JP2012038794A - Detection condition optimization method, program creation method, exposure device, and mark detection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize alignment mark detection conditions.SOLUTION: An alignment detection system is used to detect an alignment mark (EGA mark or search mark) formed on a wafer under a plurality of illumination conditions and a plurality of imaging conditions. Then analysis processing of the acquired detection signal is performed using a signal processing algorithm and a determination amount related to a waveform shape of the detection signal is calculated (steps 302 to 310). Next, reproducibility of the detection results of a plurality of the marks is evaluated based on the determination amount (step 312) and the plurality of the illumination conditions and the plurality of imaging conditions are optimized based on the analysis result (step 314). This enables the alignment mark detection conditions to be optimized so as to improve the reproducibility of the detection results.

Description

本発明は、検出条件最適化方法、プログラム作成方法、並びに露光装置及びマーク検出装置に係り、さらに詳しくは、基板上に形成された位置合わせ用のマークの検出条件を最適化する検出条件最適化方法、該検出条件最適化方法を利用するプログラム作成方法、並びに前記検出条件最適化方法の実施に好適な露光装置及びマーク検出装置に関する。   The present invention relates to a detection condition optimization method, a program creation method, an exposure apparatus, and a mark detection apparatus, and more specifically, detection condition optimization for optimizing detection conditions for alignment marks formed on a substrate. The present invention relates to a method, a program creation method using the detection condition optimization method, and an exposure apparatus and a mark detection apparatus suitable for implementing the detection condition optimization method.

従来、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイス(電子デバイスなど)の製造におけるリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが比較的多く用いられている。   Conventionally, in the lithography process in the manufacture of microdevices (such as electronic devices) such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, step-and-repeat projection exposure apparatuses (so-called steppers), step-and-scan projection exposure apparatuses ( A so-called scanning stepper (also called a scanner)) is used relatively frequently.

この種の投影露光装置において重ね合わせ露光を行う際には、被露光基板としてのウエハ(又はガラスプレート等)上の各ショット領域に既に形成されている回路パターンと、これから露光するマスクとしてのレチクルのパターンとの位置合わせであるウエハのファインアライメントを高精度に行う必要がある。従来の高精度なファインアライメントの方式として、例えば特許文献1に開示されるように、ウエハ上の選択された所定個数のショット領域(サンプルショット)に付設されたファインアライメントマーク(ウエハマーク)の座標位置を計測し、得られる計測結果を統計処理して各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)方式が知られている。   When performing overlay exposure in this type of projection exposure apparatus, a circuit pattern already formed in each shot area on a wafer (or glass plate or the like) as a substrate to be exposed and a reticle as a mask to be exposed from now on Fine alignment of the wafer, which is alignment with the pattern, must be performed with high accuracy. As a conventional high-precision fine alignment method, for example, as disclosed in Patent Document 1, coordinates of a fine alignment mark (wafer mark) attached to a predetermined number of shot areas (sample shots) on a wafer are disclosed. An enhanced global alignment (EGA) method is known in which the position is measured and the measurement results obtained are statistically processed to calculate the array coordinates of each shot area.

EGA方式のファインアライメントを行う際には、アライメントセンサの検出レンジ内に被検マークが確実に収まるように、予めサーチアライメントが行われる。すなわち、ウエハ上に形成されている所定のサーチアライメント・マーク(サーチマーク)の位置を検出することによって、ウエハの大まかなショット配列が求められ、このショット配列に基づいて各サンプルショットのウエハマークがアライメントセンサの検出レンジ内に位置決めされていた。   When performing EGA fine alignment, search alignment is performed in advance so that the test mark is surely within the detection range of the alignment sensor. That is, by detecting the position of a predetermined search alignment mark (search mark) formed on the wafer, a rough shot arrangement of the wafer is obtained, and the wafer mark of each sample shot is determined based on this shot arrangement. It was positioned within the detection range of the alignment sensor.

上述のファインアライメントでは、ウエハマーク(EGAマーク)の位置情報を正確に計測することが重要である。また、サーチアライメントでは、サーチマークを確実に検出することが重要である。マーク構造は、投影露光装置で作成中の半導体素子等に依存しており、マークの構造次第で、大きな信号波形が得られて検出が容易な場合、あるいは逆に小さな信号波形しか得られず検出が困難な場合もある。また、特にファインアライメントの際には、信号波形の検出は可能であっても、信号波形が小さいため、処理系のノイズの影響を受け、計測再現性(位置計測精度)が不十分となる場合もある。特に、そのような困難な状況の場合、被検マーク(EGAマーク又はサーチマーク)を検出するマーク検出系(ウエハライメント系(アライメントセンサ))のマーク検出時の検出条件(計測条件)を、最適化すると効果的である。従来、最適化の際には、ウエハライメント(サーチアライメント又はファインアライメント)の処理手順を規定するプロセスプログラム(以下、レシピファイルとも呼ぶ)の作成の際に、技術者によって、計測条件の最適化が行われていた。   In the fine alignment described above, it is important to accurately measure the position information of the wafer mark (EGA mark). In search alignment, it is important to reliably detect a search mark. The mark structure depends on the semiconductor device being created by the projection exposure apparatus. Depending on the mark structure, a large signal waveform can be obtained and detection is easy, or conversely, only a small signal waveform can be obtained and detected. May be difficult. Also, especially in the case of fine alignment, even if the signal waveform can be detected, the signal waveform is small, so it is affected by the noise of the processing system and measurement reproducibility (position measurement accuracy) is insufficient. There is also. Especially in such a difficult situation, the detection conditions (measurement conditions) at the time of mark detection of the mark detection system (wafer alignment system (alignment sensor)) for detecting the test mark (EGA mark or search mark) are optimal. Is effective. Conventionally, at the time of optimization, when creating a process program (hereinafter also referred to as a recipe file) that defines the processing procedure of wafer alignment (search alignment or fine alignment), an engineer can optimize measurement conditions. It was done.

しかしながら、最近の露光装置では要求されるアライメント精度が厳しくなり、これに伴ってアライメントマークの種類、大きさなどが多様化し、また、サーチマークが従来に比べて小型になってきた。このため、プロセスプログラムの作成時に技術者が計測条件の最適化を行うことの負担が大きくなり、また、計測条件の最適化そのものを行うことも困難になりつつある。また、複数の投影露光装置を用いて半導体素子等を製造する場合、複数の投影露光装置間の重ね合わせ精度の差が少ないことも重要である。この点でも、計測条件の最適化を行い、誤差要因を減らすことが重要となりつつある。   However, with recent exposure apparatuses, the required alignment accuracy has become stricter. As a result, the types and sizes of alignment marks have been diversified, and the search marks have become smaller than before. For this reason, it is becoming more difficult for an engineer to optimize measurement conditions when creating a process program, and it is also difficult to optimize measurement conditions themselves. In addition, when manufacturing a semiconductor element or the like using a plurality of projection exposure apparatuses, it is also important that there is little difference in overlay accuracy between the plurality of projection exposure apparatuses. In this respect as well, it is becoming important to optimize measurement conditions and reduce error factors.

米国特許第4,780,617号明細書US Pat. No. 4,780,617

本発明の第1の態様によれば、基板上に形成された位置合わせ用のマークの検出条件を最適化する検出条件最適化方法であって、基板上に形成された複数の前記マークを、マーク検出系を用いて複数の照明条件及び結像条件の下で検出することと;前記マーク検出系からの検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化することと;を含む検出条件最適化方法が、提供される。
また、このような基本処理に加え、波形の形状に関する判定量を求める前に、マーク検出系からの検出信号を複数のフィルタ処理を行い、信号波形を変形させ適用しても良い。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a detection condition optimization method for optimizing the detection condition of a mark for alignment formed on a substrate, wherein a plurality of the marks formed on the substrate are Detecting under a plurality of illumination conditions and imaging conditions using a mark detection system; analyzing a detection signal from the mark detection system using a predetermined signal processing algorithm, and relating to a waveform shape of the detection signal Detecting a determination amount, evaluating reproducibility of detection results of the plurality of marks based on the determination amount, and optimizing the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results A condition optimization method is provided.
In addition to such basic processing, the detection signal from the mark detection system may be subjected to a plurality of filter processing before the determination amount relating to the shape of the waveform is obtained, and the signal waveform may be deformed and applied.

ここで、マークの検出条件は、マーク検出時におけるマーク検出系の照明条件(例えば照明波長、照明方法、照明開口数など)及び結像条件(フォーカス、結像開口数、収差など)は、勿論、マーク検出後における検出した結果の処理に伴う種々の条件をも含む。すなわち、マークの検出条件とは、位置合わせ用のマークの検出の結果(位置情報)を得るまでのマーク検出に関する種々の条件を含む概念であり、広義のマークの計測条件とほぼ同じ意味である。本明細書では、かかる意味で、マークの検出条件又は検出条件なる用語を用いている。   Here, the mark detection conditions are, of course, the illumination conditions (for example, illumination wavelength, illumination method, illumination numerical aperture, etc.) and imaging conditions (focus, imaging numerical aperture, aberration, etc.) of the mark detection system at the time of mark detection. In addition, various conditions associated with the processing of the detection result after the mark detection are also included. That is, the mark detection condition is a concept including various conditions related to mark detection until the result of position detection mark detection (position information) is obtained, and has substantially the same meaning as the mark measurement condition in a broad sense. . In this specification, the term “mark detection condition” or “detection condition” is used in this sense.

これによれば、複数のマークの検出結果の再現性の評価結果に基づいて、計測再現性が良好となる最適な照明条件及び結像条件を選択(又は決定)することが可能になる。従って、マークの検出条件の最適化を短時間で、及び/又は効率的に行うことが可能になる。   According to this, it becomes possible to select (or determine) the optimal illumination condition and imaging condition that provide good measurement reproducibility based on the reproducibility evaluation result of the detection results of a plurality of marks. Therefore, it is possible to optimize mark detection conditions in a short time and / or efficiently.

ここでは、フィルタ処理自体は必須条件ではないが、信号波形によっては大きな改善効果が期待できる。   Here, the filtering process itself is not an essential condition, but a large improvement effect can be expected depending on the signal waveform.

ここで、一般的な照明条件設定の変更、結像条件設定の変更の効果について述べる。   Here, the effect of changing the general illumination condition setting and changing the imaging condition setting will be described.

収差に関しては、通常条件を変えることは必須ではないが、たとえば、照明条件を変更した際に収差の状態が変化し、微小量変更することが効果的な場合には、照明条件変更と一緒に収差状態を変更することが効果的である。前述したが、マーク構造は、投影露光装置で作成中の半導体素子等に依存しており、マークの構造次第で、大きな信号波形が得られて検出が容易な場合、あるいは逆に小さな信号波形しか得られず検出が困難な場合もある。これらの条件は、半導体素子の構造が薄膜層や金属層を持つことが多いことから、波長依存性を持つことが多く、照明波長条件を切り換えることで、ある波長では小さかった信号が、大きく改善される可能性がある。また、アライメントマークを構成する要素として、ライン部及びスペース部の線幅に加え、反射率、段差等の構造が半導体素子等の製造プロセスにより異なっているために、一般的に異なる信号波形となる(ここで段差はマークを構成する物質がライン部とスペース部で異なり、光の光路長が異なることにより発生する位相差成分も含めている)。FIA光学系においては、特に明視野照明系において、照明光束の開口数NAが結像光学系の開口数NAよりも小さく(比率にして0.8程度)設定されているが、一般にこのような光学系の設定は部分コヒーレント光学系と呼ばれ、結像特性として、アライメントマークの構造(前述した3つの要素)次第では、初期フォーカス位置よりも、デフォーカス位置(フォーカス位置を変更した場合)の方が、より大きな信号波形が得られるという既知の特徴がある。よって、初期フォーカス位置での信号波形に加え、デフォーカス位置での信号波形を確認し、デフォーカス位置での信号波形の方が良好な場合は、フォーカス設定を変えることが望ましい。さらに、前述した、波長を切り換えた際に異なる信号波形が得られる場合には、最適なフォーカス設定位置も、波長により変わることが多くあるため、波長を切り換えた際に、フォーカス位置も変えて信号波形を確認すると計測精度向上に効果がある。   For aberrations, it is not essential to change the normal conditions. For example, if the aberration changes when the illumination conditions are changed and it is effective to change a minute amount, it is necessary to change the illumination conditions. It is effective to change the aberration state. As described above, the mark structure depends on the semiconductor element or the like being created by the projection exposure apparatus. Depending on the mark structure, a large signal waveform can be obtained and detection is easy, or conversely, only a small signal waveform can be obtained. In some cases, detection is difficult. These conditions often have wavelength dependence because the structure of the semiconductor element often has a thin film layer or metal layer, and switching the illumination wavelength condition greatly improves the signal that was small at a certain wavelength. There is a possibility that. In addition to the line width of the line portion and the space portion, as elements constituting the alignment mark, the structure such as reflectivity and step differs depending on the manufacturing process of the semiconductor element, etc., so that generally the signal waveform is different. (Here, the step includes the phase difference component generated when the material constituting the mark is different between the line portion and the space portion and the optical path length of the light is different). In the FIA optical system, particularly in the bright field illumination system, the numerical aperture NA of the illumination light beam is set to be smaller than the numerical aperture NA of the imaging optical system (ratio of about 0.8). The setting of the optical system is called a partially coherent optical system. Depending on the structure of the alignment mark (the three elements described above), the image formation characteristic can be determined based on the defocus position (when the focus position is changed) rather than the initial focus position. However, there is a known feature that a larger signal waveform can be obtained. Therefore, in addition to the signal waveform at the initial focus position, the signal waveform at the defocus position is confirmed. If the signal waveform at the defocus position is better, it is desirable to change the focus setting. In addition, when different signal waveforms are obtained when the wavelength is switched as described above, the optimum focus setting position often changes depending on the wavelength. Therefore, when the wavelength is switched, the focus position is also changed. Checking the waveform is effective in improving measurement accuracy.

また、照明条件変更として、明視野照明を暗視野照明に切り換えると以下の効果が期待できる。まず、一般に、暗視野像はマークがない場合は真っ暗で何も見えない状態となり、位相パターンと呼ばれるマーク構造に近い場合、マークのエッジ部が光った像となる。よって、真っ暗の状態から、マークがある場合にのみマークエッジ部が光る像が得られるので、得られた像は基本的にコントラストが非常に良いという特徴がある。以下のコントラストの式で、最小強度がゼロに近いためコントラストが高くなる。
コントラスト = (最大強度−最小強度)/(最大強度+最小強度)
しかし、一方、暗視野照明は得られた像の最大強度自体は小さくなる傾向があり、明るい輝度の光源が必要となる。光源の輝度には、光源自体で決まる限界があるため、信号強度の大きさ、つまり最大強度が大きいという点では、明視野照明の方が有利である。
Moreover, the following effects can be expected when the bright field illumination is switched to the dark field illumination as the illumination condition change. First, in general, a dark field image is completely dark and invisible when there is no mark, and when the mark structure is close to a so-called phase pattern, the edge portion of the mark is an illuminated image. Therefore, an image in which the mark edge portion shines only when there is a mark from a completely dark state, and thus the obtained image is basically characterized by very good contrast. In the following contrast formula, the contrast increases because the minimum intensity is close to zero.
Contrast = (maximum intensity-minimum intensity) / (maximum intensity + minimum intensity)
On the other hand, however, dark field illumination tends to reduce the maximum intensity of the obtained image itself, and requires a light source with a bright luminance. Since the luminance of the light source has a limit determined by the light source itself, bright field illumination is more advantageous in that the signal intensity, that is, the maximum intensity is large.

また、マークの構造は、アライメントマークを構成する要素として、ライン部及びスペース部の線幅に加え、反射率、段差等の構造が半導体素子等の製造プロセスにより異なっているために、異なる信号波形となる(ここで段差はマークを構成する物質がライン部とスペース部で異なり、光の光路長が異なることにより発生する位相差成分も含めている)のであるが、一般にこれらマーク構造が変化すると、光学系に残存する収差との相互作用で信号波形が横にずれて計測される。一般に、この横ズレをTIS(Tool Induced Shift)と呼ぶことも多い。光学系の収差としては、ザイデル5収差のコマ収差に加え、照明光束がウエハ面に対し垂直方向からずれていたり(一般に照明光束のテレセントリシティ誤差:ここでは照明テレセンと呼ぶ)、結像光学系の開口絞りが偏心していることにより、ウエハで反射した照明光束が、結像光学系の開口絞り中心を通過しない誤差(ここで、この誤差をケラレと呼ぶ)が挙げられる。コマ収差やケラレ誤差は、非常に良く出来た光学系でも微少量残存しており、非常に微小な位置計測精度(例えばnmオーダ)が要求される場合は問題になる。   In addition to the line width of the line portion and the space portion, the structure of the mark, as well as the line width and the space portion, and the structure of the reflectivity, step, etc. differ depending on the manufacturing process of the semiconductor element, etc. (Here, the level difference is different between the line part and the space part, and the phase difference component generated by the difference in the optical path length of the light is included). However, when these mark structures change in general, The signal waveform is measured by being shifted laterally due to the interaction with the aberration remaining in the optical system. In general, this lateral displacement is often called TIS (Tool Induced Shift). As aberrations of the optical system, in addition to the coma aberration of Seidel 5 aberration, the illumination light beam is deviated from the direction perpendicular to the wafer surface (generally, the telecentricity error of the illumination light beam: here called illumination telecentric), imaging optics Since the aperture stop of the system is decentered, there is an error that the illumination light beam reflected by the wafer does not pass through the center of the aperture stop of the imaging optical system (herein, this error is called vignetting). The coma aberration and the vignetting error remain in a very small amount even in a very good optical system, which becomes a problem when a very small position measurement accuracy (for example, nm order) is required.

