JP4251296B2 - Measurement method, adjustment method, marked object, and detection apparatus - Google Patents

Measurement method, adjustment method, marked object, and detection apparatus Download PDF

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Description

本発明は、例えば被検マークからの光束を受光することによってその被検マークの位置等を検出するための検出装置の測定技術及び調整技術に関し、例えば半導体集積回路、撮像素子(CCD等)、液晶ディスプレイ、又は薄膜磁気ヘッド等の微細パターンを形成するためのリソグラフィ工程で用いられる露光装置に備えられたアライメントセンサ、又は基板上の複数の層間の重ね合わせ誤差を計測するための重ね合わせ誤差測定装置等を調整する際に使用して好適なものである。   The present invention relates to a measurement technique and an adjustment technique of a detection device for detecting the position of a test mark by receiving a light beam from the test mark, for example, for example, a semiconductor integrated circuit, an image sensor (CCD, etc.), An alignment sensor provided in an exposure apparatus used in a lithography process for forming a fine pattern such as a liquid crystal display or a thin film magnetic head, or an overlay error measurement for measuring an overlay error between a plurality of layers on a substrate. It is suitable for use when adjusting a device or the like.

半導体集積回路等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上の各ショット領域に転写する投影露光装置(ステッパー等)が使用されている。例えば半導体集積回路は、ウエハ上に数十層に亘る回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるため、例えば2層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の各ショット領域内にそれまでのプロセスで形成されている回路パターン(既存のパターン)と、これから露光するレチクルのパターンの像との位置合わせ(アライメント)を高精度に行う必要がある。そのため、投影露光装置には、ウエハ上の各ショット領域に回路パターンと共に付設されているアライメントマーク(ウエハマーク)の位置を検出するためのアライメントセンサが備えられている。   Projection exposure apparatus for transferring an image of a reticle pattern as a mask to each shot area on a wafer (or glass plate or the like) coated with a photoresist via a projection optical system when manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like (Steppers etc.) are used. For example, a semiconductor integrated circuit is formed by stacking circuit patterns of several tens of layers on a wafer in a predetermined positional relationship. For example, when projecting and exposing circuit patterns of the second and subsequent layers onto a wafer, It is necessary to perform alignment (alignment) between the circuit pattern (existing pattern) formed by the process so far in each shot area and the image of the reticle pattern to be exposed from now on with high accuracy. For this reason, the projection exposure apparatus is provided with an alignment sensor for detecting the position of an alignment mark (wafer mark) attached to each shot area on the wafer together with a circuit pattern.

アライメントセンサには種々の方式があるが、最近ではウエハマークの非対称性の影響を受けにくい、結像方式(画像処理方式)が主流となりつつある。これは、顕微鏡と同様な構成の光学系を備え、対物レンズで拡大したウエハマークの像を撮像素子で撮像し、その画像信号からそのウエハマークの位置を検出する方式である。
また、投影露光装置により重ね合わせ露光されたパターンの、既存のパターンとの重ね合わせ精度の確認のために、重ね合わせ誤差測定装置(レジストレーション計測装置)が使用されている。重ね合わせ誤差測定装置に備えられる位置検出装置も、露光装置に備えられている結像方式のアライメントセンサと同様の光学系であるが、計測ターゲットは単一のウエハマークの位置(絶対位置)ではなく、下層のマーク(既存のマーク)と上層のマーク(新規のマーク)との相対位置ずれ量となる。
There are various types of alignment sensors. Recently, an imaging method (image processing method), which is hardly affected by the asymmetry of the wafer mark, is becoming mainstream. This is a system that includes an optical system having the same configuration as a microscope, picks up an image of a wafer mark enlarged by an objective lens, and detects the position of the wafer mark from the image signal.
In addition, an overlay error measurement device (registration measurement device) is used to confirm the overlay accuracy of a pattern exposed by projection exposure with an existing pattern. The position detection device provided in the overlay error measurement device is also an optical system similar to the imaging type alignment sensor provided in the exposure device, but the measurement target is at the position (absolute position) of a single wafer mark. Rather, the relative positional deviation amount between the lower layer mark (existing mark) and the upper layer mark (new mark) is obtained.

