JP2006234769A - Position measuring method and position measuring apparatus - Google Patents

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泰俊 金子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position measuring method capable of efficiently measuring position and improving a through-put by using measuring marks applied in turn to a plurality of substrates. <P>SOLUTION: In the position measuring method containing measuring marks in an effective measuring range in the view field of an imaging optical system by horizontally moving a stage, a plurality of substrates where the measuring marks are formed on the same position on each are placed in turn. A stage drive mechanism is driven so that the stage positions in a pre-stored specific position (S2), the distance from the measuring mark to the effective measuring range is calculated after moving the stage. This distance is stored and a new predetermined position is derived by adding the distance to the predetermined position (S5). When the measuring mark comes off the effective measuring range, the stage is moved for the calculated distance and after containing the measuring mark in the effective measuring range, the predetermined measurement is performed. The stage drive mechanism is moved so as to position the stage putting the next substrate to the derived new predetermined position. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水平移動可能なステージに載置される基板に形成される測定マークを撮像する結像光学系を有し、ステージを水平移動して所定の位置測定を行う位置測定方法、および測定マークの画像信号を用いて基板の位置測定を行う位置測定装置に関する。   The present invention has an imaging optical system that images a measurement mark formed on a substrate placed on a horizontally movable stage, and performs a predetermined position measurement by horizontally moving the stage and measurement. The present invention relates to a position measuring apparatus that measures the position of a substrate using an image signal of a mark.

ウェハ上に半導体パターンを形成するフォトリソグラフィ工程では、ステージ上のウェハに対し、各工程に対応するパターンが形成された複数のフォトマスク(レチクル)を用いて複数のパターンが一層ずつ積層される。複数のパターンを積層して半導体パターンを形成するには、ステージ上に載置されるウェハに形成されている下層パターンと、フォトマスクを用いた露光によりその上に積層される上層パターンとが正しい位置関係である必要があり、例えばパターンの重ね合わせ位置ずれの測定検出等が行われている。重ね合わせ位置ずれ測定検出は、レジストパターン形成時に基板上に形成した下地マークの上にレジストマークを形成して測定マーク(重ね合わせマーク)を形成し、この下地マークに対するレジストマークの重ね合わせ位置ずれ量の測定により行われる。   In a photolithography process for forming a semiconductor pattern on a wafer, a plurality of patterns are stacked on the wafer on the stage using a plurality of photomasks (reticles) on which patterns corresponding to the respective processes are formed. In order to form a semiconductor pattern by laminating a plurality of patterns, the lower layer pattern formed on the wafer placed on the stage and the upper layer pattern laminated thereon by exposure using a photomask are correct. It is necessary to have a positional relationship, and for example, measurement and detection of a pattern overlay position shift is performed. In overlay position measurement detection, a registration mark is formed on the ground mark formed on the substrate during the formation of the resist pattern to form a measurement mark (overlay mark), and the overlay position deviation of the resist mark with respect to the ground mark This is done by measuring the quantity.

このため、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置には、ステージを水平移動させるステージ移動装置とともに、ステージ上のウェハに形成された測定マークを光学的に測定検出する位置測定装置が備えられる。ステージ移動装置は、ステージを水平移動させるモータ等の駆動機構を備えるとともに、レーザ干渉計を備えてステージの適宜位置に設定した基準点の2次元座標を常時検出しており、制御部によりこの座標をモニタしつつステージの位置を制御する制御信号を駆動機構へ出力してステージを移動させている。位置測定装置は、このようなステージに対向して配設され、測定マークに照明光を照射する照明光学系、およびその反射光から測定マークの像を結像する結像光学系を有し、結像光学系によりCCDカメラ等で撮像し、撮像した像を画像処理して下地マークに対するレジストマークの重ね合わせ位置ずれ量を測定するようになっている。   For this reason, the exposure apparatus used in the photolithography process includes a stage moving device that horizontally moves the stage, and a position measuring device that optically measures and detects measurement marks formed on the wafer on the stage. The stage moving device is provided with a drive mechanism such as a motor for horizontally moving the stage, and a laser interferometer that constantly detects the two-dimensional coordinates of a reference point set at an appropriate position on the stage. The stage is moved by outputting a control signal for controlling the position of the stage to the drive mechanism. The position measuring device is disposed opposite to such a stage, has an illumination optical system that irradiates the measurement mark with illumination light, and an imaging optical system that forms an image of the measurement mark from the reflected light, The imaging optical system captures an image with a CCD camera or the like, and the captured image is subjected to image processing to measure the registration mark overlay amount with respect to the base mark.

なお、測定マークの形成位置はウェハの設計段階で定められる。このため、ステージ上に載置されるウェハに形成された測定マークを位置測定装置の結像光学系の測定有効範囲内(例えば、検出視野中心)に位置させるようにステージを移動させるにあたり、ウェハ上に形成された測定マークの位置情報を予めステージ移動装置の制御部に記憶させるとともに、これをアライメント(位置合わせ)誤差の補正値で補正して目標座標を算出し、ステージに設定した基準点の座標がこの目標座標をとるように駆動機構に制御信号を出力してステージを水平移動させるようになっている(例えば、特許文献1)。   The formation position of the measurement mark is determined at the wafer design stage. Therefore, when moving the stage so that the measurement mark formed on the wafer placed on the stage is positioned within the effective measurement range of the imaging optical system of the position measuring device (for example, the center of the detection visual field) The position information of the measurement mark formed above is stored in advance in the control unit of the stage moving device, and this is corrected with the correction value of the alignment (positioning) error to calculate the target coordinates, and the reference point set on the stage The stage is horizontally moved by outputting a control signal to the drive mechanism so that the coordinates of the target take the target coordinates (for example, Patent Document 1).

また、通常半導体デバイス等の製造においては、複数のウェハを1組の単位(「ロット」とも称される)とし、この単位で同一の処理を各ウェハに対して順次行っている。このような1組の処理単位を構成する複数のウェハにおいては、1枚ずつステージに載置されて測定マークを用いた重ね合わせ位置ずれ検出が行われるが、測定マークが同位置に形成されている。このようなことから、ロットを構成する複数のウェハにおいて、測定マークを位置測定装置の有効範囲内に位置させるために記憶させる目標座標は共用することができる。
特開平11−251377号公報
Further, in the manufacture of semiconductor devices and the like, a plurality of wafers are usually set as a unit (also referred to as “lot”), and the same processing is sequentially performed on each wafer in this unit. In a plurality of wafers constituting such a set of processing units, the overlay position deviation detection using the measurement mark is performed one by one on the stage, but the measurement mark is formed at the same position. Yes. For this reason, the target coordinates stored in order to position the measurement mark within the effective range of the position measurement apparatus can be shared among a plurality of wafers constituting a lot.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-251377

ところで、半導体デバイスの製造過程では、例えばエッチング工程において高温短時で処理が行われること等により、ウェハ全体に歪が生じるという問題がある。このような歪があると、設計段階で定まる測定マークの位置情報と、現実の測定マークの位置とに誤差が生じ、ステージの基準点を上記目標座標に位置させるように移動させても測定マークが位置測定装置の測定有効範囲内に位置しないことがあり、測定有効範囲内に位置させるためにステージを再度移動しなければならないという問題があった。   By the way, in the manufacturing process of a semiconductor device, there exists a problem that distortion arises in the whole wafer, for example by processing being performed at high temperature and short time in an etching process. If there is such a distortion, an error occurs between the position information of the measurement mark determined at the design stage and the actual position of the measurement mark, and even if the stage reference point is moved to the target coordinates, the measurement mark May not be located within the effective measurement range of the position measurement device, and the stage must be moved again to be within the effective measurement range.