なお、これらの収差を調整する手法としては、結像光学系のレンズを偏心させ微小量のコマ収差を発生させて調整する手法や、開口絞りを偏心させてケラレを調整する手法がある。   As a method of adjusting these aberrations, there are a method of adjusting the lens of the imaging optical system by decentering it to generate a minute amount of coma aberration, and a method of adjusting the vignetting by decentering the aperture stop.

近年の最先端半導体露光装置の場合、1枚のプロセスウエハに対して、EGA計測点数をかなり多く設定し(例えば16点)、重ね精度を向上させる手法がとられるが、1枚のウエハ内のアライメントマークのマーク構造に誤差がある場合、各マークはそれぞれランダムに位置ずれ要因を持ち、結果としてEGA各点の計測結果がばらつくことになる。このような誤差をここでは1枚のウエハ内の各EGAマークがランダムに引き起こす位置誤差という意味で、TISランダム成分と呼ぶことにする。TISランダム成分が大きいと、EGA計測で線形成分を補正して露光しても、TISランダム成分に起因したランダム成分誤差(EGAランダム誤差と呼ぶ)が残存し重ね合わせ精度が悪くなってしまう。   In the case of recent state-of-the-art semiconductor exposure apparatuses, a technique is adopted in which the number of EGA measurement points is set to a large number (for example, 16 points) for one process wafer to improve the overlay accuracy. When there is an error in the mark structure of the alignment mark, each mark has a random displacement factor, and as a result, the measurement result of each EGA point varies. Here, such an error is referred to as a TIS random component in the sense of a position error caused randomly by each EGA mark in one wafer. If the TIS random component is large, even if the linear component is corrected and exposed by EGA measurement, a random component error (referred to as an EGA random error) resulting from the TIS random component remains, resulting in poor overlay accuracy.

さて、EGAランダム誤差を誘発するのは、上記TISランダム成分だけではない。一般に、アライメントマークの理想的なファイン計測用のマーク構造は、マーク中心線に対して、線対称となる構造である。たとえば、複数本あるライン部が、マーク中心線に対して線対称であること。マークライン部、スペース部の反射率が、マーク中心線に対して線対称であること。マークの段差構造(もしくは、透明層の位相差)が、マーク中心線に対して線対称であること、等が必要である。近年、露光線幅が非常に細密になり、投影露光時のフォーカスを厳密にあわせる必要性から、半導体製造プロセス中で、ウエハ面をCMP処理(Chemical Mechanical Polishing)し平坦にすることが多いが、この工程により、アライメントマークがマーク中心線に対し非対称となる懸念が指摘されている。また、ウエハ中心部と周辺部で、非対称の度合いが変わっている場合も想定される。マーク構造の非対称は計測位置ずれを誘発する。一般に、この横ズレをWIS(Wafer Induced Shift)と呼ぶことも多い。EGA計測対象のマークで、このようなマーク構造の非対称バラつきが生じている場合、ランダムな位置誤差を誘発し、結果としてEGAランダム成分を悪化させる。近年、このようなマーク非対称誤差に関しても、発生量は小さくなり改善されていると考えられるが、非常に良く出来たプロセスウエハでも微少量残存しており、非常に微小な位置計測精度(例えばnmオーダ)が要求される場合は問題になる。このような誤差をここでは1枚のウエハ内の各EGAマークがランダムに引き起こす位置誤差という意味で、WISランダム成分と呼ぶことにする。WISランダム成分が大きいと、EGA計測で線形成分を補正して露光しても、WISランダム成分に起因したランダム成分誤差(EGAランダム誤差と呼ぶ)が残存し重ね合わせ精度が悪くなってしまう。   It is not only the TIS random component that induces EGA random errors. In general, an ideal fine measurement mark structure of the alignment mark is a line-symmetric structure with respect to the mark center line. For example, a plurality of line portions are line symmetric with respect to the mark center line. The reflectivity of the mark line part and the space part is axisymmetric with respect to the mark center line. The step structure of the mark (or the phase difference of the transparent layer) needs to be axisymmetric with respect to the mark center line. In recent years, the exposure line width has become very fine, and it is often necessary to precisely focus during projection exposure, so the wafer surface is often flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) during the semiconductor manufacturing process, It has been pointed out that this step makes the alignment mark asymmetric with respect to the mark center line. It is also assumed that the degree of asymmetry changes between the wafer center and the periphery. The asymmetry of the mark structure induces measurement misalignment. In general, this lateral displacement is often called WIS (Wafer Induced Shift). When such asymmetrical variation of the mark structure occurs in the mark to be measured by EGA, a random position error is induced, and as a result, the EGA random component is deteriorated. In recent years, it has been considered that the generation amount of such mark asymmetry errors has also been reduced and improved. However, even a very good process wafer remains, and a very small amount of position measurement accuracy (for example, nm) It becomes a problem when an order is required. Here, such an error is referred to as a WIS random component in the sense of a position error caused randomly by each EGA mark in one wafer. If the WIS random component is large, even if the linear component is corrected and exposed by EGA measurement, a random component error (referred to as an EGA random error) resulting from the WIS random component remains, resulting in poor overlay accuracy.

上記の判定要素を考慮した上で、どの照明波長設定が良いか、どのフォーカス設定が良いか、また、明視野照明と暗視野照明のどちらの設定が有利かに関し、実際の信号波形により判断する必要があるが、ここで判定が必要な項目をまとめると、以下の3点となる。
1.計測再現性判定
2.TISランダム誤差要因判定
3.WISランダム誤差要因判定
詳細は後述するが、1.計測再現性判定に関しては、光学系で使用する撮像素子のノイズ特性を解析の上、事前に光学ティーチングシミュレーションを行って換算係数を求めておけば、信号波形から所定の信号処理アルゴリズムを用いて特徴を抽出し換算することで、数値的に算出することができる。
Considering the above decision factors, determine which illumination wavelength setting is good, which focus setting is good, and whether bright field illumination or dark field illumination is advantageous based on the actual signal waveform Necessary, but the items that need to be determined here are the following three points.
1. Measurement reproducibility judgment 2. TIS random error factor determination Details of the WIS random error factor determination will be described later. With regard to measurement reproducibility judgment, after analyzing the noise characteristics of the image sensor used in the optical system and performing an optical teaching simulation in advance to obtain a conversion factor, it is characterized by using a predetermined signal processing algorithm from the signal waveform. Can be calculated numerically by extracting and converting.

光学ティーチングシミュレーションとは、想定した多種多様な構造を持つアライメントマークの光学像を、各種光学設定条件(照明条件及び/又は結像条件)、収差設定、フォーカス設定条件で発生させ、A/D変換により撮像素子で計測された信号波形を擬似的に得たうえ、実際の装置と同様の信号処理アルゴリズムにて擬似的に各種特徴量及び/又は判定量を算出し評価する処理を意味する。計測再現性判定の換算係数を求める場合、光学像に撮像素子に対し解析した結果のノイズを、前記、擬似的に発生させた信号波形に付加しシミュレーションを行なう。詳細は実施例で説明するが、このようにして求めた換算係数と判定量は非常に計測再現性との相関が良い。   Optical teaching simulation is an A / D conversion by generating optical images of alignment marks with various assumed structures under various optical setting conditions (illumination conditions and / or imaging conditions), aberration settings, and focus setting conditions. This means the process of obtaining the signal waveform measured by the imaging device in a pseudo manner and calculating and evaluating various feature amounts and / or determination amounts in a pseudo manner using a signal processing algorithm similar to that of an actual apparatus. When obtaining a conversion coefficient for measurement reproducibility determination, a simulation is performed by adding noise obtained as a result of analyzing an optical image to an image sensor to the pseudo-generated signal waveform. Although details will be described in the embodiment, the conversion coefficient and the determination amount obtained in this way have a very good correlation with the measurement reproducibility.

また、2.TISランダム誤差要因判定においては、1枚のウエハ内の複数マークを計測し、信号波形から所定の信号処理アルゴリズムを用いてマーク構造(線幅、段差、ライン部とスペース部の反射率比)に相当する特徴を抽出し、ウエハ内のばらつき量を算出することで誤差量を判断することができる。   In addition, 2. In TIS random error factor determination, a plurality of marks in one wafer are measured, and a mark structure (line width, step, reflectance ratio between line portion and space portion) is determined from a signal waveform using a predetermined signal processing algorithm. The amount of error can be determined by extracting the corresponding feature and calculating the amount of variation within the wafer.

やはり、事前に光学系に収差が残存している状態での光学像を発生させ、光学ティーチングシミュレーションを行ない、収差とマーク構造誤差の相互作用を事前に解析しておく。例えば、マーク構造として、ライン部とスペース部の反射率差が大きいマークや、コントラストが大きなマークは収差とマーク構造誤差の相互作用が小さく、また、初期フォーカス位置で最もエッジスロープが大きくなるマークは収差とマーク構造誤差の相互作用が小さい傾向にあることが判明する。このような傾向にあるか否かは、半導体素子等の製造プロセスで決まるマーク構造次第である。光学ティーチングシミュレーションの結果から、収差とマーク構造誤差の相互作用が小さい傾向にあるマークでは、ウエハ内のマーク構造のバラつきが大きい場合でも、実際のTISランダム発生量は小さい傾向にあることがわかる。このように、シミュレーションの結果をデータベースにしておけば、例えば、1枚のウエハを計測し、ライン部とスペース部の反射率差や、コントラストを判定し、また、計測に最適な最もエッジスロープが大きくなるフォーカス位置と、初期フォーカス位置の差分を判定すれば、収差とマーク構造誤差の相互作用に対する重みが、マーク誤差(線幅、段差、ライン部とスペース部の反射率比)毎に判定できる。よって、各マーク誤差のウエハ内のバラつき量を、収差とマーク構造誤差の相互作用に対する重みを係数として和をとれば、TISランダム誤差を予想することができる。   Again, an optical image with aberration remaining in the optical system is generated in advance, an optical teaching simulation is performed, and the interaction between the aberration and the mark structure error is analyzed in advance. For example, a mark structure with a large difference in reflectance between the line part and the space part or a mark with a large contrast has a small interaction between the aberration and the mark structure error, and the mark with the largest edge slope at the initial focus position It turns out that the interaction between the aberration and the mark structure error tends to be small. Whether such a tendency is present or not depends on the mark structure determined by the manufacturing process of the semiconductor element or the like. From the result of the optical teaching simulation, it can be seen that the actual TIS random generation amount tends to be small in the mark in which the interaction between the aberration and the mark structure error tends to be small even if the mark structure variation in the wafer is large. In this way, if the simulation results are stored in a database, for example, one wafer is measured, the difference in reflectance between the line portion and the space portion and the contrast are determined, and the most suitable edge slope for measurement is obtained. If the difference between the increased focus position and the initial focus position is determined, the weight for the interaction between the aberration and the mark structure error can be determined for each mark error (line width, step, reflectance ratio between the line portion and the space portion). . Therefore, a TIS random error can be predicted by taking the sum of variations in the wafer of each mark error in terms of the weight for the interaction between the aberration and the mark structure error.

また、3.WISランダム誤差要因判定においては、1枚のウエハ内の複数マークを計測し、まず位置計測を行いマーク中心線を求め、次に、信号波形の特徴として、信号波形を微分した波形の極値(つまりエッジスロープを表す微分最大、最小値)の位置、微分値、信号強度を所定の信号処理アルゴリズムを用いて求める。マーク中心線に対し、ほぼ線対称となる位置にあるエッジスロープ位置をペアの特徴量として抽出し、ペア毎に線対称からのズレ量、つまりエッジスロープ位置に関しては、線対称ペア平均値とマーク中心との差分値を、また、微分値や信号強度に関しては単に非対称ペアの差分値を求めると、それが非対称の度合いを表す判定量となる。これらの判定量のうち、例えば、1枚のウエハ内の各マークに対し、エッジスロープ位置の非対称を算出し、非対称値のバラつきをみることで、WISランダム誤差を把握することができる。また、フィルタ処理を行う場合には、上記3つの判定項目に対しても改善の可能性が期待できる。   3. In the WIS random error factor determination, a plurality of marks in one wafer are measured, the position is first measured to obtain a mark center line, and then, as a characteristic of the signal waveform, an extreme value of the waveform obtained by differentiating the signal waveform ( That is, the position, differential value, and signal strength of the differential maximum (minimum value representing the edge slope), the signal strength, and the like are obtained using a predetermined signal processing algorithm. Edge slope positions that are approximately line symmetric with respect to the mark center line are extracted as feature values of the pair, and the deviation from line symmetry for each pair, that is, the edge slope position, the line symmetric pair average value and the mark If the difference value from the center and the difference value of the asymmetric pair are simply obtained with respect to the differential value and the signal strength, it becomes a determination amount representing the degree of asymmetry. Among these determination amounts, for example, the WIS random error can be grasped by calculating the asymmetry of the edge slope position with respect to each mark in one wafer and seeing the variation of the asymmetry value. Moreover, when performing a filter process, the improvement possibility can be expected for the above three determination items.

本発明は、1.の計測再現性判定に関するものであるが、TISランダム誤差要因判定やWISランダム誤差要因判定も適宜併用して実施し総合判定しても構わない。   The present invention provides: However, TIS random error factor determination and WIS random error factor determination may be used in combination as appropriate to make a comprehensive determination.

また、本発明の第2の態様によれば、本発明の検出条件最適化方法を利用して前記複数のマークの検出信号の検出条件を最適化して、前記基板の位置合わせ手順を定めるプログラムを作成するプログラム作成方法が提供される。   According to the second aspect of the present invention, there is provided a program for optimizing the detection conditions of the detection signals of the plurality of marks using the detection condition optimization method of the present invention and determining the alignment procedure of the substrate. A method for creating a program to be created is provided.

また、本発明の第3の態様によれば、基板上に複数のパターンを重ね合わせて形成する露光装置であって、基板上に形成された位置合わせ用のマークを検出するマーク検出系と;前記マーク検出系を用いて複数の前記マークを複数の照明条件及び結像条件の下で検出して得られる検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化する最適化装置と;を備える露光装置が、提供される。
ここで、波形の形状に関する判定量を求める前に、マーク検出系からの検出信号を複数のフィルタ処理を行い、信号波形を変形させ適用しても良い。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus that forms a plurality of patterns on the substrate in an overlapping manner, and a mark detection system that detects an alignment mark formed on the substrate; A detection signal obtained by detecting a plurality of the marks under a plurality of illumination conditions and imaging conditions using the mark detection system is analyzed using a predetermined signal processing algorithm, and the waveform of the detection signal is related to An optimization device that obtains a determination amount, evaluates the reproducibility of the detection results of the plurality of marks based on the determination amount, and optimizes the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results; An exposure apparatus comprising the same is provided.
Here, before obtaining the determination amount related to the shape of the waveform, the detection signal from the mark detection system may be subjected to a plurality of filter processes to deform and apply the signal waveform.

これによれば、マークの検出条件の最適化を短時間で、及び/又は効率的に行うことが可能になる。   This makes it possible to optimize the mark detection conditions in a short time and / or efficiently.

本発明の第4の態様によれば、基板上に形成された位置合わせ用のマークを検出するマーク検出系と;前記マーク検出系を用いて複数の前記マークを複数の照明条件及び結像条件の下で検出して得られる検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化する最適化装置と;を備えるマーク検出装置が、提供される。
ここで、波形の形状に関する判定量を求める前に、マーク検出系からの検出信号を複数のフィルタ処理を行い、信号波形を変形させ適用しても良い。
According to the fourth aspect of the present invention, a mark detection system for detecting an alignment mark formed on the substrate; a plurality of the marks using the mark detection system, and a plurality of illumination conditions and imaging conditions A detection signal obtained by detecting the detection signal is analyzed using a predetermined signal processing algorithm, a determination amount related to the waveform shape of the detection signal is obtained, and the detection results of the plurality of marks are reproduced based on the determination amount And an optimization device that optimizes the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results.
Here, before obtaining the determination amount related to the shape of the waveform, the detection signal from the mark detection system may be subjected to a plurality of filter processes to deform and apply the signal waveform.

これによれば、複数のマークの検出結果の再現性の評価結果に基づいて、計測再現性が良好となる最適な照明条件及び結像条件を選択(又は決定)することが可能になる。従って、マークの検出条件の最適化を短時間で、及び/又は効率的に行うことが可能になる。   According to this, it becomes possible to select (or determine) the optimal illumination condition and imaging condition that provide good measurement reproducibility based on the reproducibility evaluation result of the detection results of a plurality of marks. Therefore, it is possible to optimize mark detection conditions in a short time and / or efficiently.

