JP2006053056A - Position measuring method, position measuring instrument, aligner, and device manufacturing method - Google Patents

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measuring method capable of enhancing measuring precision. <P>SOLUTION: This position measuring instrument detects a mark comprising periodical patterns formed on an object via an imaging optical system, and measures positional information of the mark, based on a detection result therein. Diffraction lights of even order other than diffraction lights of zero order is removed in mark lights obtained from an irradiated area including the mark, a frequency component corresponding to the each diffraction light of odd degree included in the mark lights is extracted from an image signal of the mark lights, and the positional information of the mark is measured using the extracted frequency component. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、物体上に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測方法及び位置計測装置に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子等のデバイス製造工程で使用される露光装置に用いられる技術に関する。   The present invention relates to a position measuring method and a position measuring apparatus for measuring position information of a mark formed on an object, and more particularly to a technique used in an exposure apparatus used in a device manufacturing process such as a semiconductor element or a liquid crystal display element. .

半導体素子、液晶表示素子、その他のデバイスの製造においては、露光装置を用いてマスクやレチクル(以下、これらを総称する場合はマスクという)に形成された微細なパターンの像をフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウエハ又はガラスプレート等の基板上に投影露光することが繰り返し行われる。露光装置は、マスク及び基板に形成されたマークの位置情報を計測し、これらの計測結果からマスクと基板との相対的な位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量を補正することで投影されるパターン像と既に基板上に形成されているパターンとの位置合わせ(アライメント)を精確に行っている。近年においては、パターンの微細化の要求が高まっており、重ね合わせ精度の向上が益々厳しくなっている。重ね合わせ精度を向上させるためには、まずマスク及び基板に形成されたマークの計測精度を高める必要がある。   In the manufacture of semiconductor elements, liquid crystal display elements, and other devices, an image of a fine pattern formed on a mask or reticle (hereinafter collectively referred to as a mask) using an exposure apparatus is exposed to a photosensitive material such as a photoresist. Projection exposure is repeatedly performed on a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate to which an agent is applied. The exposure apparatus measures the positional information of the marks formed on the mask and the substrate, calculates the relative positional deviation amount between the mask and the substrate from these measurement results, and corrects the positional deviation amount to be projected. The alignment (alignment) between the pattern image to be formed and the pattern already formed on the substrate is performed accurately. In recent years, there has been an increasing demand for pattern miniaturization, and improvement in overlay accuracy has become increasingly severe. In order to improve the overlay accuracy, it is first necessary to increase the measurement accuracy of the marks formed on the mask and the substrate.

マスクに形成されたマークの位置情報を計測するアライメントセンサは、基板を露光する際に用いる露光光をマークに照射して位置情報を計測するものが一般的である。このアライメントセンサとしては、例えばVRA(Visual Reticle Alignment)方式を用いたものがある。VRA方式は、基板がステージ上に搬送される前に、露光光をマスク上に形成されたマークに照射して得られる光学像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子で画像信号に変換し、この画像信号に対して画像処理を施してマークの位置情報を検出するものである。   An alignment sensor that measures position information of a mark formed on a mask generally measures position information by irradiating the mark with exposure light used when exposing a substrate. As this alignment sensor, for example, there is one using a VRA (Visual Reticle Alignment) system. In the VRA method, an optical image obtained by irradiating exposure light onto a mark formed on a mask is converted into an image signal by an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) before the substrate is transported on the stage. The image signal is subjected to image processing to detect mark position information.

また、基板に形成されたマークの位置情報を計測するアライメントセンサは、デバイスの製造過程において測定対象である基板の表面状態(荒れ程度)が変化するため、単一種類のアライメントセンサによって基板の位置情報を正確に検出することは困難なことが多いため、一般的には異なる方式のアライメントセンサが複数設けられる。これらの主なものとしては、LSA(Laser Step Alignment)方式、FIA(Field Image Alignment)方式、LIA(Laser Interferometric Alignment)方式のものがある。   In addition, the alignment sensor that measures the position information of the mark formed on the substrate changes the surface state (roughness) of the substrate to be measured in the device manufacturing process. Since it is often difficult to accurately detect information, a plurality of different types of alignment sensors are generally provided. Among these, there are LSA (Laser Step Alignment) method, FIA (Field Image Alignment) method, and LIA (Laser Interferometric Alignment) method.

これらの方式のアライメントセンサを概説すると以下の通りである。つまり、LSA方式のアライメントセンサは、レーザ光を基板に形成されたマークに照射し、回折・散乱された光を利用してそのマークの位置情報を計測するものであり、従来から種々の半導体素子を製造する際に幅広く使用されている。FIA方式のアライメントセンサは、ハロゲンランプ等の波長帯域幅の広い光源を用いてマークを照明し、その結果得られたマークの像を撮像素子で画像信号に変換した後、画像処理して位置計測を行うものであり、アルミニウム層や基板表面に形成された非対称なマークの計測に効果的である。LIA方式のアライメントセンサは、基板表面に形成された回折格子状のマークに、僅かに波長が異なるレーザ光を2方向から照射し、その結果生ずる2つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相からマークの位置情報を検出するものである。   An outline of these types of alignment sensors is as follows. In other words, the LSA alignment sensor irradiates a mark formed on a substrate with laser light and measures the position information of the mark using diffracted / scattered light. Is widely used in manufacturing. The FIA alignment sensor illuminates a mark using a light source having a wide wavelength bandwidth such as a halogen lamp, converts the image of the resulting mark into an image signal by an image sensor, and then performs image processing to measure the position. It is effective for measuring asymmetric marks formed on the aluminum layer or the substrate surface. The LIA type alignment sensor irradiates a diffraction grating-shaped mark formed on the substrate surface with laser beams having slightly different wavelengths from two directions, and causes the resulting two diffracted beams to interfere with each other. Is used to detect the position information of the mark.

また、以上の各方式のアライメントセンサは、投影光学系を介してマークの位置情報を計測するか否かによりTTL(スルー・ザ・レンズ)方式とオフ・アクシス方式とに分類される。以上説明した各方式のアライメントセンサの詳細については、例えば以下の特許文献1及び特許文献2を参照されたい。
特開平10−289871号公報 特開平5−217835号公報
The above-described alignment sensors are classified into a TTL (through-the-lens) method and an off-axis method depending on whether or not the mark position information is measured via the projection optical system. For details of each type of alignment sensor described above, see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-289871 JP-A-5-217835

上述した各種アライメントセンサのうち、マークの画像信号からマークの位置情報を計測するFIA方式のアライメントセンサでは、アライメントセンサが備える光学系の非対称(収差)が原因でマークの像が歪みやすい。一方、LIA方式では、マークの光学像から所定次数の回折光の位相を取り出すことが可能であるので、光学系の非対称(収差)の影響を予め計測することで補正が可能である。FIA方式では、各次数の電場が強度として検出されるため、次数ごとの位相の取り出しはこれまで難しかった。ただし、LIA方式では、透明な物体上にマークが形成されている場合等において、計測対象のマークの下層構造からの散乱光(焦点以外からの散乱光)が強く検出されやすく、その散乱光により計測精度が低下しやすいという課題がある。   Among the various alignment sensors described above, in the FIA type alignment sensor that measures the position information of the mark from the image signal of the mark, the image of the mark is easily distorted due to the asymmetry (aberration) of the optical system provided in the alignment sensor. On the other hand, in the LIA method, the phase of the diffracted light of a predetermined order can be extracted from the optical image of the mark, so that correction can be made by measuring in advance the influence of asymmetry (aberration) of the optical system. In the FIA method, since the electric field of each order is detected as the intensity, it has been difficult to extract the phase for each order. However, in the LIA method, when a mark is formed on a transparent object, scattered light (scattered light from other than the focal point) is easily detected from the lower layer structure of the mark to be measured. There is a problem that the measurement accuracy tends to decrease.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、計測精度の向上を図ることが可能な位置計測方法及び位置計測装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、露光精度の向上を図ることが可能な露光装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、高精度のデバイスを製造することが可能なデバイス製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a position measurement method and a position measurement apparatus capable of improving measurement accuracy.
Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of improving the exposure accuracy.
Another object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of manufacturing a highly accurate device.

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から図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)上に形成された周期パターンからなるマーク(AM)を結像光学系(46、45、49)を介して検出し、該検出結果に基づいて前記マークの位置情報を計測する位置計測方法であって、前記マークを含む被照射領域から得られるマーク光は、0次回折光以外の偶数次回折光が除去されており、前記マーク光の画像信号から、前記マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出し、該抽出された周波数成分を用いて前記マークの位置情報を計測することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration corresponding to FIGS. 1 to 11 showing the embodiment.
In the position measurement method of the present invention, a mark (AM) formed of a periodic pattern formed on an object (W) is detected via an imaging optical system (46, 45, 49), and the above-described position measurement method is used. In the position measurement method for measuring the position information of the mark, the mark light obtained from the irradiated region including the mark has the even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light removed, and from the image signal of the mark light, A frequency component corresponding to odd-order diffracted light included in the mark light is extracted, and position information of the mark is measured using the extracted frequency component.

この位置計測方法では、マークの画像信号からマークの位置情報を計測するものの、マーク光に含まれる0次回折光以外の偶数次回折光を予め除去することにより、マーク光に含まれる回折光に対応する周波数成分の抽出が可能となる。   In this position measurement method, the position information of the mark is measured from the image signal of the mark. However, even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light included in the mark light is removed in advance, thereby corresponding to the diffracted light included in the mark light. The frequency component can be extracted.

上記の位置計測方法においては、前記結像光学系が前記奇数次回折光に対して作用する光学特性情報を予め記憶しておき、前記抽出された周波数成分と前記光学特性情報とを用いて前記マークの位置情報を計測するとよい。
これにより、結像光学系の非対称(収差)の影響を除去し、より正確にマークの位置情報を計測することができる。
In the position measuring method, optical characteristic information that the imaging optical system acts on the odd-order diffracted light is stored in advance, and the mark is obtained using the extracted frequency component and the optical characteristic information. It is good to measure the position information.
Thereby, the influence of asymmetry (aberration) of the imaging optical system can be removed, and the mark position information can be measured more accurately.

本発明の位置計測装置は、物体(W)上に形成された周期パターンからなるマーク(AM)の位置情報を計測する位置計測装置(16)であって、前記マークを含む被照射領域に対して検知光を照射する照射系(41、42、43、44、45、46)と、前記検知光の照射により前記被照射領域から得られるマーク光を、該マーク光に応じた画像信号を出力する光電変換手段(50)へ導く結像光学系(46、45、49)と、前記マーク光の画像信号から、前記マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出する抽出部(83a〜83n)と、前記抽出された周波数成分を用いて前記マークの位置情報を求める演算部(88)と、を有することを特徴とする。   The position measuring device of the present invention is a position measuring device (16) for measuring position information of a mark (AM) formed of a periodic pattern formed on an object (W), and for an irradiated region including the mark. The irradiation system (41, 42, 43, 44, 45, 46) for irradiating the detection light and the mark light obtained from the irradiated region by the irradiation of the detection light, and outputting an image signal corresponding to the mark light An imaging optical system (46, 45, 49) guided to the photoelectric conversion means (50), and an extraction unit (extracting a frequency component corresponding to odd-order diffracted light contained in the mark light from the image signal of the mark light) 83a to 83n) and a calculation unit (88) for obtaining position information of the mark using the extracted frequency component.

この位置計測装置では、上記構成により、本発明の位置計測方法が実施可能となる。   In this position measuring apparatus, the position measuring method of the present invention can be implemented by the above configuration.

上記の位置計測装置において、例えば、前記マーク(AM)は、周期方向に関するパターン線幅とパターン間隔との長さの比(デューティ比(Duty))が1:1であることにより、マーク光に含まれる0次回折光以外の偶数次回折光を除去することができる。   In the above position measuring apparatus, for example, the mark (AM) has a 1: 1 ratio of the length of the pattern line width and the pattern interval in the periodic direction (duty ratio (Duty)), so that the mark light is converted into mark light. Even-numbered diffracted light other than the 0th-order diffracted light included can be removed.

また、前記照射系(41、42、43、44、45、46)は、前記被照射領域に対して略垂直に前記検知光を照射するための絞りを含み、前記結像光学系(46、45、49)は、瞳面で0次回折光以外の偶数次回折光を遮断する遮断部材を含むことによっても、マーク光に含まれる0次回折光以外の偶数次回折光を除去することができる。   The irradiation system (41, 42, 43, 44, 45, 46) includes a stop for irradiating the detection light substantially perpendicularly to the irradiated region, and the imaging optical system (46, 45 and 49) can also remove even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light included in the mark light by including a blocking member that blocks even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light on the pupil plane.

上記の位置計測装置において、前記抽出部(83a〜83n)は、フーリエ変換またはバンドパスフィルタを用いて前記抽出を行うとよい。   In the above position measurement apparatus, the extraction units (83a to 83n) may perform the extraction using a Fourier transform or a bandpass filter.

