JP2002231616A - Instrument and method for measuring position aligner and method of exposure, and method of manufacturing device - Google Patents

Instrument and method for measuring position aligner and method of exposure, and method of manufacturing device

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JP2002231616A
JP2002231616A JP2001028289A JP2001028289A JP2002231616A JP 2002231616 A JP2002231616 A JP 2002231616A JP 2001028289 A JP2001028289 A JP 2001028289A JP 2001028289 A JP2001028289 A JP 2001028289A JP 2002231616 A JP2002231616 A JP 2002231616A
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position information
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measurement
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Naohito Kondo
尚人 近藤
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
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Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an instrument and method for position determination with which the throughput of position measurement can be improved, by shortening the time required for the measurement of positional information, without lowering measurement accuracy, and to provide an aligner and method for exposure and a method of manufacturing device. SOLUTION: Relation between a deviated amount Δ of a wafer W in the Z-axis direction from the focal point of alignment sensors (13-39) and a positional deviated amount ΔX of an alignment mark AM in the X-Y plane, corresponding to a deviated amount ΔZ is prestored in a storage device 40. At the measuring of the positional information on the mark AM, the deviated amount ΔZ of the wafer W in the Z-axis direction from the focal point of the alignment sensors (13-39) is detected, and the positional information on the mark AM is found, by correcting the positional information of the mark AM measured by means of the sensors (13-39), based on the detected deviated amount ΔZ and the relation stored in the storage device 40.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等のデバイスの製造工程において、基板やレチ
クル等の物体に形成されたマークの位置情報を計測する
位置計測装置及び方法、当該位置計測装置及び方法を用
いて計測された位置情報に基づいて基板とレチクルとの
位置合わせ(アライメント)を行い、レチクルに形成さ
れた所定パターンの像を基板上に転写する露光装置及び
方法、並びに当該露光方法を用いてデバイスを製造する
デバイス製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring apparatus and a position measuring method for measuring position information of a mark formed on an object such as a substrate or a reticle in a process of manufacturing a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element. An exposure apparatus and method for performing alignment (alignment) between a substrate and a reticle based on position information measured using a measurement apparatus and method, and transferring an image of a predetermined pattern formed on the reticle onto the substrate, and an exposure apparatus and method. The present invention relates to a device manufacturing method for manufacturing a device using an exposure method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等の製造にお
いては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル(以
下、これらをレチクルと総称する)に形成された微細な
パターンの像をフォトレジスト等の感光剤が塗布された
半導体ウェハやガラスプレート等の上に転写することが
繰り返し行われる。特に半導体素子の製造においては、
露光装置としてステップ・アンド・リピート方式の縮小
投影型の露光装置(いわゆるステッパー)が用いられる
ことが多い。上記パターンの像の転写を行う際には、基
板の位置と転写されるレチクルに形成されたパターン像
の位置とを精密に合わせる必要がある。特に半導体素子
の製造においては、数回〜十数回に亘ってパターンを正
確に重ね合わせなければならないが、近年形成されるパ
ターンが微細になっており、所望の性能を有する半導体
素子を製造するために位置合わせの精度向上が要求され
ている。基板やレチクルにはその位置を計測するための
マークが形成されており、露光装置はこれらのマークの
位置情報を計測することによってレチクル又は基板の位
置情報を計測する位置計測装置を備えている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display devices, and the like, an image of a fine pattern formed on a photomask or a reticle (hereinafter, these are collectively referred to as a reticle) by using an exposure apparatus is used for forming a photoresist or the like. Transfer onto a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent is repeatedly performed. Especially in the manufacture of semiconductor devices,
A step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus (so-called stepper) is often used as the exposure apparatus. When transferring the image of the pattern, it is necessary to precisely match the position of the substrate with the position of the pattern image formed on the reticle to be transferred. In particular, in the production of a semiconductor device, the pattern must be accurately overlapped several times to several tens of times, but the pattern formed in recent years is fine, and a semiconductor device having desired performance is produced. For this reason, it is required to improve the accuracy of alignment. Marks for measuring the positions of the substrate and the reticle are formed, and the exposure apparatus includes a position measuring device that measures the position information of the reticle or the substrate by measuring the position information of these marks.

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

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

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

【0006】また、上記の位置計測装置としては、投影
光学系を介して基板上のマークの位置情報を計測するT
TL(スルー・ザ・レンズ)方式、投影光学系を介する
ことなく直接基板上のマークの位置情報を計測するオフ
・アクシス方式、及び投影光学系を介して基板とレチク
ルとを同時に観察し、両者の相対位置関係を計測するT
TR(スルー・ザ・レチクル)方式等がある。これらの
位置計測装置を使用して、レチクルと基板との位置合わ
せを行う場合、露光装置には予め基板上に形成されたマ
ークと基板上に設定された複数の区画領域(ショット領
域)との位置関係が記憶されており、更に位置計測装置
の計測中心とレチクルのパターンの投影像の中心(露光
中心)との間隔であるベースライン量が求められてい
る。そして、位置計測装置によってマークの計測中心か
らのずれ量が計測され、このずれ量をベースライン量で
補正した距離だけ基板を移動することによって基板上に
設定された複数の区画領域(ショット領域)の中心が露
光中心に正確に位置合わせされた後に、露光光によりシ
ョット領域が露光される。
Further, as the position measuring device, there is provided a T position measuring device for measuring position information of a mark on a substrate via a projection optical system.
The TL (through-the-lens) method, the off-axis method of directly measuring the position information of the mark on the substrate without passing through the projection optical system, and the observation of the substrate and the reticle simultaneously via the projection optical system, T that measures the relative positional relationship of
There is a TR (through the reticle) method. When aligning the reticle with the substrate using these position measuring devices, the exposure device uses a mark formed on the substrate in advance and a plurality of defined regions (shot regions) set on the substrate. The positional relationship is stored, and a baseline amount, which is the distance between the measurement center of the position measurement device and the center (center of exposure) of the projected image of the reticle pattern, is obtained. Then, the position measuring device measures the amount of deviation of the mark from the measurement center, and moves the substrate by a distance obtained by correcting the amount of deviation with the baseline amount, so that a plurality of divided areas (shot areas) set on the substrate are obtained. After the center of the shot is accurately aligned with the center of exposure, the shot area is exposed by exposure light.

【0007】上述した各位置計測装置の内、LIA方式
の位置計測装置及びLSA方式の位置計測装置は、投影
光学系を介して基板上のマークの位置計測を行うTTL
方式又はTTR方式の位置計測装置として用いられるこ
とが多く、FIA方式の位置計測装置はオフ・アクシス
方式の位置計測装置として用いられることが多い。よっ
て、LIA方式の位置計測装置及びLSA方式の位置計
測装置は、主に投影光学系の色収差を避けるために単一
波長のレーザビームが用いられる。しかしながら、基板
上には通常0.5μm〜2μm程度の厚さのフォトレジ
ストが塗布されているため、単一波長のレーザビームを
用いるとフォトレジスト内で干渉縞が生じてしまい、そ
の結果計測結果が誤ったものとなることがある。
[0007] Among the above-mentioned position measuring devices, the LIA type position measuring device and the LSA type position measuring device are TTL for measuring the position of a mark on a substrate via a projection optical system.
Is often used as a position measuring device of the TIA method or the TTR method, and the position measuring device of the FIA method is often used as a position measuring device of an off-axis method. Therefore, the LIA-type position measurement device and the LSA-type position measurement device mainly use a laser beam of a single wavelength to avoid chromatic aberration of the projection optical system. However, since a photoresist having a thickness of about 0.5 μm to 2 μm is usually applied on the substrate, interference fringes are generated in the photoresist when a single-wavelength laser beam is used. May be wrong.

【0008】FIA方式の位置計測装置をオフ・アクシ
ス方式として実装した場合には、マークに照射する光が
投影光学系を通過しないので、投影光学系における色収
差を考慮する必要がなく、その結果波長帯域幅の広い光
源を用いることができる。波長帯域幅の広い光源を用い
ると、単一波長のレーザビームを用いたときに生ずる干
渉効果が低減でき、マークの位置情報を高精度に検出す
ることができる。尚、かかるFIA方式の位置計測装置
は、照明光の波長帯域幅が広いため、位置計測装置の結
像光学系は照明光に対して色収差を補正するように設計
されている。
When the position measuring device of the FIA system is mounted as an off-axis system, the light irradiated to the mark does not pass through the projection optical system, so that it is not necessary to consider the chromatic aberration in the projection optical system. Light sources with a wide bandwidth can be used. When a light source having a wide wavelength bandwidth is used, an interference effect generated when a laser beam having a single wavelength is used can be reduced, and position information of a mark can be detected with high accuracy. Since the FIA type position measuring device has a wide wavelength bandwidth of illumination light, the imaging optical system of the position measuring device is designed to correct chromatic aberration with respect to the illumination light.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、FIA方式
の位置計測装置をオフ・アクシス方式として実装した場
合について考えると、位置計測装置の結像光学系は上述
したように色収差が除去されるように設計や調整がなさ
れているが、色収差以外の収差(例えばコマ収差や非点
収差等)が残存している。また、位置計測装置の結像光
学系は通常テレセントリック光学系を構成している。よ
って、基板に形成されたマークが位置計測装置の焦点位
置からずれて配置されている場合、基板に垂直な方向に
おけるマークの焦点位置からのずれ量に応じて基板面内
におけるマークの位置が横ずれして計測されるため計測
誤差が生ずる。従来は、この横ずれが生じないように位
置計測装置の焦点位置からのずれ量を予め検出した後
に、この検出結果に基づいて基板垂直方向における基板
の位置を調整してからマークの基板面内における位置情
報を計測していた。
Considering the case where the FIA type position measuring device is mounted as an off-axis type, the image forming optical system of the position measuring device is designed so that chromatic aberration is removed as described above. Although the design and adjustment have been made, aberrations other than chromatic aberration (for example, coma and astigmatism) remain. Further, the imaging optical system of the position measuring device usually constitutes a telecentric optical system. Therefore, when the mark formed on the substrate is displaced from the focal position of the position measuring device, the position of the mark in the substrate surface is laterally shifted according to the deviation amount of the mark from the focal position in the direction perpendicular to the substrate. Measurement is performed, a measurement error occurs. Conventionally, after detecting the amount of deviation from the focus position of the position measuring device in advance so that this lateral deviation does not occur, the position of the substrate in the substrate vertical direction is adjusted based on the detection result, and then the mark in the substrate surface is I was measuring location information.

【0010】近年、半導体素子の製造のみならず、種々
のデバイスを製造するにあたっては単位時間あたりの処
理数、即ちスループットを高く設定することが要求され
ており、この要求は年々高まる一方である。スループッ
トを高くすることは1枚の基板の処理に要する時間を短
縮することを意味する。よって、基板の処理上なるべく
不要な処理を削減する必要がある。
In recent years, not only in the manufacture of semiconductor elements, but also in the manufacture of various devices, it has been required to set the number of processes per unit time, that is, the throughput high, and this demand is increasing year by year. Increasing the throughput means reducing the time required for processing one substrate. Therefore, it is necessary to reduce unnecessary processing as much as possible in processing the substrate.

【0011】上述したように、従来は位置計測装置を用
いて基板上に形成されたマークの位置情報を計測する際
に、マークの位置計測装置の焦点位置からのずれ量を一
度検出して、検出後に基板面に対して垂直な方向の基板
位置を調整して基板面内におけるマークの位置情報を計
測するようにしており、位置計測毎に基板表面の垂直方
向における基板の移動が必要であったため、スループッ
トが向上しないという問題があった。特に、半導体素子
の製造では、一枚の基板上に複数のショット領域が形成
され、このショット領域各々に対してマークが形成され
ている。よって、位置計測装置で計測を行うマークの数
が多く、その分スループットが低下する。
As described above, conventionally, when measuring the position information of a mark formed on a substrate using a position measuring device, the amount of deviation of the mark from the focal position of the position measuring device is detected once. After the detection, the substrate position in the direction perpendicular to the substrate surface is adjusted to measure the position information of the mark in the substrate surface. Therefore, there is a problem that the throughput is not improved. In particular, in the manufacture of a semiconductor device, a plurality of shot regions are formed on one substrate, and a mark is formed for each of the shot regions. Therefore, the number of marks to be measured by the position measurement device is large, and the throughput is reduced accordingly.

