JP2003338448A - Method and apparatus for measuring position, method and apparatus for exposure, and mark measuring method - Google Patents

Method and apparatus for measuring position, method and apparatus for exposure, and mark measuring method

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JP2003338448A
JP2003338448A JP2002146600A JP2002146600A JP2003338448A JP 2003338448 A JP2003338448 A JP 2003338448A JP 2002146600 A JP2002146600 A JP 2002146600A JP 2002146600 A JP2002146600 A JP 2002146600A JP 2003338448 A JP2003338448 A JP 2003338448A
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JP
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mark
wafer
measured
measurement
relational expression
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JP2002146600A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuho Kanatani
有歩 金谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high-precision focus measurement without depending on the surface condition of an object. <P>SOLUTION: A measurement beam is projected to the surface of an object. A measurement result of the measurement beam reflected on the surface and a prescribed relational expression are used to measure the object position information in a normal direction on the surface. Based on the condition of a measured region on the surface of the object to which the measurement beam is projected, the prescribed relational expression is calibrated, as calibration processes S4-S7. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、位置計測方法と位
置計測装置、及び露光方法と露光装置並びにマーク計測
方法に関し、基板等の法線方向の位置情報を計測する際
に用いて好適な位置計測方法と位置計測装置、及び露光
方法と露光装置並びにマーク計測方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring method and a position measuring apparatus, an exposure method, an exposing apparatus and a mark measuring method, and a position suitable for use in measuring position information of a substrate or the like in a normal direction. The present invention relates to a measuring method and a position measuring device, an exposure method, an exposing device, and a mark measuring method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子等のデバイス
の製造工程では、フォトマスク(あるいはレチクル)上
に形成されたパターンの像を感光材が塗布された基板
(ウエハやガラスプレートなど)上の所定のショット領
域に転写する露光装置が使用されている。この種の露光
装置としては、例えば、基板を二次元的に移動自在なス
テージ上に載置し、このステージにより基板をステッピ
ング移動させて、レチクルのパターン像を基板上の各シ
ョット領域に順次露光する動作を繰り返す、いわゆるス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置が知られてい
る。また、この露光装置による処理後、基板に対して所
定の後処理を施すことにより回路パターンが形成され、
その回路パターンの層を多数重ねることによってデバイ
スの配線回路が形成される。露光装置では、例えば2層
目以降のパターン像を基板上に転写する際、既に回路パ
ターンが形成された基板上のショット領域とこれから露
光するレチクルのパターンとを正確に重ね合わせるため
の二次元方向の基板の位置決め(アライメント)を行
う。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a device such as a semiconductor device or a liquid crystal display device, an image of a pattern formed on a photomask (or reticle) is formed on a substrate (wafer, glass plate, etc.) coated with a photosensitive material. An exposure device that transfers to a predetermined shot area is used. As this type of exposure apparatus, for example, the substrate is placed on a stage that is two-dimensionally movable, and the substrate is stepped by this stage to sequentially expose the pattern image of the reticle to each shot area on the substrate. There is known an exposure apparatus of a so-called step-and-repeat method in which the above operation is repeated. Further, after the processing by this exposure apparatus, a circuit pattern is formed by performing a predetermined post-processing on the substrate,
A wiring circuit of the device is formed by stacking a large number of layers of the circuit pattern. In the exposure apparatus, for example, when transferring a pattern image of the second and subsequent layers onto a substrate, a two-dimensional direction for accurately superimposing a shot area on the substrate on which a circuit pattern has already been formed and a pattern of a reticle to be exposed from now on. The substrate is positioned (alignment).

【0003】アライメントは、通常、基板上に形成され
たマークの位置に関する位置情報に基づいて行われる。
例えば、特開昭61−44429号公報に開示されてい
るEGA(エンハンスド・グローバル・アライメント)
法に代表されるグローバル・アライメントでは、一の感
光基板内の数ケのショット領域におけるマークを、所定
の光学系を介してそれぞれ光電検出し、その検出結果に
基づいて各マークの二次元方向の位置をそれぞれ計測す
る。そして、その計測結果を基に、統計的手法を用い
て、所定の二次元座標軸上における一の基板内の全ての
ショット領域の配列座標を算出し、その算出した配列座
標に基づいて基板の位置決めを行う。グローバル・アラ
イメントは、ステージの二次元方向の位置決め精度の高
さとショット領域の配列座標の線形性とが十分に保証さ
れることを利用したアライメント方法であり、計測点数
が少ないために高スループット化を図りやすいという利
点がある。
Alignment is usually performed on the basis of positional information regarding the positions of marks formed on the substrate.
For example, EGA (enhanced global alignment) disclosed in JP-A-61-44429.
In the global alignment represented by the method, the marks in several shot areas in one photosensitive substrate are photoelectrically detected through a predetermined optical system, and the two-dimensional direction of each mark is detected based on the detection result. Measure each position. Then, based on the measurement result, by using a statistical method, the array coordinates of all shot areas in one substrate on a predetermined two-dimensional coordinate axis are calculated, and the substrate positioning is performed based on the calculated array coordinates. I do. Global alignment is an alignment method that utilizes the fact that the positioning accuracy in the two-dimensional direction of the stage and the linearity of the shot area array coordinates are sufficiently ensured, and high throughput is achieved because the number of measurement points is small. There is an advantage that it is easy to plan.

【0004】アライメントに際しては、通常、マークの
二次元方向の位置を正確に計測することを目的として、
アライメント用の位置計測装置における光学系の焦点に
対して検出対象のマークを合わせ込む焦点合わせ(アラ
イメントAF)を行う。従来、このアライメントAF
は、アライメント用の光学系の視野内に検出対象のマー
クを配置した後、そのマークが形成された箇所を実際に
光電検出することにより、上記焦点合わせを行ってい
る。
At the time of alignment, usually, in order to accurately measure the position of the mark in the two-dimensional direction,
Focusing (alignment AF) is performed to align the mark to be detected with the focus of the optical system in the alignment position measuring device. Conventionally, this alignment AF
The above-mentioned focusing is performed by arranging a mark to be detected in the visual field of the alignment optical system and then actually photoelectrically detecting the position where the mark is formed.

【0005】従来、この種の合焦装置では、例えば特開
平10−223517号公報に開示されているように、
ウエハの表面上にスリット像を投影し、そこから反射し
たスリット像を瞳面で二つに分割し結像面におけるスリ
ット像間の距離をフォーカスセンサで測定することで合
焦点位置に関する情報を得ている。具体的には、スリッ
ト像間の距離(以後、単にスリット間隔と称する)を
X、フォーカス(合焦位置に対する差分)をZとする
と、以下の関係式によってスリット間隔をフォーカスに
換算している。 Z=a×(X−X0) …(1) なお、式(1)におけるX0は合焦位置におけるスリッ
ト間隔であり、aはフォーカス換算のための定数であ
る。
Conventionally, in this type of focusing device, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-223517,
Projecting a slit image on the surface of the wafer, dividing the slit image reflected from the slit image into two on the pupil plane, and measuring the distance between the slit images on the image plane with a focus sensor to obtain information on the in-focus position. ing. Specifically, assuming that the distance between slit images (hereinafter, simply referred to as slit interval) is X and the focus (difference with respect to the in-focus position) is Z, the slit interval is converted into focus by the following relational expression. Z = a × (X−X 0 ) ... (1) In formula (1), X 0 is the slit spacing at the focus position, and a is a constant for focus conversion.

【0006】そして、予め上記のa、X0を係数として
求めておけば、測定したスリット間隔と式(1)とを用
いることで、上記焦点合わせを容易に行うことができ
る。
If the above a and X 0 are obtained as coefficients in advance, the above focusing can be easily performed by using the measured slit spacing and the equation (1).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来技術には、以下のような問題が存在する。
スリット像を検出するフォーカスセンサの信号は、スリ
ット像を投影したウエハの下地状態に影響を受ける。例
えば、ウエハの下地にパターン等が存在しない場合は図
13(a)に示すように、各スリット像の信号は対象と
なるが、スリット内の一部にパターンが存在する場合は
図13(b)に示すように、その位置に応じて各スリッ
ト像の信号は非対称となる。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems.
The signal from the focus sensor that detects the slit image is affected by the underlying state of the wafer onto which the slit image is projected. For example, as shown in FIG. 13A when the pattern or the like does not exist on the base of the wafer, the signal of each slit image is the target, but when the pattern exists in a part of the slit, FIG. ), The signal of each slit image becomes asymmetric depending on the position.

【0008】従来では、図13(a)のように、下地に
パターンが存在しない状態で式(1)の係数a、X0
求めているが、図13(b)に示すような信号を用いる
と、係数a、X0が(a’、X’0に)変動することがあ
る。すなわち、従来では、図14に示すように、予め単
一の係数a、X0を設定し、スリット間隔Xを測定すれ
ばフォーカスZを高精度に求めることができたが、その
定数a、X0はウエハの下地状態に応じて最適値が例え
ば定数a’、X’0に変動するため、定数a、X0を用い
て求められるフォーカスZ’を用いてもウエハ上の被計
測領域の状態によっては焦点合わせを精度よく行えない
可能性がある。
Conventionally, as shown in FIG. 13A, the coefficients a and X 0 of the equation (1) are obtained in the state where no pattern exists in the background, but a signal as shown in FIG. 13B is obtained. When used, the coefficients a and X 0 may fluctuate (to a ′ and X ′ 0 ). That is, conventionally, as shown in FIG. 14, a single coefficient a, X 0 is set in advance, and the focus Z can be obtained with high accuracy by measuring the slit interval X. The optimum value of 0 varies depending on the underlying condition of the wafer, for example, constants a ′ and X ′ 0. Therefore, even if the focus Z ′ obtained using the constants a and X 0 is used, the state of the measured region on the wafer is Depending on the situation, it may not be possible to perform focusing accurately.

【0009】従って、パターンが異なるウエハ間で同一
の上記関係式を用いたり、同一ウエハ内でもスリット内
に入るパターンが変わるような複数の位置で計測を行う
場合、アライメントマーク毎にフォーカス状態が変動す
ることになる。一般に、基板のアライメント時に行う位
置計測結果はフォーカスに依存して変動するため、フォ
ーカスの変動はアライメント全体の精度を悪化させる原
因となってしまう。
Therefore, when the same relational expression is used for wafers having different patterns, or when the measurement is carried out at a plurality of positions where the patterns entering the slits are changed even within the same wafer, the focus state varies for each alignment mark. Will be done. In general, the position measurement result at the time of aligning the substrate varies depending on the focus, and thus the variation of the focus causes the accuracy of the entire alignment to deteriorate.

【0010】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、物体の表面状態に依存されることなく高精
度なフォーカス計測を行うことができる位置計測方法と
位置計測装置、及び露光方法と露光装置並びにマーク計
測方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above points, and a position measuring method and a position measuring device capable of performing highly accurate focus measurement without depending on the surface state of an object, and An object of the present invention is to provide an exposure method, an exposure apparatus, and a mark measuring method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図1ないし図11に対
応付けした以下の構成を採用している。本発明の位置計
測方法は、物体(W)の表面に計測ビームを照射し、表
面で反射した計測ビームの計測結果と所定の関係式とを
用いて、表面の法線方向における物体(W)の位置情報
を計測する位置計測方法であって、物体(W)の表面上
の、計測ビームが照射される被計測領域の状態に基づい
て、所定の関係式を較正する較正工程(S4〜S7)を
含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configurations associated with FIGS. 1 to 11 showing an embodiment. The position measuring method of the present invention irradiates the surface of an object (W) with a measurement beam, and uses the measurement result of the measurement beam reflected by the surface and a predetermined relational expression to determine the object (W) in the normal direction of the surface. Is a position measuring method for measuring the position information of the object (W), and a calibration step (S4 to S7) for calibrating a predetermined relational expression based on the state of the measurement area irradiated with the measurement beam on the surface of the object (W). ) Is included.

【0012】また、本発明の位置計測装置は、物体
(W)の表面に計測ビームを照射し、表面で反射した計
測ビームの計測結果と所定の関係式とを用いて、表面の
法線方向における物体(W)の位置情報を計測する位置
計測装置(10)であって、物体(W)の表面上の、計
測ビームが照射される被計測領域の状態に基づいて、所
定の関係式を較正する較正装置を有することを特徴とし
ている。
Further, the position measuring device of the present invention irradiates the surface of the object (W) with the measurement beam, and uses the measurement result of the measurement beam reflected by the surface and a predetermined relational expression to determine the normal direction of the surface. A position measuring device (10) for measuring the position information of the object (W) in, the predetermined relational expression based on the state of the measured region on the surface of the object (W) irradiated with the measurement beam. It is characterized by having a calibration device for calibrating.

【0013】従って、本発明の位置計測方法及び位置計
測装置では、パターンの有無等により所定の関係式を設
定したときと物体(W)上の被計測領域の状態が変化し
た場合でも、表面の法線方向の位置情報を得るときの被
計測領域の状態に応じた関係式を得ることができる。そ
のため、被計測領域の表面で反射した計測ビームの計測
結果と較正された関係式とを用いることで、法線方向に
おける物体(W)の位置情報を高精度に計測することが
可能になる。
Therefore, according to the position measuring method and the position measuring apparatus of the present invention, even when the predetermined relational expression is set depending on the presence or absence of the pattern and the state of the measured region on the object (W) is changed, It is possible to obtain a relational expression according to the state of the measured region when obtaining the position information in the normal direction. Therefore, the position information of the object (W) in the normal direction can be measured with high accuracy by using the measurement result of the measurement beam reflected on the surface of the measurement region and the calibrated relational expression.

【0014】そして、本発明のマーク計測方法は、物体
(W)上に形成されたマーク(AM)を、結像光学系
(10)を介して撮像するマーク計測方法であって、請
求項1から16のいずれか一項に記載の位置計測方法に
より計測された物体の法線方向における位置情報を用い
て、マーク(AM)を結像光学系(10)の最良結像面
に一致させ、最良結像面上に存在するマーク(AM)
を、結像光学系(10)を介して撮像して、マーク(A
M)の二次元平面内における位置情報を計測することを
特徴とするものである。
The mark measuring method of the present invention is a mark measuring method for picking up an image of a mark (AM) formed on an object (W) through an imaging optical system (10). Using the position information in the normal direction of the object measured by the position measuring method according to any one of 1 to 16, the mark (AM) is matched with the best image forming plane of the image forming optical system (10), Mark existing on best image plane (AM)
Is imaged through the imaging optical system (10), and the mark (A
It is characterized by measuring the position information in the two-dimensional plane of M).

【0015】従って、本発明のマーク計測方法では、被
計測領域の状態が所定の関係式を設定したときと変化し
た場合でも、物体(W)上のマーク(AM)を結像光学
系の最良結像面に一致させて、マーク(AM)の像を安
定した状態で撮像することが可能になり、マーク(A
M)の二次元平面内における位置情報を高精度に計測す
ることができる。
Therefore, according to the mark measuring method of the present invention, even if the state of the measured region changes from when the predetermined relational expression is set, the mark (AM) on the object (W) is best detected by the imaging optical system. It becomes possible to pick up the image of the mark (AM) in a stable state by aligning it with the image forming plane.
The position information in the two-dimensional plane of M) can be measured with high accuracy.

【0016】一方、本発明の露光方法は、マスク(R)
上に形成されたパターンを基板(W)上に転写する露光
方法であって、請求項17に記載のマーク計測方法を用
いて計測された基板(W)上のマーク(AM)の位置情
報に基づいて、基板(W)を二次元平面内における所定
の転写位置に位置決めし、転写位置に位置決めされた基
板(W)上にパターンを転写することを特徴とするもの
である。
On the other hand, in the exposure method of the present invention, the mask (R) is used.
An exposure method for transferring a pattern formed on a substrate (W) onto a substrate (W), the position information of a mark (AM) on the substrate (W) measured using the mark measuring method according to claim 17. Based on this, the substrate (W) is positioned at a predetermined transfer position in the two-dimensional plane, and the pattern is transferred onto the substrate (W) positioned at the transfer position.