また、前記結像光学系(46、45、49)が前記奇数次回折光に対して作用する光学特性情報を記憶する記憶部(84)を更に有し、前記演算部(88)は、前記抽出された周波数成分と前記光学特性情報とを用いて前記マークの位置情報を求めるとよい。これにより、結像光学系の非対称(収差)の影響を除去することが可能となり、より正確にマークの位置情報を計測することができる。   The imaging optical system (46, 45, 49) further includes a storage unit (84) for storing optical characteristic information acting on the odd-order diffracted light, and the calculation unit (88) The position information of the mark may be obtained using the frequency component and the optical characteristic information. As a result, it becomes possible to eliminate the influence of asymmetry (aberration) of the imaging optical system, and the position information of the mark can be measured more accurately.

本発明の露光装置は、所定パターンを基板(W)上に転写する露光装置であって、前記基板上に形成されたマーク(AM)を、上記の位置計測装置(16)を用いて計測し、その計測結果に基づいて前記基板の位置決めを行う位置決め部(9、13)と、前記位置決めされた前記基板上に前記所定パターンを転写する露光部(PL)と、前記位置決め部及び前記露光部を制御する制御部(15)と、を有することを特徴とする。   An exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus that transfers a predetermined pattern onto a substrate (W), and measures a mark (AM) formed on the substrate using the position measurement device (16). A positioning unit (9, 13) for positioning the substrate based on the measurement result, an exposure unit (PL) for transferring the predetermined pattern onto the positioned substrate, the positioning unit, and the exposure unit. And a control unit (15) for controlling.

本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて、デバイスパターンを前記基板上に転写する露光工程(S26)と、前記デバイスパターンが転写された前記基板を現像する現像工程(S27)と、を含むことを特徴とする。   The device manufacturing method of the present invention includes an exposure step (S26) for transferring a device pattern onto the substrate using the exposure apparatus described above, and a development step (S27) for developing the substrate on which the device pattern is transferred. , Including.

本発明の位置計測方法及び位置計測装置によれば、マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出し、その抽出した成分を用いてマークの位置情報を計測することにより、計測精度の向上を図ることができる。
また、本発明の露光装置によれば、位置情報の計測精度の向上が図られることから、基板を精度よく位置決めし、露光精度の向上を図ることができる。
また、本発明のデバイス製造方法によれば、露光精度の向上が図られることから、高精度のデバイスを製造することができる。
According to the position measuring method and the position measuring apparatus of the present invention, the frequency component corresponding to the odd-order diffracted light included in the mark light is extracted, and the position information of the mark is measured using the extracted component, thereby measuring accuracy. Can be improved.
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, since the measurement accuracy of the position information is improved, the substrate can be positioned with high accuracy and the exposure accuracy can be improved.
Further, according to the device manufacturing method of the present invention, since the exposure accuracy is improved, a highly accurate device can be manufactured.

次に、本発明について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の位置計測方法を説明するための図である。
図1において、物体(基板)上に形成されたマークは回折格子状の周期パターンからなる。単波長の検知光をマークに照射するとき、マークを含む被照射領域から得られるマーク光は、n次の回折光を含む(n=0,±1,±2,……)。このマーク光から所定次数の回折光の位相を取り出すことができれば、その位相情報からマークの位置に関する位置情報を求めることが可能である。CCDカメラ等の撮像素子(光電変換手段)を介してマークの光学像を画像信号として検出するとき、各次数の電場は強度として観測されるため、独立に分離・抽出するのは難しい。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a position measurement method of the present invention.
In FIG. 1, a mark formed on an object (substrate) has a diffraction grating-like periodic pattern. When the mark is irradiated with single-wavelength detection light, the mark light obtained from the irradiated region including the mark includes nth-order diffracted light (n = 0, ± 1, ± 2,...). If the phase of the diffracted light of a predetermined order can be extracted from the mark light, position information relating to the position of the mark can be obtained from the phase information. When an optical image of a mark is detected as an image signal via an image pickup device (photoelectric conversion means) such as a CCD camera, the electric field of each order is observed as an intensity, so that it is difficult to separate and extract independently.

本発明の位置計測方法は、マーク光から0次回折光以外の偶数次回折光を予め除去することにより、マークの光学像の画像信号から各次数に対応する周波数成分の分離・抽出を行う。   The position measurement method of the present invention separates and extracts frequency components corresponding to the respective orders from the image signal of the optical image of the mark by previously removing even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light from the mark light.

ここで、n次回折光の電場を、下記の式(1)のように書くと(光の複素振幅の実数部An、虚数部e−iφnとした。)、通常の明視野光学系の結像電場は式(2)で表される。 Here, when the electric field of the nth-order diffracted light is written as in the following formula (1) (the real part An and the imaginary part e− iφn of the complex amplitude of the light), an image of a normal bright field optical system is formed. The electric field is expressed by equation (2).

Figure 2006053056
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Figure 2006053056
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観測されるのは強度であり、強度は式(3)で表される。   What is observed is the intensity, and the intensity is expressed by Equation (3).

Figure 2006053056
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ここで、式(1)より式(4)が導かれる。   Here, Expression (4) is derived from Expression (1).

Figure 2006053056
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光学像の強度は、電場の2乗であるため、電場を回折次数で展開した場合、像にはすべての項から選ぶ組み合わせの積の項を含む。強度の(l+m)成分には、和がこの値になる回折光のすべての組み合わせ(干渉光)が混ざってしまい分離できない。ところが、0次以外の偶数次回折光を除去すると、奇数次同士の回折光の干渉光の強度はすべて偶数次成分となる(奇数+奇数=偶数)。   Since the intensity of the optical image is the square of the electric field, when the electric field is developed in the diffraction order, the image includes a combination product term selected from all terms. The (l + m) component of the intensity cannot be separated because all combinations (interference light) of the diffracted light whose sum is this value are mixed. However, when the even-order diffracted light other than the 0th-order is removed, the intensity of the interference light of the odd-order diffracted light becomes all even-order components (odd + odd = even).

強度の奇数l次成分は、E と、E −lのみであり、強度の奇数−l次成分は、E −lと、E のみである。これらは、式(5)〜式(8)で表される。 Odd l-order components of the intensity, and E * 0 E * l, is only E * -l E 0, odd -l-order components of the intensity, and E * 0 E * -l, only E * l E 0 It is. These are represented by Formula (5)-Formula (8).

Figure 2006053056
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ここで、マークが対称形である場合、奇数±l次成分の振幅はほぼ同じであり、式(9)が導かれる。   Here, when the mark is symmetrical, the amplitudes of the odd ± l order components are almost the same, and the formula (9) is derived.

Figure 2006053056
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そのため、式(5)〜式(8)の和は、式(10)で表される。   Therefore, the sum of Expression (5) to Expression (8) is expressed by Expression (10).

Figure 2006053056
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通常、φ+φ−l<<1であり、強度の波数lk成分はこれだけなので、この周波数成分は位相差φ−φ−1で決まる。すなわち、式(10)に示す和の位相は、奇数±l次光の位相差に対応する。よって、例えばフーリエ変換あるいは複数のバンドパスフィルタを用いて強度信号から奇数次成分を分離・抽出することで、奇数±l次光の位相差を検出することができる。 Usually, φ l + φ −l << 1 and the wave number lk component of intensity is only this, so this frequency component is determined by the phase difference φ 1 −φ −1 . That is, the sum phase shown in Expression (10) corresponds to the phase difference of the odd ± l order light. Therefore, for example, the phase difference of the odd ± l order light can be detected by separating and extracting the odd order component from the intensity signal using Fourier transform or a plurality of band pass filters.

ここで、マーク光から0次光以外の偶数次回折光を除去する方法としては、例えば、マークデザインによる方法、具体的には、計測対象のマークのデューティ(Duty)比を1:1に設定する方法が挙げられる。すなわち、図2に示すように、周期方向に関するパターン線幅Wとパターン間隔Wとの長さの比が1:1の周期パターンからなるマークを用いる。こうしたマークからの光は、奇数次回折光が優勢となり、0次光以外の偶数次回折光は生じにくい。 Here, as a method of removing even-order diffracted light other than the 0th-order light from the mark light, for example, a mark design method, specifically, the duty ratio of the mark to be measured is set to 1: 1. A method is mentioned. That is, as shown in FIG. 2, the ratio of the length of the pattern line width W L and the pattern interval W C about periodic direction is 1: using a mark consisting of a periodic pattern. As for the light from such a mark, the odd-order diffracted light becomes dominant, and even-order diffracted light other than the 0th-order light hardly occurs.

この場合、光学像の画像信号に対し、所望のピッチだけを透過するバンドパスフィルタにより、他の成分を除去した後、反転自己相関計測方式などの方法で各成分の位置を計測することができる。反転自己相関方式(折り返し自己相関方式)は、計測系から得られる信号を所定の点にて対称に折り返して両信号のマッチングの度合を求めることによりマークの位置情報を求めるものであり、例えば、特開昭56−2284号公報等に記載されている。   In this case, the position of each component can be measured by a method such as an inverted autocorrelation method after removing other components from the image signal of the optical image by a band pass filter that transmits only a desired pitch. . The inverted autocorrelation method (folded autocorrelation method) is a method of obtaining mark position information by folding a signal obtained from a measurement system symmetrically at a predetermined point and obtaining a degree of matching between both signals. It is described in JP-A-56-2284.

また、光学系に自遮断部材を設けることにより、0次光以外の偶数次回折光を除去してもよい。すなわち、図3に示すように、マークを含む被照射領域に対して略垂直に検知光を照射するための絞りを含む小σの照射系(照明系)を用い、また、結像光学系の瞳面に0次回折光以外の偶数次回折光を遮断する遮断部材を設ける。遮断部材を透過したマーク光は、0次回折光以外の偶数次回折光が除去されたものとなる。なお、図3では、説明の簡単化のため、照射系と結像光学系とをマークに挟んで対称に配置しているが、マークからの反射光を検出する場合は同じ側に配される。   Further, even-order diffracted light other than the 0th-order light may be removed by providing a self-blocking member in the optical system. That is, as shown in FIG. 3, an irradiation system (illumination system) having a small σ including a diaphragm for irradiating detection light substantially perpendicularly to the irradiated region including the mark is used, and the imaging optical system A blocking member that blocks even-order diffracted light other than 0th-order diffracted light is provided on the pupil surface. The mark light transmitted through the blocking member is obtained by removing even-order diffracted light other than zero-order diffracted light. In FIG. 3, for simplification of explanation, the irradiation system and the imaging optical system are arranged symmetrically with respect to the mark. However, when detecting reflected light from the mark, they are arranged on the same side. .

この場合、光学像の画像信号をフーリエ変換することで、所望のピッチ成分の位相を計測することができる。各成分の振幅を計測し、この値によってどの成分を使用するかを決定してもよい。   In this case, the phase of a desired pitch component can be measured by Fourier transforming the image signal of the optical image. The amplitude of each component may be measured, and this component may be used to determine which component is used.

なお、0次光以外の偶数次回折光を除去する方法は、上記のものに限定されない。また、上述したマークデザインによる方法と光学系に自遮断部材を設ける方法とを組み合わせてもよい。   Note that the method of removing even-order diffracted light other than the 0th-order light is not limited to the above. Moreover, you may combine the method by the mark design mentioned above, and the method of providing a self-shielding member in an optical system.

このように、本発明の位置計測方法では、マーク光から0次回折光以外の偶数次回折光を予め除去することにより、マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する成分(周波数成分)を抽出し、この抽出した周波数成分を用いてマークの位置情報を計測することが可能となる。   Thus, in the position measurement method of the present invention, by removing even-order diffracted light other than 0th-order diffracted light from the mark light in advance, a component (frequency component) corresponding to odd-order diffracted light included in the mark light is extracted, It is possible to measure mark position information using the extracted frequency components.

この方法では、多光束干渉を用いることから、透明な物体上にマークが形成されている場合において、焦点以外からの散乱光がぼかされるので、散乱光による計測精度低下は小さい。   In this method, since multi-beam interference is used, when the mark is formed on the transparent object, the scattered light from other than the focal point is blurred, so that the measurement accuracy degradation due to the scattered light is small.

また、この方法では、マークの光学像から所定次数の回折光の位相を取り出すことから、予め次数ごとのオフセット(位置ずれ)を理想的なマークを用いて計測しておくことにより、マーク光に対して作用する光学系(結像光学系)の非対称の影響を除去することが可能である。すなわち、光学系の収差を次数ごとの位相差で管理、補正することが可能である。   Further, in this method, the phase of the diffracted light of a predetermined order is extracted from the optical image of the mark. Therefore, by measuring the offset (positional deviation) for each order using an ideal mark, the mark light is converted into the mark light. It is possible to eliminate the influence of asymmetry of the optical system (imaging optical system) acting on the optical system. That is, the aberration of the optical system can be managed and corrected by the phase difference for each order.

