JP2002198278A - Position measuring equipment and alignment method - Google Patents

Position measuring equipment and alignment method

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JP2002198278A
JP2002198278A JP2000391697A JP2000391697A JP2002198278A JP 2002198278 A JP2002198278 A JP 2002198278A JP 2000391697 A JP2000391697 A JP 2000391697A JP 2000391697 A JP2000391697 A JP 2000391697A JP 2002198278 A JP2002198278 A JP 2002198278A
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Japan
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mark
image
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plate
alignment
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JP2000391697A
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Japanese (ja)
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Mari Okubo
麻理 大久保
Makoto Tsuchiya
誠 土屋
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide position measuring equipment which can measure a position of a mark included in an image signal accurately in a short time in the case that an obtained image signal is changed in accordance with surface state of a substrate, condition of illumination, etc., and a part of the image signal is lacked, and to provide an alignment method. SOLUTION: When an image signal obtained by photoelectric conversion of an image Im11 or the like which is image-formed on an image sensing surface of an image sensing element is subjected to image-processing, condition of a mark image is predicted on the basis of substrate information (lot information). Consequently, image processing is optimized to substrates in a lot unit even in the case that relation of light and shade in the image Im11 and its peripheral part is changed by the surface state of a substrate and the condition of illumination, and position information (position information of a mark) of the image Im11 is obtained.

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、位置計測装置及び
アライメント方法に係り、特にリソグラフィー工程で大
型の基板を用いてマイクロデバイスを製造する際に用い
て好適な位置計測装置及びアライメント方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring device and an alignment method, and more particularly to a position measuring device and an alignment method suitable for manufacturing a micro device using a large substrate in a lithography process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造におい
ては、マスクやレチクル(以下、マスクと称する)に形
成されたパターンの像をウェハやガラスプレート等(以
下、これらを総称する場合は、基板と称する)に転写す
る露光装置が用いられる。例えば、液晶表示素子(LC
D)を製造する際には、所謂ステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置(以下、ステッパと称する)が用いら
れることが多い。このステッパは、マスク上に形成され
たLCDのパターンを基板としてのガラスプレート(以
下、プレートと称する)の所定の領域に露光した後、プ
レートが載置されているプレートステージを一定距離だ
けステッピング移動させて、プレートの別の領域に再び
露光を行い、かかる動作をプレートに設定された全ての
領域に対して繰り返し行うことにより、マスクに形成さ
れたパターンの像をプレート全体に転写する装置であ
る。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices,
Alternatively, in the manufacture of a micro device such as a thin film magnetic head, an image of a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a mask) is referred to as a wafer, a glass plate, or the like (hereinafter, these are collectively referred to as a substrate). An exposure device for transferring the image to the substrate is used. For example, a liquid crystal display element (LC
When manufacturing D), a so-called step-and-repeat type exposure apparatus (hereinafter, referred to as a stepper) is often used. The stepper exposes an LCD pattern formed on a mask to a predetermined area of a glass plate (hereinafter, referred to as a plate) as a substrate, and then moves the plate stage on which the plate is mounted by a predetermined distance. Then, another area of the plate is exposed again, and the operation is repeated for all the areas set on the plate, thereby transferring the image of the pattern formed on the mask to the entire plate. .

【0003】マスクに形成されたパターンの像をプレー
トに転写する際には、プレートの位置とパターンの像の
位置とを精密に合わせる必要がある。近年、プレートに
形成されるパターンの微細化に伴ってマスクとプレート
との高い位置合わせ精度が要求され、例えばプレートに
形成されるパターンの最小線幅の数分の1から数十分の
1程度の位置合わせ精度が要求される。このため、マス
クやプレートには位置計測用のマークが形成されてお
り、露光装置はこれらのマークの位置情報を高い精度で
計測する位置計測装置を備えている。
When transferring an image of a pattern formed on a mask onto a plate, it is necessary to precisely match the position of the plate with the position of the image of the pattern. In recent years, with the miniaturization of the pattern formed on the plate, high alignment accuracy between the mask and the plate is required. Alignment accuracy is required. For this reason, marks for position measurement are formed on the mask and the plate, and the exposure apparatus includes a position measurement device that measures the position information of these marks with high accuracy.

【0004】マスク又はプレートに形成された位置計測
用のマークを用いて位置情報を計測する位置計測装置の
主なものとしては、計測原理の観点から分類すると、L
SA(Laser Step Alignment)方式やFIA(Field Im
age Alignment)方式のものがある。LSA方式の位置
計測装置は、レーザ光をプレート上に形成されたドット
列のマークに照射し、回折・散乱された光を利用してそ
のマークの位置情報を計測する位置計測装置である。F
IA方式の位置計測装置は、ハロゲンランプ等の波長帯
域幅の広い光源を用いてマークを照明し、その結果得ら
れたマークの像を画像信号に変換した後、画像処理して
マークの位置情報を求める位置計測装置であり、アルミ
ニウム層やプレート上に形成された非対称なマークの計
測に効果的である。
[0004] As a main position measuring device for measuring position information using a position measuring mark formed on a mask or a plate, when classified from the viewpoint of measurement principle, L
SA (Laser Step Alignment) method and FIA (Field Im
age Alignment) method. The LSA type position measurement device is a position measurement device that irradiates a laser beam onto a mark of a dot row formed on a plate and measures position information of the mark by using diffracted / scattered light. F
The IA type position measuring device illuminates a mark using a light source having a wide wavelength band such as a halogen lamp, converts an image of the resulting mark into an image signal, and then performs image processing to obtain position information of the mark. Is a position measuring device for obtaining an asymmetric mark, which is effective for measuring an asymmetric mark formed on an aluminum layer or a plate.

【0005】また、位置計測における観察方法の観点か
ら位置計測装置を分類すると、投影光学系を介してプレ
ート上のマークの位置情報を計測するTTL(スルー・
ザ・レンズ)方式、投影光学系を介してプレートに形成
されたマークとマスクに形成されたマークとを同時に観
察し、両者の相対位置関係を検出するTTM(スルー・
ザ・マスク)方式、及び投影光学系を介することなく直
接プレート上のマークの位置情報を計測するオフ・アク
シス方式等がある。
When the position measuring devices are classified from the viewpoint of an observation method in position measurement, a TTL (through-the-lens) for measuring position information of a mark on a plate via a projection optical system is used.
A TTM (through lens) system that simultaneously observes a mark formed on a plate and a mark formed on a mask via a projection optical system and detects a relative positional relationship between the two.
The mask) system, and an off-axis system that directly measures position information of a mark on a plate without using a projection optical system.

【0006】液晶表示素子を製造する従来の露光装置は
大型のプレートを扱うため、プレートステージに対する
プレートの位置を計測する位置計測装置としてオフ・ア
クシス方式の位置計測装置を備える。また、プレートス
テージに対するマスクの位置を計測するために上述した
TTL方式の位置計測装置を備える。これら従来の露光
装置が備える位置計測装置は何れもステージに形成され
た基準部材の位置を計測することによって、プレートス
テージの位置を求めている。
A conventional exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element uses an off-axis type position measuring device as a position measuring device for measuring a position of a plate with respect to a plate stage in order to handle a large plate. Further, the above-mentioned TTL position measuring device is provided for measuring the position of the mask with respect to the plate stage. All of the position measuring devices provided in these conventional exposure apparatuses determine the position of the plate stage by measuring the position of a reference member formed on the stage.

【0007】プレートの位置情報計測用にオフ・アクシ
ス方式の位置計測装置を備える露光装置は、マスクに形
成されたパターンの像をプレートに照射する投影光学系
の投影領域外に計測視野が設定されているため、オフ・
アクシス方式の位置計測装置に設定された基準位置と、
マスクに形成されたパターンの投影像の基準位置との間
隔であるベースライン量が予め求められる。このベース
ライン量は前述した基準部材を各々の位置計測装置で計
測した結果から求められる。
An exposure apparatus having an off-axis type position measuring device for measuring plate position information has a measurement field of view set outside a projection area of a projection optical system that irradiates a plate with an image of a pattern formed on a mask. Off
A reference position set in the axis measuring device,
A baseline amount, which is the distance from the reference position of the projected image of the pattern formed on the mask, is obtained in advance. This baseline amount is obtained from the result of measuring the above-described reference member with each position measuring device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、プレ
ートの位置を計測する位置計測装置及びマスクとプレー
トとの相対位置を計測する位置計測装置は、主として計
測時間を短縮する観点からFIA方式のものが多用され
る傾向にある。FIA方式の位置計測装置は、撮像素子
の撮像面に結像した計測対象(例えば、プレートに形成
されたマーク)の光学像を光電変換して得られる画像信
号に対して画像処理を施して、計測対象の基準位置(例
えば、マークの中心位置)を求め、この基準位置と位置
計測装置に設定されている基準位置(例えば、計測視野
中心)とのずれ量を算出することにより計測対象の位置
を求める。
Recently, a position measuring device for measuring the position of a plate and a position measuring device for measuring a relative position between a mask and a plate are of the FIA type mainly from the viewpoint of shortening the measuring time. Tend to be frequently used. The FIA type position measurement device performs image processing on an image signal obtained by photoelectrically converting an optical image of a measurement target (for example, a mark formed on a plate) formed on an imaging surface of an imaging element, The position of the measurement target is obtained by calculating the reference position of the measurement target (for example, the center position of the mark) and calculating the amount of deviation between this reference position and the reference position (for example, the center of the measurement visual field) set in the position measurement device. Ask for.

【0009】画像信号に対して施す画像処理の処理アル
ゴリズムは予め定められており、この処理アルゴリズム
に従って画像処理が行われる。画像信号は例えばプレー
トに形成されたマークの形状等に応じて信号強度が変化
する信号であり、この画像信号に対して例えば微分処理
等の画像処理を施してマークのエッジ位置を検出するこ
とによりマークの中心位置を求める。
The processing algorithm of the image processing applied to the image signal is predetermined, and the image processing is performed according to the processing algorithm. The image signal is a signal whose signal intensity changes in accordance with, for example, the shape of the mark formed on the plate, and the like. Find the center position of the mark.

【0010】ここで、例えばプレートに形成されたマー
クの位置を計測する場合を考える。プレートの表面はプ
ロセスに応じてその状態が種々に変化する。従って、マ
ーク要素が形成された部分の信号強度がその周辺部から
得られる信号強度よりも高くなるようにマークを設計し
た場合であっても、逆にマーク要素が形成された部分の
信号強度が周辺部の信号強度よりも低くなることが多々
ある。かかる状況は、プレートの表面状態のみに依存す
るのではなく、マークの形成の仕方やマークの照明条件
等にも依存する。
Here, for example, consider the case of measuring the position of a mark formed on a plate. The state of the surface of the plate changes variously depending on the process. Therefore, even when the mark is designed so that the signal strength of the part where the mark element is formed is higher than the signal strength obtained from the surrounding area, the signal strength of the part where the mark element is formed is conversely increased. In many cases, the signal strength is lower than the signal strength in the peripheral part. Such a situation depends not only on the surface condition of the plate but also on the method of forming the mark, the illumination condition of the mark, and the like.

【0011】上記の例において、前述した画像処理の処
理アルゴリズムは、周辺部よりもマーク要素が形成され
た部分の信号強度が高くなることを前提としてマークの
中心位置を検出するように設定されている。従って、基
板の表面状態や照明条件によって周辺部よりもマーク要
素が形成された部分の信号強度が低くなると、マークの
中心位置を検出することができずにエラーとなってしま
う。エラーが生ずる度に処理が中断してスループット
(単位時間に露光処理を行うことができるプレートの枚
数)が低下する。通常、このスループットの低下を防止
するために、画像処理の処理アルゴリズムは予め複数種
類用意されている。上記の例では、周辺部の信号強度が
高く、マーク要素が形成された部分の信号強度が低い場
合にマークの中心位置を計測する処理アルゴリズムが用
意されている。
In the above example, the processing algorithm of the above-described image processing is set so as to detect the center position of the mark on the assumption that the signal strength of the portion where the mark element is formed is higher than that of the peripheral portion. I have. Therefore, if the signal intensity of the portion where the mark element is formed is lower than that of the peripheral portion due to the surface condition of the substrate or the illumination condition, the center position of the mark cannot be detected and an error occurs. Every time an error occurs, the processing is interrupted, and the throughput (the number of plates that can perform the exposure processing per unit time) is reduced. Usually, a plurality of types of image processing algorithms are prepared in advance in order to prevent this decrease in throughput. In the above example, a processing algorithm for measuring the center position of the mark is prepared when the signal strength of the peripheral part is high and the signal strength of the part where the mark element is formed is low.

【0012】しかしながら、マーク要素が形成された部
分の信号強度と周辺部の信号強度との何れか高くなるか
は、実際に計測を行うまで知ることはできない。そこ
で、従来は、例えば周辺部よりもマーク要素が形成され
た部分の信号強度が高い場合の処理アルゴリズムを用い
て画像処理を行い、この処理でエラーが生じた場合に周
辺部よりもマーク要素が形成された部分の信号強度が低
い場合の処理アルゴリズムを用いて画像処理を行うよう
にしていた。かかる処理にすると自動的に再計測が行わ
れるため前述した処理の中断によるスループットの低下
は防止できる。しかしながら、上述した再計測を行う場
合は、同一ロット又は関連するロット内の表面状態がほ
ぼ同様の基板全てに対して行われるため、従来は無駄な
処理が繰り返し行われていた。現在、主として製造コス
トを低減するためスループット向上の要求が高まってお
り、かかる無駄な処理を極力低減する必要がある。
However, it is impossible to know whether the signal intensity of the portion where the mark element is formed or the signal intensity of the peripheral portion becomes higher until the measurement is actually performed. Therefore, conventionally, for example, image processing is performed using a processing algorithm in a case where the signal intensity of a portion where the mark element is formed is higher than that of the peripheral portion, and when an error occurs in this processing, the mark element is more than the peripheral portion. Image processing is performed using a processing algorithm when the signal strength of the formed portion is low. With such processing, re-measurement is automatically performed, so that a drop in throughput due to the interruption of the processing described above can be prevented. However, when performing the above-described re-measurement, since the surface conditions in the same lot or related lots are all performed on almost the same substrate, conventionally, useless processing is repeatedly performed. At present, there is an increasing demand for improving the throughput mainly to reduce the manufacturing cost, and it is necessary to reduce such useless processing as much as possible.

【0013】また、現在多用される傾向にあるFIA方
式の位置計測装置は、光学系の倍率等によって計測視野
の大きさが制限されており、この計測視野内に計測対象
のマーク等が正確に配置されなければマークの位置を計
測することはできない。通常は、マークの位置に関する
情報等を格納したプロセスデータに基づいてプレートの
位置が制御されるため、計測対象のマークは計測視野内
にほぼ正確に配置される。しかしながら、プレートを載
置した状態でプレートを移動させるステージの制御誤差
等によりマーク全体が計測視野内に配置されず、マーク
の一部が欠ける状況が生ずることが考えられる。この場
合には、マークの位置を検出することができずにエラー
となって処理が中断する。中断した処理を再開するため
には人手によるアシスト処理を行って再開しなければな
らないため、スループットの低下を招くという問題があ
る。
Further, in the FIA type position measuring apparatus which is frequently used at present, the size of the measurement visual field is limited by the magnification of the optical system or the like, and the mark or the like to be measured is accurately positioned within the measurement visual field. If it is not arranged, the position of the mark cannot be measured. Usually, the position of the plate is controlled based on the process data storing the information on the position of the mark and the like, so that the mark to be measured is almost accurately arranged in the measurement visual field. However, it is conceivable that the entire mark is not arranged in the measurement visual field due to a control error of the stage for moving the plate while the plate is placed, and a situation where a part of the mark is missing occurs. In this case, the position of the mark cannot be detected, an error occurs, and the processing is interrupted. In order to restart the interrupted process, it is necessary to perform a manual assist process and restart the process, which causes a problem of lowering the throughput.

【0014】特に、大面積のプレートを露光する露光装
置では、マスクに形成されたパターンの像をプレートに
転写する処理自体に時間を要するため、単位時間に処理
することができるプレートの枚数が少ない(スループッ
トが低い)。よって、無駄な処理を省略して高スループ
ット化を図ることが製造効率を高めるとともに製造コス
トを低減するために極めて重要である。パターンの像を
プレートに転写する際に必要な時間の短縮はかなり困難
なため、転写に要する時間以外のマーク計測に要する時
間等を短縮することが重要となる。
In particular, in an exposure apparatus that exposes a large-area plate, the process of transferring the image of the pattern formed on the mask to the plate itself requires time, and therefore the number of plates that can be processed per unit time is small. (Low throughput). Therefore, it is extremely important to omit wasteful processing and increase the throughput in order to increase the manufacturing efficiency and reduce the manufacturing cost. Since it is quite difficult to reduce the time required to transfer the pattern image to the plate, it is important to reduce the time required for mark measurement other than the time required for transfer.

【0015】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、基板の表面状態や照明条件等に応じて得られる画
像信号が変化する場合や、画像信号の一部が欠けている
場合であっても、画像信号に含まれるマークの位置を正
確に且つ短時間で計測することができる位置計測装置及
びアライメント方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended for a case where an image signal obtained according to the surface condition of a substrate or an illumination condition changes or a case where a part of the image signal is missing. It is another object of the present invention to provide a position measuring device and an alignment method that can accurately and quickly measure the position of a mark included in an image signal.