なお、ロットを構成する複数のウェハについては、これら複数のウェハに対して同一装置による同一処理を順次行うようになっているため、半導体デバイス製造過程で歪が生じるとすれば各ウェハに対して同様の歪が生じる。さらに、上記のように測定マークの位置情報を共用して位置測定が行われていると、ロットを構成する複数のウェハにおいて微調整を行う必要があるウェハがあるとすれば、他の全てのウェハに対して同様の微調整を行う必要が生じ、露光装置としてのスループットが大幅に低下するという問題があった。   For a plurality of wafers constituting a lot, the same processing is sequentially performed on the plurality of wafers by the same apparatus. Therefore, if distortion occurs in the semiconductor device manufacturing process, Similar distortion occurs. Furthermore, if the position measurement is performed by sharing the position information of the measurement mark as described above, if there are wafers that need to be finely adjusted in a plurality of wafers constituting a lot, all other The same fine adjustment needs to be performed on the wafer, and there is a problem that the throughput as the exposure apparatus is significantly reduced.

本発明は、このような問題に鑑み、複数の基板に対して順次行われる測定マークを用いた位置検出を効率的に行い、スループットの向上を可能とする位置測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a position measurement method that can efficiently perform position detection using measurement marks sequentially performed on a plurality of substrates and improve throughput. To do.

上記目的達成のため、本発明に係る位置測定方法は、測定マークが形成された基板を載置可能であるとともにステージ駆動機構の駆動により水平移動可能に構成されたステージと、ステージに載置された基板に対向して設けられて測定マークを撮像する結像光学系とを有し、ステージを水平移動して結像光学系の検出視野における測定有効範囲内に測定マークを収めて所定の位置測定を行う位置測定方法において、それぞれ同位置に測定マークが形成された複数の基板をステージに順次載せ換えて所定の測定を行うようになっており、測定マークが測定有効範囲内に収まるとして予め記憶された所定位置にステージが位置するようにステージ駆動機構を駆動させ、ステージ移動後に測定マークから測定有効範囲までの距離を算出し、この距離を記憶するとともに所定位置にこの距離を加算して新たな所定位置を導出し、測定マークが測定有効範囲を外れたときにステージを上記算出された距離だけ移動させて測定マークを測定有効範囲内に収めて所定の測定を行い、次の基板を載せたステージが上記導出された新たな所定位置に位置するようにステージ駆動機構を駆動させることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a position measuring method according to the present invention includes a stage on which a substrate on which a measurement mark is formed can be placed and can be moved horizontally by driving a stage driving mechanism, and the stage is placed on the stage. An imaging optical system that images the measurement mark provided opposite to the substrate, and moves the stage horizontally to place the measurement mark within the effective measurement range in the detection field of the imaging optical system. In the position measurement method for performing measurement, a plurality of substrates each having a measurement mark formed at the same position are sequentially placed on the stage to perform predetermined measurement, and it is assumed that the measurement mark is within the effective measurement range. Drive the stage drive mechanism so that the stage is located at the memorized predetermined position, calculate the distance from the measurement mark to the effective measurement range after moving the stage, and this distance The new predetermined position is derived by storing and adding this distance to the predetermined position, and when the measurement mark is out of the effective measurement range, the stage is moved by the calculated distance to bring the measurement mark within the effective measurement range. The stage driving mechanism is driven so that the stage on which the next substrate is placed is positioned and the stage on which the next substrate is placed is positioned at the new predetermined position derived as described above.

また、複数の基板に、それぞれ形成位置を同一にして複数の測定マークを設けたときに、複数の測定マークのそれぞれに対応して上記所定位置が記憶されており、それぞれの複数の測定マークに対して上記新たな所定位置を導出することが好ましい。   In addition, when a plurality of measurement marks are provided on a plurality of substrates with the same formation position, the predetermined positions are stored corresponding to each of the plurality of measurement marks. On the other hand, it is preferable to derive the new predetermined position.

また、本発明に係る半導体基板の位置測定装置は、測定マークが形成された半導体基板が載置され、水平移動可能なステージと、測定マークを撮像し、測定マークの画像信号を出力する撮像手段と、ステージを駆動することで測定マークを撮像手段の検出視野の測定有効範囲に捕らえて撮像し、測定マークの画像信号を用いて半導体基板の位置を測定する測定制御手段とを備えた半導体基板の位置測定装置において、別の半導体基板をステージに載せ変えたときに、別の半導体基板の測定マークが撮像手段の測定有効範囲から外れたことを検出する検出手段と、検出手段からの検出信号から測定マークと測定有効範囲との位置ずれ量を算出し、次の半導体基板をステージに載せた際に位置ずれ量だけステージを駆動制御する駆動制御手段とを備えている。   The semiconductor substrate position measuring apparatus according to the present invention is a stage on which a semiconductor substrate on which a measurement mark is formed is placed, a horizontally movable stage, and an imaging means for imaging the measurement mark and outputting an image signal of the measurement mark. And a measurement control means for capturing the measurement mark in the measurement effective range of the detection visual field of the imaging means by driving the stage and measuring the position of the semiconductor substrate using the image signal of the measurement mark In the position measuring apparatus, a detecting means for detecting that a measurement mark of another semiconductor substrate is out of a measurement effective range of the imaging means when another semiconductor substrate is placed on the stage, and a detection signal from the detecting means And a drive control means for calculating a positional deviation amount between the measurement mark and the effective measurement range and controlling the stage by the positional deviation amount when the next semiconductor substrate is placed on the stage. Eteiru.

本発明に係る位置測定方法によれば、同位置に測定マークを形成した複数の基板を順次載せ換えて所定の測定を行うものであって、測定マークが測定有効範囲内に収まるとして記憶した所定位置にステージが位置するようにステージ駆動機構を駆動させ、測定マークから測定有効範囲までの距離を算出して記憶するとともに、予め記憶させた所定位置にこの距離を加算して新たな所定位置を導出している。そして、次の基板の位置測定時においてステージを導出した新たな所定位置に位置させるようにステージ駆動機構を駆動するようになっている。このため、前回の位置測定時において測定マークが測定有効範囲から外れて調整する必要があっても、次の基板の位置測定時にはこのような再移動を行うことなく測定マークを測定有効範囲内に収めることができ、この位置測定方法を用いる装置のスループットを向上させることができる。   According to the position measurement method according to the present invention, a plurality of substrates on which measurement marks are formed at the same position are sequentially replaced to perform a predetermined measurement, and the predetermined measurement stored as being within the measurement effective range. The stage drive mechanism is driven so that the stage is positioned at the position, and the distance from the measurement mark to the effective measurement range is calculated and stored, and this distance is added to the pre-stored predetermined position to obtain a new predetermined position. Derived. Then, the stage driving mechanism is driven so that the stage is positioned at a new predetermined position derived from the next substrate position measurement. For this reason, even if the measurement mark needs to be adjusted out of the effective measurement range at the previous position measurement, the measurement mark is kept within the effective measurement range without performing such re-movement at the next substrate position measurement. The throughput of the apparatus using this position measuring method can be improved.