一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus of one Embodiment. 図1の主制御装置によって実行されるアライメント計測(EGA計測)のレシピファイル(プロセスプログラム)の作成の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process algorithm of creation of the recipe file (process program) of alignment measurement (EGA measurement) performed by the main controller of FIG. 図3(A)は、ウエハ上の複数のショット領域と各ショット領域に付設されるアライメントマークの配置を示す図、図3(B)は図3(A)中の1つのショット領域を取り出して示す図である。FIG. 3A is a diagram showing the arrangement of a plurality of shot areas on the wafer and alignment marks attached to each shot area, and FIG. 3B is a diagram showing one shot area in FIG. FIG. 図2のステップ108(アライメントマーク検出処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of step 108 (alignment mark detection process) of FIG. 図5(A)はEGAマーク、図5(B)はEGAマークのX成分に対応する1次元信号、図5(C)はEGAマークのY成分に対応する1次元信号を示す図である。5A shows an EGA mark, FIG. 5B shows a one-dimensional signal corresponding to the X component of the EGA mark, and FIG. 5C shows a one-dimensional signal corresponding to the Y component of the EGA mark. 検出信号の規格化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating normalization of a detection signal. 図2のステップ110(検出信号に対する特徴量抽出処理および計測再現性計算処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of step 110 (the feature-value extraction process with respect to a detection signal, and a measurement reproducibility calculation process) of FIG. 図8(A)及び図8(B)は代表的なフィルタ処理の利得関数を表す図、並びに図8(C)及び図8(D)はそれぞれフィルタ処理の前後の検出信号を示す図である。8A and 8B are diagrams showing typical gain functions of filter processing, and FIGS. 8C and 8D are diagrams showing detection signals before and after the filter processing, respectively. . 図9(A)及び図9(B)は、検出信号の特徴量を示す図(その1及びその2)である。9A and 9B are diagrams (No. 1 and No. 2) showing the feature amount of the detection signal. 図10(A)及び図10(B)は、検出信号の特徴量を示す図(その3及びその4)である。FIGS. 10A and 10B are diagrams (No. 3 and No. 4) showing the feature amount of the detection signal. 図11(A)及び図11(B)は、特徴点のグループ処理を説明するための図である。FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams for explaining group processing of feature points. 形状に関する判定量である振幅、コントラスト及びエッジスロープを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the amplitude, contrast, and edge slope which are the determination amounts regarding a shape. 形状に関する判定量を総合評価して計測再現性を評価する手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the procedure which comprehensively evaluates the determination amount regarding a shape and evaluates measurement reproducibility. 図14(A)及び図14(B)は、形状に関する判定量と計測再現性との相関を示す図(その1及びその2)である。FIGS. 14A and 14B are diagrams (No. 1 and No. 2) showing a correlation between a determination amount related to a shape and measurement reproducibility. 光学ティーチングの結果(その1)を示す図である。It is a figure which shows the result (the 1) of optical teaching. 光学ティーチングの結果(その2)を示す図である。It is a figure which shows the result (the 2) of optical teaching.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図16に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1には、本発明の検出条件最適化方法を好適に実施可能な露光装置100の概略構成が示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))である。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 that can suitably implement the detection condition optimization method of the present invention. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus (so-called scanning stepper (also called a scanner)).

露光装置100は、照明系IOP、レチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRに形成されたパターンの像を感応剤(レジスト)が塗布されたウエハW上に投影する投影ユニットPU、ウエハWを保持してXY平面内を移動するウエハステージWST、ウエハステージWSTを駆動する駆動系22、及びこれらの制御系等を備えている。制御系は装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ(あるいはワークステーション)などを含む主制御装置28を中心として構成されている。   The exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP, a reticle stage RST that holds a reticle R, a projection unit PU that projects a pattern image formed on the reticle R onto a wafer W coated with a sensitive agent (resist), and a wafer W. A wafer stage WST that holds and moves in the XY plane, a drive system 22 that drives the wafer stage WST, and a control system thereof are provided. The control system is mainly composed of a main controller 28 including a microcomputer (or a workstation) that performs overall control of the entire apparatus.

照明系IOPは、例えばArFエキシマレーザ(出力波長193nm)(又はKrFエキシマレーザ(出力波長248nm)など)から成る光源、及び該光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含む。照明光学系としては、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を含み、光源から射出されたレーザビームを整形し、この整形されたレーザビーム(以下、照明光ともいう)ILにより、レチクルR上でX軸方向(図1における紙面直交方向)に細長く伸びるスリット状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。   The illumination system IOP includes a light source composed of, for example, an ArF excimer laser (output wavelength 193 nm) (or KrF excimer laser (output wavelength 248 nm)), and an illumination optical system connected to the light source via a light transmission optical system. As an illumination optical system, as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890, an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator, a beam splitter, a reticle blind, and the like (all not shown) are used. In addition, the laser beam emitted from the light source is shaped, and this shaped laser beam (hereinafter also referred to as illumination light) IL is elongated in the X-axis direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1) on the reticle R. The illumination area is illuminated with almost uniform illuminance.

レチクルステージRSTは、照明系IOPの図1における下方に配置されている。レチクルステージRST上にレチクルRが載置されている。レチクルRは、不図示のバキュームチャック等を介してレチクルステージRSTに吸着保持されている。レチクルステージRSTは、不図示のレチクルステージ駆動系によって、水平面(XY平面)内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(ここでは図1の紙面内左右方向であるY軸方向とする)に所定ストローク範囲で走査される。レチクルステージRSTの位置情報は、レチクルステージRSTに固定された移動鏡12を介してレーザ干渉計14によって計測され、レーザ干渉計14の計測値が主制御装置28に供給されている。なお、移動鏡12に代えて、レチクルステージRSTの端面を鏡面加工して反射面(移動鏡12の反射面に相当)を形成しても良い。   Reticle stage RST is arranged below illumination system IOP in FIG. Reticle R is placed on reticle stage RST. The reticle R is sucked and held on the reticle stage RST via a vacuum chuck or the like (not shown). Reticle stage RST can be finely driven in a horizontal plane (XY plane) by a reticle stage drive system (not shown), and is predetermined in the scanning direction (here, the Y-axis direction which is the horizontal direction in FIG. 1). Scanned in the stroke range. Position information of the reticle stage RST is measured by the laser interferometer 14 through the movable mirror 12 fixed to the reticle stage RST, and the measurement value of the laser interferometer 14 is supplied to the main controller 28. Instead of the movable mirror 12, the end surface of the reticle stage RST may be mirror-finished to form a reflective surface (corresponding to the reflective surface of the movable mirror 12).

投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置されている。投影ユニットPUは、鏡筒40と、該鏡筒40内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を含む投影光学系PLとを有している。投影光学系PLとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であって、光軸AXpと平行な方向(Z軸方向)に配列された複数枚のレンズエレメント(図示省略)を含む屈折光学系が用いられている。   Projection unit PU is arranged below reticle stage RST in FIG. The projection unit PU includes a lens barrel 40 and a projection optical system PL including a plurality of optical elements held in the lens barrel 40 in a predetermined positional relationship. Here, as the projection optical system PL, a bilateral telecentric reduction system is used, and a refractive optical system including a plurality of lens elements (not shown) arranged in a direction parallel to the optical axis AXp (Z-axis direction) is used. It has been.

投影光学系PLの投影倍率は、一例として1/4とされている。このため、前述の如く照明光ILによりレチクルRが均一な照度で照明されると、その照明領域内のレチクルRのパターンが投影光学系PLにより縮小されて、レジストが塗布されたウエハW上に投影され、ウエハW上の被露光領域(ショット領域)の一部にパターンの縮小像(部分像)が形成される。このとき、投影光学系PLは視野内の一部(すなわち、露光エリアであって、投影光学系PLに関して照明領域と共役な矩形領域)に上記パターンの縮小像を形成する。   The projection magnification of the projection optical system PL is ¼ as an example. For this reason, when the reticle R is illuminated with uniform illumination by the illumination light IL as described above, the pattern of the reticle R in the illumination area is reduced by the projection optical system PL, and is applied onto the resist-coated wafer W. The projected image forms a reduced image (partial image) of the pattern in a part of the exposed area (shot area) on the wafer W. At this time, the projection optical system PL forms a reduced image of the pattern in a part of the field of view (that is, an exposure area and a rectangular area conjugate with the illumination area with respect to the projection optical system PL).

ウエハステージWSTは、リニアモータ等を含む駆動系22によって、X軸方向、Y軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Z軸方向、X軸回りの回転方向(θx方向)、Y軸回りの回転方向(θy方向)、及びZ軸回りの回転方向(θz方向)に微小駆動される。ウエハステージWST上に不図示のウエハホルダを介してウエハWが真空吸着等によって保持されている。   Wafer stage WST is driven with a predetermined stroke in the X-axis direction and Y-axis direction by a drive system 22 including a linear motor and the like, and also rotates in the Z-axis direction, the rotation direction around the X-axis (θx direction), and the rotation around the Y-axis. It is micro-driven in the rotational direction (θy direction) and the rotational direction around the Z axis (θz direction). Wafer W is held on wafer stage WST by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown).

ウエハステージWSTの位置情報は、ウエハステージWSTに固定された移動鏡24を介してレーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略述する)26によって計測され、干渉計システム26の計測値が主制御装置28に供給されている。主制御装置28は、干渉計システム26の計測値に基づいて、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(回転情報(ヨーイング量(θz方向の回転量)、ピッチング量(θx方向の回転量)、ローリング量(θy方向の回転量))を含む)を計測する。なお、ウエハステージWSTの端面を鏡面加工して反射面(移動鏡24の反射面に相当)を形成しても良い。また、ウエハステージWSTに代えて、X軸方向、Y軸方向及びθz方向に移動する第1ステージと、該第1ステージ上でZ軸方向、θx方向及びθy方向に微動する第2ステージとを備えるステージを、用いても良い。   The position information of wafer stage WST is measured by a laser interferometer system (hereinafter abbreviated as “interferometer system”) 26 via a moving mirror 24 fixed to wafer stage WST. Is supplied to the main controller 28. Based on the measurement value of interferometer system 26, main controller 28 determines positional information (rotation information (yaw amount (rotation amount in θz direction), pitching amount (rotation amount in θx direction)) of wafer stage WST in the XY plane. , Rolling amount (rotation amount in the θy direction))) is measured. Note that the end surface of wafer stage WST may be mirror-finished to form a reflecting surface (corresponding to the reflecting surface of movable mirror 24). Further, instead of wafer stage WST, a first stage that moves in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz direction, and a second stage that finely moves in the Z-axis direction, θx direction, and θy direction on the first stage. A stage provided may be used.

干渉計システム26の計測値は主制御装置28に供給され、主制御装置28は干渉計システム26の計測値に基づいて駆動系22を介してウエハステージWSTのXY平面内の位置(θz方向の回転を含む)を制御する。   The measurement value of the interferometer system 26 is supplied to the main controller 28, and the main controller 28 determines the position of the wafer stage WST in the XY plane (in the θz direction) via the drive system 22 based on the measurement value of the interferometer system 26. Control (including rotation).

また、ウエハW表面のZ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示される送光系50a及び受光系50bを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサAFSによって計測される。このフォーカスセンサAFSの計測値も主制御装置28に供給されている。   Further, the position and the tilt amount of the surface of the wafer W in the Z-axis direction can be determined by, for example, an oblique incidence type multi-point focus having a light transmission system 50a and a light reception system 50b disclosed in US Pat. No. 5,448,332. It is measured by a focus sensor AFS comprising a position detection system. The measurement value of the focus sensor AFS is also supplied to the main controller 28.

また、ウエハステージWST上には、表面がウエハWの表面と同じ高さになるように基準板FPが固定されている。基準板FPの表面には、後述するアライメント検出系ASのいわゆるベースライン計測等に用いられる基準マークなどが形成されている。   On the wafer stage WST, a reference plate FP is fixed so that the surface thereof is the same height as the surface of the wafer W. On the surface of the reference plate FP, a reference mark used for so-called baseline measurement or the like of an alignment detection system AS described later is formed.

投影ユニットPUの鏡筒40の側面に、ウエハWに形成されたアライメントマーク及び上記基準マークを検出するアライメント検出系ASが設けられている。このアライメント検出系ASとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド(広帯域)光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。   An alignment detection system AS that detects the alignment mark formed on the wafer W and the reference mark is provided on the side surface of the lens barrel 40 of the projection unit PU. As an example of the alignment detection system AS, a kind of image-forming type alignment sensor that measures a mark position by illuminating a mark with broadband light such as a halogen lamp and processing the mark image. The FIA (Field Image Alignment) system is used.

アライメント検出系ASの検出信号は、アライメント制御装置16に供給され、アライメント制御装置16は、その検出信号をA/D変換し、このデジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置を検出する。ここで、アライメント検出系ASには、アライメントマークの光学像を受光する撮像素子が用いられているが、近年、撮像素子の進化は著しく、A/D変換が撮像素子(アライメント検出系AS内)で行なわれ、アライメント制御装置16にはデジタル信号が供給され、アライメント制御装置16では、既にデジタル化された波形信号を演算処理してマーク位置を検出することも多い。この結果は、アライメント制御装置16から主制御装置28に供給される。   The detection signal of the alignment detection system AS is supplied to the alignment control device 16, and the alignment control device 16 performs A / D conversion on the detection signal and arithmetically processes the digitized waveform signal to detect the mark position. . Here, an image pickup device that receives an optical image of the alignment mark is used for the alignment detection system AS. However, in recent years, the image pickup device has been remarkably evolved, and A / D conversion is performed in the image pickup device (in the alignment detection system AS). The alignment control device 16 is supplied with a digital signal, and the alignment control device 16 often performs arithmetic processing on the already digitized waveform signal to detect the mark position. This result is supplied from the alignment controller 16 to the main controller 28.

アライメント検出系ASとして、本実施形態では、少なくとも照明条件及び結像条件の変更(又は切り換え)が可能な検出系が採用されている。照明条件は、波長選択フィルタ(照明波長)、照明開口絞り(照明開口数)、及びNDフィルタ(ニュートラル・デンシティ・フィルタ)の少なくとも1つを切り換えることにより、変更される。照明波長として、例えば、グリーン(例えば波長530〜610nm)、オレンジ(例えば波長600〜710nm)、レッド(例えば波長700〜800nm)、ブロード(例えば波長530〜800nm)、シアン(例えば480〜520nm)、及び近赤外(770〜850nm)の6つの波長帯域が用意されている。   As the alignment detection system AS, in the present embodiment, a detection system that can change (or switch) at least the illumination condition and the imaging condition is employed. The illumination condition is changed by switching at least one of a wavelength selection filter (illumination wavelength), an illumination aperture stop (illumination numerical aperture), and an ND filter (neutral density filter). Illumination wavelengths include, for example, green (for example, wavelength 530-610 nm), orange (for example, wavelength 600-710 nm), red (for example, wavelength 700-800 nm), broad (for example, wavelength 530-800 nm), cyan (for example, 480-520 nm), And six wavelength bands of near infrared (770 to 850 nm) are prepared.

照明開口絞りとして、直径の異なる複数の円形絞り(通常絞り、小σ絞り)と、輪帯比の異なる複数の輪帯絞りとが切り換え可能に設けられている。複数の輪帯絞りは、結像光学系の開口数より大きな開口数を有する輪帯絞りを含む。本実施形態では、例えば、その結像光学系の開口数より大きな開口数を有する輪帯絞りを照明光路内に位置させることで、明視野照明から暗視野照明に切り換えることができる。なお、輪帯遮光形状の遮光部を備えた結像開口絞りを結像光路上に挿脱可能に構成し、輪帯絞り(照明絞り)と併用することで、暗視野照明を実現しても良い。   As the illumination aperture stop, a plurality of circular stops (normal stop, small σ stop) having different diameters and a plurality of annular stops having different zone ratios are provided so as to be switchable. The plurality of annular stops includes an annular stop having a numerical aperture larger than that of the imaging optical system. In the present embodiment, for example, bright field illumination can be switched to dark field illumination by positioning an annular diaphragm having a numerical aperture larger than the numerical aperture of the imaging optical system in the illumination optical path. Even if dark field illumination is realized by constructing an imaging aperture stop with a ring-shaped light-shielding part so that it can be inserted into and removed from the imaging optical path, and using it together with an annular stop (illumination stop) good.

また、特にファイン計測時には、照明開口絞りの光軸に対する偏心は、ウエハ上に導光する光束の倒れ(テレセントリシティ性の悪化)を防ぐため、非常に厳密に位置調整される必要があるが、明視野照明時の円形発光部と、暗視野照明時の輪帯発光部との位置ずれ(偏心ずれ)を考慮すると、例えば特開2007−42966号公報に開示されるように、円形と輪帯の2重丸構造の絞りとすると共に、ライトガイドファイバで光を導光し、円形発光部に光を導くファイバ束と、輪帯発光部に光を導くファイバ束を別束として構成し、合成し、各ファイバ束に導光する入射光を切り換え構造としても良い。   Also, especially during fine measurement, the eccentricity of the illumination aperture stop with respect to the optical axis needs to be adjusted very precisely to prevent the light beam guided onto the wafer from falling (deteriorating telecentricity). Considering the positional deviation (eccentric deviation) between the circular light emitting unit during bright field illumination and the annular light emitting unit during dark field illumination, for example, as disclosed in JP 2007-42966 A, circular and circular A band-shaped double-circle aperture, and a light bundle that guides light with a light guide fiber and guides the light to the circular light emitting part, and a fiber bundle that guides the light to the annular light emitting part are configured as separate bundles, The incident light combined and guided to each fiber bundle may be switched.