【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、本発明の第1の観点による位置計測装置は、ロット
単位の基板(P)に対し前記基板(P)毎に設けられた
マーク(AM1〜AM4)を投影する光学系(34、3
5、36、38、39、40、41、42)と、該光学
系(34、35、36、38、39、40、41、4
2)を介して投影された光学像の光電変換した画像信号
を出力する撮像素子(42)と、該撮像素子(42)か
ら出力される画像信号を画像処理し、前記光学像に含ま
れるマーク像の位置情報を求める処理手段(15)とを
備えた位置計測装置において、前記処理手段(15)
は、前記ロット単位の基板(P)の基板情報に基づい
て、前記画像信号のマーク像の状態を予測して画像処理
し、前記マーク(AM1〜AM4)の位置情報を求める
ことを特徴としている。この発明によれば、撮像素子か
ら出力される画像信号を画像処理する際に、基板情報に
基づいてマーク像の状態を予測して画像処理を行うこと
により基板に設けられたマーク像の位置情報が求められ
る。よって、ロット単位の基板に対して画像処理が最適
化され、マークの位置情報が求められないといった事態
を皆無にする又は極力少なくすることができるため、マ
ークの位置を短時間で計測することができ、その結果ス
ループットを向上させることができる。ここで、前記処
理手段(15)が、前記マーク(AM1〜AM4)のエ
ッジ部の検出を行う複数の画像処理アルゴリズムを有
し、前記画像信号のマーク(AM1〜AM4)像の濃淡
関係に応じて、前記複数の画像処理アルゴリズムを切替
えることが好ましい。また、前記画像信号の画像処理に
おける画像処理情報と、前記ロット単位の基板(P)情
報とを記憶する記憶手段(15a)を備え、前記処理手
段(15)が、前記記憶手段(15a)に記憶された画
像処理情報に基づいて、前記複数の画像処理アルゴリズ
ムのうち1つを優先することが好ましい。また、前記記
憶手段(15a)が、位置計測を行う前記ロット単位の
基板(P)毎に画像処理情報を記憶することが好まし
い。更に、前記画像信号には、複数のマーク像が含まれ
ており、前記記憶手段(15a)は、該マーク像毎の画
像処理情報を記憶することが好適である。また、前記光
学系(34、35、36、38、39、40、41、4
2)が、前記基板(P)に設けられたマーク(AM1〜
AM4)近傍に計測基準となる指標を投影すると共に、
該投影された指標の像と前記マーク(AM1〜AM4)
の像とを前記撮像素子(42)の検出面に投影すること
が好ましい。上記課題を解決するために、本発明の第2
の観点による位置計測装置は、基板(P)に設けられた
マーク(AM1〜AM4)を投影する光学系(34、3
5、36、38、39、40、41、42)と、該光学
系(34、35、36、38、39、40、41、4
2)を介して投影された光学像の光電変換した画像信号
を出力する撮像素子(42)と、該撮像素子(42)か
ら出力される画像信号を画像処理し、前記光学像に含ま
れるマーク像の位置情報を求める処理手段(15)とを
備えた位置計測装置において、前記マーク像の一部分と
相関関係にあり、所定の位置に基準位置(G1、G1
1)を設けた第1のテンプレート(55a、58a)
と、所定の軸(56、59)に対し該第1のテンプレー
ト(55a、58a)及び前記基準位置(G1、G1
1)と鏡像関係に形成された第2のテンプレート(55
b、58b)と、前記マーク像の対称な位置のそれぞれ
の部分に対して前記第1のテンプレート(55a、58
a)と前記第2のテンプレート(55b、58b)とを
パターンマッチングをして、それそれのテンプレートに
設けられた基準位置(G1、G2、G11、G12)か
らマーク(AM1〜AM4)の位置を求める画像処理部
(15)とを備えたことを特徴としている。この発明に
よれば、所定の軸に対して互いに鏡像関係にある第1テ
ンプレートと第2テンプレートとを用いて画像信号に対
してテンプレートマッチングをして各々の基準位置から
マークの位置情報を求めているため、マークの位置を正
確に且つ短時間で計測することができる。上記課題を解
決するために、本発明の第1の観点によるアライメント
方法は、基板(M)に設けられたアライメントマーク
(IM)の位置を検出するアライメント方法において、
所定の軸に対して複数のマーク要素(Pa1〜Pa5、
Pb1〜Pb5、Pc1〜Pc5、Pd1〜Pd5)を
対称に配置して形成された前記アライメントマーク(I
M)を撮像する第1ステップと、前記撮像されたアライ
メントマーク(IM)のおよその中心位置を求める第2
ステップと、前記第2ステップで求められた中心位置に
基づいて、対称に配置されたマーク要素の対を選択する
第3ステップと、前記選択されたマーク要素の対を信号
処理することにより、前記アライメントマーク(IM)
の中心位置を求める第4ステップとを含むことを特徴と
している。この発明によれば、まずアライメントマーク
のおよその中心位置を求め、対称に配置されたマーク要
素の対を選択し、選択されたマーク要素の対を信号処理
してアライメントマークの位置情報を求めているため、
例えばアライメントマークの一部が欠けた画像信号が得
られた場合であっても、アライメントマークを構成する
残りのマーク要素から大幅に精度を悪化させることなく
アライメントマークの位置情報を求めることができる。
また、前記第4ステップが、前記対称に配置されたマー
ク要素(Pa1〜Pa5、Pb1〜Pb5、Pc1〜P
c5、Pd1〜Pd5)の対に対して、前記アライメン
トマーク(IM)の中心に近い方のマーク要素の対に重
みをおいて信号処理することが好適である。また、前記
アライメントマーク(IM)が、前記所定の軸と直交す
る方向に対して対称に複数のマーク要素の対が配置さ
れ、それぞれの方向における中心位置がほぼ一致したア
ライメントマークであり、それぞれの方向に対して、前
記第3ステップ及び第4ステップを行うことにより、ア
ライメントマークの中心位置を求めることが好適であ
る。上記課題を解決するために、本発明の第2の観点に
よるアライメント方法は、ロット単位の基板(P)に対
し、前記基板(P)毎に設けられたアライメントマーク
(AM1〜AM4)の位置を検出するアライメント方法
において、前記基板(P)のアライメントマーク(AM
1〜AM4)を撮像し、前記撮像したアライメントマー
ク(AM1〜AM4)の位置検出の際に用いられた処理
アルゴリズムを記憶することを特徴としている。この発
明によれば、アライメントマークを撮像して位置検出の
際に用いた処理アルゴリズムを記憶するようにしている
ので、同一ロット又は関連するロット内の他の基板を処
理する際に、その処理アルゴリズムを用いて処理を行え
ば、アライメントマークの位置情報が得られないといっ
た事態が皆無又は極めて少なくすることができるため、
短時間でアライメントマークの位置情報が求められる。
また、本発明の第2の観点によるアライメント方法は、
前記ロット単位の基板(P)のアライメントにおいて、
同じロット又は関連するロットの先の基板(P)で成功
した位置検出の処理アルゴリズムを用いて位置検出を行
うことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a position measuring apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a mark provided for each substrate (P) on a substrate (P) in lot units. The optical system (34, 3) that projects (AM1 to AM4)
5, 36, 38, 39, 40, 41, 42) and the optical system (34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 4).
2) an image sensor (42) for outputting an image signal obtained by photoelectrically converting the optical image projected through the image sensor (2), and an image signal output from the image sensor (42) is processed to form a mark included in the optical image. A processing unit (15) for obtaining position information of an image, wherein the processing unit (15)
Is characterized in that, based on the substrate information of the substrate (P) in the lot unit, a state of a mark image of the image signal is predicted and subjected to image processing to obtain position information of the marks (AM1 to AM4). . According to the present invention, when performing image processing on an image signal output from an image sensor, position information of a mark image provided on a substrate is obtained by performing image processing by predicting a state of a mark image based on substrate information. Is required. Therefore, image processing is optimized for a lot-by-lot substrate, and it is possible to eliminate or minimize the situation where mark position information is not required, so that the position of a mark can be measured in a short time. As a result, the throughput can be improved. Here, the processing means (15) has a plurality of image processing algorithms for detecting an edge portion of the mark (AM1 to AM4), and the processing means (15) according to the density relationship of the mark (AM1 to AM4) image of the image signal. Preferably, the plurality of image processing algorithms are switched. A storage unit (15a) for storing image processing information in the image processing of the image signal and the substrate (P) information for each lot; and wherein the processing unit (15) is provided in the storage unit (15a). Preferably, one of the plurality of image processing algorithms is prioritized based on the stored image processing information. Further, it is preferable that the storage means (15a) stores image processing information for each substrate (P) in lot units for which position measurement is performed. Further, it is preferable that the image signal includes a plurality of mark images, and the storage means (15a) stores image processing information for each mark image. The optical system (34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 4)
2) are marks (AM1 to AM1) provided on the substrate (P).
AM4) In addition to projecting an index serving as a measurement reference in the vicinity,
The projected mark image and the marks (AM1 to AM4)
Is projected on the detection surface of the image sensor (42). In order to solve the above-mentioned problems, the second aspect of the present invention
The position measuring device according to the aspect of the present invention includes an optical system (34, 3) for projecting marks (AM1 to AM4) provided on
5, 36, 38, 39, 40, 41, 42) and the optical system (34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 4).
2) an image sensor (42) for outputting an image signal obtained by photoelectrically converting the optical image projected through the image sensor (2), and an image signal output from the image sensor (42) is processed to form a mark included in the optical image. In a position measuring device provided with processing means (15) for obtaining position information of an image, the reference position (G1, G1)
First template provided with 1) (55a, 58a)
And the first template (55a, 58a) and the reference position (G1, G1) with respect to a predetermined axis (56, 59).
The second template (55) formed in a mirror image relationship with (1)
b, 58b) and the first template (55a, 58b) for each of the symmetric positions of the mark image.
a) and the second template (55b, 58b) are subjected to pattern matching, and the positions of the marks (AM1 to AM4) from the reference positions (G1, G2, G11, G12) provided in the respective templates are determined. And a required image processing unit (15). According to the present invention, template matching is performed on an image signal using a first template and a second template that are mirror images of each other with respect to a predetermined axis, and mark position information is obtained from each reference position. Therefore, the position of the mark can be measured accurately and in a short time. In order to solve the above problem, an alignment method according to a first aspect of the present invention is directed to an alignment method for detecting a position of an alignment mark (IM) provided on a substrate (M).
A plurality of mark elements (Pa1 to Pa5,
Pb1 to Pb5, Pc1 to Pc5, and Pd1 to Pd5) are arranged symmetrically and the alignment mark (I
M), and a second step of obtaining an approximate center position of the imaged alignment mark (IM).
A step of selecting a symmetrically arranged pair of mark elements based on the center position obtained in the second step; and a signal processing of the selected pair of mark elements, Alignment mark (IM)
And a fourth step of obtaining the center position of According to the present invention, first, an approximate center position of the alignment mark is obtained, a pair of symmetrically arranged mark elements is selected, and signal processing is performed on the selected pair of mark elements to obtain position information of the alignment mark. Because
For example, even when an image signal in which a part of the alignment mark is missing is obtained, the position information of the alignment mark can be obtained from the remaining mark elements constituting the alignment mark without significantly deteriorating the accuracy.
In addition, the fourth step is a step in which the symmetrically arranged mark elements (Pa1 to Pa5, Pb1 to Pb5, Pc1 to Pc
For the pair of c5, Pd1 to Pd5), it is preferable to perform signal processing by weighting the pair of mark elements closer to the center of the alignment mark (IM). Further, the alignment mark (IM) is an alignment mark in which a plurality of pairs of mark elements are arranged symmetrically with respect to a direction orthogonal to the predetermined axis, and the center positions in the respective directions are substantially the same. It is preferable to determine the center position of the alignment mark by performing the third step and the fourth step in the direction. In order to solve the above-mentioned problem, an alignment method according to a second aspect of the present invention is a method of aligning alignment marks (AM1 to AM4) provided for each substrate (P) with respect to a substrate (P) in lot units. In the alignment method for detecting, an alignment mark (AM) on the substrate (P) is used.
1 to AM4), and stores a processing algorithm used at the time of detecting the position of the imaged alignment mark (AM1 to AM4). According to the present invention, since the processing algorithm used at the time of position detection by imaging the alignment mark is stored, when processing another substrate in the same lot or a related lot, the processing algorithm is used. If the processing is performed using, the situation that the position information of the alignment mark cannot be obtained can be eliminated or extremely reduced.
The position information of the alignment mark can be obtained in a short time.
The alignment method according to the second aspect of the present invention includes:
In the alignment of the substrate (P) in the lot unit,
It is characterized in that position detection is performed using a processing algorithm for successful position detection on the substrate (P) of the same lot or a related lot.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態による位置計測装置及びアライメント方法につ
いて詳細に説明する。 〔露光装置の構成〕図1は、本発明の一実施形態による
位置計測装置を備える露光装置の概略構成を示す斜視図
であり、図2は、本発明の一実施形態による位置計測装
置を備える露光装置の概略構成を示す正面図である。本
実施形態においては、液晶表示素子のパターンが形成さ
れた複数枚のマスクを用い、ステップ・アンド・リピー
ト方式により、上記パターンの像をプレートPに転写す
る露光装置に適用した場合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Y軸がプレートプレートステージPSに対して
平行となるよう設定され、Z軸がプレートステージPS
に対して直交する方向(投影光学系PLの光軸に平行な
方向)に設定されている。図中のXYZ座標系は、実際
にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛
直上方向に設定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a position measuring device and an alignment method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. [Structure of Exposure Apparatus] FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure apparatus provided with a position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is provided with a position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view illustrating a schematic configuration of the exposure apparatus. In the present embodiment, an example is described in which the present invention is applied to an exposure apparatus that transfers an image of the pattern to a plate P by a step-and-repeat method using a plurality of masks on which patterns of a liquid crystal display element are formed. Will be explained. still,
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. The XYZ rectangular coordinate system is
The X axis and the Y axis are set to be parallel to the plate stage PS, and the Z axis is set to the plate stage PS
Are set in a direction orthogonal to the direction (a direction parallel to the optical axis of the projection optical system PL). In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set as a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.

【0018】楕円鏡1の第1焦点位置には、例えばg線
(436nm)及びi線(365nm)の露光光(照明
光)を供給する超高圧水銀ランプ等の光源2が配置され
ており、この光源2からの露光光は、楕円鏡1により集
光されてミラー3で反射された後、楕円鏡1の第2焦点
位置に収斂され、波長選択フィルタ4に入射する。波長
選択フィルタ4は、露光に必要な波長(g線やh線やi
線)のみを通過させるものである。この波長選択フィル
タ4を通過した照明光は、フライアイ・インテグレータ
6にて均一な照度分布の光束にされる。
A light source 2 such as an ultra-high pressure mercury lamp for supplying exposure light (illumination light) for g-line (436 nm) and i-line (365 nm) is arranged at a first focal position of the elliptical mirror 1. The exposure light from the light source 2 is condensed by the elliptical mirror 1 and reflected by the mirror 3, then converged at the second focal position of the elliptical mirror 1 and enters the wavelength selection filter 4. The wavelength selection filter 4 has a wavelength (g line, h line, i
Line) only. The illumination light having passed through the wavelength selection filter 4 is converted into a light flux having a uniform illuminance distribution by a fly-eye integrator 6.

【0019】波長選択フィルタ4とフライアイインテグ
レータ6との間には、光路に対して進退自在に減光フィ
ルタ5が配置される。減光フィルタ5は、波長選択フィ
ルタ4を通過した露光光の光量を抑制するものである。
フライアイ・インテグレータ6は、多数の正レンズ要素
からなるものであり、その射出側に正レンズ要素の数の
等しい数の光源像を形成して実質的な面光源を形成す
る。尚、図1においては図示を省略しているが、フライ
アイ・インテグレータ6の射出面には、照明条件を決定
するσ値(後述する投影光学系PLの瞳の開口径に対す
る、その瞳面上での光源像の口径の比)を設定するため
の絞り部材が配置されている。
Between the wavelength selection filter 4 and the fly-eye integrator 6, a dimming filter 5 is disposed so as to be able to advance and retreat with respect to the optical path. The neutral density filter 5 suppresses the amount of exposure light that has passed through the wavelength selection filter 4.
The fly-eye integrator 6 is composed of a large number of positive lens elements, and forms, on its exit side, light source images of the same number of positive lens elements to form a substantial surface light source. Although not shown in FIG. 1, the exit surface of the fly-eye integrator 6 has a σ value for determining the illumination condition (on the pupil plane with respect to the aperture diameter of the pupil of the projection optical system PL described later). A diaphragm member for setting the ratio of the aperture of the light source image at the aperture is provided.

【0020】フライアイ・インテグレータ6により形成
された多数の光源像からの光束は、開口Sの大きさを増
減させて露光光の照射範囲を調整するブラインド7を照
射する。ブラインド7の開口Sを通過した露光光は、ミ
ラー8で反射されてコンデンサレンズ9に入射し、この
コンデンサレンズ9によってブラインド7の開口Sの像
がマスクステージMS上に載置されたマスクM上で結像
し、マスクMの所望範囲が照明される。マスクステージ
MS上に載置されるマスクMの交換は、不図示のマスク
チェンジャによって行われる。マスクチェンジャは、例
えば特開平6−310398号公報、特開平9−283
416号公報、特開平11−204431号公報等にレ
チクルチェンジャとして開示されているものを用いるこ
とが好適である。尚、楕円鏡1、光源2、ミラー3、波
長選択フィルタ4、減光フィルタ5、フライアイ・イン
テグレータ6、ブラインド7、ミラー8、及びコンデン
サレンズ9は照明光学系をなす。
Light beams from a large number of light source images formed by the fly-eye integrator 6 irradiate a blind 7 for increasing or decreasing the size of the aperture S to adjust the irradiation range of exposure light. The exposure light that has passed through the opening S of the blind 7 is reflected by the mirror 8 and enters the condenser lens 9, and the condenser lens 9 forms an image of the opening S of the blind 7 on the mask M placed on the mask stage MS. And the desired area of the mask M is illuminated. The replacement of the mask M placed on the mask stage MS is performed by a mask changer (not shown). Mask changers are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-310398 and 9-283.
It is preferable to use a reticle changer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 416, JP-A-11-204431, or the like. The elliptical mirror 1, the light source 2, the mirror 3, the wavelength selection filter 4, the neutral density filter 5, the fly-eye integrator 6, the blind 7, the mirror 8, and the condenser lens 9 constitute an illumination optical system.

【0021】マスクMの照明領域に存在するデバイスパ
ターンDPの像は、投影光学系PLを介してプレートス
テージPS上に設けられたプレートホルダ11に載置さ
れた基板としてのプレートP(図2参照)上に転写され
る。投影光学系PLには、温度、気圧等の環境変化に対
応して、結像特性等の光学特性を一定に制御するレンズ
コントローラ部10が設けられている。尚、図2におい
ては、プレートPの上面を破線で示してあるが、これは
プレートPがプレートステージPS上に載置されたとき
の上面を示すものである。プレートステージPSは、図
中X軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動可能な一対のブ
ロックPSX、PSYを重ね合わせたものであり、XY平
面内での位置が調整自在になっている(尚、図2では、
便宜上ブロックSX、PSYを一体のものとして図示して
いる)。また、図示は省略しているが、プレートステー
ジPSは、Z軸方向にプレートPを移動させるZステー
ジ、プレートPをXY平面内で微小回転させるステー
ジ、及びZ軸に対する角度を変化させてXY平面に対す
るプレートPの傾きを調整するステージ等から構成され
る。プレートホルダ11の上面の一端にはプレートステ
ージPSの移動可能範囲以上の長さを有する移動鏡12
X,12Yが取り付けられ、移動鏡12X,12Yの鏡
面に対向した位置にレーザ干渉計13X,13Yがそれ
ぞれ配置されている。
An image of the device pattern DP existing in the illumination area of the mask M is provided on a plate P (see FIG. 2) as a substrate mounted on a plate holder 11 provided on a plate stage PS via a projection optical system PL. ). The projection optical system PL is provided with a lens controller unit 10 that controls optical characteristics such as imaging characteristics to be constant in response to environmental changes such as temperature and atmospheric pressure. In FIG. 2, the upper surface of the plate P is shown by a broken line, but this shows the upper surface when the plate P is mounted on the plate stage PS. The plate stage PS is obtained by superimposing a pair of blocks PS X and PS Y that can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction in the figure, and the position in the XY plane can be adjusted. , In FIG.
For convenience blocks S X, it is illustrated as being integrally PS Y). Although not shown, the plate stage PS includes a Z stage for moving the plate P in the Z axis direction, a stage for slightly rotating the plate P in the XY plane, and an XY plane by changing the angle with respect to the Z axis. And the like, which adjusts the inclination of the plate P with respect to. One end of the upper surface of the plate holder 11 has a movable mirror 12 having a length longer than the movable range of the plate stage PS.
X and 12Y are attached, and laser interferometers 13X and 13Y are arranged at positions facing the mirror surfaces of the movable mirrors 12X and 12Y, respectively.

【0022】尚、図1及び図2では簡略化して図示して
いるが、レーザ干渉計13Xは、X軸に沿って移動鏡1
2Xにレーザビームを照射する2個のX軸用のレーザ干
渉計を備え、X軸用の1個のレーザ干渉計及びレーザ干
渉計13Yにより、プレートホルダ11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、プレートホルダ11のXY平面内
における回転角が計測される。レーザ干渉計13X,1
3Yにより計測されたX座標、Y座標、及び回転角の情
報はステージ位置情報として主制御系15に供給され
る。主制御系15は供給されたステージ位置情報をモニ
ターしつつステージ駆動系14X,14Yへ出力し、プ
レートステージPSの位置決め動作を制御する。
1 and 2, the laser interferometer 13X is provided with a movable mirror 1 along the X-axis.
Two X-axis laser interferometers for irradiating a 2X laser beam are provided, and one X-axis laser interferometer and one laser interferometer 13Y are used to set the X coordinate and Y of the plate holder 11.
The coordinates are measured. The rotation angle of the plate holder 11 in the XY plane is measured based on the difference between the measurement values of the two X-axis laser interferometers. Laser interferometer 13X, 1
Information on the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by 3Y is supplied to the main control system 15 as stage position information. The main control system 15 outputs the supplied stage position information to the stage drive systems 14X and 14Y while monitoring the supplied stage position information, and controls the positioning operation of the plate stage PS.

【0023】ここで、各種の位置情報を計測するために
プレートホルダ11に設けられた部材の配置について説
明する。図3は、各種の位置情報を計測する際に用いら
れるプレートホルダ11に設けられた部材の配置を示す
図である。図3に示したように、プレートホルダ11に
は、基準部材FM、反射板RF1〜RF4、及び検出孔
AS1,AS2が設けられている。基準部材FM及び反
射板RF1〜RF4は、プレートホルダ11に対して突
出・没入自在に構成されており、プレートホルダ11上
に突出した際にはその上面がプレートPの上面と略面一
になるよう設計されている。また、これらをプレートス
テージPS内に没入させることでプレートPをプレート
ホルダ11上に載置可能となる。基準部材FM及び反射
板RF1〜RF4を突出・没入自在とする理由は、プレ
ートステージPSを小型化するためである。つまり、プ
レートPが載置される部分以外にこれらを形成すると、
その分プレートステージPSが大型化してしまうためで
ある。尚、基準部材FM、反射板RF1〜RF4、及び
検出孔AS1,AS2が何の位置情報を計測する際に用
いられるかは以下で随時説明する。尚、図3において
は、図1に示したプレートアライメントセンサ18a〜
18dの配置関係も図示している。プレートステージP
SがXY面内で移動すると、プレートアライメントセン
サ18a〜18dに対して基準部材FM、反射板RF1
〜RF4、及び検出孔AS1,AS2が移動する。
Here, the arrangement of members provided on the plate holder 11 for measuring various types of positional information will be described. FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of members provided on the plate holder 11 used when measuring various types of position information. As shown in FIG. 3, the plate holder 11 is provided with a reference member FM, reflectors RF1 to RF4, and detection holes AS1 and AS2. The reference member FM and the reflection plates RF <b> 1 to RF <b> 4 are configured to be freely protruded and immersed in the plate holder 11. It is designed to be. By immersing them in the plate stage PS, the plate P can be placed on the plate holder 11. The reason that the reference member FM and the reflection plates RF1 to RF4 can be freely protruded and immersed is to reduce the size of the plate stage PS. In other words, if these are formed other than the portion where the plate P is placed,
This is because the size of the plate stage PS increases accordingly. In addition, what kind of position information the reference member FM, the reflection plates RF1 to RF4, and the detection holes AS1 and AS2 are used for measuring will be described below as needed. In FIG. 3, the plate alignment sensors 18a to 18a shown in FIG.
The arrangement relation of 18d is also shown. Plate stage P
When S moves in the XY plane, the reference member FM and the reflection plate RF1 are transmitted to the plate alignment sensors 18a to 18d.
To RF4 and the detection holes AS1 and AS2 move.

【0024】図1に戻り、マスクMの位置情報は、マス
クMの上方に設けられたマスク観察系16a,16bで
計測される。マスク観察系16a,16bは、マスクM
のデバイスパターンDPが形成された領域外に描画され
た位置計測用のマークRMに検知光を照射し、その反射
光を受光することにより、位置計測用のマークRMの位
置を計測するものであって、その計測結果を主制御系1
5に出力する。主制御系15は、マスク観察系16a,
16bの計測結果に基づいて、マスクMを保持するマス
クステージMS(図2参照)を、リニアモータ等の駆動
手段17をサーボ制御することにより、XY平面上の所
望の位置に移動させることができる構成になっている。
同様に、マスクMの上方には、基準部材FMを介して後
述するマスクMの画像処理用マークIMをTTL方式で
検出するアライメント系(不図示)が設けられている。
Returning to FIG. 1, the position information of the mask M is measured by mask observation systems 16a and 16b provided above the mask M. The mask observation systems 16a and 16b
The detection light is applied to the position measurement mark RM drawn outside the area where the device pattern DP is formed, and the reflected light is received to measure the position of the position measurement mark RM. And the measurement results are sent to the main control system 1
5 is output. The main control system 15 includes a mask observation system 16a,
Based on the measurement result of 16b, the mask stage MS (see FIG. 2) holding the mask M can be moved to a desired position on the XY plane by servo-controlling the driving means 17 such as a linear motor. It has a configuration.
Similarly, above the mask M, an alignment system (not shown) for detecting an image processing mark IM of the mask M, which will be described later, by a TTL method via a reference member FM is provided.