【0012】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、計測精度を低下させずに位置情報の計測に要す
る時間の短縮を図り、もってスループットを向上するこ
とができる位置計測装置及び方法、露光装置及び方法、
並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the time required for measuring position information without deteriorating the measurement accuracy, thereby improving the throughput. , Exposure apparatus and method,
Another object of the present invention is to provide a device manufacturing method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の観点による位置計測装置は、物体
(W)上に形成されたマーク(AM、AMX、AMY)の
二次元平面(XY平面)内における位置情報を、対物光
学系(18、19)を含む位置計測光学系(13、1
4、15、16、17、18、19、20、21、2
2、23、24、25、26、27)を介して計測する
位置計測手段(28)と、前記対物光学系(18、1
9)と前記位置計測光学系(13、14、15、16、
17、18、19、20、21、22、23、24、2
5、26、27)の一部とを含み、前記二次元平面(X
Y平面)に対して垂直な方向(Z軸方向)における合焦
位置を持つ焦点検出光学系(16、17、18、19、
20、21、22、23、30、31、32、33、3
4、35、36、37、38)を有し、前記合焦位置と
前記物体(W)との整合状態を、前記焦点検出光学系
(16、17、18、19、20、21、22、23、
30、31、32、33、34、35、36、37、3
8)を介して検出する焦点検出手段(39)と、前記整
合状態の変化と前記位置情報の変化との関係を記憶する
記憶手段(40)とを具備し、前記記憶手段(40)に
記憶された前記関係と、前記位置計測手段(28)によ
り計測された計測値とに基づいて、前記マーク(AM、
AMX、AMY)の前記二次元平面(XY平面)内におけ
る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、焦点検出光学系の合焦位置と物体との整合状態
の変化と、この変化に応じた二次元平面内におけるマー
クの位置情報との変化との関係を予め記憶手段に記憶し
ておき、マークの位置情報を計測する際に、検出された
焦点検出光学系の合焦位置と物体との整合状態の変化と
記憶手段に記憶している関係とに基づいて位置計測手段
によって計測された位置情報を補正することにより二次
元平面内におけるマークの位置情報を求めている。よっ
て、物体が焦点検出光学系の合焦位置からずれていた
り、位置計測光学系にコマ収差や非点収差等の収差が残
存していてマークが横ずれした状態で位置情報が計測さ
れても、この横ずれが補正された位置情報を求めること
ができるため、二次元平面内におけるマークの位置情報
を計測精度を低下させずに計測することができる。ま
た、本発明の第2の観点による位置計測装置は、第1の
観点による位置計測装置において、前記記憶手段(4
0)が、前記合焦位置を含む前記垂直方向(Z軸方向)
の所定範囲内の複数の垂直位置のそれぞれに前記物体
(W)が存在した時の前記位置情報を、当該垂直位置の
変化と前記位置情報の変化とを対応づけて記憶すること
を特徴としている。この発明によれば、記憶装置が焦点
検出光学系の合焦位置を含む垂直方法の所定範囲におけ
る物体の垂直位置の変化と位置情報の変化とを対応づけ
て記憶しているため、焦点検出光学系の合焦位置に対す
るZ軸方向のずれ量と−Z軸方向のずれ量との絶対値が
等しくても二次元平面内における位置情報のずれ量の絶
対値が相違する場合(この現象は主に収差が原因で生ず
る現象である)にも位置情報の精度の低下を招かずに位
置情報を計測することができる。また、本発明の第3の
観点による位置計測装置は、第1の観点又は第2の観点
による位置計測装置において、前記物体(W)を載置し
た状態で前記垂直方向(Z軸方向)に移動可能なステー
ジ(7)と、前記ステージ(7)の前記垂直方向(Z軸
方向)への移動に伴う、前記位置計測手段(28)によ
る計測値の変化を検出する検出手段(12)とを有し、
前記記憶手段(40)は、前記検出手段(12)による
検出結果を記憶することを特徴としている。この発明に
よれば、物体を載置するステージを垂直方向に移動させ
つつ位置計測手段の計測値の変化を記憶手段に記憶させ
るようにしているので、短時間で焦点検出光学系の合焦
位置に対する物体の垂直位置の変化と二次元平面内にお
けるマークの位置情報の変化との関係を連続的に得るこ
とができる。また、本発明の第4の観点による位置計測
装置は、第3の観点による位置計測装置において、前記
検出手段(12)による検出時に、前記位置計測手段
(28)は、前記ステージ(7)上に設けられた基準マ
ーク(8)の位置情報を計測することを特徴としてい
る。この発明によれば、検出手段による検出時に、ステ
ージ上に設けられた基準マークを計測して焦点検出光学
系の合焦位置に対する物体の垂直位置の変化と二次元平
面内におけるマークの位置情報の変化との関係を求めて
いるため、焦点検出光学系の合焦位置からのずれと位置
計測光学系に残存する収差とに起因する二次元平面内に
おける横ずれ量を、物体上に形成されるマークの形状に
起因する影響を受けずに求めることができる。また、本
発明の第5の観点による位置計測装置は、第3の観点に
よる位置計測装置において、前記検出手段(12)によ
る検出時に、前記位置計測手段(28)は、前記ステー
ジ(7)上に載置されている前記物体(W)上に形成さ
れたマーク(AM、AMX、AMY)の位置情報を計測す
ることを特徴としている。この発明によれば、検出手段
による検出時に、物体上に形成されたマークを計測して
焦点検出光学系の合焦位置に対する物体の垂直位置の変
化と二次元平面内におけるマークの位置情報の変化との
関係を求めているため、焦点検出光学系の合焦位置から
のずれと位置計測光学系に残存する収差とに起因する二
次元平面内における横ずれ量を、物体上に形成されるマ
ークの形状に応じて生ずる横ずれ量を含めて求めること
ができる。よって、物体上に形成されるマークの形状
が、位置情報の計測において横ずれを生じさせ易い形状
である場合には、マークの形状に起因する影響を含めて
横ずれを求めることができるため、高い精度でマークの
位置情報を求める際には極めて好適である。また、本発
明の第6の観点による位置計測装置は、第5の観点によ
る位置計測装置において、前記物体(W)は、所定の処
理が施された複数枚を一組のロット単位とする基板であ
り、前記検出手段(12)は、少なくとも前記ロットの
先頭の基板に対して、前記検出を行うことを特徴として
いる。この発明によれば、ロットを単位とする複数枚の
基板に対して焦点検出光学系の合焦位置に対する物体の
垂直位置の変化と二次元平面内におけるマークの位置情
報の変化との関係を求める際に、ロットの先頭の基板又
はロット先頭の数枚の基板に対して検出を行い、そのロ
ット内の残りの基板については、検出を行った基板の検
出結果に基づいて計測されたマークの位置情報を補正す
るようにしている。よって、これら残りの基板に対して
は焦点検出光学系の合焦位置に対する物体の垂直位置の
変化と二次元平面内におけるマークの位置情報の変化と
の関係を求める処理を行わないので、位置情報の計測に
要する時間の短縮を図ることができる。また、本発明の
第7の観点による位置計測装置は、第6の観点による位
置計測装置において、前記基板(W)上には複数の前記
マーク(AM、AMX、AMY)が形成されでおり、前記
検出手段(12)は、前記複数のマーク(AM、A
X、AMY)毎に求められた、前記ステージ(7)の前
記垂直方向(Z軸方向)の移動に伴う前記計測値の変化
を検出し、前記記憶手段(40)は、前記マーク(A
M、AMX、AMY)毎の計測値の変化の平均値を、前記
垂直方向(Z軸方向)への移動と対応づけて記憶するこ
とを特徴としている。この発明によれば、ロットの先頭
の基板又はロット先頭の数枚の基板に対して検出を行う
際に、ステージの垂直方向の移動に伴う計測値の変化を
複数のマーク毎に求めてその平均値を記憶手段に記憶
し、そのロット内の残りの基板については、記憶手段に
記憶した平均値に基づいて計測されたマークの位置情報
を補正するようにしている。同一ロット内においてはほ
ぼ同じ処理が施された基板が設けられ、基板毎の表面状
態はほぼ同一であり、また基板内においてもマーク毎の
横ずれ量が全く相違するといった状況はあまり生じな
い。しかしながら、一枚の基板から得られる計測結果の
みに基づいて補正を行ったのでは、偶然計測を行った基
板の表面状態が悪い場合等高い信頼性が得られない場合
が考えられる。そこで、マーク毎の平均値を得ることで
信頼性を高めつつ、計測精度を低下させずに位置情報の
計測に要する時間の短縮を図る上で好適である。また、
本発明の第8の観点による位置計測装置は、物体(W)
上に形成されたマーク(AM、AMX、AMY)の二次元
平面(XY平面)内における位置情報を計測する位置計
測装置において、前記二次元平面(XY平面)に対して
垂直な方向(Z軸方向)における合焦位置を持つ焦点検
出光学系(16、17、18、19、20、21、2
2、23、30、31、32、33、34、35、3
6、37、38)を介して、前記合焦位置と前記物体
(W)との整合状態を検出する焦点検出手段(39)
と、前記マーク(AM、AMX、AMY)の前記二次元平
面(XY平面)内における位置情報を計測する位置計測
手段(28)と、前記物体(W)を載置した状態で、前
記二次元平面(XY平面)内及び前記垂直方向(Z軸方
向)への移動を行うステージ(7)と、前記焦点検出手
段(39)により検出された前記整合状態に基づく前記
垂直方向(Z軸方向)への前記ステージ(7)の移動を
行うことなく、前記位置計測手段(28)による計測動
作を行うように、前記ステージ(7)及び前記位置計測
手段(28)を制御する制御手段(12)とを有するこ
とを特徴としている。この発明によれば、物体が焦点検
出光学系の合焦位置から垂直方向にずれて配置されてい
る場合であっても、ステージの移動を行うことなく物体
が合焦位置からずれた状態で計測動作を行うように制御
手段がステージ及び位置計測手段を制御している。よっ
て、マーク毎に物体を焦点検出光学系の焦点位置に配置
する制御が省略されるため、位置情報の計測に要する時
間を極めて短縮することができ、その結果としてスルー
プットを向上させることができる。また、本発明の第9
の観点による位置計測装置は、第8の観点による位置計
測装置において、前記整合状態の変化と前記位置情報の
変化との関係を記憶する記憶手段(40)を更に有し、
前記記憶手段(40)に記憶された前記関係と、前記位
置計測手段(28)により計測された計測値とに基づい
て、前記マーク(AM、AMX、AMY)の前記二次元平
面(XY平面)内における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、焦点検出光学系の合焦
位置と物体との整合状態の変化と、この変化に応じた二
次元平面内におけるマークの位置情報との変化との関係
を予め記憶手段に記憶しておき、物体が焦点検出光学系
の合焦位置に配置されていない状態であっても位置計測
手段によってマークの二次元平面内における位置情報を
計測し、この位置情報を記憶手段に記憶した関係に基づ
いて補正している。よって、マーク毎に物体を焦点検出
光学系の焦点位置に配置する制御が省略されるために位
置情報の計測に要する時間を極めて短縮することができ
るとともに、計測精度を低下させずにマークの位置情報
を計測することができる。また、本発明の露光装置は、
上記第1の観点から第9の観点の何れかの位置計測装置
により求められた前記マーク(AM、AMX、AMY)の
位置情報に基づいて、前記マーク(AM、AMX、A
Y)が形成されている基板の位置決めを行う位置決め
手段(11、12)を有し、前記位置決め手段(11、
12)で位置決めされた前記基板(W)上に所定パター
ン(PA)を転写することを特徴としている。この発明
によれば、位置計測装置によって計測精度を低下させず
に短時間で位置情報の計測結果が得られており、この計
測結果に基づいて基板の位置合わせを行って基板上に所
定パターンが転写されるので、位置合わせを精度良く行
うことができ、しかもスループットを向上させることが
できる。また、本発明の第1の観点による位置計測方法
は、物体(W)上に形成されたマーク(AM、AMX
AMY)の二次元平面(XY平面)内における位置情報
を計測する位置計測方法であって、前記マーク(AM、
AMX、AMY)の前記二次元平面(XY平面)内におけ
る位置情報を、対物光学系(18、19)を含む位置計
測光学系(13、14、15、16、17、18、1
9、20、21、22、23、24、25、26、2
7)を介して計測し、前記対物光学系(18、19)と
前記位置計測光学系(13、14、15、16、17、
18、19、20、21、22、23、24、25、2
6、27)の一部とを含み、前記二次元平面(XY平
面)に対して垂直な方向(Z軸方向)における合焦位置
を持つ焦点検出光学系(16、17、18、19、2
0、21、22、23、30、31、32、33、3
4、35、36、37、38)を介して、前記合焦位置
と前記物体(W)との整合状態を検出し、前記整合状態
の変化と前記位置情報の変化との関係を記憶し、前記記
憶されている前記関係と、前記計測された計測値とに基
づいて、前記マーク(AM、AMX、AMY)の前記二次
元平面(XY平面)内における位置情報を決定すること
を特徴としている。また、本発明の第2の観点による位
置計測方法は、第1の観点による位置計測方法におい
て、前記位置情報の決定を行う前に、前記物体(W)の
前記垂直方向(Z軸方向)への移動により前記整合状態
が変化することに伴う、前記計測値の変化を検出してお
き、前記検出された結果に基づき求められた前記関係を
記憶しておくことを特徴としている。これらの発明によ
れば、焦点検出光学系の合焦位置と物体との整合状態の
変化と、この変化に応じた二次元平面内におけるマーク
の位置情報との変化との関係を予め記憶手段に記憶して
おき、マークの位置情報を計測する際に、検出された焦
点検出光学系の合焦位置と物体との整合状態の変化と記
憶手段に記憶している関係とに基づいて位置計測手段に
よって計測された位置情報を補正することにより二次元
平面内におけるマークの位置情報を求めている。よっ
て、物体が焦点検出光学系の合焦位置からずれていた
り、位置計測光学系にコマ収差や非点収差等の収差が残
存していてマークが横ずれした状態で位置情報が計測さ
れても、この横ずれが補正された位置情報を求めること
ができるため、二次元平面内におけるマークの位置情報
を計測精度を低下させずに計測することができる。ま
た、本発明の第3の観点による位置計測方法は、第2の
観点による位置計測方法において、前記関係は、前記物
体(W)を載置するステージ(7)上に固設された基準
マーク(8)の位置情報、或いは前記ステージ(7)上
に載置されている前記物体(W)上に形成されたマーク
(AM、AMX、AMY)の位置情報の、前記ステージ
(7)の垂直方向(Z軸方向)への移動に伴う計測値の
変化を検出することにより求められることを特徴として
いる。この発明によれば、ステージ上に設けられた基準
マーク又は物体状に形成されたマークを計測して焦点検
出光学系の合焦位置に対する物体の垂直位置の変化と二
次元平面内におけるマークの位置情報の変化との関係を
求めている。よって、焦点検出光学系の合焦位置からの
ずれと位置計測光学系に残存する収差とに起因する二次
元平面内における横ずれ量を、物体上に形成されるマー
クの形状に起因する影響を受けずに、又は位置情報の計
測において横ずれを生じさせ易い形状である場合にはマ
ークの形状に起因する影響を含めた関係を得ることがで
きる。また、本発明の第4の観点による位置計測方法
は、物体(W)上に形成されたマーク(AM、AMX
AMY)の二次元平面(XY平面)内における位置情報
を計測する位置計測方法であって、前記二次元平面(X
Y平面)に対して垂直な方向(Z軸方向)における合焦
位置を持つ焦点検出光学系(16、17、18、19、
20、21、22、23、30、31、32、33、3
4、35、36、37、38)を介して、前記合焦位置
と前記物体(W)との整合状態を検出し、前記物体
(W)を載置するステージ(7)の、前記整合状態の検
出結果に基づく前記垂直方向(Z軸方向)への移動を行
うことなく、前記マーク(AM、AMX、AMY)の前記
二次元平面(XY平面)内における前記位置情報の計測
を行うことを特徴としている。また、本発明の第5の観
点による位置計測方法は、第4の観点による位置計測方
法において、前記位置情報の計測が、前記整合状態の検
出後に行われることを特徴としている。これらの発明に
よれば、焦点検出光学系の合焦位置と物体との整合状態
の変化と、この変化に応じた二次元平面内におけるマー
クの位置情報との変化との関係を予め記憶しておき、物
体が焦点検出光学系の合焦位置に配置されていない状態
であっても位置計測手段によってマークの二次元平面内
における位置情報を計測し、この位置情報を記憶手段に
記憶した関係に基づいて補正している。よって、マーク
毎に物体を焦点検出光学系の焦点位置に配置する制御が
省略されるために位置情報の計測に要する時間を極めて
短縮することができるとともに、計測精度を低下させず
にマークの位置情報を計測することができる。また、本
発明の露光方法は、上記第1の観点から第5の観点の何
れかの観点の位置計測方法により求められた前記マーク
(AM、AMX、AMY)の位置情報に基づいて、前記マ
ーク(AM、AMX、AMY)が形成されている基板
(W)の位置決めを行い、前記位置決めがなされた前記
基板(W)上に、所定パターン(PA)を転写すること
を特徴としている。この発明によれば、計測精度を低下
させずに短時間で位置情報の計測結果を得ており、この
計測結果に基づいて基板の位置合わせを行って基板上に
所定パターンが転写されるので、位置合わせを精度良く
行うことができ、しかもスループットを向上させること
ができる。また、本発明のデバイス製造方法は、上記の
露光方法を用いて、デバイスパターン(PA)を前記基
板(W)上に転写する工程を含む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 provides a position measuring device for a mark (AM, AM X , AM Y ) formed on an object (W). The position information in the two-dimensional plane (XY plane) is converted into position measurement optical systems (13, 1) including objective optical systems (18, 19).
4, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 2,
2, 23, 24, 25, 26, 27) and a position measuring means (28) for measuring through the objective optical system (18, 1).
9) and the position measurement optical system (13, 14, 15, 16,
17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 2
5, 26, 27), and the two-dimensional plane (X
A focus detection optical system (16, 17, 18, 19, 19) having a focus position in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the Y plane
20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 3
4, 35, 36, 37, 38), and the matching state between the in-focus position and the object (W) is determined by the focus detection optical system (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 22). 23,
30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 3
8) a focus detection means (39) for detecting the change in the alignment state and a change in the position information; and a storage means (40) for storing the relationship between the change in the alignment state and the change in the position information. The mark (AM, AM) based on the obtained relationship and the measurement value measured by the position measurement means (28).
AM X, is characterized by obtaining the position information within said two-dimensional plane (XY plane) of the AM Y). According to the present invention, the relationship between the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane according to this change is stored in the storage means in advance. In addition, when measuring the position information of the mark, by the position measuring means based on the change of the matching state between the detected focus position of the focus detection optical system and the object and the relationship stored in the storage means, The position information of the mark in the two-dimensional plane is obtained by correcting the measured position information. Therefore, even if the object is shifted from the in-focus position of the focus detection optical system, or the position measurement optical system is left with aberrations such as coma and astigmatism, and the position information is measured in a state where the mark is laterally shifted, Since the position information in which the lateral displacement has been corrected can be obtained, the position information of the mark in the two-dimensional plane can be measured without lowering the measurement accuracy. Further, the position measuring device according to the second aspect of the present invention is the position measuring device according to the first aspect, wherein the storage means (4
0) is the vertical direction (Z-axis direction) including the focus position
And storing the position information when the object (W) is present at each of a plurality of vertical positions within the predetermined range in association with the change in the vertical position and the change in the position information. . According to the present invention, since the storage device stores the change in the vertical position of the object and the change in the position information in a predetermined range of the vertical method including the focus position of the focus detection optical system in association with each other, the focus detection optical system is used. Even if the absolute value of the shift amount in the Z-axis direction and the absolute value of the shift amount in the -Z-axis direction with respect to the focusing position of the system are equal, the absolute value of the shift amount of the position information in the two-dimensional plane is different (this phenomenon is mainly This is a phenomenon caused by aberrations), and the position information can be measured without lowering the accuracy of the position information. Further, the position measuring device according to a third aspect of the present invention is the position measuring device according to the first aspect or the second aspect, wherein the object (W) is placed in the vertical direction (Z-axis direction) with the object (W) mounted thereon. A movable stage (7), and a detecting means (12) for detecting a change in a value measured by the position measuring means (28) accompanying the movement of the stage (7) in the vertical direction (Z-axis direction). Has,
The storage means (40) stores a detection result by the detection means (12). According to the present invention, since the change in the measurement value of the position measurement means is stored in the storage means while the stage on which the object is mounted is moved in the vertical direction, the focus position of the focus detection optical system can be shortened in a short time. , And the relationship between the change in the vertical position of the object with respect to and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane can be continuously obtained. The position measuring device according to a fourth aspect of the present invention is the position measuring device according to the third aspect, wherein the position measuring means (28) is mounted on the stage (7) when the detecting means (12) performs detection. It is characterized by measuring the position information of the reference mark (8) provided in. According to the present invention, at the time of detection by the detecting means, the reference mark provided on the stage is measured to change the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system and to determine the position information of the mark in the two-dimensional plane. Since the relationship with the change is obtained, the amount of lateral displacement in a two-dimensional plane caused by the deviation from the focus position of the focus detection optical system and the aberration remaining in the position measurement optical system is determined by a mark formed on the object. Can be obtained without being affected by the shape of. A position measuring device according to a fifth aspect of the present invention is the position measuring device according to the third aspect, wherein the position measuring means (28) is mounted on the stage (7) upon detection by the detecting means (12). It is characterized by measuring the position information of the mounting has been that the object (W) is formed on the mark (AM, AM X, AM Y ) to. According to the present invention, at the time of detection by the detection means, the mark formed on the object is measured, and the change in the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane are measured. And the amount of lateral displacement in a two-dimensional plane caused by the deviation from the focus position of the focus detection optical system and the aberration remaining in the position measurement optical system, It can be obtained including the amount of lateral displacement generated according to the shape. Therefore, when the shape of the mark formed on the object is a shape that is likely to cause a lateral displacement in the measurement of the position information, the lateral displacement can be obtained including the influence due to the shape of the mark. It is very suitable when the position information of the mark is obtained by using. Further, the position measuring device according to a sixth aspect of the present invention is the position measuring device according to the fifth aspect, wherein the object (W) is a substrate having a plurality of substrates subjected to a predetermined process and having a set of lot units. And the detection means (12) performs the detection on at least the first substrate of the lot. According to the present invention, a relationship between a change in a vertical position of an object with respect to a focus position of a focus detection optical system and a change in position information of a mark in a two-dimensional plane is determined for a plurality of substrates in lot units. At the time, detection is performed on the first substrate of the lot or several substrates at the beginning of the lot, and for the remaining substrates in the lot, the position of the mark measured based on the detection result of the detected substrate The information is corrected. Therefore, the processing for obtaining the relationship between the change in the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane is not performed on these remaining substrates. Measurement time can be reduced. A position measuring device according to a seventh aspect of the present invention is the position measuring device according to the sixth aspect, wherein a plurality of the marks (AM, AM X , AM Y ) are formed on the substrate (W). The detecting means (12) is adapted to detect the plurality of marks (AM, A
M X, found for the AM Y), detecting a change in said measurement value due to the movement in the vertical direction (Z axis direction) of the stage (7), said storage means (40), said mark ( A
M, AM X , AM Y ), and stores the average value of the change in the measured value in association with the movement in the vertical direction (Z-axis direction). According to the present invention, when detection is performed on the first substrate of a lot or on several substrates at the beginning of a lot, a change in a measurement value accompanying movement of the stage in the vertical direction is obtained for each of a plurality of marks, and an average thereof is obtained. The value is stored in the storage means, and for the remaining substrates in the lot, the position information of the mark measured based on the average value stored in the storage means is corrected. Substrates that have been subjected to substantially the same processing are provided in the same lot, the surface condition of each substrate is substantially the same, and the situation in which the lateral shift amount of each mark is completely different even within the substrate does not often occur. However, if the correction is performed based only on the measurement result obtained from one substrate, high reliability may not be obtained, for example, when the surface state of the substrate that is accidentally measured is poor. Therefore, it is preferable to obtain the average value for each mark to improve the reliability and reduce the time required for measuring the position information without lowering the measurement accuracy. Also,
The position measuring device according to the eighth aspect of the present invention provides an object (W)
In a position measuring device for measuring position information of a mark (AM, AM X , AM Y ) formed on a two-dimensional plane (XY plane), a direction perpendicular to the two-dimensional plane (XY plane) ( Focus detection optical system (16, 17, 18, 19, 20, 21, 2, 2) having a focus position in the Z-axis direction)
2, 23, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 3,
6, 37, 38) focus detection means (39) for detecting the state of alignment between the in-focus position and the object (W)
A position measuring means (28) for measuring position information of the mark (AM, AM X , AM Y ) in the two-dimensional plane (XY plane); A stage (7) that moves in a two-dimensional plane (XY plane) and in the vertical direction (Z-axis direction); and a stage (7) based on the alignment state detected by the focus detection means (39). Control means for controlling the stage (7) and the position measuring means (28) so as to perform the measuring operation by the position measuring means (28) without moving the stage (7) (direction). 12). According to the present invention, even when an object is vertically displaced from the focus position of the focus detection optical system, measurement is performed in a state where the object is displaced from the focus position without moving the stage. The control means controls the stage and the position measuring means to perform the operation. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and as a result, the throughput can be improved. In addition, the ninth aspect of the present invention
The position measuring device according to the aspect of the present invention is the position measuring device according to the eighth aspect, further comprising a storage unit (40) that stores a relationship between the change in the matching state and the change in the position information,
The two-dimensional plane (XY) of the mark (AM, AM X , AM Y ) based on the relationship stored in the storage means (40) and the measurement value measured by the position measurement means (28). It is characterized in that position information within a plane is obtained. According to the present invention, the relationship between the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane according to this change is stored in the storage means in advance. In addition, even when the object is not located at the in-focus position of the focus detection optical system, position information of the mark in the two-dimensional plane is measured by the position measurement unit, and the position information is stored in the storage unit. Correction is based on the relationship. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and the position of the mark can be reduced without lowering the measurement accuracy. Information can be measured. Further, the exposure apparatus of the present invention,
Based on the above the marks obtained by any of the position measuring device of the ninth aspect of the first aspect (AM, AM X, AM Y ) position information of the mark (AM, AM X, A
M Y ) having positioning means (11, 12) for positioning the substrate on which the positioning means (11, 12) are formed.
The method is characterized in that a predetermined pattern (PA) is transferred onto the substrate (W) positioned in 12). According to the present invention, the measurement result of the position information is obtained in a short time without lowering the measurement accuracy by the position measurement device. Based on the measurement result, the substrate is aligned and a predetermined pattern is formed on the substrate. Since the transfer is performed, the alignment can be performed with high accuracy, and the throughput can be improved. Further, the position measurement method according to the first aspect of the present invention provides a mark (AM, AM X ,
AM Y ) is a position measurement method for measuring position information in a two-dimensional plane (XY plane), wherein the mark (AM,
AM X , AM Y ) in the two-dimensional plane (XY plane) is converted into position measurement optical systems (13, 14, 15, 16, 17, 18, 1) including objective optical systems (18, 19).
9, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 2,
7), and the objective optical system (18, 19) and the position measuring optical system (13, 14, 15, 16, 17,
18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 2,
6, 27), and has a focus position in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the two-dimensional plane (XY plane) (16, 17, 18, 19, 2).
0, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 3
4, 35, 36, 37, 38) to detect a matching state between the in-focus position and the object (W), and store a relationship between a change in the matching state and a change in the position information; wherein said relationship being the storage, on the basis on the measured measurement value, said mark (AM, AM X, AM Y ) determining the position information within said two-dimensional plane (XY plane) of And The position measuring method according to a second aspect of the present invention is the position measuring method according to the first aspect, wherein the object (W) is moved in the vertical direction (Z-axis direction) before the position information is determined. The change of the measurement value caused by the change of the alignment state due to the movement of is detected, and the relation obtained based on the detected result is stored. According to these inventions, the relationship between the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane according to this change is stored in advance in the storage means. When measuring the position information of the mark, the position measuring means is based on the change of the in-focus state between the detected focus position of the focus detection optical system and the object and the relationship stored in the storage means. The position information of the mark in the two-dimensional plane is obtained by correcting the position information measured by the method. Therefore, even if the object is shifted from the in-focus position of the focus detection optical system, or the position measurement optical system is left with aberrations such as coma and astigmatism, and the position information is measured in a state where the mark is laterally shifted, Since the position information in which the lateral displacement has been corrected can be obtained, the position information of the mark in the two-dimensional plane can be measured without lowering the measurement accuracy. In a position measurement method according to a third aspect of the present invention, in the position measurement method according to the second aspect, the relation is such that the reference mark is fixed on a stage (7) on which the object (W) is mounted. The stage (7) of the position information of (8) or the position information of the mark (AM, AM X , AM Y ) formed on the object (W) placed on the stage (7). Is obtained by detecting a change in the measured value accompanying the movement of the measured value in the vertical direction (Z-axis direction). According to the present invention, the reference mark provided on the stage or the mark formed in the shape of an object is measured to change the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system and the position of the mark in a two-dimensional plane. Seeking a relationship with changes in information. Therefore, the amount of lateral displacement in a two-dimensional plane caused by the deviation of the focus detection optical system from the in-focus position and the aberration remaining in the position measurement optical system is affected by the shape of the mark formed on the object. However, if the position information has a shape that is likely to cause a lateral displacement in the measurement of the position information, a relationship including an influence due to the shape of the mark can be obtained. Further, the position measurement method according to the fourth aspect of the present invention provides a mark (AM, AM X ,
AM Y ) is a position measurement method for measuring position information in a two-dimensional plane (XY plane), wherein the two-dimensional plane (X
A focus detection optical system (16, 17, 18, 19, 19) having a focus position in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the Y plane
20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 3
4, 35, 36, 37, 38), the matching state between the in-focus position and the object (W) is detected, and the matching state of the stage (7) on which the object (W) is placed performing the based on the detection result without performing movement in the vertical direction (Z axis direction), the mark (AM, AM X, AM Y ) measurement of the position information within said two-dimensional plane (XY plane) of It is characterized by: Further, a position measuring method according to a fifth aspect of the present invention is the position measuring method according to the fourth aspect, wherein the measurement of the position information is performed after the detection of the matching state. According to these inventions, the relationship between the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane according to this change is stored in advance. Even when the object is not located at the focus position of the focus detection optical system, the position measurement means measures the position information of the mark in the two-dimensional plane, and the position information is stored in the storage means. It is corrected based on. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and the position of the mark can be reduced without lowering the measurement accuracy. Information can be measured. Further, the exposure method of the present invention is based on the position information of the mark (AM, AM X , AM Y ) obtained by the position measurement method according to any one of the first to fifth aspects. Positioning the substrate (W) on which the marks (AM, AM X , AM Y ) are formed, and transferring a predetermined pattern (PA) onto the positioned substrate (W). I have. According to the present invention, the measurement result of the position information is obtained in a short time without reducing the measurement accuracy, and the predetermined pattern is transferred onto the substrate by performing the alignment of the substrate based on the measurement result. Positioning can be performed with high accuracy, and the throughput can be improved. Further, a device manufacturing method of the present invention includes a step of transferring a device pattern (PA) onto the substrate (W) using the above-described exposure method.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による位置計測装置及び方法、露光装置及び方
法、並びにデバイス製造方法について詳細に説明する、
図1は、本発明の一実施形態による位置計測装置を備え
る本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す図で
ある。本実施形態においては、本発明を位置検出装置と
してオフアクシス方式のアライメントセンサを備えたス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置に適用した場
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XY
Z直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説
明する。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対
して平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して垂直
となる方向に設定されている。図中のXYZ座標系は、
実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸
が鉛直上方向に設定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a position measuring apparatus and method, an exposure apparatus and method, and a device manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention including a position measuring device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a step-and-repeat type exposure apparatus having an off-axis type alignment sensor as a position detection device will be described. In the following description,
The XYZ rectangular coordinate system shown in FIG.
The positional relationship between the members will be described with reference to the Z orthogonal coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Z axis are set to be parallel to the paper surface, and the Y axis is set to a direction perpendicular to the paper surface. The XYZ coordinate system in the figure is
Actually, the XY plane is set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.