【0017】また、本発明の露光装置は、マスク(R)
上に形成されたパターンを、二次元平面内の所定の転写
位置に位置決めされた基板(W)上に転写する露光装置
(1)であって、請求項19から27のいずれか一項に
記載の位置計測装置(10)と、基板(W)上に形成さ
れたマーク(AM)を、結像光学系を介して撮像する撮
像装置(20)と、位置計測により計測された基板
(W)の法線方向における位置情報を用いて、マーク
(AM)を結像光学系の最良結像面に一致させるよう基
板(W)を法線方向に移動させる移動装置(4)と、最
良結像面上に存在するマーク(AM)を撮像装置(2
0)で撮像した結果に基づいて、二次元平面内における
マーク(AM)の位置情報を計測し、そのマーク(A
M)の位置情報に基づいて基板(W)を所定の転写位置
に位置決めする位置決め装置(30)と、を有すること
を特徴としている。
Further, the exposure apparatus of the present invention has a mask (R).
An exposure device (1) for transferring the pattern formed on a substrate (W) positioned at a predetermined transfer position in a two-dimensional plane, wherein the exposure device (1) is any one of claims 19 to 27. Position measuring device (10), an imaging device (20) for imaging the mark (AM) formed on the substrate (W) via an imaging optical system, and the substrate (W) measured by position measurement. Using the position information in the normal direction of, the moving device (4) for moving the substrate (W) in the normal direction so that the mark (AM) coincides with the best imaging plane of the imaging optical system, and the best imaging The mark (AM) present on the surface is captured by the image pickup device (2
0), the position information of the mark (AM) in the two-dimensional plane is measured based on the result of imaging, and the mark (A
A positioning device (30) for positioning the substrate (W) at a predetermined transfer position based on the position information of M).

【0018】従って、本発明の露光方法及び露光装置で
は、マークを結像光学系(10)の最良結像面に一致さ
せた状態で得られたマーク(AM)の二次元平面内にお
ける高精度の位置情報に基づいて基板(W)を所定の転
写位置に位置決めすることができるので、マスク(R)
のパターンを基板(W)上の所定の位置に精度よく転写
することが可能になる。
Therefore, according to the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, the mark (AM) obtained with the mark aligned with the best image forming plane of the image forming optical system (10) is highly accurate in the two-dimensional plane. Since the substrate (W) can be positioned at a predetermined transfer position based on the position information of the mask (R)
It becomes possible to accurately transfer the pattern No. 1 to a predetermined position on the substrate (W).

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の位置計測方法と位
置計測装置、及び露光方法と露光装置並びにマーク計測
方法の第1の実施形態を、図1ないし図6を参照して説
明する。ここでは、例えば露光装置として、レチクルと
ウエハとをスキャン方向上の互いに異なる向き(逆方
向)に同期移動しつつ、レチクルに形成された半導体デ
バイスの回路パターンをウエハ上に転写する、走査型露
光装置(スキャニング・ステッパー)を使用する場合の
例を用いて説明する。また、この露光装置においては、
本発明の位置計測装置をウエハ上のアライメントマーク
を計測するウエハアライメント系に適用する場合の例を
用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of a position measuring method, a position measuring apparatus, an exposure method, an exposure apparatus and a mark measuring method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, as an exposure apparatus, for example, a scanning exposure that transfers the circuit pattern of the semiconductor device formed on the reticle onto the wafer while synchronously moving the reticle and the wafer in different directions (reverse directions) in the scan direction. An example of using an apparatus (scanning stepper) will be described. Moreover, in this exposure apparatus,
An example of applying the position measuring device of the present invention to a wafer alignment system for measuring an alignment mark on a wafer will be described.

【0020】図1は、本実施例に好ましく用いられる半
導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置1の構成を概
略的に示している。まず、この露光装置1の全体構成に
ついて以下説明する。
FIG. 1 schematically shows the structure of a reduction projection type exposure apparatus 1 for manufacturing a semiconductor device, which is preferably used in this embodiment. First, the overall configuration of the exposure apparatus 1 will be described below.

【0021】この露光装置1は、不図示の露光用光源か
らのエネルギービーム(露光用照明光)によりマスクと
してのレチクルRを照明する照明系2、レチクルRから
射出される露光光を物体としてのウエハ(基板)W上に
投射する投影光学系PL、レチクルRを保持するレチク
ルステージRS、ウエハWを保持するウエハステージ
(ステージ)WS、及び装置全体を統括的に制御する主
制御ユニット30等を含んで構成されている。
The exposure apparatus 1 includes an illumination system 2 for illuminating a reticle R as a mask with an energy beam (exposure illumination light) from an exposure light source (not shown), and exposure light emitted from the reticle R as an object. A projection optical system PL that projects onto a wafer (substrate) W, a reticle stage RS that holds a reticle R, a wafer stage (stage) WS that holds a wafer W, and a main control unit 30 that totally controls the entire apparatus. It is configured to include.

【0022】照明系2は、図示しないリレーレンズ、フ
ライアイレンズ(又はロット・インテグレータ)、コン
デンサレンズ等の各種レンズ系や、開口絞り及びレチク
ルRのパターン面と共役な位置に配置されたブラインド
等を含んで構成され、露光用光源からの照明光を、レチ
クルR上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射す
る。
The illumination system 2 includes various lens systems such as a relay lens (not shown), a fly-eye lens (or a lot integrator), a condenser lens, and a blind arranged at a position conjugate with the aperture stop and the pattern surface of the reticle R. The illumination light from the exposure light source is applied to a predetermined illumination area on the reticle R with a uniform illuminance distribution.

【0023】投影光学系PLは、図示しない複数のレン
ズを含んで構成されており、レチクルRを透過した照明
光を、所定の縮小倍率1/β(βは例えば1/4,1/
5等)に縮小し、感光材(フォトレジストなど)が塗布
されたウエハW上に投影露光する。ここで、投影光学系
PLの光軸AXに平行な方向(ウエハWの表面の法線方
向)をZ方向とし、光軸AXに垂直な平面内でレチクル
Rと照明領域との相対走査の方向(紙面に平行な方向)
をX方向、これに直交する方向をY方向、投影光学系P
Lの光軸AXと平行な軸線を中心とする回転方向をθ方
向とする。
The projection optical system PL includes a plurality of lenses (not shown), and illuminates the illumination light transmitted through the reticle R at a predetermined reduction ratio 1 / β (β is, for example, 1/4, 1 /
5), and projection exposure is performed on the wafer W coated with a photosensitive material (photoresist or the like). Here, the direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL (the normal direction of the surface of the wafer W) is the Z direction, and the direction of relative scanning between the reticle R and the illumination area in a plane perpendicular to the optical axis AX. (Direction parallel to the page)
Is the X direction, the direction orthogonal thereto is the Y direction, and the projection optical system P
A rotation direction around an axis parallel to the optical axis AX of L is defined as a θ direction.

【0024】レチクルステージRSは、図示しない駆動
装置によって、Y方向(スキャン(走査)露光時におけ
るスキャン(走査)方向)に1次元走査移動するととも
に、X方向及びθ方向に微小駆動するように構成されて
いる。また、レチクルステージRSのX方向、Y方向、
及びθ方向の位置は、レーザ干渉計等の図示しない計測
装置により常時モニターされ、これにより得られた位置
情報は主制御ユニット30に供給される。
The reticle stage RS is configured to be one-dimensionally scanned and moved in the Y direction (scan (scanning) direction at the time of scan (scanning) exposure) by a driving device (not shown) and to be finely driven in the X and θ directions. Has been done. In addition, the X and Y directions of the reticle stage RS,
The positions in the and θ directions are constantly monitored by a measuring device (not shown) such as a laser interferometer, and the position information obtained by this is supplied to the main control unit 30.

【0025】ウエハステージWSは、2次元平面内(図
1中のXY平面内)で駆動自在なXYステージ3と、ウ
エハWを吸着保持しかつXYステージ3上でZ方向に微
小駆動自在なZレベリングステージ(移動装置)4とを
含んで構成され、図示しないベース上に配置されてい
る。XYステージ3は、例えば磁気浮上型の2次元リニ
アアクチュエータ等から成る駆動装置28を有してお
り、主制御ユニット30の指令のもとで、ウエハWの所
定位置への位置決めや移動を行う。なお、スキャン露光
時には、XYステージ3はレチクルステージRSと同期
してスキャン方向(Y方向)にスキャン移動を行う。
The wafer stage WS is an XY stage 3 which can be driven in a two-dimensional plane (an XY plane in FIG. 1), and a Z which can hold the wafer W by suction and can be finely driven in the Z direction on the XY stage 3. The leveling stage (moving device) 4 is included, and it is arranged on a base (not shown). The XY stage 3 has a drive device 28 including, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator and the like, and under the command of the main control unit 30, positions and moves the wafer W to a predetermined position. Note that during scan exposure, the XY stage 3 performs scan movement in the scan direction (Y direction) in synchronization with the reticle stage RS.

【0026】また、Zレベリングステージ4は、図示し
ない駆動機構を有しており、主制御ユニット30の指令
のもとで、ウエハWをZ方向に微小移動させる。なお、
Zレベリングステージ4のX方向、Y方向、及びθ方向
の位置は、レーザ干渉計等の計測装置33により常時モ
ニターされ、これにより得られた位置情報は主制御ユニ
ット30に供給される。
Further, the Z leveling stage 4 has a drive mechanism (not shown), and under the command of the main control unit 30, minutely moves the wafer W in the Z direction. In addition,
The X-direction, Y-direction, and θ-direction positions of the Z-leveling stage 4 are constantly monitored by a measuring device 33 such as a laser interferometer, and the position information obtained thereby is supplied to the main control unit 30.

【0027】ウエハステージWSの上方には、ウエハW
の表面(露光面)のZ方向(法線方向)の位置を計測す
るためのフォーカス位置検出系(第2計測装置、以後、
メインAFセンサ5と称する)が設けられている。この
メインAFセンサ5は、ウエハWの表面に対して斜め方
向から複数のスリットを介してスリット光を照射する送
光系6と、ウエハWの表面で反射した反射光(反射スリ
ット光)をそれぞれ受光する受光系7とを備えており、
ウエハW表面からの反射光から得られる検出信号に基づ
いて、投影光学系PLの結像面に対するウエハW表面の
Z方向の高さ位置(フォーカス量)を算出するように構
成されている。
Above the wafer stage WS, the wafer W
Focus position detection system (second measuring device, hereinafter, for measuring the position of the surface (exposure surface) in the Z direction (normal direction)
A main AF sensor 5) is provided. The main AF sensor 5 emits a slit light obliquely to the surface of the wafer W through a plurality of slits, and a reflected light (reflected slit light) reflected on the surface of the wafer W. And a light receiving system 7 for receiving light,
The height position (focus amount) of the surface of the wafer W in the Z direction with respect to the image plane of the projection optical system PL is calculated based on the detection signal obtained from the reflected light from the surface of the wafer W.

【0028】この露光装置1では、レチクルRの回路パ
ターンをウエハW上に転写する際、メインAFセンサ5
で算出されるフォーカス量に基づいて、Zレベリングス
テージ4を駆動して、ウエハWをZ方向に移動させ、ウ
エハW表面を投影光学系PLの焦点深度内に合わせ込む
焦点合わせ(メインAF)動作を行う。また、これと並
行して、XYステージ3を駆動して、投影光学系PLの
光軸AXに垂直なXY平面内でX方向及びY方向に所定
量ずつウエハWをステッピング移動させ、ウエハW上に
設定される各ショット領域のそれぞれにレチクルRの回
路パターンの像を順次転写する。
In this exposure apparatus 1, when the circuit pattern of the reticle R is transferred onto the wafer W, the main AF sensor 5
Focusing (main AF) operation of driving the Z leveling stage 4 to move the wafer W in the Z direction on the basis of the focus amount calculated in step (a) to bring the surface of the wafer W into the focal depth of the projection optical system PL. I do. Further, in parallel with this, the XY stage 3 is driven to step the wafer W by a predetermined amount in the X direction and the Y direction in the XY plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, so that the wafer W is moved. The image of the circuit pattern of the reticle R is sequentially transferred to each of the shot areas set to.

【0029】このとき、露光装置1は、ウエハWの各シ
ョット領域の中心を投影光学系PLの光軸AX(露光位
置)に位置合わせするアライメント動作を行う。このア
ライメント動作は、レチクルR及びウエハW上に形成さ
れたアライメント用のマークの位置情報に基づいて行わ
れる。レチクルRのマークはレチクルアライメント系8
によって検出され、ウエハWのマークは結像光学系とし
てのウエハアライメント系(位置計測装置、第1計測装
置)10によって検出される。本実施の形態は、本発明
に係る位置計測方法をこのアライメント動作の一つに適
用したものである。
At this time, the exposure apparatus 1 performs an alignment operation for aligning the center of each shot area of the wafer W with the optical axis AX (exposure position) of the projection optical system PL. This alignment operation is performed based on the position information of the alignment marks formed on the reticle R and the wafer W. The reticle R mark is the reticle alignment system 8
The mark of the wafer W is detected by the wafer alignment system (position measuring device, first measuring device) 10 as an imaging optical system. In this embodiment, the position measuring method according to the present invention is applied to one of the alignment operations.

【0030】なお、図1では図示していないが、本実施
の形態では、図2に示すように、上記ウエハステージW
Sとして、それぞれが物体としてのウエハ(基板)W
1、W2を保持し、2次元平面内を独立して移動するウ
エハステージWS1、WS2から構成される、いわゆる
ダブルステージ方式が採用されている。また、ウエハア
ライメント系10も投影光学系PLを挟んで対称に配置
されている。各ウエハアライメント系10は、ウエハス
テージWS1、WS2の一方が投影光学系PLの直下の
位置で露光処理が行われている間に、ウエハステージW
S1、WS2の他方が投影光学系PLの直下の位置から
待避する位置の上方に配置され、その待避位置で待避し
ている間にアライメント動作が可能な構成になってい
る。
Although not shown in FIG. 1, in the present embodiment, as shown in FIG.
As S, a wafer (substrate) W as an object
A so-called double stage system is adopted which is composed of wafer stages WS1 and WS2 which hold 1 and W2 and move independently in a two-dimensional plane. The wafer alignment system 10 is also arranged symmetrically with the projection optical system PL interposed therebetween. Each wafer alignment system 10 includes a wafer stage W while one of the wafer stages WS1 and WS2 is performing an exposure process at a position directly below the projection optical system PL.
The other of S1 and WS2 is arranged above a position retracted from a position directly below the projection optical system PL, and an alignment operation is possible while retracting at the retracted position.

【0031】このレチクルステージRS上には、+X側
の端部に位置して移動鏡41がY軸方向に延設され、−
Y側の端部に位置して2つの移動鏡42、43が配置さ
れている。移動鏡41の反射面に向けて測長軸BI6X
で示される干渉計ビームが照射され、その反射光を受光
して基準面に対する相対変位を計測することにより、レ
チクルステージRSのX方向の位置を計測している。こ
こで、この測長軸BI6Xを有する干渉計は、実際には
独立に計測可能な2本の干渉計光軸を有しており、レチ
クルステージRSのX軸方向の位置計測と、ヨーイング
量の計測が可能となっている。また、移動鏡42、43
には、測長軸BI7Y、BI8Yで示される干渉計ビー
ムが照射され、そこで反射したそれぞれの反射光を受光
し、その計測値の平均値に基づいてレチクルステージR
SのY軸方向の位置が計測される。
On the reticle stage RS, a movable mirror 41 is provided at the end on the + X side and extends in the Y-axis direction.
Two movable mirrors 42 and 43 are arranged at the end on the Y side. Measuring axis BI6X toward the reflecting surface of the movable mirror 41
The position of the reticle stage RS in the X direction is measured by irradiating the interferometer beam indicated by and measuring the relative displacement with respect to the reference surface by receiving the reflected light. Here, the interferometer having this length measurement axis BI6X actually has two interferometer optical axes that can be independently measured, and measures the position of the reticle stage RS in the X axis direction and the yaw amount. It is possible to measure. In addition, the movable mirrors 42 and 43
Is irradiated with an interferometer beam indicated by measuring axes BI7Y and BI8Y, receives the respective reflected lights reflected there, and based on the average value of the measured values, reticle stage R
The position of S in the Y-axis direction is measured.

【0032】また、ウエハステージWS1上には、−X
側の端部に位置して移動鏡44がY軸方向に延設され、
+Y側の端部に位置して移動鏡45が配置されている。
そして、移動鏡44の反射面に向けて測長軸BI1Xで
示される干渉計ビームが照射され、その反射光を受光し
て基準面に対する相対変位を計測することにより、ウエ
ハステージWS1のX方向の位置を計測している。ま
た、この干渉計ビームは3本の光軸を有しており、ウエ
ハステージWS1のX軸方向の計測以外に、チルト計測
及びθ計測が可能となっている。
On the wafer stage WS1, -X
The movable mirror 44 is provided at the end portion on the side and extends in the Y-axis direction.
The movable mirror 45 is arranged at the end on the + Y side.
Then, the interferometer beam indicated by the length-measuring axis BI1X is radiated toward the reflecting surface of the movable mirror 44, and the reflected light is received to measure the relative displacement with respect to the reference surface. The position is being measured. Further, this interferometer beam has three optical axes, and tilt measurement and θ measurement are possible in addition to measurement in the X-axis direction of wafer stage WS1.