【0025】ここで、マスクMに形成されるアライメン
トマークとしての画像処理用マークIMの例について説
明する。図4は、マスクMに形成される画像処理用マー
クIMの形状の例を示す図である。画像処理用マークI
Mは、X軸方向及びY軸方向の2方向について位置情報
を同時に処理することを目的として使用される同時計測
用マークMA,MBや、X軸方向又はY軸方向の1方向
についてのみ処理することを目的として使用される単方
向計測用マークMC,MD等が設定され、状況に応じて
適用できる。同時計測用マークMAは、所謂ライン・ア
ンド・スペースマークをX軸方向及びY軸方向に配列し
た形状であり、同時計測用マークMBは、長手方向がX
軸方向に設定された線状のパターンと長手方向がX軸方
向に設定された線状のパターンとを交差した十字形状で
ある。また、単方向計測用マークMCは、上記ライン・
アンド・スペースマークをX軸方向に配列した形状であ
り、単方向計測用マークMDは、上記ライン・アンド・
スペースマークをY軸方向に配列した形状である。ここ
で、例えば画像処理用マークMAは、所定の軸に対して
複数のマーク要素を対称に配置して形成されており、例
えば、マーク要素Pa1とマーク要素Pb1とが対をな
し、マーク要素Pc1とマーク要素Pd1とが対をなす
ように形成されている。
Here, an example of the image processing mark IM as an alignment mark formed on the mask M will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the shape of the image processing mark IM formed on the mask M. Image processing mark I
M processes only the simultaneous measurement marks MA and MB used for simultaneously processing position information in two directions of the X-axis direction and the Y-axis direction, and only one direction in the X-axis direction or the Y-axis direction. The unidirectional measurement marks MC, MD, etc. used for this purpose are set and can be applied according to the situation. The simultaneous measurement mark MA has a shape in which so-called line and space marks are arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction.
It has a cross shape in which a linear pattern set in the axial direction and a linear pattern whose longitudinal direction is set in the X-axis direction intersect. In addition, the unidirectional measurement mark MC is
And the space mark is arranged in the X-axis direction, and the unidirectional measurement mark MD has the line and
This is a shape in which space marks are arranged in the Y-axis direction. Here, for example, the image processing mark MA is formed by arranging a plurality of mark elements symmetrically with respect to a predetermined axis. For example, the mark element Pa1 and the mark element Pb1 form a pair, and the mark element Pc1. And the mark element Pd1 are formed as a pair.

【0026】尚、画像処理用マークIMの例として挙げ
た同時計測用マークMA,MB及び端方向計測用マーク
MC,MDは、上記アライメント系や後述する空間像検
出装置20a,20bの計測視野VF内に収まればマー
ク線幅及びマーク本数は任意に設定可能である。通常、
デバイスパターンDP、位置計測用のマークRM、及び
画像処理用マークIMは描画誤差が存在し、更にマスク
Mの位置によっては、投影光学系PLのディストーショ
ンの影響を考慮する必要があるため、位置計測用のマー
クRM及び画像処理用マークIMはデバイスパターンD
Pが描画された領域の近傍に配置される。
Note that the simultaneous measurement marks MA and MB and the edge direction measurement marks MC and MD, which are given as examples of the image processing mark IM, correspond to the measurement field of view VF of the alignment system and the aerial image detection devices 20a and 20b described later. The mark line width and the number of marks can be arbitrarily set as long as they fall within the range. Normal,
Since the device pattern DP, the mark RM for position measurement, and the mark IM for image processing have drawing errors, and depending on the position of the mask M, it is necessary to consider the influence of the distortion of the projection optical system PL. Mark RM and image processing mark IM are device patterns D
P is arranged in the vicinity of the drawn area.

【0027】一方、プレートステージPSのXY面内に
おける位置情報はプレートアライメントセンサ18a〜
18dを用いて計測され、Z軸方向の位置は、プレート
ステージPSの上方であって投影光学系PLの側方に配
設された投光系19aと受光系19bとからなるオート
フォーカス機構19によって計測される。オートフォー
カス機構19は、投光系19aから射出された検知光
を、プレートステージPS上に設けられた基準部材FM
(図3参照)に対して斜め方向から照射し、その反射光
を受光系19bで受光することで、投影光学系PLの光
軸方向(Z軸方向)について、プレートPの上面をマス
クステージMS上に載置されたマスクMと光学的に共役
な位置に位置合わせをする構成になっている。また、図
1においては図示を省略しているが、基準部材FM及び
反射板RF2〜RF4の少なくとも2つに対して斜め方
向から順次検知光を照射してプレートステージPSのZ
軸方向の位置情報やプレートステージPSの傾斜を計測
する計測装置も設けられている。
On the other hand, the position information of the plate stage PS in the XY plane is obtained from the plate alignment sensors 18a to 18a.
The position in the Z-axis direction is measured by using an autofocus mechanism 19 including a light projecting system 19a and a light receiving system 19b disposed above the plate stage PS and beside the projection optical system PL. Measured. The auto focus mechanism 19 converts the detection light emitted from the light projecting system 19a into a reference member FM provided on the plate stage PS.
(See FIG. 3) is irradiated from an oblique direction, and the reflected light is received by a light receiving system 19b. The alignment is performed at a position optically conjugate with the mask M mounted thereon. Although not shown in FIG. 1, at least two of the reference member FM and the reflectors RF2 to RF4 are sequentially irradiated with detection light from an oblique direction, and the Z of the plate stage PS is illuminated.
A measuring device for measuring the position information in the axial direction and the inclination of the plate stage PS is also provided.

【0028】ここで、プレートアライメントセンサ18
a〜18dの構成について説明する。図5は、プレート
アライメントセンサ18a〜18dの光学系の構成を示
す図である。尚、プレートアライメントセンサ18a〜
18d各々の構成は同一であるため、図5においては、
プレートアライメントセンサ18aの構成のみを代表し
て図示してある。図5において、30は400〜800
nm程度の波長帯域幅を有する光を射出するハロゲンラ
ンプである。ハロゲンランプ30から射出された光は、
コンデンサレンズ31によって平行光に変換された後、
ダイクロイックフィルタ32に入射する。ダイクロイッ
クフィルタ32はハロゲンランプ30から射出される光
の光路に進出・挿入自在に構成された複数のフィルタか
らなり、光路に挿入されるフィルタの組み合わせを変え
ることにより、入射する光の内、所定の波長帯域の光の
みを選択して透過させる。例えば、上記ハロゲンランプ
30から射出される光の内、青色領域の光(波長領域:
約420〜530nm程度)、赤色領域の光(波長領
域:約580〜730nm程度)、黄色領域の光のみ、
又は白色の光(ハロゲンランプ30から射出される光の
波長帯域のほぼ全て)の光を通過させることができる。
Here, the plate alignment sensor 18
The configuration of a to 18d will be described. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical system of the plate alignment sensors 18a to 18d. The plate alignment sensors 18a to 18a
18d are the same, so in FIG.
Only the configuration of the plate alignment sensor 18a is shown as a representative. In FIG. 5, 30 is 400-800.
This is a halogen lamp that emits light having a wavelength bandwidth of about nm. The light emitted from the halogen lamp 30 is
After being converted into parallel light by the condenser lens 31,
The light enters the dichroic filter 32. The dichroic filter 32 is composed of a plurality of filters configured to freely enter and exit the optical path of the light emitted from the halogen lamp 30. By changing the combination of filters inserted into the optical path, a predetermined number of incident Only the light in the wavelength band is selected and transmitted. For example, of the light emitted from the halogen lamp 30, light in a blue region (wavelength region:
About 420-530 nm), light in the red region (wavelength region: about 580-730 nm), only light in the yellow region,
Alternatively, white light (almost the entire wavelength band of light emitted from the halogen lamp 30) can be transmitted.

【0029】ダイクロイックフィルタ32を透過した光
は、後側焦点が光ファイバ34の入射端34aの位置に
ほぼ配置されるように設定された集光レンズ33に入射
する。光ファイバ34は、1つの入射端と4つの射出端
を備え、射出端各々はプレートアライメントセンサ18
a〜18d各々の内部に導かれている。尚、上記ハロゲ
ンランプ30、コンデンサレンズ31、ダイクロイック
フィルタ32、及び集光レンズ33は熱的な影響を避け
るため露光装置のチャンバ外に設けられ、ダイクロイッ
クフィルタ32を透過した光を光ファイバ34でプレー
トアライメントセンサ18a〜18d各々に導くよう構
成されてる。
The light transmitted through the dichroic filter 32 is incident on a condenser lens 33 whose rear focal point is set substantially at the position of the incident end 34a of the optical fiber 34. The optical fiber 34 has one input end and four output ends, each of which is a plate alignment sensor 18.
a to 18d. The halogen lamp 30, the condenser lens 31, the dichroic filter 32, and the condenser lens 33 are provided outside the chamber of the exposure apparatus in order to avoid a thermal influence, and the light transmitted through the dichroic filter 32 It is configured to guide each of the alignment sensors 18a to 18d.

【0030】光ファイバ34の1つの射出端34bから
射出された光は検出光IL1として用いられる。検出光
IL1はコンデンサレンズ35を介して所定形状の指標
マーク37が形成された指標板36を照明する。ここ
で、指標板36の構成について説明する。図6は、指標
板36に形成された指標マーク37の形状の一例を示す
図である。指標マーク37は、入射する検出光IL1を
矩形形状に整形する第1遮光部37aと、矩形形状に整
形された検出光IL1の一部を、四辺を有する環状形状
に遮光する第2遮光部37bとが形成されてなる。遮光
部37aは、プレートPに形成されたマークに検出光I
L1を照射した際の照射領域を規定するために形成され
る。また、第2遮光部37bは計測するマークの位置情
報を計測する際の基準位置を定めるために形成されてい
る。つまり、指標マーク37は視野絞りと、マークの位
置情報を計測する際に用いられる基準位置を定めるマー
クとを兼用する。
Light emitted from one emission end 34b of the optical fiber 34 is used as detection light IL1. The detection light IL1 illuminates an index plate 36 on which an index mark 37 of a predetermined shape is formed via a condenser lens 35. Here, the configuration of the index plate 36 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the shape of the index mark 37 formed on the index plate 36. The index mark 37 includes a first light-shielding portion 37a for shaping the incident detection light IL1 into a rectangular shape and a second light-shielding portion 37b for shading a part of the detection light IL1 shaped into a rectangular shape into an annular shape having four sides. Are formed. The light-shielding portion 37a applies the detection light I to the mark formed on the plate P.
It is formed to define an irradiation area when irradiating L1. The second light-shielding portion 37b is formed to determine a reference position when measuring position information of a mark to be measured. That is, the index mark 37 serves both as a field stop and a mark that determines a reference position used when measuring mark position information.

【0031】図7は、第2遮光部37bの拡大図であ
る。図7に示したように、第2遮光部37bは、その形
状が4辺を有する環状形状に形成されており、その四隅
には十字形状の遮光部q1〜q4が形成されている。こ
の遮光部q1〜q4はプレートアライメントセンサ18
a〜18dに設けられる指標板36の配置調整を行う際
に用いられる。指標板36の配置調整は、第2遮光部3
7bの像を後述する撮像素子42(図5参照)で撮像
し、図示しないモニタ内における像の位置を観察しなが
ら行う。このとき、モニタの走査線方向に、又は走査線
に対して直交する方向に線状のテストパターンを表示さ
せ、このテストパターンと、第2遮光部37bの各辺と
が平行となるように調整を行う。
FIG. 7 is an enlarged view of the second light shielding portion 37b. As shown in FIG. 7, the second light-shielding portion 37b is formed in an annular shape having four sides, and cross-shaped light-shielding portions q1 to q4 are formed at four corners. The light shielding portions q1 to q4 are
It is used when adjusting the arrangement of the index plates 36 provided in a to 18d. Adjustment of the arrangement of the index plate 36 is performed by the second light shielding unit 3.
The image 7b is picked up by an image pickup device 42 (see FIG. 5) described later, and the image is picked up while observing the position of the image in a monitor (not shown). At this time, a linear test pattern is displayed in the scanning line direction of the monitor or in a direction perpendicular to the scanning line, and adjustment is performed so that this test pattern and each side of the second light shielding portion 37b are parallel. I do.

【0032】通常、第2遮光部37bの各辺の幅に対し
てテストパターンは細いため、テストパターンに対して
第2遮光部37bの各辺を直接平行とする場合にばらつ
きが生ずることがある。そこで、第2遮光部37bの四
隅に図7に示した十字形状の遮光部q1〜q4を設け、
モニタに表示されたテストパターンが十字形状の遮光部
q1〜q4の隣接する少なくとも2つを通過するように
調整する。十字形状の遮光部q1〜q4は、第2遮光部
37bの各辺の3分の1程度の幅に設定されているため
調整の精度が向上するとともに、容易に調整を行うこと
ができる。図5に示した指標マーク37が形成された指
標板36は、検出光ILの結像面FCと光学的に共役と
なる位置に配置される。結像面FCには、プレートPに
形成されたマークが配置され、マーク上に第2遮光部3
7bの像が含まれる検出光ILが照射される。また、結
像面FCに空間像検出装置20aの焦点面が配置された
場合には、第2遮光部37bの像の空間像が検出され
る。尚、以下の説明においては、説明の簡単化のため第
2遮光部37bの像を指標マークの像と称する。
Normally, since the test pattern is narrower than the width of each side of the second light-shielding portion 37b, variations may occur when each side of the second light-shielding portion 37b is directly parallel to the test pattern. . Therefore, cross-shaped light shielding portions q1 to q4 shown in FIG. 7 are provided at the four corners of the second light shielding portion 37b.
The test pattern displayed on the monitor is adjusted so as to pass through at least two adjacent cross-shaped light-shielding portions q1 to q4. The cross-shaped light-shielding portions q1 to q4 are set to have a width of about one third of each side of the second light-shielding portion 37b, so that the accuracy of the adjustment is improved and the adjustment can be easily performed. The index plate 36 on which the index mark 37 shown in FIG. 5 is formed is arranged at a position that is optically conjugate with the imaging plane FC of the detection light IL. The mark formed on the plate P is arranged on the image forming surface FC, and the second light shielding portion 3 is placed on the mark.
The detection light IL including the image 7b is irradiated. When the focal plane of the aerial image detection device 20a is disposed on the imaging plane FC, the aerial image of the image of the second light shielding unit 37b is detected. In the following description, the image of the second light-shielding portion 37b is referred to as an image of an index mark for simplification of the description.

【0033】図5に戻り、標板36を通過した検出光I
L1はリレーレンズ38を介して送光と受光を分岐する
ハーフミラー39に入射する。ハーフミラー39で反射
された検出光IL1は、対物レンズ40を介して結像面
FCに結像される。プレートPに形成されたマークが結
像面FCに配置されている場合には、反射光が対物レン
ズ40、ハーフミラー39、及び第2対物レンズ41を
順に介してCCD等を備える撮像素子42の撮像面に結
像する。尚、以上説明した光ファイバ34、コンデンサ
レンズ35、指標板36、リレーレンズ38、ハーフミ
ラー39、対物レンズ40、及び第2対物レンズ41は
本発明にいう光学系をなす。
Returning to FIG. 5, the detection light I passing through the reference plate 36
L1 is incident on a half mirror 39 via a relay lens 38 for splitting light transmission and light reception. The detection light IL <b> 1 reflected by the half mirror 39 forms an image on an imaging plane FC via the objective lens 40. When the mark formed on the plate P is arranged on the imaging plane FC, the reflected light passes through the objective lens 40, the half mirror 39, and the second objective lens 41 in order of the imaging element 42 including a CCD or the like. An image is formed on the imaging surface. The optical fiber 34, condenser lens 35, index plate 36, relay lens 38, half mirror 39, objective lens 40, and second objective lens 41 described above constitute an optical system according to the present invention.

【0034】撮像素子42は、各々の撮像面に結像した
光学像を所定の走査方向に走査しつつ順次画像信号に変
換し、処理手段としての主制御系15に画像信号を出力
する。主制御系15は、撮像素子42から出力される画
像信号の画像処理を行い、例えば撮像素子42の撮像面
の中心位置からの指標マークの中心位置及びマークの中
心位置のずれ量を求める。尚、主制御系15が撮像素子
42から出力される画像信号に対して行う画像処理の詳
細については後述する。レーザ干渉計13X,13Yか
ら主制御系15には、プレートホルダ11のX軸方向及
びY軸方法の位置及びプレートホルダ11の回転量を示
すステージ位置情報が常時入力されているので、主制御
系15は、ステージ位置情報と撮像素子42の撮像面の
中心位置からの指標マークの中心位置及びマークの中心
位置のずれ量とに基づいて、計測しているマークの位置
情報を求める。
The image pickup element 42 sequentially converts the optical images formed on the respective image pickup surfaces into image signals while scanning them in a predetermined scanning direction, and outputs the image signals to the main control system 15 as processing means. The main control system 15 performs image processing of the image signal output from the image sensor 42, and obtains, for example, the center position of the index mark from the center position of the imaging surface of the image sensor 42 and the amount of deviation of the center position of the mark. The details of the image processing performed by the main control system 15 on the image signal output from the image sensor 42 will be described later. Since the laser interferometers 13X and 13Y constantly input stage position information indicating the position of the plate holder 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction and the amount of rotation of the plate holder 11, the main control system 15 Reference numeral 15 determines the position information of the mark being measured based on the stage position information and the center position of the index mark from the center position of the imaging surface of the image sensor 42 and the amount of deviation of the center position of the mark.

【0035】ここで、プレートアライメントセンサ18
a〜18dの計測視野の大きさはある程度限られている
ため、計測を行う際にプレートPに形成されたAM1〜
AM4を正確にプレートアライメントセンサ18a〜1
8dの計測中心に配置することは困難な場合が多い。そ
こで、本実施形態では、まずマークの大まかな位置情報
を求め、この位置情報に基づいてプレートPを移動させ
てプレートアライメントセンサ18a〜18dの計測中
心にマークを配置してから高い精度で位置情報を求めて
いる。従来、撮像素子を備えるプレートアライメントセ
ンサでは、受光光学系の光学的な倍率を低く設定してマ
ークの大まかな位置情報を計測し、次に光学的な倍率を
高く設定して高い精度で位置情報の計測を行っていた
が、倍率の切り換えに時間を要し、スループットの低下
を招くという不具合があった。本実施形態が備えるプレ
ートアライメントセンサ18a〜18bは、大まかな位
置情報を計測する場合(以下、サーチ計測と称する)と
高精度で位置情報を計測する場合(以下、ファイン計測
と称する)とで、撮像素子42の撮像面に異なる計測領
域を設けて計測処理を工夫することによりスループット
の低下を防止している。
Here, the plate alignment sensor 18
Since the size of the measurement field of view a to 18d is limited to some extent, the AM1 to AM1 formed on the plate P when performing the measurement
AM4 is accurately detected by the plate alignment sensor 18a-1.
It is often difficult to arrange at the measurement center of 8d. Therefore, in the present embodiment, first, rough position information of the mark is obtained, the plate P is moved based on the position information, and the mark is arranged at the measurement center of the plate alignment sensors 18a to 18d. Seeking. Conventionally, plate alignment sensors equipped with an image sensor measure the approximate position information of the mark by setting the optical magnification of the light-receiving optical system low, and then set the optical magnification to a high value to achieve high-precision position information. However, there is a problem in that it takes time to switch the magnification and the throughput is reduced. The plate alignment sensors 18a to 18b provided in the present embodiment are used to measure rough position information (hereinafter, referred to as search measurement) and to measure position information with high accuracy (hereinafter, referred to as fine measurement). The throughput is prevented from lowering by devising the measurement process by providing different measurement areas on the imaging surface of the image sensor 42.

【0036】図8は、サーチ計測用の計測領域及びファ
イン計測用の計測領域を示す図である。図8においてF
Pは撮像素子42の撮像面を示しており、撮像素子42
の走査方向は例えばX軸方向に設定される。図示したよ
うに、撮像面FPの中央部を含んでX軸方向に長手方向
が設定されたファイン計測用の計測領域SC1と、撮像
面FPの中央部を含んでY軸方向に長手方向が設定され
たファイン計測用の計測領域SC2とが設定されてい
る。また、撮像面FPの周辺にはサーチ計測用の計測領
域である計測領域W11,W12及び計測領域W21,
W22が設定される。計測領域W11,W12は長手方
向がX軸方向に設定され、計測領域W2,W22は長手
方向がY軸方向に設定されている。サーチ計測の場合に
は、主制御系15は撮像素子42から出力される画像信
号の画像処理を行って、計測領域W11,W12,W2
1,W22に結像したマークの像の端部(エッジ位置)
を検出してマークの中心位置を算出し、撮像面FPの中
心位置からのずれ量を求める。また、ファイン計測の場
合には、計測領域SC1,SC2に結像したマークの像
の端部(エッジ位置)を検出してマークの中心位置を算
出し、撮像面FPの中心位置からのずれ量を求める。
FIG. 8 is a diagram showing a measurement area for search measurement and a measurement area for fine measurement. In FIG. 8, F
P indicates an imaging surface of the imaging element 42, and the imaging element 42
Is set, for example, in the X-axis direction. As shown, a measurement area SC1 for fine measurement in which the longitudinal direction is set in the X-axis direction including the center of the imaging plane FP, and the longitudinal direction is set in the Y-axis direction including the center of the imaging plane FP. The measurement area SC2 for the fine measurement is set. Further, around the imaging plane FP, measurement areas W11 and W12 and measurement areas W21 and W21, which are measurement areas for search measurement, are arranged.
W22 is set. The measurement regions W11 and W12 have their longitudinal directions set in the X-axis direction, and the measurement regions W2 and W22 have their longitudinal directions set in the Y-axis direction. In the case of search measurement, the main control system 15 performs image processing of an image signal output from the image sensor 42 to measure the measurement areas W11, W12, and W2.
1, the end (edge position) of the mark image formed on W22
Is detected, the center position of the mark is calculated, and the shift amount from the center position of the imaging plane FP is obtained. In the case of fine measurement, the center position of the mark is calculated by detecting the end (edge position) of the image of the mark formed in the measurement areas SC1 and SC2, and the amount of deviation from the center position of the imaging plane FP is calculated. Ask for.

【0037】ここで、プレートPに形成されるマークA
Mの形状について説明する。図9は、プレートPに形成
されるマークAMの形状を示す図である。図9に示した
ように、マークAMは、コ字形状のマーク要素50aと
コ字形状のマーク要素50bとをX軸方向に配列すると
ともに、コ字形状のマーク要素50cとコ字形状のマー
ク要素50dとをY軸方向に配列して形成される。ここ
で、コ字形状のマーク要素50aの開口部51aとコ字
形状のマーク要素50bの開口部51bとが互いに逆方
向を向くように設定され、コ字形状のマーク要素50c
の開口部51cとコ字形状のマーク要素50dの開口部
51dとが互いに逆方向を向くように設定される。更
に、マークAMは、X軸方向及びY軸方向にそれぞれ長
手方向が設定されたL字形状のマーク要素52aをコ字
形状のマーク要素50a,50cに隣接して配置し、同
様に、L字形状のマーク要素52bをマーク要素50b
とマーク要素50cに隣接して配置し、L字形状のマー
ク要素52cをマーク要素50bとマーク要素50dに
隣接して配置し、L字形状のマーク要素52dをマーク
要素50cとマーク要素50dに隣接して配置してい
る。マークAMは、前述した計測領域W11,W12,
W21,W22が形成されている撮像素子42を用いて
位置情報を計測する際に、X軸方向の位置情報とY軸方
向の位置情報を誤計測なく且つ高速に計測するために好
適な形状である。
Here, the mark A formed on the plate P
The shape of M will be described. FIG. 9 is a diagram showing the shape of the mark AM formed on the plate P. As shown in FIG. 9, the mark AM has a U-shaped mark element 50a and a U-shaped mark element 50b arranged in the X-axis direction, and has a U-shaped mark element 50c and a U-shaped mark. The elements 50d are arranged in the Y-axis direction. Here, the opening 51a of the U-shaped mark element 50a and the opening 51b of the U-shaped mark element 50b are set to be opposite to each other, and the U-shaped mark element 50c is set.
And the opening 51d of the U-shaped mark element 50d are set to be opposite to each other. Further, in the mark AM, an L-shaped mark element 52a whose longitudinal direction is set in each of the X-axis direction and the Y-axis direction is disposed adjacent to the U-shaped mark elements 50a and 50c. The shape mark element 52b is replaced with the mark element 50b.
Is arranged adjacent to the mark element 50c, the L-shaped mark element 52c is arranged adjacent to the mark element 50b and the mark element 50d, and the L-shaped mark element 52d is adjacent to the mark element 50c and the mark element 50d. It is arranged. The mark AM indicates the measurement areas W11, W12,
When measuring the position information using the image sensor 42 on which W21 and W22 are formed, a shape suitable for measuring the position information in the X-axis direction and the position information in the Y-axis direction without erroneous measurement and at high speed. is there.