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

【0016】レチクルRは、モータ2によって投影光学
系PLの光軸AXの方向に微動可能で、且つその光軸A
Xに垂直な面内で2次元移動及び微小回転可能なレチク
ルステージ3上に載置されている。レチクルステージ3
の端部にはレーザ干渉計4からのレーザビームを反射す
る移動鏡5が固定されており、レチクルステージ3の2
次元的な位置はレーザ干渉計4によって、例えば0.0
1μm程度の分解能で常時検出されている。
The reticle R can be finely moved by the motor 2 in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL.
The reticle stage 3 is mounted on a reticle stage 3 capable of two-dimensional movement and minute rotation in a plane perpendicular to X. Reticle stage 3
A movable mirror 5 for reflecting the laser beam from the laser interferometer 4 is fixed to an end of the reticle stage 3.
The dimensional position is determined by, for example, 0.0
It is always detected with a resolution of about 1 μm.

【0017】上記レチクルRのパターン領域PAを透過
した露光光ELは、例えば両側(片側でも良い。)テレ
セントリックな投影レンズPLに入射してウェハ(基
板)W上の各ショット領域に投影される。ここで、投影
レンズPLは、露光光ELの波長に関して最良に収差補
正されており、その波長のもとでレチクルRとウェハW
とは互いに共役になっている。また、照明光ELは、ケ
ラー照明であり、投影レンズPLの瞳(図示省略)の中
心に光源像として結像されている。尚、投影レンズPL
は複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝
材としては露光光ELの波長に応じて石英、蛍石等の光
学材料から選択される。
The exposure light EL transmitted through the pattern area PA of the reticle R is incident on, for example, both sides (or one side) of a telecentric projection lens PL and is projected on each shot area on a wafer (substrate) W. Here, the projection lens PL is best corrected for aberration with respect to the wavelength of the exposure light EL, and the reticle R and the wafer W
And are conjugate to each other. The illumination light EL is Keller illumination, and is formed as a light source image at the center of a pupil (not shown) of the projection lens PL. Incidentally, the projection lens PL
Has a plurality of optical elements such as lenses, and the glass material of the optical elements is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the exposure light EL.

【0018】ウェハWはウェハホルダ6を介してウェハ
ステージ7上に載置されている。ここで、ウェハホルダ
6上に載置されたウェハWについて説明する。図2は、
ウェハWの概略構成例を示す上面図である。図2に示し
たように、ウェハWの上面にはレチクルRのパターン領
域PAに形成されたパターンの像が転写される複数のシ
ョット領域SA1〜SAn(nは自然数)がX軸方向及
びY軸方向に所定の間隔をもって配列されている。各シ
ョット領域AS1〜SAnの間には長さ方向がX軸方向
に設定されたストリートラインSLXと長さ方向がY軸
方向に設定されたストリートラインSLYとが形成され
ている。尚、ストリートラインSLX,SLYとをまとめ
て総称する場合にはストリートラインSLと称する。
The wafer W is mounted on a wafer stage 7 via a wafer holder 6. Here, the wafer W placed on the wafer holder 6 will be described. FIG.
FIG. 3 is a top view illustrating a schematic configuration example of a wafer W. As shown in FIG. 2, on the upper surface of the wafer W, a plurality of shot areas SA1 to SAn (n is a natural number) to which an image of a pattern formed in the pattern area PA of the reticle R is transferred are in the X-axis direction and the Y-axis. They are arranged at predetermined intervals in the direction. Between each shot area AS1~SAn are formed and street line SL Y the street line SL X and the length direction set lengthwise direction in the X-axis direction is set in the Y-axis direction. The street lines SL X and SL Y are collectively referred to as a street line SL.

【0019】図3は、1つのショット領域の近傍の構成
を示す上面図である。図3において、ショット領域SA
k(kは自然数)に対応してX軸方向計測用のアライメ
ントマークAMXがストリートラインSLX上に形成され
ており、Y軸方向計測用のアライメントマークAMY
ストリートラインSLY上に形成されている。これらの
アライメントマークAMX,AMYをまとめて総称する場
合には、アライメントマークAMと称する。尚、図3に
示した例では、アライメントマークAMXのX軸方向に
おける中心点を通りY軸に平行な直線と、アライメント
マークAMYのY軸方向における中心点を通りX軸に平
行な直線との交点がショット領域SAkの中心点に位置
するように、ショット領域SAk及びアライメントマー
クAMX,AMYが設定されている。
FIG. 3 is a top view showing the configuration near one shot area. In FIG. 3, the shot area SA
k (k is a natural number) and the alignment mark AM X for X-axis direction measurement in response to is formed on the street line SL X, formed in the Y-axis direction alignment mark AM Y for measuring street on line SL Y Have been. These alignment marks AM X, in the case of collectively collectively AM Y is referred to as the alignment mark AM. In the example shown in FIG. 3, the alignment mark AM and the straight line parallel to the street Y axis the center point in the X-axis direction of X, the alignment mark AM Y of parallel as X axis the center point in the Y-axis direction line intersection between the so as to be positioned in the center point of the shot area SAk, shot area SAk and the alignment mark AM X, AM Y is set.

【0020】尚、図3においては、1次元のライン・ア
ンド・スペースマークと称されるアライメントマークA
X,AMYを図示しているが、一度の計測でX軸方向の
位置情報とY軸方向の位置情報との両方を得ることがで
きる2次元計測用のアライメントマークAMを用いても
良い。図4は、2次元計測用のアライメントマークAM
の一例の構成を示す上面図である。図4に示した2次元
計測用のアライメントマークAMは、長手方向がY軸方
向に設定されたマーク要素am1をX軸方向に一定の間
隔をもって配列してなるX軸方向の位置情報を計測する
ための部分と、長手方向がX軸方向に設定されたマーク
要素am2をY軸方向に一定の間隔をもって配列してな
るY軸方向の位置情報を計測するための部分とからな
る。この2次元計測用のアライメントマークAMを用い
て1回の計測でX軸方向の位置情報とY軸方向の位置情
報とを一度に計測することで、ストリートラインSL上
に形成されるアライメントマークの数を低減することが
できるとともに、計測に要する時間を短縮することがで
き、高スループットを図る上で好ましい。
In FIG. 3, an alignment mark A called a one-dimensional line and space mark is provided.
M X, are illustrated the AM Y, may be used an alignment mark AM in a single measurement in a 2-dimensional measurement both can be obtained between the position information and the Y-axis direction position information of the X-axis direction . FIG. 4 shows an alignment mark AM for two-dimensional measurement.
It is a top view which shows the example of a structure. The alignment mark AM for two-dimensional measurement shown in FIG. 4 measures position information in the X-axis direction in which mark elements am1 whose longitudinal directions are set in the Y-axis direction are arranged at regular intervals in the X-axis direction. And a part for measuring position information in the Y-axis direction, in which mark elements am2 whose longitudinal directions are set in the X-axis direction are arranged at regular intervals in the Y-axis direction. By measuring the position information in the X-axis direction and the position information in the Y-axis direction at one time by using the alignment mark AM for two-dimensional measurement, the alignment mark formed on the street line SL is measured. The number can be reduced, and the time required for measurement can be shortened, which is preferable in achieving high throughput.

【0021】図1に戻り、ウェハステージ7上には、ベ
ースライン計測や後述するアライメントセンサの焦点位
置のずれ量に対するマークの横ずれ量を計測際に用いら
れる基準マークを備えた基準部材8が設けられている。
この基準部材8のZ軸方向における位置は、Z軸方向に
おけるウェハWの表面位置とほぼ同じ位置に設定されて
いる。基準マークとして、光透過性の5組のL字状パタ
ーンから成るスリットパターンと、光反射性のクロムで
形成された2組の基準パターン(デューティ比は1:
1)とが設けられている。
Returning to FIG. 1, on the wafer stage 7, a reference member 8 having a reference mark used for measuring a baseline and an amount of lateral displacement of a mark with respect to a displacement of a focal position of an alignment sensor described later is provided. Have been.
The position of the reference member 8 in the Z-axis direction is set to substantially the same position as the surface position of the wafer W in the Z-axis direction. As reference marks, a slit pattern composed of five sets of light-transmissive L-shaped patterns and two sets of reference patterns formed of light-reflective chrome (duty ratio is 1:
1) is provided.

【0022】一方の組の基準パターンは、Y方向に配列
された7個のドットマークをX軸方向に3列配列してな
る回折格子マークと、3本の直線パターンをX軸方向に
配列してなる回折格子マークと、Y方向に延びた12本
のバーマークとを、X軸方向に配列したものである。他
方の組の基準パターンはその一方の組の基準パターンを
90°回転したものである。基準部材8には、光ファイ
バ(不図示)等を用いて下方から露光光が導かれてお
り、基準部材8に形成されたスリットパターンが下方
(ウェハステージ7の内部)から照明されるように構成
されている。基準部材8のスリットパターンを透過した
照明光は、投影光学系PLを介してレチクルRの裏面
(パターン面)にスリットパターンの投影像を結像す
る。尚、基準部材8に形成されるスリットパターンは、
図1では図示を省略しているが、TTL方式のアライメ
ントセンサやTTR方式のアライメントセンサでレチク
ルRとウェハWとの基準位置を設定する際に用いられ
る。本実施形態による位置計測装置は、基準部材8を用
いて位置計測を行う際には、基準部材8に形成された基
準マークの内の2組の基準パターンを用いて計測を行
う。
One set of reference patterns has a diffraction grating mark in which seven dot marks arranged in the Y direction are arranged in three rows in the X-axis direction, and three linear patterns are arranged in the X-axis direction. And 12 bar marks extending in the Y direction are arranged in the X axis direction. The other set of reference patterns is obtained by rotating the one set of reference patterns by 90 °. Exposure light is guided to the reference member 8 from below using an optical fiber (not shown) or the like so that the slit pattern formed on the reference member 8 is illuminated from below (inside the wafer stage 7). It is configured. The illumination light transmitted through the slit pattern of the reference member 8 forms a projected image of the slit pattern on the back surface (pattern surface) of the reticle R via the projection optical system PL. The slit pattern formed on the reference member 8 is
Although not shown in FIG. 1, it is used when a reference position between the reticle R and the wafer W is set by a TTL type alignment sensor or a TTR type alignment sensor. When performing position measurement using the reference member 8, the position measurement device according to the present embodiment performs measurement using two sets of reference patterns among the reference marks formed on the reference member 8.