本発明に係る位置測定装置によれば、上記位置測定方法と同様にして、前回の位置測定時において測定マークが測定有効範囲から外れて調整する必要があっても、次の基板の位置測定時には再移動を行うことなく測定マークを測定有効範囲内に収めることができ、スループットを向上させることができる。   According to the position measuring apparatus according to the present invention, in the same way as the position measuring method described above, even when the measurement mark needs to be adjusted out of the effective measurement range at the time of the previous position measurement, The measurement mark can be kept within the effective measurement range without re-moving, and the throughput can be improved.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図1に本発明に係る位置測定方法を用いた位置測定装置10およびステージ移動装置90を備えた露光装置80を示している。まず、図1を参照して露光装置80の構成の概要について説明する。露光装置80は、半導体製造におけるフォトリソグラフィ工程で用いられ、フォトマスク(レチクル)上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウェハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。このような露光装置80は、露光光源81と、照明光学系82と、フォトマスク83を支持するマスク支持台84と、投影光学系85と、ウェハWを載置するステージ86とから構成される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exposure apparatus 80 including a position measuring apparatus 10 and a stage moving apparatus 90 using the position measuring method according to the present invention. First, the outline of the configuration of the exposure apparatus 80 will be described with reference to FIG. The exposure apparatus 80 is used in a photolithography process in semiconductor manufacturing, and optically projects a device pattern precisely drawn on a photomask (reticle) onto a semiconductor wafer or glass substrate coated with a photoresist. And transcribe. Such an exposure apparatus 80 includes an exposure light source 81, an illumination optical system 82, a mask support base 84 that supports a photomask 83, a projection optical system 85, and a stage 86 on which a wafer W is placed. .

上記露光装置80においては、露光光源81から出力される露光光が照明光学系82に入力され、照明光学系82を通ってマスク支持台84に支持されたフォトマスク83の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク83を通過した光は、フォトマスク83に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系85を介してチャック87に吸着された状態でステージ86に載置されるウェハWの所定位置に照射される。このとき、投影光学系85により、1つのショット領域SA(図3参照)にフォトマスク83のデバイスパターンの像がウェハWの上に縮小されて結像露光される。これをウェハ全体について走査し、ショット領域SA,SA,…ごとの半導体パターンの形成が行われる。   In the exposure apparatus 80, exposure light output from the exposure light source 81 is input to the illumination optical system 82, and is irradiated onto the entire surface of the photomask 83 supported by the mask support base 84 through the illumination optical system 82. The light thus irradiated and passed through the photomask 83 has an image of a device pattern drawn on the photomask 83, and this light is absorbed by the chuck 87 via the projection optical system 85. A predetermined position of the wafer W placed on the stage 86 is irradiated. At this time, the image of the device pattern of the photomask 83 is reduced on the wafer W and imaged and exposed in one shot area SA (see FIG. 3) by the projection optical system 85. This is scanned over the entire wafer, and semiconductor patterns are formed for each of the shot areas SA, SA,.

ステージ86は、投影光学系85の光軸に垂直な面内でウェハWを2次元的に位置決めするXYステージ、投影光学系85の光軸に平行な方向にウェハWを位置決めするZステージ、ウェハWを微小回転させるステージ、Z軸に対する角度を変化させてXY平面に対するウェハWの傾きを調整するステージ等より構成されており、各ステージを駆動させることでXYZ方向の移動およびXY平面内の回転およびZ軸周りのチルトをそれぞれ調整することができる。   The stage 86 includes an XY stage that two-dimensionally positions the wafer W in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 85, a Z stage that positions the wafer W in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system 85, and the wafer. It consists of a stage that rotates W slightly, a stage that changes the angle with respect to the Z axis and adjusts the inclination of the wafer W with respect to the XY plane, and moves in the XYZ directions and rotates in the XY plane by driving each stage. And the tilt around the Z axis can be adjusted.

そして、ステージ86の上面の一端にはL字状の移動鏡15が取り付けられ、移動鏡15の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計16が配置されている。移動鏡15はZ軸に垂直な反射面を有する平面鏡および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。レーザ干渉計16はX軸に沿って移動鏡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、およびY軸に沿って移動鏡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個のレーザ干渉計およびY軸用の1個のレーザ干渉計によりステージ86のX座標およびY座標が計測され、X軸用の2個のレーザ干渉計の計測値の差によりXY平面における回転角が計測される。   An L-shaped movable mirror 15 is attached to one end of the upper surface of the stage 86, and the laser interferometer 16 is disposed at a position facing the mirror surface of the movable mirror 15. The movable mirror 15 includes a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the Z axis and a plane mirror having a reflecting surface perpendicular to the Y axis. The laser interferometer 16 includes two X-axis laser interferometers that irradiate the moving mirror with a laser beam along the X-axis, and a Y-axis laser interferometer that irradiates the movable mirror with a laser beam along the Y-axis. The X and Y coordinates of the stage 86 are measured by one laser interferometer for the X axis and one laser interferometer for the Y axis, and measurement of two laser interferometers for the X axis The rotation angle in the XY plane is measured by the difference in values.

このように、ステージ86のX座標およびY座標は、レーザ干渉計16によって常時検出されており、ステージ86の座標系(X,Y)が定められる。即ち、レーザ干渉計16により計測されるステージ86の座標値が、ステージ座標系における座標値となる。レーザ干渉計16により計測されたX座標、Y座標(および回転角)を示すステージ位置計測信号は主制御部6に出力される。主制御部6は、出力されたステージ位置計測信号をモニタしつつステージ86を構成する上記各ステージを駆動させるためのモータ等からなるステージ駆動機構7に駆動制御信号を出力する。また、ステージ86上に載置されるウェハWに対し、Z軸方向に沿ったウェハWの表面の位置を検出する斜入射方式によるオートフォーカス装置(図示せず)が設けられており、ウェハのZ方向の位置ずれ量を示す検出信号が主制御部6に出力されるようになっている。以上のステージ86、主制御部6、ステージ駆動機構7、レーザ干渉計16からステージ移動装置90が構成される。   As described above, the X coordinate and Y coordinate of the stage 86 are always detected by the laser interferometer 16, and the coordinate system (X, Y) of the stage 86 is determined. That is, the coordinate value of the stage 86 measured by the laser interferometer 16 becomes the coordinate value in the stage coordinate system. A stage position measurement signal indicating the X coordinate and Y coordinate (and rotation angle) measured by the laser interferometer 16 is output to the main controller 6. The main control unit 6 outputs a drive control signal to a stage drive mechanism 7 composed of a motor or the like for driving each of the stages constituting the stage 86 while monitoring the output stage position measurement signal. In addition, an autofocus device (not shown) based on an oblique incidence method for detecting the position of the surface of the wafer W along the Z-axis direction is provided for the wafer W placed on the stage 86, A detection signal indicating the amount of displacement in the Z direction is output to the main control unit 6. The stage 86, the main controller 6, the stage drive mechanism 7 and the laser interferometer 16 constitute a stage moving device 90.

フォトリソグラフィ工程においてはウェハW上に形成される領域における下層パターンと、フォトマスク83の露光により積層される上層パターンとの位置関係が正確である必要がある。このため、ウェハW上には、図3に示すように、パターン重ね合わせの位置ずれを測定検出するための測定マークとして、矩形状の重ね合わせマークSMが複数箇所に設けられている。図4に示すように、ウェハW上に形成される重ね合わせマークSMは、露光前においてウェハの下層パターンに設けられる矩形枠状の下地マークSMaと、露光時に下地マークSMaの枠内方に形成されるレジストマークSMbとからなる。このような重ね合わせマークSMは、ウェハW上においてショット領域SA,SA,…の外部領域に設けられており、本実施例ではショット領域SA,SA,…間に縦横方向に延びるスクライブラインSL上に設けられている。このような重ね合わせマークSMに対し、下地マークSMaとレジストマークSMbとの距離間隔dを測定することにより、重ね合わせの位置ずれ量を検出することができるようになっている。   In the photolithography process, the positional relationship between the lower layer pattern in the region formed on the wafer W and the upper layer pattern stacked by exposure of the photomask 83 needs to be accurate. For this reason, as shown in FIG. 3, rectangular overlay marks SM are provided on the wafer W at a plurality of locations as measurement marks for measuring and detecting pattern misalignment. As shown in FIG. 4, the overlay mark SM formed on the wafer W is formed inside the frame of the rectangular frame-shaped ground mark SMa provided in the lower layer pattern of the wafer before exposure and the ground mark SMa at the time of exposure. The registration mark SMb. Such an overlay mark SM is provided on the wafer W in an external area of the shot areas SA, SA,... In this embodiment, on the scribe line SL extending in the vertical and horizontal directions between the shot areas SA, SA,. Is provided. By measuring the distance d between the base mark SMa and the registration mark SMb with respect to such an overlay mark SM, it is possible to detect the amount of overlay displacement.