【0038】再度図1及び図2に戻り、本実施形態の露
光装置は、投影光学系PLを介して投影される空間像、
又は前述したプレートアライメントセンサ18a〜18
dそれぞれから照射される指標マークの像を検出する空
間像検出装置20a,20bをウェハホルダ11内に備
える。空間像検出装置20aは図3に示した検出孔AS
1が形成された位置に備えられ、空間像検出装置20b
は図3に示した検出孔AS2が形成された位置に備えら
れる。図10は、空間像検出装置20a,20bの構成
を示す断面図である。空間像検出装置20a,20bの
構成は同一であるため、図10においては空間像検出装
置20aのみを図示している。図10に示したように、
空間像検出装置22aは、ステージホルダ11の上面に
形成された数ミリ程度の内径を有する検出孔AS1、第
1リレーレンズ21、第2リレーレンズ22、及びCC
D等の撮像素子23からなる。
Referring back to FIGS. 1 and 2, the exposure apparatus according to the present embodiment includes an aerial image projected via the projection optical system PL,
Alternatively, the above-described plate alignment sensors 18a to 18
The space holders 20a and 20b for detecting the images of the index marks emitted from the respective parts d are provided in the wafer holder 11. The aerial image detecting device 20a has the detection hole AS shown in FIG.
1 is formed at a position where the aerial image detection device 20b is formed.
Is provided at the position where the detection hole AS2 shown in FIG. 3 is formed. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the aerial image detection devices 20a and 20b. Since the configurations of the aerial image detection devices 20a and 20b are the same, only the aerial image detection device 20a is shown in FIG. As shown in FIG.
The aerial image detection device 22a includes a detection hole AS1 formed on the upper surface of the stage holder 11 and having an inner diameter of about several millimeters, a first relay lens 21, a second relay lens 22, and a CC.
D and the like.

【0039】第1リレーレンズ21及び第2リレーレン
ズ22は、プレートPがステージPS上に載置されたと
きのプレートPの上面とほぼ同一となるように設定され
た焦点面PP1と撮像素子23の撮像面とを光学的に共
役にする。よって、焦点面PP1が投影光学系PLの結
像面と一致しているときに、投影光学系PLを介して投
影される位置計測用のマークRMや画像処理用マークI
Mの空間像のコントラストが最も鮮明になり、焦点面P
P1がプレートアライメントセンサ18a〜18dの結
像面FC(図5参照)と一致しているときに、指標マー
クの像のコントラストが最も鮮明になる。撮像素子23
で撮像された空間像の画像信号は主制御系15へ出力さ
れて後述する各種画像処理が施される。尚、2つの空間
像検出装置20a,20bを備える理由は、プレートス
テージPSの移動量を少なくしてスループットの低下を
防止するためである。
The first relay lens 21 and the second relay lens 22 are composed of a focal plane PP1 and an image sensor 23 which are set so as to be substantially the same as the upper surface of the plate P when the plate P is mounted on the stage PS. Is made optically conjugate with the imaging surface. Therefore, when the focal plane PP1 coincides with the imaging plane of the projection optical system PL, the position measurement mark RM or the image processing mark I projected via the projection optical system PL is projected.
The contrast of the aerial image of M becomes sharpest, and the focal plane P
When P1 coincides with the image planes FC (see FIG. 5) of the plate alignment sensors 18a to 18d, the contrast of the image of the index mark becomes clearest. Image sensor 23
The image signal of the aerial image captured at is output to the main control system 15 and subjected to various image processing described later. The reason why the two aerial image detection devices 20a and 20b are provided is to reduce the amount of movement of the plate stage PS to prevent a decrease in throughput.

【0040】また、図2に示したように、本実施形態で
は記憶手段としての記憶装置15aが主制御系15に接
続されている。この記憶装置15aは、処理(位置計測
処理、露光処理を含む)対象のプレートPに関する情報
及び画像処理情報を基板毎、基板に形成されたマーク
毎、又はロット毎に記憶する。ここで、プレートPに関
する情報とはプロセスデータであり、例えば、基板の種
類を示す情報、表面にどのような処理が施されているか
を示す情報、マークの形成位置を示す情報、ロット内に
おける位置を示す情報その他の情報をいう。また、画像
処理情報とは、プレートアライメントセンサ20a〜1
8dが備える撮像素子42及び空間像検出装置20a,
20bが備える撮像素子23から出力される画像信号に
対して複数設けられた処理アルゴリズムの内、画像処理
時に用いた処理アルゴリズムを示す情報をいう。主制御
系15は、記憶装置15aに記憶されたプレートPに関
する情報及び画像処理情報に応じて、プレートアライメ
ントセンサ20a〜18dが備える撮像素子42及び空
間像検出装置20a,20bが備える撮像素子23から
出力される画像信号に対して施す画像処理の処理アルゴ
リズムを決定し、決定した処理アルゴリズムを用いて画
像処理してマークの位置情報を求める。
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, a storage device 15a as storage means is connected to the main control system 15. The storage device 15a stores information on the plate P to be processed (including position measurement processing and exposure processing) and image processing information for each substrate, for each mark formed on the substrate, or for each lot. Here, the information on the plate P is process data, for example, information indicating the type of substrate, information indicating what kind of processing is performed on the surface, information indicating a mark forming position, and a position in a lot. And other information. Further, the image processing information refers to the plate alignment sensors 20a to 20a-1.
8d, the image sensor 42 and the aerial image detection device 20a,
The information indicates the processing algorithm used at the time of image processing among the plurality of processing algorithms provided for the image signal output from the image sensor 23 included in the image sensor 20b. The main control system 15 transmits the image data from the image sensor 42 included in the plate alignment sensors 20a to 18d and the image sensor 23 included in the spatial image detectors 20a and 20b according to the information on the plate P and the image processing information stored in the storage device 15a. A processing algorithm for image processing to be applied to the output image signal is determined, and image processing is performed using the determined processing algorithm to obtain mark position information.

【0041】〔主制御系に設けられる処理アルゴリズ
ム〕次に、主制御系15に複数設けられた処理アルゴリ
ズムの処理内容について説明する。 [微分信号のピーク間の中点検出]図11は、空間像検
出装置20a,20bを用いて画像処理用マークのIM
の位置情報計測の処理を説明するための図である。図1
1においては、画像処理用マークIMとして、図4に示
すXY同時計測用マークMAを用いる場合を例に挙げて
説明する説明する。まず、図11(a)に示すように、
予め撮像素子23の計測視野VFの中心CP1を基準と
して、十字形状の画像処理範囲VAを配置・設定してお
く。図11(b)に示すように、マスクMに形成された
画像処理用のマークIMの像が撮像素子23上に結像さ
れたとき、撮像素子23の計測視野VF内でX軸方向及
びY軸方向の2方向の処理範囲VAから、それぞれ指定
された個数ずつ画像処理用マークIMの信号強度を検出
する。そして、図12(a)、(b)に示すように、処
理範囲VAで捕捉したマーク画像の生信号に対して微分
処理を施し、図12(c)に示すような強度を有する信
号を求める。図12は、画像信号に対して施される微分
処理を説明するための図である。図12(c)は画像信
号に対して微分処理を施し、画像処理用マークIMのエ
ッジ位置の中点から画像処理用マークIMの位置情報を
求める処理を説明するための図である。この後、求めた
微分信号のピークとピークの中点により各ラインの中心
を割り出すことにより、マークの中心CP4の座標位置
を検出する。このマーク中心CP4と撮像素子23の視
野中心CP1との差分を計測することにより、上記パタ
ーンマッチングのときと同様に、プレートホルダ11の
座標系におけるマーク中心CP4の座標位置が検出され
る。
[Processing Algorithms Provided in Main Control System] Next, processing contents of a plurality of processing algorithms provided in the main control system 15 will be described. [Detection of Midpoint Between Differential Signal Peaks] FIG. 11 shows an image processing mark IM using the aerial image detection devices 20a and 20b.
FIG. 9 is a diagram for explaining the processing of position information measurement of FIG. FIG.
In FIG. 1, a description will be given of an example in which the XY simultaneous measurement mark MA shown in FIG. 4 is used as the image processing mark IM. First, as shown in FIG.
A cross-shaped image processing range VA is previously arranged and set with reference to the center CP1 of the measurement visual field VF of the image sensor 23. As shown in FIG. 11B, when the image of the mark IM for image processing formed on the mask M is formed on the image sensor 23, the X-axis direction and the Y direction are measured within the measurement visual field VF of the image sensor 23. From the processing ranges VA in the two axial directions, the signal intensities of the image processing marks IM are detected by the designated number, respectively. Then, as shown in FIGS. 12A and 12B, a differentiation process is performed on the raw signal of the mark image captured in the processing range VA to obtain a signal having an intensity as shown in FIG. 12C. . FIG. 12 is a diagram for explaining the differential processing performed on the image signal. FIG. 12C is a diagram for explaining a process of performing a differentiation process on the image signal and obtaining the position information of the image processing mark IM from the midpoint of the edge position of the image processing mark IM. Thereafter, the coordinate position of the center CP4 of the mark is detected by determining the center of each line based on the peak of the obtained differential signal and the midpoint of the peak. By measuring the difference between the mark center CP4 and the visual field center CP1 of the image sensor 23, the coordinate position of the mark center CP4 in the coordinate system of the plate holder 11 is detected as in the case of the pattern matching.

【0042】[生信号による像強度分布スライス]ここ
でも画像処理用のマークIMとして、図4に示すXY同
時計測用マークMAを用いる場合の例で説明する。ま
ず、図11(a)及び図11(b)に示したように、上
記微分信号の中点検出と同様に、撮像素子23の計測視
野VFの中心CP1を基準として画像処理範囲VAを設
定しておき、マスクM上のマークMが撮像素子23上に
結像されたとき、撮像素子23の計測視野VF内でX軸
方向及びY軸方向の2方向の処理範囲VAから、それぞ
れ指定された個数ずつマークMの信号強度を検出する。
そして、図13(a)、(b)に示すように、処理範囲
VAで捕捉したマークMの画像の生信号に対して、各ラ
イン毎にボトムから任意の位置(例えば、全高の70
%)でスライスし、スライスした点での中心点を検出す
る。図13は、画像信号に対して施されるスライス処理
を説明するための図である。この場合、複数の位置でス
ライスし、検出された中心点の平均値を用いてもよい。
この後、検出されたラインの中心点からマークの中心C
P4の座標位置を検出する。そして、上記微分信号の中
点検出と同様の手順を踏むことにより、プレートホルダ
11の座標系におけるマーク中心CP4の座標位置が検
出される。
[Slice of Image Intensity Distribution by Raw Signal] An example in which a mark MA for simultaneous XY measurement shown in FIG. 4 is used as the mark IM for image processing will be described. First, as shown in FIGS. 11A and 11B, the image processing range VA is set on the basis of the center CP1 of the measurement visual field VF of the image sensor 23 as in the case of detecting the midpoint of the differential signal. In addition, when the mark M on the mask M is formed on the image sensor 23, the mark M is specified from the processing ranges VA in the X-axis direction and the Y-axis direction in the measurement visual field VF of the image sensor 23, respectively. The signal intensity of the mark M is detected for each number.
Then, as shown in FIGS. 13A and 13B, the raw signal of the image of the mark M captured in the processing range VA is arbitrarily positioned from the bottom for each line (for example, 70% of the total height).
%), And the center point at the sliced point is detected. FIG. 13 is a diagram for explaining slice processing performed on an image signal. In this case, slices may be performed at a plurality of positions, and an average value of the detected center points may be used.
Thereafter, the center C of the mark is shifted from the center point of the detected line.
The coordinate position of P4 is detected. Then, by performing the same procedure as that for detecting the midpoint of the differential signal, the coordinate position of the mark center CP4 in the coordinate system of the plate holder 11 is detected.

【0043】[相関法によるパターンマッチング(テン
プレートマッチング)]ここでも画像処理用のマークI
Mとして、図4に示すXY同時計測用マークMAを用い
る場合の例で説明する。この処理では、予め画像処理用
のマークIMの一部又は全体を、図14(a)に示すテ
ンプレート55a,55aとして登録しておく。ここ
で、テンプレート55a,55bは本発明にいう第1テ
ンプレート及び第2テンプレートにそれぞれ相当する。
図14は、相関法で用いられるテンプレートの一例を示
す図である。図14(a)に示したテンプレートは、X
Y同時計測用マークMAの一部分と相関関係にあるテン
プレート55a,55bとして登録している。ここで、
テンプレート55a,55bは、図14(a)に示した
軸56(所定の軸)に関して互いに鏡像関係にあり、例
えば図14(b)に示したパターン57に対してパター
ン57の両側のエッジ位置を計測するために用いられ
る。また、各テンプレート55a,55bには基準位置
G1,G2がそれぞれ設定されている。テンプレート5
5a,55bは軸56に関して鏡像関係にあるので、基
準位置G1及び基準位置G2も軸56に関して鏡像関係
となる。
[Pattern Matching by Correlation Method (Template Matching)] The mark I for image processing is again used here.
An example in which the XY simultaneous measurement mark MA shown in FIG. 4 is used as M will be described. In this process, a part or the whole of the mark IM for image processing is registered in advance as templates 55a, 55a shown in FIG. Here, the templates 55a and 55b correspond to the first template and the second template according to the present invention, respectively.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a template used in the correlation method. The template shown in FIG.
It is registered as templates 55a and 55b having a correlation with a part of the Y simultaneous measurement mark MA. here,
The templates 55a and 55b have a mirror image relationship with each other with respect to an axis 56 (predetermined axis) shown in FIG. 14A. Used to measure. Further, reference positions G1 and G2 are set in the respective templates 55a and 55b. Template 5
Since 5a and 55b have a mirror image relationship with respect to the axis 56, the reference positions G1 and G2 also have a mirror image relationship with respect to the axis 56.

【0044】また、テンプレート55a,55bの高さ
d2は、例えば図11に示した処理範囲VAの幅d1よ
りも短く設定されるが、同一の位置で複数の検出結果が
得られるのを防止するため、テンプレート55a,55
bの高さd2と処理範囲VAの幅d1とを等しく設定す
ることが好ましい。主制御系15がテンプレート55
a,55bを用いてあるパターンに対してテンプレート
マッチングを行ったときに、パターンとテンプレートと
の相関値が所定値以上であって極大となる位置を求め、
各テンプレート55a,55bに設けられた基準位置G
1,G2の中点をそのパターンの座標位置として検出す
る。尚、登録するテンプレートとしては、一本のライン
に限られず、複数本のラインからなるものであってもよ
い。また、図14(a)においては、X軸方向の位置を
検出するテンプレートを示したが、Y軸方向についても
図14(a)に示したテンプレート55a,55bと同
様な鏡像関係にある一対のテンプレートが設けられる。
図14(a)に示したテンプレートは55a,55bは
パターン57の両側のエッジの頂上部の位置を求めるテ
ンプレートであったが、図14(c)に示したテンプレ
ート58a,58bを用いることによりパターン57の
両側のエッジの底部の位置を求めることができる。テン
プレート58aとテンプレート58bとは軸軸59に関
して鏡像関係であり、テンプレート55a,55bとぞ
れぞれ同様のテンプレートであるが、基準位置が形成さ
れている位置が異なる。図14(c)において、G11
がテンプレート58aの基準位置であり、G12がテン
プレート58aの基準位置である。
The height d2 of the templates 55a and 55b is set to be shorter than the width d1 of the processing range VA shown in FIG. 11, for example, but prevents a plurality of detection results from being obtained at the same position. Therefore, the templates 55a and 55
It is preferable to set the height d2 of b and the width d1 of the processing range VA equal. The main control system 15 is a template 55
a, when a template matching is performed on a certain pattern using 55b, a position where a correlation value between the pattern and the template is equal to or more than a predetermined value and is a maximum is obtained;
Reference position G provided on each template 55a, 55b
1, the midpoint of G2 is detected as the coordinate position of the pattern. The template to be registered is not limited to one line, but may be a template composed of a plurality of lines. Further, FIG. 14A shows a template for detecting the position in the X-axis direction, but a pair of mirror images in the Y-axis direction having the same mirror image relationship as the templates 55a and 55b shown in FIG. A template is provided.
In the template shown in FIG. 14A, 55a and 55b are templates for obtaining the positions of the tops of the edges on both sides of the pattern 57. However, by using the templates 58a and 58b shown in FIG. The position of the bottom of the edge on either side of 57 can be determined. The template 58a and the template 58b have a mirror image relationship with respect to the axis 59 and are the same templates as the templates 55a and 55b, respectively, but are different in the position where the reference position is formed. In FIG. 14C, G11
Is a reference position of the template 58a, and G12 is a reference position of the template 58a.

【0045】図15は、空間像検出装置20bが備える
撮像素子23で撮像された画像処理用マークIMの像を
示す図である。図15(a)に示すように、マスクMに
形成される画像処理用マークIMが撮像素子23の撮像
面に結像したとき、撮像素子23の計測視野VF内でテ
ンプレート55a,55bと近似している画像を、X軸
方向及びY軸方向からそれぞれ指定された個数ずつ検出
する。尚、画像処理用マークIMがローテーション等に
より傾いていた場合は、テンプレート55a,55bの
中、何れか近い方が選択される。そして、画像処理用マ
ークIMを構成する各マーク要素の位置の平均値から、
図15(b)に示すように、撮像素子23上に結像した
マークMのマーク中心CP3を求め、このマーク中心C
P3と計測視野VFの中心CP1との差分を計測する。
このとき、計測視野VFの中心CP1は所望される位
置、即ち設計値であり、プレートホルダ11の位置はレ
ーザ干渉計13X,13Yで検出されているため、視野
中心CP1とマーク中心CP3との差分からプレートホ
ルダ11の座標系におけるマーク中心CP3の座標位置
が検出される。
FIG. 15 is a view showing an image of the image processing mark IM picked up by the image pickup device 23 provided in the aerial image detecting device 20b. As shown in FIG. 15A, when the image processing mark IM formed on the mask M forms an image on the imaging surface of the imaging device 23, the image processing mark IM approximates the templates 55a and 55b within the measurement visual field VF of the imaging device 23. Are detected from the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. When the image processing mark IM is inclined due to rotation or the like, the closer one of the templates 55a and 55b is selected. Then, from the average value of the positions of the respective mark elements constituting the image processing mark IM,
As shown in FIG. 15B, a mark center CP3 of the mark M formed on the image sensor 23 is obtained, and the mark center C3 is determined.
The difference between P3 and the center CP1 of the measurement visual field VF is measured.
At this time, the center CP1 of the measurement visual field VF is a desired position, that is, a design value. Since the position of the plate holder 11 is detected by the laser interferometers 13X and 13Y, the difference between the visual field center CP1 and the mark center CP3 is obtained. Is used to detect the coordinate position of the mark center CP3 in the coordinate system of the plate holder 11.

【0046】以上、本発明の一実施形態による位置計測
装置を備える露光装置の構成及び主制御系15に設けら
れる複数の処理アルゴリズムについて説明したが、次に
本発明の一実施形態による露光装置の動作の概略につい
て説明する。最初に露光装置の全体動作の概略を簡単に
説明すると、露光装置はマスクステージMS上にマスク
Mを搬入してベースライン量を求め、次にプレートホル
ダ11上にプレートPを載置してプレートPの位置情報
を求め、マスクMとプレートPとの相対的な位置合わせ
を行ってマスクMに形成されたデバイスパターンDP
を、投影光学系PLを介してプレートPに転写する動作
を行う。尚、本実施形態による露光装置は、複数のマス
クMを用いてプレートP全体の露光処理を行うが、説明
の簡単化のために、以下では1枚のマスクに対して行わ
れる動作のみについて説明する。
The configuration of the exposure apparatus having the position measuring device according to the embodiment of the present invention and the plurality of processing algorithms provided in the main control system 15 have been described above. Next, the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. An outline of the operation will be described. First, the outline of the entire operation of the exposure apparatus will be briefly described. The exposure apparatus loads the mask M onto the mask stage MS to determine the baseline amount, and then places the plate P on the plate holder 11 to set the plate. The position information of P is obtained, the relative position between the mask M and the plate P is adjusted, and the device pattern DP formed on the mask M is obtained.
Is transferred to the plate P via the projection optical system PL. Note that the exposure apparatus according to the present embodiment performs exposure processing on the entire plate P using a plurality of masks M, but for simplicity of description, only operations performed on one mask will be described below. I do.

