image is transferred onto the substrate (W) with high accuracy. Is done.
【００１５】また、本発明のデバイスの製造方法は、上
記露光方法を用いて、前記マスク（Ｒ）上に形成された
デバイスパターンを前記基板（Ｗ）上に転写する工程を
含むことを特徴とする。このデバイスの製造方法では、
上記露光方法により前記マスク（Ｒ）上に形成されたデ
バイスパターンを前記基板（Ｗ）上に転写することによ
り、精度よくパターンが形成される。Further, the device manufacturing method of the present invention includes a step of transferring a device pattern formed on the mask (R) onto the substrate (W) using the above-described exposure method. I do. In the method of manufacturing this device,
By transferring the device pattern formed on the mask (R) by the above exposure method onto the substrate (W), a pattern is formed with high accuracy.
【００１６】上記本発明の位置計測方法は、物体（Ｗ）
上に形成されたマーク（ＷＭ）に照明光を照射する照明
系（５８）と、前記照明光の照明により前記マーク（Ｗ
Ｍ）から発生した所定の波長の光を受光して前記物体
（Ｗ）上のマークを撮像する撮像素子（６５）と、前記
所定の波長の光を用いた場合の前記撮像素子（６５）の
所定数の画素と前記物体（Ｗ）上の距離情報との間の所
定の関係とを記憶するメモリ（７０）と、前記撮像素子
（６５）の撮像結果と前記所定の関係とに基づいて、前
記マーク（ＷＭ）の位置情報を計測する計測手段（２
４）とを備えることを特徴とする本発明の位置計測装置
によって実施することができる。According to the position measuring method of the present invention, the object (W)
An illumination system (58) for irradiating illumination light to the mark (WM) formed thereon, and the mark (W) by illumination of the illumination light
An image sensor (65) that receives light of a predetermined wavelength generated from M) and images a mark on the object (W), and an image sensor (65) that uses light of the predetermined wavelength. A memory (70) for storing a predetermined relationship between a predetermined number of pixels and distance information on the object (W), and an imaging result of the imaging device (65) and the predetermined relationship, Measuring means (2) for measuring the position information of the mark (WM)
4), and can be implemented by the position measuring device of the present invention.
【００１７】この場合、前記所定の波長の光を抽出する
抽出フィルタ（５６Ａ〜５６Ｄ）を備え、該抽出フィル
タ（５６Ａ〜５６Ｄ）は、前記照明系（５８）の光路上
または前記マーク（ＷＭ）の像を前記撮像素子（６５）
に結像させる結像系（６６）の光路上に配されるとよ
い。In this case, there are provided extraction filters (56A to 56D) for extracting the light having the predetermined wavelength, and the extraction filters (56A to 56D) are provided on the optical path of the illumination system (58) or the mark (WM). The image of the image sensor (65)
It is good to arrange | position on the optical path of the imaging system (66) which forms an image on the image.
【００１８】この場合、前記抽出フィルタ（５６Ａ〜５
６Ｄ）は、前記結像系（６６）の光路上における前記撮
像素子用の開口絞り（６３）から前記撮像素子（６５）
に至るまでの間に配されることにより、撮像素子（６
５）に結像されるマーク（ＷＭ）の像質の変化が抑制さ
れる。In this case, the extraction filters (56A-5)
6D) from the aperture stop (63) for the image sensor on the optical path of the imaging system (66) to the image sensor (65).
To the image sensor (6)
The change in image quality of the mark (WM) formed in 5) is suppressed.
【００１９】また、前記物体（Ｗ）の表面特性を検出す
る検出手段（７５）を備え、該検出手段（７５）の検出
結果に基づいて、前記所定の波長を決定することによ
り、より高いコントラストでその物体（Ｗ）上のマーク
（ＷＭ）を撮像することができる。Further, a detection means (75) for detecting a surface characteristic of the object (W) is provided, and the predetermined wavelength is determined based on a detection result of the detection means (75), whereby a higher contrast is obtained. , The mark (WM) on the object (W) can be imaged.
【００２０】上記本発明の露光方法は、前記物体（Ｗ）
は、マスク（Ｒ）上に形成されたパターンが転写される
基板であり、上記本発明の位置計測装置を備え、前記位
置計測装置により計測された前記マーク（ＷＭ）の位置
情報に基づいて、前記基板（Ｗ）を位置決めし、前記位
置決めされた前記基板（Ｗ）上に、前記パターンの像を
転写することを特徴とする本発明の露光装置によって実
施することができる。In the exposure method of the present invention, the object (W)
Is a substrate to which a pattern formed on the mask (R) is transferred, and includes the position measuring device of the present invention, based on position information of the mark (WM) measured by the position measuring device. The present invention can be implemented by the exposure apparatus of the present invention, wherein the substrate (W) is positioned, and the image of the pattern is transferred onto the positioned substrate (W).
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図２は、本実施例に好ましく用
いられる半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置１
０の構成を概略的に示している。この露光装置１０は、
マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを
１次元方向に同期移動させつつ、レチクルＲに形成され
た回路パターンを、ウエハＷ上の各ショット領域に転写
する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装
置、いわゆるスキャニング・ステッパである。まず、こ
の露光装置１０の全体構成について以下説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a reduction projection type exposure apparatus 1 preferably used in this embodiment for manufacturing semiconductor devices.
0 is schematically shown. This exposure apparatus 10
A step-and-scan method in which a circuit pattern formed on a reticle R is transferred to each shot area on a wafer W while a reticle R as a mask and a wafer W as a substrate are synchronously moved in a one-dimensional direction. This is a scanning type exposure apparatus, a so-called scanning stepper. First, the overall configuration of the exposure apparatus 10 will be described below.
【００２２】この露光装置１０は、不図示の露光用光源
からのエネルギービーム（露光用照明光）によりレチク
ルＲを照明する照明系２１、レチクルＲから射出される
露光光をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、レチク
ルＲを保持するレチクルステージ２２、ウエハＷを保持
するウエハステージ２３、及び装置全体を統括的に制御
する主制御ユニット２４等を含んで構成されている。The exposure apparatus 10 illuminates a reticle R with an energy beam (exposure illumination light) from an exposure light source (not shown), and projects exposure light emitted from the reticle R onto a wafer W. It includes a projection optical system PL, a reticle stage 22 for holding a reticle R, a wafer stage 23 for holding a wafer W, and a main control unit 24 for controlling the entire apparatus as a whole.
【００２３】照明系２１は、図示しないリレーレンズ、
フライアイレンズ（又はロット・インテグレータ）、コ
ンデンサレンズ等の各種レンズ系や、開口絞り及びレチ
クルＲのパターン面と共役な位置に配置されたブライン
ド等を含んで構成され、露光用光源からの照明光を、レ
チクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射
する。The illumination system 21 includes a relay lens (not shown),
Illumination light from an exposure light source, which includes various lens systems such as a fly-eye lens (or lot integrator), a condenser lens, etc., and a blind disposed at a position conjugate with the pattern surface of the aperture stop and reticle R. Is irradiated in a predetermined illumination area on the reticle R with a uniform illuminance distribution.
【００２４】投影光学系ＰＬは、図示しない複数のレン
ズを含んで構成されており、レチクルＲを透過した照明
光を、所定の縮小倍率１／β（βは例えば１／４，１／
５等）に縮小し、感光材（フォトレジストなど）が塗布
されたウエハＷ上に投影露光する。ここで、投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、光軸ＡＸに
垂直な平面内でレチクルＲと照明領域との相対走査の方
向（紙面に平行な方向）をＸ方向、これに直交する方向
をＹ方向、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な軸線を中
心とする回転方向をθ方向とする。The projection optical system PL includes a plurality of lenses (not shown), and converts the illumination light transmitted through the reticle R into a predetermined reduction magnification 1 / β (β is, for example, 1/4, 1 /
5), and the wafer W coated with the photosensitive material (photoresist or the like) is projected and exposed. Here, the direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL is defined as the Z direction, and the direction of relative scanning between the reticle R and the illumination area (the direction parallel to the paper surface) in a plane perpendicular to the optical axis AX is defined as the X direction. The direction orthogonal to this is the Y direction, and the rotation direction about the axis parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL is the θ direction.
【００２５】レチクルステージ２２は、図示しない駆動
装置によって駆動され、Ｘ方向に１次元走査移動すると
ともに、Ｙ方向及びθ方向に微小移動するように構成さ
れている。また、レチクルステージ２２のＸ方向、Ｙ方
向、及びθ方向の位置は、図示しないレーザ干渉計によ
って常時モニターされ、これにより得られた位置情報は
主制御ユニット２４に供給される。The reticle stage 22 is driven by a driving device (not shown), and is configured to move one-dimensionally in the X direction and to move minutely in the Y and θ directions. The positions of the reticle stage 22 in the X direction, the Y direction, and the θ direction are constantly monitored by a laser interferometer (not shown), and the obtained position information is supplied to the main control unit 24.