NDフィルタを有する減光装置として、例えば複数段の回転板を有する装置が用いられる。ここで、各回転板には透過率(減光率)の異なる複数のNDフィルタが設けられている。減光装置は、回転板を回転制御してNDフィルタを切り換えることにより、透過率(減光率)、すなわち照度を設定する。結像条件には、フォーカス(フォーカスオフセット)、結像開口数、収差等が含まれる。これらの条件は、例えば、アライメント検出系ASの光学系を構成する光学素子を微小駆動することにより調整される。なお、照明条件及び結像条件の変更は、主制御装置28の指示に基づき、アライメント制御装置16によって行われる。また、計測精度がファインアライメントに比べ緩いサーチアライメントにおいては、アライメント検出系ASに搭載されるAGC(Auto Gain Control)機能を用いることも可能である。なお、アライメント検出系ASと同様(ただし、波長選択フィルタの数など一部相違する)の構成のアライメントセンサは、例えば米国特許出願公開第2008/0013073号明細書などに開示されている。   As the dimming device having the ND filter, for example, a device having a plurality of rotating plates is used. Here, each rotary plate is provided with a plurality of ND filters having different transmittances (light attenuation rates). The dimming device sets the transmittance (the dimming rate), that is, the illuminance, by controlling the rotation of the rotating plate and switching the ND filter. The imaging conditions include focus (focus offset), imaging numerical aperture, aberration, and the like. These conditions are adjusted, for example, by minutely driving the optical elements that constitute the optical system of the alignment detection system AS. The illumination condition and the imaging condition are changed by the alignment control device 16 based on an instruction from the main control device 28. In search alignment where the measurement accuracy is less than that of fine alignment, it is also possible to use an AGC (Auto Gain Control) function mounted in the alignment detection system AS. An alignment sensor having the same configuration as the alignment detection system AS (however, the number of wavelength selection filters is partially different) is disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2008/0013073.

さらに、本実施形態の露光装置100では、図示は省略されているが、レチクルRの上方に、例えば米国特許第5,646,413号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系が設けられ、該レチクルアライメント検出系の検出信号は、アライメント制御装置16を介して主制御装置28に供給される。   Further, in the exposure apparatus 100 of this embodiment, although not shown, light having an exposure wavelength disclosed in, for example, US Pat. No. 5,646,413 is used above the reticle R. A pair of reticle alignment detection systems comprising a TTR (Through The Reticle) alignment system is provided, and detection signals of the reticle alignment detection system are supplied to the main controller 28 via the alignment controller 16.

次に、本実施形態の露光装置100で行われるアライメント計測(EGA計測)のレシピファイル(プロセスプログラム)の作成について説明する。ここでは、主制御装置28(内のCPU)によって実行される処理アルゴリズムを示す図2のフローチャートに沿って、適宜他の図面を参照して説明する。   Next, creation of a recipe file (process program) for alignment measurement (EGA measurement) performed by the exposure apparatus 100 of the present embodiment will be described. Here, the processing algorithm executed by the main control device 28 (internal CPU) will be described with reference to other drawings as appropriate along the flowchart of FIG.

まず、ステップ102において、不図示のウエハローダを用いてウエハステージWST上に搭載された不図示のウエハホルダ上にウエハをロードする。ここでは、実際にデバイスの製造に用いられる、少なくとも1層のレチクルパターンの転写が行われ、レチクルパターンとともに転写されたサーチアライメントマークとファインアライメントマークとが形成されたウエハWがウエハホルダ上にロードされる。図3(A)に示されるように、ウエハW上の各ショット領域Sには、アライメントマークとして、ファインアライメントマーク(EGAマーク)32及びサーチアライメントマーク(サーチマーク)33が形成されている(ファインアライメントマークに関しては、正確には、各ショット領域Sの周囲のスクライブライン上に形成される)。図3(B)に示されるように、EGAマーク32は、それぞれX軸方向、X軸方向、及びY軸方向に所定ピッチで形成された凹凸のライン・アンド・スペースパターン(マルチバーパターン)32X,32X,32Yを含む。以下では、これら3つのマルチバーパターン32X,32X,32Yを、それぞれ、第1X成分、第2X成分、及びY成分とも呼ぶ。サーチマーク33は、X軸方向に所定ピッチで並ぶマルチパターンとY軸方向に所定ピッチで並ぶマルチパターンとが重ねて形成された格子状のパターンである。なお、通常は、サーチマーク33の方が大きいが、図3(A)及び図3(B)では、各マークの大小関係及び大きさなどは、実際とは異なっている。EGAマーク32及びサーチマーク33の設計パラメータ(形状、数、及び位置等)、及びウエハWの設計パラメータ(ウエハWの大きさ及び区画領域のレイアウト等)は予め定められており、後述する検出条件の最適化処理(レシピファイル作成手順の一部)に先立ってメモリ(不図示)に記憶されているものとする。なお、以下では、区別が必要な場合を除き、EGAマーク及びサーチマークのいずれをもアライメントマークと呼ぶ。 First, in step 102, a wafer is loaded onto a wafer holder (not shown) mounted on wafer stage WST using a wafer loader (not shown). Here, at least one reticle pattern, which is actually used for manufacturing a device, is transferred, and a wafer W on which a search alignment mark and a fine alignment mark transferred together with the reticle pattern are formed is loaded on a wafer holder. The As shown in FIG. 3 (A), in each shot area S n on the wafer W, as an alignment mark, fine alignment mark (EGA mark) 32 and search alignment marks (search mark) 33 is formed ( for the fine alignment marks, to be precise, it is formed on the periphery of the scribe line of each shot area S n). As shown in FIG. 3B, the EGA mark 32 is an uneven line-and-space pattern (multi-bar pattern) 32X formed at a predetermined pitch in the X-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction, respectively. 1 , 32X 2 , 32Y are included. Hereinafter, these three multibar patterns 32X 1 , 32X 2 , and 32Y are also referred to as a first X component, a second X component, and a Y component, respectively. The search mark 33 is a lattice-shaped pattern formed by superimposing multi patterns arranged at a predetermined pitch in the X-axis direction and multi patterns arranged at a predetermined pitch in the Y-axis direction. Normally, the search mark 33 is larger, but in FIGS. 3A and 3B, the size relationship and size of each mark are different from the actual one. The design parameters (shape, number, position, etc.) of the EGA mark 32 and the search mark 33 and the design parameters of the wafer W (size of the wafer W, layout of the partition area, etc.) are determined in advance. Is stored in a memory (not shown) prior to the optimization process (part of the recipe file creation procedure). In the following, both the EGA mark and the search mark are referred to as alignment marks, unless distinction is necessary.

次のステップ104では、ウエハホルダ上にロードされたウエハのサーチアライメントを行う。具体的には、例えば、ウエハ中心に関してほぼ対称に周辺部に位置する2つのサーチマークをアライメント検出系ASを用いて検出する。これらのサーチマークの検出は、それぞれのサーチマークがアライメント検出系ASの検出視野内に位置するように、ウエハステージWSTを順次位置決めしつつ行われる。そして、アライメント検出系ASの検出結果(アライメント検出系ASの計測座標原点と各サーチアライメントマークとの相対位置関係)と各サーチアライメントマーク検出時の干渉計システム26の計測値とに基づいて2つのサーチアライメントマークのステージ座標系上の位置座標を求める。しかる後、2つのサーチアライメントマークの位置座標から、ウエハの中心ずれ、及び残留回転誤差を算出し、少なくとも残留回転誤差がほぼ零となるようにウエハステージWST(又はウエハホルダ)を微小回転させる。これにより、ウエハのサーチアライメントが終了する。   In the next step 104, search alignment of the wafer loaded on the wafer holder is performed. Specifically, for example, two search marks positioned in the peripheral portion substantially symmetrically with respect to the wafer center are detected using the alignment detection system AS. Detection of these search marks is performed while sequentially positioning wafer stage WST such that each search mark is positioned within the detection field of alignment detection system AS. Based on the detection result of the alignment detection system AS (relative positional relationship between the measurement coordinate origin of the alignment detection system AS and each search alignment mark) and the measurement value of the interferometer system 26 when each search alignment mark is detected, The position coordinate of the search alignment mark on the stage coordinate system is obtained. Thereafter, the wafer center deviation and the residual rotation error are calculated from the position coordinates of the two search alignment marks, and the wafer stage WST (or wafer holder) is slightly rotated so that at least the residual rotation error becomes substantially zero. This completes the wafer search alignment.

ステップ106では、光量(照度)の最適化を行う。具体的には、所定の基準となる照明条件(例えばコンベンショナル照明で、ブロードの照明帯域(波長帯域)にて、照度(NDフィルタ)を変えつつ、アライメント検出系ASを用いて、初期フォーカス位置(アライメントオートフォーカスの追い込み位置)でEGAの第1サンプルマーク(先頭サンプルショット領域の第1マーク)を検出する。そして、主制御装置28は、得られる撮像信号のコントラストが最適となる照度を見つけることによって、照度、すなわちアライメント検出系ASの検出光の光量を最適化する。   In step 106, the light quantity (illuminance) is optimized. Specifically, the initial focus position (by using the alignment detection system AS while changing the illuminance (ND filter) in a broad illumination band (wavelength band in conventional illumination, for example, conventional illumination). The first sample mark of EGA (first mark of the first sample shot area) is detected at the alignment autofocus driving position), and the main controller 28 finds the illuminance at which the contrast of the obtained imaging signal is optimum. Thus, the illuminance, that is, the amount of detection light of the alignment detection system AS is optimized.

次のステップ107では、フォーカス最適化処理(FFO:FIA focus optimization)を行う。前述したように、アライメントマークの構造は、投影露光装置で作成中の半導体素子等に依存しており、マークの構造次第で、大きな信号波形が得られて検出が容易な場合、あるいは逆に小さな信号波形しか得られず検出が困難な場合もある。アライメントマークを構成する要素として、ライン部及びスペース部の線幅に加え、反射率、段差等の構造が半導体素子等の製造プロセスにより異なっているために、異なる信号波形となる(ここで段差はマークを構成する物質がライン部とスペース部で異なり、光の光路長が異なることにより発生する位相差成分も含めている)。FIA光学系においては、特に明視野照明系において、照明光束の開口数NAが結像光学系の開口数NAよりも小さく(比率にして0.8程度)設定されているが、一般にこのような光学系の設定は部分コヒーレント光学系と呼ばれ、結像特性として、アライメントマークの構造(前述した3つの要素)次第では、初期フォーカス位置よりも、デフォーカス(フォーカス位置を変更した場合)の方が、より大きな信号波形が得られるという既知の特徴がある。   In the next step 107, focus optimization processing (FFO: FIA focus optimization) is performed. As described above, the alignment mark structure depends on the semiconductor element or the like being created by the projection exposure apparatus. Depending on the mark structure, a large signal waveform can be obtained and detection is easy, or conversely small. In some cases, only a signal waveform can be obtained and detection is difficult. As an element constituting the alignment mark, in addition to the line width of the line portion and the space portion, the structure such as the reflectance and the step differs depending on the manufacturing process of the semiconductor element, etc. (The phase difference component generated when the material composing the mark is different between the line part and the space part and the optical path length of the light is different is also included). In the FIA optical system, particularly in the bright field illumination system, the numerical aperture NA of the illumination light beam is set to be smaller than the numerical aperture NA of the imaging optical system (ratio of about 0.8). The setting of the optical system is called a partially coherent optical system. Depending on the structure of the alignment mark (the three elements described above), the defocusing (when the focus position is changed) is more important than the initial focus position. However, there is a known feature that a larger signal waveform can be obtained.

また、詳しくは後述するが、信号波形が大きく、コントラストが大きく、エッジスロープ(波形を形成する曲線の角度成分)が急峻なほど、計測精度が良いという特徴がある。   Further, as will be described in detail later, there is a characteristic that the measurement accuracy is better as the signal waveform is larger, the contrast is larger, and the edge slope (the angle component of the curve forming the waveform) is steeper.

フォーカス最適化は、ウエハステージをZ方向に移動させつつ、アライメントマークを検出し、各フォーカス位置でのエッジスロープ最大値(又は、コントラスト最大値)を計測し、フォーカスに対する曲線分布を獲得し、そのピーク位置となるフォーカス位置を検出する既知の処理である。処理の結果得られたフォーカス位置は、最適フォーカス位置として記憶しておく。   Focus optimization detects the alignment mark while moving the wafer stage in the Z direction, measures the edge slope maximum value (or contrast maximum value) at each focus position, obtains the curve distribution for the focus, This is a known process for detecting the focus position as the peak position. The focus position obtained as a result of the processing is stored as the optimum focus position.

同様にして、暗視野照明においても、FFO計測処理を行う。暗視野照明では、原理的には初期フォーカス位置と、最適化にて検出されたフォーカス位置の差はないが、アライメントマーク構造次第では、マーク部分が必ずしもウエハ表面と一致しているとは限らないため、実施する。ただし、予め誤差が少ないと判明している場合は、実施しなくても良い。   Similarly, the FFO measurement process is also performed in dark field illumination. In dark field illumination, in principle there is no difference between the initial focus position and the focus position detected by optimization, but the mark portion does not necessarily coincide with the wafer surface, depending on the alignment mark structure. Therefore, carry out. However, if it is known in advance that the error is small, it may not be performed.

しかる後、ステップ108のアライメントマーク検出処理のサブルーチンに移行する。このステップ108のアライメントマーク検出処理(のサブルーチンの処理)と、次のステップ110の所定の信号処理アルゴリズムを用いた検出信号の特徴量抽出と判定処理の(のサブルーチンの処理)との両者が、光学ティーチング処理と呼ばれる処理に該当する。   Thereafter, the process proceeds to a subroutine for alignment mark detection processing in step 108. Both the alignment mark detection process in this step 108 (subroutine process) and the detection signal feature amount extraction and determination process (subroutine process) using a predetermined signal processing algorithm in the next step 110 are performed. This corresponds to a process called an optical teaching process.

ステップ108のサブルーチンでは、まず、図4のステップ202において、アライメント検出系ASの照明波長の設定又は変更を行う。ここでの照明波長の設定は、前述のブロード、グリーン、オレンジ、レッド、シアン、及び近赤外の6つの波長帯域の中から予め定められた順番で、順次波長帯域を設定(変更)することで行われる。一例として、第1番目として、ブロードが定められているものとする。この場合、前述の光量最適化のときにすでにブロードが設定されているので、特に何も行う必要はない。   In the subroutine of step 108, first, in step 202 of FIG. 4, the illumination wavelength of the alignment detection system AS is set or changed. The setting of the illumination wavelength here is to set (change) the wavelength bands sequentially in the predetermined order from the six wavelength bands of broad, green, orange, red, cyan, and near infrared. Done in As an example, it is assumed that broad is defined as the first. In this case, there is no need to do anything because broad is already set at the time of the light quantity optimization described above.

次のステップ204では、アライメント検出系ASの照明方法及び結像条件の設定又は変更する。ここで、照明方法の設定/変更は、照明系開口絞りの選択設定によって実現される。従って、通常照明、変形照明などの他、明視野照明、暗視野照明などの設定/変更も含まれる。前述の如く、例えば、結像光学系の開口数(NA)より大きな照明開口数の輪帯絞りを用いて輪帯照明を行うと暗視野照明になる。   In the next step 204, the illumination method and imaging conditions of the alignment detection system AS are set or changed. Here, the setting / change of the illumination method is realized by selecting and setting the illumination system aperture stop. Accordingly, setting / changing of bright field illumination, dark field illumination, etc. is included in addition to normal illumination and modified illumination. As described above, for example, when annular illumination is performed using an annular diaphragm having an illumination numerical aperture larger than the numerical aperture (NA) of the imaging optical system, dark field illumination is obtained.

また、結像条件には、前述の如く、アライメント検出系ASの結像光学系のフォーカス位置、結像開口数、及び収差などが含まれる。従って、結像開口数を変更しても良いが、以下では、説明の便宜上、結像条件の設定/変更は、主として結像光学系のフォーカス位置の設定/変更を指す。   Further, as described above, the imaging conditions include the focus position, imaging numerical aperture, aberration, and the like of the imaging optical system of the alignment detection system AS. Therefore, although the imaging numerical aperture may be changed, in the following, for convenience of explanation, the setting / changing of the imaging conditions mainly refers to the setting / changing of the focus position of the imaging optical system.

照明方法及び結像条件の設定又は変更は、予め定めた順番で、照明系開口絞りと暗視野又は明視野との組み合わせを設定し、さらに各組み合わせについて予め定められているフォーカス位置を所定の順番で設定することで行われる。   To set or change the illumination method and imaging conditions, set a combination of the illumination system aperture stop and dark field or bright field in a predetermined order, and further set a predetermined focus position for each combination in a predetermined order. This is done by setting in.

ここでは、主制御装置28は、一例として、通常照明絞りと輪帯照明絞りとの切り替えにより、明視野照明と暗視野照明とを切り替え、明視野照明については、フォーカス位置を、前述したフォーカス最適化FFO処理にて検出した最適フォーカス位置、及び最適フォーカス位置を中心とする正負両側への各1点のフォーカス位置、最良フォーカス位置(いわゆるゼロ点)、及び最良フォーカス位置を中心とする正負両側への各10点のステップフォーカス位置を設定し、また、暗視野照明については、前述したフォーカス最適化FFO処理にて検出した最適フォーカス位置(最適化が不要の場合は、そのまま最良フォーカス位置(いわゆるゼロ点))、及び正負両側への各1点のフォーカス位置を設定するものとする。   Here, as an example, the main controller 28 switches between the bright field illumination and the dark field illumination by switching between the normal illumination ring and the annular illumination diaphragm. For the bright field illumination, the focus position is set to the optimum focus described above. The optimal focus position detected by the generalized FFO process, and one focus position on each of both positive and negative sides centered on the optimal focus position, the best focus position (so-called zero point), and both positive and negative sides centered on the best focus position For the dark field illumination, the optimum focus position detected by the above-described focus optimization FFO processing (if optimization is not required, the best focus position (so-called zero focus position) is set as it is. Point)), and the focus position of one point each on the positive and negative sides.