【0023】ウェハステージ7は、投影レンズPLの光
軸AXに垂直な面内でウェハWを2次元的に位置決めす
るXYステージ、投影レンズPLの光軸AXに平行な方
向(Z方向)にウェハWを位置決めするZステージ、ウ
ェハWを微小回転させるステージ、及びZ軸に対する角
度を変化させてXY平面に対するウェハWの傾きを調整
するステージ等より構成されている。ウェハステージ7
の上面の一端にはL字型の移動鏡9が取り付けられ、移
動鏡9の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計10が配置
されている。図1では簡略化して図示しているが、移動
鏡9はX軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びY軸に垂
直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、
レーザ干渉計10は、X軸に沿って移動鏡9にレーザビ
ームを照射する2個のX軸用のレーザ干渉計及びY軸に
沿って移動鏡9にレーザビームを照射するY軸用のレー
ザ干渉計より構成され、X軸用の1個のレーザ干渉計及
びY軸用の1個のレーザ干渉計により、ウェハステージ
7のX座標及びY座標が計測される。また、X軸用の2
個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ
7のXY平面内における回転角が計測される。
The wafer stage 7 is an XY stage for positioning the wafer W two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection lens PL, and the wafer is arranged in a direction (Z direction) parallel to the optical axis AX of the projection lens PL. It is composed of a Z stage for positioning the W, a stage for slightly rotating the wafer W, a stage for adjusting the inclination of the wafer W with respect to the XY plane by changing the angle with respect to the Z axis, and the like. Wafer stage 7
An L-shaped movable mirror 9 is attached to one end of the upper surface of the mirror, and a laser interferometer 10 is arranged at a position facing the mirror surface of the movable mirror 9. Although shown in a simplified manner in FIG. 1, the movable mirror 9 includes a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the Y axis. Also,
The laser interferometer 10 has two X-axis laser interferometers for irradiating the movable mirror 9 with a laser beam along the X-axis and a Y-axis laser for irradiating the movable mirror 9 with a laser beam along the Y-axis. The X coordinate and the Y coordinate of the wafer stage 7 are measured by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis. Also, 2 for X axis
The rotation angle of the wafer stage 7 in the XY plane is measured based on the difference between the measured values of the laser interferometers.

【0024】ウェハステージ7の2次元的な座標は、レ
ーザ干渉計10によって例えば0.01μm程度の分解
能で常時検出されており、X軸方向及びY軸方向の座標
によりウェハステージ7のステージ座標系(静止座標
系)(X,Y)が定められる。即ち、レーザ干渉計10
により計測されるウェハステージ7の座標値が、ステー
ジ座標系(X,Y)上の座標値である。レーザ干渉計1
0により計測されたX座標、Y座標、及び回転角を示す
位置計測信号PDSは主制御系12に出力される。主制
御系12は、供給された位置計測信号PDSをモニタし
つつウェハステージ7の位置を制御する制御信号をモー
タ11へ出力する。また、主制御系12は図示しない光
源から露光光を出射するか否か、露光光を出射する場合
の露光光の強度を制御し、コンデンサレンズ1及び投影
光学系PLを通過する露光光を制御する。尚、主制御系
12の詳細な説明は後述する。
The two-dimensional coordinates of the wafer stage 7 are always detected by the laser interferometer 10 at a resolution of, for example, about 0.01 μm, and the coordinates of the wafer stage 7 are determined based on the coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction. (Static coordinate system) (X, Y) is determined. That is, the laser interferometer 10
Are the coordinate values on the stage coordinate system (X, Y). Laser interferometer 1
The position measurement signal PDS indicating the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by 0 is output to the main control system 12. The main control system 12 outputs a control signal for controlling the position of the wafer stage 7 to the motor 11 while monitoring the supplied position measurement signal PDS. The main control system 12 controls whether or not to emit the exposure light from a light source (not shown), the intensity of the exposure light when the exposure light is emitted, and controls the exposure light passing through the condenser lens 1 and the projection optical system PL. I do. The detailed description of the main control system 12 will be described later.

【0025】また、本実施形態の露光装置は、オフ・ア
クシス方式のアライメント光学系(以下、アライメント
センサと称する)を投影光学系PLの側方に備える。こ
のアライメントセンサは、本発明の一実施形態による露
光装置が備える本発明の一実施形態による位置計測装置
の一部をなすものであり、FIA(Field Image Alignm
ent)方式のアライメントセンサである。以下、このF
IA方式のアライメントセンサについて説明する。この
アライメントセンサは、計測対象のアライメントセンサ
AMのXY平面内における位置情報を計測する光学系
(以下、FIA系と称する)が備えられている。このF
IA系は位置計測光学系をなすものである。以下、この
FIA系について説明する。
Further, the exposure apparatus of the present embodiment includes an off-axis type alignment optical system (hereinafter, referred to as an alignment sensor) on the side of the projection optical system PL. This alignment sensor forms a part of the position measuring device according to the embodiment of the present invention provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, and is an FIA (Field Image Alignment).
ent) type alignment sensor. Hereinafter, this F
The IA type alignment sensor will be described. The alignment sensor includes an optical system (hereinafter, referred to as an FIA system) that measures position information of the alignment sensor AM to be measured in the XY plane. This F
The IA system is a position measurement optical system. Hereinafter, the FIA system will be described.

【0026】FIA系は、ウェハWを照明するための照
射照明光IL1を出射する光源13及び照明光IL1を
導波する光ファイバ14を備える。光源13には例えば
ハロゲンランプ、光輝度多色LED等の白色光源が使用
される。ここで、照明照明光IL1の光源13としてハ
ロゲンランプ13を用いるのは、ハロゲンランプから出
射される照明光の波長域は500〜800nmであり、
ウェハW上面に塗布されたフォトレジストを感光しない
波長域であるため、及び波長帯域が広く、ウェハW表面
における反射率の波長特性の影響を軽減することができ
るためである。
The FIA system includes a light source 13 for emitting illumination light IL1 for illuminating the wafer W, and an optical fiber 14 for guiding the illumination light IL1. As the light source 13, for example, a white light source such as a halogen lamp or a multi-brightness LED is used. Here, the reason that the halogen lamp 13 is used as the light source 13 of the illumination illumination light IL1 is that the wavelength range of the illumination light emitted from the halogen lamp is 500 to 800 nm,
This is because the wavelength range is such that the photoresist applied to the upper surface of the wafer W is not exposed, and the wavelength range is wide, so that the influence of the wavelength characteristic of the reflectance on the surface of the wafer W can be reduced.

【0027】ハロゲンランプ13から出射された照明照
明光IL1は光ファイバ14を通り、光ファイバ14の
出射端から出射される。光ファイバ14から出射された
照明光IL1はコンデンサレンズ15、ビームスプリッ
タ16、ハーフミラー17を通り、対物レンズ18に入
射する。対物レンズ18を通った照明光IL1は投影光
学系PLの鏡筒下部の周辺に投影光学系PLの投影視野
を遮光しないように固定されたプリズム(ミラー)19
でほぼ直角に反射されてウェハW上に照射される。この
対物レンズ18及びプリズム19は、対物光学系の一部
をなす。尚、図1では図示を省略しているが、光ファイ
バ14の出射端から対物レンズ18までの光路中におい
て、ウェハWの表面と共役な関係となる位置には、照明
視野絞りが配置されている。この照明視野絞りは、ウェ
ハW上に形成されたアライメントマークAMに対して光
源13からの照明光IL1を照射する領域を規定する。
対物レンズ18の光軸はウェハW上ではウェハWの表面
に垂直となるように定められている。
The illumination light IL 1 emitted from the halogen lamp 13 passes through the optical fiber 14 and is emitted from the emission end of the optical fiber 14. The illumination light IL1 emitted from the optical fiber 14 passes through the condenser lens 15, the beam splitter 16, and the half mirror 17, and enters the objective lens 18. A prism (mirror) 19 fixed around the lower part of the barrel of the projection optical system PL so that the illumination light IL1 passing through the objective lens 18 does not block the projection field of view of the projection optical system PL.
Are reflected at substantially right angles to irradiate the wafer W. The objective lens 18 and the prism 19 form a part of an objective optical system. Although not shown in FIG. 1, an illumination field stop is arranged at a position conjugate with the surface of the wafer W in the optical path from the exit end of the optical fiber 14 to the objective lens 18. I have. The illumination field stop defines an area in which the alignment mark AM formed on the wafer W is irradiated with the illumination light IL1 from the light source 13.
The optical axis of the objective lens 18 is set on the wafer W so as to be perpendicular to the surface of the wafer W.

【0028】ウェハWによって反射された照明光IL1
は再びプリズム19、対物レンズ18を通り、ハーフミ
ラー17で反射された後、レンズ20によって指標板2
1上に集光する。この指標板21は対物レンズ18及び
レンズ20によってウェハWの表面と共役な関係に設定
される。従って、ウェハW上のアライメントマークAM
の像は、指標板21上に結像される。図5(a)は、ア
ライメントマークAM Xの像が指標板21上に結像する
様子を示す図である。指標板21上には、X軸方向に長
手方向が設定された指標マーク21a,21bと、Y軸
方向に長手方向が設定された指標マーク21c,21d
とが形成されており、各指標マーク21a〜21dは微
細な3本のバーマークで構成される。FIA系の計測視
野内に正確にアライメントマークAMXが配置される
と、図5(a)に示したようにアライメントマークAM
Xの像Imは、指標マーク21a〜21dの間に結像す
る。指標板21を通過した照明光IL1はリレーレンズ
22、ビームスプリッタ23、及びリレーレンズ24を
通過し、ビームスプリッタ25に達する。ビームスプリ
ッタ25で反射された光は例えば二次元CCD等により
構成される撮像素子26によって受光されてアライメン
トマークAM及び指標マークの像が夫々撮像素子26上
に結像される。これと同様に、ビームスプリッタ25を
透過した光は撮像素子27によって受光される。
Illumination light IL1 reflected by wafer W
Again passes through the prism 19 and the objective lens 18 and
After being reflected by the lens 17, the index plate 2 is
Focus on 1 This index plate 21 is connected to the objective lens 18 and
Set to a conjugate relationship with the surface of wafer W by lens 20
Is done. Therefore, the alignment mark AM on the wafer W
Is formed on the index plate 21. FIG.
Lightment mark AM XIs formed on the index plate 21
It is a figure showing a situation. On the index plate 21, it is long in the X-axis direction.
Index marks 21a and 21b in which the hand direction is set, and Y axis
Index marks 21c and 21d whose longitudinal directions are set in the directions
Are formed, and each of the index marks 21a to 21d is fine.
It is composed of three thin bar marks. Measurement view of FIA system
Accurate alignment mark AM in NouchiXIs placed
And the alignment mark AM as shown in FIG.
XIs formed between the index marks 21a to 21d.
You. The illumination light IL1 that has passed through the index plate 21 is a relay lens.
22, the beam splitter 23, and the relay lens 24
The beam passes through the beam splitter 25. Beamspri
The light reflected by the shutter 25 is, for example, by a two-dimensional CCD or the like.
Alignment received by the imaging element 26
The images of the mark AM and the index mark are respectively on the image sensor 26.
Is imaged. Similarly, the beam splitter 25
The transmitted light is received by the image sensor 27.

【0029】撮像素子26は、結像したアライメントマ
ークAMX及び指標マーク21a,21bの像をビデオ
サンプリング領域VSX内の走査線C1に沿って電気的
に走査する。図5(b)は撮像素子26から得られる画
像信号の波形の一例を示す図である。図5(b)では、
縦軸を画像信号の強度、横軸を走査線C1による走査位
置を表す。図5(b)に示すように、Y軸方向に伸びた
指標マーク21c,21dは撮像素子26によって3本
の黒い線として撮影されるので、画像信号の強度は指標
マーク21c,21dの位置で極小となる。
The image pickup device 26 is electrically scanned along the imaged alignment marks AM X and the index marks 21a, the image of 21b to the scanning line C1 of the video sampling region VS X. FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a waveform of an image signal obtained from the image sensor 26. In FIG. 5B,
The vertical axis represents the intensity of the image signal, and the horizontal axis represents the scanning position by the scanning line C1. As shown in FIG. 5B, the index marks 21c and 21d extending in the Y-axis direction are photographed as three black lines by the image sensor 26, so that the intensity of the image signal depends on the positions of the index marks 21c and 21d. It is extremely small.

【0030】他方、アライメントマークAMXを構成す
る6本の矩形は、エッジだけが撮像素子26によって黒
い線として撮影されるため、画像信号の強度はエッジの
位置に相当する位置で極小となる。信号処理装置28
は、撮像素子26から出力される画像信号に基づいて指
標マーク21a,21bの中心位置(指標板21の中心
点)Xcと、アライメントマークAMXの中心位置Xm
とを計算し、その差ΔX(=Xm−Xc)を求める。Δ
XはアライメントマークAMXの中心位置Xmが指標板
21の中心点Xcよりも+X軸方向にあるときは正、−
X軸方向にあるときは負の値をとるものとする。主制御
系12はこのときレーザ干渉計10で得られるウェハス
テージ7の位置計測信号PDSと信号処理装置28から
得られた位置ずれ量ΔXとを入力して記憶する。また、
ウェハW上のアライメントマークAMYについても上述
と同様の動作により、撮像素子27及び信号処理装置2
8によって検出される。
[0030] On the other hand, six rectangles constituting the alignment mark AM X, since only the edge is captured as a black line by the imaging device 26, the intensity of the image signal becomes minimum at a position corresponding to the position of the edge. Signal processing device 28
Is the index mark 21a on the basis of an image signal output from the image pickup device 26, (the center point of the index plate 21) the center position of 21b Xc and the center position Xm of the alignment mark AM X
And the difference ΔX (= Xm−Xc) is obtained. Δ
X is when the center position Xm of the alignment mark AM X is in the + X-axis direction from the center point Xc of the index plate 21 forward, -
When in the X-axis direction, a negative value is assumed. At this time, the main control system 12 inputs and stores the position measurement signal PDS of the wafer stage 7 obtained by the laser interferometer 10 and the positional deviation amount ΔX obtained from the signal processing device 28. Also,
With respect to the alignment mark AM Y on the wafer W, the image sensor 27 and the signal processing device 2
8 detected.

【0031】また、アライメントセンサは、ウェハWの
表面のZ軸方向における高さ位置を検出する検出系(以
下、「オートフォーカス系」と記す)を備える。アライ
メントセンサは、アライメントマークAMのXY平面内
における位置情報を検出するにあたって、ウェハWの表
面が撮像素子26,27と共役な関係となる高さ位置に
ウェハWを配置して位置情報を計測することが計測精度
を考慮すると好ましい。以下、この高さ位置を「アライ
メントセンサの焦点位置」と定義する。本実施形態では
高スループットを実現するため、ウェハWがアライメン
トセンサの焦点位置からずれて配置されていたとして
も、ウェハWのZ軸方向への移動を伴わずに位置情報を
計測している。
The alignment sensor has a detection system (hereinafter, referred to as an "autofocus system") for detecting a height position of the surface of the wafer W in the Z-axis direction. When detecting the position information of the alignment mark AM in the XY plane, the alignment sensor measures the position information by arranging the wafer W at a height position where the surface of the wafer W is in a conjugate relationship with the imaging elements 26 and 27. Is preferable in consideration of measurement accuracy. Hereinafter, this height position is defined as a “focal position of the alignment sensor”. In the present embodiment, in order to realize high throughput, even if the wafer W is arranged at a position shifted from the focal position of the alignment sensor, the position information is measured without moving the wafer W in the Z-axis direction.

【0032】FIA系はテレセントリック光学系を構成
しているため、ウェハWがアライメントセンサの焦点位
置からずれた位置に配置されている場合には、アライメ
ントマークAMの像は横ずれした状態で撮像素子26,
27に結像される。また、FIA系に収差(例えばコマ
収差や非点収差等)が残存している場合も同様の現象が
生ずる。この横ずれの量は、アライメントセンサの焦点
位置からのウェハWのずれ量に応じて変化する。オート
フォーカス系は、アライメントセンサの焦点位置に対し
てウェハWの表面位置がどの程度Z軸方向にずれている
かを検出するために設けられる。以下、このオートフォ
ーカス系について詳細に説明する。尚、このオートフォ
ーカス系は焦点検出光学系をなすものであり、上述した
FIA系の光路を一部共用している。
Since the FIA system constitutes a telecentric optical system, when the wafer W is arranged at a position shifted from the focus position of the alignment sensor, the image of the alignment mark AM is shifted laterally. ,
27 is formed. A similar phenomenon occurs when aberrations (for example, coma and astigmatism) remain in the FIA system. The amount of the lateral shift changes according to the amount of shift of the wafer W from the focal position of the alignment sensor. The autofocus system is provided for detecting how much the surface position of the wafer W is displaced in the Z-axis direction from the focal position of the alignment sensor. Hereinafter, this autofocus system will be described in detail. This autofocus system forms a focus detection optical system, and partially shares the optical path of the FIA system described above.

【0033】図1に示すように、光源30から出射され
た照明光IL2は、光ファイバ31を通り、光ファイバ
31の出射端から出射される。光源30から出射される
照明光IL2は、FIA系で用いられる照明光IL1の
波長よりも長い波長の光である。光ファイバ31を出射
した照明光IL2は、レンズ32、ミラー33、レンズ
34を通過して、スリット状の開口を有するスリット板
35に達する。スリット板35の開口を通過した光は、
レンズ36を通過するとビームスプリッタ16で反射さ
れ、光源13からの照明光IL1と合成される。そし
て、ハーフミラー17、レンズ18、プリズム19を順
に通過し、ウェハW上にスリット像が投射される。
As shown in FIG. 1, the illumination light IL 2 emitted from the light source 30 passes through the optical fiber 31 and is emitted from the emission end of the optical fiber 31. The illumination light IL2 emitted from the light source 30 is light having a wavelength longer than the wavelength of the illumination light IL1 used in the FIA system. The illumination light IL2 emitted from the optical fiber 31 passes through a lens 32, a mirror 33, and a lens 34, and reaches a slit plate 35 having a slit-shaped opening. The light that has passed through the opening of the slit plate 35 is
After passing through the lens 36, it is reflected by the beam splitter 16 and combined with the illumination light IL1 from the light source 13. Then, the light passes through the half mirror 17, the lens 18, and the prism 19 in this order, and a slit image is projected on the wafer W.