【0033】移動鏡45には、測長軸BI4Yで示され
る干渉計ビームが照射され、その反射光を受光して基準
面に対する相対変位を計測することにより、ウエハステ
ージWS1のY方向の位置を計測している。なお、ウエ
ハステージWS2上には、ステージWS1と同様に、測
長軸BI2Xで示される干渉計ビームが照射される移動
鏡46と、測長軸BI3Yで示される干渉計ビームが照
射される移動鏡47とが設置されており、干渉計ビーム
の反射光を受光して基準面に対する相対変位を計測する
ことにより、ウエハステージWS2のX軸方向及びY軸
方向の計測、並びにチルト計測、θ計測が可能となって
いる。
The movable mirror 45 is irradiated with an interferometer beam indicated by the length measuring axis BI4Y, and the reflected light thereof is received to measure the relative displacement with respect to the reference plane, whereby the position of the wafer stage WS1 in the Y direction is determined. I am measuring. On the wafer stage WS2, similarly to the stage WS1, a movable mirror 46 irradiated with an interferometer beam indicated by a length measuring axis BI2X and a movable mirror irradiated by an interferometer beam indicated by a length measuring axis BI3Y. 47 is installed, and the relative displacement with respect to the reference surface is measured by receiving the reflected light of the interferometer beam, thereby performing the measurement of the wafer stage WS2 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the tilt measurement and the θ measurement. It is possible.

【0034】なお、以下の説明では、ウエハW1、W2
を適宜ウエハWと総称し、またウエハステージWS1、
WS2を適宜ウエハステージWSと総称する。また、レ
チクルステージRSにおいては、2枚のレチクルR1、
R2がスキャン方向(Y軸方向)に直列に設置される。
そして、レチクルステージRS上のレチクルR1、R2
が例えば二重露光の際に選択的に使用され、いずれのレ
チクルについてもウエハ側と同期スキャンできる様な構
成となっている。なお、本実施形態のレチクルステージ
RSは、複数(2枚)のレチクルを保持するダブルレチ
クルホルダタイプとなっているが、このレチクルステー
ジ側の構成もウエハステージ側と同様に、ダブルステー
ジタイプ(互いに独立して移動可能な2つのレチクルス
テージを有するタイプ)を用いても構わない。
In the following description, the wafers W1 and W2 are
Are collectively referred to as the wafer W, and the wafer stage WS1,
WS2 is generically referred to as wafer stage WS. Further, in the reticle stage RS, two reticles R1,
R2 is installed in series in the scanning direction (Y-axis direction).
Then, the reticles R1 and R2 on the reticle stage RS
For example, it is selectively used in double exposure, and any reticle can be scanned synchronously with the wafer side. The reticle stage RS of this embodiment is a double reticle holder type that holds a plurality of (two) reticles, but the configuration of this reticle stage side is the same as that of the wafer stage side. A type having two independently movable reticle stages) may be used.

【0035】続いて、レチクルアライメント系8、及び
ウエハアライメント系10の構成例について説明する。
レチクルアライメント系8としては、本実施例では、レ
チクルR上に形成されたレチクルマークRMと、Zレベ
リングステージ4上に設けられた基準マークFMとを撮
像方式で同時に検出する、いわゆるTTR方式(スルー
・ザ・レチクル方式)の画像検出光学系が用いられる。
レチクルRは、レチクルアライメント系8で計測される
レチクルマークRMの位置情報(X座標、Y座標)に基
づいて、レチクルRの中心が投影光学系PLの光軸AX
と合致するようにアライメントされる。なお、レチクル
マークRMとレチクルRの中心との距離は設計上予め定
まった値であり、この値を投影光学系PLの縮小倍率に
基づいて演算処理することにより、投影光学系PLの像
面側(ウエハ側)におけるレチクルマークRMの投影点
と投影光学系PLの中心との距離が算出される。この距
離は、ウエハW上の各ショット領域を投影光学系PLの
視野内に配するときの補正値として用いられる。また、
基準マークFMは、例えば、ウエハW上に形成されたア
ライメント用のマーク(ウエハマーク)と同等の形状に
形成され、ウエハW表面とほぼ同じ高さとなるように、
Zレベリングステージ4上に設けられた基準マーク板に
形成される。
Next, a configuration example of the reticle alignment system 8 and the wafer alignment system 10 will be described.
In this embodiment, the reticle alignment system 8 is a so-called TTR method (through method) that simultaneously detects the reticle mark RM formed on the reticle R and the reference mark FM provided on the Z leveling stage 4 by an imaging method. -The reticle type image detection optical system is used.
In the reticle R, the center of the reticle R is the optical axis AX of the projection optical system PL based on the position information (X coordinate, Y coordinate) of the reticle mark RM measured by the reticle alignment system 8.
Is aligned to match. It should be noted that the distance between the reticle mark RM and the center of the reticle R is a predetermined value in design, and this value is calculated based on the reduction ratio of the projection optical system PL to obtain the image plane side of the projection optical system PL. The distance between the projection point of the reticle mark RM on the (wafer side) and the center of the projection optical system PL is calculated. This distance is used as a correction value when arranging each shot area on the wafer W within the visual field of the projection optical system PL. Also,
The reference mark FM is formed, for example, in the same shape as an alignment mark (wafer mark) formed on the wafer W, and has the same height as the surface of the wafer W.
It is formed on a reference mark plate provided on the Z leveling stage 4.

【0036】図3に、ウエハアライメント系10の構成
例を示す。ウエハアライメント系10において、光源1
1は所定の広帯域波長の光束を計測ビームとして発する
光源であり、単一光源として観察用及び合焦用(焦点合
わせ)の動作に共用される。光源11の光路上にコンデ
ンサレンズ12、図3中の(a)に示すような主開口K
1及び副開口(スリット)K2、K3を有する視野絞り
13、照明リレーレンズ14、及びビームスプリッタ1
5がこの順に配置され、照明リレーレンズ14を介した
光源11からの計測ビームがビームスプリッタ15にお
いて反射される方向、図3ではビームスプリッタ15か
ら下方に進む光路上には、第1対物レンズ16、及びウ
エハWを載置するためのウエハステージWSが配置され
ている。
FIG. 3 shows a structural example of the wafer alignment system 10. In the wafer alignment system 10, the light source 1
Reference numeral 1 denotes a light source that emits a light beam having a predetermined broadband wavelength as a measurement beam, and is used as a single light source for observation and focusing (focusing) operations. A condenser lens 12 on the optical path of the light source 11 and a main aperture K as shown in FIG.
1 and field stop 13 having sub-apertures (slits) K2, K3, illumination relay lens 14, and beam splitter 1
5 are arranged in this order, and in the direction in which the measurement beam from the light source 11 via the illumination relay lens 14 is reflected by the beam splitter 15, that is, on the optical path traveling downward from the beam splitter 15 in FIG. , And a wafer stage WS on which the wafer W is placed.

【0037】ウエハWの表面は基準面としての第1の面
F1に一致するように置かれ、このときウエハWの表面
(基準面F1)は、視野絞り13と共役の位置にある。
ウエハW上には不図示の観察用マークとしての位置検出
用アライメントマークAMが形成されている。以下にお
いては、基準面(予定焦点面)F1とウエハWの表面と
が合致しているものとして説明する。
The surface of the wafer W is placed so as to coincide with the first surface F1 as a reference surface, and at this time, the surface of the wafer W (reference surface F1) is at a position conjugate with the field stop 13.
On the wafer W, a position detection alignment mark AM as an observation mark (not shown) is formed. In the following description, it is assumed that the reference plane (planned focal plane) F1 and the surface of the wafer W match.

【0038】視野絞り13の主開口K1は略正方形に形
成され、視野絞り13の中央部に配置されており、その
中心がコンデンサレンズ12乃至照明リレーレンズ14
の光軸とほぼ一致するように光路中に挿入されている。
副開口K2、K3は細長い矩形スリットに形成され、そ
の長手方向の辺が主開口K1の対向する2つの辺に対し
て所定の角度(例えば5°)傾いた状態で主開口K1の
近傍位置に配置されている。そして、主開口K1の辺と
直交し、且つ副開口K2、K3の長手方向と略直交する
方向(傾いていない状態で直交する方向)が、後述する
フォーカスの計測方向となる。以下の説明中では、副開
口K2、K3の略長手方向を非計測方向と呼ぶ。又、フ
ォーカスの計測方向は、種々の方向に設定することが可
能であるが本実施の形態では被検ウエハ面のパターンの
基準線の方向(x方向又はy方向)に合わせている。
The main aperture K1 of the field stop 13 is formed in a substantially square shape and is arranged at the center of the field stop 13, and the center thereof is the condenser lens 12 to the illumination relay lens 14.
It is inserted in the optical path so that it almost coincides with the optical axis of.
The sub-openings K2 and K3 are formed in long and narrow rectangular slits, and are provided in the vicinity of the main opening K1 in a state where the sides in the longitudinal direction are inclined at a predetermined angle (for example, 5 °) with respect to the two opposite sides of the main opening K1. It is arranged. Then, a direction orthogonal to the side of the main opening K1 and substantially orthogonal to the longitudinal direction of the sub-openings K2 and K3 (direction orthogonal to each other in a non-tilted state) is a focus measurement direction described later. In the following description, the substantially longitudinal direction of the sub-openings K2 and K3 is called the non-measurement direction. Further, the focus measurement direction can be set in various directions, but in the present embodiment, it is adjusted to the direction (x direction or y direction) of the reference line of the pattern on the wafer surface to be inspected.

【0039】次に、第1対物レンズ16の光軸に沿っ
て、ビームスプリッタ15の反射面を透過する方向、図
では上方向への光路上には、第2対物レンズ18が配置
され、次いで遮光板21が、第1の面(基準面F1)に
あるウエハWの表面F1と共役な位置F2に配置され、
第1のリレーレンズ22と続き、入射光束を複数の光束
に分割する光束分割部材である瞳分割用反射型プリズム
23(本実施の形態では2本の光束に分割)が光源11
と共役な位置又はその近傍に配置される。
Next, along the optical axis of the first objective lens 16, a second objective lens 18 is arranged on the optical path in the direction of passing through the reflecting surface of the beam splitter 15, that is, in the upward direction in the figure. The light shielding plate 21 is arranged at a position F2 conjugate with the surface F1 of the wafer W on the first surface (reference surface F1),
Following the first relay lens 22, a pupil division reflective prism 23 (in the present embodiment, divided into two luminous fluxes) which is a luminous flux splitting member for splitting the incident luminous flux into a plurality of luminous fluxes.
It is placed at or near the position conjugate with.

【0040】ここで瞳分割用反射型プリズム23は、2
面が180度に近い鈍角で山型に形成されたプリズム
の、その2面を反射面に仕上げた光学部材である。本実
施の形態では、前記2面の交線(山の稜線)が第1リレ
ーレンズ22の光軸と交差し、その光軸をほぼ90度横
に振るように傾けて配置されている。
Here, the pupil division reflective prism 23 has two
This is an optical member in which two surfaces of a prism formed into a mountain shape with an obtuse angle close to 180 degrees are finished as reflecting surfaces. In the present embodiment, the line of intersection (ridgeline of the mountain) of the two surfaces intersects with the optical axis of the first relay lens 22, and the optical axis is tilted so as to swing approximately 90 degrees.

【0041】第2対物レンズ22を介して瞳分割用反射
型プリズム23に入射した計測ビームは、ここで図中右
方へ分割反射され、この右方への光路上には、瞳分割用
反射型プリズム23に続いて第2のリレーレンズ24、
円柱光学系である円柱レンズ(シリンドリカルレンズ)
25、及びAFセンサ26が順次配置される。
The measurement beam incident on the pupil-division reflective prism 23 via the second objective lens 22 is split and reflected rightward in the drawing, and the pupil-division reflection is reflected on the optical path to the right. The second relay lens 24 following the mold prism 23,
Cylindrical lens, which is a cylindrical optical system
25 and the AF sensor 26 are sequentially arranged.

【0042】ここで円柱光学系とは、前後の面が、互い
に平行な母線を有する円柱面であるレンズである。前後
の面の一方が平面であってもよい。この場合、具体的に
は円柱面の母線と直角の方向には屈折力があるが母線方
向の屈折力はゼロである。本実施の形態では、円柱レン
ズ25はその母線が本合焦光学系の計測方向にほぼ一致
するように配置される。またここでは、円柱光学系は、
直交する2方向で屈折力(度)が異なるレンズ、トーリ
ックレンズを含む概念とする。
Here, the cylindrical optical system is a lens whose front and rear surfaces are cylindrical surfaces having generatrices parallel to each other. One of the front and rear surfaces may be a flat surface. In this case, specifically, there is a refractive power in the direction perpendicular to the generatrix of the cylindrical surface, but the refractive power in the generatrix direction is zero. In the present embodiment, the cylindrical lens 25 is arranged so that the generatrix thereof substantially coincides with the measurement direction of the main focusing optical system. And here, the cylindrical optical system is
The concept includes a lens and a toric lens that have different refractive powers (degrees) in two orthogonal directions.

【0043】AFセンサ26は、第2の面F2と共役又
はその近傍の位置にある第1の撮像面V1の位置に配置
され、その撮像面上に結像される像の位置関係を検出し
て合焦(オートフォーカス(AF))用信号を発信す
る。また、第1の面F1と第2の面F2との中間、詳し
くは第2対物レンズ18と遮光板21との中間にビーム
スプリッタ19が配置され、第1の面F1と第2の面F
2とを連結する光路はビームスプリッタ19によって反
射方向、図中では左方向へ分岐され、その方向の光路
上、第1の面F1と共役の位置、第2の撮像面V2に像
検出読み取り用の撮像装置として撮像素子20、例えば
CCD撮像素子が配置される。なお、上記光学素子12
〜16、18〜19、21〜25により本発明に係る結
像光学系が構成される。
The AF sensor 26 is arranged at the position of the first image pickup surface V1 which is conjugate with or near the second surface F2 and detects the positional relationship of the image formed on the image pickup surface. And sends a focus (auto focus (AF)) signal. In addition, the beam splitter 19 is disposed between the first surface F1 and the second surface F2, more specifically, between the second objective lens 18 and the light shielding plate 21, and the first surface F1 and the second surface F2.
The beam splitter 19 splits the optical path connecting the two with the reflection direction, that is, in the left direction in the figure, and on the optical path in that direction, a position conjugate with the first surface F1 and the second imaging surface V2 for image detection and reading. An image pickup device 20, for example, a CCD image pickup device, is arranged as the image pickup device. The above optical element 12
To 16, 18 to 19, and 21 to 25 form an image forming optical system according to the present invention.

【0044】ウエハステージWSには既述のステージ駆
動装置28が接続され、AFセンサ26及び撮像素子2
0には信号処理装置29が接続されており、更に、ステ
ージ駆動装置28及び信号処理装置29には既述の主制
御ユニット30が接続されている。この主制御ユニット
30は、記憶装置として機能し、上記スリット間隔とフ
ォーカスとの関係式(1)が記憶される。そして、上記
Zレベリングステージ4、メインAFセンサ5、撮像素
子20を含むウエハアライメント系10、信号処理装置
29及び主制御ユニット30によって、本発明に係る較
正装置が構成される。
The above-mentioned stage driving device 28 is connected to the wafer stage WS, and the AF sensor 26 and the image pickup element 2 are connected.
A signal processing device 29 is connected to 0, and the main control unit 30 described above is connected to the stage driving device 28 and the signal processing device 29. The main control unit 30 functions as a storage device and stores the relational expression (1) between the slit spacing and the focus. The Z leveling stage 4, the main AF sensor 5, the wafer alignment system 10 including the image sensor 20, the signal processing device 29, and the main control unit 30 constitute a calibration device according to the present invention.

【0045】以下、図3を参照して上記の構成における
ウエハアライメント系10の動作を説明する。まず、光
源11から射出した計測ビーム(照明光束)がコンデン
サレンズ12によって集光され、主開口K1及び副開口
K2、K3を有する視野絞り13を均一に照明する。視
野絞り13の主開口K1及び副開口(スリット)K2、
K3を通過した光束は、照明リレーレンズ14によって
コリメートされ、ビームスプリッタ15でその反射方
向、図中下方向へ分岐される。その分岐された光束は、
第1対物レンズ16によって集光され、ウエハステージ
WS上に載せたウエハWの表面に垂直に照射される。
The operation of the wafer alignment system 10 having the above configuration will be described below with reference to FIG. First, the measurement beam (illumination light beam) emitted from the light source 11 is condensed by the condenser lens 12 and uniformly illuminates the field stop 13 having the main aperture K1 and the sub apertures K2 and K3. The main aperture K1 and the sub-aperture (slit) K2 of the field stop 13,
The light flux passing through K3 is collimated by the illumination relay lens 14 and is branched by the beam splitter 15 in the reflection direction thereof, that is, in the downward direction in the drawing. The branched light flux is
The light is condensed by the first objective lens 16 and is vertically irradiated onto the surface of the wafer W placed on the wafer stage WS.