従って、本実施形態では、1つの照明波長に対して、このステップ204において、25通りの照明方法と結像条件との組み合わせが設定されることになる。   Therefore, in the present embodiment, in this step 204, combinations of 25 illumination methods and imaging conditions are set for one illumination wavelength.

次のステップ206では、現在設定されているアライメント光学条件の設定下で、アライメント検出系ASを用いて、予め定められた数、例えば20個のショット領域に付設されているアライメントマーク(ここでは、EGAマーク)を検出する。主制御装置28は、ウエハステージWSTをXY方向に駆動して、ウエハW上に付設された予め定められた数のアライメントマークをアライメント検出系ASの検出視野内に順次位置決めし、撮像する。   In the next step 206, using the alignment detection system AS under the setting of the alignment optical conditions that are currently set, an alignment mark attached to a predetermined number, for example, 20 shot areas (here, EGA mark) is detected. Main controller 28 drives wafer stage WST in the XY directions to sequentially position and image a predetermined number of alignment marks attached on wafer W within the detection field of alignment detection system AS.

次のステップ208では、得られた撮像結果を、アライメントマークのX、Y成分のそれぞれについての1次元信号に変換する。例えば、図5(A)に示されるEGAマーク32に対し、それぞれ走査線LX1,LX2に関するX成分32X,32Xの1次元信号と、走査線Lに関するY成分32Yの1次元信号と、が抽出される。あるいは、走査線LX1,LX2に平行な複数の走査線についてのX成分32X,32Xの輝度値(画素値)を加算した、あるいはその加算値の平均をとった1次元信号と、走査線Lに平行な複数の走査線についてのY成分32Yの輝度値を加算した、あるいはその加算値の平均をとった1次元信号と、が抽出される。いずれにしてもX成分32X,32Xの1次元信号として図5(B)に示されるような波形の信号が得られ、Y成分32Yの1次元信号として図5(C)に示されるような波形の信号が得られる。 In the next step 208, the obtained imaging result is converted into a one-dimensional signal for each of the X and Y components of the alignment mark. For example, FIG. 5 to EGA mark 32 shown in (A), X component for each scan line L X1, L X2 32X 1, 1 -dimensional signal and 32X 2, 1-dimensional signal of the Y component 32Y in the scanning line L Y And are extracted. Alternatively, a one-dimensional signal obtained by adding the luminance values (pixel values) of the X components 32X 1 and 32X 2 for a plurality of scanning lines parallel to the scanning lines L X1 and L X2 or taking the average of the added values; the sum of the luminance values of the Y component 32Y for a plurality of scan lines parallel to the scan line L Y, or a one-dimensional signal averaged for the added value, is extracted. In any case, a signal having a waveform as shown in FIG. 5B is obtained as a one-dimensional signal of the X components 32X 1 and 32X 2 , and as shown in FIG. 5C as a one-dimensional signal of the Y component 32Y. A signal with a simple waveform can be obtained.

次のステップ210では、得られた(検出された)1次元信号(以下、検出信号と呼ぶ)を検出光の光量(本実施形態ではAGC機能により調整される量)及び信号強度のブラックレベル(原点)BLに応じて規格化し、その検出信号(規格化後)を、アライメント検出系ASの照明条件及び結像条件と対応付けて、記憶装置(不図示)に記憶する。例えば、図6に示されるように、検出信号IはI’=(I−BL)/(IMax−BL)と規格化される。ここで、IMaxは最大階調であり、アライメント検出系ASで検出可能な限界信号強度に対応する。また、検出精度を改善するために、例えば、1つのアライメントマークを複数回に分けて撮像する場合等には、これらも考慮して検出信号が規格化される。 In the next step 210, the obtained (detected) one-dimensional signal (hereinafter referred to as a detection signal) is converted into a detection light amount (amount adjusted by the AGC function in this embodiment) and a black level (signal level). The origin is normalized according to BL, and the detection signal (after normalization) is stored in a storage device (not shown) in association with the illumination condition and the imaging condition of the alignment detection system AS. For example, as shown in FIG. 6, the detection signal I is normalized as I ′ = (I−BL) / (I Max −BL). Here, I Max is the maximum gradation and corresponds to the limit signal intensity that can be detected by the alignment detection system AS. In order to improve detection accuracy, for example, when one alignment mark is imaged in a plurality of times, the detection signal is normalized in consideration of these.

次のステップ212では、予定されていた全ての照明方法と結像条件との組み合わせについて、現在設定中のアライメント検出系ASの照明波長におけるアライメントマークの検出が終了したか否かを判断する。そして、判断が否定された場合、ステップ204に戻って次の照明方法及び結像条件の組み合わせに変更し、変更後の照明方法及び結像条件に対してステップ206〜210の処理を行う。その後、ステップ212における判断が肯定されるまで、ステップ206、208,210、212のループの処理が繰り返し行われる。そして、ステップ212の判断が肯定されると、ステップ214に進む。   In the next step 212, it is determined whether or not the detection of the alignment mark at the illumination wavelength of the currently set alignment detection system AS has been completed for all combinations of the illumination methods and the imaging conditions that have been planned. If the determination is negative, the process returns to step 204 to change to the next combination of illumination method and imaging conditions, and the processing of steps 206 to 210 is performed on the changed illumination method and imaging conditions. Thereafter, the loop processing of steps 206, 208, 210, and 212 is repeated until the determination in step 212 is affirmed. If the determination in step 212 is affirmed, the process proceeds to step 214.

ステップ214では、アライメント検出系ASの全ての照明波長、本実施形態では6つの照明波長について、アライメントマークの検出が終了したか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合、ステップ202に戻って次の照明波長に変更し、変更後の照明波長について、ステップ212における判断が肯定されるまで、ステップ204〜ステップ212のループの処理を繰り返し行う。その後、ステップ214における判断が肯定されるまで、ステップ202以下の処理が繰り返し行われる。そして、ステップ214の判断が肯定されると、アライメントマーク検出処理のサブルーチンの処理を終了し、図2のメインルーチンのステップ110にリターンする。   In step 214, it is determined whether or not the detection of the alignment mark has been completed for all illumination wavelengths of the alignment detection system AS, in this embodiment six illumination wavelengths. If this determination is negative, the process returns to step 202 to change to the next illumination wavelength, and the loop processing from step 204 to step 212 is performed until the determination in step 212 is affirmed for the changed illumination wavelength. Repeat. Thereafter, the processes in and after step 202 are repeatedly performed until the determination in step 214 is affirmed. If the determination in step 214 is affirmed, the subroutine of the alignment mark detection process is terminated, and the process returns to step 110 of the main routine of FIG.

以上のステップ108までの処理により、1つのアライメントマークについて27×6=162通りの照明条件及び結像条件に対する検出信号が得られる。   Through the processing up to step 108 described above, detection signals for 27 × 6 = 162 kinds of illumination conditions and imaging conditions are obtained for one alignment mark.

ステップ110、すなわち検出信号の特徴量抽出と判定処理のサブルーチンでは、まず、図7のステップ302において、アライメントマーク検出処理により得られたアライメントマークの検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析処理するための解析条件の設定又は変更を行う。ここで、設定又は変更される解析条件には、ノイズの除去等、検出信号を整形するための複数のフィルタ処理及び該複数のフィルタ処理の組み合わせ、並びに複数のフィルタ処理のそれぞれのフィルタ特性を含むことも出来る。このステップ302の処理は、これらの解析条件を、予め定められた順番で、順次設定(変更)することで行われる。なお、通常処理として、ステップ304のフィルタ処理を行わない解析を実施することとしても構わない。この場合は、ステップ302でフィルタ処理なしに設定し、ステップ304では処理を実施しなければ良い。   In step 110, that is, in the detection signal feature amount extraction and determination processing subroutine, first, in step 302 of FIG. 7, the alignment mark detection signal obtained by the alignment mark detection processing is analyzed using a predetermined signal processing algorithm. To set or change the analysis conditions. Here, the analysis conditions to be set or changed include a plurality of filter processes for shaping a detection signal such as noise removal, a combination of the plurality of filter processes, and respective filter characteristics of the plurality of filter processes. You can also The processing in step 302 is performed by sequentially setting (changing) these analysis conditions in a predetermined order. In addition, as a normal process, you may perform the analysis which does not perform the filter process of step 304. FIG. In this case, no filtering is set in step 302, and no processing is performed in step 304.

本実施形態で、必須の項目ではないが、フィルタ処理を行う場合には、以下のように実施する。   Although not an indispensable item in this embodiment, when performing a filter process, it implements as follows.

複数のフィルタ処理として、例えば図8(A)に示される利得関数を有する低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、及び帯域通過フィルタ、並びに図8(B)に示される利得関数を有する櫛形フィルタ等を用いる処理が用意されている。フィルタ処理の組み合わせには、これらのフィルタ処理の任意の組み合わせが含まれる。フィルタ特性には、例えば、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、及び帯域通過フィルタに対してカットオフ周波数、櫛形フィルタに対してカットオフ周波数、バンド幅、及びバンド間隔が含まれる。   As the plurality of filter processes, for example, a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter having a gain function shown in FIG. 8A, a comb filter having a gain function shown in FIG. A process using is prepared. The combination of filter processes includes any combination of these filter processes. The filter characteristics include, for example, a cut-off frequency for a low-pass filter, a high-pass filter, and a band-pass filter, and a cut-off frequency, a bandwidth, and a band interval for a comb filter.

なお、前述したが、ここで、フィルタ処理とは、いわゆるデジタル信号処理により、信号波形の周波数成分(光学像の場合は空間周波数と呼ばれるが信号波形処理自体は同様であるため、図8内では周波数と表記されている)の帯域を制限し、周波数特性を変更する処理を表すものとする。例えば、低域通過フィルタという場合、信号波形の周波数成分は低い周波数のものだけとなり、高い周波数成分は削除されることを表す。   As described above, the filter process is a so-called digital signal process, and the frequency component of the signal waveform (referred to as a spatial frequency in the case of an optical image, but the signal waveform process itself is the same as shown in FIG. (Represented as a frequency) is limited, and the frequency characteristic is changed. For example, in the case of a low-pass filter, the signal waveform has only a low frequency component, and a high frequency component is deleted.

一般に撮像素子(一般に言うCCD等の2次元画像を得られるセンサ)は、2次元に整列した多数の画素を持ち、光学系により結像されたアライメントマーク像を、所定の画素ピッチでサンプリングし、2次元画像信号を得ることができる。このようにして得られた画像の強度分布から、光学的なアライメントマーク像の強度分布が得られ、さらに前記フィルタ処理を行い周波数特性を変更する処理を適用することができる。   In general, an image sensor (generally referred to as a sensor that can obtain a two-dimensional image such as a CCD) has a number of pixels that are two-dimensionally aligned, samples an alignment mark image formed by an optical system at a predetermined pixel pitch, A two-dimensional image signal can be obtained. The intensity distribution of the optical alignment mark image can be obtained from the intensity distribution of the image obtained in this manner, and further, a process of changing the frequency characteristic by performing the filtering process can be applied.

なお、図8(B)に示される櫛形フィルタであるが、図8(B)では例として8個の櫛形状を持つ特性が示されているが、一般に多数の各櫛形状部の高さ(利得)を個々に変化させ、高さゼロを含む各種設定とすることも可能である。また、図8(A)及び図8(B)の各フィルタは、簡略化のため矩形形状で示されているが、図示は省略するが、一般に信号処理に最適化させ、矩形形状よりも角に丸みを持つ形状を採用するなど、より最適な形状として採用することができる。   Although the comb filter shown in FIG. 8B is shown in FIG. 8B as an example, characteristics having eight comb shapes are shown. (Gain) can be changed individually, and various settings including zero height can be made. 8A and 8B are shown in a rectangular shape for simplification, but are not shown in the figure, but are generally optimized for signal processing and are more square than the rectangular shape. It is possible to adopt a more optimal shape, such as adopting a rounded shape.

次のステップ304では、アライメントマーク検出処理により得られた全ての検出条件に対するアライメントマークの検出信号に対して、ステップ302において設定された解析条件、すなわち設定されたフィルタ特性を有するフィルタ処理又はその組み合わせを用いた処理を行う。処理された検出信号は、解析条件と対応付けて記憶装置(不図示)に記憶される。   In the next step 304, the analysis conditions set in step 302 with respect to the detection signals of the alignment marks for all the detection conditions obtained by the alignment mark detection process, that is, the filter process having the set filter characteristics or a combination thereof The process using is performed. The processed detection signal is stored in a storage device (not shown) in association with the analysis condition.

図8(C)及び図8(D)には、ノイズ除去に適したフィルタ処理の組み合わせを用いた処理の適用前後の検出信号の一例が示されている。図8(C)に示される処理前の検出信号が、帯域通過フィルタによって、図8(D)に示されるように主要な周波数成分が取出されている。このように、フィルタ処理が効果的な場合もある。   FIGS. 8C and 8D show examples of detection signals before and after application of processing using a combination of filter processing suitable for noise removal. As shown in FIG. 8D, main frequency components are extracted from the detection signal before processing shown in FIG. 8C by a band pass filter. Thus, the filtering process may be effective.

次のステップ306では、予定された全ての解析条件における、検出信号のフィルタ処理が終了したか否か判断する。そして、この判断が否定された場合、ステップ302に戻って次の解析条件に変更し、ステップ304において変更後の解析条件における検出信号のフィルタ処理を行う。そして、ステップ306における判断が肯定されるまで、ステップ302、304、306のループの処理を繰り返す。そして、ステップ306における判断が肯定されると、次のステップ308に移行する。   In the next step 306, it is determined whether or not the detection signal filtering process has been completed under all scheduled analysis conditions. If this determination is negative, the process returns to step 302 to change to the next analysis condition, and in step 304, the detection signal is filtered under the changed analysis condition. Then, the loop processing of steps 302, 304, and 306 is repeated until the determination in step 306 is affirmed. When the determination in step 306 is affirmed, the process proceeds to the next step 308.

ステップ308では、所定の信号処理アルゴリズムを用いて検出信号の特徴量を抽出する。ここで、特徴量の一例について説明する。アライメントマーク中の各ラインパターンに対応して、例えば図9(A)に示されるような波形の1つの信号(ピース信号と呼ぶ)が得られる。図9(A)中に破線で示されるピース信号の信号波形の変曲点が、所定の信号処理アルゴリズムを用いて特徴点として抽出可能である。従って、ピース信号毎に、信号波形の変曲点の位置と変曲点での信号強度と傾き(微分値)とを、信号処理アルゴリズムにより特徴量として求めることができる。なお、変曲点とは、信号波形を微分した波形が、ピース信号内で極大及び極小となる点であり、図9(A)においては、4点の変曲点が抽出されている。同様に、図9(B)中に破線で示されるピース信号の信号波形の極値点が、信号処理アルゴリズムにより特徴点として抽出可能である。従って、ピース信号毎に、信号波形の極値点の位置と極値点での信号強度と、極値点での微分値を、特徴量として求めることができる。なお、極値点とは、信号波形が極大及び極小となる点である。従って、得られた極値点での微分値はほぼゼロとなり、極値点であることを確認することができる。   In step 308, the feature amount of the detection signal is extracted using a predetermined signal processing algorithm. Here, an example of the feature amount will be described. Corresponding to each line pattern in the alignment mark, for example, one signal (referred to as a piece signal) having a waveform as shown in FIG. 9A is obtained. An inflection point of the signal waveform of the piece signal indicated by a broken line in FIG. 9A can be extracted as a feature point using a predetermined signal processing algorithm. Therefore, for each piece signal, the position of the inflection point of the signal waveform and the signal intensity and inclination (differential value) at the inflection point can be obtained as a feature amount by the signal processing algorithm. The inflection points are points where the waveform obtained by differentiating the signal waveform becomes maximum and minimum within the piece signal. In FIG. 9A, four inflection points are extracted. Similarly, an extreme point of the signal waveform of the piece signal indicated by a broken line in FIG. 9B can be extracted as a feature point by a signal processing algorithm. Therefore, for each piece signal, the position of the extreme value point of the signal waveform, the signal intensity at the extreme value point, and the differential value at the extreme value point can be obtained as the feature amount. The extreme point is a point where the signal waveform becomes maximum and minimum. Accordingly, the obtained differential value at the extreme point is almost zero, and it can be confirmed that the extreme point is obtained.