【0034】ウェハWからのスリット像の反射光はレン
ズ20、指標板21、及びレンズ22を順に通過し、ビ
ームスプリッタ23によって反射される。このビームス
プリッタ23は、波長の違いによって光を反射又は透過
する色フィルターを有し、この色フィルターはFIA系
で用いる照明光IL1を通過し、オートフォーカス系で
用いる照明光IL2を反射する。ビームスプリッタ23
で反射した照明光IL2はレンズ37を介して検出器3
8によって光電検出される。検出器38の受光面の近傍
にはスリット板35と同様にスリット状の開口を有する
スリット板が設けられており、このスリット板に設けら
れた開口を通過した光が検出器38の受光面上に達す
る。検出器38は受光した光の強度に応じた検出信号を
信号処理装置39に出力する。
The reflected light of the slit image from the wafer W sequentially passes through the lens 20, the index plate 21, and the lens 22, and is reflected by the beam splitter 23. The beam splitter 23 has a color filter that reflects or transmits light depending on a difference in wavelength. The color filter passes the illumination light IL1 used in the FIA system and reflects the illumination light IL2 used in the autofocus system. Beam splitter 23
The illumination light IL2 reflected by the detector 3
8 is photoelectrically detected. In the vicinity of the light receiving surface of the detector 38, a slit plate having a slit-shaped opening is provided in the same manner as the slit plate 35. Reach The detector 38 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the received light to the signal processing device 39.

【0035】さて、このオートフォーカス系によってウ
ェハWの表面の高さ位置を検出するとき、主制御系12
は光源30から照明光IL2を出射させるとともに、ス
リット板35を図1に示すようにオートフォーカス系の
光軸方向に所定の振幅で振動させる。このときの振幅中
心は、検出器38の受光面と共役な位置である。そして
信号処理装置39は検出器38からの信号を同期検波方
式で検出し、オートフォーカス系によって仮想的に設定
される所定の高さ位置(Z座標位置)に対するウェハW
の表面のZ軸方向におけるずれ量ΔZに対応した検出信
号を出力する。ここで、オートフォーカス系によって規
定される所定の高さ位置は予めアライメントセンサの焦
点位置に設定されている。更に、アライメントセンサの
焦点位置が投影光学系PLの結像位置と一致するように
予め設定されていることが好ましい。
When the height position of the surface of the wafer W is detected by the autofocus system, the main control system 12
Causes the illumination light IL2 to be emitted from the light source 30 and causes the slit plate 35 to vibrate at a predetermined amplitude in the optical axis direction of the autofocus system as shown in FIG. The amplitude center at this time is a position conjugate with the light receiving surface of the detector 38. Then, the signal processing device 39 detects the signal from the detector 38 by the synchronous detection method, and the wafer W with respect to a predetermined height position (Z coordinate position) virtually set by the autofocus system.
And outputs a detection signal corresponding to the amount of deviation ΔZ in the Z-axis direction of the surface. Here, the predetermined height position defined by the autofocus system is set in advance to the focus position of the alignment sensor. Further, it is preferable that the focal position of the alignment sensor is set in advance so as to coincide with the image forming position of the projection optical system PL.

【0036】以上、アライメントセンサが備えるオート
フォーカス系の構成について説明したが、本発明の一実
施形態による位置計測装置及び露光装置は、信号処理系
39から出力されるアライメントセンサの焦点位置に対
するウェハWのZ軸方向におけるずれ量ΔZを示す検出
信号と、信号処理装置28から得られたアライメントマ
ークAMのXY平面内における位置ずれ量ΔXとの関係
を記憶する記憶手段としての記憶装置40を備える。こ
の記憶装置40は、RAM(Random Access Memory)等
の半導体記憶装置や、ハードディスク等の磁気記憶装置
によって実現される。
Although the configuration of the autofocus system provided in the alignment sensor has been described above, the position measuring apparatus and the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention provide the wafer W with respect to the focal position of the alignment sensor output from the signal processing system 39. And a storage device 40 for storing a relationship between a detection signal indicating a shift amount ΔZ in the Z-axis direction and a position shift amount ΔX in the XY plane of the alignment mark AM obtained from the signal processing device 28. The storage device 40 is realized by a semiconductor storage device such as a random access memory (RAM) or a magnetic storage device such as a hard disk.

【0037】以上、本発明の一実施形態による位置計測
装置及び露光装置の構成について説明したが、次に本発
明の一実施形態による位置計測装置及び露光装置の動
作、つまり本発明の一実施形態による位置計測方法及び
露光方法について説明する。本発明の一実施形態による
位置計測方法においては、アライメントセンサによって
ウェハW上に形成されたアライメントマークAMのXY
平面内における位置情報を計測する前に予めアライメン
トセンサが備えるオートフォーカス系及びFIA系を用
いてアライメントセンサの焦点位置に対するウェハWの
Z軸方向におけるずれ量ΔZを示す検出信号と、信号処
理装置28から得られたアライメントマークAMのXY
平面内における位置ずれ量ΔXとを求め、これらの関係
を記憶装置40に記憶させる処理が行われる。以下、こ
の処理について説明する。
The configuration of the position measuring apparatus and the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above. Next, the operation of the position measuring apparatus and the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, that is, the embodiment of the present invention will be described. The method of position measurement and the method of exposure will be described. In the position measuring method according to one embodiment of the present invention, the XY of the alignment mark AM formed on the wafer W by the alignment sensor is used.
Before measuring position information in the plane, a detection signal indicating a shift amount ΔZ of the wafer W in the Z-axis direction with respect to the focal position of the alignment sensor using an autofocus system and an FIA system provided in the alignment sensor in advance, and a signal processing device 28 XY of alignment mark AM obtained from
A process of obtaining the positional deviation amount ΔX in the plane and storing these relationships in the storage device 40 is performed. Hereinafter, this processing will be described.

【0038】図6は、アライメントセンサの焦点位置に
対するウェハWのZ軸方向におけるずれ量ΔZと、アラ
イメントマークAMのXY平面内における位置ずれ量Δ
Xとの関係を求めるフローを示すフローチャートであ
る。尚、この処理においては、ウェハW上に形成された
アライメントマークAMの位置情報を計測する場合を例
に挙げて説明するが、ウェハステージ7上に設けられた
基準部材8に形成された基準マークを用いて計測を行っ
てもよい。ウェハW上に形成されるアライメントマーク
AMは、ウェハWの表面状態やアライメントマークAM
の形状(パターン)に応じてXY面内における位置が横
ずれして計測される場合がある。基準部材8に形成され
る基準マークを用いて計測することで、アライメントマ
ークAMの形状に起因する影響を除いた関係を得ること
ができる。ウェハW上に形成されたアライメントマーク
AMを用いて計測する場合には、ウェハWの表面状態や
アライメントマークAMの形状(パターン)に基づいて
生ずる横ずれ量を含めて上記関係を得ることができる。
FIG. 6 shows a displacement ΔZ of the wafer W with respect to the focal position of the alignment sensor in the Z-axis direction and a displacement ΔΔ of the alignment mark AM in the XY plane.
9 is a flowchart showing a flow for obtaining a relationship with X. In this process, the case where the position information of the alignment mark AM formed on the wafer W is measured will be described as an example. The measurement may be performed by using. The alignment mark AM formed on the wafer W depends on the surface condition of the wafer W and the alignment mark AM.
In some cases, the position in the XY plane is measured with a lateral shift depending on the shape (pattern) of the image. By performing measurement using the reference mark formed on the reference member 8, a relationship excluding the influence due to the shape of the alignment mark AM can be obtained. When the measurement is performed using the alignment mark AM formed on the wafer W, the above relationship can be obtained including the lateral shift amount generated based on the surface state of the wafer W and the shape (pattern) of the alignment mark AM.

【0039】動作が開始すると、主制御系12はモータ
11を介してウェハステージ7をXY平面内で移動させ
て、ウェハW上に形成されたアライメントマークAMの
内、計測対象のアライメントマークAMをアライメント
センサの検出中心に配置する(ステップS10)。ウェ
ハW上に形成されたアライメントマークAMの位置情報
は、予め主制御系12内に記憶されており、且つウェハ
Wはウェハステージ7状の所定の位置に正確に配置され
るので、主制御系12はレーザ干渉計10から出力され
る位置計測信号PDSに含まれるXY座標値に基づいて
ウェハステージ7の位置を制御することにより、計測対
象のアライメントマークAMをアライメントセンサの検
出中心点に正確に配置することができる。
When the operation is started, the main control system 12 moves the wafer stage 7 in the XY plane via the motor 11 to change the alignment mark AM to be measured among the alignment marks AM formed on the wafer W. It is arranged at the detection center of the alignment sensor (step S10). The position information of the alignment mark AM formed on the wafer W is stored in the main control system 12 in advance, and the wafer W is accurately arranged at a predetermined position on the wafer stage 7. Numeral 12 controls the position of the wafer stage 7 based on the XY coordinate values included in the position measurement signal PDS output from the laser interferometer 10 so that the alignment mark AM to be measured can be accurately positioned at the detection center point of the alignment sensor. Can be arranged.

【0040】計測対象のアライメントマークAMをアラ
イメントセンサAMの検出中心に配しし終えると、主制
御系12はモータ11を制御してウェハステージ7をZ
軸方向に徐々に移動させる(ステップS12)。ウェハ
ステージ7の移動範囲は、アライメントセンサの焦点位
置を含む所定の範囲内である。主制御系12がウェハス
テージ7をZ軸方向の移動範囲内で移動させている間、
主制御系12は信号処理装置28から得られる検出信号
に基づいて、ウェハW表面のFIA系のフォーカス位置
からのZ方向におけるずれ量ΔZを求める(ステップS
14)。次に、信号処理装置39から得られる計測結果
に基づいてFIA系によるアライメントセンサの検出中
心と計測を行っているアライメントマークAMの中心と
のX軸方向における位置ずれ量ΔX(図5(b)におけ
るΔX)とを求める(ステップS16)。ずれ量ΔZ及
び位置ずれ量ΔXが求まると、主制御系12はこれらを
各々を対応付けて記憶装置40に記憶する(ステップS
18)。
When the alignment mark AM to be measured has been arranged at the detection center of the alignment sensor AM, the main control system 12 controls the motor 11 to move the wafer stage 7 to the Z position.
It is gradually moved in the axial direction (step S12). The moving range of the wafer stage 7 is within a predetermined range including the focus position of the alignment sensor. While the main control system 12 moves the wafer stage 7 within the movement range in the Z-axis direction,
The main control system 12 obtains a shift amount ΔZ in the Z direction from the focus position of the FIA system on the surface of the wafer W based on the detection signal obtained from the signal processing device 28 (step S).
14). Next, based on the measurement result obtained from the signal processing device 39, the amount of displacement ΔX in the X-axis direction between the detection center of the alignment sensor by the FIA system and the center of the alignment mark AM for which measurement is being performed (FIG. 5B) ΔX) is obtained (step S16). When the deviation amount ΔZ and the positional deviation amount ΔX are obtained, the main control system 12 stores them in the storage device 40 in association with each other (Step S).
18).

【0041】次に、現在のウェハWのZ軸方向の位置が
予め定められた移動範囲内にあり、残りの移動範囲があ
るか否かが判断される(ステップS20)。残りの移動
範囲があると判断されると処理はステップS12に戻
り、前述した処理を繰り返す。一方、予め定められた移
動範囲全てについて検出及び計測を行って検出及び計測
を行う残りの移動範囲がないと判断されると、計測を行
うべきアライメントマークAMがあるか否かが判断され
る(ステップS22)。計測を行うべきアライメントマ
ークの残りがあると判断された場合(判断結果が「YE
S」の場合)には処理はステップS10へ戻り、他に計
測を行うアライメントマークが無いと判断された場合
(判断結果が「NO」の場合)には一連の処理が終了す
る。尚、上記の処理においては、予め設定された移動範
囲内において、Z軸方向に沿って複数の計測点を設定
し、この計測点において計測を行うことが検出及び計測
に要する時間の短縮化を図る上で好ましい。尚、このと
きに得られるずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係は離
散的なものとなるが、このときは二次曲線等によって補
完することが好適である。
Next, it is determined whether the current position of the wafer W in the Z-axis direction is within a predetermined moving range and there is a remaining moving range (step S20). If it is determined that there is a remaining moving range, the process returns to step S12, and the above-described process is repeated. On the other hand, when it is determined that there is no remaining moving range in which the detection and measurement are performed and the detection and measurement are performed for the entire predetermined moving range, it is determined whether or not there is an alignment mark AM to be measured ( Step S22). When it is determined that there is a remaining alignment mark to be measured (the determination result is “YE
In the case of "S"), the process returns to step S10, and when it is determined that there is no other alignment mark to be measured (when the determination result is "NO"), a series of processes ends. In the above process, setting a plurality of measurement points along the Z-axis direction within a preset movement range and performing measurement at these measurement points reduces the time required for detection and measurement. It is preferable in aiming. Note that the relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX obtained at this time is discrete, but in this case, it is preferable to supplement the relationship with a quadratic curve or the like.

【0042】図7は、図6に示した処理を行って得られ
たずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係の一例を示す図
である。図7におけるグラフの横軸はアライメントセン
サの焦点位置に対するウェハW表面のずれ量ΔZであ
り、縦軸はアライメントマークAMのFIA系の計測中
心からの位置ずれ量ΔXである。縦軸と横軸との交点は
ΔX=0、ΔZ=0となる点である。主制御系12は記
憶した複数のデータを図7に示した曲線L1〜L5の如
く曲線近似し、このデータを計測を行ったアライメント
マークAMの検出誤差情報として記憶する。尚、図7に
おいては曲線L1〜L5を図示しているが、1つのアラ
イメントマークAMから複数の曲線が得られる訳ではな
く1つの曲線のみ(例えば曲線L2のみ)が得られる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX obtained by performing the processing shown in FIG. The horizontal axis of the graph in FIG. 7 is the shift amount ΔZ of the surface of the wafer W with respect to the focus position of the alignment sensor, and the vertical axis is the shift amount ΔX of the alignment mark AM from the measurement center of the FIA system. The intersection of the vertical and horizontal axes is the point where ΔX = 0 and ΔZ = 0. The main control system 12 approximates the stored plurality of data as curves L1 to L5 shown in FIG. 7 and stores the data as detection error information of the measured alignment mark AM. Although curves L1 to L5 are shown in FIG. 7, a plurality of curves are not obtained from one alignment mark AM, but only one curve (for example, only the curve L2) is obtained.

【0043】図7においては、複数の曲線が示されてい
るが、これらの曲線は異なる形状のアライメントマーク
AMを複数測定して得られた曲線である。図8は種々の
形状のアライメントマークAMを示す断面図である。図
7中の曲線L1〜L5は、図8(a)〜図8(e)各々
を測定して得られるずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関
係を示す曲線である。図8(a)〜図8(d)に示した
アライメントマークAMは、その断面形状が矩形であ
り、その段差は図8(a)、図8(b)、及び図8
(c)の順で徐々に低段差となっている。また、図8
(d)に示したアライメントマークAMは、断面形状が
台形状であり、図8(e)に示したアライメントマーク
AMは、その断面形状が半円形状である。
FIG. 7 shows a plurality of curves, which are obtained by measuring a plurality of alignment marks AM having different shapes. FIG. 8 is a sectional view showing alignment marks AM having various shapes. Curves L1 to L5 in FIG. 7 are curves showing the relationship between the deviation amount ΔZ and the positional deviation amount ΔX obtained by measuring each of FIGS. 8 (a) to 8 (e). The alignment mark AM shown in FIGS. 8A to 8D has a rectangular cross-sectional shape, and the steps thereof are shown in FIGS. 8A, 8B, and 8.
The steps gradually become lower in the order of (c). FIG.
The alignment mark AM shown in FIG. 8D has a trapezoidal cross section, and the alignment mark AM shown in FIG. 8E has a semicircular cross section.

【0044】図7に示したように、ウェハW上に形成さ
れるアライメントマークAMの形状によって、ずれ量Δ
Zと位置ずれ量ΔXとの関係は相違したものとなる。ま
た、図7において、ずれ量ΔZの値が0である場合に
は、アライメントマークAMがアライメントセンサの焦
点位置に配置されているため、位置ずれ量ΔXの値は常
に0となるはずである。しかしながら、実際はFIA系
の有する収差や、FIA系の光軸の投影光学系PLの光
軸AXに対する傾き(テレセン傾き)の状態等により、
アライメントマークAMがアライメントセンサの焦点位
置に配置されている状態で位置情報の計測を行っても、
計測結果に誤差(X1,X2,X4,X5)が生じたのもと
なる。尚、図7に示した図において、ずれ量ΔZと位置
ずれ量ΔXとの関係が直線となる場合には、主としてF
IA系のテレセン傾きが原因であり。また、ずれ量ΔZ
と位置ずれ量ΔXとの関係が曲線となる場合には、テレ
セン傾きと収差とが原因である。
As shown in FIG. 7, depending on the shape of the alignment mark AM formed on the wafer W, the shift amount Δ
The relationship between Z and the displacement ΔX is different. In FIG. 7, when the value of the displacement amount ΔZ is 0, the value of the displacement amount ΔX should always be 0 because the alignment mark AM is located at the focal position of the alignment sensor. However, actually, due to the aberration of the FIA system, the state of the inclination (telecentric inclination) of the optical axis of the FIA system with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL, etc.
Even if the position information is measured while the alignment mark AM is arranged at the focal position of the alignment sensor,
This is the source of the error (X 1 , X 2 , X 4 , X 5 ) in the measurement result. Note that in the diagram shown in FIG. 7, when the relationship between the displacement amount ΔZ and the positional displacement amount ΔX is a straight line, F
This is due to the telecentric tilt of the IA system. Also, the deviation amount ΔZ
When the relationship between the displacement and the displacement ΔX is a curve, it is due to the telecentric inclination and the aberration.