図4は、光学系の非対称(収差)の影響を除去する位置計測方法の一例を示す図である。
まず、理想的な基準マークの光学像を検出し、マークの光学像に含まれる奇数次回折光に対応する各成分の位相差を計測する。基準マークは、例えば、光学解像限界以下の点像(二次元で収差を補正する場合)又は光学解像限界以下の線像(一次元で収差を補正する場合)であり、Siウエハに対してエッチングなどの処理を施すことにより形成することができる。光学系が完全に対称であれば、すべてのピッチ成分の位相がそろうはずであるから、位相のずれは光学系の非対称性を示す。前述したように、像の奇数次成分の位相は各次回折光の位相差に対応する。基準マークが対象にできていると仮定すると、この位相差は、各次回折光に作用する光学系の光学特性情報としての光学系非対称(収差)に対応する。予めこれらの成分の位相差を計測し記憶しておく。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a position measurement method for removing the influence of asymmetry (aberration) of the optical system.
First, an optical image of an ideal reference mark is detected, and the phase difference of each component corresponding to odd-order diffracted light included in the optical image of the mark is measured. The reference mark is, for example, a point image below the optical resolution limit (when correcting aberrations in two dimensions) or a line image below the optical resolution limit (when correcting aberrations in one dimension). It can be formed by performing a process such as etching. If the optical system is perfectly symmetric, the phase of all pitch components should be aligned, so a phase shift indicates asymmetry of the optical system. As described above, the phase of the odd-order component of the image corresponds to the phase difference of each order diffracted light. Assuming that the reference mark is the target, this phase difference corresponds to an optical system asymmetry (aberration) as optical characteristic information of the optical system that acts on each diffracted light. The phase difference between these components is measured and stored in advance.

次に、実際の計測対象のマークの検出し、その検出結果からマークの位置情報を求める。このとき、像の奇数次成分のみを使用し、各次数成分の計測結果から、基準マークを用いた場合の位相ずれを減算する(オフセット処理)。これにより、マークから求められる位置情報から、光学系の非対称性の影響を除去することができる。   Next, the actual measurement target mark is detected, and the mark position information is obtained from the detection result. At this time, only the odd-order component of the image is used, and the phase shift in the case of using the reference mark is subtracted from the measurement result of each order component (offset processing). Thereby, the influence of the asymmetry of the optical system can be removed from the position information obtained from the mark.

次に、上記した本発明の位置計測方法を露光装置における基板(ウエハ)の位置合わせ(アライメント)に適用した例について説明する。
図5は、本発明の一実施形態による位置計測装置を備える本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図5中に示したXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のXYZ座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置を例に挙げて説明する。
Next, an example in which the above-described position measurement method of the present invention is applied to alignment (alignment) of a substrate (wafer) in an exposure apparatus will be described.
FIG. 5 is a view showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention provided with a position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 5 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Z axis are parallel to the paper surface, and the Y axis is perpendicular to the paper surface. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis is set vertically upward. In the present embodiment, a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus will be described as an example.

図5において、1は照明光学系の一部をなすコンデンサレンズである。照明光学系は例えば超高圧水銀ランプ又はエキシマレーザ等の光源(図示省略)が設けられており、この光源から射出された露光光ELはコンデンサレンズ1を介してマスクとしてのレチクルRに形成されたパターン領域PAを均一な照度分布で照射する。露光光ELとしては、例えばg線(436nm)やi線(365nm)、又はKrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、もしくはFエキシマレーザ(157nm)から射出される光が用いられる。 In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a condenser lens that forms part of the illumination optical system. The illumination optical system is provided with a light source (not shown) such as an ultra-high pressure mercury lamp or an excimer laser, and the exposure light EL emitted from this light source is formed on a reticle R as a mask through a condenser lens 1. The pattern area PA is irradiated with a uniform illuminance distribution. As the exposure light EL, for example, light emitted from g-line (436 nm), i-line (365 nm), KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), or F 2 excimer laser (157 nm) is used. .

レチクルRは、モータ2によって投影光学系PLの光軸AXの方向に微動可能で、且つその光軸AXに垂直な面内で2次元移動及び微小回転可能なレチクルステージ3上に吸着保持されている。なお、レチクルRは不図示のレチクル交換器により適宜交換されて使用される。レチクルステージ3の端部にはレーザ干渉計4からのレーザビームを反射する移動鏡5が固定されており、レチクルステージ3の2次元的な位置はレーザ干渉計4によって、例えば1nm程度の分解能で常時検出されている。レチクルRの上方にはレチクル・アライメントセンサ6A,6Bが配置されている。   The reticle R can be finely moved by the motor 2 in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL, and is attracted and held on a reticle stage 3 that can be two-dimensionally moved and rotated in a plane perpendicular to the optical axis AX. Yes. The reticle R is used after being appropriately replaced by a reticle exchanger (not shown). A movable mirror 5 that reflects the laser beam from the laser interferometer 4 is fixed to the end of the reticle stage 3, and the two-dimensional position of the reticle stage 3 is determined by the laser interferometer 4 with a resolution of, for example, about 1 nm. Always detected. Reticle alignment sensors 6A and 6B are disposed above the reticle R.

レチクル・アライメントセンサ6A,6Bは、レチクルRの外周付近に形成された位置検出用のレチクルマークRMと投影光学系PLを介して後述するウエハステージ9上に形成された基準部材10又はウエハステージ9上に載置されたウエハWに形成されたマークとを同時に観察し、レチクルRとウエハステージ9との相対的な位置関係又はレチクルRとウエハWとのX方向又はY方向(所定の計測方向)における相対的な位置関係を直接的に計測(観察)する。   The reticle alignment sensors 6A and 6B are a reference member 10 or a wafer stage 9 formed on a wafer stage 9 to be described later via a position detection reticle mark RM formed near the outer periphery of the reticle R and the projection optical system PL. The mark formed on the wafer W placed thereon is observed at the same time, and the relative positional relationship between the reticle R and the wafer stage 9 or the X direction or Y direction between the reticle R and the wafer W (predetermined measurement direction) ) To directly measure (observe) the relative positional relationship.

レチクル・アライメントセンサ6A,6Bの計測結果は後述する主制御系15へ出力され、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理が施されてレチクルRとウエハステージ9又はウエハWとの相対的な位置ずれ量が求められる。そして、この位置ずれ量に応じて主制御系15がモータ2を駆動してレチクルステージ3を微動させることで、レチクルRに形成されたパターン領域PAの中心点が光軸AXと一致するように位置決めされる。このレチクル・アライメントセンサ6A,6Bは、TTL(スルー・ザ・レンズ)方式のアライメントセンサの一種であるTTR(スルー・ザ・レチクル)方式のアライメントセンサであって、レチクルマークRM等の画像信号から位置情報を計測するVRA方式のアライメントセンサである。   The measurement results of the reticle alignment sensors 6A and 6B are output to a main control system 15 to be described later, and subjected to processing such as image processing, arithmetic processing, filtering processing, and the like, so that the relative relationship between the reticle R and the wafer stage 9 or the wafer W is obtained. A displacement amount is obtained. Then, the main control system 15 drives the motor 2 to finely move the reticle stage 3 in accordance with the positional deviation amount, so that the center point of the pattern area PA formed on the reticle R coincides with the optical axis AX. Positioned. The reticle alignment sensors 6A and 6B are TTR (through the reticle) type alignment sensors which are a kind of TTL (through the lens) type alignment sensor. This is a VRA type alignment sensor that measures position information.

上記レチクルRのパターン領域PAを透過した露光光ELは、例えば両側(片側でも良い。)テレセントリックな投影光学系PLに入射して基板としてのウエハW上の各ショット領域に投影される。ここで、投影光学系PLは、露光光ELの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルRとウエハWとは互いに光学的に共役になっている。また、照明光(露光光EL)は、ケラー照明であり、投影光学系PLの瞳(図示省略)の中心に光源像として結像されている。なお、投影光学系PLは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光光ELの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択され、その投影倍率は、例えば1/4又は1/5に設定されている。このため、露光光ELによりレチクルR上の照明領域が照明されると、そのレチクルRのパターン面に形成されたパターンの像が投影光学系PLによってウエハW上に縮小投影され、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハW上の一つのショット領域にレチクルRの回路パターンの縮小像が転写される。   The exposure light EL transmitted through the pattern area PA of the reticle R is incident on, for example, both side (or one side) telecentric projection optical system PL and projected onto each shot area on the wafer W as a substrate. Here, the projection optical system PL is best corrected for aberration with respect to the wavelength of the exposure light EL, and the reticle R and the wafer W are optically conjugate with each other under the wavelength. The illumination light (exposure light EL) is Keller illumination and is formed as a light source image at the center of the pupil (not shown) of the projection optical system PL. The projection optical system PL has an optical element such as a plurality of lenses, and the glass material of the optical element is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the exposure light EL, and the projection magnification is For example, it is set to 1/4 or 1/5. For this reason, when the illumination area on the reticle R is illuminated by the exposure light EL, the pattern image formed on the pattern surface of the reticle R is reduced and projected onto the wafer W by the projection optical system PL, and the photoresist is applied to the surface. A reduced image of the circuit pattern of the reticle R is transferred to one shot area on the wafer W coated with a photosensitizer such as.

ウエハWはウエハホルダ8を介してウエハステージ9上に吸着保持されている。ウエハホルダ8上には、レチクルRの位置計測及びベースライン計測等で使用する基準部材10が設けられている。ここで、ベースラインとは、例えばレチクルRのパターン領域PAに形成されたパターンの投影光学系PLによる投影像の中心位置と後述するウエハ・アライメントセンサ16の計測視野中心との距離をいう。基準部材10には基準マークとして、例えば光透過性の5組のL字状パターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロムで形成された2組の基準パターン(デューティ比(Duty)は1:1)とが設けられている。   The wafer W is sucked and held on the wafer stage 9 via the wafer holder 8. On the wafer holder 8, a reference member 10 used for position measurement of the reticle R, baseline measurement, and the like is provided. Here, the base line refers to the distance between the center position of the projection image of the pattern formed in the pattern area PA of the reticle R by the projection optical system PL and the center of the measurement visual field of the wafer alignment sensor 16 described later, for example. As a reference mark, the reference member 10 has, for example, a slit pattern formed of five light-transmitting L-shaped patterns, and two reference patterns formed of light-reflective chromium (duty ratio (Duty) is 1: 1).

一方の組の基準パターンは、例えばY方向に配列された7個のドットマークをX軸方向に3列配列してなる回折格子マークと、3本の直線パターンをX軸方向に配列してなる回折格子マークと、Y方向に延びた12本のバーマークとを、X軸方向に配列したものである。他方の組の基準パターンは、例えばその一方の組の基準パターンを90°回転したものである。   One set of reference patterns includes, for example, a diffraction grating mark in which seven dot marks arranged in the Y direction are arranged in three rows in the X axis direction, and three linear patterns in the X axis direction. A diffraction grating mark and twelve bar marks extending in the Y direction are arranged in the X-axis direction. The other set of reference patterns is obtained, for example, by rotating the reference pattern of one set by 90 °.

ウエハステージ9は、投影光学系PLの光軸AXに垂直な面内でウエハWを2次元的に位置決めするXYステージ、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向(Z方向)にウエハWを位置決めするZステージ、ウエハWを微小回転させるステージ、及びZ軸に対する角度を変化させてXY平面に対するウエハWの傾きを調整するステージ等より構成されている。ウエハステージ9の上面の一端にはL字型の移動鏡11が取り付けられ、移動鏡11の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計12が配置されている。   The wafer stage 9 is an XY stage that two-dimensionally positions the wafer W in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, and the wafer W in a direction (Z direction) parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL. Z stage for positioning the wafer W, a stage for minutely rotating the wafer W, a stage for adjusting the inclination of the wafer W with respect to the XY plane by changing the angle with respect to the Z axis, and the like. An L-shaped movable mirror 11 is attached to one end of the upper surface of the wafer stage 9, and a laser interferometer 12 is disposed at a position facing the mirror surface of the movable mirror 11.

図5では簡略化して図示しているが、移動鏡11はX軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びY軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計12は、X軸に沿って移動鏡11にレーザビームを照射する2個のX軸用のレーザ干渉計及びY軸に沿って移動鏡11にレーザビームを照射するY軸用のレーザ干渉計より構成され、X軸用の1個のレーザ干渉計及びY軸用の1個のレーザ干渉計により、ウエハステージ9のX座標及びY座標が計測される。また、X軸用の2個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ9のXY平面内における回転角が計測される。   Although simplified in FIG. 5, the movable mirror 11 is composed of a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the Y axis. The laser interferometer 12 includes two X-axis laser interferometers that irradiate the moving mirror 11 with a laser beam along the X axis and a Y-axis that irradiates the movable mirror 11 with a laser beam along the Y axis. The X coordinate and Y coordinate of the wafer stage 9 are measured by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis. Further, the rotation angle of the wafer stage 9 in the XY plane is measured by the difference between the measurement values of the two X-axis laser interferometers.