【0046】ウエハWの表面は、視野絞り13と共役な
位置にあるので、主開口K1及び副開口K2、K3の像
は、照明用結像光学系の照明リレーレンズ14及び第1
対物レンズ16を介して、第1の面(基準面)F1にあ
るウエハ17の表面に結像される。ウエハステージWS
にはステージ駆動装置28が接続されて、ウエハステー
ジWSはこのステージ駆動装置28によりウエハWの位
置の移動及び調整を行う。
Since the surface of the wafer W is at a position conjugate with the field stop 13, the images of the main aperture K1 and the sub-apertures K2 and K3 are the illumination relay lens 14 and the first aperture of the illumination optical system.
An image is formed on the surface of the wafer 17 on the first surface (reference surface) F1 via the objective lens 16. Wafer stage WS
A stage drive device 28 is connected to the wafer stage WS, and the wafer stage WS moves and adjusts the position of the wafer W by the stage drive device 28.

【0047】ここで、ウエハWの表面に結像された主開
口K1の像からの反射光束をL1、副開口K2の像から
の光束をL2、副開口K3の像からの光束をL3とす
る。これらの光束L1、L2、及びL3は第一対物レン
ズ16によってコリメートされ、ビームスプリッタ15
を透過し、第2対物レンズ18によって再び集光され、
ビームスプリッタ19によって透過及び反射分岐され
る。
Here, the reflected light flux from the image of the main aperture K1 formed on the surface of the wafer W is L1, the light flux from the image of the sub aperture K2 is L2, and the light flux from the image of the sub aperture K3 is L3. . These light fluxes L1, L2, and L3 are collimated by the first objective lens 16, and the beam splitter 15
Through the second objective lens 18 and is condensed again,
It is transmitted and reflected by the beam splitter 19.

【0048】反射分岐された光束のうち光束L1は撮像
素子20の面上に、ウエハマークの像を結像する。撮像
素子20からの出力信号は信号処理装置29により処理
され、これに基づいて、ウエハマークの位置検出やテレ
ビモニタによる観察が行われる。
The light beam L1 of the reflected and branched light beam forms an image of the wafer mark on the surface of the image pickup device 20. The output signal from the image pickup device 20 is processed by the signal processing device 29, and based on this, the position detection of the wafer mark and the observation by the television monitor are performed.

【0049】一方、ビームスプリッタ19において透過
分岐された光束L1、L2、L3は、2つの対物レンズ
16、18の結像作用によって、ウエハW表面と共役ま
たはその近傍の第2の面F2の位置に設けられた遮光板
21にK1、K2、K3の像を再結像する。すなわち、
遮光板21上には、2つの対物レンズ(16、18)に
よってウエハ17の表面上に形成された主開口K1及び
副開口(K2、K3)の像の中間像(空間像)が形成さ
れる。
On the other hand, the light beams L1, L2, and L3 that are transmitted and branched by the beam splitter 19 are conjugate with the surface of the wafer W or the position of the second surface F2 near the surface of the wafer W by the image forming action of the two objective lenses 16 and 18. The images of K1, K2, and K3 are re-imaged on the light shielding plate 21 provided in the. That is,
An intermediate image (space image) of the images of the main aperture K1 and the sub apertures (K2, K3) formed on the surface of the wafer 17 by the two objective lenses (16, 18) is formed on the light shielding plate 21. .

【0050】図3中の(b)に光軸方向から見た遮光板
21の形態を示す。遮光板21には光軸に対して対称な
位置に2個のスリット状の光束通過部K12、K13が
副開口K2、K3に対応するように設けられており、図
2に示すようにウエハ表面において結像反射された光束
L1、L2、L3のうち光束L1は遮光され、光束L
2、L3のみがK12及びK13をそれぞれ介して通過
できるように構成されている。尚、遮光板21は図3中
の(c)に示す形態も考えられる。即ち、光束L1が遮
光板21に入射する(図中斜線で示す)範囲のみが遮光
され、その周囲の部分全ての領域K14が光束通過部と
して構成されていてもよい。
FIG. 3B shows the form of the light shielding plate 21 as seen from the optical axis direction. The light shielding plate 21 is provided with two slit-shaped light beam passing portions K12 and K13 at positions symmetrical with respect to the optical axis so as to correspond to the sub-openings K2 and K3, and as shown in FIG. Of the light fluxes L1, L2, and L3 that are image-reflected in
Only 2, L3 are configured to pass through K12 and K13, respectively. Incidentally, the light shielding plate 21 may be in the form shown in (c) of FIG. That is, only the range in which the light flux L1 enters the light shielding plate 21 (shown by the diagonal lines in the drawing) is shielded, and the entire region K14 around the area may be configured as a light flux passing portion.

【0051】遮光板21を通過した光束L2、L3は第
1のリレーレンズ22によってコリメートされた後、瞳
分割用反射型プリズム23上に光源11の像を結像す
る。更に、光束L2、L3は瞳分割用反射型プリズム2
3によってそれぞれ2個の光束に分割されると共に図中
で右方へ反射され、第2のリレーレンズ24により再び
集光される。そして、円柱レンズ25を介して、AFセ
ンサ26上に光束L2及びL3による副開口K2及びK
3のスリット像をそれぞれ2分割して結像する。
The light beams L2 and L3 that have passed through the light shielding plate 21 are collimated by the first relay lens 22 and then form an image of the light source 11 on the pupil division reflective prism 23. Further, the light beams L2 and L3 are reflected by the pupil division reflective prism 2.
Each of the light beams is split into two light beams by 3 and is reflected to the right in the drawing, and is condensed again by the second relay lens 24. Then, through the cylindrical lens 25, the sub-openings K2 and K formed by the light fluxes L2 and L3 on the AF sensor 26.
Each of the three slit images is divided into two images.

【0052】次に図4を参照して、ウエハアライメント
系10のフォーカス機構について説明する。図4の
(a)、(b)、及び(c)は、瞳分割用反射型プリズ
ム23上でそれぞれ2本の光束に分割された光束L2及
びL3のAFセンサ26上での結像の合焦状態及び合焦
ずれ状態を、光束L2を例にとって示す。
Next, the focusing mechanism of the wafer alignment system 10 will be described with reference to FIG. 4A, 4B, and 4C show the image formation on the AF sensor 26 of the light fluxes L2 and L3 that are split into two light fluxes on the pupil division reflective prism 23, respectively. The in-focus state and the out-of-focus state are shown by taking the light flux L2 as an example.

【0053】図4(b)はウエハWの表面が撮像素子2
0に対して合焦状態にある(すなわち対物光学系(1
6、18)の予定焦点面としての基準面F1と共役の位
置にあるAFセンサ26の表面に対しても合焦状態にあ
る)場合の光束L2の結像状態を示す。分割された2光
束(2分割光束)各々の結像位置中心をP1、P2とし
P1とP2との距離をdとする。この場合P1及びP2
は図3の光束L2の2分割光束による結像の位置中心に
それぞれ対応する。尚説明の便宜上、計測方向において
光軸からL2側への向きをR、L3側への向きをLとす
る。
In FIG. 4B, the surface of the wafer W is the image pickup device 2
0 is in focus (that is, the objective optical system (1
6 and 18) shows the image formation state of the light beam L2 in the case where the surface of the AF sensor 26 at a position conjugate with the reference plane F1 as the planned focal plane is also in focus). Let P1 and P2 be the centers of the image forming positions of the two divided light beams (two divided light beams), and d be the distance between P1 and P2. In this case P1 and P2
Correspond to the center of the position of the image formed by the two-divided light flux of the light flux L2 in FIG. For convenience of explanation, the direction from the optical axis to the L2 side is R and the direction to the L3 side is L in the measurement direction.

【0054】これに対して、ウエハWの表面が合焦状態
にある場合の基準位置F1(合焦位置)よりも、図3中
で下方、即ち第1対物レンズ16から遠方向にある場合
は、図4の(a)に示すように2分割光束各々の合焦点
がAFセンサ26の結像面よりも図中で左方寄り、即ち
リレーレンズ24寄りの位置となるため、AFセンサ2
6の結像面上での結像位置中心あるいは光量中心が上に
述べたP1、P2よりも互いに近づく方向へずれた位置
P1a、P2aとなる(P1aとP2aとの距離da<
d)。
On the other hand, when the surface of the wafer W is in the in-focus state, it is lower than the reference position F1 (in-focus position) in FIG. 3, that is, in the far direction from the first objective lens 16. As shown in FIG. 4A, the focus points of the two split light fluxes are located to the left of the image plane of the AF sensor 26 in the figure, that is, to the relay lens 24.
Positions P1a and P2a of the image forming position center or the light amount center on the image forming surface of 6 are shifted to directions closer to each other than P1 and P2 described above (distance da between P1a and P2a da <
d).

【0055】又、反対にウエハWの表面が合焦位置F1
よりも図3中で上方、即ち第1対物レンズ16に近い方
向にある場合は、図4の(c)に示すように、2分割光
束による結像位置中心あるいは光量中心はP1、P2よ
りも互いに離れる方向へずれた位置P1c、P2cとな
る(P1cとP2cとの距離dc>d)。
On the contrary, the surface of the wafer W is focused on the focus position F1.
3 in the upper direction, that is, in the direction closer to the first objective lens 16, as shown in FIG. 4C, the center of the image forming position or the light amount center of the two-divided light flux is more than P1 and P2. The positions P1c and P2c are displaced from each other (distance dc> d between P1c and P2c).

【0056】すなわち、ウエハステージWSを図3中で
上下方向に位置調整してウエハステージWS上のウエハ
Wの表面を法線方向に上下させることにより、2分割光
束のスリット像が計測方向に関して互いに近づいたり離
れたりする。そして、AFセンサ26が2分割光束の結
像位置についての情報を検出し、この情報を含む信号が
AFセンサ26から信号処理装置29に送られて処理さ
れ、結像位置間の距離が算出される。そして、予め記憶
されているスリット間隔とフォーカスとの関係式(1)
に基づいて焦点位置情報として計算されて主制御ユニッ
ト30に出力される。主制御ユニット30では入力情報
に基づいてステージ駆動装置28を介してウエハステー
ジWSを上下に移動させ、図4の(b)の状態が得られ
るように調整すると、K2、K3の像がFAセンサ26
に対して合焦すると同時に、ウエハW上のウエハマーク
像が撮像素子20に対して合焦する。
That is, by adjusting the position of the wafer stage WS in the vertical direction in FIG. 3 and moving the surface of the wafer W on the wafer stage WS up and down in the normal direction, the slit images of the two-divided light fluxes are separated from each other in the measurement direction. Approach and leave. Then, the AF sensor 26 detects information about the image forming positions of the two-divided light flux, and a signal including this information is sent from the AF sensor 26 to the signal processing device 29 for processing, and the distance between the image forming positions is calculated. It Then, the relational expression (1) between the slit interval and the focus, which is stored in advance,
Is calculated as focal point position information and output to the main control unit 30. In the main control unit 30, when the wafer stage WS is moved up and down via the stage driving device 28 based on the input information and adjustment is performed so that the state of FIG. 4B is obtained, the images of K2 and K3 are detected by the FA sensor. 26
At the same time, the wafer mark image on the wafer W is focused on the image pickup element 20.

【0057】また、先の図1において、ウエハアライメ
ント系10の投影像面側(ウエハ側)における光軸AX
aは、投影光学系PLの光軸AXと平行に配される。し
たがって、ウエハアライメント系10の視野領域(照明
領域)内にウエハステージWS上の基準マークFMを配
置してその位置情報(X座標、Y座標)を計測するとと
もに、その基準マークFMをレチクルアライメント系8
の視野内に配置してその位置情報を計測することによ
り、ウエハアライメント系10の光軸と投影光学系PL
の光軸AXとの間の距離、いわゆるベースライン量を算
出することができる。このベースライン量は、ウエハW
上の各ショット領域を投影光学系PLの視野内に配する
ときの基準量となるものである。すなわち、ウエハアラ
イメント系10によってアライメント用のウエハマーク
のX座標及びY座標を計測し、この計測結果にベースラ
イン量を加算して得られる値に基づいて、ウエハステー
ジWSを駆動し、ウエハWをX方向及びY方向にステッ
ピング移動させることにより、ウエハWの各ショット領
域の中心を投影光学系PLの光軸AXにアライメントす
ることができる。
In FIG. 1, the optical axis AX on the projection image plane side (wafer side) of the wafer alignment system 10 is used.
a is arranged parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL. Therefore, the reference mark FM on the wafer stage WS is arranged in the visual field region (illumination region) of the wafer alignment system 10 to measure its position information (X coordinate, Y coordinate), and the reference mark FM is set to the reticle alignment system. 8
Of the wafer alignment system 10 and the projection optical system PL
It is possible to calculate the distance between the optical axis AX and the so-called baseline amount. This baseline amount is the wafer W
It serves as a reference amount when the above shot areas are arranged within the visual field of the projection optical system PL. That is, the wafer alignment system 10 measures the X coordinate and the Y coordinate of the wafer mark for alignment, and based on the value obtained by adding the baseline amount to the measurement result, the wafer stage WS is driven and the wafer W is moved. By performing stepping movements in the X and Y directions, the center of each shot area of the wafer W can be aligned with the optical axis AX of the projection optical system PL.

【0058】次に、本実施例におけるアライメント動作
の一例について説明する。図5に示すように、ウエハW
上には、区画された複数のショット領域、つまりレチク
ルRに形成された回路パターンの像が転写される区画領
域D、D、…が形成されており、各ショット領域D、
D、…に対応してウエハ上の二次元平面内での位置計測
をする際に観察されるウエハアライメントマーク(マー
ク)AM、AM、…が所定層(例えば第1層)に形成さ
れている。アライメントマークAMは、X方向に間隔を
あけて延設されウエハWのX方向の位置を計測する際に
観察されるウエハマーク(第1マーク)AMXと、Y方
向に間隔をあけて延設されY方向の位置を計測する際に
観察されるAMYとからなるライン・アンド・スペース
のマークである。これらのアライメントマークAMは、
ウエハW上のストリートラインST上に形成されてい
る。なお、アライメントマークAMの形態としては、こ
れに限られるものではなく、1つのマーク内に二次元方
向に配列されたライン・アンド・スペースマークを持つ
二次元マーク(例えば本出願人より出願された特願平8
−311410)であってもよいし、あるいはボックス
状に配された二次元ラインマークであってもよい。な
お、ウエハW上には、各ショット領域に対応してサーチ
アライメント用のサーチマークも形成されているが、こ
こでは図示を省略している。
Next, an example of the alignment operation in this embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the wafer W
A plurality of partitioned shot areas, that is, partitioned areas D, D, ... To which the image of the circuit pattern formed on the reticle R is transferred, are formed on each shot area.
The wafer alignment marks (marks) AM, AM, ... Observed when measuring the position in a two-dimensional plane on the wafer corresponding to D, ... Are formed in a predetermined layer (for example, the first layer). . The alignment mark AM extends at a distance in the X direction, and the alignment mark AM extends at a distance in the Y direction from a wafer mark (first mark) AM X observed when measuring the position of the wafer W in the X direction. it is a mark consisting of AM Y line and space that is observed when measuring the position in the Y direction. These alignment marks AM are
It is formed on the street line ST on the wafer W. The form of the alignment mark AM is not limited to this, and a two-dimensional mark having line-and-space marks arranged in a two-dimensional direction in one mark (for example, filed by the applicant) Japanese Patent Application 8
-311410) or a two-dimensional line mark arranged in a box shape. Although a search mark for search alignment is also formed on the wafer W corresponding to each shot area, it is omitted here.

【0059】また、各ウエハアライメントマークAM
は、所定のショット領域の中心に対して同じ位置関係に
なるように、スクライブライン(ストリートライン)内
に配置されている。本実施の形態では、例えば特開昭6
1−44429号公報に開示されているEGA(エンハ
ンスド・グローバル・アライメント)法によって、ウエ
ハW上の各ショット領域Dのアライメントを行う。
Further, each wafer alignment mark AM
Are arranged in the scribe line (street line) so that they have the same positional relationship with the center of a predetermined shot area. In the present embodiment, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
The shot areas D on the wafer W are aligned by the EGA (enhanced global alignment) method disclosed in JP-A-1-44429.