【0047】〔ベースライン量の計測〕図16は、本発
明の一実施形態による露光装置のベースライン量計測時
の概略動作を示すフローチャートである。本実施形態の
露光装置は、まずマスクホルダMS上にマスクMを載置
し、図1に示したマスク観察系16a,16bでマスク
Mに描画された位置計測用のマークRMを観察する。そ
して、主制御系は、観察結果に基づいてマスクステージ
MSの位置を調整してマスクMをアライメントする(ス
テップS10)。また、プレートステージPS上に設け
られた基準部材FM及び反射板RF1〜RF4をプレー
トホルダ11に対して突出させる。次に、主制御系15
は、プレートステージPSを移動させて基準部材FMを
投影光学系PLの投影領域の中心に配置し、オートフォ
ーカス機構19によりプレートステージPSのZ軸方向
の位置情報を計測する(ステップS12)。主制御系1
5は受光系19bから出力される受光結果に基づいて、
プレートステージPSのZ軸方向の位置を調整すること
により、基準部材FM(プレートPの上面に相当)をマ
スクステージMS上に載置されたマスクMと共役な位置
に位置合わせする。
[Measurement of Baseline Amount] FIG. 16 is a flowchart showing a schematic operation of the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention when measuring a baseline amount. In the exposure apparatus of this embodiment, the mask M is first placed on the mask holder MS, and the position measurement marks RM drawn on the mask M are observed by the mask observation systems 16a and 16b shown in FIG. Then, the main control system aligns the mask M by adjusting the position of the mask stage MS based on the observation result (Step S10). The reference member FM and the reflection plates RF1 to RF4 provided on the plate stage PS are made to protrude from the plate holder 11. Next, the main control system 15
Moves the plate stage PS, arranges the reference member FM at the center of the projection area of the projection optical system PL, and measures the position information of the plate stage PS in the Z-axis direction by the autofocus mechanism 19 (step S12). Main control system 1
5 is based on the light receiving result output from the light receiving system 19b,
By adjusting the position of the plate stage PS in the Z-axis direction, the reference member FM (corresponding to the upper surface of the plate P) is positioned at a position conjugate with the mask M placed on the mask stage MS.

【0048】尚、以下の説明においては、説明の簡単化
のために、空間像検出装置20a,20bの焦点面PP
1、プレートホルダ11にして基準部材FMが突出した
状態にあるときの基準部材FMの上面、及びプレートア
ライメントセンサ18a〜18dの結像面FCとがZ軸
に垂直な同一面内に含まれるよう設定されているとす
る。これらが異なる場合には、予めそのずれ量を検出し
ておき、適宜ずれ量が零となるようにプレートステージ
PSのZ軸方向の位置を調整する。例えば、投影光学系
PLを介してマスクMに形成された画像処理用マークI
Mの像を空間像検出装置20a,20bで検出する場合
には、空間像検出装置20a,20bの焦点面PP1と
投影光学系PLの結像面とを一致させ、プレートアライ
メントセンサ18a〜18dから射出される指標マーク
の像を空間像検出装置20a,20bで検出する場合に
は、空間像検出装置20a,20bの焦点面PP1とプ
レートアライメントセンサ18a〜18d各々の結像面
FCとを一致させる。
In the following description, for the sake of simplicity, the focal planes PP of the aerial image detecting devices 20a and 20b are used.
1. The upper surface of the reference member FM when the reference member FM is protruded from the plate holder 11 and the imaging plane FC of the plate alignment sensors 18a to 18d are included in the same plane perpendicular to the Z axis. It is assumed that it is set. If they are different, the shift amount is detected in advance, and the position of the plate stage PS in the Z-axis direction is adjusted so that the shift amount becomes zero as appropriate. For example, the image processing mark I formed on the mask M via the projection optical system PL
When the images of M are detected by the aerial image detecting devices 20a and 20b, the focal plane PP1 of the aerial image detecting devices 20a and 20b and the image forming surface of the projection optical system PL are made to coincide with each other. When detecting the emitted image of the index mark by the aerial image detection devices 20a and 20b, the focal plane PP1 of the aerial image detection devices 20a and 20b and the imaging plane FC of each of the plate alignment sensors 18a to 18d are matched. .

【0049】以上の処理が終了すると、プレートアライ
メントセンサ18a〜18dの計測中心を計測する処理
が行われる(ステップS14)。以下、この処理の詳細
を図3を参照しつつ説明する。まず主制御系15はステ
ージ駆動系14X,14Yを介してステージPSを移動
させて、検出孔AS1をプレートアライメントセンサ1
8aの計測領域内に配置する。配置が完了すると、プレ
ートアライメントセンサ18aは指標マークの像を含む
検出光IL1を検出孔AS1上に照射する。指標マーク
の像は、検出光AS1を介して空間像検出装置20aが
備える撮像素子23で撮像され、画像信号として主制御
系15へ出力される。図17は、空間像検出装置20a
が備える撮像素子23で撮像された指標マークの像を示
す図であり、指標マークの像には符号Imを付してお
り、指標マークの像Imをなす4辺の部分像には符号i
1〜i4をそれぞれ付している。指標マークの位置情報
を求める場合には、例えば撮像素子23から出力された
画像信号に対して画像処理を施して、まず、処理範囲V
A(図11参照)内における部分像i1〜i4各々のエ
ッジ位置(コントラストが変化する部分)を求める。こ
こで、部分像i1〜i4のエッジ位置は、前述した画像
信号を微分する処理若しくはスライスレベルを求める処
理又は図14に示したテンプレート55a,55bを用
いてテンプレートマッチングによる処理により求められ
る。
When the above processing is completed, processing for measuring the measurement center of the plate alignment sensors 18a to 18d is performed (step S14). Hereinafter, the details of this processing will be described with reference to FIG. First, the main control system 15 moves the stage PS via the stage drive systems 14X and 14Y, and moves the detection hole AS1 to the plate alignment sensor 1.
8a is arranged in the measurement area. When the arrangement is completed, the plate alignment sensor 18a irradiates the detection hole IL with the detection light IL1 including the image of the index mark. The image of the index mark is picked up by the image sensor 23 included in the aerial image detection device 20a via the detection light AS1, and is output to the main control system 15 as an image signal. FIG. 17 shows an aerial image detecting device 20a.
FIG. 3 is a diagram showing an image of an index mark captured by the image sensor 23 provided in the image forming apparatus.
1 to i4 are respectively attached. When obtaining the position information of the index mark, for example, image processing is performed on an image signal output from the image sensor 23, and first, the processing range V
The edge position (the part where the contrast changes) of each of the partial images i1 to i4 in A (see FIG. 11) is obtained. Here, the edge positions of the partial images i1 to i4 are obtained by the above-described processing of differentiating the image signal, the processing of obtaining the slice level, or the processing by template matching using the templates 55a and 55b shown in FIG.

【0050】次に、部分像i1,i2のX軸方向の位置
の中点を算出して指標マークの像ImのX軸方向の中心
位置を求めるとともに、部分像i3,i4のY軸方向の
位置の中点を算出して指標マークの像ImのY軸方向の
中心位置を求めることにより指標マークの像の中心位置
CP2を求める。そして、計測視野VFの中心CP1か
らのずれ量を算出することによって指標マークの位置情
報が計測される。
Next, the midpoint of the position of the partial images i1 and i2 in the X-axis direction is calculated to determine the center position of the index mark image Im in the X-axis direction, and the partial images i3 and i4 in the Y-axis direction are calculated. The center position CP2 of the index mark image is determined by calculating the center of the position and determining the center position of the index mark image Im in the Y-axis direction. Then, the position information of the index mark is measured by calculating the amount of deviation from the center CP1 of the measurement visual field VF.

【0051】ここで、検出孔AS1をプレートアライメ
ントセンサ18aの計測領域内に配置する際に、ステー
ジの移動制御誤差から指標マークの像全体が空間像検出
装置20aの計測領域に配置されず、撮像素子23から
指標マークの像の一部が欠けた画像信号が得られること
が考えられる。図18は、指標マークの一部が欠けた画
像信号が得られる様子を示す図である。図18に示した
例では指標マークの像の一部をなす部分像i1が欠けて
いる。かかる状態においては図17を用いて説明した処
理を行うと、部分像i1の位置が求められないため、指
標マークの像の位置情報を計測することはできずにエラ
ーとなり、処理を再開するためには人手によるアシスト
処理を行って再開しなければならないため、スループッ
トの低下を引き起こす。
Here, when the detection hole AS1 is arranged in the measurement area of the plate alignment sensor 18a, the whole image of the index mark is not arranged in the measurement area of the aerial image detection device 20a due to a movement control error of the stage. It is conceivable that an image signal in which a part of the image of the index mark is missing from the element 23 is obtained. FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which an image signal in which a part of the index mark is missing is obtained. In the example shown in FIG. 18, the partial image i1, which forms a part of the image of the index mark, is missing. In this state, if the processing described with reference to FIG. 17 is performed, the position of the partial image i1 cannot be obtained, so that the position information of the index mark image cannot be measured, an error occurs, and the processing is restarted. Must be restarted by performing a manual assist process, which causes a decrease in throughput.

【0052】本実施形態では、指標マークを形成する3
つの部分像の位置が得られたときには、1つの部分像の
位置が得られなくとも処理を中断せずに指標マークの像
の位置情報を求めている。図18に示した例では、位置
を求めることができる部分像i2,i3,i4から指標
マークの像の位置情報を計測している。図18では部分
像i3,i4からX軸方向の2つの部分像の位置が求め
られため、これらから指標マークの像ImのX軸方向の
位置情報が求められる。一方、Y軸方向については部分
像の位置が1つしか得られないが、この部分像の位置が
部分像i1の位置を示すものであるのか又は部分像i2
の位置を示すものであるのかを判別する必要がある。こ
の判別は、計測視野VFの中心CP1から部分像i2の
位置を減算した値の符号の正負により行う。つまり、X
軸方向の2つの部分像i3,i4の位置が得られている
ため、部分像i3,i4の一部は計測領域VAのX軸方
向に長手方向を有する部分に含まれることとなる。かか
る状態の場合において、指標マークの形状から、上記の
符号が負であるときには計測された部分像の位置は部分
像i2の位置を示すものであり、正であるときには部分
像i1の位置を示すものとなる。
In the present embodiment, 3 for forming the index mark is used.
When the position of one partial image is obtained, the position information of the image of the index mark is obtained without interrupting the processing even if the position of one partial image is not obtained. In the example shown in FIG. 18, the position information of the index mark image is measured from the partial images i2, i3, and i4 whose positions can be obtained. In FIG. 18, since the positions of the two partial images in the X-axis direction are obtained from the partial images i3 and i4, positional information of the index mark image Im in the X-axis direction is obtained therefrom. On the other hand, in the Y-axis direction, only one position of the partial image is obtained, but is the position of the partial image indicating the position of the partial image i1 or the partial image i2?
Needs to be determined. This determination is made based on the sign of the value obtained by subtracting the position of the partial image i2 from the center CP1 of the measurement visual field VF. That is, X
Since the positions of the two partial images i3 and i4 in the axial direction are obtained, a part of the partial images i3 and i4 is included in a portion of the measurement area VA having a longitudinal direction in the X-axis direction. In such a case, from the shape of the index mark, the measured position of the partial image indicates the position of the partial image i2 when the sign is negative, and indicates the position of the partial image i1 when the sign is positive. It will be.

【0053】以上の処理が終了すると、求められたY軸
方向の1つの部分像(図18に示した例では部分像i
2)の位置、判別結果、及び指標マークの設計値から欠
けた部分像(図18に示した例では部分像i1)の位置
が求められる。この処理によってY軸方向の2つの部分
像の位置が求められたため、指標マークの像のY軸方向
の位置情報(推定値)が求められる。ここで、得られた
指標マークの像の位置情報はあくまでも推定値であるた
め、その精度に問題があると考えられる。そこで、主制
御系15は、得られた位置情報(推定値)に基づいてス
テージPSを移動させ、指標マークの像Imと空間像検
出装置20aが備える撮像素子23との相対を調整し、
指標マークの像Imの全体が撮像素子23の撮像面に結
像するようにして再度指標マークの像Imの位置情報を
計測する。このように、本実施形態では、プレートアラ
イメントセンサ18aから投影される指標マークの像I
mの一部が欠けた場合であっても処理を中断することな
く、しかも計測精度を低下させずに指標マークの像Im
の位置情報を計測することができる。
When the above processing is completed, one obtained partial image in the Y-axis direction (in the example shown in FIG. 18, partial image i
The position of the partial image (partial image i1 in the example shown in FIG. 18) missing from the position 2), the determination result, and the design value of the index mark is obtained. Since the positions of the two partial images in the Y-axis direction are obtained by this processing, the position information (estimated value) of the index mark image in the Y-axis direction is obtained. Here, since the obtained position information of the image of the index mark is an estimated value, it is considered that there is a problem in its accuracy. Therefore, the main control system 15 moves the stage PS based on the obtained position information (estimated value), and adjusts the relative relationship between the image Im of the index mark and the image sensor 23 provided in the spatial image detecting device 20a.
The position information of the image Im of the index mark is measured again so that the entire image Im of the index mark is formed on the imaging surface of the image sensor 23. As described above, in the present embodiment, the image I of the index mark projected from the plate alignment sensor 18a is provided.
Even if a part of m is missing, the image Im of the index mark is maintained without interrupting the processing and without reducing the measurement accuracy.
Position information can be measured.

【0054】プレートアライメントセンサ18aの計測
中心を計測すると、次に主制御系15はステージPSを
移動させて、検出孔AS1をプレートアライメントセン
サ18dの計測領域内に配置し、プレートアライメント
センサ18aの計測中心を計測した処理と同様の処理を
行って、プレートアライメントセンサ18dの計測中心
を計測する。次に、主制御系15は、ステージPSを移
動させて検出孔AS2をプレートアライメントセンサ1
8cの計測領域内に配置して空間像検出装置20bを用
いて上記と同様な処理を行ってプレートアライメントセ
ンサ18cの計測中心を計測する。最後に、主制御系1
5は、ステージPSを移動させて検出孔AS2をプレー
トアライメントセンサ18bの計測領域内に配置してプ
レートアライメントセンサ18bの計測中心を計測す
る。以上で図16に示したプレートアライメントセンサ
18a〜18dの計測中心を計測するステップS14の
処理が終了するが、プレートアライメントセンサ18b
〜18dの計測中心を計測する場合の何れにおいても、
指標マークの一部が欠けた画像信号が得られたときには
図18を用いて説明した処理が行われる。
After measuring the measurement center of the plate alignment sensor 18a, the main control system 15 moves the stage PS so that the detection hole AS1 is arranged in the measurement area of the plate alignment sensor 18d, and the measurement of the plate alignment sensor 18a is performed. The same processing as the processing for measuring the center is performed to measure the measurement center of the plate alignment sensor 18d. Next, the main control system 15 moves the stage PS so that the detection holes AS2 are
The measurement center of the plate alignment sensor 18c is measured by performing the same processing as described above using the aerial image detection device 20b while being arranged in the measurement area 8c. Finally, the main control system 1
5 moves the stage PS and arranges the detection hole AS2 in the measurement area of the plate alignment sensor 18b to measure the measurement center of the plate alignment sensor 18b. The process of step S14 for measuring the measurement centers of the plate alignment sensors 18a to 18d shown in FIG.
In any case of measuring the measurement center of ~ 18d,
When an image signal in which a part of the index mark is missing is obtained, the processing described with reference to FIG. 18 is performed.

【0055】このようプレートアライメントセンサ18
a〜18dの計測中心を空間像検出装置20a,20b
を用いて計測するのは、1つの空間像検出装置のみを用
いてプレートアライメントセンサ18a〜18dの計測
中心全てを計測する場合に比べて、ステージPSの移動
量を低減することができるため、ステージPSの小型化
を図るとともに計測に要する時間を短縮するためであ
る。
As described above, the plate alignment sensor 18
The aerial image detection devices 20a and 20b
Is compared with the case where all the measurement centers of the plate alignment sensors 18a to 18d are measured by using only one aerial image detecting device, so that the movement amount of the stage PS can be reduced. This is to reduce the size of the PS and shorten the time required for measurement.

【0056】ステップS14の処理が終了すると、次に
空間像検出装置20bで露光中心を計測する処理が行わ
れる(ステップS16)。ここで、露光中心とはマスク
Mに形成されたパターンの投影像の中心をいう。この処
理では、まず主制御系15がステージ駆動系14X,1
4Yを介してステージPSを移動させて、検出孔AS2
をマスクMに形成された画像処理用マークIMの像が投
影光学系PLを介して照射される位置(この位置は画像
処理用マークIMの設計値や投影光学系PLの設計上の
倍率等から求められる位置である)に移動させる。移動
が完了すると、照明光学系から露光光を照射し、マスク
Mに形成された画像処理用マークIMを照明する。画像
処理用マークIMの像は投影光学系PLを介して検出孔
AS2上に照射され、検出孔AS2を介して空間像検出
装置20bが備える撮像素子23で撮像され、画像信号
として主制御系15へ出力される。主制御系15は、撮
像素子23から出力された画像信号に対して、前述した
微分処理若しくはスライスレベルを求める処理又は図1
4に示したテンプレート55a,55bを用いてテンプ
レートマッチングによる処理を施し、図15に示した画
像処理用マークIMの像のマーク中心CP3を求め、視
野中心CP1とマーク中心CP3との差分からマーク中
心CP3の座標位置が検出される。
When the process of step S14 is completed, a process of measuring the exposure center is performed by the aerial image detecting device 20b (step S16). Here, the exposure center refers to the center of the projected image of the pattern formed on the mask M. In this process, first, the main control system 15 sets the stage drive systems 14X, 1
4Y, the stage PS is moved to the detection hole AS2.
Is the position where the image of the image processing mark IM formed on the mask M is irradiated via the projection optical system PL (this position is determined by the design value of the image processing mark IM, the design magnification of the projection optical system PL, and the like). To the required position). When the movement is completed, exposure light is emitted from the illumination optical system to illuminate the image processing mark IM formed on the mask M. The image of the image processing mark IM is irradiated onto the detection hole AS2 via the projection optical system PL, is picked up by the image sensor 23 provided in the aerial image detection device 20b via the detection hole AS2, and is used as an image signal by the main control system 15. Output to The main control system 15 performs the above-described differential processing or the processing for obtaining the slice level on the image signal output from the image sensor 23 or the processing shown in FIG.
4 is performed using the templates 55a and 55b shown in FIG. 4 to obtain the mark center CP3 of the image of the image processing mark IM shown in FIG. 15, and the mark center CP is determined from the difference between the visual field center CP1 and the mark center CP3. The coordinate position of CP3 is detected.

【0057】ここで、空間像検出装置20bで露光中心
を計測する場合においても、ステージの移動制御誤差か
ら画像処理用マークIMの像の全体が空間像検出装置2
0aの計測領域に配置されず、撮像素子23から指標マ
ークの像の一部が欠けた画像信号が得られることが考え
られる。図19は、画像処理用マークIMの一部が欠け
た画像信号が得られる様子を示す図である。図19に示
した例では画像処理用マークIMの一部をなすマークP
d5の像が欠けている。画像処理用マークIMの像の一
部でも欠けると、画像処理用マークIMの像の位置情報
を求めることができずにエラーとなり、処理を再開する
ためには人手によるアシスト処理を行って再開しなけれ
ばならないため、スループットの低下を引き起こす。
Here, even when the center of exposure is measured by the aerial image detecting device 20b, the entire image of the image processing mark IM is removed from the aerial image detecting device 2 due to a stage movement control error.
It is conceivable that an image signal in which a part of the image of the index mark is missing from the image sensor 23 is not arranged in the measurement area 0a. FIG. 19 is a diagram illustrating a state in which an image signal in which a part of the image processing mark IM is missing is obtained. In the example shown in FIG. 19, the mark P forming a part of the image processing mark IM
The image of d5 is missing. If any part of the image of the image processing mark IM is missing, the position information of the image of the image processing mark IM cannot be obtained and an error occurs. Must be performed, causing a decrease in throughput.

【0058】かかる不具合を防止するために、本実施形
態では画像処理用マークIMを形成するマーク要素の像
の一部が欠けた画像信号が得られた場合であっても、エ
ラーとして処理を中断せずに、残りのマーク要素から画
像処理用マークIMの位置情報を求めている。以下、こ
の処理の詳細について説明する。図20は、画像処理用
マークIMの像の一部が欠けたときに行われる画像処理
用マークIMの中心位置を求める処理を示すフローチャ
ートである。まず、図19に示した位置関係をもって空
間像検出装置20bが備える撮像素子23に結像した画
像処理用マークIMを撮像して画像信号を得る(ステッ
プS30)。次に、得られた画像信号に対して画像処理
を行い、マーク要素Pa1〜Pa5、マーク要素Pb1
〜Pb5、マーク要素Pc1〜Pc5、及びマーク要素
Pd1〜Pd4各々の位置を求め、これらの検出結果か
ら画像処理用マークIMのおおよその中心位置CP5を
求める(ステップS32)。尚、マーク要素Pa1とマ
ーク要素Pb1との間隔及びマーク要素Pc1とマーク
要素Pd1との間隔と一致する間隔のマーク対を探すこ
とにより、最も内にあるマーク対を検出するようにして
その中点からマークの中心位置CP5を求めることがで
きる。このとき、マーク要素Pa1とマーク要素Pb1
との間隔は、マーク要素Pa1とマーク要素Pa5との
間隔及びマーク要素Pb1とマーク要素Pb5との間隔
よりも大きく、又マーク要素Pc1とマーク要素Pd1
との間隔は、マーク要素Pc1とマーク要素Pc5との
間隔及びマーク要素Pd1とマーク要素Pd5との間隔
よりも大きくなっている。このように、検出したいマー
ク対の間隔を他のマーク同士の間隔とは必ず異なる間隔
になるようにマークを配置しておけばそのマーク対を用
いておよそのマークの中心位置を求めることが可能とな
る。
In order to prevent such a problem, in this embodiment, even if an image signal is obtained in which a part of the image of the mark element forming the image processing mark IM is missing, the processing is interrupted as an error. Instead, the position information of the image processing mark IM is obtained from the remaining mark elements. Hereinafter, the details of this processing will be described. FIG. 20 is a flowchart showing a process for determining the center position of the image processing mark IM performed when a part of the image of the image processing mark IM is missing. First, the image processing mark IM formed on the image sensor 23 included in the aerial image detecting device 20b is imaged with the positional relationship shown in FIG. 19 to obtain an image signal (step S30). Next, image processing is performed on the obtained image signal, and mark elements Pa1 to Pa5, mark element Pb1
To Pb5, mark elements Pc1 to Pc5, and mark elements Pd1 to Pd4, and an approximate center position CP5 of the image processing mark IM is obtained from the detection results (step S32). The innermost mark pair is detected by searching for a pair of marks having an interval that matches the interval between the mark element Pa1 and the mark element Pb1 and the interval between the mark element Pc1 and the mark element Pd1. From the center position CP5 of the mark. At this time, the mark element Pa1 and the mark element Pb1
Is larger than the distance between the mark elements Pa1 and Pa5 and the distance between the mark elements Pb1 and Pb5, and is larger than the distance between the mark elements Pc1 and Pd1.
Are larger than the distance between the mark elements Pc1 and Pc5 and the distance between the mark elements Pd1 and Pd5. In this way, if the marks are arranged so that the interval between the pair of marks to be detected is always different from the interval between other marks, it is possible to find the approximate center position of the mark using that mark pair Becomes

【0059】以上の処理で画像処理用マークIMのおお
よその中心位置CP5が求められると、次におおよその
中心位置CP5に基づいて各マーク要素の対を求める処
理が行われる(ステップS34)。各マーク要素の対
は、例えばおおよその中心位置CP5と各マーク要素と
の相対位置により求められる。例えば、図19におい
て、X軸方向においておおよその中心位置CP5に最も
近接する2つのマーク要素は、マーク要素Pc1及びマ
ーク要素Pd1である。従って、主制御系15は、マー
ク要素Pc1とびマーク要素Pd1とを選択して対とす
る。同様にしてX軸方向に配列された他のマーク要素を
選択して対にするとともに、Y軸方向に配列された各マ
ーク要素を選択して対とする。
When the approximate center position CP5 of the image processing mark IM is obtained by the above processing, a process of obtaining each mark element pair based on the approximate center position CP5 is performed (step S34). The pair of each mark element is obtained, for example, from the approximate center position CP5 and the relative position between each mark element. For example, in FIG. 19, the two mark elements closest to the approximate center position CP5 in the X-axis direction are a mark element Pc1 and a mark element Pd1. Therefore, the main control system 15 selects and pairs the mark element Pc1 and the mark element Pd1. Similarly, other mark elements arranged in the X-axis direction are selected and paired, and each mark element arranged in the Y-axis direction is selected and paired.