【００２６】ウエハステージ２３は、２次元平面内（図
２中のＸＹ平面内）で移動自在なＸＹステージ３０と、
ウエハＷを吸着保持しかつＸＹステージ３０上でＺ方向
に微小移動自在なＺレベリングステージ３１とを含んで
構成され、図示しないベース上に配置されている。ＸＹ
ステージ３０は、例えば磁気浮上型の２次元リニアアク
チュエータ等から成る駆動装置３２を有しており、主制
御ユニット２４の指令のもとで、ウエハＷの所定位置へ
の位置決めや移動を行う。また、Ｚレベリングステージ
３１は、図示しない駆動機構を有しており、主制御ユニ
ット２４の指令のもとで、ウエハＷをＺ方向に微小移動
させる。なお、Ｚレベリングステージ３１のＸ方向、Ｙ
方向、及びθ方向の位置は、レーザ干渉計３３により常
時モニターされ、これにより得られた位置情報は主制御
ユニット２４に供給される。The wafer stage 23 includes an XY stage 30 which is movable in a two-dimensional plane (XY plane in FIG. 2),
A Z-leveling stage 31 which holds the wafer W by suction and is slightly movable in the Z-direction on the XY stage 30 is provided, and is arranged on a base (not shown). XY
The stage 30 has a driving device 32 composed of, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator or the like, and performs positioning and movement of the wafer W to a predetermined position under a command from the main control unit 24. The Z leveling stage 31 has a drive mechanism (not shown), and slightly moves the wafer W in the Z direction under a command from the main control unit 24. The X level of the Z leveling stage 31 and the Y level
The position in the direction and the θ direction is constantly monitored by the laser interferometer 33, and the obtained position information is supplied to the main control unit 24.
【００２７】ここで、この露光装置１０の概略的な露光
動作を説明する。露光時において、主制御ユニット２４
は、ＸＹステージ３０を駆動して、投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に所定量
ずつウエハＷをステッピング移動させ、ウエハＷ上に設
定される各ショット領域のそれぞれにレチクルＲの回路
パターンの像を順次転写する。このとき、ウエハＷの各
ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに位置
合わせするアライメント動作が行われる。このアライメ
ント動作は、レチクルＲ及びウエハＷ上に形成されたア
ライメント用のマーク（レチクルマークＲＭ、ウエハマ
ークＷＭ）の位置情報に基づいて行われる。また、レチ
クルマークＲＭはレチクルアライメント系ＲＡによって
検出され、ウエハマークＷＭはウエハアライメント系Ｗ
Ａによって検出される。Here, a schematic exposure operation of the exposure apparatus 10 will be described. At the time of exposure, the main control unit 24
Moves the wafer W by a predetermined amount in the XY plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL in the X direction and the Y direction by driving the XY stage 30 so that each shot set on the wafer W An image of the circuit pattern of the reticle R is sequentially transferred to each of the regions. At this time, an alignment operation for aligning the center of each shot area of the wafer W with the optical axis AX of the projection optical system PL is performed. This alignment operation is performed based on positional information of alignment marks (reticle mark RM, wafer mark WM) formed on reticle R and wafer W. Further, reticle mark RM is detected by reticle alignment system RA, and wafer mark WM is detected by wafer alignment system W.
A.
【００２８】このアライメント時において、ウエハアラ
イメント系ＷＡの投影像面側（ウエハ側）における光軸
ＡＸａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行に配され
る。したがって、ウエハアライメント系ＷＡの視野領域
（照明領域）内にウエハステージ２３上に設けられた基
準マーク（フィデューシャルマーク）ＦＭを配置してそ
の位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測するとともに、そ
の基準マークＦＭをレチクルアライメント系ＲＡの視野
内に配置してその位置情報を計測することにより、ウエ
ハアライメント系ＷＡの光軸と投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘとの間の距離、いわゆるベースライン量が算出され
る。このベースライン量は、ウエハＷ上の各ショット領
域を投影光学系ＰＬの視野内に配するときの基準量とな
るものである。すなわち、ウエハアライメント系ＷＡに
よってアライメント用のウエハマークＷＭの位置座標
（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測し、この計測結果にベースラ
イン量を加算して得られる値に基づいて、ウエハステー
ジ２３を駆動し、ウエハＷをＸ方向及びＹ方向にステッ
ピング移動させることにより、ウエハＷの各ショット領
域の中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにアライメントさ
れる。本実施例は、このアライメント動作におけるウエ
ハマークＷＭの位置座標の計測に、本発明の位置計測方
法を適用したものである。During this alignment, the optical axis AXa on the projection image plane side (wafer side) of the wafer alignment system WA is arranged parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL. Therefore, a reference mark (fiducial mark) FM provided on the wafer stage 23 is arranged in the field of view (illumination area) of the wafer alignment system WA, and its position coordinates (X coordinate, Y coordinate) are measured. By arranging the reference mark FM in the field of view of the reticle alignment system RA and measuring its position information, the optical axis of the wafer alignment system WA and the optical axis A of the projection optical system PL are measured.
A distance from the X, that is, a so-called baseline amount is calculated. This baseline amount is a reference amount when each shot area on the wafer W is arranged within the field of view of the projection optical system PL. That is, the position coordinates (X coordinate, Y coordinate) of the alignment wafer mark WM are measured by the wafer alignment system WA, and the wafer stage 23 is driven based on the value obtained by adding the baseline amount to the measurement result. Then, the center of each shot area of the wafer W is aligned with the optical axis AX of the projection optical system PL by moving the wafer W stepping in the X direction and the Y direction. In the present embodiment, the position measurement method of the present invention is applied to the measurement of the position coordinates of the wafer mark WM in the alignment operation.
【００２９】ここで、レチクルアライメント系ＲＡ、及
びウエハアライメント系ＷＡについて説明する。レチク
ルアライメント系ＲＡとしては、本実施例では、レチク
ルＲ上に形成されたレチクルマークＲＭと、ウエハステ
ージ２３（Ｚレベリングステージ３１）上に設けられた
基準マークＦＭとを同時に検出する、いわゆるＴＴＲ方
式（スルー・ザ・レチクル方式）の光学系が用いられ
る。レチクルアライメント系ＲＡは、レチクルマークＲ
Ｍの位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測し、不図示の駆
動装置を介して、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸと合致するようにレチクルＲをアライメントす
る。レチクルマークＲＭとレチクルＲの中心との距離は
設計上予め定まった値であり、この値を投影光学系ＰＬ
の縮小倍率に基づいて演算処理することにより、投影光
学系ＰＬの像面側（ウエハ側）におけるレチクルマーク
ＲＭの投影点と投影光学系ＰＬの中心との距離が算出さ
れる。この距離は、ウエハＷ上の各ショット領域を投影
光学系ＰＬの視野内に配するときの補正値として用いら
れる。また、基準マークＦＭは、例えば、ウエハマーク
ＷＭと同等の形状に形成され、ウエハマークＷＭ（ウエ
ハ表面）とほぼ同じ高さとなるように、Ｚレベリングス
テージ３１上に設けられた基準マーク板に形成される。Here, the reticle alignment system RA and the wafer alignment system WA will be described. In the present embodiment, the reticle alignment system RA detects the reticle mark RM formed on the reticle R and the reference mark FM provided on the wafer stage 23 (Z-leveling stage 31) at the same time, a so-called TTR method. (Through-the-reticle type) optical system is used. The reticle alignment system RA has a reticle mark R
The position coordinates (X coordinate, Y coordinate) of M are measured, and the reticle R is aligned via a drive device (not shown) such that the center of the reticle R matches the optical axis AX of the projection optical system PL. The distance between the reticle mark RM and the center of the reticle R is a predetermined value in design, and this value is referred to as the projection optical system PL.
, The distance between the projection point of the reticle mark RM on the image plane side (wafer side) of the projection optical system PL and the center of the projection optical system PL is calculated. This distance is used as a correction value when each shot area on the wafer W is arranged within the field of view of the projection optical system PL. The reference mark FM is formed, for example, in the same shape as the wafer mark WM, and is formed on a reference mark plate provided on the Z-leveling stage 31 so as to be substantially the same height as the wafer mark WM (wafer surface). Is done.
【００３０】一方、ウエハアライメント系ＷＡとして
は、本実施例では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから離れ
た位置でアライメント用のウエハマークＷＭを検出する
オフ・アクシス方式の光学系が用いられる。このウエハ
アライメント系ＷＡは、照明光で照明したウエハＷ上の
マークの像を撮像し、その撮像信号を画像処理すること
により位置計測を行う、いわゆるＦＩＡ（Field Image
Alignment)方式のアライメント系である。On the other hand, in this embodiment, an off-axis type optical system that detects an alignment wafer mark WM at a position distant from the optical axis AX of the projection optical system PL is used as the wafer alignment system WA. This wafer alignment system WA captures an image of a mark on the wafer W illuminated with the illumination light, and performs position measurement by performing image processing on the image signal, so-called FIA (Field Image).
Alignment) type alignment system.