【0060】EGA法において、主制御ユニット30
は、全てのショット領域Dのうち、アライメントショッ
ト領域として選択される少なくとも3つのショット領域
におけるウエハマークAMをウエハアライメント系10
によって検出し、その検出結果に基づいて各アライメン
トショット領域の座標位置を求める。続いて、ウエハW
上でのショット領域の配列を表すモデル関数に対して、
アライメントショット領域ごとにその求めた座標位置と
既知の座標位置(設計値など)とを代入し、最小二乗法
などの統計演算によってモデル関数のパラメータを決定
する。そして、主制御ユニット30は、ウエハW上のシ
ョット領域Dごとに既知の座標位置をモデル関数に代入
することにより、全てのショット領域Dの座標位置(X
座標、Y座標)を算出する。この算出した座標位置と前
述したウエハアライメント系10のベースライン量とに
よって決定される移動量に基づいて、ウエハステージW
SをX方向及びY方向に駆動することにより、ウエハW
の各ショット領域Dの中心が投影光学系PLの光軸AX
にアライメントされる。
In the EGA method, the main control unit 30
Shows the wafer marks AM in at least three shot areas selected as alignment shot areas among all the shot areas D.
And the coordinate position of each alignment shot area is obtained based on the detection result. Then, the wafer W
For the model function that represents the array of shot areas above,
The obtained coordinate position and a known coordinate position (design value, etc.) are substituted for each alignment shot area, and the parameters of the model function are determined by statistical calculation such as the least square method. Then, the main control unit 30 substitutes the known coordinate position for each shot area D on the wafer W into the model function, so that the coordinate position (X
(Coordinate, Y coordinate) is calculated. Based on the movement amount determined by the calculated coordinate position and the baseline amount of the wafer alignment system 10 described above, the wafer stage W
By driving S in the X and Y directions, the wafer W
The center of each shot area D is the optical axis AX of the projection optical system PL.
Be aligned with.

【0061】そして、ウエハマークAMの位置をウエハ
アライメント系10で検出する際には、ウエハマークA
Mの検出に先立って、ウエハアライメント系10の焦点
にウエハ表面を合わせ込む、アライメントAFが実施さ
れる。以下、このアライメントAFについて図6に示す
フローチャートを用いて詳述する。なお、主制御ユニッ
ト30には、スリット間隔とフォーカスとの関係式
(1)が、ウエハマークAMX、AMYのそれぞれについ
て、予めマークを用いて求められて記憶されているもの
とする。
When the position of the wafer mark AM is detected by the wafer alignment system 10, the wafer mark A is detected.
Prior to the detection of M, alignment AF is performed to bring the wafer surface into focus with the wafer alignment system 10. Hereinafter, this alignment AF will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. Incidentally, the main control unit 30, the relational expression between the slit spacing and the focus (1), the wafer mark AM X, for each of the AM Y, assumed to be stored is determined using the previously marked.

【0062】まず、ステップS1では、主開口K1で形
成される視野中心に、例えばウエハマークAMXが位置
決めされるように、ウエハステージWSを介してウエハ
WをXY平面内で移動させる。このとき、図5(b)に
示すように、ウエハマークAMXは、ウエハアライメン
ト系10の主開口K1によるウエハW上の被計測領域に
位置することになる。一方、副開口K2、K3のスリッ
ト像はウエハ上の被計測領域(ストリートラインST
上)に位置することになる。このとき、図5(b)に示
すように、副開口K2のスリット光の一部及び副開口K
3のスリット光の一部がそれぞれショット領域D上(パ
ターン上)にかかっているものとする。
First, in step S1, the wafer W is moved in the XY plane via the wafer stage WS so that, for example, the wafer mark AM X is positioned at the center of the visual field formed by the main opening K1. At this time, as shown in FIG. 5B, the wafer mark AM X is located in the measured region on the wafer W by the main opening K1 of the wafer alignment system 10. On the other hand, the slit images of the sub-apertures K2 and K3 are measured areas on the wafer (street line ST
It will be located in (above). At this time, as shown in FIG. 5B, a part of the slit light of the sub-opening K2 and the sub-opening K
It is assumed that a part of the slit light of No. 3 is on the shot area D (on the pattern).

【0063】次に、ステップS2では、所定のフォーカ
ス位置(例えばメインAFセンサ5を用いて設定された
露光用フォーカス位置)にあるウエハWに対して、ウエ
ハアライメント系10を用いて副開口K2、K3による
スリット光の像のスリット間隔を計測する。スリット間
隔を計測後、ウエハWがロット先頭であり、且つ最初に
計測を行うべきショット領域か否かを判断し(ステップ
S3)、ロット先頭のウエハWで最初に計測すべきショ
ット領域である場合は、ステップS4(第1工程)に
て、所定のフォーカス位置(例えば露光用フォーカス位
置;これを用いる場合には、ウエハステージWSに搬送
されたウエハWが、メインAFセンサ5を用いて投影光
学系PLに対する焦点合わせが第3工程として実施され
ているものとする)を中心としてZ方向にウエハWを移
動させ、ステップS5(第2工程)にて、この位置でス
リット間隔を計測する。そして、この手順を繰り返すこ
とにより、所定のフォーカス位置を中心とした複数のZ
位置でそれぞれスリット間隔を計測する(ステップS
6)。アライメントAFの場合、式(1)の一次式近似
が広いフォーカス範囲で成り立つため、スリット間隔を
計測するZ位置は3カ所程度で十分である。そのため、
例えばウエハWの平坦度を考慮して、露光用フォーカス
位置、及びこのフォーカス位置を中心とした±5μmの
3点計測とすればよい。
Next, in step S2, the sub-aperture K2 is formed using the wafer alignment system 10 on the wafer W at a predetermined focus position (for example, the exposure focus position set by using the main AF sensor 5). The slit spacing of the slit light image by K3 is measured. After measuring the slit interval, it is judged whether the wafer W is at the top of the lot and is the shot area to be measured first (step S3), and the wafer W at the top of the lot is the shot area to be measured first. In step S4 (first step), a predetermined focus position (for example, an exposure focus position; when using this, the wafer W transferred to the wafer stage WS is projected by the main AF sensor 5 in the projection optical direction). The wafer W is moved in the Z direction with the focus on the system PL as the third step), and the slit spacing is measured at this position in step S5 (second step). Then, by repeating this procedure, a plurality of Zs centered on a predetermined focus position are obtained.
The slit spacing is measured at each position (step S
6). In the case of the alignment AF, since the linear approximation of the equation (1) holds in a wide focus range, it is sufficient that the Z positions for measuring the slit interval are about three places. for that reason,
For example, considering the flatness of the wafer W, the exposure focus position and three-point measurement of ± 5 μm centering on this focus position may be performed.

【0064】そして、ステップS7(第4工程)におい
ては、信号処理装置29が演算装置として、ウエハステ
ージWSのZ方向移動量と、各Z位置で計測したスリッ
ト間隔とから、最小自乗法等により式(1)の係数a、
0を新たに求め、その求めた係数a、X0で式(1)を
較正して再設定する。なお、これらステップS4〜S7
により較正工程が構成される。この後、較正した式
(1)と計測したスリット間隔とから改めてZ方向のフ
ォーカス調整量を算出してウエハステージWSをZ方向
に駆動することで、ウエハWの表面をウエハアライメン
ト系10の焦点の位置(最良結像面)に合わせ込んでフ
ォーカス調整を行う(ステップS8)。さらに、上述し
たEGA計測を実施して(ステップS9)、全てのショ
ット領域Dの座標位置(X座標、Y座標)を算出しウエ
ハステージWSを駆動することにより、ウエハWをアラ
イメントする。
Then, in step S7 (fourth step), the signal processing device 29 serves as an arithmetic device based on the amount of movement of the wafer stage WS in the Z direction and the slit spacing measured at each Z position by the least square method or the like. Coefficient a of equation (1),
X 0 is newly obtained, and the equation (1) is calibrated and reset by the obtained coefficients a and X 0 . Note that these steps S4 to S7
A calibration process is constituted by After that, the focus adjustment amount in the Z direction is calculated again from the calibrated formula (1) and the measured slit spacing, and the wafer stage WS is driven in the Z direction, so that the surface of the wafer W is focused on the wafer alignment system 10. Focus adjustment is performed by adjusting to the position (the best image plane) (step S8). Further, the EGA measurement described above is performed (step S9), the coordinate position (X coordinate, Y coordinate) of all shot areas D is calculated, and the wafer stage WS is driven to align the wafer W.

【0065】一方、上記ステップS3において、ロット
先頭でないウエハWの場合、又は2番目以降に計測を行
うショット領域である場合は、式(1)が設定された際
と被計測領域の状態が変わっていないため、上記ステッ
プS8において、計測したスリット間隔と、既に設定さ
れている式(1)とからZ方向のフォーカス調整量を算
出してウエハステージWSをZ方向に駆動することで、
ウエハWの表面をウエハアライメント系10の焦点の位
置に合わせ込むことができる。
On the other hand, in the above step S3, in the case of the wafer W that is not the lot head, or in the case of the shot area to be measured after the second, the state of the measured area is different from that when the equation (1) is set. Therefore, in step S8, the focus adjustment amount in the Z direction is calculated from the measured slit spacing and the equation (1) that has already been set, and the wafer stage WS is driven in the Z direction.
The surface of the wafer W can be aligned with the focus position of the wafer alignment system 10.

【0066】つまり、ウエハは複数枚が同一のプロセス
を経ており、ウエハ間ではパターン(マーク)の有無等
の表面状態がほぼ同一であると想定されるため、ロット
先頭で式(1)を較正すれば、同一ロット内のウエハに
対しては、この較正した式(1)を用いてフォーカス調
整を実施しても支障を来さない。また、ウエハ内ではシ
ョット領域とウエハマークAMとの相対位置関係がほぼ
同一であるため、最初に計測を行ったショット領域と2
番目以降に計測を行うショット領域とでは、ウエハ上で
スリット光に入る(照明される)ウエハ表面(パターン
やマーク等の下地)の状態(パターンやマークの有無、
パターンやマークの専有面積)はほぼ同一となる。その
ため、最初に計測を行うショット領域で式(1)を較正
すれば、他のショット領域ではこの較正した式(1)を
用いてフォーカス調整を実施しても支障を来さない。
That is, since a plurality of wafers have undergone the same process and it is assumed that the wafers have substantially the same surface condition such as the presence or absence of patterns (marks), the equation (1) is calibrated at the beginning of the lot. Then, for wafers in the same lot, even if focus adjustment is performed using this calibrated formula (1), no problem will occur. In addition, since the relative positional relationship between the shot area and the wafer mark AM is almost the same in the wafer, it is 2
In the shot area to be measured after the second, the state of the wafer surface (underlying pattern or mark, etc.) that enters (is illuminated) the slit light on the wafer (presence or absence of pattern or mark,
The areas occupied by patterns and marks are almost the same. Therefore, if the formula (1) is calibrated in the shot area where the measurement is performed first, there is no problem even if the focus adjustment is performed using the calibrated formula (1) in the other shot areas.

【0067】なお、本実施形態のように、ショット領域
毎にウエハマークAMXとAMYとが別個に設けられてい
る場合には、各マーク毎に式(1)を設定し、且つ上記
フローチャートにおけるステップS1〜S7を実施して
式(1)を較正することになる。また、各ショット領域
にX方向及びY方向の計測を行うためのマークが複数設
けられた、いわゆるショット内多点EGA計測を行う場
合は、各計測点毎に上記関係式を較正し、マークの位置
に対応した関係式を用いてフォーカス調整を実施すれば
よい。
When the wafer marks AM X and AM Y are separately provided for each shot area as in this embodiment, the equation (1) is set for each mark and the above-mentioned flowchart is used. The steps (S1) to (S7) in (1) are executed to calibrate the equation (1). Further, in the case of performing so-called multi-point EGA measurement within a shot in which a plurality of marks for performing measurement in the X direction and the Y direction are provided in each shot area, the above relational expression is calibrated for each measurement point, and Focus adjustment may be performed using a relational expression corresponding to the position.

【0068】また、較正して再設定した関係式のフォー
カス原点は、メインAFセンサ5を用いて設定した露光
用フォーカス位置を用いてもよいが、ウエハマークAM
X、AMY毎、またショット内多点計測時の各計測点の間
でフォーカスのバラツキが生じることを防止するため
に、関係式を較正する際のマーク計測情報を利用して原
点を決定することも可能である。
As the focus origin of the relational expression calibrated and reset, the exposure focus position set using the main AF sensor 5 may be used, but the wafer mark AM is used.
X, each AM Y, and in order to prevent the focus variation occurs between each measurement point during the shot Uchida point measurement, to determine the origin by using the mark measurement information when calibrating the relationship It is also possible.

【0069】具体的には、まず、上記ステップS4〜S
6でウエハWのZ位置を変えてスリット間隔を計測する
際に、主開口K1で形成される視野内のマーク像(FI
A信号)も、第5工程として撮像し、取り込んでおく。
次に、取り込んだ信号波形から各フォーカス位置での信
号強度を計算し、信号強度が最大となるフォーカス位置
を求める。そして、各Z位置で計測したスリット間隔か
ら関係式(1)の係数を求める際に、原点がこの信号強
度最大のフォーカス位置となるように加味して計算す
る。なお、FIA信号強度も計測する場合には、例えば
2μm間隔で±10μmの11点計測を行う等、適切な
Z位置間隔、計測点数を選択することが望ましい。ま
た、この工程では、撮像信号の信号強度を加味して関係
式(1)を較正するものとしたが、この他にも撮像信号
の鮮鋭度を加味したり、信号強度及び鮮鋭度の双方を加
味して較正するものとしてもよい。
Specifically, first, the above steps S4 to S
When the Z position of the wafer W is changed at 6 to measure the slit spacing, the mark image (FI
The A signal) is also imaged and captured in the fifth step.
Next, the signal strength at each focus position is calculated from the captured signal waveform, and the focus position where the signal strength is maximized is obtained. Then, when obtaining the coefficient of the relational expression (1) from the slit spacing measured at each Z position, the origin is calculated so that the focus position has the maximum signal intensity. When the FIA signal intensity is also measured, it is desirable to select an appropriate Z position interval and the number of measurement points, for example, 11 points of ± 10 μm are measured at intervals of 2 μm. Further, in this step, the relational expression (1) is calibrated by taking the signal strength of the image pickup signal into consideration, but in addition to this, the sharpness of the image pickup signal is taken into consideration, or both the signal strength and the sharpness are taken into consideration. It may be calibrated in consideration.

【0070】この後、露光装置1では、ウエハ・アライ
メント後において、算出されたEGAパラメータ(スケ
ーリングパラメータ)に基づいて投影光学系PLの投影
倍率等、結像特性を調整する。また、位置決め装置とし
ての主制御ユニット30は、EGAパラメータと各ショ
ット領域の設計上の座標値とに基づいて算出されたウエ
ハW上の各ショットの位置情報(座標値)に応じて、駆
動装置28を介してウエハを順次露光位置(転写位置)
に位置決めして、その位置決めされた各ショット領域上
に、レチクルR上に形成されたパターンを順次転写(露
光)する。
After that, in the exposure apparatus 1, after the wafer alignment, the imaging characteristics such as the projection magnification of the projection optical system PL are adjusted based on the calculated EGA parameter (scaling parameter). Further, the main control unit 30 as the positioning device drives the drive device in accordance with the position information (coordinate value) of each shot on the wafer W calculated based on the EGA parameter and the design coordinate value of each shot area. Sequential exposure position (transfer position) of the wafer via 28
Then, the pattern formed on the reticle R is sequentially transferred (exposed) onto each of the positioned shot areas.

【0071】続いて、2つのウエハステージWS1、W
S2による並行処理について説明する。本実施の形態で
は、ウエハステージWS2上のウエハW2を投影光学系
PLを介して露光動作を行っている間に、ウエハステー
ジWS1においてウエハ交換が行われ、ウエハ交換に引
き続いてアライメント動作およびオートフォーカス/オ
ートレベリングが行われる。なお、露光動作中のウエハ
ステージWS2の位置制御は、干渉計システムの測長軸
BI2X、BI3Yの計測値に基づいて行われ、ウエハ
交換とアライメント動作が行われるウエハステージWS
1の位置制御は、干渉計システムの測長軸BI1X、B
I4Yの計測値に基づいて行われる。
Subsequently, the two wafer stages WS1 and W
The parallel processing by S2 will be described. In the present embodiment, while the wafer W2 on the wafer stage WS2 is being exposed through the projection optical system PL, the wafer is exchanged on the wafer stage WS1, and the alignment operation and the autofocus are performed following the wafer exchange. / Auto leveling is performed. The position control of the wafer stage WS2 during the exposure operation is performed based on the measurement values of the length measurement axes BI2X and BI3Y of the interferometer system, and the wafer stage WS in which the wafer exchange and the alignment operation are performed.
The position control of No. 1 is the measuring axes BI1X, B of the interferometer system.
It is performed based on the measured value of I4Y.