【0060】ここで、図19に示した例では、マーク要
素Pd5の像が欠けているため、マーク要素Pc5に関
して対とするマークが存在しない。この場合には、画像
処理用マークIMの設計値からマーク要素Pd5の位置
を推定により求めてマーク要素Pc5と対にしても良
い。又は、マーク要素Pc5の対は求めずに、画像処理
用マークIMの位置情報を計測する処理においてはマー
ク要素Pc5は考慮に入れないようにしても良い。この
場合には、マーク要素の対の数が減少するため多少は位
置計測精度が悪化すると考えられる。しかしながら、ス
ループットを向上させる観点からは多少の位置計測精度
は許容することができる。
Here, in the example shown in FIG. 19, since the image of the mark element Pd5 is missing, there is no paired mark for the mark element Pc5. In this case, the position of the mark element Pd5 may be estimated from the design value of the image processing mark IM to be paired with the mark element Pc5. Alternatively, the mark element Pc5 may not be taken into account in the process of measuring the position information of the image processing mark IM without finding the pair of the mark elements Pc5. In this case, it is considered that the position measurement accuracy slightly deteriorates because the number of pairs of mark elements decreases. However, from the viewpoint of improving the throughput, some position measurement accuracy can be allowed.

【0061】以上の処理にてマーク要素の対が選択され
ると、X軸方向及びY軸方向それぞれに設定された対選
択されたマーク要素の対を信号処理して画像処理用マー
クIMの中心位置CP6を求める処理が行われる(ステ
ップS36)。例えば、対の1つをなすマーク要素Pc
1とマーク要素Pd1との中点位置を求めて、他の対に
ついても同様の処理を行って中点を求め、得られた中点
の平均値を画像処理用マークIMの中心位置CP6とす
る処理が行われる。ここで、この処理においては、おお
よその中心位置CP1に近い方のマーク要素の対に重み
をおいて信号処理することが好ましい。これは、通常、
画像処理用マークIMの像の位置が欠けるのは画像処理
用マークIMの周辺部が殆どであり、また、前述したよ
うに、欠けたマーク要素の位置を画像処理用マークIM
の設計値から推定により求めることがあり、おおよその
中心位置CP1に近い方のマーク要素の検出精度よりも
精度が悪いと考えられるからである。尚、中心位置CP
6を求めるには、対となっているマーク要素の座標を全
て加算して座標を加算したマーク要素の数で割るように
しても良い。
When a pair of mark elements is selected in the above processing, the pair of selected mark element pairs set in the X-axis direction and the Y-axis direction are signal-processed, and the center of the image processing mark IM is processed. A process for obtaining the position CP6 is performed (Step S36). For example, a mark element Pc that forms one of a pair
The midpoint position of 1 and the mark element Pd1 is obtained, the same processing is performed on the other pairs to obtain the midpoint, and the average value of the obtained midpoints is used as the center position CP6 of the image processing mark IM. Processing is performed. Here, in this processing, it is preferable to perform signal processing by weighting the pair of mark elements closer to the approximate center position CP1. This is usually
The position of the image of the image processing mark IM is mostly missing at the periphery of the image processing mark IM, and as described above, the position of the missing mark element is changed to the image processing mark IM.
This is because the accuracy may be lower than the detection accuracy of the mark element closer to the approximate center position CP1. The center position CP
In order to obtain 6, the coordinates of the paired mark elements may all be added, and the coordinates may be divided by the number of the added mark elements.

【0062】以上の処理が行われて、マスクMに形成さ
れた画像処理用マークIMの位置情報が空間像検出装置
20bで計測される。画像処理用マークIMはマスクM
上に複数形成されており、各々の画像処理用マークIM
の位置情報が順次計測される。この際、検出する画像処
理用マークIMの数を増やすことにより、マスクMの位
置情報をより高精度に求めることができる。次に、空間
像検出装置20aで露光中心を計測する処理が行われる
(ステップS18)。このステップS18の処理ではス
テップS16の処理と同様の手順で空間像検出装置20
aでマスクMに形成された複数の画像処理用マークIM
が計測される。この場合においても、画像処理用マーク
IMの一部が欠けた画像信号が得られたときは、図20
に示した処理が行われる。
The above processing is performed, and the position information of the image processing mark IM formed on the mask M is measured by the aerial image detecting device 20b. The mark IM for image processing is a mask M
And a plurality of image processing marks IM.
Are sequentially measured. At this time, the position information of the mask M can be obtained with higher accuracy by increasing the number of the image processing marks IM to be detected. Next, processing for measuring the exposure center is performed by the aerial image detection device 20a (step S18). In the process of step S18, the spatial image detecting device 20 is operated in the same procedure as the process of step S16.
a, a plurality of image processing marks IM formed on the mask M
Is measured. Also in this case, when an image signal in which a part of the image processing mark IM is missing is obtained, FIG.
Is performed.

【0063】そして、ステップS18の計測結果に対し
て、例えば最小二乗近似等の統計計算を行うことによ
り、露光時に必要なローテーション、シフト、倍率等の
補正値が求められ(ステップS20)、プレートホルダ
11の座標系におけるマスクMの中心位置(露光中心)
が求められる。このように、本実施形態では、露光中心
を計測する際にマスクMに形成された画像処理用マーク
IMの像が投影される位置に検出孔AS1,AS2を配
置した後で、従来のようにステージPSを走査移動させ
る必要がない。従って、計測に要する時間を極めて短縮
することができる。
Then, by performing a statistical calculation such as a least-squares approximation on the measurement result of step S18, correction values such as rotation, shift, magnification and the like required at the time of exposure are obtained (step S20). Center position of mask M in 11 coordinate system (exposure center)
Is required. As described above, in the present embodiment, the detection holes AS1 and AS2 are arranged at the positions where the image of the image processing mark IM formed on the mask M is projected when the exposure center is measured, and then, as in the related art. There is no need to move the stage PS by scanning. Therefore, the time required for measurement can be extremely reduced.

【0064】以上で、空間像検出装置20a及び空間像
検出装置20b各々で露光中心が計測された訳である
が、次に、空間像検出装置20aと空間像検出装置20
bとの相対的な位置関係が求められる(ステップS2
2)。ベースライン量を求めるためには、空間像検出装
置20aの計測結果に基づいて露光中心を求めるだけで
足りる。本実施形態では、プレートアライメントセンサ
18a〜18dの計測中心を空間像検出装置20aと空
間像検出装置20bとを用いて計測しているため、空間
像検出装置20aと空間像検出装置20bとの相対的な
位置関係を正確に求めるために、マスクMに形成された
複数の画像処理用マークIMを空間像検出装置20a及
び空間像検出装置20bでそれぞれ計測している。空間
像検出装置20aと空間像検出装置20bとの相対的な
位置関係が求められると、主制御系15は、この位置関
係とステップS16で求めたプレートアライメントセン
サ18a〜18d各々の計測中心とからプレートアライ
メントセンサ18a〜18dの相対的な位置関係を演算
する。
The center of exposure has been measured by each of the spatial image detecting devices 20a and 20b. Next, the spatial image detecting devices 20a and 20b
b is obtained (step S2).
2). In order to obtain the baseline amount, it is sufficient to obtain only the exposure center based on the measurement result of the aerial image detection device 20a. In the present embodiment, since the measurement center of the plate alignment sensors 18a to 18d is measured using the spatial image detecting device 20a and the spatial image detecting device 20b, the relative position between the spatial image detecting device 20a and the spatial image detecting device 20b is measured. In order to accurately determine the relative positional relationship, the plurality of image processing marks IM formed on the mask M are measured by the spatial image detecting devices 20a and 20b, respectively. When the relative positional relationship between the aerial image detecting device 20a and the aerial image detecting device 20b is determined, the main control system 15 determines the relative positional relationship and the measurement center of each of the plate alignment sensors 18a to 18d determined in step S16. The relative positional relationship between the plate alignment sensors 18a to 18d is calculated.

【0065】次に、ステップS24で算出された回転量
及び倍率が予め設定された許容値以内であるか否かが判
断される(ステップS24)。許容値外であると判断さ
れた場合(判断結果が「NO」の)場合には、主制御系
15は駆動手段17(図2参照)に対して制御信号を出
力し、マスクMを回転させ、更にレンズコントローラ部
10に制御信号を出力して倍率を制御する(ステップS
26)。一方、ステップS24の判断結果が「YES」
の場合には、ステップS16又はステップS18の処理
で得られたプレートアライメントセンサ18a〜18d
の計測中心とステップS20の処理で求められた露光中
心とに基づいてベースライン量が算出される(ステップ
S28)。
Next, it is determined whether or not the rotation amount and the magnification calculated in step S24 are within a predetermined allowable value (step S24). When it is determined that the value is out of the allowable value (the determination result is “NO”), the main control system 15 outputs a control signal to the driving unit 17 (see FIG. 2) to rotate the mask M. Then, a control signal is output to the lens controller 10 to control the magnification (step S
26). On the other hand, the determination result of step S24 is “YES”
In the case of, the plate alignment sensors 18a to 18d obtained in the processing of step S16 or step S18
The baseline amount is calculated based on the measurement center and the exposure center obtained in the process of step S20 (step S28).

【0066】以上の処理を経てベースライン量が算出さ
れる。以上説明したように、本実施形態の露光装置はベ
ースライン量を計測する際に計測視野の大きさに制限の
ある空間像検出装置20a.20bを用いてプレートア
ライメントセンサ18a〜18dの計測中心を計測する
とともに露光中心を計測している。このように計測視野
の大きさに制限がある場合であって、計測対象のマーク
の像が一部欠けた画像信号が得られた場合にはマークの
位置情報を求めることができずにエラーとなっていた
め、処理が中断してスループットを低下させる要因とな
っていた。本実施形態では、プレートアライメントセン
サ18a〜18dの計測中心を計測する場合及び露光中
心を計測する場合の何れの場合であっても、処理を中断
することなく位置情報を求めることができるので、スル
ープットの低下を招くことはない。また、精度をさほど
低下させずに位置情報を得ることができる。
The baseline amount is calculated through the above processing. As described above, the exposure apparatus according to the present embodiment measures the spatial image detecting apparatuses 20a. 20b is used to measure the measurement centers of the plate alignment sensors 18a to 18d and to measure the exposure centers. In the case where the size of the measurement field of view is limited as described above, if an image signal is obtained in which the image of the mark to be measured is partially missing, the position information of the mark cannot be obtained, and an error occurs. Therefore, the processing is interrupted, which is a factor that lowers the throughput. In the present embodiment, the position information can be obtained without interrupting the process regardless of whether the measurement center of the plate alignment sensors 18a to 18d is measured or the center of exposure is measured. Is not reduced. Further, position information can be obtained without significantly lowering accuracy.

【0067】〔プレートPの位置情報の計測〕以上、ベ
ースライン量の計測方法について説明したが、次にプレ
ートステージPS上にプレートPを載置して、プレート
Pの位置情報を計測する際の動作について説明する。図
21は、プレートP上に形成されるマークの配置関係を
示す模式図である。図21に示したように、プレートP
の四隅であって、プレートアライメントセンサ18a〜
18dそれぞれに対応した位置には図21に示した形状
のマークAM1〜AM4が形成されている。尚、図21
中における領域SA1〜SA4は4枚のマスクMに形成
されたパターンの像がそれぞれ転写される領域を示して
いる。尚、図18においては、マークAM1〜AM4の
大きさを誇張して図示している。また、プレートPの位
置情報の計測は、マスクMに形成されたデバイスパター
ンDPの像を領域SA1〜SA4に転写する前に行われ
る。本実施形態では複数枚のプレートPを単位としたロ
ット単位でプレートPが処理されるとする。
[Measurement of Position Information of Plate P] The method of measuring the amount of the baseline has been described above. The operation will be described. FIG. 21 is a schematic diagram showing an arrangement relationship of marks formed on the plate P. As shown in FIG.
And the plate alignment sensors 18a to 18a
Marks AM1 to AM4 having the shapes shown in FIG. 21 are formed at positions corresponding to the respective 18d. Incidentally, FIG.
Areas SA1 to SA4 in the middle indicate areas where the images of the patterns formed on the four masks M are respectively transferred. In FIG. 18, the sizes of the marks AM1 to AM4 are exaggerated. The measurement of the position information of the plate P is performed before the image of the device pattern DP formed on the mask M is transferred to the areas SA1 to SA4. In the present embodiment, it is assumed that the plates P are processed in a lot unit using a plurality of plates P as a unit.

【0068】図22は、プレートアライメントセンサ1
8a〜18dを用いてプレートPに形成されたマークA
M1〜AM4の位置情報を計測する際の動作の概略を示
すフローチャートである。1つのロットから1枚のプレ
ートPが取り出されるとプリアライメントされた後、プ
レートステージPS上に搬送されて載置され、プレート
PのZ軸方向の位置がプレートアライメントセンサ18
a〜18dの結像面にに合わせ込まれる。尚、基準部材
FM及び反射板RF1〜RF4は、プレートPがプレー
トプレートステージPS上に載置される前にプレートス
テージPSに没入状態とされる。主制御系15は、ステ
ージPSを移動させてプレートPに形成されたマークA
M1〜AM4がプレートアライメントセンサ18a〜1
8dの計測視野近傍に配置する。このとき、プレートア
ライメントセンサ18a〜18dに対してマークAM1
〜AM4を所定量(例えば、数十μm)だけずれた位置
に配置する(ステップS30)。
FIG. 22 shows a plate alignment sensor 1.
A formed on plate P using 8a to 18d
It is a flowchart which shows the outline | summary of the operation | movement at the time of measuring the position information of M1-AM4. When one plate P is taken out from one lot, the plate P is pre-aligned and then carried and placed on the plate stage PS.
The image is adjusted to the image planes a to 18d. The reference member FM and the reflection plates RF1 to RF4 are immersed in the plate stage PS before the plate P is placed on the plate plate stage PS. The main control system 15 moves the stage PS to move the mark A formed on the plate P.
M1 to AM4 are plate alignment sensors 18a to 1
It is arranged near the measurement visual field of 8d. At this time, the mark AM1 is applied to the plate alignment sensors 18a to 18d.
AMAM4 are arranged at positions shifted by a predetermined amount (for example, several tens μm) (step S30).

【0069】これは、主制御系15がプレートアライメ
ントセンサ18a〜18d各々から出力される画像信号
に対して行う画像処理に要する時間を短縮するためであ
る。つまり、サーチ計測においては図8に示した計測領
域W11,W12,W21,W22に結像したマークの
像の画像信号に基づいてマークの位置情報を求める訳で
あるが、計測領域W11,W12,W21,W22全て
に対して画像処理を行うと時間を要する。そこで、X軸
方向については計測領域W11又は計測領域W12、Y
軸方向については計測領域W21又は計測領域W22か
ら得られる画像信号のみを処理することによりサーチ計
測に要する時間を短縮している。このように、計測領域
の数を減じるとプレートPの倍率(スケーリング)等の
影響により、マークがプレートセンサ18a〜18dに
対してどの位置に配置されるかはプレートP毎(計測対
象のマーク毎)に異なるため、マーク毎に計測領域を設
定する処理が必要になり、その分処理に要する時間が長
くなる。このため、予めプレートアライメントセンサ1
8a〜18dに対してマークAM1〜AM4を所定量だ
けずれた位置に配置することにより、アライメントセン
サ20a〜18dに対するマークAM1〜AM4の配置
方向及び距離が一定になるのでマーク毎に計測領域を設
定する処理が必要になり、その結果として計測処理に要
する時間を短縮することができる。
This is to reduce the time required for image processing performed by the main control system 15 on image signals output from each of the plate alignment sensors 18a to 18d. That is, in the search measurement, the position information of the mark is obtained based on the image signal of the image of the mark formed in the measurement areas W11, W12, W21, and W22 shown in FIG. It takes time to perform image processing on all W21 and W22. Therefore, in the X-axis direction, the measurement area W11 or the measurement area W12, Y
In the axial direction, the time required for search measurement is reduced by processing only image signals obtained from the measurement area W21 or the measurement area W22. As described above, when the number of the measurement areas is reduced, the position of the mark with respect to the plate sensors 18a to 18d due to the influence of the magnification (scaling) of the plate P is determined for each plate P (for each mark to be measured). ), A process of setting a measurement area for each mark is required, and the time required for the process is lengthened accordingly. For this reason, the plate alignment sensor 1
By arranging the marks AM1 to AM4 at positions shifted by a predetermined amount with respect to 8a to 18d, the arrangement direction and distance of the marks AM1 to AM4 with respect to the alignment sensors 20a to 18d become constant, so that a measurement area is set for each mark. Required, and as a result, the time required for the measurement process can be reduced.

【0070】尚、以下の説明及び図22では、マークA
M1のX軸方向及びY軸方向の位置情報をP1x,P1
yとそれぞれ表し、マークAM2のX軸方向及びY軸方
向の位置情報をP2x,P2yとそれぞれ表し、マーク
AM3のX軸方向及びY軸方向の位置情報をP3x,P
3yとそれぞれ表し、マークAM4のX軸方向及びY軸
方向の位置情報をP4x,P4yとそれぞれ表す。マー
クAM1〜AM4の配置が完了すると、プレートアライ
メントセンサ18aを用いてマークAM1のX軸方向の
位置情報P1x及びy軸方向の位置情報P1y、並びに
プレートアライメントセンサ18bを用いてマークAM
2のY軸方向の位置情報P2yをサーチ計測する処理が
行われる(ステップS32)。尚、ここでは、サーチ計
測時に位置情報P1x、P1y、P2yを計測する場合
を例に挙げて説明するが、サーチ計測においては、プレ
ートPの回転量及びシフト量を求めれば良いので、1つ
のX軸方向の位置情報及び2つのY軸方向の位置情報を
計測するか、又は2つのX軸方向の位置情報及び1つの
Y軸方向の位置情報を計測すればよい。
Incidentally, in the following description and FIG.
The position information of the M1 in the X-axis direction and the Y-axis direction is P1x, P1
y, the position information of the mark AM2 in the X-axis direction and the Y-axis direction is represented by P2x, P2y, respectively, and the position information of the mark AM3 in the X-axis direction and the Y-axis direction is P3x, P
3y, and the position information of the mark AM4 in the X-axis direction and the Y-axis direction are denoted by P4x and P4y, respectively. When the arrangement of the marks AM1 to AM4 is completed, the position information P1x in the X-axis direction and the position information P1y in the y-axis direction of the mark AM1 using the plate alignment sensor 18a and the mark AM using the plate alignment sensor 18b.
A process of searching and measuring the position information P2y in the Y-axis direction 2 is performed (step S32). Here, a case where the position information P1x, P1y, and P2y are measured at the time of the search measurement will be described as an example. In the search measurement, the rotation amount and the shift amount of the plate P may be obtained. The position information in the axial direction and the position information in the two Y-axis directions may be measured, or the position information in the two X-axis directions and the position information in one Y-axis direction may be measured.

【0071】図23は、サーチ計測時において、プレー
トアライメントセンサ18aが備える撮像素子42の撮
像面にマークAM1の像及び指標マークの像が結像する
様子を示す図である。図23において、FP1はプレー
トアライメントセンサ18aが備える撮像素子42の撮
像面を示し、Im11は撮像面FP1に結像するマーク
AM1の像を、Imは撮像面FP1に結像する指標マー
クの像をそれぞれ示している。尚、図13と同様にプレ
ートアライメントセンサ18bが備える撮像素子の撮像
面にマークAM2の像及び指標マークの像が結像する。
図23に示した例では、図22のステップS30の処理
によりマークAM1がプレートアライメントセンサ18
aに対して+X軸方向及び+Y軸方向にずれて配置され
ている。この場合、プレートアライメントセンサAM
1,AM2が備える撮像素子42には、計測領域W11
及び計測領域W21が設定される。
FIG. 23 is a diagram showing how the image of the mark AM1 and the image of the index mark are formed on the image pickup surface of the image pickup device 42 provided in the plate alignment sensor 18a during the search measurement. In FIG. 23, FP1 indicates the imaging surface of the imaging element 42 provided in the plate alignment sensor 18a, Im11 indicates the image of the mark AM1 formed on the imaging surface FP1, and Im indicates the image of the index mark formed on the imaging surface FP1. Each is shown. Note that, similarly to FIG. 13, the image of the mark AM2 and the image of the index mark are formed on the imaging surface of the imaging element provided in the plate alignment sensor 18b.
In the example shown in FIG. 23, the mark AM1 is changed to the plate alignment sensor 18 by the processing in step S30 in FIG.
It is arranged to be shifted in the + X axis direction and the + Y axis direction with respect to a. In this case, the plate alignment sensor AM
1, the image sensor 42 provided in AM2 includes a measurement area W11.
And a measurement area W21 are set.