【００３１】図１に、ウエハアライメント系ＷＡの構成
例を示す。このウエハアライメント系ＷＡにおいて、ウ
エハＷ上のフォトレジストに対して非感光性の波長帯域
幅の広い、ブロードバンドな照明光（白色光）がハロゲ
ンランプ等の光源５１から射出され、この照明光がレン
ズ系５２を介してビームスプリッタ５３に入射する。ビ
ームスプリッタ５３によって反射された照明光は、対物
レンズ５４を介してウエハＷ上の所定領域を照明する。
また、光源５１とレンズ系５２の間の光路上には、上述
したブロードバンドな光から所定の波長の光を抽出する
ためのフィルタ機構５５が配置されている。このフィル
タ機構５５は、各々が互いに異なる波長の光を抽出する
複数（ここでは４つ）の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄ
と、この複数の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄのうちのい
ずれか１つを上述した光路上に配置するフィルタ駆動部
５７とを有している。本実施例では、抽出フィルタ５６
Ａ〜５６Ｄは、光源５１からの照明光の光路を横切る方
向に並べて配置されており、フィルタ駆動部５７によっ
てその光路を横切る方向に移動されることによりいずれ
か１つの抽出フィルタが照明光の光路上に配置される。
なお、抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの配置位置は、光源
５１と共役かつ色ムラの生じにくい位置とするのが好ま
しい。また、上述した光源５１、レンズ系５２、ビーム
スプリッタ５３、及びフィルタ機構５５等により照明系
５８が構成される。FIG. 1 shows a configuration example of the wafer alignment system WA. In the wafer alignment system WA, broadband illumination light (white light) having a wide wavelength bandwidth and non-photosensitive to the photoresist on the wafer W is emitted from a light source 51 such as a halogen lamp. The light enters a beam splitter 53 via a system 52. The illumination light reflected by the beam splitter 53 illuminates a predetermined region on the wafer W via the objective lens 54.
On the optical path between the light source 51 and the lens system 52, a filter mechanism 55 for extracting light of a predetermined wavelength from the above-mentioned broadband light is disposed. The filter mechanism 55 includes a plurality (four in this case) of extraction filters 56A to 56D each of which extracts light having a different wavelength.
And a filter driving unit 57 that arranges any one of the plurality of extraction filters 56A to 56D on the optical path described above. In the present embodiment, the extraction filter 56
A to 56D are arranged side by side in the direction traversing the optical path of the illumination light from the light source 51, and are moved in the direction traversing the optical path by the filter driving unit 57, so that any one of the extraction filters emits the light of the illumination light. Placed on the street.
It is preferable that the arrangement positions of the extraction filters 56A to 56D be positions conjugate to the light source 51 and hardly cause color unevenness. An illumination system 58 is configured by the light source 51, the lens system 52, the beam splitter 53, the filter mechanism 55, and the like.
【００３２】ここで、図３に示すように、各抽出フィル
タ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、及び５６Ｄが抽出する光の
波長（抽出波長）は、波長５３０〜６２０ｎｍ（緑色
光）、波長６２０〜７１０ｎｍ（橙色光）、波長７１０
〜８００ｎｍ（赤色光）、及び波長５３０〜８００ｎｍ
（白色光）となっている。なお、本実施例では４つの抽
出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄを用いるが、抽出フィルタの
数はこれに限定されない。また、抽出する波長も上述し
た波長に限定されるものではない。例えば、上述した波
長よりもさらに帯域幅の狭い波長を抽出する抽出フィル
タを用いてもよいし、一の抽出フィルタの抽出波長の帯
域が他の抽出フィルタの抽出波長の帯域に一部重なって
もよい。Here, as shown in FIG. 3, the wavelengths (extraction wavelengths) of light extracted by the respective extraction filters 56A, 56B, 56C and 56D are 530 to 620 nm (green light) and 620 to 710 nm (green light). Orange light), wavelength 710
-800 nm (red light) and wavelength 530-800 nm
(White light). In this embodiment, four extraction filters 56A to 56D are used, but the number of extraction filters is not limited to this. Further, the wavelength to be extracted is not limited to the above-described wavelength. For example, an extraction filter that extracts a wavelength having a narrower bandwidth than the above-described wavelength may be used, or even if the extraction wavelength band of one extraction filter partially overlaps the extraction wavelength band of another extraction filter. Good.
【００３３】図１に戻り、上記照明系５８より照射さ
れ、ウエハＷの表面で反射した光は、第１対物レンズ５
４を経てビームスプリッタ５３に戻る。ビームスプリッ
タ５３を透過した光は第２対物レンズ６０を介して指標
板６１にウエハマークＷＭの像を結像する。この像及び
指標板６１上の指標マークからの光は、撮像用の第３対
物レンズ６２、開口絞り（Ｎ.Ａ.絞り）６３、及び第４
対物レンズ６４を介して、２次元ＣＣＤ等からなる２次
元撮像素子６５の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マ
ークの像を結像する。なお、実際には、ウエハマークＷ
Ｍの像及び指標板６１上の指標マークからの光は、不図
示のビームスプリッタによって、Ｘ軸用の２次元撮像素
子、及びＹ軸用の２次元撮像素子に向けて分割される構
成となっているが、ここでは簡略化のため省略してい
る。また、第１対物レンズ５４の結像面にウエハＷの表
面が合致した合焦状態において、指標板６１は、第１対
物レンズ５４と第２対物レンズ６０との合成系に関して
ウエハＷの表面と共役に配置され、さらに指標板６１と
撮像素子６５の撮像面とは第３対物レンズ６２に関して
互いに共役に配置される。指標板６１は、透明板の上に
クロム層等で指標マークを形成したものであり、ウエハ
マークＷＭの像が形成される部分は透明部のままであ
る。また、指標マークは、ウエハＷ上のＸ方向と共役な
方向の位置基準となるＸ軸の指標マークと、Ｙ方向と共
役な方向の位置基準となるＹ軸の指標マークとから構成
される。また、実際には、指標板６１を独立に照明する
ための指標マーク用の照明系を設けるとよい。なお、第
１〜第４対物レンズ５４，６０，６２，６４、ビームス
プリッタ５３、指標板６１、開口絞り６３、及び撮像素
子６５等により結像系６６が構成される。Returning to FIG. 1, the light emitted from the illumination system 58 and reflected on the surface of the wafer W is
After returning to 4, the beam returns to the beam splitter 53. The light transmitted through the beam splitter 53 forms an image of the wafer mark WM on the index plate 61 via the second objective lens 60. This image and light from the index mark on the index plate 61 are transmitted to the third objective lens 62 for imaging, an aperture stop (NA stop) 63, and a fourth objective lens.
An image of the wafer mark WM and the index mark is formed on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 65 including a two-dimensional CCD or the like via the objective lens 64. Note that, in practice, the wafer mark W
The image of M and the light from the index mark on the index plate 61 are split by a beam splitter (not shown) toward the two-dimensional image sensor for the X-axis and the two-dimensional image sensor for the Y-axis. However, they are omitted here for simplification. In a focused state in which the surface of the wafer W matches the image forming plane of the first objective lens 54, the index plate 61 moves the surface of the wafer W with respect to the combined system of the first objective lens 54 and the second objective lens 60. The index plate 61 and the imaging surface of the image sensor 65 are conjugate with each other with respect to the third objective lens 62. The index plate 61 is formed by forming an index mark with a chrome layer or the like on a transparent plate, and a portion where an image of the wafer mark WM is formed remains a transparent portion. The index mark includes an X-axis index mark serving as a position reference in a direction conjugate to the X direction on the wafer W, and a Y-axis index mark serving as a position reference in a direction conjugate to the Y direction. In practice, it is preferable to provide an illumination system for an index mark for independently illuminating the index plate 61. The first to fourth objective lenses 54, 60, 62, 64, the beam splitter 53, the index plate 61, the aperture stop 63, the image sensor 65, and the like constitute an imaging system 66.
【００３４】さて、この結像系６６において、ウエハマ
ークＷＭと指標マークの光学像は撮像素子６５によって
画像信号に変換され、主制御ユニット２４に供給され
る。主制御ユニット２４は、この画像信号を画像処理す
ることにより、ウエハＷ上におけるウエハマークＷＭの
位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を計測する。In the image forming system 66, the optical images of the wafer mark WM and the index mark are converted into image signals by the image pickup device 65 and supplied to the main control unit 24. The main control unit 24 measures the position coordinates (X coordinate, Y coordinate) of the wafer mark WM on the wafer W by performing image processing on the image signal.
【００３５】この位置計測時において、撮像素子６５に
おける所定数の画素とウエハＷ上の距離情報との間の関
係（本実施例では、撮像素子６５の１画素分に相当する
ウエハＷ上の距離）を示す係数が予め求められる。な
お、この係数としては「１画素分に相当するウエハ上の
距離」に限られるものではなく、「複数画素（例えば３
画素）に相当するウエハ上の距離」をこの係数として用
いるようにしてもよい。この係数は、画像信号から得ら
れるウエハマークＷＭの位置情報をウエハＷ上における
位置情報に換算するためのものであり、主制御ユニット
２４の制御のもとで計測され、メモリ７０に記憶され
る。また、この係数は、結像系６６の拡大倍率を示すも
のであることから、以後、倍率係数と呼ぶ。また、対物
レンズ等の光学ガラスには光の波長分散特性があり、そ
のガラスを透過する光の波長によって屈折率が異なる性
質があることから、結像系６６を通過する光の波長によ
って、上述した倍率係数は変化する。そのため、本実施
例では、各抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの抽出波長ごと
に、その波長に対応した倍率係数の計測（倍率係数の校
正）を行う。At the time of this position measurement, the relationship between a predetermined number of pixels of the image sensor 65 and distance information on the wafer W (in this embodiment, the distance on the wafer W corresponding to one pixel of the image sensor 65). Is determined in advance. Note that this coefficient is not limited to “distance on the wafer equivalent to one pixel”, but “multiple pixels (for example, 3
The distance on the wafer corresponding to the pixel) may be used as this coefficient. This coefficient is for converting the position information of the wafer mark WM obtained from the image signal into the position information on the wafer W, is measured under the control of the main control unit 24, and stored in the memory 70. . Since this coefficient indicates the magnification of the imaging system 66, it is hereinafter referred to as a magnification coefficient. Further, optical glass such as an objective lens has a wavelength dispersion characteristic of light, and the refractive index varies depending on the wavelength of light transmitted through the glass. The magnification factor changes. Therefore, in the present embodiment, for each extraction wavelength of each of the extraction filters 56A to 56D, measurement of a magnification coefficient corresponding to the wavelength (calibration of the magnification coefficient) is performed.