ウエハステージ9の2次元的な座標は、レーザ干渉計12によって例えば1nm程度の分解能で常時検出されており、X軸方向及びY軸方向の座標によりウエハステージ9のステージ座標系(静止座標系)(X,Y)が定められる。即ち、レーザ干渉計12により計測されるウエハステージ9の座標値が、ステージ座標系(X,Y)上の座標値である。レーザ干渉計12により計測されたX座標、Y座標、及び回転角を示す位置計測信号PDSは主制御系15に出力される。   The two-dimensional coordinates of the wafer stage 9 are always detected by the laser interferometer 12 with a resolution of about 1 nm, for example, and the stage coordinate system (stationary coordinate system) of the wafer stage 9 is determined by the coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction. (X, Y) is defined. That is, the coordinate value of the wafer stage 9 measured by the laser interferometer 12 is a coordinate value on the stage coordinate system (X, Y). A position measurement signal PDS indicating the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 12 is output to the main control system 15.

主制御系15は、供給された位置計測信号PDSをモニタしつつ、ウエハステージ9の位置を制御する制御信号をモータ13へ出力する。このような閉ループの制御系により、例えばウエハステージ9はウエハW上の1つのショット領域に対するレチクルRのパターンの転写露光が終了すると、次のショット位置までステッピングされる。また、主制御系15は図示しない照明光学系に設けられる光源から露光光ELを射出するか否か、露光光ELを射出する場合の露光光ELの強度等の制御を行う。なお、主制御系15の構成についての詳細な説明は後述する。   The main control system 15 outputs a control signal for controlling the position of the wafer stage 9 to the motor 13 while monitoring the supplied position measurement signal PDS. By such a closed loop control system, for example, the wafer stage 9 is stepped to the next shot position when the transfer exposure of the pattern of the reticle R on one shot area on the wafer W is completed. The main control system 15 controls whether or not the exposure light EL is emitted from a light source provided in an illumination optical system (not shown), the intensity of the exposure light EL when the exposure light EL is emitted, and the like. A detailed description of the configuration of the main control system 15 will be given later.

本実施形態の露光装置は、オフ・アクシス方式のウエハ・アライメントセンサ16を投影光学系PLの側方に備える。このウエハ・アライメントセンサ16は、本発明の位置計測装置の一部をなすものであり、ウエハWに形成されたマークのX方向及びY方向(所定の計測方向)における位置情報を計測するために用いられる。ウエハ・アライメントセンサ16の計測結果を上述したベースラインの計測結果で補正することにより、ステージ座標系(X,Y)におけるマークの位置情報を得ることができる。なお、ウエハ・アライメントセンサ16の詳細については後述する。   The exposure apparatus of this embodiment includes an off-axis wafer alignment sensor 16 on the side of the projection optical system PL. The wafer alignment sensor 16 forms a part of the position measuring apparatus of the present invention, and measures the position information in the X direction and Y direction (predetermined measurement direction) of the mark formed on the wafer W. Used. By correcting the measurement result of the wafer alignment sensor 16 with the above-described baseline measurement result, the mark position information in the stage coordinate system (X, Y) can be obtained. The details of the wafer alignment sensor 16 will be described later.

また、投影光学系PLの側面には、ウエハWのZ軸方向の位置及びXY平面に対する傾斜量を計測するための斜入射方式の多点のメインフォーカスセンサ17が設置されている。このメインフォーカスセンサ17は、ウエハW上においてレチクルRの像が投影される露光領域内の予め設定された複数の計測点にスリット像を投影する照射光学系18と、それらスリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系19とから構成され、それら複数のフォーカス信号が主制御系15に供給されている。そして、主制御系15が集光光学系19から出力されるフォーカス信号に基づいて常に投影光学系PLの最良結像面にウエハWの表面が位置するようにモータ13を介してウエハステージ9を制御する。なお、上記ウエハステージ9及びモータ13は本発明にいう位置決め部に相当し、照明光学系及び投影光学系PLは本発明にいう露光部に相当し、主制御系15は本発明にいう制御部に相当する。   Further, an oblique incidence type multi-point main focus sensor 17 for measuring the position of the wafer W in the Z-axis direction and the amount of inclination with respect to the XY plane is installed on the side surface of the projection optical system PL. The main focus sensor 17 includes an irradiation optical system 18 that projects a slit image on a plurality of preset measurement points in an exposure region on which an image of the reticle R is projected on the wafer W, and reflected light from these slit images. And a focusing optical system 19 that re-images the slit images and generates a plurality of focus signals corresponding to the lateral shift amounts of the re-imaged slit images. It is supplied to the main control system 15. The main control system 15 moves the wafer stage 9 via the motor 13 so that the surface of the wafer W is always positioned on the best imaging plane of the projection optical system PL based on the focus signal output from the condensing optical system 19. Control. The wafer stage 9 and the motor 13 correspond to the positioning unit referred to in the present invention, the illumination optical system and the projection optical system PL correspond to the exposure unit referred to in the present invention, and the main control system 15 corresponds to the control unit referred to in the present invention. It corresponds to.

以上、本発明の露光装置の全体構成について概説したが、次に本発明の位置計測装置をなすウエハ・アライメントセンサ16の詳細について説明する。   The overall configuration of the exposure apparatus of the present invention has been outlined above. Next, details of the wafer alignment sensor 16 constituting the position measurement apparatus of the present invention will be described.

図6は、ウエハ・アライメントセンサ16の構成例を示す構成図である。なお、図6に示すウエハ・アライメントセンサ16は、FIA(Field Image Alignment)方式のアライメントセンサである。ウエハ・アライメントセンサ16は、所定の広帯域波長の光束を検知ビームDLとして射出する光源41を備える。この光源41はウエハWに形成されたマークAMの観察用及び合焦用(焦点合わせ)に共用される。なお、検知ビームDLは本発明にいう検知光に相当する。   FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration example of the wafer alignment sensor 16. Note that the wafer alignment sensor 16 shown in FIG. 6 is an FIA (Field Image Alignment) type alignment sensor. The wafer alignment sensor 16 includes a light source 41 that emits a light beam having a predetermined broadband wavelength as a detection beam DL. The light source 41 is commonly used for observing and focusing (focusing) the mark AM formed on the wafer W. The detection beam DL corresponds to the detection light referred to in the present invention.

光源41の光路上にはコンデンサレンズ42、視野絞り43、照明リレーレンズ44、及びビームスプリッタ45が順に配置されている。視野絞り43は、図6中に示すように、主開口K1及び副開口K2,K3を有する。主開口K1は略正方形状に形成され、視野絞り43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42及び照明リレーレンズ44の光軸とほぼ一致するように光路中に挿入されている。   On the optical path of the light source 41, a condenser lens 42, a field stop 43, an illumination relay lens 44, and a beam splitter 45 are sequentially arranged. As shown in FIG. 6, the field stop 43 has a main opening K1 and sub-openings K2 and K3. The main opening K1 is formed in a substantially square shape and is disposed at the center of the field stop 43, and is inserted into the optical path so that the centers thereof substantially coincide with the optical axes of the condenser lens 42 and the illumination relay lens 44. .

副開口K2,K3は細長い矩形スリット状に形成され、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。また、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、本実施形態ではウエハWの表面のパターンの基準線の方向(X方向又はY方向)に合わせているものとする。   The sub-openings K2 and K3 are formed in the shape of an elongated rectangular slit, and the positions 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 Is arranged. A direction perpendicular to the side of the main opening K1 and substantially perpendicular to the longitudinal direction of the sub-openings K2 and K3 (orthogonal when not tilted) is a focus measurement direction to be described later. In the following description, the substantially longitudinal direction of the sub-openings K2 and K3 is referred to as a non-measurement direction. The focus measurement direction can be set in various directions. In this embodiment, the focus measurement direction is set to the reference line direction (X direction or Y direction) of the pattern on the surface of the wafer W. .

照明リレーレンズ44を介した光源41からの検知ビームDLがビームスプリッタ45において反射される方向、図6ではビームスプリッタ45から下方に進む光路上には、第1対物レンズ46が配置されている。この光路の先にはウエハWを載置するためのウエハステージ9が配置されることになる。   A first objective lens 46 is disposed in the direction in which the detection beam DL from the light source 41 via the illumination relay lens 44 is reflected by the beam splitter 45, that is, on the optical path that travels downward from the beam splitter 45 in FIG. A wafer stage 9 for placing the wafer W is disposed at the tip of the optical path.

ウエハWの表面が基準面F1に一致するように位置決めされた状態では、ウエハWの表面は、視野絞り43と光学的に共役の関係となる。ウエハW上には位置検出用のマークAMが形成されており、このマークAMが図6に示すようにウエハ・アライメントセンサ16の計測視野内に配置されると、マークAMは検知ビームDLにより落射照明される。なお、ウエハステージ9上において検知ビームDLが落射照明される領域は、本発明にいう被照射領域に相当する。   In a state where the surface of the wafer W is positioned so as to coincide with the reference plane F1, the surface of the wafer W is optically conjugate with the field stop 43. A mark AM for position detection is formed on the wafer W. When the mark AM is arranged in the measurement field of view of the wafer alignment sensor 16 as shown in FIG. 6, the mark AM is incident on the detection beam DL. Illuminated. Note that the area where the detection beam DL is incident on the wafer stage 9 corresponds to the irradiated area in the present invention.

ここで、ウエハW上の被照射領域を照明する検知ビームDLを、部分的なインコヒーレント照明光に設定する。このためには、ウエハ・アライメントセンサ16の照明σを例えば 0.1 に設定する。つまり、先の図3に示したように、光源41の光路上に小σの絞りを設ける。これは、結晶側で回折光を選択的に遮断するためである。   Here, the detection beam DL for illuminating the irradiated region on the wafer W is set to partial incoherent illumination light. For this purpose, the illumination σ of the wafer alignment sensor 16 is set to 0.1, for example. That is, as shown in FIG. 3, a small σ stop is provided on the optical path of the light source 41. This is for selectively blocking diffracted light on the crystal side.

また、第1対物レンズ46の光軸に沿って、ビームスプリッタ45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48、ビームスプリッタ49、遮光板51、第1リレーレンズ52、及び瞳分割用反射型プリズム53が順に配置されている。遮光板51は基準面F1と光学的に共役な面F2に配置されており、ウエハWの表面で反射され、第1対物レンズ46、ビームスプリッタ45、第2対物レンズ48、及びビームスプリッタ49を順に通過した光の一部を遮光する。なお、遮光板51の詳細については後述する。   A second objective lens 48, a beam splitter 49, a light shielding plate 51, and a light path that passes through the reflecting surface of the beam splitter 45 along the optical axis of the first objective lens 46, that is, an upward optical path in the drawing, The first relay lens 52 and the pupil-dividing reflection prism 53 are sequentially arranged. The light shielding plate 51 is disposed on a surface F2 optically conjugate with the reference surface F1, is reflected by the surface of the wafer W, and includes the first objective lens 46, the beam splitter 45, the second objective lens 48, and the beam splitter 49. A part of the light that has passed in order is blocked. Details of the light shielding plate 51 will be described later.

瞳分割用反射型プリズム53は、第1リレーレンズ52を介して入射する光束を複数の光束に分割(本実施形態では2本の光束に分割)する光束分割部材であって、光源41と共役な位置又はその近傍に配置される。ここで、瞳分割用反射型プリズム53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。本実施形態では、この2面の交線(山の稜線)が第1リレーレンズ52の光軸と交差し、その光軸をほぼ90度折り曲げるように傾けて配置されている。   The pupil splitting reflective prism 53 is a light beam splitting member that splits a light beam incident through the first relay lens 52 into a plurality of light beams (divided into two light beams in this embodiment), and is conjugated with the light source 41. It is arrange | positioned in the near position. Here, the pupil-dividing reflection prism 53 is an optical member in which two surfaces of a prism formed in a mountain shape with an obtuse angle close to 180 degrees are finished as reflection surfaces. In the present embodiment, the intersecting line (ridge line) of the two surfaces intersects with the optical axis of the first relay lens 52, and the optical axis is inclined so as to be bent by approximately 90 degrees.

第1リレーレンズ52を介して瞳分割用反射型プリズム53に入射した検知ビームDLは、ここで図中右方へ分割反射される。この右方への光路上には、瞳分割用反射型プリズム53に続いて第2リレーレンズ54、円柱光学系である円柱レンズ(シリンドリカルレンズ)55、及びAF(オートフォーカス)センサ56が順次配置される。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。本実施形態では、円柱レンズ55はその母線がフォーカスの計測方向にほぼ一致するように配置される。また、本明細書では、直交する2方向で屈折力が異なるレンズ、トーリックレンズを含む概念とする。   The detection beam DL that has entered the pupil-dividing reflective prism 53 via the first relay lens 52 is split and reflected rightward in the drawing. A second relay lens 54, a cylindrical lens (cylindrical lens) 55, which is a cylindrical optical system, and an AF (autofocus) sensor 56 are sequentially arranged on the optical path to the right after the pupil splitting reflective prism 53. Is done. 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 55 is arranged so that its generatrix line substantially coincides with the focus measurement direction. Moreover, in this specification, it is set as the concept including the lens from which refractive power differs in two orthogonal directions, and a toric lens.