【0072】プレートアライメントセンサ18aが備え
る撮像素子42の撮像面FP1に結像した像は撮像素子
42にて画像信号に変換されて主制御系15に出力され
る。同様にプレートアライメントセンサ18bが備える
撮像素子42の撮像面に結像した像は撮像素子42にて
画像信号に変換されて主制御系15に出力される。主制
御系15は、プレートアライメントセンサ18a,18
bから出力される画像信号に対して画像処理を施し、計
測領域W11,W12にそれぞれに結像した像Im1
1,Im12のエッジ位置を求める。主制御系15は、
プレートアライメントセンサ18aが備える撮像素子4
2の撮像面FP1に設定した計測領域W11,W21及
びプレートアライメントセンサ18bが備える撮像素子
42の撮像面に設定した計測領域W11,W21を把握
しており、マークAM1,AM2の形状の情報も予め記
憶している。よって、計測されたエッジ位置からマーク
AM1の中心位置及びマークAM2の中心位置を算出す
る。以上、計測領域W11,W21を設定してマークA
M1,AM2のサーチ計測により位置情報を求める場合
について説明したが、計測領域W11,W21を設定し
た場合にエッジ位置を求めることができない場合は、計
測領域W11を計測領域W12に切り換え、又は計測領
域W21を計測領域W22に切り換えてマークAM1,
AM2の位置情報を求める
A plate alignment sensor 18a is provided.
The image formed on the imaging plane FP1 of the imaging element 42 is
At 42, it is converted into an image signal and output to the main control system 15.
You. Similarly, the plate alignment sensor 18b has
The image formed on the imaging surface of the image sensor 42 is
The signal is converted into an image signal and output to the main control system 15. Master system
The control system 15 includes plate alignment sensors 18a, 18
b) performs image processing on the image signal output from
Image Im1 formed on each of measurement areas W11 and W12
1, the edge position of Im12 is obtained. The main control system 15
Image sensor 4 included in plate alignment sensor 18a
Measurement areas W11 and W21 set on the second imaging plane FP1
Image sensor provided in plate and plate alignment sensor 18b
The measurement areas W11 and W21 set on the imaging surface 42 are grasped.
Information on the shapes of the marks AM1 and AM2 is also recorded in advance.
I remember. Therefore, mark from the measured edge position
Calculate the center position of AM1 and the center position of mark AM2
You. As described above, the measurement areas W11 and W21 are set and the mark A
When obtaining position information by search measurement of M1 and AM2
Has been described, but the measurement areas W11 and W21 are set.
If the edge position cannot be determined when
The measurement area W11 is switched to the measurement area W12 or the measurement area
The area W21 is switched to the measurement area W22 to change the mark AM1,
Obtain AM2 location information

【0073】ここで、プレートPの表面状態や照明条件
等によりプレートアライメントセンサ18a,18bか
ら出力される画像信号の極度分布が変化することがあ
る。図24は、プレートPの表面状態や照明条件等によ
り観察されるマーク像が変化する様子を示す図である。
図24(a)に示した例では、マークAM1の像Im1
1が周囲よりも暗い像として観察され、図24(b)に
示した例では、マークAM1の像Im11が周囲よりも
明るい像として観察される様子を図示している。図24
(a)に示した場合には、図中において符号SX1,S
Y1を付した画像信号が得られる。一方、図24(b)
に示した場合には、図中において符号SX2,SY2を
付した画像信号が得られる。つまり、図24(a)と図
24(b)とでは、マーク像の濃淡関係が逆転している
ことになる。
Here, the extreme distribution of the image signals output from the plate alignment sensors 18a and 18b may change depending on the surface condition of the plate P, illumination conditions, and the like. FIG. 24 is a diagram showing how the mark image observed changes depending on the surface condition of the plate P, illumination conditions, and the like.
In the example shown in FIG. 24A, the image Im1 of the mark AM1
1 is observed as a darker image than the surroundings, and the example shown in FIG. 24B illustrates that the image Im11 of the mark AM1 is observed as an image brighter than the surroundings. FIG.
In the case shown in (a), symbols SX1 and S
An image signal with Y1 is obtained. On the other hand, FIG.
In the case shown in (1), image signals denoted by symbols SX2 and SY2 in the figure are obtained. That is, in FIG. 24A and FIG. 24B, the density relationship of the mark images is reversed.

【0074】いま、図24に示した画像信号SX1,S
Y1が得られたときにマークAM1の位置情報を求める
ことができる処理アルゴリズムを用いて画像処理を行っ
たところ、実際に得られた画像信号が図24(b)に示
した画像信号SX2,SY2である場合には、マークA
M1の位置情報を求めることができないことがある。こ
のように、本実施形態においては、まず基板情報に基づ
いてマーク像の状態を予測して画像処理をしているが、
予測に反して位置情報が求められない場合には、図24
(b)の画像信号がSX2,SY2である場合にマーク
AM1の位置情報を求める処理アルゴリズムで画像処理
が行われる。主制御系15は、アライメントセンサ18
aが備える撮像素子42から出力される画像信号に対し
て画像処理を施してマークAM1の位置情報を求めるこ
とができた処理アルゴリズムを記憶装置15aに画像処
理情報として記憶する。このように、本実施形態では主
制御系15が画像信号に含まれるマーク像の濃淡関係に
応じて、複数の処理アルゴリズムを切替えている。
Now, the image signals SX1, S shown in FIG.
When image processing was performed using a processing algorithm that can obtain the position information of the mark AM1 when Y1 was obtained, the image signals actually obtained were image signals SX2 and SY2 shown in FIG. , The mark A
In some cases, the position information of M1 cannot be obtained. As described above, in the present embodiment, the image processing is performed by first predicting the state of the mark image based on the board information.
When the position information is not obtained contrary to the prediction, the position information shown in FIG.
When the image signal in (b) is SX2 or SY2, image processing is performed by a processing algorithm for obtaining position information of the mark AM1. The main control system 15 includes an alignment sensor 18
The processing algorithm that has performed image processing on the image signal output from the image sensor 42 included in “a” to obtain the position information of the mark AM1 is stored in the storage device 15a as image processing information. As described above, in the present embodiment, the main control system 15 switches a plurality of processing algorithms according to the shading relationship of the mark image included in the image signal.

【0075】尚、本実施形態では説明を簡単化するた
め、この画像処理情報が現在プレートステージPS上に
載置されているプレートPを含むロット単位で記憶され
る場合を説明する。同一ロット又は関連するロット内の
プレートPの表面状態はほぼ同一であると考えられる。
よって、本実施形態では、そのロットに含まれる他のプ
レートPが現在プレートステージPS上に載置されてい
るプレートPと表面状態(マーク像の状態がほぼ同一)
であると予測して、記憶装置15aに記憶された画像処
理情報に含まれる処理アルゴリズムを用いて位置計測す
ることにより、位置計測に要する時間を短縮している。
尚、画像処理情報は、プレートPを単位としてはプレー
トPに形成されたマークを単位として記憶するようにし
ても良い。
In this embodiment, for the sake of simplicity, a case will be described in which this image processing information is stored in units of lots including the plate P currently mounted on the plate stage PS. It is considered that the surface condition of the plate P in the same lot or a related lot is almost the same.
Therefore, in the present embodiment, the surface state (the state of the mark image is almost the same) of the other plate P included in the lot and the plate P currently mounted on the plate stage PS.
Is estimated, and the position is measured using the processing algorithm included in the image processing information stored in the storage device 15a, thereby shortening the time required for the position measurement.
It should be noted that the image processing information may be stored with the mark formed on the plate P as a unit with the plate P as a unit.

【0076】図22に戻り、ステップS32の処理が終
了すると、ステップS32で計測された位置情報P1
x,P1y,P2yを用いてプレートPのシフト量及び
回転量を算出する処理が行われる(ステップS34)。
次に、プレートPの回転量が次の計測処理に影響を与え
るのを防止するために、プレートPの回転量が予め定め
られた許容範囲内であるか否かが判断される(ステップ
S36)。
Returning to FIG. 22, when the processing in step S32 is completed, the position information P1 measured in step S32
A process of calculating the shift amount and the rotation amount of the plate P using x, P1y, and P2y is performed (step S34).
Next, in order to prevent the rotation amount of the plate P from affecting the next measurement processing, it is determined whether the rotation amount of the plate P is within a predetermined allowable range (step S36). .

【0077】ステップS36における判断結果が「N
O」の場合には、ステップS38にてプレートPの回転
量が許容値内に収まるようプレートステージPSを回転
してステップS40へ進む。一方、ステップS36にお
ける判断結果が「YES」の場合には、そのままステッ
プS40へ進む。ステップS40では、プレートアライ
メントセンサ18aを用いてプレートPに形成されたマ
ークAM1のY軸方向の位置情報並びにプレートアライ
メントセンサ18bを用いてプレートPに形成されたマ
ークAM2のX軸方向の位置情報及びY軸方向の位置情
報をファイン計測する処理が行われる。
If the result of the determination in step S36 is "N
In the case of "O", the plate stage PS is rotated so that the rotation amount of the plate P falls within the allowable value in step S38, and the process proceeds to step S40. On the other hand, if the result of the determination in step S36 is "YES", the flow proceeds directly to step S40. In step S40, the position information in the Y-axis direction of the mark AM1 formed on the plate P using the plate alignment sensor 18a, and the position information in the X-axis direction of the mark AM2 formed on the plate P using the plate alignment sensor 18b. Processing for finely measuring the position information in the Y-axis direction is performed.

【0078】図25は、ファイン計測時に撮像素子42
の撮像面に結像するマークAM1の像Im11及び指標
マークの像Imの一例を示す図である。図25は、理解
の容易のため、撮像面FP1内において、マークAM1
の像Im11の中心位置に指標マークの像Imが配置さ
れた状態で結像している様子を示している。指標マーク
の像Imは図7に示した第2遮光部37bにより検出光
IL1を遮光して形成されるため、周囲よりも暗い像と
なる。図25に示したように、ファイン計測では、主制
御系15が、撮像素子42の撮像面FP1内に設定され
た検出領域SC1内におけるX軸方向の信号強度の変化
及び検出領域SC2内におけるY軸方向の信号強度の変
化に基づいて撮像面FPに結像した像のエッジ位置を検
出し、各エッジ位置の間隔から撮像面FPに結像した指
標マークの像Imの中心位置に対するマークAM1の像
Im11の中心位置のX軸方向及びY軸方向のずれ量を
求めることにより、マークAM1の位置情報を計測す
る。ここで、マークAM1の位情報を計測する際にエッ
ジ位置を検出しているが、主制御系15は記憶装置15
aに記憶されている画像処理情報を読み出して。画像処
理情報に含まれる処理アルゴリズムを用いてエッジ位置
を検出する。このように、本実施形態では、主制御系1
5が記憶装置15aに記憶された画像処理情報に基づい
て、前記複数の処理アルゴリズムのうち1つを優先させ
ている。尚、マークAM2に関しても同様な処理が行わ
れて位置情報が計測される。以上の処理によって、主制
御系15は、位置情報P1y,P2x,P2yを求め
る。
FIG. 25 shows the image sensor 42 during fine measurement.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an image Im11 of a mark AM1 and an image Im of an index mark formed on the imaging surface of FIG. FIG. 25 shows a mark AM1 on the imaging plane FP1 for easy understanding.
3 shows a state where the image Im of the index mark is formed at the center position of the image Im11. Since the image Im of the index mark is formed by shielding the detection light IL1 by the second light shielding portion 37b shown in FIG. 7, the image Im is darker than the surroundings. As shown in FIG. 25, in the fine measurement, the main control system 15 changes the signal intensity in the X-axis direction in the detection area SC1 set in the imaging plane FP1 of the imaging element 42 and changes the Y intensity in the detection area SC2. The edge position of the image formed on the imaging surface FP is detected based on the change in the signal strength in the axial direction, and the mark AM1 relative to the center position of the image Im of the index mark formed on the imaging surface FP is determined from the interval between the edge positions. The position information of the mark AM1 is measured by calculating the shift amounts of the center position of the image Im11 in the X-axis direction and the Y-axis direction. Here, the edge position is detected when measuring the position information of the mark AM1.
Read out the image processing information stored in a. An edge position is detected using a processing algorithm included in the image processing information. Thus, in the present embodiment, the main control system 1
5 gives priority to one of the plurality of processing algorithms based on the image processing information stored in the storage device 15a. Note that the same processing is performed on the mark AM2 to measure the position information. Through the above processing, the main control system 15 obtains the position information P1y, P2x, P2y.

【0079】そして、ステップS40で計測された位置
情報P1y,P2x,P2yを用いてシフト量及び回転
量を求める処理が行われる(ステップS42)。次に、
ステップS42で求めた回転量が許容範囲内であるか否
かが判断される(ステップS44)。判断結果が「N
O」である場合には、プレートPの回転量が許容範囲内
に収まる程度にステージを回転し(ステップS46)、
処理はステップS40へ戻る。一方、ステップS44の
判断結果が「YES」の場合には、プレートアライメン
トセンサ18cを用いてプレートPに形成されたマーク
AM3をファイン計測する処理が行われる(ステップS
48)。このファイン計測を行う場合にも主制御系15
は記憶装置15aに記憶されている画像処理情報に基づ
いた画像処理を行う。
Then, a process for obtaining the shift amount and the rotation amount is performed using the position information P1y, P2x, P2y measured in step S40 (step S42). next,
It is determined whether the rotation amount obtained in step S42 is within an allowable range (step S44). The judgment result is "N
If "O", the stage is rotated to such an extent that the rotation amount of the plate P falls within the allowable range (step S46).
The process returns to step S40. On the other hand, if the determination result of step S44 is "YES", a process of finely measuring the mark AM3 formed on the plate P using the plate alignment sensor 18c is performed (step S44).
48). The main control system 15 also performs this fine measurement.
Performs image processing based on image processing information stored in the storage device 15a.

【0080】以上の処理を経てプレートアライメントセ
ンサ18a〜18cを用いてプレートPに形成されたマ
ークAM1〜AM3の位置情報を計測する処理は終了す
る。このように、本実施形態では画像処理を行う際に用
いる処理アルゴリズムを示す情報を画像処理情報として
記憶装置15aに記憶し、画像処理を行う際にはマーク
像の状態を予測して画像処理し、マークの位置情報を求
めているので、無駄な処理が繰り返し行われないため
に、画像処理に要する時間を短縮することができ、その
結果スループットを向上させることができる。
Through the above processing, the processing for measuring the position information of the marks AM1 to AM3 formed on the plate P using the plate alignment sensors 18a to 18c is completed. As described above, in the present embodiment, information indicating a processing algorithm used when performing image processing is stored in the storage device 15a as image processing information, and when performing image processing, the state of a mark image is predicted and image processing is performed. Since the position information of the mark is obtained, unnecessary processing is not repeatedly performed, so that the time required for image processing can be reduced, and as a result, the throughput can be improved.

【0081】以上の計測で得られた4つの位置情報、つ
まりマークAM1のY軸方向の位置情報P1y、マーク
AM2のX軸方向の位置情報P2x、マークAM2のy
軸方向の位置情報P2y、及びマークAM3のX軸方向
の位置情報P3xを用いて所謂エンハンスト・グローバ
ル・アライメント(EGA)計測と称される統計演算処
理を行って、露光領域SA1〜SA4の配列座標を算出
する。次に、主制御系15は、EGA計測にて得られた
露光領域SA1〜SA4の配列座標及び予め求めてある
ベースライン量に基づいて、プレートPの露光領域SA
1と露光中心との位置合わせを行い、照明光学系からの
露光光をマスクM上に照射してマスクMに形成されたパ
ターンの像を、投影光学系PLを介してプレートPの露
光領域SA1に転写する。その後、マスクMを交換する
とともにプレートステージPSをステッピング駆動して
プレートPに設定された全露光領域SA1〜SA4を露
光する。以上で、露光処理の一連の動作は終了する。
The four pieces of position information obtained by the above measurement, that is, the position information P1y of the mark AM1 in the Y-axis direction, the position information P2x of the mark AM2 in the X-axis direction, and the position information P2x of the mark AM2
By using the axial position information P2y and the position information P3x of the mark AM3 in the X-axis direction, a statistical operation process called so-called enhanced global alignment (EGA) measurement is performed, and the array coordinates of the exposure areas SA1 to SA4 are obtained. Is calculated. Next, the main control system 15 determines the exposure area SA of the plate P based on the array coordinates of the exposure areas SA1 to SA4 obtained by the EGA measurement and the base line amount obtained in advance.
1 and the exposure center, the exposure light from the illumination optical system is irradiated onto the mask M, and the image of the pattern formed on the mask M is exposed to the exposure area SA1 of the plate P via the projection optical system PL. Transfer to After that, the mask M is exchanged and the plate stage PS is driven by stepping to expose all the exposure areas SA1 to SA4 set on the plate P. Thus, a series of operations of the exposure processing ends.

【0082】露光処理が終了したプレートPはプレート
ステージPSから搬出され、新たなプレートPSがプレ
ートステージPS上に搬入・載置され、プレートアライ
メントセンサ18a〜18dにより前述したサーチ計測
及びファイン計測が行われ、プレートPの位置情報が計
測される。このとき、プレートアライメントセンサ18
a〜18dから出力される画像信号に対しては、記憶装
置15aに記憶される画像処理情報に含まれる処理アル
ゴリズムを特定する情報に基づいた画像処理を行う。
The plate P after the exposure processing is carried out of the plate stage PS, a new plate PS is carried in and placed on the plate stage PS, and the above-described search measurement and fine measurement are performed by the plate alignment sensors 18a to 18d. Then, the position information of the plate P is measured. At this time, the plate alignment sensor 18
Image processing is performed on image signals output from a to 18d based on information specifying a processing algorithm included in the image processing information stored in the storage device 15a.

【0083】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範
囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態
ではステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に
挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の
露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光
装置の照明光学系の光源は、超高圧水銀ランプから射出
されるg線(436nm)及びi線(365nm)等を
用いていたが、これに限らず、KrFエキシマレーザ
(248nm)、ArFエキシマレーザ(193n
m)、F2レーザ(157nm)から射出されるレーザ
光、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。また、前述した
実施形態においては、液晶表示素子を製造する場合を例
に挙げて説明したが、もちろん、液晶表示素子の製造に
用いられる露光装置だけではなく、半導体素子等を含む
ディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンを半
導体基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造
に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ
転写する露光装置、及びCCD等の撮像素子の製造に用
いられる露光装置等にも本発明を適用することができ
る。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the step-and-repeat type exposure apparatus has been described as an example, but the present invention is also applicable to a step-and-scan type exposure apparatus. The light source of the illumination optical system of the exposure apparatus according to the present embodiment uses g-ray (436 nm) and i-ray (365 nm) emitted from an ultra-high pressure mercury lamp, but is not limited to this. (248 nm), ArF excimer laser (193n)
m), a laser beam emitted from an F 2 laser (157 nm), or a charged particle beam such as an X-ray or an electron beam. 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. Further, in the above-described embodiment, the case of manufacturing a liquid crystal display element has been described as an example. An exposure apparatus used to transfer a device pattern onto a semiconductor substrate, an exposure apparatus used to manufacture a thin-film magnetic head to transfer a device pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus used to manufacture an imaging device such as a CCD. The present invention can also be applied to

【0084】また、本発明の位置計測装置が備える指標
板に形成される指標マークは図7に示したものに制限さ
れない。また、プレートPに形成されるマークAM1〜
AM4も図9に示した形状に制限されることはない。指
標マーク及びプレートPに形成されるマークAM1〜A
M4の形状は、画像処理等の処理に合わせて適宜設計す
ることができる。例えば、上記実施形態では、撮像素子
の撮像面に結像されたときのマークの像Im11と指標
マークの像Imとの関係は、図25に示されるように指
標マークの像Imがマークの像Im11に囲まれた関係
となっていたが、逆に、マークの像Im11を指標マー
クの像Imが囲む関係となるよう設計されていても良
い。また、プレートPに形成されたマークAMの位置情
報をプレートアライメントセンサAM1〜AM4で計測
する場合、プレートPの表面状態(例えば、表面に形成
されるパターンの形状や表面に塗布される感光剤の膜厚
等)に応じて図5中のダイクロイックフィルタ32の組
み合わせを変えて、プレートP上に照射する検出光IL
の波長を変更することが好適である。
The index marks formed on the index plate provided in the position measuring device of the present invention are not limited to those shown in FIG. The marks AM1 to AM1 formed on the plate P
AM4 is not limited to the shape shown in FIG. Index marks and marks AM1 to AM formed on plate P
The shape of M4 can be appropriately designed according to processing such as image processing. For example, in the above embodiment, the relationship between the mark image Im11 and the index mark image Im when formed on the imaging surface of the image sensor is such that the index mark image Im is the mark image as shown in FIG. Although the relationship is surrounded by Im11, the relationship may be designed so that the mark image Im11 is surrounded by the index mark image Im. When the position information of the mark AM formed on the plate P is measured by the plate alignment sensors AM1 to AM4, the surface state of the plate P (for example, the shape of the pattern formed on the surface or the photosensitive agent applied to the surface). The combination of the dichroic filters 32 shown in FIG.
Is preferably changed.

【0085】また、上記実施形態においては、空間像検
出装置20a,20bで画像処理用マークIMの像又は
指標マークの像の位置情報を計測する際に、像の一部が
欠けた画像信号が得られたときであっても、マークの位
置情報を計測する場合を例に挙げて説明したが、プレー
トPに形成されたマークAM1〜AM4の位置情報をプ
レートアライメントセンサ18a〜18dで計測する際
にも同様な処理を行ってマークAM1〜AM4を求める
ことができる。更に、上記実施形態ではマークAM1〜
AM4の位置情報をプレートアライメントセンサ18a
〜18dで計測する際に、プレートPの表面状態や照明
条件によって得られる像の状態が変化するときであって
も処理アルゴリズムを変えて画像処理を行うことにより
位置情報を計測する場合を例に挙げて説明したが、指標
マークの像Imを計測する場合において、プレートPの
表面状態や照明条件に応じて像の濃淡が変化する場合に
も処理アルゴリズムを変えることにより対応することが
できる
In the above embodiment, when the spatial image detecting devices 20a and 20b measure the position information of the image of the image processing mark IM or the index mark image, the image signal with a part of the image missing is measured. Even when it is obtained, the case where the position information of the mark is measured has been described as an example. However, when the position information of the marks AM1 to AM4 formed on the plate P is measured by the plate alignment sensors 18a to 18d. Similarly, the marks AM1 to AM4 can be obtained by performing the same processing. Further, in the above embodiment, the marks AM1 to AM1
The position information of AM4 is transmitted to the plate alignment sensor 18a.
In the case where the position information is measured by changing the processing algorithm and performing image processing even when the state of the image obtained by the surface state of the plate P or the illumination condition changes when measuring at ~ 18d. As described above, when the image Im of the index mark is measured, it is possible to cope with the case where the shading of the image changes according to the surface condition of the plate P or the illumination condition by changing the processing algorithm.