【００３６】ここで、結像系６６の倍率係数の校正の手
順について先の図１、図２、及び図４を参照して説明す
る。主制御ユニット２４は、まず、フィルタ駆動部５７
を制御して、照明系５８の光路上に、複数の抽出フィル
タ５６Ａ〜５６Ｄのうちのいずれか１つの抽出フィルタ
（例えば抽出波長５３０〜６２０ｎｍの抽出フィルタ５
６Ａ）を配置する。続いて、主制御ユニット２４は、ウ
エハステージ２３を駆動して、ウエハアライメント系Ｗ
Ａの視野領域（照明領域）内にウエハステージ２３上の
基準マークＦＭを配置する。これにより、上述した抽出
フィルタで抽出された波長（例えば抽出波長５３０〜６
２０ｎｍ）の光により基準マークＦＭが照明されるとと
もに、その抽出波長の光が基準マークＦＭから反射光と
して発生する。基準マークＦＭから発生した光は結像系
６６に入射し、撮像素子６５の撮像面に、図４に示すよ
うに、基準マークＦＭ及び指標マークＩＭの像を結像す
る。主制御ユニット２４は、このときの指標マークＩＭ
に対する基準マークＦＭの画素位置、つまり指標マーク
ＩＭから基準マークＦＭに至るまでの画素数Ｐｘ（１）
を計測し、その結果をメモリ７０に記憶する。なお、基
準マークＦＭは、波長によらず一定の反射率を持ってい
るものとする。Here, the procedure for calibrating the magnification coefficient of the imaging system 66 will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 4. The main control unit 24 starts with the filter driving unit 57
Is controlled so that any one of a plurality of extraction filters 56A to 56D (for example, the extraction filter 5 having an extraction wavelength of 530 to 620 nm) is provided on the optical path of the illumination system 58.
6A) is arranged. Subsequently, the main control unit 24 drives the wafer stage 23 to set the wafer alignment system W
The reference mark FM on the wafer stage 23 is arranged in the field of view (illumination area) A. Thereby, the wavelengths extracted by the above-described extraction filter (for example, the extraction wavelengths 530 to 6
20 nm), the reference mark FM is illuminated, and light of the extracted wavelength is generated as reflected light from the reference mark FM. The light generated from the reference mark FM enters the imaging system 66, and forms an image of the reference mark FM and the index mark IM on the imaging surface of the imaging element 65 as shown in FIG. The main control unit 24 sets the index mark IM at this time.
, The number of pixels Px (1) from the index mark IM to the reference mark FM
Is measured, and the result is stored in the memory 70. It is assumed that the reference mark FM has a constant reflectance regardless of the wavelength.
【００３７】次に、主制御ユニット２４は、ウエハステ
ージ２３を駆動して、基準マークＦＭをウエハアライメ
ント系ＷＡの視野領域内で所定の方向（例えばＸ方向）
に微小移動させる。また、このときの基準マークＦＭの
移動量、つまりウエハステージ２３の移動量（μｍ）
を、レーザ干渉計３３により計測し、その結果をメモリ
７０に記憶する。主制御ユニット２４は、この微小移動
した後の指標マークＩＭから基準マークＦＭに至るまで
の画素数Ｐｘ（２）を計測し、上述した基準マークＦＭ
の微小移動に伴う撮像素子６５上での画素数の差分Ｐｘ
（２）−Ｐｘ（１）を求める。そして、この画素数の差
分Ｐｘ（２）−Ｐｘ（１）と、レーザ干渉計３３による
ウエハステージ２３の移動量の計測結果とに基づいて、
撮像素子６５の１画素分に相当するウエハＷ上の距離を
算出し、これを倍率係数としてメモリ７０に記憶する。Next, the main control unit 24 drives the wafer stage 23 to move the fiducial mark FM in a predetermined direction (for example, the X direction) within the field of view of the wafer alignment system WA.
Is moved slightly. The movement amount of the reference mark FM at this time, that is, the movement amount (μm) of the wafer stage 23
Is measured by the laser interferometer 33, and the result is stored in the memory 70. The main control unit 24 measures the number of pixels Px (2) from the index mark IM after the minute movement to the reference mark FM, and obtains the reference mark FM.
Px of the number of pixels on the image sensor 65 due to the minute movement of
(2) -Px (1) is obtained. Then, based on the difference Px (2) −Px (1) of the number of pixels and the measurement result of the movement amount of the wafer stage 23 by the laser interferometer 33,
A distance on the wafer W corresponding to one pixel of the image sensor 65 is calculated and stored in the memory 70 as a magnification coefficient.
【００３８】主制御ユニット２４は、上述した一連の校
正動作を、各抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの抽出波長ご
とに行い、各抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄに対応づけて
計測された倍率係数をそれぞれメモリ７０に記憶する。
なお、この倍率係数の校正は、例えば、装置の出荷前、
装置の立ち上げ時などにおいて行う。また、その校正の
手順は、上述したものに限定されない。例えば、上述し
た基準マークＦＭの微小移動を複数回繰り返し、各移動
に伴う撮像素子６５上での画素数の差分を加算平均した
値を倍率係数として用いてもよい。また、Ｘ方向、及び
Ｙ方向の各方向についてそれぞれ倍率係数を求めてもよ
い。The main control unit 24 performs the above-described series of calibration operations for each extraction wavelength of each of the extraction filters 56A to 56D, and stores the magnification factors measured in association with each of the extraction filters 56A to 56D in the memory 70. Remember.
The calibration of the magnification coefficient is performed, for example, before shipping the device,
This is performed when the device is started. Further, the calibration procedure is not limited to the above. For example, the above-described minute movement of the reference mark FM may be repeated a plurality of times, and a value obtained by averaging the differences in the number of pixels on the image sensor 65 associated with each movement may be used as the magnification coefficient. Further, a magnification coefficient may be obtained for each of the X direction and the Y direction.
【００３９】また、位置計測時において、本実施例で
は、ウエハステージ２３上に載置されるウエハＷの表面
特性に基づいて、上述した抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄ
の抽出波長の中からウエハマークＷＭに照明する照明光
の波長を選択する。ここで、ウエハＷの表面特性として
は、ウエハＷ上に塗布されているフォトレジストの種類
やその膜厚、ウエハＷに対するこれまでのプロセス処理
内容のうちの少なくとも１つが含まれる。また、照明光
の波長の選択は、本実施例では、作業オペレータにより
行われる。例えば、作業オペレータは、撮像素子６５か
らの画像信号を表示する表示画面上を観察しながら、撮
像素子６５の撮像面上に撮像されるウエハマークＷＭの
コントラストが最も高くなるように、照明光の波長を選
択する。そして、作業オペレータは、主制御ユニット２
４を介して、フィルタ駆動部５７を制御することによ
り、複数の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄのうち、選択さ
れた波長に対応する抽出フィルタを照明系５８の光路上
に配置する。これにより、抽出フィルタによって抽出さ
れた波長（例えば抽出波長５３０〜６２０ｎｍ）の光が
照明光としてウエハマークＷＭに照明されるとともに、
その抽出波長の光がウエハマークＷＭから反射光として
発生する。ウエハマークＷＭから発生した光は結像系６
６に入射し、撮像素子６５の撮像面に、ウエハマークＷ
Ｍ及び指標マークＩＭの像を結像する。ウエハマークＷ
Ｍと指標マークの光学像は撮像素子６５によって画像信
号に変換され、主制御ユニット２４に供給される。な
お、本実施例では、作業オペレータによりウエハＷの撮
像結果に基づく照明光の波長の選択を行っているが、本
発明はこれに限らず、自動的に照明光の波長を露光装置
自身が選択するように構成してもよい。例えば、上述し
たウエハＷの表面特性の情報を作業オペレータが入力す
ると、露光装置（主制御ユニット２４）は、予め記憶さ
れている「表面特性に関する情報−最適な照明波長」の
関係に基づいて、照明光の波長を選択するように構成し
てもよい。また、撮像素子にて検出した画像信号の成分
（波長成分比）を求めて、その成分結果から、最適な照
明波長を選択するようにしてもよい。なお、これらに関
しては後で再び述べる。At the time of position measurement, in the present embodiment, the above-described extraction filters 56A to 56D are determined based on the surface characteristics of the wafer W placed on the wafer stage 23.