さらに、測定マークとして露光時においてウェハの位置決めを正確に行うための測定に用いられるアライメントマークAM(AMX,AMY)がウェハW上に形成されている。このアライメントマークAMは図3,4に示すように、複数のライン部L,L,…の端部を揃えて等間隔を置いて整列したラインアンドスペースパターンで形成されており、重ね合わせマークSMと同様にスクライブラインSL上に設けられている。なお、X方向に延びるスクライブラインSLX上には、図4(b)に示すようにライン部L,L,…の整列方向をX方向としたアライメントマークAMXが、Y方向に延びるスクライブラインSLY上には、図4(c)に示すようにライン部L,L,…の整列方向をY方向としたアライメントマークAMYが設けられている。   Furthermore, alignment marks AM (AMX, AMY) used for measurement for accurately positioning the wafer during exposure are formed on the wafer W as measurement marks. As shown in FIGS. 3 and 4, the alignment mark AM is formed by a line and space pattern in which the ends of the plurality of line portions L, L,... Are aligned at equal intervals. Similarly to the above, it is provided on the scribe line SL. On the scribe line SLX extending in the X direction, as shown in FIG. 4B, the alignment mark AMX with the alignment direction of the line portions L, L,. As shown in FIG. 4C, an alignment mark AMY is provided with the alignment direction of the line portions L, L,.

本実施例の露光装置80には、重ね合わせマークSMの位置を光学的に検出する位置測定装置10が備えられている。この位置測定装置10は、ウェハWを載置するステージ86と、ステージ86上に載置されたウェハW上に形成される重ね合わせマークSMに照明光を照射する光源1と、光源1からの照明光をウェハWに導いてウェハWに対して垂直に照射する照明光学系2と、照明光学系2からの反射光(回折光を含む)を結像面41,46に結像する結像光学系3と、この結像面41,46に受光した反射光を電気信号に変換して出力する光電変換素子としてのCCD40,45と、CCD40,45からの信号に対して処理を施して重ね合わせマークSMに位置を検出する信号処理部5とから構成されている。このような位置測定装置10は、FIA(Field Image Alignment)方式の位置測定装置として構成され、露光装置80の投影光学系85を介することなく直接ウェハW上のマーク位置を計測するオフアクシス方式として構成されている。   The exposure apparatus 80 of this embodiment is provided with a position measuring apparatus 10 that optically detects the position of the overlay mark SM. The position measuring apparatus 10 includes a stage 86 on which the wafer W is placed, a light source 1 that irradiates illumination light onto the overlay mark SM formed on the wafer W placed on the stage 86, An illumination optical system 2 that guides the illumination light to the wafer W and irradiates the wafer W perpendicularly, and an image that forms reflected images (including diffracted light) from the illumination optical system 2 on the imaging surfaces 41 and 46. The optical system 3, CCDs 40 and 45 as photoelectric conversion elements that convert the reflected light received by the imaging surfaces 41 and 46 into electrical signals and output them, and the signals from the CCDs 40 and 45 are processed and overlapped The signal processing unit 5 detects the position of the alignment mark SM. Such a position measuring apparatus 10 is configured as an FIA (Field Image Alignment) type position measuring apparatus, and is an off-axis type that directly measures the mark position on the wafer W without using the projection optical system 85 of the exposure apparatus 80. It is configured.

光源1は、例えばハロゲンランプ等からなり、ウェハW上に塗布されたフォトリソグラフィ工程用のレジスト等の感光剤を感光しない530〜800nmの広い波長域を含む光を射出する。   The light source 1 includes, for example, a halogen lamp, and emits light including a wide wavelength range of 530 to 800 nm that does not sensitize a photosensitizer such as a resist for photolithography process applied on the wafer W.

光源1からの照射光は、コレクタレンズ21で平行光束に変換される。コレクタレンズ21により平行光束とされた照射光は、赤外線吸収フィルタ、短波長カットフィルタ、長波長カットフィルタ等からなる波長選択フィルタ22a、および光路に対して進退可能な減光フィルタ22bからなるフィルタ群22を通過し、測定光として必要とされる波長域および強度の選択がなされる。また、コンデンサレンズ23の結像位置にはライトガイド24の入射端24aが位置決めされており、フィルタ群22を通過してコンデンサレンズ23によって集光された照明光が入射端24aからライトガイド24内に入射する。ライトガイド24に入射した光束はライトガイド24内を伝播して射出端24bから射出される。このように、光源3からライトガイド24の入射端24aに至るまでを光源1に一体の光源部11として構成している。   Irradiation light from the light source 1 is converted into a parallel light beam by the collector lens 21. Irradiated light converted into a parallel light beam by the collector lens 21 is a filter group including a wavelength selection filter 22a including an infrared absorption filter, a short wavelength cut filter, a long wavelength cut filter, and the like, and a neutral density filter 22b capable of moving back and forth with respect to the optical path. The wavelength range and intensity required for the measurement light are selected. In addition, the incident end 24a of the light guide 24 is positioned at the imaging position of the condenser lens 23, and the illumination light that passes through the filter group 22 and is collected by the condenser lens 23 enters the light guide 24 from the incident end 24a. Is incident on. The light beam incident on the light guide 24 propagates through the light guide 24 and exits from the exit end 24b. As described above, the light source 3 is integrated with the light source 1 from the light source 3 to the incident end 24 a of the light guide 24.

ライトガイド24の射出端24bはセンサ部12に設けられており、ライトガイド24の射出端24bから射出された照射光は、照明開口絞り(図示せず)を介して制限されてコンデンサレンズ25に入射する。コンデンサレンズ25を介した照射光は、照明視野絞り(図示せず)の近傍に一旦集光され、照明視野絞りを介して照明リレーレンズ26を介して平行光束となった照明光はハーフプリズム27を通過し、対物レンズ28に入射する。対物レンズ28で集光された照明光は、反射プリズム29の反射面で下方に反射され、ウェハWに形成された重ね合わせマークSMを落射照明する。以上、コレクタレンズ21〜反射プリズム29により照明光学系2が構成される。   An exit end 24b of the light guide 24 is provided in the sensor unit 12. Irradiation light emitted from the exit end 24b of the light guide 24 is limited via an illumination aperture stop (not shown) and is applied to the condenser lens 25. Incident. The illumination light that has passed through the condenser lens 25 is once condensed in the vicinity of an illumination field stop (not shown), and the illumination light that has become a parallel light flux through the illumination relay lens 26 via the illumination field stop is half prism 27. , And enters the objective lens 28. The illumination light collected by the objective lens 28 is reflected downward by the reflecting surface of the reflecting prism 29 and illuminates the overlay mark SM formed on the wafer W by epi-illumination. As described above, the illumination optical system 2 is configured by the collector lens 21 to the reflecting prism 29.