AFセンサ56は、面F2と光学的に共役又はその近傍の位置である第1撮像面V1に配置され、第1撮像面V1上に結像される像の位置関係を検出して合焦用信号FS2を出力する。また、第1対物レンズ46、ビームスプリッタ45、及び第2対物レンズ48を順に介した光束がビームスプリッタ49によって反射される方向、図6中では左方向の光路上には基準面F1と光学的に設定された第2撮像面V2にCCD撮像素子等の撮像素子50の受光面が配置される。撮像素子50は第2撮像面V2上に結像される像を画像信号VS2に変換して出力する。上記AFセンサ56からの合焦用信号FS2及び撮像素子50からの画像信号VS2は主制御系15に出力される。   The AF sensor 56 is disposed on the first imaging surface V1 that is optically conjugate with or near the surface F2, and detects the positional relationship of the image formed on the first imaging surface V1 for focusing. The signal FS2 is output. Further, the reference plane F1 and the optical surface are arranged in the direction in which the light beam passing through the first objective lens 46, the beam splitter 45, and the second objective lens 48 in order is reflected by the beam splitter 49, in FIG. The light receiving surface of the image pickup device 50 such as a CCD image pickup device is disposed on the second image pickup surface V <b> 2 set to “1”. The image sensor 50 converts an image formed on the second imaging surface V2 into an image signal VS2 and outputs the image signal VS2. The focusing signal FS2 from the AF sensor 56 and the image signal VS2 from the image sensor 50 are output to the main control system 15.

なお、上記光源41、コンデンサレンズ42、視野絞り43、照明リレーレンズ44、ビームスプリッタ45、及び第1対物レンズ46は本発明にいう照射系に相当し、第1対物レンズ46、ビームスプリッタ45、第2対物レンズ48、及びビームスプリッタ49は本発明にいう結像光学系に相当し、撮像素子50は本発明にいう光電変換手段に相当する。   The light source 41, the condenser lens 42, the field stop 43, the illumination relay lens 44, the beam splitter 45, and the first objective lens 46 correspond to the irradiation system according to the present invention, and the first objective lens 46, the beam splitter 45, The second objective lens 48 and the beam splitter 49 correspond to the imaging optical system referred to in the present invention, and the image sensor 50 corresponds to the photoelectric conversion means referred to in the present invention.

また、上記結像光学系の瞳面には、先の図3に示したように、0次以外の偶数次回折光をカット(遮断)する遮断部材が配設されている。これは、ウエハWからの反射される光束から0次以外の偶数次回折光を除去することで、マークAMの光学像の画像信号から各次数に対応する周波数成分の分離・抽出を行うことを可能にするためである。   Further, as shown in FIG. 3, the pupil surface of the imaging optical system is provided with a blocking member that cuts (blocks) even-order diffracted light other than the 0th order. By removing even-order diffracted light other than the 0th order from the reflected light beam from the wafer W, it is possible to separate and extract frequency components corresponding to each order from the image signal of the optical image of the mark AM. It is to make it.

次に、以上の構成におけるウエハ・アライメントセンサ16の動作について簡単に説明する。光源41から検知ビームDLが射出されるとコンデンサレンズ42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43を均一に照明する。視野絞り43の主開口K1及び副開口K2,K3を通過した光束は、照明リレーレンズ44によってコリメートされ、ビームスプリッタ45で反射される。   Next, the operation of the wafer alignment sensor 16 having the above configuration will be briefly described. When the detection beam DL is emitted from the light source 41, it is condensed by the condenser lens 42 and uniformly illuminates the field stop 43 having the main aperture K1 and the sub apertures K2 and K3. The light beam that has passed through the main aperture K1 and the sub apertures K2 and K3 of the field stop 43 is collimated by the illumination relay lens 44 and reflected by the beam splitter 45.

この反射された光束は、第1対物レンズ46によって集光され、ウエハステージ9上に載置されたウエハWの表面に垂直に照射される。ウエハWの表面が基準面F1に配置されているときには、ウエハWの表面と視野絞り43とは光学的に共役の関係となるため、主開口K1及び副開口K2,K3の像は照明リレーレンズ44及び第1対物レンズ46を介してウエハWの表面に結像される。   The reflected light beam is collected by the first objective lens 46 and irradiated onto the surface of the wafer W placed on the wafer stage 9 perpendicularly. When the surface of the wafer W is arranged on the reference plane F1, the surface of the wafer W and the field stop 43 are optically conjugate, so the images of the main opening K1 and the sub-openings K2 and K3 are the illumination relay lenses. An image is formed on the surface of the wafer W through the first objective lens 46 and the first objective lens 46.

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〜L3は第1対物レンズ46によってコリメートされ、ビームスプリッタ45を透過し、第2対物レンズ48によって再び集光され、ビームスプリッタ49によって透過及び反射分岐される。   Here, the reflected light beam from the image of the main opening K1 imaged on the surface of the wafer W is L1, the light beam from the image of the sub-opening K2 is L2, and the light beam from the image of the sub-opening K3 is L3. These light beams L1 to L3 are collimated by the first objective lens 46, pass through the beam splitter 45, are condensed again by the second objective lens 48, and are transmitted and reflected by the beam splitter 49.

反射分岐された光束のうち、光束L1は集束されて撮像素子50の受光面にマークAMの像が結像される。撮像素子50は受光面に結像したマークAMの像を光電変換して画像信号VS2を出力する。一方、ビームスプリッタ49において透過分岐された光束L1〜L3は、第1対物レンズ46及び第2対物レンズ48の結像作用によって、ウエハW表面と共役又はその近傍の面F2の位置に設けられた遮光板51にK1〜K3の像を再結像する。即ち、遮光板51上には、第1対物レンズ46及び第2対物レンズ48によってウエハWの表面上に形成された主開口K1及び副開口K2,K3の中間像が形成される。   Of the reflected and branched light beams, the light beam L1 is focused and an image of the mark AM is formed on the light receiving surface of the image sensor 50. The image sensor 50 photoelectrically converts the image of the mark AM formed on the light receiving surface and outputs an image signal VS2. On the other hand, the light beams L1 to L3 transmitted and branched by the beam splitter 49 are provided at the position of the surface F2 conjugate with or near the surface of the wafer W by the imaging action of the first objective lens 46 and the second objective lens 48. The images K1 to K3 are formed again on the light shielding plate 51. That is, on the light shielding plate 51, an intermediate image of the main opening K1 and the sub-openings K2 and K3 formed on the surface of the wafer W by the first objective lens 46 and the second objective lens 48 is formed.

図6中に光軸方向から見た遮光板51の構成例を示す。遮光板51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、ウエハ表面において結像反射された光束L1〜L3のうち光束L1は遮光され、光束L2,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。また、遮光板51の他の構成例も図6中に示してある。即ち、光束L1が遮光板51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. 6 shows a configuration example of the light shielding plate 51 viewed from the optical axis direction. The light-shielding plate 51 is provided with two slit-shaped light beam passage portions K12 and K13 at positions symmetrical to the optical axis so as to correspond to the sub-openings K2 and K3. Of the light beams L1 to L3, the light beam L1 is shielded, and only the light beams L2 and L3 can pass through K12 and K13, respectively. Further, another configuration example of the light shielding plate 51 is also shown in FIG. That is, only the range in which the light beam L1 is incident on the light shielding plate 51 (shown by hatching in the drawing) may be shielded, and the entire area K14 may be configured as the light beam passage portion.

遮光板51を通過した光束L2,L3は第1リレーレンズ52によってコリメートされた後、瞳分割用反射型プリズム53上に光源41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53によってそれぞれ2つの光束に分割されるとともに、図中右方へ反射されて第2リレーレンズ54により再び集光される。そして、円柱レンズ55を介して、AFセンサ56上に光束L2及びL3による副開口K2,K3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 51 are collimated by the first relay lens 52, and then form an image of the light source 41 on the pupil-dividing reflective prism 53. Further, the light beams L2 and L3 are respectively divided into two light beams by the pupil-dividing reflection prism 53, reflected to the right in the drawing, and condensed again by the second relay lens 54. Then, the slit images of the sub-openings K2 and K3 by the light beams L2 and L3 are respectively divided into two images on the AF sensor 56 via the cylindrical lens 55.

AFセンサ56の受光面上における2分割光束の結像位置はウエハWの表面のZ方向の位置に応じて変化する。このため、予めウエハWが基準面F1に配置されている状態において検出される2分割光束の結像位置の距離を基準距離として主制御系15に設定しておき、主制御系15において基準距離とAFセンサ56で検出された2分割光束の結像位置の距離との大小関係を比較することで、ウエハWの表面がウエハ・アライメントセンサ16の焦点位置に配置されているか否か(合焦しているか否か)を判断する。   The image forming position of the two-divided light beam on the light receiving surface of the AF sensor 56 changes according to the position of the surface of the wafer W in the Z direction. For this reason, the distance of the imaging position of the two-divided light beam detected when the wafer W is placed on the reference plane F1 is set in the main control system 15 as a reference distance in advance, and the main control system 15 sets the reference distance. Is compared with the distance of the imaging position of the two-part luminous flux detected by the AF sensor 56, whether or not the surface of the wafer W is located at the focal position of the wafer alignment sensor 16 (in-focus). Or not).

合焦していない場合には基準距離と算出した距離との大小関係からウエハWのずれ方向を求めて、ずれ方向と反対方向にウエハステージ9を駆動する。ウエハステージ9をZ方向に駆動している最中においてもAFセンサ56による上述した検出及び各種処理を行い、2分割光束の結像位置間の距離と基準距離とが等しくなったときにウエハステージ9の駆動を停止する。ウエハWがウエハ・アライメントセンサ16の焦点位置に配置されている状態で撮像素子50から出力される画像信号VS2を主制御系15で画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行うことにより、ウエハ・アライメントセンサ16の計測視野内に配置されているマークAMの位置情報が計測される。   If not in focus, the displacement direction of the wafer W is obtained from the relationship between the reference distance and the calculated distance, and the wafer stage 9 is driven in a direction opposite to the displacement direction. Even when the wafer stage 9 is being driven in the Z direction, the above-described detection and various processes are performed by the AF sensor 56, and when the distance between the imaging positions of the two-part split beam becomes equal to the reference distance, the wafer stage 9 is stopped. The main control system 15 performs image processing, arithmetic processing, filtering processing, and the like on the image signal VS2 output from the imaging device 50 in a state where the wafer W is disposed at the focal position of the wafer alignment sensor 16. Position information of the mark AM arranged in the measurement visual field of the wafer alignment sensor 16 is measured.

以上、ウエハ・アライメントセンサ16の構成及び動作について説明したが、次に主制御系15について詳細に説明する。図7は、主制御系15の内部構成を示すブロック図である。なお、図7においては、図5及び図6中に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図7に示すように、主制御系15は、フォーカス検出ユニット60、画像処理ユニット61、フォーカス検出ユニット62、FIA演算ユニット63、アライメントデータ記憶部64、EGA演算ユニット65、記憶部66、ショットマップデータ部67、システムコントローラ68、ウエハステージコントローラ69、及びレチクルステージコントローラ70から構成されている。   The configuration and operation of the wafer alignment sensor 16 have been described above. Next, the main control system 15 will be described in detail. FIG. 7 is a block diagram showing the internal configuration of the main control system 15. In FIG. 7, the same members as those shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 7, the main control system 15 includes a focus detection unit 60, an image processing unit 61, a focus detection unit 62, an FIA calculation unit 63, an alignment data storage unit 64, an EGA calculation unit 65, a storage unit 66, and a shot map. The data section 67, the system controller 68, the wafer stage controller 69, and the reticle stage controller 70 are configured.

画像処理ユニット61は、レチクル・アライメントセンサ6A,6Bから出力される画像信号VS1に対して、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行い、レチクルマークRMと基準部材10に形成された基準マークとの相対位置を求め、その処理結果をシステムコントローラ68へ出力する。また、FIA演算ユニット63は、ウエハ・アライメントセンサ16から出力される画像信号VS2に対して、画像処理、演算処理、フィルタリング処理等の処理を行い、ウエハWに形成されたマークAMの位置情報を求めてアライメントデータ記憶部64へ出力する。なお、上記画像処理ユニット61及びFIA演算ユニット63で行われる画像処理等の具体例としては、マークの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理等がある。   The image processing unit 61 performs processing such as image processing, arithmetic processing, filtering processing, and the like on the image signal VS1 output from the reticle alignment sensors 6A and 6B, and the reference mark formed on the reticle mark RM and the reference member 10 The relative position with respect to the mark is obtained, and the processing result is output to the system controller 68. Further, the FIA arithmetic unit 63 performs processing such as image processing, arithmetic processing, and filtering processing on the image signal VS2 output from the wafer alignment sensor 16, and obtains position information of the mark AM formed on the wafer W. Obtained and output to the alignment data storage unit 64. Specific examples of the image processing performed by the image processing unit 61 and the FIA arithmetic unit 63 include processing for obtaining the contour of the mark, processing for detecting the edge position of each mark element forming the mark from the obtained contour, There is a process for obtaining the mark center from the detected edge position.