The wavelength of the illumination light for illuminating the wafer mark WM is selected from the extracted wavelengths. Here, the surface characteristics of the wafer W include at least one of the type and thickness of the photoresist applied on the wafer W, and the contents of the processing performed on the wafer W up to now. In this embodiment, the selection of the wavelength of the illumination light is performed by a work operator. For example, the work operator observes the display screen displaying the image signal from the image sensor 65 and adjusts the illumination light so that the contrast of the wafer mark WM imaged on the image plane of the image sensor 65 becomes highest. Select a wavelength. Then, the work operator sets the main control unit 2
By controlling the filter driving unit 57 via the control unit 4, the extraction filter corresponding to the selected wavelength among the plurality of extraction filters 56A to 56D is arranged on the optical path of the illumination system 58. Thereby, the light of the wavelength (for example, the extraction wavelength of 530 to 620 nm) extracted by the extraction filter is illuminated on the wafer mark WM as illumination light, and
Light of the extracted wavelength is generated as reflected light from the wafer mark WM. The light generated from the wafer mark WM is transmitted to the image forming system 6.
6 and the wafer mark W
An image of M and the index mark IM is formed. Wafer mark W
The optical image of M and the index mark is converted into an image signal by the image sensor 65 and supplied to the main control unit 24. In the present embodiment, the wavelength of the illumination light is selected by the work operator based on the imaging result of the wafer W. However, the present invention is not limited to this, and the exposure apparatus itself automatically selects the wavelength of the illumination light. May be configured. For example, when the work operator inputs the information on the surface characteristics of the wafer W described above, the exposure apparatus (main control unit 24) sets the information based on the previously stored relationship of “information on surface characteristics—optimum illumination wavelength”. You may comprise so that the wavelength of illumination light may be selected. Further, a component (wavelength component ratio) of the image signal detected by the image sensor may be obtained, and an optimal illumination wavelength may be selected from the component result. These will be described again later.
【００４０】主制御ユニット２４は、この画像信号を画
像処理してウエハマークＷＭの位置座標を求める際、メ
モリ７０に記憶されている倍率係数のうち、照明系５８
の光路上に配置されている抽出フィルタに対応する倍率
係数をメモリ７０から取り出して使用する。すなわち、
主制御ユニット２４は、上述した画像信号に基づいて指
標マークに対するウエハマークの画素位置を計測し、メ
モリ７０から取り出した倍率係数を用いて、その画素位
置の計測結果をウエハＷ上における位置座標に換算す
る。このときに用いられる倍率係数は、上述したよう
に、ウエハマークから発生している光と同じ波長の光を
用いて予め校正したものであることから、撮像素子６５
上のウエハマークの画素位置が、ウエハＷ上におけるウ
エハマークの位置座標に正確に換算される。When obtaining the position coordinates of the wafer mark WM by performing image processing on this image signal, the main control unit 24 selects one of the illumination system 58 from among the magnification coefficients stored in the memory 70.
The magnification coefficient corresponding to the extraction filter arranged on the optical path is taken out from the memory 70 and used. That is,
The main control unit 24 measures the pixel position of the wafer mark with respect to the index mark based on the image signal described above, and converts the measurement result of the pixel position into position coordinates on the wafer W using the magnification coefficient extracted from the memory 70. Convert. Since the magnification coefficient used at this time has been calibrated in advance using light having the same wavelength as the light generated from the wafer mark, as described above, the image sensor 65
The pixel position of the upper wafer mark is accurately converted to the position coordinates of the wafer mark on the wafer W.
【００４１】このように、本実施例の位置計測方法で
は、ウエハＷの表面特性に応じて、撮像素子６５の撮像
面上に撮像されるウエハマークＷＭのコントラストが最
も高くなるようにウエハマークＷＭを照明する光の波長
を決定し、その波長に対応した結像系６６の倍率係数を
用いて撮像素子６５からの画像信号を画像処理する。し
たがって、様々な表面特性のウエハＷに対応して、ウエ
ハマークＷＭの位置座標を正確に計測することができ
る。なお、本発明の位置計測装置は、上述した照明系５
８、結像系６６、メモリ７０、及び主制御ユニット２４
等を含んで構成される。As described above, according to the position measurement method of this embodiment, the wafer mark WM imaged on the image pickup surface of the image pickup element 65 has the highest contrast according to the surface characteristics of the wafer W. Is determined, and the image signal from the image sensor 65 is image-processed using the magnification coefficient of the imaging system 66 corresponding to the wavelength. Therefore, the position coordinates of wafer mark WM can be accurately measured corresponding to wafers W having various surface characteristics. Note that the position measuring device of the present invention uses the illumination system 5 described above.
8, imaging system 66, memory 70, and main control unit 24
And so on.
【００４２】図５は、本発明の位置計測装置の他の実施
形態を示している。なお、この図５において、図１と同
一の機能を有する構成要素には同一符号を付してその説
明を省略する。この位置計測装置は、上記実施の形態と
異なり、所定の波長の光を抽出するためのフィルタ機構
５５が結像系６６の光路上に配置されている。結像系６
６の光路上におけるフィルタ機構５５の配置位置として
は、この図５に示すように、開口絞り６３から撮像素子
６５に至るまでの間が好ましく、さらに、第４対物レン
ズ６４から撮像素子６５に至るまでの間とするのがよ
い。これは、フィルタ機構５５を開口絞り６３よりもウ
エハＷ側に配置した場合、結像系６６の光路上に配置さ
れる抽出フィルタの配置位置やその取り付け角度のわず
かなずれにより、撮像素子６５の撮像面に結像されるウ
エハマークＷＭ及び指標マークの像質が変化しやすいた
めに、この像質の変化を抑制することを目的とするもの
である。FIG. 5 shows another embodiment of the position measuring device of the present invention. In FIG. 5, components having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. This position measuring device is different from the above embodiment in that a filter mechanism 55 for extracting light of a predetermined wavelength is arranged on the optical path of an imaging system 66. Imaging system 6
The position of the filter mechanism 55 on the optical path 6 is preferably between the aperture stop 63 and the image sensor 65, as shown in FIG. 5, and further from the fourth objective lens 64 to the image sensor 65. It is better to be between. This is because, when the filter mechanism 55 is disposed closer to the wafer W than the aperture stop 63, the position of the extraction filter disposed on the optical path of the imaging system 66 and a slight shift in the mounting angle thereof cause the imaging element 65 to move. Since the image quality of the wafer mark WM and the index mark formed on the imaging surface easily changes, the object is to suppress the change in the image quality.
【００４３】また、この位置計測装置では、照明系５８
の光路上に、フィルタ機構は配置されず、ウエハＷ上の
ウエハマークＷＭは、光源５１からのブロードバンドな
照明光（白色光）により照明される。ブロードバンドな
照明光によってウエハＷ上のウエハマークＷＭが照明さ
れる場合、そのときのウエハＷの表面特性によって、ウ
エハマークＷＭから発生する光の波長が変化する。この
位置計測装置では、フィルタ機構５５の複数の抽出フィ
ルタ５６Ａ〜５６Ｄのうちのいずれかの抽出フィルタを
結像系６６の光路上に配置することにより、所定の波長
の光を抽出して撮像素子６５に入射させる。より具体的
には、そのときのウエハＷの表面特性に応じて、撮像素
子６５の撮像面上に撮像されるウエハマークＷＭのコン
トラストが最も高くなるように、撮像素子６５に入射さ
せる光の波長を抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの抽出波長
の中から選択するとともに、その波長に対応した結像系
６６の倍率係数を用いて撮像素子６５からの画像信号を
画像処理する。これにより、前述した実施形態と同様
に、様々な表面特性のウエハＷに対応して、ウエハマー
クの位置座標を正確に計測することが可能となる。In this position measuring device, the illumination system 58
No filter mechanism is arranged on the optical path of, and the wafer mark WM on the wafer W is illuminated by the broadband illumination light (white light) from the light source 51. When the wafer mark WM on the wafer W is illuminated by the broadband illumination light, the wavelength of the light generated from the wafer mark WM changes depending on the surface characteristics of the wafer W at that time. In this position measuring device, any one of the plurality of extraction filters 56A to 56D of the filter mechanism 55 is arranged on the optical path of the image forming system 66, thereby extracting light of a predetermined wavelength to obtain an image sensor. 65. More specifically, according to the surface characteristics of the wafer W at that time, the wavelength of the light incident on the imaging element 65 is set so that the contrast of the wafer mark WM imaged on the imaging surface of the imaging element 65 is maximized. Is selected from the extraction wavelengths of the extraction filters 56A to 56D, and the image signal from the image sensor 65 is image-processed using the magnification coefficient of the imaging system 66 corresponding to the wavelength. Thus, similarly to the above-described embodiment, it is possible to accurately measure the position coordinates of the wafer mark corresponding to the wafer W having various surface characteristics.