光源1からの照射光の照射により得られる重ね合わせマークSMからの反射光は、反射プリズム29および対物レンズ28を介して、ハーフプリズム27に入射する。ハーフプリズム27において反射光は図示上方に反射され、さらに第2対物レンズ31、リレーレンズ33を介して反射鏡34で反射され、リレーレンズ35を介してXY分岐ハーフプリズム36に入射する。XY分岐ハーフプリズム36を透過した光はX方向用CCD40の撮像面41に入射し、XY分岐ハーフプリズム36を反射した光はY方向用CCD45の撮像面46に入射する。このように、重ね合わせマークSMの位置と、撮像面41,46の位置とが共役な位置関係に設定されている。以上説明した、反射プリズム29、対物レンズ28、ハーフプリズム27、第2対物レンズ31、リレーレンズ33,35、およびXY分岐ハーフプリズム36により、重ね合わせマークSMからの反射光を結像する結像光学系3が構成され、結像光学系3は図5,6に略示する検出視野3aを形成し、この検出視野3a内において検出視野中心Cを中心とする所定の範囲に重ね合わせマークSMを用いた位置ずれ検出を有効に行うことができる測定有効範囲ERを形成する。   The reflected light from the overlay mark SM obtained by the irradiation light from the light source 1 enters the half prism 27 via the reflecting prism 29 and the objective lens 28. Reflected light in the half prism 27 is reflected upward in the drawing, is further reflected by the reflecting mirror 34 via the second objective lens 31 and the relay lens 33, and enters the XY branch half prism 36 via the relay lens 35. The light transmitted through the XY branch half prism 36 enters the imaging surface 41 of the X direction CCD 40, and the light reflected from the XY branch half prism 36 enters the imaging surface 46 of the Y direction CCD 45. Thus, the position of the overlay mark SM and the positions of the imaging surfaces 41 and 46 are set in a conjugate positional relationship. Image formation that forms an image of the reflected light from the overlay mark SM by the reflection prism 29, the objective lens 28, the half prism 27, the second objective lens 31, the relay lenses 33 and 35, and the XY branch half prism 36 described above. An optical system 3 is configured, and the imaging optical system 3 forms a detection visual field 3a schematically shown in FIGS. 5 and 6, and an overlay mark SM is set within a predetermined range centering on the detection visual field center C in the detection visual field 3a. The measurement effective range ER that can effectively perform the position shift detection using is formed.

結像光学系3により重ね合わせマークSMからの反射光を結像面41,46に受光したCCD40,45は、結像面41,46に結像した重ね合わせマークSMの像を光電変換して画像信号を生成し、この画像信号を信号処理部5に出力する。信号処理部5は、CCD40,45から出力される画像信号に対して画像処理を施し、例えば重ね合わせマークSMの像の中心を求めることで、重ね合わせマークSMの位置情報を算出する。信号処理部5において算出されたマーク位置情報は主制御部6へ出力される。   The CCDs 40 and 45 that receive the reflected light from the overlay mark SM on the imaging surfaces 41 and 46 by the imaging optical system 3 photoelectrically convert the image of the overlay mark SM imaged on the imaging surfaces 41 and 46. An image signal is generated, and this image signal is output to the signal processing unit 5. The signal processing unit 5 performs image processing on the image signals output from the CCDs 40 and 45, and calculates the position information of the overlay mark SM by, for example, obtaining the center of the image of the overlay mark SM. The mark position information calculated in the signal processing unit 5 is output to the main control unit 6.

通常、半導体デバイスの製造工程においては、同一処理を施す所定複数枚のウェハWを1組の処理単位(以下、単に「ロット」とも称する)として扱い、ウェハWの処理が順次行われる。例えば、露光装置を用いて行われるフォトリソグラフィ工程においては、ステージ86にロットを構成する複数枚のウェハWを1枚ずつステージ86に載置し、載置されるウェハWの全てのショット領域SAに露光による転写の後、重ね合わせマークSMを用いて重ね合わせ位置ずれ測定を行い、次のウェハWをステージ86に載せ換え、前回載置されていたウェハWと同様の処理を行うようにしている。以下、このようなロットを構成する複数のウェハWに対して本発明に係る位置測定方法により重ね合わせマークSMを用いた位置ずれの測定検出について図7のフローチャートを参照して説明する。   Normally, in a semiconductor device manufacturing process, a plurality of predetermined wafers W subjected to the same processing are handled as a set of processing units (hereinafter also simply referred to as “lots”), and the processing of the wafers W is sequentially performed. For example, in a photolithography process performed using an exposure apparatus, a plurality of wafers W constituting a lot are placed on the stage 86 one by one on the stage 86, and all shot areas SA of the placed wafers W are placed. After the transfer by exposure, the overlay position SM is measured using the overlay mark SM, the next wafer W is transferred to the stage 86, and the same process as the previously placed wafer W is performed. Yes. Hereinafter, the measurement and detection of misalignment using the overlay mark SM by the position measurement method according to the present invention for a plurality of wafers W constituting such a lot will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ロットを構成するウェハWのうち1枚目のウェハWをステージ86上に載置する(ステップS1)。ウェハWは、オリエンテーションフラットOFを用いた機械的な位置合わせにより、ステージ86に対して正確に載置されている。このとき、ステージ86に設定される基準点Fの座標を(0,0)とする。そして、この1枚目のウェハWに形成された複数の重ね合わせマークSM,SM,…のうち、計測対象となる重ね合わせマークSM1を結像光学系3の測定有効範囲ER内に収めるようにステージを移動させる(ステップS2)。このステージ移動においては、各重ね合わせマークSM,SM,…の位置情報が予め主制御部6に記憶されており、ステージ86の基準点Fを現在位置(0,0)から計測対象の重ね合わせマークSM1の位置情報に基づいて得られる目標座標(X1,Y1)まで移動させることで、計測対象の重ね合わせマークSM1が位置測定装置10の測定有効範囲ER内に収まるようになっている。すなわち、主制御部6が、レーザ干渉計16から出力されるステージ位置計測信号をモニタしつつステージ駆動機構7の駆動制御信号を出力し、ステージ86をX方向にX1、Y方向にY1だけ移動させる(図5参照)。   First, the first wafer W among the wafers W constituting the lot is placed on the stage 86 (step S1). The wafer W is accurately placed on the stage 86 by mechanical alignment using the orientation flat OF. At this time, the coordinates of the reference point F set on the stage 86 are (0, 0). Then, among the plurality of overlay marks SM, SM,... Formed on the first wafer W, the overlay mark SM1 to be measured is within the measurement effective range ER of the imaging optical system 3. The stage is moved (step S2). In this stage movement, position information of each overlay mark SM, SM,... Is stored in the main control unit 6 in advance, and the reference point F of the stage 86 is overlapped with the measurement target from the current position (0, 0). By moving to the target coordinates (X1, Y1) obtained based on the position information of the mark SM1, the overlay mark SM1 to be measured is within the effective measurement range ER of the position measuring device 10. That is, the main control unit 6 outputs a drive control signal for the stage drive mechanism 7 while monitoring the stage position measurement signal output from the laser interferometer 16, and moves the stage 86 by X1 in the X direction and Y1 in the Y direction. (See FIG. 5).