フォーカス検出ユニット60は、レチクル・アライメントセンサ6A,6Bから出力される合焦用信号FS1を用いて、レチクル・アライメントセンサ6A,6Bが備える結像光学系の焦点ずれを検出する。また、フォーカス検出ユニット62は、ウエハ・アライメントセンサ16から出力される合焦用信号FS2を用いて、ウエハ・アライメントセンサ16の焦点位置からのウエハWの表面のずれ量を検出する。フォーカス検出ユニット60,62の算出結果は、システムコントローラ68へ出力される。   The focus detection unit 60 uses the focusing signal FS1 output from the reticle alignment sensors 6A and 6B to detect defocus of the imaging optical system provided in the reticle alignment sensors 6A and 6B. The focus detection unit 62 detects the amount of deviation of the surface of the wafer W from the focal position of the wafer alignment sensor 16 using the focusing signal FS2 output from the wafer alignment sensor 16. The calculation results of the focus detection units 60 and 62 are output to the system controller 68.

アライメントデータ記憶部64はFIA演算ユニット63から出力されたマークAMの位置情報を記憶する。EGA演算ユニット65は、ウエハW上に予め設定された代表的な数個(3〜9個)のショット領域の各々に付随して形成されたマークAMの、ウエハ・アライメントセンサ16により計測された位置情報と、その設計上の位置情報とに基づいてEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント)演算を行い、ウエハW上に設定された全てのショット領域の配列の規則性を統計的な手法で決定する。   The alignment data storage unit 64 stores the position information of the mark AM output from the FIA arithmetic unit 63. The EGA arithmetic unit 65 is measured by the wafer alignment sensor 16 on the mark AM formed in association with each of several typical (3 to 9) shot areas preset on the wafer W. EGA (enhanced global alignment) calculation is performed based on the position information and the position information on the design, and the regularity of the arrangement of all shot areas set on the wafer W is determined by a statistical method. .

記憶部66は、EGA演算ユニット65がEGA演算を行っている最中に得られる各種変換パラメータ及び残留誤差成分(例えば、設計値と計測値との残差の単純な自乗和)を一時的に記憶する。ショットマップデータ部67は、上述したウエハW上に設定された複数のショット領域の設計上の位置情報及びショット領域に付随して設けられたマークAMの位置情報を含むショットマップデータを予め記憶している。   The storage unit 66 temporarily stores various conversion parameters and residual error components (for example, simple sum of squares of residuals between design values and measured values) obtained while the EGA arithmetic unit 65 performs EGA arithmetic. Remember. The shot map data unit 67 stores in advance shot map data including design position information of the plurality of shot areas set on the wafer W and position information of the marks AM provided along with the shot areas. ing.

システムコントローラ68は、EGA演算ユニット65の演算結果に基づいて、ウエハステージコントローラ69を介してレーザ干渉計12の計測値をモニタしつつ、モータ13を介して図5に示したウエハステージ9を駆動して、ウエハW上の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域に対する露光制御を行う。また、システムコントローラ68は、レチクルステージコントローラ70を介してレーザ干渉計4の計測値をモニタしつつ、モータ2を介して図5に示したレチクルステージ3を駆動して、レチクルRの位置調整を行う。   The system controller 68 drives the wafer stage 9 shown in FIG. 5 via the motor 13 while monitoring the measurement value of the laser interferometer 12 via the wafer stage controller 69 based on the calculation result of the EGA arithmetic unit 65. Then, positioning of each shot area on the wafer W and exposure control for each shot area are performed. Further, the system controller 68 monitors the measurement value of the laser interferometer 4 via the reticle stage controller 70 and drives the reticle stage 3 shown in FIG. 5 via the motor 2 to adjust the position of the reticle R. Do.

更に、システムコントローラ68は、レチクル・アライメントセンサ6A,6Bが備える結像光学系の焦点ずれが検出された場合には、その検出結果に応じてその結像光学系の焦点位置を可変させる。また更に、ウエハ・アライメントセンサ16の焦点位置にウエハWの表面が配置されていない場合には、フォーカス検出ユニット62の検出結果に応じてモータ13を介して図5に示したウエハステージ9を駆動して、ウエハWをZ方向に移動させる。   Further, when a defocus of the imaging optical system included in the reticle alignment sensors 6A and 6B is detected, the system controller 68 varies the focal position of the imaging optical system according to the detection result. Furthermore, when the surface of the wafer W is not disposed at the focal position of the wafer alignment sensor 16, the wafer stage 9 shown in FIG. 5 is driven via the motor 13 in accordance with the detection result of the focus detection unit 62. Then, the wafer W is moved in the Z direction.

次に、主制御系15に設けられるFIA演算ユニット63の構成について説明する。
図8は、FIA演算ユニット63の内部構成を示す図である。図8に示す通り、FIA演算ユニット63は、画像信号増幅部81、A/D変換部82、フィルタ部83a〜83n、画像信号記憶部84、位相補正部85、位相特性情報記憶部86、及び位置情報算出部88を含んで構成される。
Next, the configuration of the FIA arithmetic unit 63 provided in the main control system 15 will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of the FIA arithmetic unit 63. As shown in FIG. 8, the FIA calculation unit 63 includes an image signal amplification unit 81, an A / D conversion unit 82, filter units 83a to 83n, an image signal storage unit 84, a phase correction unit 85, a phase characteristic information storage unit 86, and A position information calculation unit 88 is included.

画像信号増幅部81は、ウエハ・アライメントセンサ16から出力される画像信号VS2を所定の増幅率で増幅する。画像信号増幅部81の増幅率は画像信号VS2の全体的なレベル及びS/N比(信号対雑音比)等を考慮して適宜決定され、この増幅率を示す増幅率情報は位相補正部85へ出力される。A/D変換部82は、アナログ信号である画像信号VS2の標本化及び量子化を行い、画像信号VS2をディジタル信号に変換する。   The image signal amplifying unit 81 amplifies the image signal VS2 output from the wafer alignment sensor 16 with a predetermined amplification factor. The amplification factor of the image signal amplification unit 81 is appropriately determined in consideration of the overall level of the image signal VS2, the S / N ratio (signal-to-noise ratio), and the like. The amplification factor information indicating the amplification factor is the phase correction unit 85. Is output. The A / D converter 82 samples and quantizes the image signal VS2 that is an analog signal, and converts the image signal VS2 into a digital signal.

フィルタ部83a〜83nはディジタル化された画像信号から所定の周波数成分を抽出する。ここで、フィルタ部83a〜83nの各々は、例えば帯域フィルタ(バンドパスフィルタであり、各々が異なる次数の回折光に対応する周波数成分を抽出する。前述したように、ウエハ・アライメントセンサ16において0次以外の偶数次回折光が除去されており、フィルタ部83a〜83nは奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出する。なお、図8ではフィルタ部を3つ備える構成を例に挙げて図示しているが、フィルタ部の数は任意に設定することができる。画像信号記憶部84は、フィルタ部83a〜83nで抽出された周波数成分からなる画像信号をそれぞれ一時的に記憶する。   The filter units 83a to 83n extract a predetermined frequency component from the digitized image signal. Here, each of the filter units 83a to 83n is, for example, a band filter (a band-pass filter, each extracting a frequency component corresponding to a diffracted light of a different order. As described above, the wafer alignment sensor 16 uses 0. The even-order diffracted light other than the following is removed, and the filter units 83a to 83n extract frequency components corresponding to the odd-order diffracted light, which is illustrated in FIG. However, the number of filter units can be arbitrarily set, and the image signal storage unit 84 temporarily stores image signals composed of frequency components extracted by the filter units 83a to 83n.

位相補正部85は、画像信号記憶部84に一時的に記憶されている周波数成分毎の画像信号をそれぞれ読み出し、位相特性情報記憶部86に記憶された位相特性情報に基づいて周波数成分毎の画像信号各々の位相ずれを補正する。このとき、位相補正部85は画像信号増幅部81から出力される増幅率情報に応じた位相特性情報であって、周波数成分毎の位相特性情報を位相特性情報記憶部86から選択的に読み出す。   The phase correction unit 85 reads out the image signal for each frequency component temporarily stored in the image signal storage unit 84, and the image for each frequency component based on the phase characteristic information stored in the phase characteristic information storage unit 86. Correct the phase shift of each signal. At this time, the phase correction unit 85 selectively reads out the phase characteristic information for each frequency component from the phase characteristic information storage unit 86 as phase characteristic information corresponding to the amplification factor information output from the image signal amplification unit 81.

ここで、ウエハWの表面からの光はウエハ・アライメントセンサ16を通過する際に各次数回折光に対応する周波数成分毎に異なる位相ずれが生じる。この各周波数成分毎の位相ずれを示す情報が位相特性情報(光学特性情報)であり、位相特性情報記憶部86に記憶されている。   Here, when the light from the surface of the wafer W passes through the wafer alignment sensor 16, a different phase shift occurs for each frequency component corresponding to each order diffracted light. Information indicating the phase shift for each frequency component is phase characteristic information (optical characteristic information), which is stored in the phase characteristic information storage unit 86.

また、位相特性情報は、例えば、光学解像限界以下の点像(二次元で収差を補正する場合)又は光学解像限界以下の線像(一次元で収差を補正する場合)をウエハ・アライメントセンサ16で観察し、得られる画像信号をスペクトル解析(フーリエ変換)して求める。この計測は、ウエハWに形成されたマークを観察する前に予め行い、得られた位相特性情報を位相特性情報記憶部86に記憶させておく。   The phase characteristic information includes, for example, a point image below the optical resolution limit (when correcting aberrations in two dimensions) or a line image below the optical resolution limit (when correcting aberrations in one dimension) on wafer alignment. The image signal obtained by observation with the sensor 16 is obtained by spectral analysis (Fourier transform). This measurement is performed in advance before observing the mark formed on the wafer W, and the obtained phase characteristic information is stored in the phase characteristic information storage unit 86.

位置情報算出部88は、位相補正部85から出力される画像信号に対し、スペクトル解析(フーリエ変換)等の処理を施し、マークの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理等の処理を行って、マークAMの位置情報を求める。なお、上記フィルタ部83a〜83n、位相特性情報記憶部86、及び位置情報算出部88は、本発明にいう抽出部、記憶部、及び演算部にそれぞれ相当する。   The position information calculation unit 88 performs processing such as spectrum analysis (Fourier transform) on the image signal output from the phase correction unit 85, obtains the contour of the mark, and each mark element that forms a mark from the obtained contour. The position information of the mark AM is obtained by performing processing such as processing for detecting the edge position, processing for obtaining the mark center from the detected edge position, and the like. The filter units 83a to 83n, the phase characteristic information storage unit 86, and the position information calculation unit 88 correspond to the extraction unit, the storage unit, and the calculation unit according to the present invention, respectively.

次に、上記構成におけるウエハ・アライメントセンサ16のマークAMの位置情報を計測する際の動作について説明する。露光装置内にウエハWが搬入されてウエハステージ9上に吸着保持されると、主制御系15がモータ13を駆動してウエハステージ9をXY面内で移動させ、ウエハWに形成されたマークAMの1つをウエハ・アライメントセンサ16の計測視野内に配置し、検知ビームDLを配置したマークAMに照射する。この照射によってウエハWの表面で反射又は回折された光は、図6に示す第1対物レンズ46及び第2対物レンズ48等を介して撮像素子50及びAFセンサ56で受光される。   Next, the operation when measuring the position information of the mark AM of the wafer alignment sensor 16 in the above configuration will be described. When the wafer W is loaded into the exposure apparatus and sucked and held on the wafer stage 9, the main control system 15 drives the motor 13 to move the wafer stage 9 in the XY plane, and the mark formed on the wafer W One of the AMs is placed in the measurement field of view of the wafer alignment sensor 16, and the mark AM on which the detection beam DL is placed is irradiated. The light reflected or diffracted on the surface of the wafer W by this irradiation is received by the image sensor 50 and the AF sensor 56 via the first objective lens 46 and the second objective lens 48 shown in FIG.