【００４４】ここで、図６は、ウエハＷ上に形成された
ウエハマークＷＭの様子の一例を示す断面図である。こ
の例では、ウエハＷ上に形成された金属材質のウエハマ
ークＷＭが、シリコン系の膜（シリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜など）で覆われている。この場合、ブロードバ
ンドな白色光によってウエハＷを照明すると、図６
（ａ）に示すように、シリコン系の膜面でその照明光の
ほとんどの光が反射されるため、通常、その膜面の下の
ウエハマークＷＭを検出するのは困難である。しかしな
がら、シリコン系の膜は波長８００ｎｍ程度以上の長波
長の光を透過する性質を有する。したがって、図６
（ｂ）に示すように、長波長用の抽出フィルタ５６を照
明系の光路上に配置し、その抽出フィルタ５６によって
抽出された長波長の照明光をウエハＷに照射したり、あ
るいは、図６（ｃ）に示すように、長波長用の抽出フィ
ルタ５６を結像系の光路上に配置し、ウエハＷからの反
射光のうち、抽出フィルタ５６によって長波長の光を抽
出したりすることにより、他の波長の光によって消され
ているウエハマークＷＭからの光を取り出して、シリコ
ン膜の下のウエハマークＷＭを検出することが可能とな
る。このように、ウエハマークからの光が感光材の膜面
等から発生する他の波長の光によって邪魔され、撮像素
子で撮像されるウエハマークの光学像が消されたり、あ
るいはウエハマークのコントラストが低下したりするよ
うな場合、撮像素子で撮像されるウエハマークからの光
を所定の波長に狭帯化することにより、他の波長の光に
邪魔されることなく、ウエハマークを高いコントラスト
で撮像することが可能となる。FIG. 6 is a sectional view showing an example of a state of the wafer mark WM formed on the wafer W. In this example, the metal wafer mark WM formed on the wafer W is covered with a silicon-based film (such as a silicon oxide film or a silicon nitride film). In this case, when the wafer W is illuminated by the broadband white light, FIG.
As shown in (a), since most of the illumination light is reflected on the silicon-based film surface, it is usually difficult to detect the wafer mark WM below the film surface. However, a silicon-based film has a property of transmitting light having a long wavelength of about 800 nm or more. Therefore, FIG.
As shown in (b), a long-wavelength extraction filter 56 is arranged on the optical path of the illumination system, and the long-wavelength illumination light extracted by the extraction filter 56 is irradiated on the wafer W, or FIG. As shown in (c), the long-wavelength extraction filter 56 is arranged on the optical path of the imaging system, and the long-wavelength light is extracted by the extraction filter 56 from the reflected light from the wafer W. By extracting light from the wafer mark WM that has been erased by light of another wavelength, the wafer mark WM below the silicon film can be detected. In this way, the light from the wafer mark is disturbed by light of another wavelength generated from the film surface of the photosensitive material or the like, and the optical image of the wafer mark captured by the image sensor is erased, or the contrast of the wafer mark is reduced. In such a case, the light from the wafer mark imaged by the image sensor is narrowed to a predetermined wavelength, so that the wafer mark can be imaged with high contrast without being disturbed by light of other wavelengths. It is possible to do.
【００４５】また、上述した各実施例では、複数の抽出
フィルタの抽出波長の中から撮像素子に入射させる光の
波長を選択する作業を、作業オペレータによって行って
いる。しかしながら、本発明はこれに限定されるもので
はなく、この選択作業を自動化してもよい。例えば、主
制御ユニットにより、ウエハステージ上に載置されるウ
エハの表面特性に関する情報をメモリに予め記憶した
り、あるいはその情報を上流側の装置などから受け取る
などしておき、その情報に基づいて、撮像素子の撮像面
上に撮像されるウエハマークのコントラストが最も高く
なるように、波長を選択してもよい。あるいは、図７の
フローチャート図に示すように、主制御ユニットによ
り、撮像素子に入射するウエハマークからの光の波長を
順に切り換え、各波長におけるウエハマークの光学像の
コントラストを計測し、ウエハマークの光学像のコント
ラストが最も高くなる波長を選択するようにしてもよ
い。なお、ウエハの表面特性は、同じ処理プロセスで流
れるロット内では各ウエハごとにほぼ同一であることか
ら、そのロットの先頭のウエハに対して選択した光の波
長を、同一ロット内の他のウエハにも用いるようにする
とよい。Further, in each of the above-described embodiments, the operation of selecting the wavelength of light to be incident on the image pickup device from the extraction wavelengths of the plurality of extraction filters is performed by the operation operator. However, the present invention is not limited to this, and this selection operation may be automated. For example, the main control unit pre-stores information on the surface characteristics of the wafer placed on the wafer stage in a memory, or receives the information from an upstream device or the like, and based on the information. Alternatively, the wavelength may be selected such that the contrast of the wafer mark imaged on the imaging surface of the imaging device is the highest. Alternatively, as shown in the flowchart of FIG. 7, the main control unit sequentially switches the wavelength of light from the wafer mark incident on the image sensor, measures the contrast of the optical image of the wafer mark at each wavelength, and measures the contrast of the wafer mark. The wavelength at which the contrast of the optical image is highest may be selected. Since the surface characteristics of wafers are almost the same for each wafer in a lot flowing in the same processing process, the wavelength of light selected for the first wafer of the lot is changed to that of another wafer in the same lot. It is good to use also for.
【００４６】図８は、ウエハＷの表面特性を検出する検
出手段として、カラー用の撮像素子７５を備える位置計
測装置の構成例を示している。なお、この図８におい
て、図１と同一の機能を有する構成要素には同一符号を
付してその説明を省略する。FIG. 8 shows an example of the configuration of a position measuring device provided with a color image sensor 75 as a detecting means for detecting the surface characteristics of the wafer W. In FIG. 8, components having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
【００４７】この位置計測装置において、第４対物レン
ズ６４と撮像素子６５との間の光路上にビームスプリッ
タ７６が配置され、このビームスプリッタ７６によって
取り出されたウエハマークＷＭの光学像がカラー用の撮
像素子７５で撮像される。主制御ユニット２４は、撮像
素子７５からの画像信号に基づいて、撮像素子７５に入
射した光の波長を検出する。In this position measuring device, a beam splitter 76 is disposed on an optical path between the fourth objective lens 64 and the image pickup device 65, and an optical image of the wafer mark WM taken out by the beam splitter 76 is used for color. The image is captured by the image sensor 75. The main control unit 24 detects the wavelength of light incident on the image sensor 75 based on the image signal from the image sensor 75.
【００４８】この位置計測装置では、例えば、ブロード
バンドな照明光（白色光）によりウエハＷを照明し、そ
の反射光をカラー用の撮像素子７５で撮像することによ
り、ウエハマークＷＭから強く発生する光の波長や、ウ
エハマークＷＭの分光反射率などのウエハＷの表面特性
が検出される。さらに、フィルタ機構５５を用いて、ウ
エハＷに対する照明光を、ウエハマークＷＭから強く発
生する光の波長に近い波長とすることにより、撮像素子
６５に撮像されるウエハマークＷＭの光学像のコントラ
ストが向上する。In this position measuring device, for example, the wafer W is illuminated with broadband illumination light (white light), and the reflected light is picked up by the color image pickup device 75, so that the light strongly generated from the wafer mark WM is emitted. , And the surface characteristics of the wafer W such as the spectral reflectance of the wafer mark WM are detected. Furthermore, the contrast of the optical image of the wafer mark WM captured by the imaging device 65 is reduced by using the filter mechanism 55 to set the illumination light for the wafer W to a wavelength close to the wavelength of light strongly generated from the wafer mark WM. improves.
【００４９】すなわち、この位置計測装置では、カラー
用の撮像素子７５を用いてウエハマークＷＭから強く発
生する光の波長を検出することにより、この検出結果に
基づいて、複数の抽出フィルタ５６Ａ〜５６Ｄの中から
ウエハマークＷＭのコントラストを高めるのに適した抽
出フィルタを容易に選択することができる。なお、この
例のように白黒の撮像素子（白黒カメラ）６５とカラー
用の撮像素子（カラーカメラ）７５との２つの撮像素子
を使用するのではなく、カラー用の撮像素子（カラーカ
メラ）のみを用いて、それを光の波長による強度の検出
とウエハマーク位置計測の両方にしようする構成をとる
ことも可能である。That is, in this position measuring device, the wavelength of light strongly generated from the wafer mark WM is detected by using the color image pickup device 75, and a plurality of extraction filters 56A to 56D are detected based on the detection result. , An extraction filter suitable for enhancing the contrast of the wafer mark WM can be easily selected. It is to be noted that instead of using two image sensors of a monochrome image sensor (black and white camera) 65 and a color image sensor (color camera) 75 as in this example, only a color image sensor (color camera) is used. , It is also possible to adopt a configuration in which it is used for both detection of the intensity based on the wavelength of light and measurement of the wafer mark position.
【００５０】また、図８に示すカラー用の撮像素子を備
えた位置計測装置では、フィルタ機構５５を照明系５８
の光路上に配置しているが、本発明はこれに限定され
ず、先の図５に示したように、結像系６６の光路上にフ
ィルタ機構５５を配置してもよい。さらに、ウエハマー
クＷＭの光学像のコントラストを高める必要が少ない場
合には、フィルタ機構５５を用いない構成としてもよ
い。フィルタ機構５５を用いない場合、結像系６６に入
射する光の波長と、結像系６６の倍率係数との関係を予
め求めてメモリ７０に記憶するとともに、ブロードバン
ドな照明光で照明したときのウエハマークＷＭからの光
の波長をカラー用の撮像素子７５を用いて検出する。そ
して、先に検出された波長に対応する結像系６６の倍率
係数を用いて、撮像素子６５によって撮像されたウエハ
マークＷＭの画素位置を換算することにより、ウエハマ
ークＷＭの位置座標を計測することができる。Further, in the position measuring device having the color image pickup device shown in FIG.