【0045】尚、図6に示したフローは、一枚のウェハ
Wに形成された複数のアライメントマークAMのXY平
面内における位置ずれ量ΔXとの関係を求めるフローを
示す図であり、複数枚のウェハWに対して関係を求める
場合には、ウェハホルダ6上に載置されるウェハWの交
換を行って図6に示した処理が行われる。通常、半導体
素子等の製造においては、複数枚のウェハWを単位とし
たロット単位で処理が行われる。この場合には、少なく
ともロットの先頭の基板に対して検出及び計測が行わ
れ、ロット内の他のウェハWに対しては検出及び計測を
行わないことが、計測に要する時間の短縮を図る上で好
ましい。
The flow shown in FIG. 6 is a flow chart for obtaining the relationship between the plurality of alignment marks AM formed on one wafer W and the positional deviation amount ΔX in the XY plane. When the relationship is determined for the wafer W, the wafer W placed on the wafer holder 6 is replaced and the processing shown in FIG. Normally, in the manufacture of a semiconductor device or the like, processing is performed in lot units using a plurality of wafers W as units. In this case, the detection and measurement are performed on at least the first substrate of the lot, and the detection and measurement are not performed on the other wafers W in the lot, in order to shorten the time required for measurement. Is preferred.

【0046】以上の処理でずれ量ΔZと位置ずれ量ΔX
との関係が得られ、その関係は記憶装置40内に記憶さ
れている。次に、記憶装置40に記憶されている関係を
用いてウェハW上に形成されたアライメントマークAM
の位置情報を計測する際の動作について説明する。図9
は、ウェハW上に形成されたアライメントマークAMの
位置情報を計測する際のフローを示すフローチャートで
ある。処理が開始すると、主制御系12は図示しないウ
ェハローダに対して制御信号を出力し、ウェハステージ
7上のウェハホルダ6にウェハWを載置させる(ステッ
プS30)。ウェハWがウェハホルダ6に載置される
と、主制御系12はモータ11を制御してウェハステー
ジ7をXY面内で移動させて計測を行うウェハW上のア
ライメントマークAMをアライメントセンサの計測視野
内に配置する(ステップS32)。
In the above processing, the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX
Is obtained, and the relationship is stored in the storage device 40. Next, the alignment mark AM formed on the wafer W using the relationship stored in the storage device 40
The operation at the time of measuring the position information will be described. FIG.
9 is a flowchart showing a flow when measuring the position information of the alignment mark AM formed on the wafer W. When the processing starts, the main control system 12 outputs a control signal to a wafer loader (not shown), and places the wafer W on the wafer holder 6 on the wafer stage 7 (Step S30). When the wafer W is mounted on the wafer holder 6, the main control system 12 controls the motor 11 to move the wafer stage 7 in the XY plane to measure the alignment mark AM on the wafer W for measurement by the alignment sensor. (Step S32).

【0047】アライメントセンサの計測視野内に計測対
象のアライメントマークAMが配置されると、次にアラ
イメントセンサが備えるオートフォーカス系によって、
アライメントセンサの焦点位置に対するウェハWの表面
のZ軸方向のずれ量ΔZが検出される(ステップS3
4)。この検出結果は主制御系12に出力される。次
に、主制御系12は計測を行っているアライメントマー
クAMに関して、記憶装置40内に記憶されているずれ
量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係を読み出し、この関係
から、上記ステップS34で計測されたΔZに対応した
位置ずれ量ΔXを算出する。
When the alignment mark AM to be measured is placed within the measurement field of view of the alignment sensor, the autofocus system provided in the alignment sensor next provides
A deviation amount ΔZ of the surface of the wafer W in the Z-axis direction from the focal position of the alignment sensor is detected (step S3).
4). This detection result is output to the main control system 12. Next, the main control system 12 reads the relationship between the displacement amount ΔZ and the position displacement amount ΔX stored in the storage device 40 with respect to the alignment mark AM for which measurement is being performed. Then, a position shift amount ΔX corresponding to the calculated ΔZ is calculated.

【0048】次に、主制御系12は、オートフォーカス
系を用いて検出を行ったときの、アライメントセンサの
焦点位置とウェハWの表面位置との関係を保った状態
で、FIA系によってアライメントマークの位置情報を
計測するよう制御を行う(ステップS38)。つまり、
主制御系12は、ずれ量ΔZを検出したときのウェハW
のZ軸方向の位置を、ウェハステージ7を移動させずに
保ち、この状態でアライメントセンサAMの位置情報を
計測する。よって、ウェハWがアライメントセンサの焦
点位置に配置されていないため、計測結果はずれ量Zに
起因する位置ずれ量ΔXを含んだものとなる。そして、
次に、主制御系12は、計測して得られたアライメント
マークAMの位置情報(ずれ量Zに起因する位置ずれ量
ΔXを含んだもの)を、ステップS36で算出した位置
ずれ量ΔXで補正することにより、ずれ量Zに起因する
位置ずれ量ΔXの影響を除いた位置ずれ量ΔXを求める
(ステップS40)。以上の処理で、計測を行っている
アライメントマークAMの位置情報が得られる。
Next, the main control system 12 controls the alignment mark by the FIA system while maintaining the relationship between the focus position of the alignment sensor and the surface position of the wafer W when the detection is performed using the autofocus system. Control is performed so as to measure the position information (step S38). That is,
The main control system 12 controls the wafer W when the shift amount ΔZ is detected.
Is maintained without moving the wafer stage 7, and the position information of the alignment sensor AM is measured in this state. Therefore, since the wafer W is not located at the focal position of the alignment sensor, the measurement result includes the positional deviation amount ΔX caused by the deviation amount Z. And
Next, the main control system 12 corrects the positional information of the alignment mark AM obtained by measurement (including the positional deviation amount ΔX caused by the deviation amount Z) with the positional deviation amount ΔX calculated in step S36. By doing so, the positional deviation amount ΔX excluding the influence of the positional deviation amount ΔX caused by the deviation amount Z is obtained (step S40). Through the above processing, the position information of the alignment mark AM for which measurement is being performed can be obtained.

【0049】次に、捕獲計測を行うべきアライメントマ
ークAMがあるか否かが判断される(ステップS4
2)。計測を行うべきアライメントマークの残りがある
と判断された場合(判断結果が「YES」の場合)には
処理はステップS30へ戻り、他に計測を行うアライメ
ントマークが無いと判断された場合(判断結果が「N
O」の場合)には一連の処理が終了する。尚、図9に示
したフローは、一枚のウェハWに形成された複数のアラ
イメントマークAMの位置情報を計測する際のフローを
示す図であり、複数枚のウェハWに対して関係を求める
場合には図9に示した処理が繰り返される。
Next, it is determined whether or not there is an alignment mark AM to be subjected to capture measurement (step S4).
2). When it is determined that there is a remaining alignment mark to be measured (when the determination result is “YES”), the process returns to step S30, and when it is determined that there is no other alignment mark to be measured (determination The result is "N
In the case of "O"), a series of processing ends. Note that the flow shown in FIG. 9 is a diagram showing a flow when measuring the position information of the plurality of alignment marks AM formed on one wafer W, and obtains the relationship with respect to the plurality of wafers W. In this case, the processing shown in FIG. 9 is repeated.

【0050】以上の処理を行って、ウェハW上に形成さ
れたアライメントマークAMの位置情報が計測される。
この計測結果に基づいてウェハW上に設定されたショッ
ト領域の露光を行う際には、まず主制御系12はFIA
系の検出結果に基づいて、ウェハステージ7をXY平面
内で移動させる。主制御系12は、FIA系の計測中心
とレチクルRの中心点の投影光学系PLによる投影位置
との間隔をベースライン量BLとして予め記憶してい
る。このベースライン量BLを用いて、主制御系12は
ウェハステージ7をBL+ΔXだけX軸方向に移動す
る。また、Y軸方向についても上述の同様に計測した移
動量に従って位置を移動することにより、露光対象のシ
ョット領域をレチクルRのパターンの投影像に正確に重
ね合わせることができる。そして、露光光ELをレチク
ルR上に照射してレチクルRのパターン領域PAに形成
されたパターンの像をウェハW上に設定された露光対象
のショット領域内に転写する。
By performing the above processing, the position information of the alignment mark AM formed on the wafer W is measured.
When performing exposure of a shot area set on the wafer W based on the measurement result, first, the main control system 12
The wafer stage 7 is moved in the XY plane based on the detection result of the system. The main control system 12 stores in advance the distance between the measurement center of the FIA system and the projection position of the center point of the reticle R by the projection optical system PL as the baseline amount BL. Using this baseline amount BL, the main control system 12 moves the wafer stage 7 in the X-axis direction by BL + ΔX. Also, by moving the position in the Y-axis direction according to the movement amount measured in the same manner as described above, the shot area to be exposed can be accurately superimposed on the projected image of the pattern of the reticle R. Then, the exposure light EL is irradiated onto the reticle R, and the image of the pattern formed in the pattern area PA of the reticle R is transferred into the exposure target shot area set on the wafer W.

【0051】以上説明した処理によって、計測精度を低
下させずに位置情報の計測に要する時間の短縮を図るこ
とができ、その結果露光処理のスループットを向上させ
ることができる。また、種類の異なる複数のアライメン
トマークAM各々に対してずれ量ΔZと位置ずれ量ΔX
との関係を予め記憶装置40に記憶しておけば、種々の
処理を経て表面状態が変化するウェハWに柔軟に対応す
ることができる。
By the processing described above, the time required for measuring the position information can be reduced without lowering the measurement accuracy, and as a result, the throughput of the exposure processing can be improved. Further, the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX for each of the plurality of different types of alignment marks AM.
Is stored in the storage device 40 in advance, it is possible to flexibly cope with a wafer W whose surface state changes through various processes.

【0052】以上、本発明の一実施形態による位置計測
装置及び方法並びに露光装置及び露光方法について説明
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、図9におい
ては、一枚のウェハWに形成されたアライメントマーク
毎にずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係が記憶装置4
0に記憶されている場合を例に挙げて説明したが、複数
枚のウェハW上に形成されたアライメントマークAMの
計測を行って得られたずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの
関係の平均値を、そのアライメントマークAMに対する
ずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係としてもよい。こ
のように、平均値を用いることで、信頼性を高めつつ、
計測精度を低下させずに位置情報の計測に要する時間の
短縮を図ることができる。また、アライメントマークA
M毎のずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係の平均値
を、一枚のウェハW上に形成された全てのアライメント
マークAMに対するずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関
係としてもよい。
As described above, the position measuring apparatus and method, and the exposure apparatus and the exposure method according to one embodiment of the present invention have been described. It is. For example, in FIG. 9, the relationship between the shift amount ΔZ and the positional shift amount ΔX for each alignment mark formed on one wafer W is stored in the storage device 4.
Although the case where it is stored as 0 has been described as an example, the average of the relationship between the deviation amount ΔZ and the positional deviation amount ΔX obtained by measuring the alignment marks AM formed on the plurality of wafers W is described. The value may be a relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX with respect to the alignment mark AM. In this way, by using the average value, while improving the reliability,
The time required for measuring the position information can be reduced without lowering the measurement accuracy. In addition, alignment mark A
The average value of the relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX for each M may be defined as the relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX for all the alignment marks AM formed on one wafer W.

【0053】また、上述した実施形態においては、FI
A系のテレセン傾きとFIA系の収差との両方が生じて
いることが多いため、図6に示したフローによってずれ
量ΔZと位置ずれ量ΔXとの関係を、ずれ量ΔZ及び位
置ずれ量ΔXの両方を実測して得ている。しかしなが
ら、収差の影響が無視できる場合には、予めアライメン
トセンサのテレセン傾きの量θを計測しておき、オート
フォーカス系でアライメントセンサの焦点位置からのウ
ェハWの表面の位置を検出するれば、位置ずれ量ΔXを
以下の(1)式から求めることができるため、位置ずれ
量ΔXを計測しなくともずれ量ΔZと位置ずれ量ΔXと
の関係を求めることができる。 ΔX=ΔZ・θ ……(1)
In the above-described embodiment, the FI
Since both the telecentric tilt of the A system and the aberration of the FIA system often occur, the relationship between the shift amount ΔZ and the position shift amount ΔX is determined by the flow shown in FIG. Are obtained by actually measuring both. However, when the influence of aberration can be ignored, if the amount of telecentric inclination θ of the alignment sensor is measured in advance and the position of the surface of the wafer W from the focus position of the alignment sensor is detected by the autofocus system, Since the displacement amount ΔX can be obtained from the following equation (1), the relationship between the displacement amount ΔZ and the displacement amount ΔX can be obtained without measuring the displacement amount ΔX. ΔX = ΔZ · θ (1)

【0054】よって、アライメントマークAMの位置情
報を計測する図9に示したフロー中のステップS34に
おいて、ずれ量ΔZを計測した後、ステップS36で得
られる計測結果がX(ΔZ)である場合には、仮にウェ
ハWをアライメントセンサの焦点位置に配置したときに
得られると予想される位置ずれ量X(0)は、以下の
(2)式で得られる。 X(0)=X(ΔZ)−ΔX=X(ΔZ)−ΔZ・θ ……(2) よって、収差の影響が無視でき、テレセン傾きに起因す
る位置ずれ量のみを考慮する場合には、上記(2)式で
得られる位置ずれ量X(0)を、アライメントマークA
Mの位置情報として用いればよい。
Therefore, in step S34 of the flow shown in FIG. 9 for measuring the position information of the alignment mark AM, after measuring the deviation amount ΔZ, if the measurement result obtained in step S36 is X (ΔZ), The displacement X (0) expected to be obtained when the wafer W is placed at the focal position of the alignment sensor can be obtained by the following equation (2). X (0) = X (ΔZ) −ΔX = X (ΔZ) −ΔZ · θ (2) Therefore, when the influence of the aberration can be ignored and only the displacement amount due to the telecentric tilt is considered, The displacement amount X (0) obtained by the above equation (2) is calculated using the alignment mark A
It may be used as the position information of M.

【0055】また、図9中のステップS40の処理を行
うことによって、各アライメントマークAMの位置情報
が得られた後、静止座標系上における各ショット領域の
配列を求める所謂エンハンスド・グローバル・アライメ
ント(EGA)を行ってもよい。このEGAについては
特開昭61−44429号公報に詳しく開示されている
ため、ここでは詳しい説明を省略する。EGAを用いた
場合には、ウェハW上のショット領域の配列が求めら
れ、主制御系12は求められた配列座標に基づいてウェ
ハステージ7をステッピング移動させ、各ショット領域
をレチクルRのパターンの投影像に対して正確に重ね合
わせて露光することができる。
After the position information of each alignment mark AM is obtained by performing the processing of step S40 in FIG. 9, the so-called enhanced global alignment for obtaining the arrangement of each shot area on the stationary coordinate system (so-called enhanced global alignment) is performed. EGA) may be performed. Since this EGA is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429, a detailed description is omitted here. When the EGA is used, the arrangement of the shot areas on the wafer W is obtained, and the main control system 12 moves the wafer stage 7 in a stepping manner based on the obtained arrangement coordinates, and moves each shot area to the pattern of the reticle R. Exposure can be performed so as to be accurately superimposed on the projected image.

【0056】また、本発明は上記実施形態の如きアライ
メント系のみならず、例えばウェハW上に光ビームを照
射して、ウェハW上のアライメントマークAMを光ビー
ムに対して走査することによってマークからの回折光を
検出し、アライメントマークの座標位置を検出する光ビ
ーム走査型のアライメント系(レーザ・ステップ・アラ
イメント)等に用いることによっても同様の効果を得る
ことができる。
The present invention is not limited to the alignment system as in the above-described embodiment. For example, by irradiating a light beam onto the wafer W and scanning the alignment mark AM on the wafer W with respect to the light beam, A similar effect can be obtained by using the light beam scanning type alignment system (laser step alignment) or the like which detects the diffracted light and detects the coordinate position of the alignment mark.

【0057】尚、前述した本発明の一実施形態による露
光装置(図1)は、ウェハWを精度よく高速に位置制御
することができ、スループットを向上しつつ高い露光精
度で露光が可能となるように、モータ2、レチクルステ
ージ3、及び移動鏡5を含むレチクルアライメント系、
ウェハホルダ6、ウェハステージ7、基準部材8、移動
鏡9、及びレーザ干渉計10を含むウェハアライメント
系、投影光学系PL等の図1に示された各要素が電気
的、機械的、又は光学的に連結して組み上げられた後、
総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製
造される。尚、露光装置の製造は、温度及びクリーン度
等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
The exposure apparatus (FIG. 1) according to the above-described embodiment of the present invention can precisely control the position of the wafer W at high speed, and can perform exposure with high exposure accuracy while improving throughput. As described above, a reticle alignment system including the motor 2, the reticle stage 3, and the movable mirror 5,
Each element shown in FIG. 1 such as a wafer alignment system including a wafer holder 6, a wafer stage 7, a reference member 8, a moving mirror 9, and a laser interferometer 10, and a projection optical system PL is electrically, mechanically, or optically. After being connected and assembled,
It is manufactured by comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, etc.). It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

【0058】次に、本発明の一実施形態の露光装置及び
露光方法を使用したデバイスの製造について説明する。
図10は、本発明の一実施形態による露光装置を用いて
デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネ
ル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の生
産のフローチャートである。図10に示されるように、
まず、ステップS50(設計ステップ)において、デバ
イスの機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計
等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップ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
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, the manufacture of a device using the exposure apparatus and the exposure method according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a flowchart of production of devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads, micromachines, etc.) using the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG.
First, in step S50 (design step), device function design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S51 (mask manufacturing step), a mask 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.

【0059】次に、ステップS53(ウェハプロセスス
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、リソグラフィ技術
によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、
ステップS54(組立ステップ)において、ステップS
53において処理されたウェハを用いてチップ化する。
このステップS54には、アッセンブリ工程(ダイシン
グ、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程が含まれる。最後に、ステップS55(検
査ステップ)において、ステップS55で作製されたデ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが
出荷される。
Next, in step S53 (wafer process step), actual circuits and the like are formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer prepared in steps S50 to S52. Then
In step S54 (assembly step), step S
Chips are formed using the wafer processed in 53.
Step S54 includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). Finally, in step S55 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step S55 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0060】尚、本実施形態の露光装置として、マスク
と基板とを同期移動してマスクのパターンを露光する走
査型の露光装置(USP5,473,410)にも適用することがで
きる。更に、本実施形態の露光装置として、投影光学系
を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクの
パターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用す
ることができる。また、露光装置の用途としては半導体
製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型
のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液
晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露
光装置にも広く適当できる。
The exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a scanning exposure apparatus (US Pat. No. 5,473,410) for exposing a pattern of a mask by synchronously moving a mask and a substrate. Further, the exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a proximity exposure apparatus that exposes a mask pattern by bringing a mask and a substrate into close contact without using a projection optical system. Further, the application of the exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for manufacturing semiconductors. Widely applicable to the exposure apparatus.