AFセンサ56は2分割光束の結像位置間の距離を検出して合焦用信号FS2を出力する。この合焦用信号FS2は主制御系15のフォーカス検出ユニット62において予め設定されている基準距離と比較され、これらが異なる場合に主制御系15はモータ13を介してウエハステージ9をZ方向に移動させる。ウエハステージ9を移動させた後、フォーカス検出ユニット62で再度合焦用信号FS2と基準距離との比較を行い、異なる場合は同様にウエハステージ9を移動させる。以上の動作を繰り返して合焦用信号FS2と基準距離とが一致し、ウエハ・アライメントセンサ16の焦点位置にウエハWの表面が配置された状態になると、FIA演算ユニット63は、ウエハ・アライメントセンサ16から出力される画像信号VS2を取り込む。   The AF sensor 56 detects the distance between the imaging positions of the two-divided light beams and outputs a focusing signal FS2. This focus signal FS2 is compared with a reference distance set in advance in the focus detection unit 62 of the main control system 15. If these are different, the main control system 15 moves the wafer stage 9 in the Z direction via the motor 13. Move. After the wafer stage 9 is moved, the focus detection unit 62 again compares the focusing signal FS2 with the reference distance. If they are different, the wafer stage 9 is similarly moved. When the above operation is repeated and the focusing signal FS2 and the reference distance coincide with each other and the surface of the wafer W is placed at the focal position of the wafer alignment sensor 16, the FIA arithmetic unit 63 displays the wafer alignment sensor. The image signal VS2 output from 16 is captured.

FIA演算ユニット63に取り込まれた画像信号VS2は、まず図8に示す画像信号増幅部81において所定の増幅率で増幅される。このとき画像信号増幅部81で設定された増幅率は増幅率情報として位相補正部85へ出力される。   The image signal VS2 captured by the FIA arithmetic unit 63 is first amplified at a predetermined amplification rate in the image signal amplifier 81 shown in FIG. At this time, the amplification factor set by the image signal amplification unit 81 is output to the phase correction unit 85 as amplification factor information.

また、A/D変換部82からフィルタ部83a〜83nへ出力された画像信号は、フィルタ部83a〜83nにおいて各々に設定された奇数次回折光に対応した周波数成分のみを含む画像信号が抽出されて画像信号記憶部84に一時的に記憶される。次に、位相補正部85は画像信号記憶部84から抽出された画像信号を順次読み出すとともに、位相特性情報記憶部86から各成分毎の光学特性情報及を順次読み出す。画像信号並びに各成分毎の光学特性情報を読み出す度に、位相補正部85は読み出した光学特性情報に対してオフセット処理を施し、読み出した画像信号の位相ずれを補正する。   Further, the image signals output from the A / D conversion unit 82 to the filter units 83a to 83n are extracted from the image signals including only frequency components corresponding to the odd-order diffracted lights set in the filter units 83a to 83n. It is temporarily stored in the image signal storage unit 84. Next, the phase correction unit 85 sequentially reads out the image signals extracted from the image signal storage unit 84 and sequentially reads out the optical characteristic information for each component from the phase characteristic information storage unit 86. Each time the image signal and the optical characteristic information for each component are read, the phase correction unit 85 performs an offset process on the read optical characteristic information to correct the phase shift of the read image signal.

補正された画像信号は、位置情報算出部88へ順次出力される。位置情報算出部88は、入力された画像信号に対してマークAMの輪郭を求める処理、得られた輪郭からマークをなすマーク要素各々のエッジ位置を検出する処理、検出したエッジ位置からマーク中心を求める処理等の処理を行って、マークAMの位置情報を求める。   The corrected image signals are sequentially output to the position information calculation unit 88. The position information calculation unit 88 performs processing for obtaining the contour of the mark AM from the input image signal, processing for detecting the edge position of each mark element forming the mark from the obtained contour, and determining the mark center from the detected edge position. The position information of the mark AM is obtained by performing processing such as obtaining processing.

位置情報の算出は、例えば、回折光の次数に対応する各周波数成分毎の算出結果を平均化することにより行う。この際、各成分の振幅を計測し、この値によってどの成分を使用するかを決定してもよい。   The position information is calculated by, for example, averaging the calculation results for each frequency component corresponding to the order of the diffracted light. At this time, the amplitude of each component may be measured, and it may be determined which component is used based on this value.

位置情報算出部88で算出された位置情報は図7に示すアライメントデータ記憶部64へ出力されて一時的に記憶される。このようにして、結像光学系において生じた位相ずれが補正された画像信号からマークAMの位置情報が求められる。   The position information calculated by the position information calculation unit 88 is output to the alignment data storage unit 64 shown in FIG. 7 and temporarily stored. In this manner, the position information of the mark AM is obtained from the image signal in which the phase shift generated in the imaging optical system is corrected.

次に、ウエハW上の各ショット領域の位置決めを行って、各ショット領域にレチクルRに形成されたパターンの像を投影露光する際の動作について説明する。
まず、ウエハW上のショット領域の配列及びアライメントマークとしてのマークの形状等について説明する。図9は、ウエハW上のショット領域の配列及びマークの形状を説明するための図である。図9において、ウエハW上にはウエハW上に設定された座標系(X,Y)に沿って規則的にショット領域ES1,ES2,……,ESNが形成され、各ショット領域ESiにはそれまでの工程によりそれぞれデバイスパターンが形成されている。
Next, an operation for positioning each shot area on the wafer W and projecting and exposing an image of a pattern formed on the reticle R in each shot area will be described.
First, the arrangement of shot areas on the wafer W and the shape of marks as alignment marks will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining the arrangement of shot areas on the wafer W and the shape of the marks. In FIG. 9, shot areas ES1, ES2,..., ESN are regularly formed on a wafer W along a coordinate system (X, Y) set on the wafer W. Each device pattern is formed by the above steps.

また、各ショット領域ESiはX方向及びY方向に所定幅のストリートラインで区切られており、各ショット領域ESiに近接するX方向に伸びたストリートラインの中央部にマークAMとしてのX軸方向のマークMxiが形成され、各ショット領域ESiに近接するY方向に伸びたストリートラインの中央部にY方向のマークMyiが形成されている。マークMxi,MyiはそれぞれX方向及びY方向に所定ピッチで3本の直線パターンを並べたものであり、これらのパターンはウエハWの下部に凹部又は凸部のパターンとして形成したものである。   Further, each shot area ESi is divided by street lines having a predetermined width in the X direction and the Y direction, and the X-axis direction as the mark AM is formed at the center of the street line extending in the X direction adjacent to each shot area ESi. A mark Mxi is formed, and a mark Myi in the Y direction is formed at the center of the street line extending in the Y direction adjacent to each shot area ESi. The marks Mxi and Myi are three linear patterns arranged at a predetermined pitch in the X direction and Y direction, respectively, and these patterns are formed as concave or convex patterns under the wafer W.

ウエハWへの露光を行う際には、それらショット領域ESiの内から例えば斜線を施して示す9個のショット領域が選択される。このように選択されたショット領域をサンプルショットSA1〜SA9と称する。各サンプルショットSAiにはそれぞれマークMxi,Myiが近接して形成されている。本例ではこれらマークMxi,Myiの位置を計測することにより、各サンプルショットSA1〜SA9のステージ座標系(X,Y)上での位置情報を計測する。この位置情報の計測時においては、前述した処理が行われて、検出光学系OS及び電気経路ESにおいて生じた位相ずれが補正された画像信号から各サンプルショットSA1〜SA9のステージ座標系(X,Y)が求められる。これにより、マークMxi,Myiの位置情報が極めて高い精度で計測される。この計測結果は、図4に示す主制御系15のアライメントデータ記憶部64に記憶される。   When performing exposure on the wafer W, nine shot areas indicated by hatching, for example, are selected from the shot areas ESi. The shot areas thus selected are referred to as sample shots SA1 to SA9. Marks Mxi and Myi are formed close to each sample shot SAi. In this example, the position information on the stage coordinate system (X, Y) of each of the sample shots SA1 to SA9 is measured by measuring the positions of the marks Mxi and Myi. At the time of measuring the position information, the above-described processing is performed, and the stage coordinate system (X, X) of the sample shots SA1 to SA9 is obtained from the image signal in which the phase shift generated in the detection optical system OS and the electrical path ES is corrected. Y) is required. Thereby, the position information of the marks Mxi and Myi is measured with extremely high accuracy. The measurement result is stored in the alignment data storage unit 64 of the main control system 15 shown in FIG.

各サンプルショットSA1〜SA9のステージ座標系(X,Y)上での位置情報が計測されると、これらの位置情報とショットマップデータ部67に記憶されているショットマップデータを用いてEGA演算ユニット65においてEGA演算が行われ、ウエハW上に設定された全てのショット領域の配列の規則性が決定される。システムコントローラ68は決定されたショット領域の配列を用いて、露光すべきショット領域が投影光学系PLの投影領域(レチクルRに形成されたパターンが投影される領域)に配置されるように、ウエハステージ9を移動させて位置決めする。ウエハWの位置決めが完了すると露光光ELがレチクルRに照射され、そのショット領域が露光される。以後同様に、決定されたショット領域の配列を用いてウエハステージ9がステップ移動により位置決めされて、順次ショット領域が露光される。   When the position information of each sample shot SA1 to SA9 on the stage coordinate system (X, Y) is measured, the EGA arithmetic unit is used using the position information and shot map data stored in the shot map data section 67. In 65, an EGA calculation is performed, and the regularity of the arrangement of all shot areas set on the wafer W is determined. The system controller 68 uses the determined shot area arrangement so that the shot area to be exposed is arranged in the projection area of the projection optical system PL (area where the pattern formed on the reticle R is projected). The stage 9 is moved and positioned. When the positioning of the wafer W is completed, the exposure light EL is irradiated onto the reticle R, and the shot area is exposed. Thereafter, similarly, the wafer stage 9 is positioned by step movement using the determined arrangement of shot areas, and the shot areas are sequentially exposed.

本実施形態においては、結像光学系において生じた位相ずれが補正された画像信号から各サンプルショットSA1〜SA9のステージ座標系(X,Y)を求めているため、高い精度で計測が行われる。この高精度の計測結果を用いて上述したEGA演算が行われ、決定されるショット領域の配列の規則性も高い精度のものとなる。この結果、露光時においてウエハWの各ショット領域を投影光学系PLの投影領域に精確に位置決めすることができ、重ね合わせ精度を向上を図ることができる。   In this embodiment, since the stage coordinate system (X, Y) of each sample shot SA1 to SA9 is obtained from the image signal in which the phase shift generated in the imaging optical system is corrected, measurement is performed with high accuracy. . The above-described EGA calculation is performed using this highly accurate measurement result, and the regularity of the shot region arrangement determined is also highly accurate. As a result, each shot area of the wafer W can be accurately positioned in the projection area of the projection optical system PL at the time of exposure, and the overlay accuracy can be improved.

以上、本発明の実施形態による位置計測装置及び露光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、上述した他の実施形態では、フィルタ部83a〜83nで抽出された画像信号を一時的に画像信号記憶部84に記憶し、順次位相補正部85で位相ずれを補正するとともに、位置情報算出部88で補正位置情報を求めるようにした。しかしながら、FIA演算ユニット63で要する処理時間を短縮するために、位相補正部85及び位置情報算出部88をフィルタ部83a〜83n各々に対応して並列して設け、並列処理を行うようにしても良い。
The position measuring apparatus and the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention.
For example, in the other embodiments described above, the image signals extracted by the filter units 83a to 83n are temporarily stored in the image signal storage unit 84, the phase correction unit 85 sequentially corrects the phase shift, and the position information is calculated. The correction position information is obtained by the unit 88. However, in order to shorten the processing time required by the FIA arithmetic unit 63, the phase correction unit 85 and the position information calculation unit 88 may be provided in parallel corresponding to each of the filter units 83a to 83n to perform parallel processing. good.

また、ウエハ・アライメントセンサ16の計測視野中心にマークAMが配置されている場合と、計測視野の端部にマークAMが配置されている場合とによって、残存収差が異なり、各周波数成分の位相ずれも異なることがある。このため、像高(ウエハ・アライメントセンサ16の計測視野中心からの距離)毎の光学特性情報を位相特性情報記憶部86に記憶しておいてもよい。   Further, the residual aberration differs depending on whether the mark AM is arranged at the center of the measurement visual field of the wafer alignment sensor 16 or when the mark AM is arranged at the end of the measurement visual field, and the phase shift of each frequency component. May also be different. Therefore, the optical characteristic information for each image height (distance from the center of the measurement visual field of the wafer alignment sensor 16) may be stored in the phase characteristic information storage unit 86.

また、上記の実施形態においては、ウエハWに形成されたマークの位置情報を求める場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られる訳ではなく、レチクルRに形成されたマークの位置情報を求める場合、その他の物体に形成されたマークの位置情報を求める場合について適用可能である。更に、図7、及び図8に示した各ブロックは、電子回路によりハードウェア的に構成されていても良く、ソフトウェア的に構成されていても良い。各ブロックをソフトウェア的に構成する場合には、各ブロックの機能を規定するプログラムをCPU(中央処理装置)が実行することにより、各ブロックが実現される。また、図7に示す各ブロックをハードウェア的又はソフトウェア的に構成する場合には、図示した全てのブロックが1つにまとまって構成されていなくとも良く、分散されて構成されていても良い。例えば、フォーカス検出ユニット60,62は、主制御系15とは別個に設けられていても良い   In the above embodiment, the case where the position information of the mark formed on the wafer W is obtained has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the mark formed on the reticle R is not limited to this. When obtaining position information, the present invention can be applied to obtaining position information of marks formed on other objects. Furthermore, each block shown in FIG. 7 and FIG. 8 may be configured by hardware by an electronic circuit or may be configured by software. When each block is configured in software, each block is realized by a CPU (Central Processing Unit) executing a program that defines the function of each block. Further, when each block shown in FIG. 7 is configured in hardware or software, all the illustrated blocks may not be configured as a single unit, or may be configured in a distributed manner. For example, the focus detection units 60 and 62 may be provided separately from the main control system 15.