ステージ86の移動後に、結像光学系3の検出視野3a内にある重ね合わせマークSM1の中心位置を測定し(ステップS3)、信号処理部5から出力される画像信号に基づいて主制御部6により、マーク中心と、測定有効範囲ERの中心となる検出視野中心Cとの距離が計算され(ステップS4)、この距離が主制御部6に記憶される(ステップS5)。ここで、目標座標(X1,Y1)は、重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内に収まるように設計座標に基づいて得られるものであるが、エッチング工程等の半導体デバイス製造過程を経ることでウェハWの全体に歪みが生じ、予め記憶させた重ね合わせマークSM1の位置情報と現実の位置とに誤差が生じる。このため、マーク中心と検出視野中心Cとには、図6で示すように距離間隔が生じることがある。なお、ステップS5において記憶されるマーク中心と検出視野中心Cとの距離として、X方光成分とY方光成分とに分けてそれぞれの方向の距離ΔX1,ΔY1を得ている。   After the movement of the stage 86, the center position of the overlay mark SM1 in the detection visual field 3a of the imaging optical system 3 is measured (step S3), and the main control unit 6 is based on the image signal output from the signal processing unit 5. Thus, the distance between the mark center and the detection visual field center C that is the center of the effective measurement range ER is calculated (step S4), and this distance is stored in the main controller 6 (step S5). Here, the target coordinates (X1, Y1) are obtained based on the design coordinates so that the overlay mark SM1 falls within the measurement effective range ER. However, the target coordinates (X1, Y1) are obtained through a semiconductor device manufacturing process such as an etching process. The entire wafer W is distorted, and an error occurs between the position information of the overlay mark SM1 stored in advance and the actual position. Therefore, there may be a distance between the mark center and the detection visual field center C as shown in FIG. Note that the distances ΔX1, ΔY1 in the respective directions are obtained as the distance between the mark center and the detection visual field center C stored in step S5 by dividing the X-direction light component and the Y-direction light component.

次いで、ステップS4で計算されたマーク中心と検出視野中心Cとの距離に基づき、重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内に収まっているか外れているかの判定が行われる(ステップS6)。判定により、重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内にあると判定されるときには、重ね合わせマークSM1を用いた位置ずれ検出が行われる(ステップS8)。   Next, based on the distance between the mark center calculated in step S4 and the detection visual field center C, it is determined whether the overlay mark SM1 is within the measurement effective range ER or not (step S6). When it is determined by the determination that the overlay mark SM1 is within the effective measurement range ER, the positional deviation is detected using the overlay mark SM1 (step S8).

また、マーク中心と検出視野中心Cとが図6に示すような位置関係にあり、ステップS6において重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ERを外れていると判定された場合、ステージ86を、ステップS4で算出されたX方向の距離ΔX1だけX方向に移動させ、Y方向の距離ΔY1だけY方向に移動させる(ステップS7)。つまり、ステージ86の基準点Fの座標が(X1+ΔX1,Y1+ΔY1)となるように、主制御部6によりレーザ干渉計16からの出力信号がモニタされつつステージ駆動機構7に駆動制御信号が出力される。このステージ86の移動により、1回目のステージ移動後において測定有効範囲ERを外れていた重ね合わせマークSM1を測定有効範囲ER内に収めることができる。重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内に収められると、上記同様重ね合わせマークSM1を用いた位置ずれ検出が行われる(ステップS8)。   If the mark center and the detection visual field center C are in the positional relationship as shown in FIG. 6 and it is determined in step S6 that the overlay mark SM1 is outside the measurement effective range ER, the stage 86 is moved to step S4. Is moved in the X direction by a distance ΔX1 in the X direction calculated in step S1, and is moved in the Y direction by a distance ΔY1 in the Y direction (step S7). That is, the drive control signal is output to the stage drive mechanism 7 while the output signal from the laser interferometer 16 is monitored by the main control unit 6 so that the coordinates of the reference point F of the stage 86 are (X1 + ΔX1, Y1 + ΔY1). . By this movement of the stage 86, the overlay mark SM1 that was outside the measurement effective range ER after the first stage movement can be accommodated in the measurement effective range ER. When the overlay mark SM1 is within the measurement effective range ER, the misalignment is detected using the overlay mark SM1 (step S8).

そして、ステージ86に載置されているウェハWにおいて、測定対象である全ての重ね合わせマークSM1,SM2,…に対して測定を行ったか否かが判定され(ステップS9)、まだ終了していないと判定されたときには、ステップS2に戻り次の重ね合わせマークSM2を用いた位置ずれ検出が行われる。この重ね合わせマークSM2についても、上記と同様に、重ね合わせマークSM2を測定有効範囲ER内に収めるための目標座標(X2,Y2)が予め記憶されており、基準点Fがこの目標座標をとるようにステージ駆動機構7を駆動させてステージ86を移動させるようになっている。また、ステージ移動後に重ね合わせマークSM2の中心と測定視野中心Cとの距離が算出され、この距離が主制御部6に記憶される。このように、主制御部6には、重ね合わせマークSM1,SM2,…のそれぞれの位置情報が記憶されるとともに、この位置情報に基づくステージ移動後におけるマーク中心と検出視野中心Cとの距離が各重ね合わせマークSM1,SM2,…に対応して記憶されるようになっている。   Then, on the wafer W placed on the stage 86, it is determined whether or not all the overlay marks SM1, SM2,. If it is determined, the process returns to step S2 to detect misalignment using the next overlay mark SM2. As for the overlay mark SM2, as described above, target coordinates (X2, Y2) for storing the overlay mark SM2 within the effective measurement range ER are stored in advance, and the reference point F takes this target coordinate. In this manner, the stage driving mechanism 7 is driven to move the stage 86. Further, the distance between the center of the overlay mark SM2 and the measurement visual field center C is calculated after moving the stage, and this distance is stored in the main controller 6. As described above, the main controller 6 stores the position information of each of the overlay marks SM1, SM2,..., And the distance between the mark center and the detection visual field center C after the stage movement based on the position information. It is stored in correspondence with each overlay mark SM1, SM2,.

ステップS9においてステージ86に載置されるウェハWに対する処理が全て終了したと判定されると、ロットを構成する2枚目のウェハWが1枚目のウェハWに換えてステージ86上に載置され(ステップS1)、2枚目のウェハWに対して同様の処理が行われる(ステップS2〜S9)。   If it is determined in step S9 that all the processes for the wafer W placed on the stage 86 have been completed, the second wafer W constituting the lot is placed on the stage 86 instead of the first wafer W. (Step S1), the same processing is performed on the second wafer W (Steps S2 to S9).

上述したように、ロットを構成するウェハWはそれぞれ同一箇所に測定マークが設けられており、1枚目のウェハWと同様に、重ね合わせマークSM1を結像光学系3の測定有効範囲ER内に収めるべくステージ86の移動がなされる(ステップS2)。このとき、重ね合わせマークSM1を測定有効範囲ER内に収めるため、ステージ86の基準点Fの目標座標として、予め記憶される目標座標(X1,Y1)に1枚目のウェハの位置測定においてステップS4で算出された検出視野中心とマーク中心との距離を加算して得られる新たな目標座標(X1+ΔX1,Y1+ΔY1)が用いられる。つまり、主制御部6がレーザ干渉計16から出力されるステージ位置計測信号をモニタしつつステージ駆動機構7の駆動制御信号を出力し、ステージ86の基準点Fの座標が(X1+ΔX1,Y1+ΔY1)となるように、ステージ86をX方向にX1+ΔX1、Y方向にY1+ΔY1だけ移動させる。   As described above, each of the wafers W constituting the lot is provided with a measurement mark at the same location. Like the first wafer W, the overlay mark SM1 is placed within the measurement effective range ER of the imaging optical system 3. The stage 86 is moved so as to be within the range (step S2). At this time, in order to keep the overlay mark SM1 within the measurement effective range ER, a step is performed in the position measurement of the first wafer at the target coordinates (X1, Y1) stored in advance as the target coordinates of the reference point F of the stage 86. New target coordinates (X1 + ΔX1, Y1 + ΔY1) obtained by adding the distance between the detection visual field center and the mark center calculated in S4 are used. That is, the main control unit 6 outputs the drive control signal of the stage drive mechanism 7 while monitoring the stage position measurement signal output from the laser interferometer 16, and the coordinates of the reference point F of the stage 86 are (X1 + ΔX1, Y1 + ΔY1). Thus, the stage 86 is moved by X1 + ΔX1 in the X direction and by Y1 + ΔY1 in the Y direction.