However, the present invention is not limited to this, and the filter mechanism 55 may be arranged on the optical path of the imaging system 66 as shown in FIG. Further, when there is little need to increase the contrast of the optical image of the wafer mark WM, the configuration may be such that the filter mechanism 55 is not used. When the filter mechanism 55 is not used, the relationship between the wavelength of the light incident on the imaging system 66 and the magnification coefficient of the imaging system 66 is obtained in advance and stored in the memory 70, and when the illumination with broadband illumination light is performed. The wavelength of the light from the wafer mark WM is detected by using the color imaging element 75. Then, the position coordinates of the wafer mark WM are measured by converting the pixel position of the wafer mark WM imaged by the image sensor 65 using the magnification coefficient of the imaging system 66 corresponding to the wavelength detected earlier. be able to.
【００５１】なお、上述した実施例において示した動作
手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一
例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において
プロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能であ
る。本発明は、以下のような変更をも含むものとする。The operation procedure described in the above embodiment, or the various shapes and combinations of the constituent members are merely examples, and various changes may be made based on process conditions and design requirements without departing from the gist of the present invention. It is possible. The present invention includes the following modifications.
【００５２】上記実施例では、投影光学系の光軸から離
れた位置に設けられたオフ・アクシス方式のアライメン
ト系に、本発明の位置計測方法を適用しているが、これ
に限定されるものではない。すなわち、例えば、特開平
２−５４１０３号公報や特開平４−３２４９２３号公報
等に開示されているように、投影光学系を介して基板上
のウエハマークを検出するＴＴＬ方式のアライメント系
に、本発明の位置計測方法を適用してもよい。In the above embodiment, the position measuring method of the present invention is applied to the off-axis type alignment system provided at a position distant from the optical axis of the projection optical system. However, the present invention is not limited to this. is not. That is, as disclosed in, for example, JP-A-2-54103 and JP-A-4-324923, a TTL alignment system that detects a wafer mark on a substrate via a projection optical system is used for the present invention. The position measurement method of the invention may be applied.
【００５３】また、本発明に係る位置計測方法は、ウエ
ハマークを検出するものに限らず、レチクルに形成され
たマークやステージ上に形成されたマークを検出するも
のなど、他の物体上に形成されたマークに対しても適用
可能である。また、露光が正確に行われたかどうかを評
価するための位置ずれ計測や、パターン像が描画されて
いるフォトマスクの描画精度の計測にも適用できる。Further, the position measuring method according to the present invention is not limited to the method for detecting a wafer mark, but may be applied to a method for detecting a mark formed on a reticle or a mark formed on a stage. It is also applicable to marked marks. Further, the present invention can also be applied to measurement of misregistration for evaluating whether or not exposure has been correctly performed, and measurement of drawing accuracy of a photomask on which a pattern image is drawn.
【００５４】また、物体（ウエハやレチクルなど）に形
成されるマークの数や配置位置、及び形状は任意に定め
てよい。特にウエハマークは各ショット領域に少なくと
も１つ設ければよいし、あるいはショット領域毎にウエ
ハマークを設けずにウエハ上の複数点にそれぞれウエハ
マークを形成しておくだけでもよい。また、基板上のマ
ークは１次元マーク及び２次元マークのいずれでもよ
い。The number, arrangement position, and shape of the marks formed on the object (such as a wafer and a reticle) may be arbitrarily determined. In particular, at least one wafer mark may be provided in each shot area, or a wafer mark may be formed at a plurality of points on a wafer without providing a wafer mark for each shot area. Further, the mark on the substrate may be either a one-dimensional mark or a two-dimensional mark.
【００５５】また、本発明が適用される露光装置は、露
光用照明光に対してマスク（レチクル）と基板（ウエ
ハ）とをそれぞれ相対移動する走査露光方式（例えば、
ステップ・アンド・スキャン方式など）に限られるもの
ではなく、マスクと基板とをほぼ静止させた状態でマス
クのパターンを基板上に転写する静止露光方式、例えば
ステップ・アンド・リピート方式などでもよい。さら
に、基板上で周辺部が重なる複数のショット領域にそれ
ぞれパターンを転写するステップ・アンド・スティッチ
方式の露光装置などに対しても本発明を適用することが
できる。また、投影光学系ＰＬは縮小系、等倍系、及び
拡大系のいずれでもよいし、屈折系、反射屈折系、及び
反射系のいずれでもよい。さらに、投影光学系を用いな
い、例えばプロキシミティ方式の露光装置などに対して
も本発明を適用できる。Further, the exposure apparatus to which the present invention is applied is a scanning exposure method (for example, a method in which a mask (reticle) and a substrate (wafer) are relatively moved with respect to exposure illumination light.
The method is not limited to the step-and-scan method, but may be a static exposure method in which the mask pattern is transferred onto the substrate while the mask and the substrate are almost still, for example, a step-and-repeat method. Furthermore, the present invention can be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus that transfers a pattern to each of a plurality of shot areas whose peripheral portions overlap on a substrate. Further, the projection optical system PL may be any of a reduction system, an equal magnification system, and an enlargement system, and may be any of a refraction system, a catadioptric system, and a reflection system. Further, the present invention can be applied to, for example, a proximity type exposure apparatus that does not use a projection optical system.
【００５６】また、本発明が適用される露光装置は、露
光用照明光としてｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ
光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 、レーザ光、及びＡ
ｒ2 、レーザ光などの紫外光だけでなく、例えばＥＵＶ
光、Ｘ線、あるいは電子線やイオンビームなどの荷電粒
子線などを用いてもよい。さらに、露光用光源は水銀ラ
ンプやエキシマレーザだけでなく、ＹＡＧレーザ又は半
導体レーザなどの高調波発生装置、ＳＯＲ、レーザプラ
ズマ光源、電子銃などでもよい。In the exposure apparatus to which the present invention is applied, g-rays, i-rays, KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, F 2 , laser light,
r 2, as well as ultraviolet light, such as laser light, for example EUV
Light, X-ray, or a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam may be used. Further, the light source for exposure is not limited to a mercury lamp or an excimer laser, but may be a harmonic generator such as a YAG laser or a semiconductor laser, an SOR, a laser plasma light source, an electron gun, or the like.
【００５７】また、本発明が適用される露光装置は、半
導体デバイス製造用に限られるものではなく、液晶表示
素子、ディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子
（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップな
どのマイクロデバイス（電子デバイス）製造用、露光装
置で用いられるフォトマスクやレチクルの製造用などで
もよい。The exposure apparatus to which the present invention is applied is not limited to semiconductor device manufacturing, but includes liquid crystal display devices, display devices, thin-film magnetic heads, image pickup devices (such as CCD), micromachines, DNA chips, and the like. For manufacturing microdevices (electronic devices), and for manufacturing photomasks and reticles used in exposure apparatuses.
【００５８】また、本発明は露光装置だけでなく、デバ
イス製造工程で使用される他の製造装置（検査装置など
を含む）に対しても適用することができる。The present invention can be applied not only to an exposure apparatus, but also to other manufacturing apparatuses (including an inspection apparatus) used in a device manufacturing process.
【００５９】また、上述したウエハステージやレチクル
ステージにリニアモータを用いる場合は、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よい。
さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる
場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのい
ずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子
ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設け
ればよい。When a linear motor is used for the above-described wafer stage or reticle stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force 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.
Further, when a plane motor is used as the stage driving device, one of the magnet unit (permanent magnet) and the armature unit is connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit is connected to the moving surface side of the stage ( Base).
【００６０】また、ウエ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。本発明は、このような構造を備えた
露光装置においても適用可能である。Further, the reaction force generated by the movement of the wafer stage is mechanically moved to the floor (ground) using a frame member as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-166475.
You may escape to The present invention is also applicable to an exposure apparatus having such a structure.
【００６１】また、レチクル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。本発明は、このような構造を備
えた露光装置においても適用可能である。The reaction force generated by the movement of the reticle stage may be mechanically released to the floor (ground) by using a frame member, as described in JP-A-8-330224. The present invention is also applicable to an exposure apparatus having such a structure.
【００６２】また、本発明が適用される露光装置は、本
願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サ
ブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的
精度を保つように、組み立てることで製造される。これ
ら各種精度を確保するために、この組み立ての前後に
は、各種光学系については光学的精度を達成するための
調整、各種機械系については機械的精度を達成するため
の調整、各種電気系については電気的精度を達成するた
めの調整が行われる。各種サブシステムから露光装置へ
の組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接
続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含ま
れる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て
工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程がある
ことはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置へ
の組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光
装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装
置の製造は温度およ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。Further, the exposure apparatus to which the present invention is applied controls various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. And manufactured by assembling. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical accuracy for various optical systems, adjustments to achieve mechanical accuracy for various mechanical systems, and various electric systems to ensure these various accuracy Are adjusted to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from various subsystems includes mechanical connections, wiring connections of electric circuits, and piping connections of pneumatic circuits among the various subsystems. It goes without saying that there is an assembling process for each subsystem before the assembling process from these various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed, and various precisions of the entire exposure apparatus are secured. 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.