【0061】本実施形態の露光装置の光源は、g線(4
36nm)、i線(365nm)、KrFエキシマレー
ザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193n
m)、F2レーザ(157nm)のみならず、X線や電
子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、
電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型の
ランタンヘキサボライト(LaB6)、タンタル(T
a)を用いることができる。
The light source of the exposure apparatus of this embodiment is a g-line (4
36 nm), i-line (365 nm), KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193n)
m), not only the F 2 laser (157 nm) only, it is possible to use a charged particle beam such as X-ray or electron beam. For example,
When an electron beam is used, thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB 6 ), tantalum (T
a) can be used.

【0062】投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍
および拡大系のいずれでも良い。投影光学系としては、
エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材とし
て石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、F
2レーザやX線を用いる場合は反射屈折系または屈折系
の光学系にし(レチクルも反射型タイプのものを用い
る)、また、電子線を用いる場合には光学系として電子
レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればい
い。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすること
はいうまでもない。
The magnification of the projection optical system may be not only a reduction system but also any one of a unity magnification and an enlargement system. As the projection optical system,
When far ultraviolet rays such as an excimer laser are used, a material that transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as a glass material, and F
(2) When a laser or X-ray is used, a catadioptric or refractive optical system is used (a reticle is also of a reflection type). When an electron beam is used, the optical system includes an electron lens and a deflector. An electron optical system may be used. It goes without saying that the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.

【0063】ウェハステージやレチクルステージにリニ
アモータ(USP5、623,853又はUSP5、528、118参照)を
用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およ
びローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上
型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイド
に沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けない
ガイドレスタイプでもいい。ステージの駆動装置として
は、2次元に磁石を配置した磁石ユニットと、2次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
よりステージを駆動する平面モ−タを用いてもいい。こ
の場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一
方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニット
との他方をステージの移動面側に設ければよい。
When a linear motor (see US Pat. No. 5,623,853 or US Pat. No. 5,528,118) is used for a wafer stage or a reticle stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force is used. May be used. The stage may be of a type that moves along a guide or a guideless type that does not have a guide. As the stage driving device, a planar motor that drives a stage by electromagnetic force with a magnet unit having two-dimensionally arranged magnets facing an armature unit having two-dimensionally arranged coils may be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stage.

【0064】ウェハステージの移動により発生する反力
は、特開平8−166475号公報(USP5、528、118)
に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的
に床(大地)に逃がしてもいい。レチクルステージの移
動により発生する反力は、特開平8−330224号公
報(US S/N 08/416,558)に記載されているように、フ
レーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよ
い。
The reaction force generated by the movement of the wafer stage is disclosed in JP-A-8-166475 (US Pat. Nos. 5,528,118).
As described in (1), the material may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member. The reaction force generated by the movement of the reticle stage is mechanically released to the floor (ground) using a frame member as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330224 (US S / N 08 / 416,558). Is also good.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の第1の
観点による位置計測装置によれば、焦点検出光学系の合
焦位置と物体との整合状態の変化と、この変化に応じた
二次元平面内におけるマークの位置情報との変化との関
係を予め記憶手段に記憶しておき、マークの位置情報を
計測する際に、検出された焦点検出光学系の合焦位置と
物体との整合状態の変化と記憶手段に記憶している関係
とに基づいて位置計測手段によって計測された位置情報
を補正することにより二次元平面内におけるマークの位
置情報を求めている。よって、物体が焦点検出光学系の
合焦位置からずれていたり、位置計測光学系にコマ収差
や非点収差等の収差が残存していてマークが横ずれした
状態で位置情報が計測されても、この横ずれが補正され
た位置情報を求めることができるため、二次元平面内に
おけるマークの位置情報を計測精度を低下させずに計測
することができるという効果がある。また、本発明の第
2の観点による位置計測装置によれば、記憶装置が焦点
検出光学系の合焦位置を含む垂直方法の所定範囲におけ
る物体の垂直位置の変化と位置情報の変化とを対応づけ
て記憶しているため、焦点検出光学系の合焦位置に対す
るZ軸方向のずれ量と−Z軸方向のずれ量との絶対値が
等しくても二次元平面内における位置情報のずれ量の絶
対値が相違する場合(この現象は主に収差が原因で生ず
る現象である)にも位置情報の精度の低下を招かずに位
置情報を計測することができるという効果がある。ま
た、本発明の第3の観点による位置計測装置によれば、
物体を載置するステージを垂直方向に移動させつつ位置
計測手段の計測値の変化を記憶手段に記憶させるように
しているので、短時間で焦点検出光学系の合焦位置に対
する物体の垂直位置の変化と二次元平面内におけるマー
クの位置情報の変化との関係を連続的に得ることができ
るという効果がある。また、本発明の第4の観点による
位置計測装置によれば、検出手段による検出時に、ステ
ージ上に設けられた基準マークを計測して焦点検出光学
系の合焦位置に対する物体の垂直位置の変化と二次元平
面内におけるマークの位置情報の変化との関係を求めて
いるため、焦点検出光学系の合焦位置からのずれと位置
計測光学系に残存する収差とに起因する二次元平面内に
おける横ずれ量を、物体上に形成されるマークの形状に
起因する影響を受けずに求めることができるという効果
がある。また、本発明の第5の観点による位置計測装置
によれば、検出手段による検出時に、物体上に形成され
たマークを計測して焦点検出光学系の合焦位置に対する
物体の垂直位置の変化と二次元平面内におけるマークの
位置情報の変化との関係を求めているため、焦点検出光
学系の合焦位置からのずれと位置計測光学系に残存する
収差とに起因する二次元平面内における横ずれ量を、物
体上に形成されるマークの形状に応じて生ずる横ずれ量
を含めて求めることができる。よって、物体上に形成さ
れるマークの形状が、位置情報の計測において横ずれを
生じさせ易い形状である場合には、マークの形状に起因
する影響を含めて横ずれを求めることができるため、高
い精度でマークの位置情報を求める際には極めて好適で
あるという効果がある。また、本発明の第6の観点によ
る位置計測装置によれば、ロットを単位とする複数枚の
基板に対して焦点検出光学系の合焦位置に対する物体の
垂直位置の変化と二次元平面内におけるマークの位置情
報の変化との関係を求める際に、ロットの先頭の基板又
はロット先頭の数枚の基板に対して検出を行い、そのロ
ット内の残りの基板については、検出を行った基板の検
出結果に基づいて計測されたマークの位置情報を補正す
るようにしている。よって、これら残りの基板に対して
は焦点検出光学系の合焦位置に対する物体の垂直位置の
変化と二次元平面内におけるマークの位置情報の変化と
の関係を求める処理を行わないので、位置情報の計測に
要する時間の短縮を図ることができるという効果があ
る。また、本発明の第7の観点による位置計測装置によ
れば、ロットの先頭の基板又はロット先頭の数枚の基板
に対して検出を行う際に、ステージの垂直方向の移動に
伴う計測値の変化を複数のマーク毎に求めてその平均値
を記憶手段に記憶し、そのロット内の残りの基板につい
ては、記憶手段に記憶した平均値に基づいて計測された
マークの位置情報を補正するようにしている。同一ロッ
ト内においてはほぼ同じ処理が施された基板が設けら
れ、基板毎の表面状態はほぼ同一であり、また基板内に
おいてもマーク毎の横ずれ量が全く相違するといった状
況はあまり生じない。しかしながら、一枚の基板から得
られる計測結果のみに基づいて補正を行ったのでは、偶
然計測を行った基板の表面状態が悪い場合等高い信頼性
が得られない場合が考えられる。そこで、マーク毎の平
均値を得ることで信頼性を高めつつ、計測精度を低下さ
せずに位置情報の計測に要する時間の短縮を図る上で好
適であるという効果がある。また、本発明の第8の観点
による位置計測装置によれば、物体が焦点検出光学系の
合焦位置から垂直方向にずれて配置されている場合であ
っても、ステージの移動を行うことなく物体が合焦位置
からずれた状態で計測動作を行うように制御手段がステ
ージ及び位置計測手段を制御している。よって、マーク
毎に物体を焦点検出光学系の焦点位置に配置する制御が
省略されるため、位置情報の計測に要する時間を極めて
短縮することができ、その結果としてスループットを向
上させることができるという効果がある。また、本発明
の第9の観点による位置計測装置によれば、焦点検出光
学系の合焦位置と物体との整合状態の変化と、この変化
に応じた二次元平面内におけるマークの位置情報との変
化との関係を予め記憶手段に記憶しておき、物体が焦点
検出光学系の合焦位置に配置されていない状態であって
も位置計測手段によってマークの二次元平面内における
位置情報を計測し、この位置情報を記憶手段に記憶した
関係に基づいて補正している。よって、マーク毎に物体
を焦点検出光学系の焦点位置に配置する制御が省略され
るために位置情報の計測に要する時間を極めて短縮する
ことができるとともに、計測精度を低下させずにマーク
の位置情報を計測することができるという効果がある。
また、本発明の露光装置によれば、位置計測装置によっ
て計測精度を低下させずに短時間で位置情報の計測結果
が得られており、この計測結果に基づいて基板の位置合
わせを行って基板上に所定パターンが転写されるので、
位置合わせを精度良く行うことができ、しかもスループ
ットを向上させることができるという効果がある。ま
た、本発明の第1の観点及び第2の観点による位置計測
方法発明によれば、焦点検出光学系の合焦位置と物体と
の整合状態の変化と、この変化に応じた二次元平面内に
おけるマークの位置情報との変化との関係を予め記憶手
段に記憶しておき、マークの位置情報を計測する際に、
検出された焦点検出光学系の合焦位置と物体との整合状
態の変化と記憶手段に記憶している関係とに基づいて位
置計測手段によって計測された位置情報を補正すること
により二次元平面内におけるマークの位置情報を求めて
いる。よって、物体が焦点検出光学系の合焦位置からず
れていたり、位置計測光学系にコマ収差や非点収差等の
収差が残存していてマークが横ずれした状態で位置情報
が計測されても、この横ずれが補正された位置情報を求
めることができるため、二次元平面内におけるマークの
位置情報を計測精度を低下させずに計測することができ
るという効果がある。また、本発明の第3の観点による
位置計測方法によれば、ステージ上に設けられた基準マ
ーク又は物体状に形成されたマークを計測して焦点検出
光学系の合焦位置に対する物体の垂直位置の変化と二次
元平面内におけるマークの位置情報の変化との関係を求
めている。よって、焦点検出光学系の合焦位置からのず
れと位置計測光学系に残存する収差とに起因する二次元
平面内における横ずれ量を、物体上に形成されるマーク
の形状に起因する影響を受けずに、又は位置情報の計測
において横ずれを生じさせ易い形状である場合にはマー
クの形状に起因する影響を含めた関係を得ることができ
るという効果がある。また、本発明の第4の観点及び第
5の観点による位置計測方法によれば、焦点検出光学系
の合焦位置と物体との整合状態の変化と、この変化に応
じた二次元平面内におけるマークの位置情報との変化と
の関係を予め記憶しておき、物体が焦点検出光学系の合
焦位置に配置されていない状態であっても位置計測手段
によってマークの二次元平面内における位置情報を計測
し、この位置情報を記憶手段に記憶した関係に基づいて
補正している。よって、マーク毎に物体を焦点検出光学
系の焦点位置に配置する制御が省略されるために位置情
報の計測に要する時間を極めて短縮することができると
ともに、計測精度を低下させずにマークの位置情報を計
測することができるという効果がある。また、本発明の
露光方法によれば、計測精度を低下させずに短時間で位
置情報の計測結果を得ており、この計測結果に基づいて
基板の位置合わせを行って基板上に所定パターンが転写
されるので、位置合わせを精度良く行うことができ、し
かも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。
As described above, according to the position measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object and the change in response to this change The relationship between the change in the position information of the mark and the change in the two-dimensional plane is stored in advance in the storage means, and when the position information of the mark is measured, the focus position of the detected focus detection optical system and the object are compared. The position information of the mark in the two-dimensional plane is obtained by correcting the position information measured by the position measurement unit based on the change in the matching state and the relationship stored in the storage unit. Therefore, even if the object is shifted from the in-focus position of the focus detection optical system, or the position measurement optical system is left with aberrations such as coma and astigmatism, and the position information is measured in a state where the mark is laterally shifted, Since the position information in which the lateral displacement has been corrected can be obtained, there is an effect that the position information of the mark in the two-dimensional plane can be measured without lowering the measurement accuracy. According to the position measuring device of the second aspect of the present invention, the storage device corresponds to the change in the vertical position of the object and the change in the position information in a predetermined range of the vertical method including the focus position of the focus detection optical system. Even if the absolute value of the shift amount in the Z-axis direction and the shift amount in the −Z-axis direction with respect to the focus position of the focus detection optical system are equal, the shift amount of the position information in the two-dimensional plane is stored. Even when the absolute values are different (this phenomenon is a phenomenon mainly caused by aberration), there is an effect that the position information can be measured without lowering the accuracy of the position information. Further, according to the position measuring device of the third aspect of the present invention,
Since the change of the measurement value of the position measurement means is stored in the storage means while moving the stage on which the object is mounted in the vertical direction, the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system in a short time. The effect is that the relationship between the change and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane can be continuously obtained. Further, according to the position measuring device of the fourth aspect of the present invention, when the detection unit detects, the reference mark provided on the stage is measured to change the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system. And the relationship between the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane, and the deviation from the focus position of the focus detection optical system and the aberration remaining in the position measurement optical system in the two-dimensional plane. There is an effect that the lateral shift amount can be obtained without being affected by the shape of the mark formed on the object. Further, according to the position measuring device of the fifth aspect of the present invention, upon detection by the detecting means, the mark formed on the object is measured, and the change in the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system is determined. Since the relationship with the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane is determined, the lateral deviation in the two-dimensional plane due to the deviation from the focus position of the focus detection optical system and the aberration remaining in the position measurement optical system The amount can be obtained including the amount of lateral shift generated according to the shape of the mark formed on the object. Therefore, when the shape of the mark formed on the object is a shape that is likely to cause a lateral displacement in the measurement of the position information, the lateral displacement can be obtained including the influence due to the shape of the mark. Is very suitable for obtaining mark position information. According to the position measuring apparatus of the sixth aspect of the present invention, the change in the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system for a plurality of substrates in lots and the change in the two-dimensional plane When determining the relationship with the change in the position information of the mark, detection is performed on the first substrate of the lot or several substrates at the beginning of the lot, and for the remaining substrates in the lot, The position information of the mark measured based on the detection result is corrected. Therefore, the processing for obtaining the relationship between the change in the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane is not performed on these remaining substrates. There is an effect that the time required for measurement of the measurement can be reduced. Further, according to the position measuring apparatus of the seventh aspect of the present invention, when detecting the first substrate of the lot or the several substrates at the beginning of the lot, the measurement value accompanying the vertical movement of the stage is detected. The change is obtained for each of the plurality of marks, and the average value is stored in the storage unit. For the remaining substrates in the lot, the position information of the mark measured based on the average value stored in the storage unit is corrected. I have to. Substrates that have been subjected to substantially the same processing are provided in the same lot, the surface condition of each substrate is substantially the same, and the situation in which the lateral shift amount of each mark is completely different even within the substrate does not often occur. However, if the correction is performed based only on the measurement result obtained from one substrate, high reliability may not be obtained, for example, when the surface state of the substrate that is accidentally measured is poor. Thus, obtaining the average value for each mark has the effect of improving reliability and reducing the time required for position information measurement without lowering measurement accuracy. Further, according to the position measuring device of the eighth aspect of the present invention, even if the object is arranged vertically displaced from the focus position of the focus detection optical system, the stage is not moved. The control means controls the stage and the position measurement means so as to perform the measurement operation in a state where the object is shifted from the in-focus position. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and as a result, the throughput can be improved. effective. Further, according to the position measuring device of the ninth aspect of the present invention, the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object, the position information of the mark in the two-dimensional plane according to this change, Is stored in the storage means in advance, and even when the object is not located at the in-focus position of the focus detection optical system, position information in the two-dimensional plane of the mark is measured by the position measurement means. Then, the position information is corrected based on the relationship stored in the storage means. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and the position of the mark can be reduced without lowering the measurement accuracy. There is an effect that information can be measured.
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, the measurement result of the position information is obtained in a short time without lowering the measurement accuracy by the position measurement device, and the position of the substrate is adjusted based on the measurement result. Since the predetermined pattern is transferred on top,
There is an effect that the alignment can be performed with high accuracy and the throughput can be improved. Further, according to the position measuring method invention according to the first and second aspects of the present invention, a change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object, and a change in the two-dimensional plane corresponding to the change. Is stored in advance in the storage means, and when measuring the position information of the mark,
By correcting the position information measured by the position measuring means based on the detected change of the in-focus position of the focus detection optical system and the state of alignment with the object and the relationship stored in the storage means, a two-dimensional plane is obtained. Is required for the position information of the mark. Therefore, even if the object is shifted from the in-focus position of the focus detection optical system, or the position measurement optical system is left with aberrations such as coma and astigmatism, and the position information is measured in a state where the mark is laterally shifted, Since the position information in which the lateral displacement has been corrected can be obtained, there is an effect that the position information of the mark in the two-dimensional plane can be measured without lowering the measurement accuracy. Further, according to the position measuring method according to the third aspect of the present invention, the reference mark provided on the stage or the mark formed in the shape of an object is measured, and the vertical position of the object with respect to the focus position of the focus detection optical system is measured. Of the mark and the change in the position information of the mark in the two-dimensional plane. Therefore, the amount of lateral displacement in a two-dimensional plane caused by the deviation of the focus detection optical system from the in-focus position and the aberration remaining in the position measurement optical system is affected by the shape of the mark formed on the object. However, when the position information has a shape that is likely to cause a lateral shift in the measurement of the position information, there is an effect that a relationship including an influence due to the shape of the mark can be obtained. Further, according to the position measurement methods according to the fourth and fifth aspects of the present invention, the change in the state of alignment between the focus position of the focus detection optical system and the object, and the change in the two-dimensional plane corresponding to this change. The relationship between the position of the mark and the change is stored in advance, and even when the object is not located at the in-focus position of the focus detection optical system, the position information in the two-dimensional plane is obtained by the position measuring means. Is measured, and the position information is corrected based on the relationship stored in the storage means. Therefore, since the control for arranging the object at the focal position of the focus detection optical system for each mark is omitted, the time required for measuring the position information can be extremely reduced, and the position of the mark can be reduced without lowering the measurement accuracy. There is an effect that information can be measured. Further, according to the exposure method of the present invention, the measurement result of the position information is obtained in a short time without lowering the measurement accuracy, and the predetermined pattern is formed on the substrate by performing the alignment of the substrate based on the measurement result. Since the image is transferred, there is an effect that the alignment can be performed with high accuracy and the throughput can be improved.