次いで、上記1枚目のウェハWと同様に、重ね合わせマークSM1の中心位置を測定し(ステップS3)、マーク中心と検出視野中心Cとの距離を計算し(ステップS4)、この距離を主制御部6に記憶させる(ステップS5)。さらに、ステップS4で計算された距離に基づいて、重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内に収まっているか外れているかの判定が行われる(ステップS6)。この判定により、重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内にあるとされるときには、重ね合わせマークSM1を用いた位置ずれ検出が行われる(ステップS8)。重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ERを外れているとされるときには、ステップS5で算出された距離に基づき、主制御部6によるステージ駆動機構7の駆動制御が行われ、ステージ86の移動がなされる(ステップS7)。このステップS7によるステージ再移動後においては重ね合わせマークSM1が測定有効範囲ER内にあるとし、重ね合わせマークSM1を用いた位置ずれ検出が行われる(ステップS8)。なお、1枚目のウェハWについて予め記憶させた位置情報に基づいて得られる目標座標にステージ86を移動させても重ね合わせマークSMが測定有効範囲ER内に収まらないことがあるのは、上述したように半導体デバイスの製造過程で生じるウェハWの全体の歪を原因としている。本実施例のように、ロットを構成するウェハWにおいては、同一の処理装置を用いて同一の処理工程を順次行うようになっているため、このような歪がそれぞれのウェハに同様にして生じる。このため、1枚目のウェハWに形成される重ね合わせマークSM1を測定有効範囲ER内に収めるために調整した誤差を加算して新たな目標座標を算出し、ステージ86の基準点Fがこの新たな目標座標をとるようにステージを移動させることで、2枚目のウェハWに形成される重ね合わせマークSM1を測定有効範囲ER内に収めることができるようになる。   Next, as in the case of the first wafer W, the center position of the overlay mark SM1 is measured (step S3), the distance between the mark center and the detection visual field center C is calculated (step S4), and this distance is mainly used. The information is stored in the control unit 6 (step S5). Further, based on the distance calculated in step S4, it is determined whether the overlay mark SM1 is within the measurement effective range ER or not (step S6). If it is determined by this determination that the overlay mark SM1 is within the effective measurement range ER, the misalignment detection using the overlay mark SM1 is performed (step S8). When it is determined that the overlay mark SM1 is outside the effective measurement range ER, the drive control of the stage drive mechanism 7 is performed by the main control unit 6 based on the distance calculated in step S5, and the stage 86 is moved. (Step S7). After the stage is re-moved in step S7, it is assumed that the overlay mark SM1 is within the effective measurement range ER, and the positional deviation detection using the overlay mark SM1 is performed (step S8). Note that the overlay mark SM may not be within the measurement effective range ER even if the stage 86 is moved to the target coordinates obtained based on the position information stored in advance for the first wafer W. As described above, this is caused by the overall distortion of the wafer W generated in the manufacturing process of the semiconductor device. As in this embodiment, in the wafers W constituting the lot, since the same processing steps are sequentially performed using the same processing apparatus, such a distortion is similarly generated in each wafer. . For this reason, a new target coordinate is calculated by adding an error adjusted so that the overlay mark SM1 formed on the first wafer W falls within the effective measurement range ER, and the reference point F of the stage 86 becomes the reference point F. By moving the stage so as to take new target coordinates, the overlay mark SM1 formed on the second wafer W can be accommodated within the effective measurement range ER.

2枚目のウェハWに対しても位置ずれ測定検出が全て終了すると、ステップS10における判定から3枚目のウェハがステージ86上に載置され(ステップS1)、以下同様にしてステップS2〜S9に示す処理が行われる。このように、ステップS10に示すように、ロットを構成する全てのウェハの処理が終了するまで、ウェハの処理が1枚ずつ順次行われる。   When all the positional deviation measurement detection is completed for the second wafer W, the third wafer is placed on the stage 86 from the determination in step S10 (step S1), and thereafter, in the same manner, steps S2 to S9. The process shown in FIG. As described above, as shown in step S10, the wafers are sequentially processed one by one until the processing of all the wafers constituting the lot is completed.

なお、3枚目のウェハにおいてステップS2で用いられる目標座標は、予め記憶される目標座標に、1枚目のウェハの位置測定において算出されたマーク中心と検出視野中心との距離、および2枚目のウェハの位置測定において算出されたマーク中心と検出視野中心との距離を加算して得ている。このように、順次ウェハを載せ換えて処理を行っていく上で、(n枚目のウェハにおいて)ステップS2で用いる目標座標は、予め記憶させた目標座標に、それまでのウェハ(1〜n−1枚目までのウェハ)の位置測定でそれぞれ算出された検出視野中心とマーク中心との距離を加算したものとしている。   The target coordinates used in step S2 for the third wafer are the target coordinates stored in advance, the distance between the mark center calculated in the position measurement of the first wafer and the center of the detection visual field, and two It is obtained by adding the distance between the mark center and the detection field center calculated in the position measurement of the eye wafer. As described above, when processing is performed by sequentially replacing the wafers, the target coordinates used in step S2 (in the n-th wafer) are changed to the previously stored target coordinates (1 to n). It is assumed that the distance between the center of the detection field and the center of the mark calculated in the position measurement of the (first wafer) is added.

このように、本発明に係る位置測定方法によれば、ロットを構成するウェハのように、同位置に測定マークが形成されて同様の処理工程を順次行うようになっている複数のウェハに対し、予め記憶させた情報に基づく目標座標にステージを移動させたときに測定マークの中心から検出視野中心までの距離を記憶し、予め記憶させた情報に基づく目標座標にこの距離を加算して新たな目標座標を導出し、次のウェハを載置したステージの移動時に前回のウェハの位置測定で導出した新たな目標座標に移動させるようになっている。このため、前回の位置測定時において測定マークが測定有効範囲を外れて調整する必要があっても、次のウェハの位置測定時には、測定マークが測定有効範囲を外れる可能性を減少させることができ、再移動の必要がなくなる。これにより、位置測定に要する時間を大幅に省略することができ、露光装置としてのスループットを向上させることができる。同様に、本発明の位置測定装置によれば、位置測定に要する時間を大幅に省略することができ、スループットを向上させることができる。   As described above, according to the position measuring method according to the present invention, a plurality of wafers in which measurement marks are formed at the same position and the same processing steps are sequentially performed like wafers constituting a lot. When the stage is moved to the target coordinates based on the information stored in advance, the distance from the center of the measurement mark to the center of the detection visual field is stored, and this distance is added to the target coordinates based on the information stored in advance. The target coordinates are derived, and when the stage on which the next wafer is placed is moved, the target coordinates are moved to the new target coordinates derived by the previous wafer position measurement. Therefore, even if the measurement mark needs to be adjusted outside the effective measurement range at the previous position measurement, the possibility of the measurement mark falling outside the effective measurement range at the next wafer position measurement can be reduced. , No need to move again. Thereby, the time required for position measurement can be largely omitted, and the throughput of the exposure apparatus can be improved. Similarly, according to the position measuring apparatus of the present invention, the time required for position measurement can be largely omitted, and the throughput can be improved.