【0072】ウエハステージWS1側で、上記のウエハ
交換、アライメント動作が行われている間に、ウエハス
テージWS2側では、ステップ・アンド・スキャン方式
により露光が行われる。本実施形態では、この露光動作
として2枚のレチクルR1、R2を使い、露光条件を変
えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式によ
り二重露光が行われるものとする。2つのウエハステー
ジWS1、WS2上で並行して行われる露光シーケンス
とウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了
したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作
が終了した時点でウエハステージWS1、WS2が移動
制御される。そして、露光シーケンスが終了したウエハ
ステージWS2上のウエハW2は、ローディングポジシ
ョンでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが
終了したウエハステージWS1上のウエハW1は、投影
光学系PLの下で露光シーケンスが行われる。
While the above wafer exchange and alignment operations are being performed on the wafer stage WS1 side, exposure is performed by the step-and-scan method on the wafer stage WS2 side. In this embodiment, it is assumed that two reticles R1 and R2 are used for this exposure operation, and double exposure is continuously performed by a step-and-scan method while changing the exposure conditions. Regarding the exposure sequence and the wafer exchange / alignment sequence which are performed in parallel on the two wafer stages WS1 and WS2, the wafer stage which has completed first is in a standby state, and when both operations are completed, the wafer stage WS1 and The movement of WS2 is controlled. Then, the wafer W2 on the wafer stage WS2 after the exposure sequence is exchanged at the loading position, and the wafer W1 on the wafer stage WS1 after the alignment sequence is subjected to the exposure sequence under the projection optical system PL. .

【0073】このように、一方のウエハステージでウエ
ハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエ
ハステージで露光動作を実行する事とし、両方の動作が
終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにするこ
とで、スループットを大幅に向上させることが可能にな
る。
As described above, while the wafer exchange and the alignment operation are performed on one wafer stage, the exposure operation is performed on the other wafer stage, and when the both operations are completed, the operations are switched to each other. By doing so, the throughput can be significantly improved.

【0074】以上のように、本実施の形態では、ウエハ
アライメント系10の計測ビームが照射されるウエハW
上の被計測領域の状態(マークの有無等)に基づいて、
スリット間隔とフォーカス調整量との関係式(1)を較
正するので、表面状態に依存することなく正確、且つ安
定してフォーカス調整を実施することができる。そのた
め、ウエハWを高精度にアライメントすることが可能に
なり、パターンの転写精度を向上させることができる。
また、本実施の形態では、アライメントAFを実施する
全ての場合ではなく、ウエハWの表面状態が変動する可
能性が高い場合、具体的にはスリット位置とマークAM
の相対位置関係が変動する可能性が高い場合、ロット先
頭で且つ最初に計測を行うショット領域をアライメント
AFする場合に関係式(1)を較正するので、スループ
ットが低下して生産性が悪くなることを防止できる。
As described above, in the present embodiment, the wafer W irradiated with the measurement beam of the wafer alignment system 10
Based on the state of the measurement area above (marked or not),
Since the relational expression (1) between the slit spacing and the focus adjustment amount is calibrated, the focus adjustment can be performed accurately and stably without depending on the surface state. Therefore, the wafer W can be aligned with high accuracy, and the pattern transfer accuracy can be improved.
In addition, in the present embodiment, when the possibility that the surface condition of the wafer W is changed is not the case where the alignment AF is performed, specifically, the slit position and the mark AM are used.
When there is a high possibility that the relative positional relationship of the number fluctuates, the relational expression (1) is calibrated when performing the alignment AF on the shot area to be measured at the beginning of the lot, so that the throughput is lowered and the productivity is deteriorated. Can be prevented.

【0075】続いて、本発明の第2の実施形態について
説明する。アライメントAFの際にスリット光に照射さ
れるパターン(下地)が予め判明していれば、関係式の
変化を事前に推定し、補正しておくことが可能である。
つまり、スリット内に入るパターンは、露光処理に関す
る設計情報(パターン設計、マーク配置等)から自明で
あるので、スリット間隔を計測することなく、この設計
情報に基づいて被計測領域の状態を推定し、関係式
(1)を較正することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. If the pattern (base) to be illuminated by the slit light during the alignment AF is known in advance, it is possible to estimate and correct the change in the relational expression in advance.
In other words, the pattern that enters the slit is obvious from the design information (pattern design, mark arrangement, etc.) related to the exposure process, so the state of the measured region can be estimated based on this design information without measuring the slit interval. , The relation (1) can be calibrated.

【0076】以下、図7に示すフローチャートを参照し
て詳細に説明する。なお、この図において、図6に示す
第1の実施形態の構成要素と同一の要素については同一
符号を付し、その説明を簡略化する。
The details will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals to simplify the description.

【0077】まず、アライメントAFを実施する際にス
リット内に入るパターン又はマークは自明であるので、
マークAMの位置計測を行う前に、スリットが位置する
被計測領域の状態を典型的な場合に推定・分類する。次
に、各状態毎にスリット間隔とフォーカス調整量との関
係式(1)を較正・設定し、主制御ユニット30にそれ
ぞれ記憶させておく(ステップS11)。
First, since the pattern or mark that enters the slit when performing the alignment AF is obvious,
Before measuring the position of the mark AM, the state of the measured region in which the slit is located is typically estimated and classified. Next, the relational expression (1) between the slit spacing and the focus adjustment amount is calibrated and set for each state and stored in the main control unit 30 (step S11).

【0078】そして、実際に位置計測を実施する際に
は、まず主開口K1で形成される視野中心に、例えばウ
エハマークAMXが位置決めされるように、ウエハステ
ージWSを介してウエハWをXY平面内で移動させる
(ステップS1)。ウエハステージWSのZ方向の位置
に関しては、予め決められている所定高さ位置にウエハ
ステージWSを位置決めしておいても良いし、あるいは
ウエハアライメント系10によるフォーカス検出の前に
メインAFセンサ5を用いてフォーカス検出を行ってい
る場合にはそれにより求められる露光用フォーカス位置
に位置決めしておいてもよい。次に、ウエハアライメン
ト系10を用いて副開口K2、K3のスリット光による
像のスリット間隔を計測する(ステップS2)。
When actually performing the position measurement, first, the wafer W is XY through the wafer stage WS so that the wafer mark AM X is positioned at the center of the visual field formed by the main opening K1. It is moved in the plane (step S1). Regarding the position of the wafer stage WS in the Z direction, the wafer stage WS may be positioned at a predetermined predetermined height position, or the main AF sensor 5 may be set before the focus detection by the wafer alignment system 10. When the focus detection is performed by using the focus detection, it may be positioned at the exposure focus position obtained by the focus detection. Then, the wafer alignment system 10 is used to measure the slit spacing of the image by the slit light of the sub-openings K2 and K3 (step S2).

【0079】続いて、選択装置としての信号処理装置2
9が上記設計情報に基づいて、このウエハマークAMX
を計測する際の被計測領域の状態に対応する関係式を主
制御ユニット30から選択し(ステップS12)、選択
した関係式と計測したスリット間隔とからフォーカス調
整量を算出する。主制御ユニット30は、算出されたフ
ォーカス調整量に基づいてZレベリングステージ4を駆
動させることで、ウエハマークAMXをウエハアライメ
ント系10の最良結像面に一致させる(ステップS
8)。この後、EGA計測を実施し(ステップS9)、
ウエハWをアライメントして転写位置に位置決めする。
Subsequently, the signal processing device 2 as the selection device
9 is the wafer mark AM X based on the above design information.
A relational expression corresponding to the state of the measured region when measuring is selected from the main control unit 30 (step S12), and the focus adjustment amount is calculated from the selected relational expression and the measured slit spacing. The main control unit 30 drives the Z leveling stage 4 based on the calculated focus adjustment amount to match the wafer mark AM X with the best image plane of the wafer alignment system 10 (step S).
8). After that, EGA measurement is performed (step S9),
The wafer W is aligned and positioned at the transfer position.

【0080】このように、本実施の形態では、上記第1
の実施形態と同様の作用・効果が得られることに加え
て、関係式の較正にZレベリングステージ4の移動や、
スリット間隔の計測を伴わないので、較正に要する時間
を短縮でき、スループットの向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the first
In addition to the effects and advantages similar to those of the embodiment described above, in addition to the movement of the Z leveling stage 4 for calibration of the relational expression,
Since the slit interval is not measured, the time required for calibration can be shortened and the throughput can be improved.

【0081】なお、上記実施の形態では、被計測領域内
における表面(下地)状態として、例えばパターンの有
無に応じて関係式の較正を行うものとして説明したが、
これ以外にも、例えばウエハ表面の凹凸状態やウエハ表
面の反射率状態、さらにはこれら複数の条件に応じて関
係式を較正する構成としてもよい。
In the above embodiment, the surface (underlying) state in the measured region is calibrated according to the presence / absence of a pattern, for example.
In addition to this, for example, the relational expression may be calibrated according to the unevenness state of the wafer surface, the reflectance state of the wafer surface, and further these plural conditions.

【0082】また、上記実施形態では、視野絞り13に
おいて、主開口K1を挟んだ両側に副開口K2、K3を
配置する構成としたが、これに限られず、例えば、図8
に示すように、主開口K1を中心として互いに直交する
方向に副開口K2、K3をそれぞれ配置してもよい。こ
の場合、スリット間隔として副開口K2、K3で形成さ
れる像の相対位置関係とフォーカス調整量との関係式を
求めておき、上述した各種方法でこの関係式を較正すれ
ばよい。また、この場合、図9に示されるように、スリ
ット光がパターン上、或いはストリートライン上に投影
されることになるが、上記実施の形態で説明したよう
に、このような場合であっても上記と同様の効果を得る
ことが可能である。
In the above embodiment, the field stop 13 has the sub-apertures K2 and K3 arranged on both sides of the main aperture K1, but the present invention is not limited to this.
As shown in, the sub-openings K2 and K3 may be arranged in directions orthogonal to each other with the main opening K1 as the center. In this case, the relational expression between the relative positional relation of the images formed by the sub-openings K2 and K3 and the focus adjustment amount is obtained as the slit spacing, and this relational expression may be calibrated by the various methods described above. Further, in this case, as shown in FIG. 9, the slit light is projected on the pattern or the street line, but even in such a case as described in the above embodiment. It is possible to obtain the same effect as the above.

【0083】また、上記実施の形態では、アライメント
AFを実施するための結像光学系及びAFセンサ26を
含むアライメントAF系と、マークのXY平面における
位置計測を行うためのウエハアライメント系10とを同
軸に組み込む構成としたが、アライメントAF系を撮像
装置としてのウエハアライメント系に付随して個別に設
ける構成としてもよい。この場合、アライメントAF系
における視野絞りでは主開口が不要になり、副開口のみ
形成すればよい。例えば、図8で示したように、副開口
を互いに直交する方向に形成する場合、視野絞り13は
図10に示すような形状となり、視野絞り13で形成さ
れたスリット像は図11に示すように、ウエハマークA
Mの周囲のみに投影されることになる。
In the above embodiment, the alignment AF system including the imaging optical system and the AF sensor 26 for performing the alignment AF and the wafer alignment system 10 for measuring the position of the mark on the XY plane are provided. Although the configuration is such that the alignment AF system is incorporated coaxially, the alignment AF system may be separately provided along with the wafer alignment system as the image pickup apparatus. In this case, the field aperture in the alignment AF system does not need the main aperture, and only the sub aperture needs to be formed. For example, when the sub-apertures are formed in directions orthogonal to each other as shown in FIG. 8, the field stop 13 has a shape as shown in FIG. 10, and the slit image formed by the field stop 13 is as shown in FIG. On the wafer mark A
It will be projected only around M.

【0084】また、アライメントAFを行うためのAF
光も、ウエハアライメントを行うためのアライメント光
と同様に、マークAM上に照射するように構成してもよ
い。アライメントAF光(スリット光)内にアライメン
トマークAMが入る場合であっても、上記と同様に関係
式の較正を行うことで上記と同様の効果が得られる。そ
して、いずれの検出光もマーク上に照射する場合におい
て、両検出光を同時にマーク上に照射する場合には、A
F光とアライメント光との光学特性(波長、偏光状態
等)を異ならせておくことが望ましい。例えば、AF光
をLED又はレーザダイオードからの赤外光〜近赤外光
とし、アライメント光をハロゲンランプからの波長27
0nm以上のブロードバンド光とする構成や、AF光と
アライメント光が同一波長域で、且つAF光をS偏光と
し、アライメント光をP偏光とする構成、或いはAF光
とアライメント光とを同一波長域で、且つ互いに異なる
周波数で強度変調する構成とすることが好ましく、一方
の計測時に他方の計測ビームに影響されて計測精度が低
下することを回避できる。
AF for performing alignment AF
Similarly to the alignment light for performing wafer alignment, the light may be irradiated onto the mark AM. Even when the alignment mark AM is included in the alignment AF light (slit light), the same effect as above can be obtained by calibrating the relational expression in the same manner as above. Then, in the case of irradiating both the detection lights on the mark, when both detection lights are simultaneously irradiated on the mark, A
It is desirable to have different optical characteristics (wavelength, polarization state, etc.) between the F light and the alignment light. For example, the AF light is infrared light to near-infrared light from the LED or laser diode, and the alignment light is the wavelength 27 from the halogen lamp.
Broadband light of 0 nm or more, AF light and alignment light have the same wavelength range, and AF light has S polarization and alignment light has P polarization, or AF light and alignment light have the same wavelength range. Moreover, it is preferable that the intensity modulation is performed at frequencies different from each other, and it is possible to prevent the measurement accuracy from being deteriorated due to the influence of the other measurement beam during measurement of one.

【0085】また、逆に両検出光をマーク上に照射する
場合であって、AF光とアライメント光とをマークAM
上に同時に照射しない場合、すなわちAFアライメント
とウエハアライメントを時系列で切り替えて計測する場
合には、非計測状態方の光を光電的や機械的なシャッタ
で遮光してウエハW上に照射されない構成や、計測ビー
ムの光路を共通化しておき、途中の光路を切換ミラーで
切り換える構成とすることができる。この場合、同一の
光学特性を有する光(光源)を使用することができるた
め、装置の小型化、低価格化を図ることができる。
On the contrary, in the case of irradiating both detection lights on the mark, the AF light and the alignment light are used for the mark AM.
When not irradiating simultaneously on top, that is, when AF alignment and wafer alignment are switched in time series for measurement, light in the non-measurement state is shielded by a photoelectric or mechanical shutter and is not irradiated on the wafer W. Alternatively, the optical path of the measurement beam may be made common, and the optical path in the middle may be switched by the switching mirror. In this case, since light (light source) having the same optical characteristics can be used, it is possible to reduce the size and cost of the device.

【0086】また、上記第1の実施形態では、ロット先
頭もウエハで、且つウエハ内で最初に計測を行う被計測
領域に対して関係式を較正するものとしたが、関係式の
較正のタイミングは適宜変更可能である。ウエハ内で最
初に計測されるショットではなく、任意の1つのショッ
トで実施してもよい。また、マーク毎、ウエハ毎、或い
は所定のウエハ枚数毎に実施してもよく、さらに、ロッ
ト先頭のウエハに対しては全マークで関係式の較正を行
い、その平均により関係式を較正・再設定してもよい。
また、例えばロット先頭のウエハに対して複数のショッ
ト領域で関係式の較正を行い、その複数の較正結果を平
均して得られた関係式とスリット間隔とからフォーカス
調整量を求めることも可能である。この場合、複数のシ
ョット領域としては、計測を行う順番の最初の数カ所と
してもよいし、EGA計測の対象となるショット領域を
選択してもよい。
In the first embodiment, the lot head is also the wafer, and the relational expression is calibrated with respect to the measured region to be measured first in the wafer. Can be changed as appropriate. Instead of the first shot measured in the wafer, any one shot may be performed. Further, it may be performed for each mark, each wafer, or every predetermined number of wafers. Further, for the wafer at the beginning of the lot, the relational expression is calibrated for all marks, and the relational expression is calibrated and re-calibrated by the average. You may set it.
Further, for example, it is also possible to calibrate the relational expression in a plurality of shot areas on the wafer at the beginning of the lot and obtain the focus adjustment amount from the relational expression obtained by averaging the plurality of calibration results and the slit spacing. is there. In this case, the plurality of shot areas may be the first several locations in the measurement order, or the shot areas to be the target of EGA measurement may be selected.