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

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

【図2】 ウェハWの概略構成例を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing a schematic configuration example of a wafer W.

【図3】 1つのショット領域の近傍の構成を示す上面
図である。
FIG. 3 is a top view showing a configuration in the vicinity of one shot area.

【図4】 2次元計測用のアライメントマークAMの一
例の構成を示す上面図である。
FIG. 4 is a top view illustrating a configuration of an example of an alignment mark AM for two-dimensional measurement.

【図5】 アライメントマークAMXの像が指標板21
上に結像する様子を示す図及び撮像素子26から得られ
る画像信号の波形の一例を示す図である。
[Figure 5] alignment mark AM X of the image is the index plate 21
6A and 6B are diagrams illustrating a state in which an image is formed on an upper side and a diagram illustrating an example of a waveform of an image signal obtained from the imaging element 26. FIG.

【図6】 アライメントセンサの焦点位置に対するウェ
ハWのZ軸方向におけるずれ量ΔZと、アライメントマ
ークAMのXY平面内における位置ずれ量ΔXとの関係
を求めるフローを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow for obtaining a relationship between a shift amount ΔZ of a wafer W in a Z-axis direction with respect to a focal position of an alignment sensor and a position shift amount ΔX of an alignment mark AM in an XY plane.

【図7】 図6に示した処理を行って得られたずれ量Δ
Zと位置ずれ量ΔXとの関係の一例を示す図である。
7 is a shift amount Δ obtained by performing the processing shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between Z and a positional deviation amount ΔX.

【図8】 種々の形状のアライメントマークAMを示す
断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing alignment marks AM having various shapes.

【図9】 ウェハW上に形成されたアライメントマーク
AMの位置情報を計測する際のフローを示すフローチャ
ートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a flow when measuring position information of an alignment mark AM formed on a wafer W.

【図10】 本発明の一実施形態による露光装置を用い
てデバイスを製造する際の手順を示すフローチャートで
ある。
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for manufacturing a device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 ウェハステージ(ステージ) 8 基準部材(基準マーク) 11 モータ(位置決め手段) 12 主制御系(検出手段、位置決め手段、制御手
段) 13 光源(位置計測光学系) 14 光ファイバ(位置計測光学系) 15 コンデンサレンズ(位置計測光学系) 16 ビームスプリッタ(位置計測光学系、焦点検出
光学系) 17 ハーフミラー(位置計測光学系、焦点検出光学
系) 18 対物レンズ(対物光学系、位置計測光学系、焦
点検出光学系) 19 プリズム(対物光学系、位置計測光学系、焦点
検出光学系) 20 レンズ(位置計測光学系、焦点検出光学系) 21 指標板(位置計測光学系、焦点検出光学系) 22 レンズ(位置計測光学系、焦点検出光学系) 23 ビームスプリッタ(位置計測光学系、焦点検出
光学系) 24 リレーレンズ(位置計測光学系) 25 ビームスプリッタ(位置計測光学系) 26 撮像素子(位置計測光学系) 27 撮像素子(位置計測光学系) 28 信号処理装置(位置計測手段) 30 光源(焦点検出光学系) 31 光ファイバ(焦点検出光学系) 32 レンズ(焦点検出光学系) 33 ミラー(焦点検出光学系) 34 レンズ(焦点検出光学系) 35 スリット板(焦点検出光学系) 36 レンズ(焦点検出光学系) 37 レンズ(焦点検出光学系) 38 検出器(焦点検出光学系) 39 信号処理系(焦点検出手段) 40 記憶装置(記憶手段) AM,AMX,AMY アライメントマーク(マーク) PA パターン領域(所定パターン、デバイスパター
ン) W ウェハ(物体、基板)
7 Wafer stage (stage) 8 Reference member (reference mark) 11 Motor (positioning means) 12 Main control system (detection means, positioning means, control means) 13 Light source (position measurement optical system) 14 Optical fiber (position measurement optical system) 15 Condenser lens (position measurement optical system) 16 Beam splitter (position measurement optical system, focus detection optical system) 17 Half mirror (position measurement optical system, focus detection optical system) 18 Objective lens (objective optical system, position measurement optical system, Focus detecting optical system) 19 Prism (objective optical system, position measuring optical system, focus detecting optical system) 20 Lens (position measuring optical system, focus detecting optical system) 21 Index plate (position measuring optical system, focus detecting optical system) 22 Lens (position measurement optical system, focus detection optical system) 23 Beam splitter (position measurement optical system, focus detection optical system) 24 relay lens (Position measurement optical system) 25 Beam splitter (position measurement optical system) 26 Image sensor (position measurement optical system) 27 Image sensor (position measurement optical system) 28 Signal processing device (position measurement means) 30 Light source (focus detection optical system) Reference Signs List 31 optical fiber (focus detection optical system) 32 lens (focus detection optical system) 33 mirror (focus detection optical system) 34 lens (focus detection optical system) 35 slit plate (focus detection optical system) 36 lens (focus detection optical system) 37 lens (focus detection optical system) 38 detectors (focus detection optical system) 39 signal processing system (focus detector) 40 memory (storage means) AM, AM X, AM Y alignment mark (mark) PA pattern region (predetermined Pattern, device pattern) W Wafer (object, substrate)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 525B 526A Fターム(参考) 2F065 AA03 AA06 AA07 AA24 BB27 CC18 CC19 DD06 EE00 FF01 FF04 FF10 FF55 FF61 GG02 GG07 GG24 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL04 LL12 LL20 LL22 LL30 LL42 LL46 LL59 MM03 PP02 PP12 PP22 PP24 QQ23 QQ28 QQ34 TT02 UU06 UU07 2H051 AA10 BA72 CB11 CC03 CC04 GB12 5F031 CA02 CA05 HA53 JA02 JA04 JA06 JA14 JA17 JA28 JA29 JA30 JA32 JA38 JA51 KA06 KA07 KA08 LA03 LA04 LA08 MA27 5F046 DA14 DB05 DB10 ED02 FC04 FC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/30 525B 526A F-term (Reference) 2F065 AA03 AA06 AA07 AA24 BB27 CC18 CC19 DD06 EE00 FF01 FF04 FF10 FF55 FF61 GG02 GG07 GG24 JJ03 JJ05 JJ26 LL02 LL04 LL12 LL20 LL22 LL30 LL42 LL46 LL59 MM03 PP02 PP12 PP22 PP24 QQ23 QQ28 QQ34 TT02 UU06 UU07 2H051 AA10 BA72 CB11 CC03 CC04 GB12 JA05 JA03 JA05 JA03 JA02 JA05 LA03 LA04 LA08 MA27 5F046 DA14 DB05 DB10 ED02 FC04 FC06

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体上に形成されたマークの二次元平面
内における位置情報を、対物光学系を含む位置計測光学
系を介して計測する位置計測手段と、 前記対物光学系と前記位置計測光学系の一部とを含み、
前記二次元平面に対して垂直な方向における合焦位置を
持つ焦点検出光学系を有し、前記合焦位置と前記物体と
の整合状態を、前記焦点検出光学系を介して検出する焦
点検出手段と、 前記整合状態の変化と前記位置情報の変化との関係を記
憶する記憶手段とを具備し、 前記記憶手段に記憶された前記関係と、前記位置計測手
段により計測された計測値とに基づいて、前記マークの
前記二次元平面内における位置情報を求めることを特徴
とする位置計測装置。
1. A position measuring means for measuring position information of a mark formed on an object in a two-dimensional plane via a position measuring optical system including an objective optical system, the objective optical system and the position measuring optical. Including part of the system,
A focus detection unit that has a focus detection optical system having a focus position in a direction perpendicular to the two-dimensional plane, and detects a state of alignment between the focus position and the object via the focus detection optical system; And storage means for storing a relationship between a change in the matching state and a change in the position information, based on the relationship stored in the storage means and a measurement value measured by the position measurement means. A position measuring device for obtaining position information of the mark in the two-dimensional plane.
【請求項2】 前記記憶手段は、前記合焦位置を含む前
記垂直方向の所定範囲内の複数の垂直位置のそれぞれに
前記物体が存在した時の前記位置情報を、当該垂直位置
の変化と前記位置情報の変化とを対応づけて記憶するこ
とを特徴とする請求項1記載の位置計測装置。
2. The storage means stores the position information when the object is present at each of a plurality of vertical positions within the predetermined vertical direction range including the in-focus position, based on the change in the vertical position and the change in the vertical position. 2. The position measuring device according to claim 1, wherein a change in the position information is stored in association with the change.
【請求項3】 前記物体を載置した状態で前記垂直方向
に移動可能なステージと、 前記ステージの前記垂直方向への移動に伴う、前記位置
計測手段による計測値の変化を検出する検出手段とを有
し、 前記記憶手段は、前記検出手段による検出結果を記憶す
ることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の位置計
測装置。
3. A stage movable in the vertical direction with the object placed thereon, and a detector for detecting a change in a value measured by the position measuring unit accompanying the vertical movement of the stage. The position measuring device according to claim 1, wherein the storage unit stores a detection result obtained by the detection unit.
【請求項4】 前記検出手段による検出時に、前記位置
計測手段は、前記ステージ上に設けられた基準マークの
位置情報を計測することを特徴とする請求項3記載の位
置計測装置。
4. The position measuring apparatus according to claim 3, wherein said position measuring means measures position information of a reference mark provided on said stage when detecting by said detecting means.
【請求項5】 前記検出手段による検出時に、前記位置
計測手段は、前記ステージ上に載置されている前記物体
上に形成されたマークの位置情報を計測することを特徴
とする請求項3記載の位置計測装置。
5. The apparatus according to claim 3, wherein said position measuring means measures position information of a mark formed on said object placed on said stage when detecting by said detecting means. Position measuring device.
【請求項6】 前記物体は、所定の処理が施された複数
枚を一組のロット単位とする基板であり、 前記検出手段は、少なくとも前記ロットの先頭の基板に
対して、前記検出を行うことを特徴とする請求項5記載
の位置計測装置。
6. The object is a substrate in which a plurality of substrates subjected to a predetermined process are set as a set of lot units, and the detection means performs the detection on at least a first substrate of the lot. The position measuring device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記基板上には複数の前記マークが形成
されており、 前記検出手段は、前記複数のマーク毎に求められた、前
記ステージの前記垂直方向の移動に伴う前記計測値の変
化を検出し、 前記記憶手段は、前記マーク毎の計測値の変化の平均値
を、前記垂直方向への移動と対応づけて記憶することを
特徴とする請求項6記載の位置計測装置。
7. A plurality of said marks are formed on said substrate, and said detecting means changes said measured value associated with said vertical movement of said stage, obtained for each of said plurality of marks. 7. The position measuring apparatus according to claim 6, wherein the storage unit stores an average value of a change in the measured value for each mark in association with the movement in the vertical direction.
【請求項8】 物体上に形成されたマークの二次元平面
内における位置情報を計測する位置計測装置において、 前記二次元平面に対して垂直な方向における合焦位置を
持つ焦点検出光学系を介して、前記合焦位置と前記物体
との整合状態を検出する焦点検出手段と、 前記マークの前記二次元平面内における位置情報を計測
する位置計測手段と、 前記物体を載置した状態で、前記二次元平面内及び前記
垂直方向への移動を行うステージと、 前記焦点検出手段により検出された前記整合状態に基づ
く前記垂直方向への前記ステージの移動を行うことな
く、前記位置計測手段による計測動作を行うように、前
記ステージ及び前記位置計測手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする位置計測装置。
8. A position measuring device for measuring position information of a mark formed on an object in a two-dimensional plane, comprising: a focus detection optical system having a focus position in a direction perpendicular to the two-dimensional plane. Focus detection means for detecting a state of alignment between the in-focus position and the object; position measurement means for measuring position information of the mark in the two-dimensional plane; and A stage that moves in a two-dimensional plane and in the vertical direction; and a measuring operation by the position measurement unit without moving the stage in the vertical direction based on the alignment state detected by the focus detection unit. Control means for controlling the stage and the position measurement means so as to perform the position measurement.
【請求項9】 前記整合状態の変化と前記位置情報の変
化との関係を記憶する記憶手段を更に有し、 前記記憶手段に記憶された前記関係と、前記位置計測手
段により計測された計測値とに基づいて、前記マークの
前記二次元平面内における位置情報を求めることを特徴
とする請求項8記載の位置計測装置。
9. A storage unit for storing a relationship between a change in the matching state and a change in the position information, wherein the relationship stored in the storage unit and a measurement value measured by the position measurement unit 9. The position measuring device according to claim 8, wherein position information of the mark in the two-dimensional plane is obtained based on the following.
【請求項10】 請求項1から請求項9の何れか一項に
記載の位置計測装置により求められた前記マークの位置
情報に基づいて、前記マークが形成されている基板の位
置決めを行う位置決め手段を有し、 前記位置決め手段で位置決めされた前記基板上に所定パ
ターンを転写することを特徴とする露光装置。
10. A positioning means for positioning a substrate on which the mark is formed, based on the position information of the mark obtained by the position measuring device according to claim 1. An exposure apparatus, comprising: transferring a predetermined pattern onto the substrate positioned by the positioning unit.
【請求項11】 物体上に形成されたマークの二次元平
面内における位置情報を計測する位置計測方法であっ
て、 前記マークの前記二次元平面内における位置情報を、対
物光学系を含む位置計測光学系を介して計測し、 前記対物光学系と前記位置計測光学系の一部とを含み、
前記二次元平面に対して垂直な方向における合焦位置を
持つ焦点検出光学系を介して、前記合焦位置と前記物体
との整合状態を検出し、 前記整合状態の変化と前記位置情報の変化との関係を記
憶し、 前記記憶されている前記関係と、前記計測された計測値
とに基づいて、前記マークの前記二次元平面内における
位置情報を決定することを特徴とする位置計測方法。
11. A position measuring method for measuring position information of a mark formed on an object in a two-dimensional plane, wherein the position information of the mark in the two-dimensional plane is measured using an objective optical system. Measuring via an optical system, including the objective optical system and a part of the position measuring optical system,
Through a focus detection optical system having a focus position in a direction perpendicular to the two-dimensional plane, a matching state between the focus position and the object is detected, and a change in the matching state and a change in the position information And determining position information of the mark in the two-dimensional plane based on the stored relationship and the measured value.
【請求項12】 前記位置情報の決定を行う前に、 前記物体の前記垂直方向への移動により前記整合状態が
変化することに伴う、前記計測値の変化を検出してお
き、 前記検出された結果に基づき求められた前記関係を記憶
しておくことを特徴とする請求項11記載の位置計測方
法。
12. Before the determination of the position information, a change in the measurement value accompanying a change in the alignment state due to the movement of the object in the vertical direction is detected. The position measurement method according to claim 11, wherein the relation obtained based on a result is stored.
【請求項13】 前記関係は、前記物体を載置するステ
ージ上に固設された基準マークの位置情報、或いは前記
ステージ上に載置されている前記物体上に形成されたマ
ークの位置情報の、前記ステージの垂直方向への移動に
伴う計測値の変化を検出することにより求められること
を特徴とする請求項12記載の位置計測方法。
13. The relationship may be a position information of a reference mark fixed on a stage on which the object is mounted, or a position information of a mark formed on the object mounted on the stage. 13. The position measurement method according to claim 12, wherein the position measurement method is obtained by detecting a change in a measurement value accompanying the vertical movement of the stage.
【請求項14】 物体上に形成されたマークの二次元平
面内における位置情報を計測する位置計測方法であっ
て、 前記二次元平面に対して垂直な方向における合焦位置を
持つ焦点検出光学系を介して、前記合焦位置と前記物体
との整合状態を検出し、 前記物体を載置するステージの、前記整合状態の検出結
果に基づく前記垂直方向への移動を行うことなく、前記
マークの前記二次元平面内における前記位置情報の計測
を行うことを特徴とする位置計測方法。
14. A position measuring method for measuring position information of a mark formed on an object in a two-dimensional plane, the focus detection optical system having a focus position in a direction perpendicular to the two-dimensional plane. Detecting the state of alignment between the in-focus position and the object, and without moving the stage on which the object is placed in the vertical direction based on the result of detection of the alignment state, A position measurement method, wherein the position information is measured in the two-dimensional plane.
【請求項15】 前記位置情報の計測は、前記整合状態
の検出後に行われることを特徴とする請求項14記載の
位置計測方法。
15. The position measurement method according to claim 14, wherein the measurement of the position information is performed after the detection of the matching state.
【請求項16】 請求項11から請求項15の何れか一
項に記載の位置計測方法により求められた前記マークの
位置情報に基づいて、前記マークが形成されている基板
の位置決めを行い、 前記位置決めがなされた前記基板上に、所定パターンを
転写することを特徴とする露光方法。
16. A substrate on which the mark is formed is positioned based on the position information of the mark obtained by the position measurement method according to claim 11. An exposure method, wherein a predetermined pattern is transferred onto the positioned substrate.
【請求項17】 請求項16記載の露光方法を用いて、
デバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むこ
とを特徴とするデバイス製造方法。
17. An exposure method according to claim 16,
A device manufacturing method, comprising a step of transferring a device pattern onto the substrate.
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