【００６３】また、半導体デバイスは、デバイスの機能
・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマ
スク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウ
エハを製造する工程、前述した露光装置によりレチクル
のパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイ
ス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、
パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造され
る。In the semiconductor device, a process of designing the function and performance of the device, a process of manufacturing a mask (reticle) based on the design step, a process of manufacturing a wafer from a silicon material, and a process of manufacturing a reticle by the above-described exposure apparatus. Wafer processing step of exposing a pattern to a wafer, device assembly step (dicing step, bonding step,
(Including a package process) and an inspection process.
【００６４】[0064]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１から請求
項６に記載の位置計測方法及び請求項９から請求項１３
に記載の位置計測装置によれば、物体上に形成されたマ
ークを高いコントラストで撮像するとともに、そのマー
クの位置情報を正確に計測することができる。また、請
求項７に記載の露光方法及び請求項１４に記載の露光装
置によれば、露光精度を向上させることができる。ま
た、請求項８に記載のデバイスの製造方法によれば、形
成されるパターンの精度が向上したデバイスを提供する
ことができる。As described above, the position measuring method according to any one of claims 1 to 6, and the ninth to thirteenth aspects.
According to the position measuring device described in (1), a mark formed on an object can be imaged with high contrast, and the position information of the mark can be accurately measured. According to the exposure method described in claim 7 and the exposure apparatus described in claim 14, the exposure accuracy can be improved. Further, according to the device manufacturing method of the eighth aspect, it is possible to provide a device in which the accuracy of a formed pattern is improved.
【図１】 本発明に係る位置計測装置の構成例を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a position measuring device according to the present invention.
【図２】 本発明に係る露光装置の全体構成例を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the overall configuration of an exposure apparatus according to the present invention.
【図３】 複数の抽出フィルタで抽出される波長帯域の
一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a wavelength band extracted by a plurality of extraction filters.
【図４】 倍率係数を校正する際の基準マーク及び指標
マークの像の様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an image of a reference mark and an index mark when calibrating a magnification coefficient.
【図５】 本発明に係る位置計測装置の他の実施形態を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the position measuring device according to the present invention.
【図６】 ウエハ上に形成されたウエハマークの様子の
一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a state of a wafer mark formed on a wafer.
【図７】 撮像素子に入射させる光の波長を選択する手
順の一例を示すフローチャート図である。FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a procedure for selecting a wavelength of light to be incident on an imaging element.
【図８】 カラー用の撮像素子を備えた本発明に係る位
置計測装置の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a position measurement device according to the present invention including a color imaging element.
Ｗ ウエハ（物体、基板） Ｒ レチクル（マスク） ＷＭ ウエハマーク ＦＭ 基準マーク ＲＡ レチクルアライメント系 ＷＡ ウエハアライメント系 ＰＬ 投影光学系 １０ 露光装置 ２１ 照明系 ２３ ウエハステージ ２４ 主制御ユニット（計測手段） ３３ レーザ干渉計 ５５ フィルタ機構 ５６Ａ〜５６Ｄ 抽出フィルタ ５７ フィルタ駆動部 ５８ 照明系 ７０ メモリ ６３ 開口絞り ６５ 撮像素子 ６６ 結像系 ７５ カラー用の撮像手段（検出手段） W wafer (object, substrate) R reticle (mask) WM wafer mark FM fiducial mark RA reticle alignment system WA wafer alignment system PL projection optical system 10 exposure apparatus 21 illumination system 23 wafer stage 24 main control unit (measuring means) 33 laser interference Total 55 Filter mechanism 56A-56D Extraction filter 57 Filter drive unit 58 Illumination system 70 Memory 63 Aperture stop 65 Image sensor 66 Imaging system 75 Color imaging means (detection means)
Claims (14)
マークを撮像素子で撮像し、該撮像結果に基づいて前記
マークの位置に関する位置情報を計測する位置計測方法
において、 前記照明により前記マークから発生した所定の波長の光
を前記撮像素子で撮像し、 前記撮像素子の撮像結果と、前記所定の波長の光を用い
た場合の前記撮像素子の所定数の画素と前記物体上の距
離情報との間の関係とに基づいて、前記マークの位置情
報を求めることを特徴とする位置計測方法。1. A position measurement method for illuminating a mark formed on an object, imaging the mark with an image sensor, and measuring position information on the position of the mark based on the imaging result. An image of light of a predetermined wavelength generated from a mark is taken by the image pickup device, and an image pickup result of the image pickup device and a distance between the predetermined number of pixels of the image pickup device and the object when using the light of the predetermined wavelength. A position measuring method, wherein position information of the mark is obtained based on a relationship between the position and the information.
て照射することを特徴とする請求項１に記載の位置計測
方法。2. The position measuring method according to claim 1, wherein the mark is irradiated with light having the predetermined wavelength.
光から、前記所定の波長の光を抽出して前記撮像素子に
入射させることを特徴とする請求項１に記載の位置計測
方法。3. The position measurement method according to claim 1, wherein light of the predetermined wavelength is extracted from light generated from the mark by the illumination and is incident on the image sensor.
定の波長を決定することを特徴とする請求項１乃至請求
項３のうちのいずれか１項に記載の位置計測方法。4. The position measurement method according to claim 1, wherein the predetermined wavelength is determined based on a surface characteristic of the object.
であり、 前記物体の表面特性は、前記感光物質の種類、前記感光
物質の膜厚、前記基板に対するプロセス処理内容のうち
の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記
載の位置計測方法。5. The object is a substrate coated with a photosensitive material, and the surface characteristic of the object is at least one of a kind of the photosensitive material, a film thickness of the photosensitive material, and a process performed on the substrate. The position measuring method according to claim 4, further comprising:
を特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１
項に記載の位置計測方法。6. The apparatus according to claim 1, wherein the predetermined number of pixels is one pixel.
Position measurement method described in section.
ーンが転写される基板であり、 請求項１乃至請求項６のうちのいずれか１項に記載の位
置計測方法により計測された前記マークの位置情報に基
づいて、前記基板を位置決めし、 前記マスクを照明することにより、前記位置決めされた
前記基板上に、前記パターンの像を転写することを特徴
とする露光方法。7. The mark measured by the position measurement method according to claim 1, wherein the object is a substrate on which a pattern formed on a mask is transferred. An exposure method for transferring the image of the pattern onto the positioned substrate by illuminating the mask based on the positional information of the substrate.
記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上
に転写する工程を含むことを特徴とするデバイスの製造
方法。8. A method for manufacturing a device, comprising a step of transferring a device pattern formed on the mask onto the substrate by using the exposure method according to claim 7.
射する照明系と、 前記照明光の照明により前記マークから発生した所定の
波長の光を受光して前記物体上のマークを撮像する撮像
素子と、 前記所定の波長の光を用いた場合の前記撮像素子の所定
数の画素と前記物体上の距離情報との間の所定の関係と
を記憶するメモリと、 前記撮像素子の撮像結果と、前記所定の関係とに基づい
て、前記マークの位置情報を計測する計測手段とを備え
ることを特徴とする位置計測装置。9. An illumination system for irradiating illumination light to a mark formed on an object, and receiving light of a predetermined wavelength generated from the mark by illumination of the illumination light to image the mark on the object. An image sensor, a memory for storing a predetermined relationship between a predetermined number of pixels of the image sensor and distance information on the object when using light of the predetermined wavelength, and an imaging result of the image sensor And a measuring means for measuring position information of the mark based on the predetermined relationship.
ィルタを備え、 該抽出フィルタは、前記照明系の光路上または前記マー
クの像を前記撮像素子に結像させる結像系の光路上に配
されることを特徴とする請求項９に記載の位置計測装
置。10. An extraction filter for extracting light of the predetermined wavelength, wherein the extraction filter is provided on an optical path of the illumination system or on an optical path of an imaging system for forming an image of the mark on the image sensor. The position measuring device according to claim 9, wherein the position measuring device is arranged.
路上における前記撮像素子用の開口絞りから前記撮像素
子に至るまでの間に配されることを特徴とする請求項１
０に記載の位置計測装置。11. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the extraction filter is disposed on an optical path of the imaging system from an aperture stop for the image sensor to the image sensor.
The position measuring device according to 0.
段を備え、 該検出手段の検出結果に基づいて、前記所定の波長を決
定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載
の位置計測装置。12. The apparatus according to claim 8, further comprising a detecting unit configured to detect a surface characteristic of the object, wherein the predetermined wavelength is determined based on a detection result of the detecting unit. Position measurement device.
板であり、 前記物体の表面特性は、前記感光物質の種類、前記感光
物質の膜厚、前記基板に対するプロセス処理内容のうち
の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２に
記載の位置計測装置。13. The object is a substrate coated with a photosensitive material, and the surface characteristic of the object is at least one of a kind of the photosensitive material, a film thickness of the photosensitive material, and a process performed on the substrate. 13. The position measuring device according to claim 12, comprising:
ターンが転写される基板であり、 請求項９乃至請求項１３のうちのいずれか１項に記載の
位置計測装置を備え、 前記位置計測装置により計測された前記マークの位置情
報に基づいて、前記基板を位置決めし、前記位置決めさ
れた前記基板上に、前記パターンの像を転写することを
特徴とする露光装置。14. The position measurement device according to claim 9, wherein the object is a substrate onto which a pattern formed on a mask is transferred. An exposure apparatus, comprising: positioning the substrate based on positional information of the mark measured by an apparatus; and transferring an image of the pattern onto the positioned substrate.
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