【0086】次に本発明の一実施形態による露光装置を
リソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方
法の実施形態について説明する。図26は、マイクロデ
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)の製造例
のフローチャートを示す図である。図26に示すよう
に、まず、ステップS50(設計ステップ)において、
マイクロデバイスの機能・性能設計(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S51(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(レチクル)を製作する。一方、ステッ
プS52(ウェハ製造ステップ)において、シリコン等
の材料を用いてウェハを製造する。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a micro device using an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention in a lithography process will be described. FIG. 26 shows a micro device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, a liquid crystal panel,
FIG. 4 is a diagram showing a flowchart of a manufacturing example of a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, and the like). As shown in FIG. 26, first, in step S50 (design step),
The function / performance design of the micro device (for example, the circuit design of a semiconductor device) is performed, and the pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S51 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S52 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0087】次に、ステップS53(ウェハ処理ステッ
プ)において、ステップS50〜ステップS52で用意
したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等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S54(デバイス組立ステッ
プ)において、ステップS53で処理されたウェハを用
いてデバイス組立を行う。このステップS54には、ダ
イシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング
工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップS55(検査ステップ)において、ス
テップS54で作製されたマイクロ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
経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷され
る。
Next, in step S53 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in steps S50 to S52, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like, as described later. . Next, in step S54 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S53. Step S54 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary.
Finally, in step S55 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S54 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.

【0088】図27は、半導体デバイスの場合におけ
る、図26のステップS53の詳細なフローの一例を示
す図である。図27において、ステップS61(酸化ス
テップ)においてはウェハの表面を酸化させる。ステッ
プS62(CVDステップ)においてはウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップS63(電極形成ステップ)
においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップS64(イオン打込みステップ)においてはウェ
ハにイオンを打ち込む。以上のステップS61〜ステッ
プS64のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工
程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて
選択されて実行される。
FIG. 27 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S53 in FIG. 26 in the case of a semiconductor device. In FIG. 27, in step S61 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S62 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. Step S63 (electrode forming step)
In, electrodes are formed on a wafer by vapor deposition. In step S64 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S61 to S64 constitutes a pre-processing step in each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.

【0089】ウェハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップS
65(レジスト形成ステップ)において、ウェハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップS66(露光ステッ
プ)において、上で説明したリソグラフィシステム(露
光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンを
ウェハに転写する。次に、ステップS67(現像ステッ
プ)においては露光されたウェハを現像し、ステップS
68(エッチングステップ)において、レジストが残存
している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより
取り去る。そして、ステップS69(レジスト除去ステ
ップ)において、エッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。
In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step S
At 65 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S66 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in Step S67 (developing step), the exposed wafer is developed, and Step S67 is performed.
In step 68 (etching step), the exposed member other than the portion where the resist remains is removed by etching. Then, in step S69 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these pre-processing and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0090】以上説明した本実施形態のマイクロデバイ
ス製造方法を用いれば、露光工程(ステップS66)に
おいて上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用い
られ、真空紫外域の照明光により解像力の向上が可能と
なり、しかも露光量制御を高精度に行うことができるの
で、結果的に最小線幅が0.1μm程度の高集積度のデ
バイスを歩留まり良く生産することができる。
If the microdevice manufacturing method of the present embodiment described above is used, the above-described exposure apparatus and the above-described exposure method are used in the exposure step (step S66), and the resolution is improved by the illumination light in the vacuum ultraviolet region. In addition, since the exposure amount can be controlled with high precision, a highly integrated device having a minimum line width of about 0.1 μm can be produced with a high yield.

【0091】また、半導体素子等のマイクロデバイスだ
けではなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装
置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマ
スクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板
やシリコンウェハ等ヘ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。ここで、DUV(深紫外)や
VUV(真空紫外)光等を用いる露光装置では、一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プ
ロキシミティ方式のX線露光装置や電子線露光装置等で
は、透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマス
ク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等
が用いられる。なお、このような露光装置は、WO99
/34255号、WO99/50712号、WO99/
66370号、特開平11−194479号、特開2000−12453
号、特開2000−29202号等に開示されている。
In addition to a micro device such as a semiconductor device, a reticle or a mask used in an optical exposure apparatus, an EUV exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, or the like is manufactured using a mother reticle. The present invention is also applicable to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a glass substrate, a silicon wafer, or the like. Here, in an exposure apparatus using DUV (deep ultraviolet) or VUV (vacuum ultraviolet) light, a transmission reticle is generally used, and as a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride, quartz, or the like is used. In a proximity type X-ray exposure apparatus, electron beam exposure apparatus, or the like, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate. Such an exposure apparatus is described in WO99
No./34255, WO99 / 50712, WO99 /
66370, JP-A-11-194479, JP-A-2000-12453
And JP-A-2000-29202.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、撮像素子から出力される画像信号を画像処理する際
に、基板情報に基づいてマーク像の状態を予測して画像
処理を行うことにより基板に設けられたマーク像の位置
情報が求められる。よって、ロット単位の基板に対して
画像処理が最適化され、マークの位置情報が求められな
いといった事態を皆無にする又は極力少なくすることが
できるため、マークの位置を短時間で計測することがで
き、その結果スループットを向上させることができると
いう効果がある。また、本発明によれば、所定の軸に対
して互いに鏡像関係にある第1テンプレートと第2テン
プレートとを用いて画像信号に対してテンプレートマッ
チングをして各々の基準位置からマークの位置情報を求
めているため、マークの位置を正確に且つ短時間で計測
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、まずアライメントマークのおよその中心位置を求
め、対称に配置されたマーク要素の対を選択し、選択さ
れたマーク要素の対を信号処理してアライメントマーク
の位置情報を求めているため、例えばアライメントマー
クの一部が欠けた画像信号が得られた場合であっても、
アライメントマークを構成する残りのマーク要素から大
幅に精度を悪化させることなくアライメントマークの位
置情報を求めることができるという効果がある。また、
本発明によれば、アライメントマークを撮像して位置検
出の際に用いた処理アルゴリズムを記憶するようにして
いるので、同一ロット又は関連するロット内の他の基板
を処理する際に、その処理アルゴリズムを用いて処理を
行えば、アライメントマークの位置情報が得られないと
いった事態が皆無又は極めて少なくすることができるた
め、短時間でアライメントマークの位置情報が求められ
るという効果がある。
As described above, according to the present invention, when image processing is performed on an image signal output from an image sensor, image processing is performed by predicting the state of a mark image based on substrate information. Thus, position information of the mark image provided on the substrate is obtained. Therefore, image processing is optimized for a lot-by-lot substrate, and the situation that mark position information is not required can be eliminated or minimized, so that the mark position can be measured in a short time. As a result, there is an effect that the throughput can be improved. Also, according to the present invention, template matching is performed on an image signal using a first template and a second template that are mirror images of each other with respect to a predetermined axis, and mark position information is obtained from each reference position. Since it is required, there is an effect that the position of the mark can be measured accurately and in a short time. According to the present invention, first, an approximate center position of an alignment mark is obtained, a pair of symmetrically arranged mark elements is selected, and signal processing is performed on the selected pair of mark elements to obtain position information of the alignment mark. For example, even if an image signal in which a part of the alignment mark is missing is obtained,
There is an effect that the position information of the alignment mark can be obtained from the remaining mark elements constituting the alignment mark without greatly deteriorating the accuracy. Also,
According to the present invention, since the processing algorithm used at the time of position detection by imaging an alignment mark is stored, when processing another substrate in the same lot or a related lot, the processing algorithm is used. When the processing is performed using the method, the situation that the position information of the alignment mark cannot be obtained can be eliminated or extremely reduced, so that there is an effect that the position information of the alignment mark can be obtained in a short time.

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

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

【図2】 本発明の一実施形態による位置計測装置を備
える露光装置の概略構成を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of an exposure apparatus including a position measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図3】 各種の位置情報を計測する際に用いられるプ
レートホルダ11に設けられた部材の配置を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of members provided on a plate holder 11 used when measuring various types of position information.

【図4】 マスクMに形成される画像処理用マークIM
の形状の例を示す図である。
FIG. 4 shows an image processing mark IM formed on a mask M.
It is a figure showing an example of shape of.

【図5】 プレートアライメントセンサ18a〜18d
の光学系の構成を示す図である。
FIG. 5 shows plate alignment sensors 18a to 18d.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system of FIG.

【図6】 指標板36に形成された指標マーク37の形
状の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the shape of an index mark 37 formed on an index plate 36;

【図7】 第2遮光部37bの拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a second light shielding portion 37b.

【図8】 サーチ計測用の計測領域及びファイン計測用
の計測領域を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a measurement area for search measurement and a measurement area for fine measurement.

【図9】 プレートPに形成されるマークAMの形状を
示す図である。
FIG. 9 is a view showing the shape of a mark AM formed on a plate P.

【図10】 空間像検出装置20a,20bの構成を示
す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the aerial image detection devices 20a and 20b.

【図11】 空間像検出装置20a,20bを用いて画
像処理用マークのIMの位置情報計測の処理を説明する
ための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a process of measuring position information of an IM of an image processing mark using the aerial image detection devices 20a and 20b.

【図12】 画像信号に対して施される微分処理を説明
するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a differential process performed on an image signal.

【図13】 画像信号に対して施されるスライス処理を
説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a slice process performed on an image signal.

【図14】 相関法で用いられるテンプレートの一例を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a template used in the correlation method.

【図15】 空間像検出装置20bが備える撮像素子2
3で撮像された画像処理用マークIMの像を示す図であ
る。
FIG. 15 illustrates an image sensor 2 included in the aerial image detection device 20b.
FIG. 3 is a diagram illustrating an image of an image processing mark IM captured in 3.

【図16】 本発明の一実施形態による露光装置のベー
スライン量計測時の概略動作を示すフローチャートであ
る。
FIG. 16 is a flowchart illustrating a schematic operation of the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention when measuring a baseline amount.

【図17】 空間像検出装置20aが備える撮像素子2
3で撮像された指標マークの像を示す図である。
FIG. 17 shows an image sensor 2 included in the aerial image detection device 20a.
FIG. 3 is a diagram showing an image of an index mark captured in 3.

【図18】 指標マークの一部が欠けた画像信号が得ら
れる様子を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a state in which an image signal in which a part of an index mark is missing is obtained.

【図19】 画像処理用マークIMの一部が欠けた画像
信号が得られる様子を示す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a state in which an image signal in which a part of the image processing mark IM is missing is obtained.

【図20】 画像処理用マークIMの像の一部が欠けた
ときに行われる画像処理用マークIMの中心位置を求め
る処理を示すフローチャートである。
FIG. 20 is a flowchart illustrating a process of obtaining a center position of the image processing mark IM performed when a part of the image of the image processing mark IM is missing.

【図21】 プレートP上に形成されるマークの配置関
係を示す模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram showing an arrangement relationship of marks formed on a plate P.

【図22】 プレートアライメントセンサ18a〜18
dを用いてプレートPに形成されたマークAM1〜AM
4の位置情報を計測する際の動作の概略を示すフローチ
ャートである。
FIG. 22 shows plate alignment sensors 18a to 18
marks AM1 to AM formed on plate P using
4 is a flowchart illustrating an outline of an operation when measuring position information of No. 4;

【図23】 サーチ計測時において、プレートアライメ
ントセンサ18aが備える撮像素子42の撮像面にマー
クAM1の像及び指標マークの像が結像する様子を示す
図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which an image of a mark AM1 and an image of an index mark are formed on an imaging surface of an imaging element provided in a plate alignment sensor during a search measurement.

【図24】 プレートPの表面状態や照明条件等により
観察されるマーク像が変化する様子を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing how a mark image observed changes depending on the surface condition of the plate P, illumination conditions, and the like.

【図25】 ファイン計測時に撮像素子42の撮像面に
結像するマークAM1の像Im11及び指標マークの像
Imの一例を示す図である。
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an image Im11 of a mark AM1 and an image Im of an index mark formed on the imaging surface of the imaging element during fine measurement.

【図26】 マイクロデバイスの製造工程の一例を示す
フローチャートを示す図である。
FIG. 26 is a view illustrating a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of a micro device.

【図27】 半導体デバイスの場合における、図26の
ステップS53の詳細なフローの一例を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S53 in FIG. 26 in the case of a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 主制御系(処理手段) 15a 記憶装置(記憶手段、
画像処理部) 34 光ファイバ(光学系) 35 コンデンサレンズ(光
学系) 36 指標板(光学系) 38 リレーレンズ(光学
系) 39 ハーフミラー(光学
系) 40 対物レンズ(光学系) 41 第2対物レンズ(光学
系) 42 撮像素子 55a,58a テンプレート(第1の
テンプレート) 55b,58b テンプレート(第2の
テンプレート) 56,59 軸(所定の軸) AM1〜AM4 マーク(アライメント
マーク) G1,G2,G11,G12 基準位置 IM 画像処理用マーク(ア
ライメントマーク) P プレート(基板) Pa1〜Pa5 マーク要素 Pb1〜Pb5 マーク要素 Pc1〜Pc5 マーク要素 Pd1〜Pd5 マーク要素
15 Main control system (processing means) 15a Storage device (storage means,
Image processing unit) 34 Optical fiber (optical system) 35 Condenser lens (optical system) 36 Indicator plate (optical system) 38 Relay lens (optical system) 39 Half mirror (optical system) 40 Objective lens (optical system) 41 Second objective Lens (optical system) 42 Image sensor 55a, 58a Template (first template) 55b, 58b Template (second template) 56, 59 Axis (predetermined axis) AM1 to AM4 Mark (alignment mark) G1, G2, G11 , G12 Reference position IM Image processing mark (alignment mark) P plate (substrate) Pa1 to Pa5 mark element Pb1 to Pb5 mark element Pc1 to Pc5 mark element Pd1 to Pd5 mark element

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 AA04 AA06 AA12 AA17 AA20 BB27 CC00 CC20 CC25 DD06 FF04 FF10 FF41 FF51 FF61 GG02 GG04 GG24 HH12 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL12 LL22 NN20 PP12 PP13 QQ03 QQ13 QQ18 QQ23 QQ25 QQ38 QQ41 QQ42 SS02 SS13 TT02 5B057 AA03 CA08 CA12 CA16 CC02 CH18 DA07 DC16 DC33 5F031 CA05 CA07 HA57 JA02 JA04 JA06 JA12 JA17 JA28 JA29 JA38 KA06 MA27 5F046 DD03 FA10 FC04 Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA03 AA04 AA06 AA12 AA17 AA20 BB27 CC00 CC20 CC25 DD06 FF04 FF10 FF41 FF51 FF61 GG02 GG04 GG24 HH12 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 Q12 LL12 Q12 LL13 QQ38 QQ41 QQ42 SS02 SS13 TT02 5B057 AA03 CA08 CA12 CA16 CC02 CH18 DA07 DC16 DC33 5F031 CA05 CA07 HA57 JA02 JA04 JA06 JA12 JA17 JA28 JA29 JA38 KA06 MA27 5F046 DD03 FA10 FC04

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロット単位の基板に対し前記基板毎に設
けられたマークを投影する光学系と、該光学系を介して
投影された光学像の光電変換した画像信号を出力する撮
像素子と、該撮像素子から出力される画像信号を画像処
理し、前記光学像に含まれるマーク像の位置情報を求め
る処理手段とを備えた位置計測装置において、 前記処理手段は、前記ロット単位の基板の基板情報に基
づいて、前記画像信号のマーク像の状態を予測して画像
処理し、前記マークの位置情報を求めることを特徴とす
る位置計測装置。
An optical system for projecting a mark provided for each substrate on a substrate in a lot unit, an image sensor for outputting an image signal obtained by photoelectrically converting an optical image projected via the optical system, Processing means for performing image processing on an image signal output from the image sensor and obtaining position information of a mark image included in the optical image, wherein the processing means A position measuring device for predicting a state of a mark image of the image signal based on information and performing image processing to obtain position information of the mark.
【請求項2】 前記処理手段は、前記マークのエッジ部
の検出を行う複数の画像処理アルゴリズムを有し、前記
画像信号のマーク像の濃淡関係に応じて、前記複数の画
像処理アルゴリズムを切替えることを特徴とする請求項
1に記載の位置計測装置。
2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the processing unit has a plurality of image processing algorithms for detecting an edge portion of the mark, and switches the plurality of image processing algorithms in accordance with a density relationship of a mark image of the image signal. The position measuring device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記画像信号の画像処理における画像処
理情報と、前記ロット単位の基板情報とを記憶する記憶
手段を備え、 前記処理手段は、前記記憶手段に記憶された画像処理情
報に基づいて、前記複数の画像処理アルゴリズムのうち
1つを優先することを特徴とする請求項2記載の位置計
測装置。
3. A storage unit for storing image processing information in image processing of the image signal and substrate information on a lot-by-lot basis, wherein the processing unit is configured to store the image processing information based on the image processing information stored in the storage unit. 3. The position measuring device according to claim 2, wherein one of said plurality of image processing algorithms is prioritized.
【請求項4】 前記記憶手段は、位置計測を行う前記ロ
ット単位の基板毎に画像処理情報を記憶することを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の位置計測装
置。
4. The position measuring apparatus according to claim 1, wherein said storage means stores image processing information for each substrate of said lot for performing position measurement.
【請求項5】 前記画像信号には、複数のマーク像が含
まれており、前記記憶手段は、該マーク像毎の画像処理
情報を記憶することを特徴とする請求項1〜4のいずれ
か1項に記載の位置計測装置。
5. The image signal according to claim 1, wherein the image signal includes a plurality of mark images, and the storage unit stores image processing information for each of the mark images. Item 2. The position measuring device according to item 1.
【請求項6】 前記光学系は、前記基板に設けられたマ
ーク近傍に計測基準となる指標を投影すると共に、該投
影された指標の像と前記マークの像とを前記撮像素子の
検出面に投影することを特徴とする請求項1〜5のいず
れか1項に記載の位置計測装置。
6. The optical system projects an index serving as a measurement reference near a mark provided on the substrate, and displays an image of the projected index and an image of the mark on a detection surface of the image sensor. The position measuring device according to claim 1, wherein the position is measured.
【請求項7】 基板に設けられたマークを投影する光学
系と、該光学系を介して投影された光学像の光電変換し
た画像信号を出力する撮像素子と、該撮像素子から出力
される画像信号を画像処理し、前記光学像に含まれるマ
ーク像の位置情報を求める処理手段とを備えた位置計測
装置において、 前記マーク像の一部分と相関関係にあり、所定の位置に
基準位置を設けた第1のテンプレートと、 所定の軸に対し該第1のテンプレート及び前記基準位置
と鏡像関係に形成された第2のテンプレートと、 前記マーク像の対称な位置のそれぞれの部分に対して前
記第1のテンプレートと前記第2のテンプレートとをパ
ターンマッチングをして、それそれのテンプレートに設
けられた基準位置からマークの位置を求める画像処理部
とを備えたことを特徴とする位置計測装置。
7. An optical system for projecting a mark provided on a substrate, an image sensor for outputting an image signal obtained by photoelectrically converting an optical image projected via the optical system, and an image output from the image sensor. A position measuring apparatus comprising: a signal processing unit that performs image processing of a signal and obtains position information of a mark image included in the optical image, wherein a reference position is provided at a predetermined position in a correlation with a part of the mark image. A first template, a second template formed in a mirror image relationship with the first template with respect to a predetermined axis and the reference position, and a first template with respect to each symmetric position of the mark image. An image processing unit that performs pattern matching between the template and the second template and obtains a mark position from a reference position provided in each template. Position measurement device.
【請求項8】 基板に設けられたアライメントマークの
位置を検出するアライメント方法において、 所定の軸に対して複数のマーク要素を対称に配置して形
成された前記アライメントマークを撮像する第1ステッ
プと、 前記撮像されたアライメントマークのおよその中心位置
を求める第2ステップと、 前記第2ステップで求められた中心位置に基づいて、対
称に配置されたマーク要素の対を選択する第3ステップ
と、 前記選択されたマーク要素の対を信号処理することによ
り、前記アライメントマークの中心位置を求める第4ス
テップとを含むことを特徴とするアライメント方法。
8. An alignment method for detecting a position of an alignment mark provided on a substrate, comprising: a first step of imaging the alignment mark formed by symmetrically arranging a plurality of mark elements with respect to a predetermined axis. A second step of obtaining an approximate center position of the imaged alignment mark; and a third step of selecting a pair of symmetrically arranged mark elements based on the center position obtained in the second step; Obtaining a center position of the alignment mark by performing signal processing on the selected pair of mark elements.
【請求項9】 前記第4ステップは、前記対称に配置さ
れたマーク要素の対に対して、前記アライメントマーク
の中心に近い方のマーク要素の対に重みをおいて信号処
理することを特徴とする請求項8に記載のアライメント
方法。
9. The signal processing according to claim 4, wherein the fourth step performs signal processing on the pair of mark elements arranged symmetrically with a weight on a pair of mark elements closer to the center of the alignment mark. The alignment method according to claim 8, wherein the alignment is performed.
【請求項10】 前記アライメントマークは、前記所定
の軸と直交する方向に対して対称に複数のマーク要素の
対が配置され、それぞれの方向における中心位置がほぼ
一致したアライメントマークであり、 それぞれの方向に対して、前記第3ステップ及び第4ス
テップを行うことにより、アライメントマークの中心位
置を求めることを特徴とする請求項8又は9に記載のア
ライメント方法。
10. The alignment mark, wherein a plurality of pairs of mark elements are arranged symmetrically with respect to a direction orthogonal to the predetermined axis, and the center positions in the respective directions are substantially coincident with each other. 10. The alignment method according to claim 8, wherein a center position of the alignment mark is obtained by performing the third step and the fourth step with respect to a direction.
【請求項11】 ロット単位の基板に対し、前記基板毎
に設けられたアライメントマークの位置を検出するアラ
イメント方法において、 前記基板のアライメントマークを撮像し、前記撮像した
アライメントマークの位置検出の際に用いられた処理ア
ルゴリズムを記憶することを特徴とするアライメント方
法。
11. An alignment method for detecting a position of an alignment mark provided for each substrate with respect to a substrate in a lot unit, wherein an image of the alignment mark of the substrate is taken, and the position of the imaged alignment mark is detected. An alignment method characterized by storing a used processing algorithm.
【請求項12】 前記ロット単位の基板のアライメント
において、同じロット又は関連するロットの先の基板で
成功した位置検出の処理アルゴリズムを用いて位置検出
を行うことを特徴とする請求項11に記載のアライメン
ト方法。
12. The method according to claim 11, wherein, in the alignment of the substrates in the lot unit, position detection is performed using a processing algorithm of a successful position detection in a previous substrate of the same lot or a related lot. Alignment method.
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