また、上記実施形態においては、レチクル・アライメントセンサ6A,6BがVRA方式のアライメントセンサであり、ウエハ・アライメントセンサ16がFIA方式のアライメントセンサである場合を例に挙げて説明したが、レチクル・アライメントセンサ6A,6B及びウエハ・アライメントセンサ16は、更にLSA方式及びLIA方式のアライメントセンサを備えた構成であっても良い。また、本発明は、レチクルRを介さずに投影光学系PLのみを介して基準部材10の基準パターンを観察するTTL方式のアライメントセンサにも適用することができる。   In the above-described embodiment, the reticle alignment sensors 6A and 6B are VRA type alignment sensors, and the wafer alignment sensor 16 is an FIA type alignment sensor. The sensors 6A and 6B and the wafer alignment sensor 16 may further include an LSA type and LIA type alignment sensor. The present invention can also be applied to a TTL type alignment sensor that observes the reference pattern of the reference member 10 only through the projection optical system PL, not through the reticle R.

また、本発明の露光装置は、図5に示したステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置に限定されず、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能である。   In addition, the exposure apparatus of the present invention is not limited to the step-and-repeat reduction projection exposure apparatus shown in FIG. 5, for example, a step-and-scan exposure apparatus, a mirror projection system, a proximity system, It can be applied to an exposure apparatus such as a contact method.

更に、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子(CCDなど)の製造にも用いられる露光装置、及びレチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。   Further, not only an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element and a liquid crystal display element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a plasma display, a thin film magnetic head, and an imaging element (CCD, etc.), a reticle, or a mask are manufactured. Therefore, the present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a glass substrate or a silicon wafer. In other words, the present invention can be applied regardless of the exposure method and application of the exposure apparatus.

また、前述した本発明の一実施形態による露光装置(図5)は、ウエハWを精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能となるように、照明光学系、モータ2、レチクルステージ3、レーザ干渉計4、移動鏡5、レチクル・アライメントセンサ6A,6Bを含むマスクアライメント系、ウエハホルダ8、ウエハステージ9、基準部材10、移動鏡11、レーザ干渉計12、及びモータ13を含むウエハアライメント系、投影光学系PL等の図5に示された各要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み上げられた後、総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造される。
露光装置の製造は、温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
In addition, the exposure apparatus (FIG. 5) according to the embodiment of the present invention described above can control the position of the wafer W with high accuracy and high speed, and can perform exposure with high exposure accuracy while improving throughput. Illumination optical system, motor 2, reticle stage 3, laser interferometer 4, moving mirror 5, mask alignment system including reticle alignment sensors 6A and 6B, wafer holder 8, wafer stage 9, reference member 10, moving mirror 11, laser interference After the elements shown in FIG. 5 such as the wafer alignment system including the meter 12 and the motor 13 and the projection optical system PL are assembled by being electrically, mechanically or optically connected, the total adjustment (electrical adjustment) , Operation check, etc.).
The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room in which the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

次に、本発明の一実施形態による露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法の実施形態について簡単に説明する。図10は、マイクロデバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートを示す図である。図10に示すように、まず、ステップS10(設計ステップ)において、マイクロデバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップS11(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステップS12(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。   Next, an embodiment of a micro device manufacturing method using an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be briefly described. FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing example of a micro device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micro machine, etc.). As shown in FIG. 10, first, in step S10 (design step), a function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) of a micro device is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S11 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S12 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

次に、ステップS13(ウエハ処理ステップ)において、ステップS10〜ステップS12で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップS14(デバイス組立ステップ)において、ステップS13で処理されたウエハを用いてデバイス組立を行う。このステップS14には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップS15(検査ステップ)において、ステップS14で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。   Next, in step S13 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in steps S10 to S12, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like, as will be described later. Next, in step S14 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S13. This step S14 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary. Finally, in step S15 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S14 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.

図11は、半導体デバイスの場合における、図11のステップS13の詳細なフローの一例を示す図である。図11において、ステップS21(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップS22(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップS23(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップS24(イオン打込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップS21〜ステップS24のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。   FIG. 11 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 of FIG. 11 in the case of a semiconductor device. In FIG. 11, in step S21 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S22 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step S23 (electrode formation step), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step S24 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S21 to S24 constitutes a pre-processing process at each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process at each stage.

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップS25(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップS26(露光ステップ)において、上で説明したリソグラフィシステム(露光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップS27(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップS28(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップS29(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。   At each stage of the wafer process, when the above pre-process is completed, the post-process is executed as follows. In this post-processing process, first, in step S25 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S26 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step S27 (development step), the exposed wafer is developed, and in step S28 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. In step S29 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.

本発明の位置計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position measuring method of this invention. 計測対象のマークの構成例を示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the structural example of the mark of measurement object. 本発明の位置計測方法を実施するための位置計測装置の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the position measuring apparatus for enforcing the position measuring method of this invention. 光学系の非対称(収差)の影響を除去する位置計測方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position measurement method which removes the influence of the asymmetry (aberration) of an optical system. 本発明の一実施形態による位置計測装置を備える本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus by one Embodiment of this invention provided with the position measuring device by one Embodiment of this invention. ウエハ・アライメントセンサの構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of a wafer alignment sensor. 主制御系の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a main control system. FIA演算ユニットの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a FIA arithmetic unit. ウエハ上のショット領域の配列及びマークの形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | sequence of the shot area on a wafer, and the shape of a mark. マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of a microdevice. 半導体デバイスの場合における、図10のステップS13の詳細なフローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the detailed flow of step S13 of FIG. 10 in the case of a semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

6A,6B…レチクル・アライメントセンサ、9…ウエハステージ(位置決め部)、13…モータ(位置決め部)、15…主制御系(制御部)、16…ウエハ・アライメントセンサ(位置計測装置)、41…光源(照射系)、42…コンデンサレンズ(照射系)、43…視野絞り(照射系)、44…照明リレーレンズ(照射系)、45…ビームスプリッタ(照射系、結像光学系)、46…第1対物レンズ(照射系、結像光学系)、48…第2対物レンズ(結像光学系)、49…ビームスプリッタ(結像光学系)、50…撮像素子(光電変換手段)、81…画像信号増幅部、83a〜83n…フィルタ部(抽出部)、85…位相補正部(演算部)、86…位相特性情報記憶部(記憶部)、88…位置情報算出部(演算部)、AM…マーク、DL…検知ビーム(検知光)、Mxi,Myi…マーク、PL…投影光学系(露光部)、R…レチクル、RM…レチクルマーク、VS1,VS2…画像信号、W…ウエハ(物体、基板)。
6A, 6B ... reticle alignment sensor, 9 ... wafer stage (positioning part), 13 ... motor (positioning part), 15 ... main control system (control part), 16 ... wafer alignment sensor (position measuring device), 41 ... Light source (irradiation system), 42 ... condenser lens (irradiation system), 43 ... field stop (irradiation system), 44 ... illumination relay lens (irradiation system), 45 ... beam splitter (irradiation system, imaging optical system), 46 ... First objective lens (irradiation system, imaging optical system), 48 ... second objective lens (imaging optical system), 49 ... beam splitter (imaging optical system), 50 ... imaging device (photoelectric conversion means), 81 ... Image signal amplifiers 83a to 83n Filter unit (extraction unit) 85 Phase correction unit (calculation unit) 86 Phase characteristic information storage unit (storage unit) 88 Position information calculation unit (calculation unit) AM ... Mark, DL Detecting beam (detection light), Mxi, MYi ... marks, PL ... projection optical system (exposure unit), R ... reticle, RM ... reticle mark, VS1, VS2 ... image signal, W ... wafer (object, substrate).

Claims (9)

物体上に形成された周期パターンからなるマークを結像光学系を介して検出し、該検出結果に基づいて前記マークの位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記マークを含む被照射領域から得られるマーク光は、0次回折光以外の偶数次回折光が除去されており、
前記マーク光の画像信号から、前記マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出し、該抽出された周波数成分を用いて前記マークの位置情報を計測することを特徴とする位置計測方法。
A position measurement method for detecting a mark formed of a periodic pattern on an object via an imaging optical system and measuring position information of the mark based on the detection result,
The mark light obtained from the irradiated region including the mark has the even-order diffracted light other than the 0th-order diffracted light removed,
A position measurement characterized in that a frequency component corresponding to odd-order diffracted light contained in the mark light is extracted from an image signal of the mark light, and position information of the mark is measured using the extracted frequency component. Method.
前記結像光学系が前記奇数次回折光に対して作用する光学特性情報を予め記憶しておき、
前記抽出された周波数成分と前記光学特性情報とを用いて前記マークの位置情報を計測することを特徴とする請求項1に記載の位置計測方法。
Optical characteristic information that the imaging optical system acts on the odd-order diffracted light is stored in advance,
The position measurement method according to claim 1, wherein the position information of the mark is measured using the extracted frequency component and the optical characteristic information.
物体上に形成された周期パターンからなるマークの位置情報を計測する位置計測装置であって、
前記マークを含む被照射領域に対して検知光を照射する照射系と、
前記検知光の照射により前記被照射領域から得られるマーク光を、該マーク光に応じた画像信号を出力する光電変換手段へ導く結像光学系と、
前記マーク光の画像信号から、前記マーク光に含まれる奇数次回折光に対応する周波数成分を抽出する抽出部と、
前記抽出された周波数成分を用いて前記マークの位置情報を求める演算部と、を有することを特徴とする位置計測装置。
A position measuring device that measures position information of a mark formed of a periodic pattern formed on an object,
An irradiation system for irradiating the irradiated region including the mark with detection light;
An imaging optical system that guides the mark light obtained from the irradiated region by irradiation of the detection light to a photoelectric conversion unit that outputs an image signal corresponding to the mark light;
An extraction unit for extracting a frequency component corresponding to odd-order diffracted light contained in the mark light from the image signal of the mark light;
And a calculation unit that obtains the position information of the mark using the extracted frequency component.
前記マークは、周期方向に関するパターン線幅とパターン間隔との長さの比(デューティ比)が1:1であることを特徴とする請求項3に記載の位置計測装置。   4. The position measuring apparatus according to claim 3, wherein the mark has a ratio (duty ratio) of a length between a pattern line width and a pattern interval in the period direction of 1: 1. 前記照射系は、前記被照射領域に対して略垂直に前記検知光を照射するための絞りを含み、
前記結像光学系は、瞳面で0次回折光以外の偶数次回折光を遮断する遮断部材を含むことを特徴とする請求項3に記載の位置計測装置。
The irradiation system includes a diaphragm for irradiating the detection light substantially perpendicular to the irradiated region,
The position measuring apparatus according to claim 3, wherein the imaging optical system includes a blocking member that blocks even-order diffracted light other than zero-order diffracted light on the pupil plane.
前記抽出部は、フーリエ変換またはバンドパスフィルタを用いて前記抽出を行うことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載の位置計測装置。   The position measuring apparatus according to claim 3, wherein the extraction unit performs the extraction using a Fourier transform or a bandpass filter. 前記結像光学系が前記奇数次回折光に対して作用する光学特性情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記演算部は、前記抽出された周波数成分と前記光学特性情報とを用いて前記マークの位置情報を求めることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の位置計測装置。
The image-forming optical system further includes a storage unit that stores optical characteristic information acting on the odd-order diffracted light,
7. The position measurement apparatus according to claim 3, wherein the calculation unit obtains position information of the mark using the extracted frequency component and the optical characteristic information.
所定パターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記基板上に形成されたマークを、請求項3から請求項7のいずれかに記載の位置計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて前記基板の位置決めを行う位置決め部と、
前記位置決めされた前記基板上に前記所定パターンを転写する露光部と、
前記位置決め部及び前記露光部を制御する制御部と、を有することを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto a substrate,
A mark formed on the substrate is measured using the position measurement device according to any one of claims 3 to 7, and a positioning unit that positions the substrate based on the measurement result;
An exposure unit that transfers the predetermined pattern onto the positioned substrate;
An exposure apparatus comprising: a positioning unit and a control unit that controls the exposure unit.
請求項8に記載の露光装置を用いて、デバイスパターンを前記基板上に転写する露光工程と、
前記デバイスパターンが転写された前記基板を現像する現像工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
An exposure process for transferring a device pattern onto the substrate using the exposure apparatus according to claim 8;
And a developing step of developing the substrate on which the device pattern has been transferred.
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