【0087】また、上記実施の形態では、本発明の位置
計測装置を露光装置におけるウエハアライメントに用い
る構成としたが、これに限られるものではなく、物体の
表面に計測ビームを照射し、その反射光の受光結果と所
定の関係式とを用いてフォーカス調整量を計測するもの
であれば、レチクルRに形成されたアライメントマーク
の位置情報を計測するレチクル・アライメントセンサや
各種検査装置や製造装置に適用可能である。また、アラ
イメントセンサに限定されるものではなく、例えばウェ
ハW上に層毎に形成された複数のパターンやマークを計
測対象として、複数層の被計測部の重ね合わせ誤差を計
測する重ね合わせ計測装置にも適用可能である。この場
合、重ね合わせ誤差を高精度に計測できるという効果が
得られる。また、上記実施の形態では、ウエハステージ
が2基設けられた、ダブルステージ型の例を用いたが、
これに限定されるものではなく、ウエハステージが1基
や3基以上設けられる構成であってもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the position measuring device of the present invention is used for wafer alignment in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this. As long as the focus adjustment amount is measured using the light reception result and a predetermined relational expression, the reticle alignment sensor for measuring the position information of the alignment mark formed on the reticle R, various inspection devices, and manufacturing devices can be used. Applicable. Further, the alignment measurement device is not limited to the alignment sensor, and for example, an overlay measurement device that measures overlay errors of measured portions of a plurality of layers with a plurality of patterns or marks formed for each layer on the wafer W as measurement targets. It is also applicable to. In this case, the effect that the overlay error can be measured with high accuracy is obtained. Further, in the above embodiment, the example of the double stage type in which two wafer stages are provided is used.
However, the present invention is not limited to this, and one wafer stage or three or more wafer stages may be provided.

【0088】また、上記実施の形態において、アライメ
ントセンサをハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅
の広い光で照明し、CCDカメラなどで撮像したアライ
メントマークの画像データを画像処理してマーク位置を
計測するFIA(FieldImage Alignm
ent)方式として説明したが、レーザ光をウエハ上の
ドット列状のアライメントマークに照射し、そのマーク
により回折または散乱された光を用いてマーク位置を検
出するLSA(Laser Step Alignme
nt)方式や、ウエハ上の回折格子状のアライメントマ
ークにピッチ方向に対照的に傾斜した2つのコヒーレン
トビームを照射し、発生した2つの回折光を干渉させ、
その位相からアライメントマークの位置を計測するLI
A(Laser Interferometric A
lignment)方式であってもよい。
In the above embodiment, the alignment sensor is illuminated with light having a wide wavelength band using a halogen lamp or the like as a light source, and image data of the alignment mark taken by a CCD camera or the like is subjected to image processing to determine the mark position. FIA (Field Image Alignment) to measure
ent) method, the LSA (Laser Step Alignment) that irradiates a laser beam on a dot-row-shaped alignment mark on the wafer and detects the mark position using light diffracted or scattered by the mark.
nt) method or irradiating the diffraction grating-shaped alignment mark on the wafer with two coherent beams that are symmetrically inclined in the pitch direction to cause the two diffracted lights generated to interfere with each other.
LI that measures the position of the alignment mark from the phase
A (Laser Interferometric A
The light source) method may be used.

【0089】なお、本実施の形態の基板としては、半導
体デバイス製造用の半導体ウエハWのみならず、ディス
プレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用の
セラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマス
クまたはレチクルの原版(合成石英、シリコンウエハ)
等が適用される。
As the substrate of this embodiment, not only the semiconductor wafer W for manufacturing a semiconductor device but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin film magnetic head, a mask used in an exposure apparatus, or Original reticle (synthetic quartz, silicon wafer)
Etc. apply.

【0090】露光装置1としては、レチクルRとウエハ
Wとを同期移動してレチクルRのパターンを走査露光す
るステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
(スキャニング・ステッパー;USP5,473,410)の他に、
レチクルRとウエハWとを静止した状態でレチクルRの
パターンを露光し、ウエハWを順次ステップ移動させる
ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステ
ッパー)にも適用することができる。また、本発明はウ
エハW上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて
転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置
にも適用できる。
As the exposure apparatus 1, other than the step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper; USP 5,473,410) for synchronously moving the reticle R and the wafer W to scan and expose the pattern of the reticle R. To
The present invention can also be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper) that exposes the pattern of the reticle R while the reticle R and the wafer W are stationary and sequentially moves the wafer W. The present invention can also be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus that transfers at least two patterns on the wafer W by partially overlapping them.

【0091】露光装置1の種類としては、ウエハWに半
導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装
置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製
造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CC
D)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための
露光装置などにも広く適用できる。
The type of the exposure apparatus 1 is not limited to the exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element that exposes a semiconductor element pattern on the wafer W, and an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, an imaging device. Element (CC
D) or an exposure apparatus for manufacturing a reticle, a mask, or the like, can be widely applied.

【0092】また、照明系2の光源として、超高圧水銀
ランプから発生する輝線(g線(436nm)、h線
(404.nm)、i線(365nm))、KrFエキ
シマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(1
93nm)、F2レーザ(157nm)、Ar2レーザ
(126nm)のみならず、電子線やイオンビームなど
の荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を
用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタン
ヘキサボライト(LaB6)、タンタル(Ta)を用い
ることができる。また、YAGレーザや半導体レーザ等
の高調波などを用いてもよい。
Further, as the light source of the illumination system 2, bright lines (g line (436 nm), h line (404.nm), i line (365 nm)), KrF excimer laser (248 nm), ArF generated from an ultra-high pressure mercury lamp. Excimer laser (1
(93 nm), F 2 laser (157 nm), Ar 2 laser (126 nm) as well as charged particle beams such as electron beams and ion beams can be used. For example, when an electron beam is used, thermionic emission type lanthanum hexaboride (LaB 6 ) or tantalum (Ta) can be used as the electron gun. Further, a harmonic such as a YAG laser or a semiconductor laser may be used.

【0093】例えば、DFB半導体レーザ又はファイバ
ーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レ
ーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリ
ビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅
し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した
高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レ
ーザの発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内
とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、
即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光
が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内
とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調
波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得ら
れる。
For example, a single-wavelength laser in the infrared region or the visible region emitted from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (or both erbium and ytterbium), and nonlinear optical A harmonic wave whose wavelength is converted into ultraviolet light using a crystal may be used as the exposure light. If the oscillation wavelength of the single-wavelength laser is within the range of 1.544 to 1.553 μm, the 8th harmonic within the range of 193 to 194 nm,
That is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser can be obtained, and assuming that the oscillation wavelength is within the range of 1.57 to 1.58 μm, the 10th harmonic within the range of 157 to 158 nm, that is, almost the same as the F2 laser. Ultraviolet light having a wavelength is obtained.

【0094】また、レーザプラズマ光源、又はSORか
ら発生する波長5〜50nm程度の軟X線領域、例えば
波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme
Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、EUV
露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学
系が複数枚(例えば3〜6枚程度)の反射光学素子(ミ
ラー)のみからなる縮小系となっている。
Further, a soft X-ray region having a wavelength of about 5 to 50 nm generated from a laser plasma light source or SOR, for example, an EUV (Extreme) having a wavelength of 13.4 nm or 11.5 nm.
Ultra Violet) light may be used as exposure light, and EUV
The exposure apparatus uses a reflective reticle, and the projection optical system is a reduction system including only a plurality of (for example, about 3 to 6) reflective optical elements (mirrors).

【0095】投影光学系PLは、縮小系のみならず等倍
系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系P
Lは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであって
もよい。なお、露光光の波長が200nm程度以下であ
るときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少
ない気体(窒素、ヘリウムなどの不活性ガス)でパージ
することが望ましい。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
用いればよい。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 projection optical system PL may be not only a reduction system but also a unity magnification system and an enlargement system. In addition, the projection optical system P
L may be a refraction system, a reflection system, or a catadioptric system. When the wavelength of the exposure light is about 200 nm or less, it is desirable to purge the optical path through which the exposure light passes with a gas (inert gas such as nitrogen or helium) that absorbs the exposure light little. When an electron beam is used, an electron optical system including an electron lens and a deflector may be used as the optical system. Needless to say, the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.

【0096】ウエハステージWSやレチクルステージR
Sにリニアモータ(USP5,623,853または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よい。また、各ステージW
S、RSは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、
ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
Wafer stage WS and reticle stage R
When a linear motor (see USP 5,623,853 or USP 5,528,118) is used for S, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force may be used. Also, each stage W
S and RS may be types that move along a guide,
A guideless type without a guide may be used.

【0097】各ステージWS、RSの駆動機構として
は、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元に
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
より各ステージWS、RSを駆動する平面モータを用い
てもよい。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WS、RS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WS、RS
の移動面側に設ければよい。
As a driving mechanism of each stage WS, RS, a magnet unit having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil are opposed to each other, and each stage WS, RS is driven by an electromagnetic force. A planar motor may be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit is connected to the stages WS and RS, and the other of the magnet unit and the armature unit is connected to the stages WS and RS.
It may be provided on the moving surface side of.

【0098】ウエハステージRSの移動により発生する
反力は、投影光学系PLに伝わらないように、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
逃がしてもよい。レチクルステージRSの移動により発
生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、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 RS is prevented from being transmitted to the projection optical system PL.
As described in US Pat. No. 6,166,475 (USP 5,528,118), a frame member may be used to mechanically escape to the floor (ground). The reaction force generated by the movement of the reticle stage RS is not transmitted to the projection optical system PL, and a frame member is used as described in JP-A-8-330224 (US S / N 08 / 416,558). It may be mechanically released to the floor (ground).

【0099】以上のように、本願実施形態の露光装置1
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。
As described above, the exposure apparatus 1 according to the embodiment of the present application
The various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application, predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy,
It is manufactured by assembling so as to maintain optical accuracy. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical precision for various optical systems, adjustments to achieve mechanical precision for various mechanical systems, and various electrical systems to ensure these various types of precision are made. Are adjusted to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from the various subsystems includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, air pressure circuit pipe connection, and the like between the various subsystems. It goes without saying that there is an individual assembly process for each subsystem before the assembly process from these various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies of the exposure apparatus as a whole. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.

【0100】半導体デバイス等のマイクロデバイスは、
図12に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設
計を行うステップ201、この設計ステップに基づいた
マスク(レチクル)を製作するステップ202、シリコ
ン材料からウエハを製造するステップ203、前述した
実施形態の投影露光装置1によりレチクルのパターンを
ウエハに露光する露光処理ステップ204、デバイス組
み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、
パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等
を経て製造される。
Microdevices such as semiconductor devices are
As shown in FIG. 12, step 201 of designing the function / performance of the microdevice, step 202 of manufacturing a mask (reticle) based on this design step, step 203 of manufacturing a wafer from a silicon material, and the step of the above-described embodiment. An exposure processing step 204 for exposing the reticle pattern onto the wafer by the projection exposure apparatus 1, a device assembly step (dicing step, bonding step,
It is manufactured through 205 including a packaging process) and an inspection step 206.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、物体
の被計測領域の状態に依存することなく高精度、且つ安
定してフォーカス調整を実施でき、フォーカス変動に起
因する物体のアライメント誤差を抑制できるという効果
が得られる。また、本発明では、スループットが低下し
て生産性が悪くなることも防止可能である。
As described above, according to the present invention, the focus adjustment can be performed with high accuracy and stability without depending on the state of the measured region of the object, and the alignment error of the object caused by the focus fluctuation can be eliminated. The effect that it can be suppressed is obtained. Further, according to the present invention, it is possible to prevent a decrease in throughput and a deterioration in productivity.

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

【図1】 本発明に係る露光装置の一実施形態を概略
的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of an exposure apparatus according to the present invention.

【図2】 2つのウエハステージ、レチクルステー
ジ、投影光学系およびアライメント系の位置関係を示す
外観斜視図である。
FIG. 2 is an external perspective view showing the positional relationship between two wafer stages, a reticle stage, a projection optical system, and an alignment system.

【図3】 本発明に係るウエハアライメント系の概略
構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a wafer alignment system according to the present invention.

【図4】 (a)〜(c)は、分割された計測ビーム
のAFセンサ上での結像状態を示す説明図である。
FIG. 4A to FIG. 4C are explanatory diagrams showing the image formation state of the divided measurement beam on the AF sensor.

【図5】 本発明の実施の形態に用いられるウエハの
(a)は平面図であり、(b)はショット領域の詳細図
である。
5A is a plan view of a wafer used in the embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a detailed view of a shot area.

【図6】 本発明の第1の実施形態を示す図であっ
て、アライメントAFの手順を示すフローチャート図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the first embodiment of the present invention and is a flowchart diagram showing a procedure of alignment AF.

【図7】 本発明の第1の実施形態を示す図であっ
て、アライメントAFの手順を示すフローチャート図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing the first embodiment of the present invention and is a flow chart diagram showing a procedure of alignment AF.

【図8】 視野絞りの別の実施形態を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing another embodiment of the field stop.

【図9】 図8に示す視野絞りで形成されたスリット
像がウエハ上に投影された部分拡大図である。
9 is a partial enlarged view of a slit image formed by the field stop shown in FIG. 8 projected on a wafer.

【図10】 視野絞りの別の実施形態を示す平面図で
ある。
FIG. 10 is a plan view showing another embodiment of the field stop.

【図11】 図10に示す視野絞りで形成されたスリ
ット像がウエハ上に投影された部分拡大図である。
11 is a partial enlarged view of a slit image formed by the field stop shown in FIG. 10 projected on a wafer.

【図12】 半導体デバイスの製造工程の一例を示す
フローチャート図である。
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of a semiconductor device.

【図13】 (a)はウエハの下地にパターン等が存
在しない場合の、(b)は下地に一部にパターンが存在
する場合のそれぞれ信号波形図である。
13A is a signal waveform diagram when a pattern or the like does not exist on the base of the wafer, and FIG. 13B is a signal waveform diagram when a pattern partially exists on the base.

【図14】 スリット間隔とフォーカス調整量との関
係を示す関係図である。
FIG. 14 is a relationship diagram showing a relationship between a slit interval and a focus adjustment amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

AM ウエハアライメントマーク(マーク) AMX ウエハマーク(第1マーク) AMY ウエハマーク(第2マーク) D 区画領域(ショット領域) R レチクル(マスク) W、W1、W2 ウエハ(物体、基板) WS、WS1、WS2 ウエハステージ(ステージ) S4 第1工程 S5 第2工程 S7 第4工程 1 露光装置 4 Zレベリングステージ(移動装置) 5 メインAFセンサ(フォーカス位置検出系、第2計
測装置) 10 ウエハアライメント系(位置計測装置、第1計測
装置、結像光学系) 20 撮像素子(撮像装置) 29 信号処理装置(演算装置、選択装置) 30 主制御ユニット(記憶装置、位置決め装置)
AM wafer alignment marks (marks) AM X wafer mark (first mark) AM Y wafer mark (second mark) D divided area (shot area) R reticle (mask) W, W1, W2 wafer (object, substrate) WS, WS1, WS2 Wafer stage (stage) S4 First step S5 Second step S7 Fourth step 1 Exposure device 4 Z leveling stage (moving device) 5 Main AF sensor (focus position detection system, second measuring device) 10 Wafer alignment system (Position measuring device, first measuring device, imaging optical system) 20 Imaging element (imaging device) 29 Signal processing device (arithmetic device, selection device) 30 Main control unit (storage device, positioning device)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 AA06 AA07 BB02 BB27 CC19 FF01 FF04 GG03 HH05 JJ03 JJ26 LL00 PP12 5F046 BA04 DA14 DB05 EB07 EC03 ED02 FA03 FA10 FA17 FB08 FB12 FC04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F065 AA03 AA06 AA07 BB02 BB27                       CC19 FF01 FF04 GG03 HH05                       JJ03 JJ26 LL00 PP12                 5F046 BA04 DA14 DB05 EB07 EC03                       ED02 FA03 FA10 FA17 FB08                       FB12 FC04