なお、極値点の位置は、極値点を挟む2つの変曲点の中点の位置として求めることもできる。光学像の傾向として、極値点は極値点を挟む2つの変曲点の間に1点でない場合が想定される(2つの変曲点の間で信号波形に微小なうねり成分がある場合)が、このような場合、2つの変曲点の中点を極値点と仮定する本手法は有効である。同時に得られる極値点での信号波形の傾き(微分値)も、本手法の場合ゼロでない値をとるため、有効に活用できる。また、ノイズの影響等で、極値点が定まりにくい場合は、いわゆる所定幅で移動平均処理(スムージング)を施した後に、極値点を検出しても構わない。   Note that the position of the extreme point can also be obtained as the position of the midpoint between two inflection points that sandwich the extreme point. As a tendency of the optical image, it is assumed that the extreme point is not one point between two inflection points sandwiching the extreme point (when there is a small undulation component in the signal waveform between the two inflection points) However, in such a case, the present method is effective in assuming that the midpoint of two inflection points is an extreme point. The slope (differential value) of the signal waveform at the extreme point obtained at the same time can be effectively utilized because it takes a non-zero value in the case of this method. If the extreme point is difficult to determine due to noise or the like, the extreme point may be detected after moving average processing (smoothing) with a so-called predetermined width.

また、図10(A)中に破線で示されるピース信号の最大値及び最小値が特徴量として抽出可能である。前述した極値点での特徴量と異なり、ピース信号の単に波形最大値と最小値を抽出しピース信号の特徴量とすることができる。信号波形はピース信号毎に異なる形状になっていることが想定されるため、極値点に依存しない本特徴量を抽出する。さらに、図10(B)中に破線で示されるピース信号の波形中心と、相互に隣接するピース信号の波形間の中間点が抽出可能であり、それらの点の位置と対応する信号強度とを、特徴量として求めることができる。ここで、ピース信号の波形中心はすでに算出されていることが必要となるが、ピース信号の波形中心を求める既存の手法として、ピース信号部の信号波形を抽出し、信号波形の左右を反転させた信号波形を作り、元の信号に対して位置をずらして波形の相関をみる(いわゆる畳み込み処理)ことで、その最も相関が高い位置を中心位置とする手法を用いることができる。また、アライメントマーク中心に関しても、同様にして算出した各ピース信号の波形中心座標を平均処理することで求めることが可能である。   Further, the maximum value and the minimum value of the piece signal indicated by the broken line in FIG. 10A can be extracted as the feature amount. Unlike the feature value at the extreme point described above, it is possible to simply extract the waveform maximum value and the minimum value of the piece signal as the feature value of the piece signal. Since it is assumed that the signal waveform has a different shape for each piece signal, this feature quantity that does not depend on extreme points is extracted. Further, it is possible to extract the center of the waveform of the piece signal indicated by the broken line in FIG. 10B and the intermediate point between the waveforms of the piece signals adjacent to each other. Can be obtained as a feature amount. Here, it is necessary that the waveform center of the piece signal has already been calculated. However, as an existing method for obtaining the waveform center of the piece signal, the signal waveform of the piece signal section is extracted and the left and right sides of the signal waveform are inverted. By creating a signal waveform and shifting the position with respect to the original signal and checking the correlation of the waveform (so-called convolution processing), a method with the position having the highest correlation as the center position can be used. Also, the alignment mark center can be obtained by averaging the waveform center coordinates of each piece signal calculated in the same manner.

前述した、変曲点位置及び/又は極値位置などを含め、特徴量の位置情報は、各ピース信号の波形中心点、及び/又はアライメントマークの中心点を原点として相対座標(例えば各ピース信号毎に、各ピースの波形中心を原点とした、あるいはアライメントマーク中心点を原点とした座標)にて管理することが可能である。抽出された特徴点及び対応する特徴量は、解析条件及びアライメントマーク(を構成するマークライン)と対応付けて、記憶装置(不図示)に記憶される。   The position information of the feature amount including the inflection point position and / or the extreme value position described above is relative coordinates (for example, each piece signal) with the waveform center point of each piece signal and / or the center point of the alignment mark as the origin. It is possible to manage each piece by using the waveform center of each piece as the origin, or coordinates with the alignment mark center point as the origin. The extracted feature points and the corresponding feature values are stored in a storage device (not shown) in association with the analysis conditions and the alignment marks (mark lines constituting the analysis marks).

なお、抽出された特徴点(及び特徴量)は、対応するアライメントマーク毎にグループ化して管理される。グループ内では、例えば図11(A)に示されるように、位置(配置)に応じて特徴点にラベルが付される。この例では、m個の特徴点に、1からmまでの数字がラベルとして付されている。ただし、アライメントマークの構造差に起因する信号波形の形状差及び変形、又は検出誤差等により、特徴点が現れる位置が本来の位置からずれる、あるいは期待する特徴点が検出できないこともある。例えば図11(B)に、複数のアライメントマークによるk個の信号波形によりm個のグループを構成した例が示されている。この図11(B)では、検出信号のうち、2番目の検出信号に属するp−2番目の特徴点と、k番目の検出信号に属するp+1番目の特徴点が検出されていない状態が示されている。   Note that the extracted feature points (and feature amounts) are managed in groups for each corresponding alignment mark. In the group, as shown in FIG. 11A, for example, feature points are labeled according to their positions (arrangements). In this example, numbers from 1 to m are attached to m feature points as labels. However, the position where the feature point appears may deviate from the original position or the expected feature point may not be detected due to the difference in shape and deformation of the signal waveform due to the structural difference of the alignment mark, or a detection error. For example, FIG. 11B shows an example in which m groups are configured by k signal waveforms by a plurality of alignment marks. FIG. 11B shows a state in which the p-2th feature point belonging to the second detection signal and the p + 1th feature point belonging to the kth detection signal are not detected among the detection signals. ing.

この様なグループ化を行なう手法を図11(B)で説明する。主制御装置28は、前述したように複数のアライメントマークのそれぞれの波形に対応するマーク中心位置を記憶しており、各特徴点はマーク中心を原点として相対位置座標で管理することができる。従って、各波形による特徴点の中心位置(マーク中心)を合わせて、各波形に含まれる特徴点の位置を相互に比較することができる。ここで、対応する特徴点の位置は、所定幅の比較範囲内で比較される。すなわち、位置が比較範囲内であり、傾き(微分値)の符号が同じとなり、さらに複数候補が含まれた場合には最も位置が近いことを確認し、対応する特徴点であると判断される。なお、対応する特徴点が確認できなかった場合、その特徴点が含まれるグループ内の他の特徴点のラベルが振りなおされる。   A method for performing such grouping will be described with reference to FIG. As described above, main controller 28 stores the mark center positions corresponding to the waveforms of the plurality of alignment marks, and each feature point can be managed in relative position coordinates with the mark center as the origin. Therefore, the position of the feature point included in each waveform can be compared with each other by matching the center position (mark center) of the feature point of each waveform. Here, the positions of corresponding feature points are compared within a comparison range having a predetermined width. That is, the position is within the comparison range, the signs of the slopes (differential values) are the same, and if a plurality of candidates are included, it is confirmed that the position is closest and is determined to be a corresponding feature point. . If the corresponding feature point cannot be confirmed, the labels of other feature points in the group including the feature point are reassigned.

図7に戻り、ステップ310では、ステップ308で得られた特徴量を用いて検出信号の信号波形の形状に関する判定量を求める。主制御装置28は、形状に関する判定量として、図12に示されるように、ピース信号内の検出信号の最大及び最小強度より振幅(=最大強度−最小強度)及びコントラスト(=(最大強度−最小強度)/(最大強度+最小強度))、並びに変曲点での検出信号の傾きの最大より最大エッジスロープ(単にエッジスロープと呼ぶ)を求める。   Returning to FIG. 7, in step 310, a determination amount related to the shape of the signal waveform of the detection signal is obtained using the feature amount obtained in step 308. As shown in FIG. 12, the main controller 28 determines the amplitude (= maximum intensity-minimum intensity) and contrast (= (maximum intensity-minimum) from the maximum and minimum intensity of the detection signal in the piece signal, as shown in FIG. Intensity) / (maximum intensity + minimum intensity)) and the maximum slope of the detection signal at the inflection point, the maximum edge slope (simply called edge slope) is obtained.

次のステップ312では、ステップ310において求めた形状に関する判定量を用いて、アライメントマークの検出結果の計測再現性を評価する。主制御装置28は、図13に示されるように、形状に関する判定量である振幅、コントラスト、及びエッジスロープを用いて計測再現性を評価する。主制御装置28は、各判定量を、例えば、4段階(A〜D)でランク付けして評価する。図13に示される例では、振幅はランクA、コントラストはランクC、エッジスロープはランクBと評価されている。主制御装置28は、これらの評価を総合して、計測再現性を評価する。評価手法の一例として、各判定量のランクと、与える点数の関係に関して、3種の判定量ランクが決まると1つの点数が対応するような参照可能な関係となるデータベースを持つ方法がある。図13では、ランクA、B,C,及びDに対して予め用意したデータベースを参照し、総合点(スコア)600と評価されている。   In the next step 312, the measurement reproducibility of the alignment mark detection result is evaluated using the determination amount related to the shape obtained in step 310. As shown in FIG. 13, the main controller 28 evaluates the measurement reproducibility using the amplitude, contrast, and edge slope, which are determination amounts related to the shape. The main controller 28 ranks and evaluates each determination amount in, for example, four stages (A to D). In the example shown in FIG. 13, the amplitude is evaluated as rank A, the contrast is evaluated as rank C, and the edge slope is evaluated as rank B. The main controller 28 evaluates the measurement reproducibility by combining these evaluations. As an example of the evaluation method, there is a method of having a database that can be referred to so that one score corresponds to the relationship between the rank of each determination amount and the given score when three kinds of determination amount ranks are determined. In FIG. 13, an overall score (score) 600 is evaluated with reference to a database prepared in advance for ranks A, B, C, and D.

各判定量のランク付け(評価)は、例えば図14(A)に示される各判定量と計測再現性との相関に基づいて、適切な総合点が決められるように定められる。ここで、相関は、予め、光学ティーチングシミュレーション等により求められる。ここで、計測再現性に関する光学ティーチングシミュレーションとは、想定した多種多様な構造を持つアライメントマークの光学像を、各種光学設定条件(照明条件及び/又は結像条件)、フォーカス設定条件で発生させ、A/D変換により撮像素子で計測された信号波形を擬似的に得たうえ、所定の電気ノイズを付加し、さらに実際の装置と同様の信号処理にて擬似的に各種特徴量及び/又は判定量を算出し評価する処理を意味する。光学ティーチングシミュレーションの結果を整理することで、点数を参照するためのデータベースを作成することができる。高い計測再現性から低い計測再現性を与える判定量の範囲が、順に、ランクA〜Dに分類される。判定量は、その値が位置する範囲に対応するランクを用いて評価される。   The ranking (evaluation) of each determination amount is determined so that an appropriate total point is determined based on, for example, the correlation between each determination amount and measurement reproducibility shown in FIG. Here, the correlation is obtained in advance by an optical teaching simulation or the like. Here, the optical teaching simulation related to measurement reproducibility is to generate an optical image of an alignment mark having various assumed structures under various optical setting conditions (illumination conditions and / or imaging conditions) and focus setting conditions, A signal waveform measured by the image sensor by A / D conversion is obtained in a pseudo manner, a predetermined electrical noise is added, and various feature amounts and / or judgments are made in a signal processing similar to an actual device. It means the process of calculating and evaluating the quantity. By organizing the results of the optical teaching simulation, a database for referring to the score can be created. A range of determination amounts that gives low measurement reproducibility from high measurement reproducibility is sequentially classified into ranks A to D. The determination amount is evaluated using a rank corresponding to the range in which the value is located.

なお、図14(A)から明らかなように、判定量によって、計測再現性に対する相関が大きく異なる。例えば、コントラストは、計測再現性に対する相関は弱く、振幅及びエッジスロープのそれぞれは、計測再現性に対する相関が強い。そこで、各判定量の計測再現性に対する相関の程度を考慮して、計測再現性を総合評価すると良い。前述した光学ティーチングシミュレーションでは、このような点を考慮し、最終的なデータベースを作成している。   As is clear from FIG. 14A, the correlation with the measurement reproducibility varies greatly depending on the determination amount. For example, contrast has a weak correlation with measurement reproducibility, and each of amplitude and edge slope has a strong correlation with measurement reproducibility. Therefore, it is preferable to comprehensively evaluate the measurement reproducibility in consideration of the degree of correlation with the measurement reproducibility of each determination amount. In the optical teaching simulation described above, a final database is created in consideration of such points.

また、検出信号に含まれるノイズの主要成分に応じて新しい判定量を定義することも可能である。例えば、アライメント検出系内の撮像素子によるショットノイズ成分(受光光量に応じて増加する電気ノイズ)が支配的である場合、図14(A)に示されるように、振幅及びコントラストとエッジスロープの積の平方根のそれぞれと計測再現性の逆数との相関が強くなる。そこで、例えばコントラストとエッジスロープの積の平方根の逆数σを新しい判定量として採用することができる。さらに、ブラックレベルノイズ成分(いわゆるホワイトノイズであり、常に発生する電気ノイズ成分)も無視できない場合は、図14(B)に示されるように、エッジスロープと計測再現性の逆数との関係も無視できなくなる。そこで、エッジスロープの逆数σとσとの自乗和の平方根σ(=√(α・σ +β・σ ))を新しい判定量として用いることができる。ただし、αとβ(α+β=1)は重み係数であり、予め、光学ティーチングシミュレーション等により求められる。これらの判定量を使えば、光学ティーチングシミュレーションの結果からは、かなり正確に計測再現性を予想可能と考えられる。 It is also possible to define a new determination amount according to the main component of noise included in the detection signal. For example, when the shot noise component (electrical noise that increases in accordance with the amount of received light) by the image sensor in the alignment detection system is dominant, as shown in FIG. 14A, the product of amplitude, contrast, and edge slope is used. The correlation between each of the square roots and the reciprocal of the measurement reproducibility becomes stronger. Therefore, for example, the reciprocal σ s of the square root of the product of contrast and edge slope can be employed as a new determination amount. Furthermore, when the black level noise component (so-called white noise, which is an electric noise component that is always generated) cannot be ignored, the relationship between the edge slope and the reciprocal of the measurement reproducibility is also ignored as shown in FIG. become unable. Therefore, the square root σ (= √ (α 2 · σ s 2 + β 2 · σ b 2 )) of the square sum of the reciprocals σ b and σ s of the edge slope can be used as a new determination amount. However, α and β (α 2 + β 2 = 1) are weighting factors, and are obtained in advance by optical teaching simulation or the like. If these determination amounts are used, it is considered that the measurement reproducibility can be predicted fairly accurately from the result of the optical teaching simulation.

光学ティーチングシミュレーションの結果は、正確であることが望ましいが、現実的には、実際のアライメント検出系を用いて、評価用のアライメントマークの計測を行い、計測再現性を評価し、前述した参照用データベースそのもの、及び/又は判定量に関しても修正を行い、計測再現性の得点の値そのもの及びその誤差を確認することが望ましい。   It is desirable that the results of optical teaching simulations be accurate. However, in reality, the alignment mark for evaluation is measured using an actual alignment detection system, and the measurement reproducibility is evaluated. It is desirable to correct the database itself and / or the determination amount to check the measurement reproducibility score value itself and its error.

図7に戻り、ステップ314では、上記ステップ312において得られた評価(の結果)に基づいて、評点を算出する。フィルタ処理を行う場合は、フィルタ処理毎に評点を算出する。   Returning to FIG. 7, in step 314, a score is calculated based on the evaluation (result) obtained in step 312. When performing filter processing, a score is calculated for each filter processing.

次のステップ316では、ステップ314にて算出した評点を記憶装置に保存した後、検出信号の特徴量抽出と判定処理のサブルーチンの処理を終了する。主制御装置28は、図15に示されるように、照明条件及び結像条件毎に振幅、コントラスト等の判定量を表示する。ただし、判定量の値に限らず、それに基づくランク等の形で表示することとしても良い。また、主制御装置28は、図16に示されるように、照明条件及び結像条件毎に保存された計測再現性評点が表示される。計測再現性は、前述の評点に限らず、それに基づくランク等の形で表示することとしても良い。ここで、判定量の値又はランクに基づいて推奨される条件を強調して表示すると良い。これにより、オペレータ(又は技術者)等は、デバイス製造に最適又は好適な照明条件及び結像条件を選択することができる。なお、主制御装置28は、モニタに表示する光学ティーチングの結果の情報を、照明条件及び結像条件と関連づけて、記憶装置に記憶する。複数のフィルタ処理を実施した場合は、フィルタ処理の数分だけ、図15、図16の表示を増やして表示し、フィルタ処理の効果を確認可能とすればよい。   In the next step 316, the score calculated in step 314 is stored in the storage device, and then the detection signal feature amount extraction and determination processing subroutine processing ends. As shown in FIG. 15, the main controller 28 displays determination amounts such as amplitude and contrast for each illumination condition and imaging condition. However, the display is not limited to the value of the determination amount, and may be displayed in a form such as a rank based on the determination amount. Further, the main controller 28 displays the measurement reproducibility score stored for each illumination condition and imaging condition, as shown in FIG. The measurement reproducibility is not limited to the above-described score, and may be displayed in a form such as a rank based on the score. Here, it is preferable to highlight and display a recommended condition based on the value or rank of the determination amount. Thereby, an operator (or engineer) or the like can select illumination conditions and imaging conditions that are optimal or suitable for device manufacture. The main controller 28 stores the information on the result of optical teaching displayed on the monitor in the storage device in association with the illumination condition and the imaging condition. When a plurality of filter processes are performed, the display of FIG. 15 and FIG. 16 may be increased and displayed by the number of filter processes so that the effect of the filter process can be confirmed.