さらに、本実施例においては、2枚目以降においてもステップS5の処理において、既に誤差が加味された目標座標に対し、更に誤差を加味して目標座標を更新するようにしている。このため、枚数を重ねるに連れて誤差の平均化を図ることができ、処理枚数が増えるに連れて測定マークが測定有効範囲を外れる可能性を減少させることができる。   Further, in the present embodiment, even in the second and subsequent sheets, in the process of step S5, the target coordinates are updated by adding further errors to the target coordinates already including the errors. For this reason, the error can be averaged as the number of sheets is increased, and the possibility that the measurement mark is out of the effective measurement range can be reduced as the number of processed sheets increases.

また、上記実施例においては位置測定装置をFIA方式として構成したが、必ずしもこれに限られず、LSA(Laser Step Alignment)方式、LIA(Laser
Interferometric Alignment)方式として構成しても同様に実施可能であり、同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the position measuring apparatus is configured as the FIA system. However, the position measuring apparatus is not necessarily limited to this, but is not limited to this.
Even if it is configured as an (Interferometric Alignment) method, it can be implemented in the same manner, and the same effect can be obtained.

また、本実施例の図7を参照した説明においては、位置計測に用いる計測マークとして重ね合わせマークSMを例示して説明を行ったが、必ずしもこのような形態のマークに限られず、例えば図3,4(b),(c)にも示したようなラインアンドスペースパターンで形成されるアライメントマークAMを用いた位置測定においても同様に実施可能であり、同様の効果を得る個とができる。   Further, in the description with reference to FIG. 7 of the present embodiment, the overlay mark SM has been described as an example of the measurement mark used for position measurement. However, the mark is not necessarily limited to such a form. , 4 (b), (c), the position measurement using the alignment mark AM formed with the line and space pattern can be similarly performed, and the same effect can be obtained.

本発明に係る位置測定方法を用いる露光装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the exposure apparatus using the position measuring method which concerns on this invention. 上記露光装置に備えられる位置測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the position measuring apparatus with which the said exposure apparatus is equipped. ウェハを示す平面図である。It is a top view which shows a wafer. 測定マークを示す平面図であり、(a)が重ね合わせマーク、(b)がX方向マーク、(c)がY方向マークをそれぞれ示す平面図である。It is a top view which shows a measurement mark, (a) is an overlay mark, (b) is an X direction mark, (c) is a top view which respectively shows a Y direction mark. ステージ移動を模式的に示す図である。It is a figure which shows a stage movement typically. 検出視野と測定有効範囲について示す図である。It is a figure shown about a detection visual field and a measurement effective range. 本発明に係る位置測定方法について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the position measuring method which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

W ウェハ(基板)
SM 重ね合わせマーク(測定マーク)
AM アライメントマーク(測定マーク)
1 光源
2 照明光学系
3 結像光学系
5 信号処理部(測定制御手段)
6 主制御部
7 ステージ駆動機構
10 位置測定装置
16 レーザ干渉計
40,45 CCD(光源変換素子)
80 露光装置
86 ステージ
S4,S5 (検出手段)
S6,S7 (駆動制御手段)
W wafer (substrate)
SM Overlay mark (measurement mark)
AM alignment mark (measurement mark)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Illumination optical system 3 Imaging optical system 5 Signal processing part (measurement control means)
6 Main control unit 7 Stage drive mechanism 10 Position measuring device 16 Laser interferometer 40, 45 CCD (light source conversion element)
80 Exposure device 86 Stages S4 and S5 (detection means)
S6, S7 (drive control means)

Claims (3)

測定マークが形成された基板を載置可能であるとともにステージ駆動機構の駆動により水平移動可能に構成されたステージと、前記ステージに載置された前記基板に対向して設けられて前記測定マークを撮像する結像光学系とを有し、前記ステージを水平移動して前記結像光学系の検出視野における測定有効範囲内に前記測定マークを収めて所定の位置測定を行う位置測定方法において、
それぞれ同位置に前記測定マークが形成された複数の前記基板を前記ステージに順次載せ換えて前記所定の位置測定を行うようになっており、
前記測定マークが前記測定有効範囲内に収まるとして予め記憶された所定位置に前記ステージが位置するように前記ステージ駆動機構を駆動させ、
ステージ移動後に前記測定マークから前記測定有効範囲までの調整距離を算出し、前記距離を記憶するとともに前記所定位置に前記距離を加算して新たな所定位置を導出し、
前記測定マークが前記測定有効範囲を外れたときに前記ステージを前記距離だけ移動させて前記測定マークを前記測定有効範囲内に収めて所定の測定を行い、
次の基板を載せた前記ステージが前記新たな所定位置に位置するように前記ステージ駆動機構を駆動させることを特徴とする位置測定方法。
A stage on which a substrate on which a measurement mark is formed can be placed and can be moved horizontally by driving a stage drive mechanism, and the measurement mark is provided to face the substrate placed on the stage. In a position measuring method for measuring a predetermined position by horizontally moving the stage and placing the measurement mark within a measurement effective range in a detection visual field of the imaging optical system,
A plurality of the substrates each having the measurement mark formed at the same position are sequentially mounted on the stage to perform the predetermined position measurement,
Driving the stage driving mechanism so that the stage is positioned at a predetermined position stored in advance as the measurement mark falls within the measurement effective range;
Calculate an adjustment distance from the measurement mark to the effective measurement range after moving the stage, store the distance and add the distance to the predetermined position to derive a new predetermined position;
When the measurement mark is out of the effective measurement range, the stage is moved by the distance, and the measurement mark is placed in the effective measurement range to perform a predetermined measurement,
A position measuring method, wherein the stage driving mechanism is driven so that the stage on which a next substrate is placed is positioned at the new predetermined position.
前記複数の基板には、それぞれ形成位置を同一にして複数の前記測定マークが設けられ、前記複数の測定マークのそれぞれに対応する前記所定位置が記憶されており、それぞれの前記複数の測定マークに対して前記新たな所定位置を導出することを特徴とする請求項1に記載の位置測定方法。   The plurality of substrates are provided with a plurality of measurement marks having the same formation position, and the predetermined positions corresponding to the plurality of measurement marks are stored, respectively. 2. The position measuring method according to claim 1, wherein the new predetermined position is derived. 測定マークが形成された半導体基板が載置され、水平移動可能なステージと、
前記測定マークを撮像し、前記測定マークの画像信号を出力する撮像手段と、
前記ステージを駆動することで前記測定マークを前記撮像手段の検出視野の測定有効範囲に捕らえて撮像し、前記測定マークの画像信号を用いて前記半導体基板の位置を測定する測定制御手段とを備えた基板の位置測定装置において、
別の前記半導体基板を前記ステージに載せ変えたときに、前記別の半導体基板の測定マークが前記撮像手段の測定有効範囲から外れたことを検出する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号から前記測定マークと前記測定有効範囲との位置ずれ量を算出し、次の半導体基板を前記ステージに載せた際に前記位置ずれ量だけ前記ステージを駆動制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする位置測定装置。
A stage on which a semiconductor substrate on which a measurement mark is formed is placed and can be moved horizontally;
Imaging means for imaging the measurement mark and outputting an image signal of the measurement mark;
A measurement control unit that drives the stage to capture the image of the measurement mark within a measurement effective range of the detection visual field of the imaging unit, and measures the position of the semiconductor substrate using an image signal of the measurement mark. In the position measurement device of the substrate
Detecting means for detecting that the measurement mark of the other semiconductor substrate is out of the measurement effective range of the imaging means when another semiconductor substrate is placed on the stage;
Drive control for calculating a displacement amount between the measurement mark and the effective measurement range from the detection signal from the detection means, and driving the stage by the displacement amount when the next semiconductor substrate is placed on the stage. And a position measuring device.
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