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の表面に計測ビームを照射し、前
記表面で反射した前記計測ビームの計測結果と所定の関
係式とを用いて、前記表面の法線方向における前記物体
の位置情報を計測する位置計測方法であって、 前記物体の表面上の、前記計測ビームが照射される被計
測領域の状態に基づいて、前記所定の関係式を較正する
較正工程を含むことを特徴とする位置計測方法。
1. The position information of the object in the normal direction of the surface is measured by irradiating the surface of the object with a measurement beam and using a measurement result of the measurement beam reflected by the surface and a predetermined relational expression. A position measuring method including: a position measuring method for calibrating the predetermined relational expression based on a state of a measured region on the surface of the object irradiated with the measuring beam. Method.
【請求項2】 前記所定の関係式を、少なくとも前記
物体上に形成されたパターンと前記被計測領域との相対
位置関係が異なる毎に較正することを特徴とする請求項
1に記載の位置計測方法。
2. The position measurement according to claim 1, wherein the predetermined relational expression is calibrated at least every time the relative positional relationship between the pattern formed on the object and the measured region is different. Method.
【請求項3】 前記物体上には前記被計測領域が複数
設けられており、 前記複数の被計測領域のうち、前記相対位置関係が同じ
である複数の被計測領域に対しては、前記所定の関係式
として同じ関係式を使用することを特徴とする請求項2
に記載の位置計測方法。
3. A plurality of measured regions are provided on the object, and the plurality of measured regions having the same relative positional relationship among the plurality of measured regions are the predetermined regions. 3. The same relational expression is used as the relational expression of.
Position measurement method described in.
【請求項4】 前記物体上には複数の区画領域が形成
され、且つ前記複数の区画領域毎に前記被計測領域が設
けられており、 前記所定の関係式の較正は、前記複数の区画領域のうち
少なくとも1つの計測対象となる区画領域に対して行わ
れることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に
記載の位置計測方法。
4. A plurality of partitioned areas are formed on the object, and the measured area is provided for each of the plurality of partitioned areas, and the calibration of the predetermined relational expression is performed by the plurality of partitioned areas. The position measuring method according to claim 1, wherein the position measuring method is performed on at least one of the divided areas to be measured.
【請求項5】 前記複数の区画領域は前記被計測領域
をそれぞれ複数有し、 各区画領域にそれぞれ付随して設けられた複数の被計測
領域毎に、所定の関係式を較正することを特徴とする請
求項4に記載の位置計測方法。
5. The plurality of divided areas each include the plurality of measured areas, and a predetermined relational expression is calibrated for each of the plurality of measured areas provided in association with each of the divided areas. The position measuring method according to claim 4.
【請求項6】 前記物体上に形成された任意の複数の
区画領域毎において前記所定の関係式の較正を行い、そ
の複数の較正結果を平均して得られた関係式を使用して
前記位置情報を求めることを特徴とする請求項4又は5
にに記載の位置計測方法。
6. The position is calculated by using a relational expression obtained by calibrating the predetermined relational expression for each of a plurality of arbitrary partitioned areas formed on the object and averaging the plurality of calibration results. 6. Requesting information, claim 4 or 5
Position measurement method described in.
【請求項7】 前記物体は、同一のプロセスを経た複
数枚の基板を含み、 前記所定の関係式の較正を、前記複数枚の基板のうちの
少なくとも最初に計測される基板に対して行うことを特
徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の位置計
測方法。
7. The object includes a plurality of substrates that have undergone the same process, and the calibration of the predetermined relational expression is performed on at least the first substrate to be measured of the plurality of substrates. The position measuring method according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 前記物体上の前記被計測領域には、前
記物体の二次元平面内での位置情報を計測する際に観察
されるマークが形成されていることを特徴とする請求項
1から7のいずれか一項に記載の位置計測方法。
8. The mark to be observed when measuring position information of the object in a two-dimensional plane is formed in the measured region on the object. 7. The position measuring method according to claim 7.
【請求項9】 前記マークは、前記二次元平面内にお
いて互いに異なる方向に延設された第1マーク及び第2
マークを含み、 前記第1、第2マーク毎に前記所定の関係式を較正する
ことを特徴とする請求項8に記載の位置計測方法。
9. The mark includes a first mark and a second mark extending in different directions in the two-dimensional plane.
The position measuring method according to claim 8, further comprising a mark, wherein the predetermined relational expression is calibrated for each of the first and second marks.
【請求項10】 前記被計測領域の状態とは、前記被
計測領域内におけるパターンの有無状態、前記表面の凹
凸状態、及び前記表面の反射率状態とのうちの少なくと
も1つを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれ
か一項に記載の位置計測方法。
10. The state of the measured region includes at least one of a presence / absence state of a pattern in the measured region, a concavo-convex state of the surface, and a reflectance state of the surface. The position measuring method according to any one of claims 1 to 9.
【請求項11】 前記較正工程は、 前記物体を前記法線方向に移動させる第1工程と、 前記物体の移動時に、前記物体の前記法線方向の位置が
互いに異なる位置において、前記計測ビームを用いて前
記被計測領域を計測する第2工程と、 前記計測ビームを用いた撮像時における前記物体の前記
法線方向の位置を、前記計測ビームを用いずに測定する
第3工程と、 前記第2工程における計測結果、及び前記第3工程にお
ける計測結果を用いた演算により、前記所定の関係式を
較正する第4工程と、を含むことを特徴とする請求項1
から10のいずれか一項に記載の位置計測方法。
11. The calibration step comprises a first step of moving the object in the normal direction, and a step of moving the measurement beam at a position where the position of the object in the normal direction is different from each other when the object is moved. A second step of measuring the measured region by using the third step, a third step of measuring the position of the object in the normal direction at the time of imaging using the measurement beam without using the measurement beam, The fourth step of calibrating the predetermined relational expression by a calculation using the measurement result of the two steps and the measurement result of the third step.
11. The position measuring method according to any one of 1 to 10.
【請求項12】 前記第3工程では、前記物体を載置
したステージの前記法線方向における変位を計測するこ
とにより、或いは前記物体の表面上に前記計測ビームと
は異なる計測ビームを照射して前記物体の法線方向にお
ける変位を計測することにより測定することを特徴とす
る請求項11に記載の位置計測方法。
12. In the third step, a displacement of a stage on which the object is mounted in the normal direction is measured, or a surface of the object is irradiated with a measurement beam different from the measurement beam. The position measuring method according to claim 11, wherein the position is measured by measuring a displacement of the object in a normal direction.
【請求項13】 前記物体上に形成されたマークを撮
像する第5工程を更に有し、 前記第4工程では、前記第5工程で得られた撮像結果を
加味して前記較正を行うことを特徴とする請求項11又
は12に記載の位置計測方法。
13. The method further comprises a fifth step of imaging the mark formed on the object, wherein the fourth step performs the calibration in consideration of the imaging result obtained in the fifth step. The position measuring method according to claim 11 or 12, which is characterized.
【請求項14】 前記第4工程では、前記第5工程で
得られた撮像信号の信号強度及び鮮鋭度の少なくとも一
方を加味して前記較正を行うことを特徴とする請求項1
3に記載の位置計測方法。
14. The calibration according to claim 4, wherein in the fourth step, at least one of the signal intensity and the sharpness of the image pickup signal obtained in the fifth step is taken into consideration.
The position measuring method described in 3.
【請求項15】 前記較正工程では、前記物体上に形
成されるパターンの設計情報に基づいて、前記物体上に
おける前記被計測領域の状態を推定し、その推定に基づ
き前記較正を行うことを特徴とする請求項1から10の
いずれか一項に記載の位置計測方法。
15. The calibration step estimates the state of the measured region on the object based on design information of a pattern formed on the object, and performs the calibration based on the estimation. The position measuring method according to any one of claims 1 to 10.
【請求項16】 前記法線方向における前記物体上の
位置計測を行う前に、前記設計情報に基づいて、前記被
計測領域の互いに異なる状態を推定し、且つその推定に
基づきそれぞれ較正した前記関係式を複数記憶し、 前記較正工程では、前記記憶されている複数の関係式の
中から、所望の被計測領域に対応する関係式を、前記設
計情報に基づいて選択することを特徴とする請求項15
に記載の位置計測方法。
16. The relationship in which different states of the measured region are estimated based on the design information before the position measurement on the object in the normal direction is performed, and the relations are respectively calibrated based on the estimation. A plurality of equations are stored, and in the calibration step, a relational expression corresponding to a desired measured region is selected from the plurality of stored relational expressions based on the design information. Item 15
Position measurement method described in.
【請求項17】 物体上に形成されたマークを、結像
光学系を介して撮像するマーク計測方法であって、 請求項1から16のいずれか一項に記載の位置計測方法
により計測された前記物体の前記法線方向における位置
情報を用いて、前記マークを前記結像光学系の最良結像
面に一致させ、 前記最良結像面上に存在するマークを、前記結像光学系
を介して撮像して、前記マークの二次元平面内における
位置情報を計測することを特徴とするマーク計測方法。
17. A mark measuring method for picking up an image of a mark formed on an object via an image forming optical system, the mark measuring method measuring the position by the position measuring method according to claim 1. Using the position information of the object in the normal direction, the mark is matched with the best imaging plane of the imaging optical system, and the mark existing on the best imaging surface is passed through the imaging optical system. And measuring the position information of the mark in the two-dimensional plane.
【請求項18】 マスク上に形成されたパターンを基
板上に転写する露光方法であって、 請求項17に記載のマーク計測方法を用いて計測された
前記基板上のマークの位置情報に基づいて、前記基板を
前記二次元平面内における所定の転写位置に位置決め
し、 前記転写位置に位置決めされた前記基板上に前記パター
ンを転写することを特徴とする露光方法。
18. An exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate, which is based on position information of a mark on the substrate measured using the mark measuring method according to claim 17. An exposure method, wherein the substrate is positioned at a predetermined transfer position in the two-dimensional plane, and the pattern is transferred onto the substrate positioned at the transfer position.
【請求項19】 物体の表面に計測ビームを照射し、
前記表面で反射した前記計測ビームの計測結果と所定の
関係式とを用いて、前記表面の法線方向における前記物
体の位置情報を計測する位置計測装置であって、 前記物体の表面上の、前記計測ビームが照射される被計
測領域の状態に基づいて、前記所定の関係式を較正する
較正装置を有することを特徴とする位置計測装置。
19. Irradiating a measurement beam onto the surface of an object,
Using a measurement result of the measurement beam reflected on the surface and a predetermined relational expression, a position measuring device for measuring position information of the object in the normal direction of the surface, on the surface of the object, A position measuring device comprising a calibration device that calibrates the predetermined relational expression based on a state of a measurement region irradiated with the measurement beam.
【請求項20】 前記較正装置は、前記所定の関係式
を、少なくとも前記物体上に形成されたパターンと前記
被計測領域との相対位置関係が異なる毎に較正すること
を特徴とする請求項19に記載の位置計測装置。
20. The calibration device calibrates the predetermined relational expression at least every time the relative positional relationship between the pattern formed on the object and the measured region is different. The position measuring device described in.
【請求項21】 前記物体上には前記被計測領域が複
数設けられており、 前記複数の被計測領域のうち、前記相対位置関係が同じ
である複数の被計測領域に対しては、前記所定の関係式
として同じ関係式を使用して前記位置計測を行うことを
特徴とする請求項20に記載の位置計測装置。
21. A plurality of measurement regions are provided on the object, and the plurality of measurement regions having the same relative positional relationship among the plurality of measurement regions are the predetermined regions. 21. The position measuring device according to claim 20, wherein the position measurement is performed using the same relational expression as the relational expression.
【請求項22】 前記物体上には複数の区画領域が形
成され、且つ前記複数の区画領域毎に前記被計測領域が
設けられており、 前記較正装置は、前記複数の区画領域のうちの少なくと
も1つの区画領域に対して前記所定の関係式の較正を自
動的に行うことを特徴とする請求項19から21のいず
れか一項に記載の位置計測装置。
22. A plurality of partitioned areas are formed on the object, and the measured area is provided for each of the plurality of partitioned areas, and the calibration device is at least one of the plurality of partitioned areas. The position measuring device according to any one of claims 19 to 21, characterized in that the calibration of the predetermined relational expression is automatically performed for one divided area.
【請求項23】 前記物体は、同一のプロセスを経た
複数枚の基板を含み、 前記較正装置は、前記複数枚の基板のうちの少なくとも
最初に計測される基板に対して前記所定の関係式の較正
を自動的に行うことを特徴とする請求項19から22の
いずれか一項に記載の位置計測装置。
23. The object includes a plurality of substrates that have been subjected to the same process, and the calibration device has a predetermined relational expression with respect to at least a first substrate to be measured of the plurality of substrates. The position measuring device according to any one of claims 19 to 22, wherein calibration is performed automatically.
【請求項24】 前記被計測領域の状態とは、前記被
計測領域内におけるパターンの有無状態、前記表面の凹
凸状態及び前記表面の反射率状態とのうちの少なくとも
1つを含むことを特徴とする請求項19から23のいず
れか一項に記載の位置計測装置。
24. The state of the measured region includes at least one of a pattern presence / absence state in the measured region, an uneven state of the surface, and a reflectance state of the surface. The position measuring device according to any one of claims 19 to 23.
【請求項25】 前記較正装置は、 前記物体を前記法線方向に移動させる移動装置と、 前記物体の移動時に、前記物体の前記法線方向の位置が
互いに異なる位置において、前記計測ビームを用いて前
記被計測領域を計測する第1計測装置と、 前記計測ビームを用いた撮像時における前記物体の前記
法線方向の位置を、前記計測ビームを用いずに測定する
第2計測装置と、 前記第1、第2計測装置の計測結果を用いて、前記所定
の関係式を較正する演算を行う演算装置と、を含むこと
を特徴とする請求項19から24のいずれか一項に記載
の位置計測装置。
25. The calibration device uses the measurement beam at a position for moving the object in the normal direction and at a position where the position of the object in the normal direction is different from each other when the object moves. And a second measuring device that measures the position of the object in the normal direction at the time of imaging using the measurement beam without using the measurement beam. 25. The position according to any one of claims 19 to 24, further comprising: an arithmetic device that performs an arithmetic operation for calibrating the predetermined relational expression using the measurement results of the first and second measuring devices. Measuring device.
【請求項26】 前記物体上に形成されたマークを撮
像する撮像装置を更に有し、 前記演算装置は、前記撮像装置で得られた撮像結果を加
味して前記演算を行うことを特徴とする請求項25に記
載の位置計測装置。
26. An image pickup device for picking up an image of a mark formed on the object is further provided, and the arithmetic device performs the arithmetic operation in consideration of an image pickup result obtained by the image pickup device. The position measuring device according to claim 25.
【請求項27】 前記較正装置は、 前記物体上に形成されるパターンの設計情報に基づい
て、前記物体上における前記被計測領域の状態を推定
し、その推定に基づき較正された前記関係式を複数記憶
した記憶装置と、 前記記憶装置に記憶されている前記複数の関係式の中か
ら、所望の被計測領域に対応する関係式を、前記設計情
報に基づいて選択する選択装置と、を含むことを特徴と
する請求項19から24のいずれか一項に記載の位置計
測装置。
27. The calibration device estimates a state of the measured region on the object based on design information of a pattern formed on the object, and calculates the relational expression calibrated based on the estimation. A plurality of storage devices, and a selection device that selects a relational expression corresponding to a desired measured region from the plurality of relational expressions stored in the storage device based on the design information. The position measuring device according to any one of claims 19 to 24, wherein:
【請求項28】 マスク上に形成されたパターンを、
二次元平面内の所定の転写位置に位置決めされた基板上
に転写する露光装置であって、 請求項19から27のいずれか一項に記載の位置計測装
置と、 前記基板上に形成されたマークを、結像光学系を介して
撮像する撮像装置と、 前記位置計測により計測された前記基板の前記法線方向
における位置情報を用いて、前記マークを前記結像光学
系の最良結像面に一致させるよう前記基板を前記法線方
向に移動させる移動装置と、 前記最良結像面上に存在する前記マークを前記撮像装置
で撮像した結果に基づいて、前記二次元平面内における
前記マークの位置情報を計測し、そのマークの位置情報
に基づいて前記基板を前記所定の転写位置に位置決めす
る位置決め装置と、を有することを特徴とする露光装
置。
28. A pattern formed on a mask,
An exposure apparatus for transferring onto a substrate positioned at a predetermined transfer position within a two-dimensional plane, the position measuring apparatus according to any one of claims 19 to 27, and a mark formed on the substrate. An image pickup device for picking up an image through an imaging optical system, and using the position information in the normal direction of the substrate measured by the position measurement, the mark is formed on the best imaging surface of the imaging optical system. A moving device that moves the substrate in the normal direction so as to match, and a position of the mark in the two-dimensional plane based on a result of imaging the mark existing on the best imaging plane by the imaging device. An aligner that measures information and positions the substrate at the predetermined transfer position based on the position information of the mark.
【請求項29】 前記撮像装置は複数設けられてお
り、 前記位置計測装置は、前記複数の撮像装置毎にそれぞれ
付随して設けられていることを特徴とする請求項28に
記載の露光装置。
29. The exposure apparatus according to claim 28, wherein a plurality of the image pickup devices are provided, and the position measurement device is provided for each of the plurality of image pickup devices.
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