検出信号の特徴量抽出と判定処理のサブルーチンの処理を終了すると、メインルーチンのステップ112に戻り、最適な照明条件及び結像条件が決定されるのを待つ。そして、オペレータが、モニタ上の表示を見てキーボード、マウス、等のポインティングデバイスを介して最適な照明条件及び結像条件を選択し、あるいは決定してその入力がなされると、ステップ112における判断が肯定され、ステップ114に移行する。   When the subroutine of the feature amount extraction and determination process of the detection signal is completed, the process returns to step 112 of the main routine, and waits for the determination of optimal illumination conditions and imaging conditions. Then, when the operator selects or determines the optimum illumination condition and imaging condition through a pointing device such as a keyboard, a mouse, etc. while viewing the display on the monitor, and inputs the determined illumination condition and determination, the determination in step 112 is performed. Is affirmed and the routine proceeds to step 114.

ステップ114では、上記の選択(又は決定)された最適な照明条件及び結像条件を用いてアライメント計測(EGA計測)のレシピファイルを作成する。この際、フィルタ処理を行っている場合は、フィルタ処理を設定しても構わない。レシピファイルの作成は、予め、最適化の対象である条件の数値等を空白としたレシピファイルを用意しておき、この空白に決定された最適条件を当てはめることで容易に行うことができる。これにより、実際のウエハの露光処理の際には、主制御装置28が、作成されたレシピファイルを読み出し、その内容に従ってウエハのファインアライメントを行うことが可能になる。   In step 114, a recipe file for alignment measurement (EGA measurement) is created using the optimal illumination conditions and imaging conditions selected (or determined). At this time, if filtering is being performed, filtering may be set. Preparation of a recipe file can be easily performed by preparing a recipe file in which the numerical value of the condition to be optimized is blanked in advance and applying the optimum condition determined to this blank. As a result, at the time of actual wafer exposure processing, the main controller 28 can read out the created recipe file and perform fine alignment of the wafer according to the contents.

本実施形態では、計測再現性について判断しているが、前述したように、一般に判定が必要な項目は、少なくても、1.計測再現性判定、2.TISランダム誤差要因判定、3.WISランダム誤差要因判定、の3点あると考えられる。2.、3.の項目に対しても、所定の特徴量から判定を行い評点を得て、本実施形態で得られた計測再現性の評点と比較して総合的に判断してももちろん構わない。   In this embodiment, the measurement reproducibility is determined. As described above, at least the items that generally need to be determined are as follows. Measurement reproducibility determination, 2. 2. TIS random error factor determination; It is considered that there are three points: WIS random error factor determination. 2. 3. Of course, it is possible to make a judgment based on a predetermined feature amount to obtain a score, and make a comprehensive judgment by comparing with the score of the measurement reproducibility obtained in the present embodiment.

なお、上記ステップ112のオペレータの処理に代えて、光学ティーチングの結果に基づいて、主制御装置28が、最良の照明条件及び結像条件を選択することとしても良い。この場合、主制御装置28は、重ね精度が最良となるように、最良の計測再現性を与える照明条件及び結像条件が選択される。そして、ステップ114では、選択した最適化条件を用いてアライメント計測(EGA計測)のレシピファイル(プロセスプログラム)を作成する。これにより、ほぼ全自動で、EGAマークに応じた最適計測条件を含むEGA計測のレシピファイルを作成することが可能になる。   Instead of the processing of the operator in step 112, the main controller 28 may select the best illumination condition and imaging condition based on the result of optical teaching. In this case, the main controller 28 selects an illumination condition and an imaging condition that give the best measurement reproducibility so that the overlay accuracy is the best. In step 114, a recipe file (process program) for alignment measurement (EGA measurement) is created using the selected optimization condition. This makes it possible to create an EGA measurement recipe file that includes optimum measurement conditions corresponding to the EGA mark almost completely automatically.

なお、これまでは、説明が必要以上に煩雑になるのを避けるため、EGA計測のレシピファイルの作成について説明したが、サーチアライメント計測のレシピファイルの作成も上記のEGA計測のレシピファイルの作成と同様にして行うことができる。この場合、アライメント検出系ASの照明波長の設定又は変更(ステップ202)、及び照明方法及び結像条件の設定又は変更(ステップ204)での処理の内容は、幾分相違するとともに、検出対象がEGAマークの代わりにサーチマークになる。しかし、かかる相違点を除けば、前述のステップ102〜114、ステップ202〜214、ステップ302〜316とほぼ同じ処理アルゴリズムに従ってサーチアライメント計測のレシピファイルを作成することができる。   Until now, in order to avoid making the explanation more complicated than necessary, the creation of the recipe file for EGA measurement has been described. However, the creation of the recipe file for search alignment measurement also involves the creation of the recipe file for EGA measurement. The same can be done. In this case, the contents of processing in setting or changing the illumination wavelength of the alignment detection system AS (step 202) and setting or changing the illumination method and imaging conditions (step 204) are somewhat different, and the detection target is also different. It becomes a search mark instead of the EGA mark. However, except for such differences, a recipe file for search alignment measurement can be created in accordance with substantially the same processing algorithm as in steps 102 to 114, steps 202 to 214, and steps 302 to 316 described above.

以上説明したように、本実施形態に係る露光装置100によると、主制御装置28により、アライメント検出系ASを用いてウエハW上に形成されたアライメントマーク(EGAマーク又はサーチマーク)が複数の照明条件及び結像条件で検出され、信号処理アルゴリズムを用いて検出信号の波形の形状に関する判定量が求められ(ステップ302〜310)、その判定量に基づいて複数のマークの検出結果の再現性が評価され(ステップ312)、その評価結果に基づいて計測再現性が良好となる最適な照明条件及び結像条件を選択(又は決定)することが可能になる(ステップ314)。従って、計測に最適な照明条件及び結像条件を短時間で、及び/又は効率的に行うことが可能になる。ここで、なお、上記ステップ112のオペレータの処理に代えて、光学ティーチングの結果に基づいて、主制御装置28が、最良の照明条件及び結像条件を選択する場合には、最適な照明条件及び結像条件の選択も不要である。また、フィルタ処理を行う場合には、合わせて最適なフィルタ処理も設定可能となる。なお、最適な照明条件及び結像条件でも計測再現性が不十分な場合は、計測処理を一つのマークに対して複数回行い(または信号を複数回分積算処理する)、ノイズの影響を減らし計測再現性を良くすることも可能となる。   As described above, according to the exposure apparatus 100 according to the present embodiment, the main controller 28 uses the alignment detection system AS to form alignment marks (EGA marks or search marks) formed on the wafer W with a plurality of illuminations. A determination amount related to the shape of the waveform of the detection signal is obtained using a signal processing algorithm (steps 302 to 310), and the reproducibility of detection results of a plurality of marks is based on the determination amount. Evaluation (step 312) makes it possible to select (or determine) optimal illumination conditions and imaging conditions that provide good measurement reproducibility based on the evaluation results (step 314). Therefore, it is possible to perform illumination conditions and imaging conditions optimal for measurement in a short time and / or efficiently. Here, in place of the processing of the operator in step 112, when the main controller 28 selects the best illumination condition and imaging condition based on the result of optical teaching, the optimum illumination condition and It is not necessary to select imaging conditions. In addition, when performing filter processing, it is possible to set optimal filter processing together. If measurement reproducibility is insufficient even under optimal illumination conditions and imaging conditions, measurement processing is performed multiple times for one mark (or signal integration is performed multiple times) to reduce the effect of noise. It is also possible to improve reproducibility.

また、本実施形態の露光装置100によると、主制御装置28が、最適化された検出条件を、アライメント計測の処理手順を規定するプロセスプログラム(レシピファイル)中の対応する条件として決定することで、アライメント計測のレシピファイルが作成される。ウエハの処理の際には、主制御装置28が、作成されたレシピファイルを読み出し、このレシピファイルに基づいて、ウエハのサーチアライメントを確実かつ正確に行うこと、またウエハのファインアライメント(EGA)を精度良く行うことが可能となる。   Further, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the main controller 28 determines the optimized detection condition as a corresponding condition in a process program (recipe file) that defines the alignment measurement processing procedure. Then, an alignment measurement recipe file is created. At the time of wafer processing, the main controller 28 reads the created recipe file, performs wafer search alignment reliably and accurately based on the recipe file, and performs wafer fine alignment (EGA). It becomes possible to carry out with high accuracy.

また、本実施形態の露光装置100では、上述のようにウエハのファインアライメントを精度良く行うことができるので、このファインアライメントの結果に基づいて露光の際の際にレチクルRのパターンをウエハW上の各ショット領域に精度良く重ね合わせて転写することが可能になる。   Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, the fine alignment of the wafer can be performed with high accuracy as described above. Therefore, the pattern of the reticle R is applied on the wafer W during the exposure based on the result of the fine alignment. It is possible to accurately superimpose and transfer to each shot area.

なお、上記実施形態で、光学ティーチングの結果に基づいて、主制御装置28が、最良の照明条件及び結像条件を選択する場合に、「重ね合わせ精度優先」と「スループット優先」との2つのモードのいずれかに従って最良条件を選択することとしても良い。前述したように、最適な照明条件及び結像条件で、さらにフィルタ処理を行っても計測再現性が不十分な場合は、計測処理を1つのマークに対して複数回行い(または信号を複数回分積算処理する)、ノイズの影響を減らし計測再現性を良くすることも可能である。しかし、その分処理時間がかかるためスループットが悪化する。このような場合に、重ね合わせ精度優先モードでは、十分な精度が得られるまで1つのマークに対する計測回数を増やすが、スループット優先モードでは計測再現性を若干犠牲にして、スループット重視で計測を行うこととする。   In the above-described embodiment, when the main controller 28 selects the best illumination condition and imaging condition based on the result of optical teaching, two of “superimposition accuracy priority” and “throughput priority” are selected. The best condition may be selected according to one of the modes. As described above, if the measurement reproducibility is insufficient even when the filter processing is performed under the optimal illumination conditions and imaging conditions, the measurement processing is performed multiple times for one mark (or the signal is divided into multiple times). It is possible to improve the measurement reproducibility by reducing the influence of noise. However, the processing time is increased accordingly, and the throughput is deteriorated. In such a case, in the overlay accuracy priority mode, the number of times of measurement for one mark is increased until sufficient accuracy is obtained, but in the throughput priority mode, measurement is performed with emphasis on throughput at the expense of some measurement reproducibility. And

また、照明条件及び結像条件に優先度をつけることも可能である。例えば、照明波長に対し、使用頻度の高いブロードを標準条件とする。あるいは、優先度の高い照明条件及び結像条件に対してのみ、検出条件の最適化が行われる。例えば、使用頻度の高いブロードを最優先、次に計測再現性の改善が期待されるグリーン、オレンジ、及びレッド、最後に特殊な状況で主に使用されるシアン及び近赤外の順に優先順位が付けられる。また、照明方法及び結像条件に対し、使用頻度の高い明視野照明で最良フォーカス位置を最優先、次に大きな段差を有するマークの検出に好適な明視野照明で最適フォーカス位置、最後にアライメント検出系に由来する検出誤差(TIS:Tool Induced Shift)の発生が抑制される暗視野照明で最良フォーカス位置の順に優先順位が付けられる。あるいは、明視野照明におけるTISが小さく暗視野照明における計測再現性が高い場合、明視野照明で最良フォーカス位置を優先する。また、明視野照明におけるTISが小さく暗視野照明における計測再現性が低い場合には、明視野照明で最適フォーカス位置を優先する。明視野照明におけるTISが大きく暗視野照明における計測再現性が高い場合、暗視野照明で最良フォーカス位置を優先する。明視野照明におけるTISが大きく暗視野照明における計測再現性が低い場合、オペレータ(又は技術者)に判断を委ねることとする。   It is also possible to prioritize illumination conditions and imaging conditions. For example, the standard condition is a broad frequency of use with respect to the illumination wavelength. Alternatively, the detection conditions are optimized only for illumination conditions and imaging conditions with high priority. For example, the highest priority is the broad frequency of use, followed by green, orange, and red, which are expected to improve measurement reproducibility, and finally cyan, near infrared, which are mainly used in special situations. Attached. For the illumination method and imaging conditions, the best focus position is given the highest priority with the bright field illumination that is frequently used, the optimum focus position with the bright field illumination suitable for the detection of the mark with the next largest step, and finally the alignment detection. Priorities are assigned in the order of the best focus position in dark field illumination in which the occurrence of detection errors (TIS: Tool Induced Shift) derived from the system is suppressed. Alternatively, when the TIS in the bright field illumination is small and the measurement reproducibility in the dark field illumination is high, the best focus position is prioritized in the bright field illumination. Also, when the TIS in bright field illumination is small and the measurement reproducibility in dark field illumination is low, priority is given to the optimum focus position in bright field illumination. When the TIS in bright field illumination is large and the measurement reproducibility in dark field illumination is high, the best focus position is prioritized in dark field illumination. When the TIS in the bright field illumination is large and the measurement reproducibility in the dark field illumination is low, the judgment is left to the operator (or engineer).

また、上記実施形態では、レシピファイルを作成する際に、本発明に係る検出条件最適化方法の一例が実施される場合について説明したが、これに限らず、実際のウエハの処理の際に、パイロットウエハ又はロット先頭ウエハなどを用いて、上記のステップ114を除く処理、すなわちアライメントマークの検出条件の最適化処理を行うこととしても良い。この場合にも、EGAマーク(及びサーチマーク)の検出条件が最適化され、その最適化された条件に従うことで、ウエハのファインアライメント(EGA)(及びサーチアライメント)を精度良く行うことが可能となる。   Further, in the above-described embodiment, when the recipe file is created, an example of the detection condition optimization method according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited thereto, and in actual wafer processing, Using the pilot wafer or the lot head wafer, the processing excluding the above-described step 114, that is, the alignment mark detection condition optimization processing may be performed. Also in this case, the detection conditions of the EGA mark (and search mark) are optimized, and by following the optimized conditions, it is possible to perform fine alignment (EGA) (and search alignment) of the wafer with high accuracy. Become.

なお、上記実施形態では、単独のアライメント検出系ASを備える露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、例えば米国特許出願公開第2008/0088843号明細書などに開示される複数のアライメント検出系を備えた露光装置にも本発明は好適に適用できる。この場合、複数のアライメント検出系のそれぞれが収差等、異なる光学特性を有するため、それぞれの検出系について検出条件の最適化を行う必要がある。ただし、この手続を簡略化するために、複数のアライメント検出系のうちの1つ(プライマリアライメント系と呼ぶ)についてのみ検出条件の最適化を行う。そして、複数のアライメント検出系のそれぞれを用いて同じアライメントマークを検出し、その結果からプライマリアライメント系を基準とするその他のアライメント系についてのTISの差分を求める。この差分を用いてその他のアライメント系の検出結果を補正することにより、プライマリアライメント系に対して得られた最適な検出条件を共用することができる。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an exposure apparatus including a single alignment detection system AS has been described. However, for example, a plurality of alignments disclosed in US Patent Application Publication No. 2008/0088843 and the like. The present invention can also be suitably applied to an exposure apparatus provided with a detection system. In this case, since each of the plurality of alignment detection systems has different optical characteristics such as aberration, it is necessary to optimize the detection conditions for each detection system. However, in order to simplify this procedure, the detection condition is optimized only for one of the plurality of alignment detection systems (referred to as a primary alignment system). Then, the same alignment mark is detected using each of the plurality of alignment detection systems, and the difference in TIS for other alignment systems based on the primary alignment system is obtained from the result. By correcting the detection results of the other alignment systems using this difference, the optimum detection conditions obtained for the primary alignment system can be shared.

なお、上記実施形態では、アライメント計測のレシピファイルを露光装置が作成し、その際に、検出条件を最適化する場合について説明したが、これに限らず、本発明の検出条件最適化方法及びプログラム作成方法を、露光装置以外の画像処理方式のアライメントセンサ(マーク検出系)を備えた装置(マーク検出装置)、例えば重ね合わせ測定機などで行うようにすることもできる。この場合、基本的には、上記実施形態と同等の効果を得ることができ、それらの装置でマークの検出条件の最適化及びアライメント計測のレシピファイルの作成が可能となる。   In the above embodiment, the exposure apparatus creates a recipe file for alignment measurement and optimizes the detection conditions at that time. However, the present invention is not limited to this, and the detection condition optimization method and program of the present invention are not limited thereto. The creation method may be performed by an apparatus (mark detection apparatus) including an image processing type alignment sensor (mark detection system) other than the exposure apparatus, for example, an overlay measuring machine. In this case, basically, an effect equivalent to that of the above embodiment can be obtained, and the mark detection conditions can be optimized and a recipe file for alignment measurement can be created with these apparatuses.

また、上記実施形態では、説明の簡略化のため、主制御装置28が、検出条件の最適化を含むアライメント計測に関する処理、レシピファイルの作成などを全て行うものとしたが、例えば主制御装置28が行う各種処理を、複数のハードウェアで分担して行うようにしても良い。例えば、前述の図2のフローチャートで示される各ステップの処理を、複数のマイクロコンピュータで適宜分担して行うようにしても良い。   Further, in the above embodiment, for the sake of simplicity of explanation, the main control device 28 performs all processes related to alignment measurement including optimization of detection conditions, creation of a recipe file, and the like. The various processes performed by may be performed by sharing a plurality of hardware. For example, the processing of each step shown in the flowchart of FIG. 2 described above may be performed by appropriately sharing a plurality of microcomputers.

なお、上記実施形態では、光源として、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)などの紫外光源、ArFエキシマレーザ等の真空紫外域のパルスレーザ光源などを用いるものとしたが、これに限らず、水銀ランプは勿論、F2レーザ、あるいはAr2レーザ(出力波長126nm)などの他の真空紫外光源を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、DFB半導体レーザ又はファイバレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(Er)(又はエルビウムとイッテルビウム(Yb)の両方)がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。 In the above embodiment, an ultraviolet light source such as a KrF excimer laser (output wavelength 248 nm), a pulsed laser light source in the vacuum ultraviolet region such as an ArF excimer laser, or the like is used as the light source. Of course, other vacuum ultraviolet light sources such as F 2 laser or Ar 2 laser (output wavelength 126 nm) may be used. Further, for example, not only laser light output from each of the above light sources as vacuum ultraviolet light, but also single wavelength laser light in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser, for example, erbium (Er) A harmonic which is amplified by a fiber amplifier doped with (or both erbium and ytterbium (Yb)) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.

更に、照明光ILとしてEUV光、X線、あるいは電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置、投影光学系を用いない、例えばプロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば米国特許出願公開第2005/0259234号明細書などに開示される、投影光学系とウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。   Further, an exposure apparatus that uses EUV light, X-rays, or charged particle beams such as an electron beam or an ion beam as illumination light IL, an exposure apparatus that does not use a projection optical system, such as a proximity exposure apparatus, a mirror projection aligner, and The present invention may also be applied to an immersion type exposure apparatus and the like disclosed in US Patent Application Publication No. 2005/0259234 and the like in which a liquid is filled between the projection optical system and the wafer.

また、上述の各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク、あるいは光反射性の基板上に所定の反射パターンを形成した光反射型マスクを用いたが、それらに限定されるものではない。例えば、そのようなマスクに代えて、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(光学系の一種とする)を用いるようにしても良い。このような電子マスクは、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されている。なお、上述の電子マスクとは、非発光型画像表示素子と自発光型画像表示素子との双方を含む概念である。   In each of the above-described embodiments, a light-transmitting mask in which a predetermined light-shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light-transmitting substrate, or a predetermined reflecting pattern on a light-reflecting substrate. However, the present invention is not limited to these. For example, instead of such a mask, an electronic mask (which is a kind of optical system) that forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern based on electronic data of a pattern to be exposed may be used. Such an electronic mask is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,778,257. Note that the above-described electronic mask is a concept including both a non-light-emitting image display element and a self-light-emitting image display element.

また、例えば、2光束干渉露光と呼ばれているような、複数の光束の干渉によって生じる干渉縞を基板に露光するような露光装置にも適用することができる。そのような露光方法及び露光装置は、例えば、国際公開第01/035168号に開示されている。   Further, for example, the present invention can also be applied to an exposure apparatus that exposes a substrate with interference fringes caused by interference of a plurality of light beams, which is called two-beam interference exposure. Such an exposure method and exposure apparatus are disclosed in, for example, WO 01/035168.

なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スティッチ方式の投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a scanning exposure apparatus such as the step-and-scan method has been described. However, the present invention is not limited to this, and the step-and-repeat method or the step-and-stitch method is used. The present invention can also be suitably applied to the projection exposure apparatus.

なお、本発明は、半導体素子製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、有機EL、DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用される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。   The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and the like, an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a device pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used for manufacturing an imaging device (CCD or the like), micromachine, organic EL, DNA chip, and the like. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.

なお、これまでは、基板上にパターンを形成する露光装置について説明したが、スキャン動作により、基板上にパターンを形成する方法は、露光装置に限らず、例えば米国特許第6,973,710号明細書などに開示されるインクジェットヘッド群と同様のインクジェット式の機能性液体付与装置を備えた素子製造装置を用いても実現可能である。   Heretofore, an exposure apparatus for forming a pattern on a substrate has been described. However, a method for forming a pattern on a substrate by a scanning operation is not limited to the exposure apparatus, and for example, US Pat. No. 6,973,710. It is also possible to use an element manufacturing apparatus provided with an ink jet type functional liquid application device similar to the ink jet head group disclosed in the specification.

上記米国特許明細書に開示されるインクジェットヘッド群は、所定の機能性液体(金属含有液体、感光材料など)をノズル(吐出口)から吐出して基板(例えばPET、ガラス、シリコン、紙など)に付与するインクジェットヘッドを複数有している。このインクジェットヘッド群のような機能性液体付与装置を用意して、パターンの生成に用いることとすれば良い。この機能性液体付与装置を備えた素子製造装置では、基板を固定して、機能性液体付与装置を走査方向にスキャンしても良いし、基板と機能性液体付与装置とを相互に逆向きに走査しても良い。   The inkjet head group disclosed in the above-mentioned US patent specification is a substrate (for example, PET, glass, silicon, paper, etc.) by discharging a predetermined functional liquid (metal-containing liquid, photosensitive material, etc.) from a nozzle (discharge port). A plurality of inkjet heads to be applied to What is necessary is just to prepare a functional liquid provision apparatus like this inkjet head group, and to use it for the production | generation of a pattern. In the element manufacturing apparatus provided with this functional liquid application apparatus, the substrate may be fixed and the functional liquid application apparatus may be scanned in the scanning direction, or the substrate and the functional liquid application apparatus may be reversed. You may scan.

半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。従って、その半導体デバイスを生産性良く製造することが可能となる。   For semiconductor devices, the step of designing the function and performance of the device, the step of manufacturing a reticle based on this design step, the step of manufacturing a wafer from a silicon material, and transferring the reticle pattern to the wafer by the exposure apparatus of the above-described embodiment And a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high productivity.

以上説明したように、本発明の検出条件最適化方法は、アライメントマークの検出条件を最適化するのに適している。また、本発明のプログラム作成方法は、アライメント計測のレシピを作成するのに適している。また、本発明の露光装置は、基板上にパターンを重ね形成するのに適している。   As described above, the detection condition optimization method of the present invention is suitable for optimizing the alignment mark detection condition. The program creation method of the present invention is suitable for creating an alignment measurement recipe. Further, the exposure apparatus of the present invention is suitable for overlapping a pattern on a substrate.

16…アライメント制御装置、28…主制御装置、100…露光装置、S…ショット領域、32…ファインアライメントマーク、33…サーチアライメントマーク、AS…アライメント検出系、W…ウエハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Alignment control apparatus, 28 ... Main control apparatus, 100 ... Exposure apparatus, Sn ... Shot area | region, 32 ... Fine alignment mark, 33 ... Search alignment mark, AS ... Alignment detection system, W ... Wafer.

Claims (30)

基板上に形成された位置合わせ用のマークの検出条件を最適化する検出条件最適化方法であって、
基板上に形成された複数の前記マークを、マーク検出系を用いて複数の照明条件及び結像条件の下で検出することと;
前記マーク検出系からの検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化することと;
を含む検出条件最適化方法。
A detection condition optimization method for optimizing a detection condition of a mark for alignment formed on a substrate,
Detecting a plurality of said marks formed on a substrate under a plurality of illumination conditions and imaging conditions using a mark detection system;
A detection signal from the mark detection system is analyzed using a predetermined signal processing algorithm, a determination amount related to a waveform shape of the detection signal is obtained, and reproducibility of detection results of the plurality of marks is determined based on the determination amount. Evaluating and optimizing the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results;
A detection condition optimization method including:
前記所定の信号処理アルゴリズムは、複数のフィルタ処理を含み、
前記最適化することでは、前記複数のフィルタ処理の処理条件をさらに最適化する請求項1に記載の検出条件最適化方法。
The predetermined signal processing algorithm includes a plurality of filter processes,
The detection condition optimization method according to claim 1, wherein in the optimization, processing conditions of the plurality of filter processes are further optimized.
前記複数のフィルタ処理の処理条件には、前記複数のマークの検出結果の再現性を向上する前記複数のフィルタ処理の最適な組み合わせが含まれる請求項2に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 2, wherein the processing conditions for the plurality of filter processes include an optimal combination of the plurality of filter processes for improving reproducibility of detection results of the plurality of marks. 前記複数のフィルタ処理の処理条件には、前記複数のフィルタのそれぞれのフィルタ特性が含まれる請求項2又は3に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 2 or 3, wherein the processing conditions of the plurality of filter processes include respective filter characteristics of the plurality of filters. 前記複数のフィルタ処理には、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、及び櫛形フィルタのうちの少なくとも1つが含まれる請求項2〜4のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization according to any one of claims 2 to 4, wherein the plurality of filter processes include at least one of a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter, and a comb filter. Method. 前記最適化することでは、前記複数のマークの検出信号から、該検出信号の波形の極値点及び変曲点の少なくとも一方についての位置、該位置での前記検出信号の強度及び傾きのうちの少なくとも1つを含む特徴量を抽出し、該特徴量を用いて前記形状に関する判定量を求める請求項1〜5のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   In the optimization, from the detection signals of the plurality of marks, the position of at least one of the extreme point and the inflection point of the waveform of the detection signal, the intensity and the slope of the detection signal at the position The detection condition optimization method according to claim 1, wherein a feature amount including at least one is extracted, and a determination amount related to the shape is obtained using the feature amount. 前記形状に関する判定量には、振幅、コントラスト、及びエッジスロープのうちの少なくとも1つが含まれる請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 1, wherein the determination amount related to the shape includes at least one of amplitude, contrast, and edge slope. 前記形状に関する判定量には、振幅、コントラスト、及びエッジスロープの任意の組み合わせの関数が含まれる請求項1〜7のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to any one of claims 1 to 7, wherein the determination amount related to the shape includes a function of an arbitrary combination of amplitude, contrast, and edge slope. 前記最適化することに先立って、前記判定量と前記再現性の対応関係が求められ、
前記最適化することでは、さらに前記対応関係を用いて前記再現性を評価する請求項1〜8のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。
Prior to the optimization, a correspondence relationship between the determination amount and the reproducibility is obtained,
The detection condition optimization method according to any one of claims 1 to 8, wherein in the optimization, the reproducibility is further evaluated using the correspondence relationship.
前記最適化することでは、前記判定量を個別に評価し、該評価結果を総合することにより前記再現性を評価する請求項1〜9のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to any one of claims 1 to 9, wherein in the optimization, the determination amount is individually evaluated, and the reproducibility is evaluated by integrating the evaluation results. 前記複数の照明条件には、前記マーク検出系の照明方法又は照明波長が含まれる請求項1〜10のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 1, wherein the plurality of illumination conditions include an illumination method or an illumination wavelength of the mark detection system. 前記マーク検出系の照明方法には、前記マーク検出系の照明開口数が含まれる請求項11に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 11, wherein the mark detection system illumination method includes an illumination numerical aperture of the mark detection system. 前記複数の結像条件には、前記マーク検出系のフォーカス位置又は結像開口数が含まれる請求項1〜12のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to claim 1, wherein the plurality of imaging conditions include a focus position or an imaging numerical aperture of the mark detection system. 前記複数のマークには、前記基板を粗く位置合わせするためのマークと精密に位置合わせするためのマークとが含まれる請求項1〜13のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法。   The detection condition optimization method according to any one of claims 1 to 13, wherein the plurality of marks include a mark for roughly aligning the substrate and a mark for precisely aligning the substrate. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の検出条件最適化方法を利用して前記複数のマークの検出信号の検出条件を最適化して、前記基板の位置合わせ手順を定めるプログラムを作成するプログラム作成方法。   A program for optimizing detection conditions for detection signals of the plurality of marks by using the detection condition optimization method according to any one of claims 1 to 14, and creating a program for determining an alignment procedure of the substrate How to make. 基板上に複数のパターンを重ね合わせて形成する露光装置であって、
基板上に形成された位置合わせ用のマークを検出するマーク検出系と;
前記マーク検出系を用いて複数の前記マークを複数の照明条件及び結像条件の下で検出して得られる検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化する最適化装置と;
を備える露光装置。
An exposure apparatus that forms a plurality of patterns by superimposing on a substrate,
A mark detection system for detecting a mark for alignment formed on the substrate;
A detection signal obtained by detecting a plurality of the marks under a plurality of illumination conditions and imaging conditions using the mark detection system is analyzed using a predetermined signal processing algorithm, and the waveform of the detection signal is related to An optimization device that obtains a determination amount, evaluates reproducibility of detection results of the plurality of marks based on the determination amount, and optimizes the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results;
An exposure apparatus comprising:
前記所定の信号処理アルゴリズムは、複数のフィルタ処理を含み、
前記最適化装置は、前記複数のフィルタ処理の処理条件をさらに最適化する請求項16に記載の露光装置。
The predetermined signal processing algorithm includes a plurality of filter processes,
The exposure apparatus according to claim 16, wherein the optimization apparatus further optimizes processing conditions of the plurality of filter processes.
前記複数のフィルタ処理の処理条件には、前記複数のマークの検出結果の再現性を向上する前記複数のフィルタ処理の最適な組み合わせが含まれる請求項17に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 17, wherein the processing conditions of the plurality of filter processes include an optimal combination of the plurality of filter processes that improves reproducibility of the detection results of the plurality of marks. 前記複数のフィルタ処理の処理条件には、前記複数のフィルタのそれぞれのフィルタ特性が含まれる請求項17又は18に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 17 or 18, wherein processing conditions of the plurality of filter processes include filter characteristics of the plurality of filters. 前記複数のフィルタ処理には、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、及び櫛形フィルタのうちの少なくとも1つが含まれる請求項17〜19のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 17 to 19, wherein the plurality of filter processes include at least one of a low-pass filter, a high-pass filter, a band-pass filter, and a comb filter. 前記最適化装置は、前記複数のマークの検出信号から、該検出信号の波形の極値点及び変曲点の少なくとも一方についての位置、該位置での前記検出信号の強度及び傾きのうちの少なくとも1つを含む特徴量を抽出し、該特徴量を用いて前記形状に関する判定量を求める請求項16〜20のいずれか一項に記載の露光装置。   The optimization device is configured to detect at least one of a position of at least one of an extreme point and an inflection point of a waveform of the detection signal, a strength and a slope of the detection signal at the position, from the detection signals of the plurality of marks. The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 20, wherein a feature amount including one is extracted and a determination amount related to the shape is obtained using the feature amount. 前記形状に関する判定量には、振幅、コントラスト、及びエッジスロープのうちの少なくとも1つが含まれる請求項16〜21のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 21, wherein the determination amount related to the shape includes at least one of amplitude, contrast, and edge slope. 前記形状に関する判定量には、振幅、コントラスト、及びエッジスロープの任意の組み合わせの関数が含まれる請求項16〜22のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 22, wherein the determination amount related to the shape includes a function of an arbitrary combination of amplitude, contrast, and edge slope. 前記最適化装置は、予め前記判定量と前記再現性の対応関係を求め、該対応関係を用いて前記再現性を評価する請求項16〜23のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 23, wherein the optimization apparatus obtains a correspondence relationship between the determination amount and the reproducibility in advance, and evaluates the reproducibility using the correspondence relationship. 前記最適化装置は、前記判定量を個別に評価し、該評価結果を総合することにより前記再現性を評価する請求項16〜24のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 24, wherein the optimization apparatus evaluates the determination amount individually and evaluates the reproducibility by integrating the evaluation results. 前記複数の照明条件には、前記マーク検出系の照明方法又は照明波長が含まれる請求項16〜25のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 25, wherein the plurality of illumination conditions include an illumination method or an illumination wavelength of the mark detection system. 前記マーク検出系の照明方法には、前記マーク検出系の照明開口数が含まれる請求項26に記載の露光装置。   27. The exposure apparatus according to claim 26, wherein the mark detection system illumination method includes an illumination numerical aperture of the mark detection system. 前記複数の結像条件には、前記マーク検出系のフォーカス位置又は結像開口数が含まれる請求項16〜27のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 27, wherein the plurality of imaging conditions include a focus position or an imaging numerical aperture of the mark detection system. 前記複数のマークには、前記基板を粗く位置合わせするためのマークと精密に位置合わせするためのマークとが含まれる請求項16〜28のいずれか一項に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to any one of claims 16 to 28, wherein the plurality of marks include a mark for roughly aligning the substrate and a mark for precisely aligning the substrate. 基板上に形成された位置合わせ用のマークを検出するマーク検出系と;
前記マーク検出系を用いて複数の前記マークを複数の照明条件及び結像条件の下で検出して得られる検出信号を所定の信号処理アルゴリズムを用いて解析し、前記検出信号の波形の形状に関する判定量を求め、該判定量に基づいて前記複数のマークの検出結果の再現性を評価し、該評価結果に基づいて前記複数の照明条件及び結像条件を最適化する最適化装置と;
を備えるマーク検出装置。
A mark detection system for detecting a mark for alignment formed on the substrate;
A detection signal obtained by detecting a plurality of the marks under a plurality of illumination conditions and imaging conditions using the mark detection system is analyzed using a predetermined signal processing algorithm, and the waveform of the detection signal is related to An optimization device that obtains a determination amount, evaluates reproducibility of detection results of the plurality of marks based on the determination amount, and optimizes the plurality of illumination conditions and imaging conditions based on the evaluation results;
A mark detection apparatus comprising:
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