これらのアライメントセンサ、又は重ね合わせ誤差測定装置内の位置検出装置の光学系に光学特性の誤差、即ち結像系等の検出用の光学系の収差(コマ収差等)、又は照明系の調整誤差(照明系開口絞りの位置ずれ等)等が残存すると、その光学特性の誤差に起因して位置検出値に誤差が生じてしまう。この誤差は、装置に起因する誤差という意味で、一般にTIS(Tool Induced Shift)と呼ばれている。   An optical characteristic error in the alignment sensor or the optical system of the position detection device in the overlay error measuring device, that is, an aberration (coma aberration, etc.) of a detection optical system such as an imaging system, or an adjustment error of an illumination system If (such as a displacement of the illumination system aperture stop) remains, an error occurs in the position detection value due to an error in its optical characteristics. This error is generally referred to as TIS (Tool Induced Shift) in the sense of an error caused by the apparatus.

これに関して最近、そのTISを小さくするための位置検出装置の光学系の調整方法として、評価用の基板上に近接して、互いに段差量の異なる2種類の凹凸のマーク(段差マーク)を設けておき、それらのマークの間隔の計測値に基づいてその光学系の調整を行う方法(以下、「異段差マーク法」と呼ぶ)が提案されている。この異段差マーク法は、例えば T. Kanda, K. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. SPIE, Vol.3051, pp.846-855(1997) で開示されており、具体的には、ウエハ上の2つの段差量の異なる凹凸のマークの間隔D1を計測した後、そのウエハを180°回転させて再びそれら2つの凹凸のマークの間隔D2を計測する方法である。この場合、回転角0°での計測値と回転角180°での計測値との差分の1/2、即ち(D1−D2)/2がTISであり、このTISが許容範囲内になるように、光学系の調整が行われる。   Recently, as an adjustment method of the optical system of the position detection device for reducing the TIS, two kinds of uneven marks (step marks) having different step amounts are provided close to each other on the evaluation substrate. In addition, a method of adjusting the optical system based on the measured value of the interval between these marks (hereinafter referred to as “different step mark method”) has been proposed. This different step mark method is disclosed in, for example, T. Kanda, K. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. SPIE, Vol. 3051, pp.846-855 (1997). In this method, after measuring the distance D1 between the concave and convex marks having two different steps on the wafer, the wafer is rotated 180 ° and the distance D2 between the two concave and convex marks is measured again. In this case, ½ of the difference between the measurement value at the rotation angle of 0 ° and the measurement value at the rotation angle of 180 °, that is, (D1−D2) / 2 is TIS, and this TIS falls within the allowable range. In addition, the optical system is adjusted.

また、重ね合わせ誤差測定装置では、多くの場合、外枠のマークと内枠のマークとからなるボックス・イン・ボックスマークが計測対象となる。そこで、評価用の基板上の外枠のマークの中心に対して計測される内枠のマークの中心の2次元的な位置ずれ量を(ΔX1,ΔY1)として、そのウエハを180°回転させて再び計測して得られる両マークの中心の2次元的な位置ずれ量を(ΔX2,ΔY2)とすると、重ね合わせ誤差測定装置のTISである(Ta,Tb)は、((ΔX1+ΔX2)/2,(ΔY1+ΔY2)/2)となる。この場合にも、そのTISとしての(Ta,Tb)が許容範囲内になるように、光学系の調整が行われる。   In many cases, the overlay error measuring apparatus measures a box-in-box mark composed of an outer frame mark and an inner frame mark. Therefore, the two-dimensional positional deviation amount of the center of the inner frame mark measured with respect to the center of the outer frame mark on the evaluation substrate is set to (ΔX1, ΔY1), and the wafer is rotated 180 °. Assuming that the two-dimensional positional deviation amount at the center of both marks obtained by measurement again is (ΔX2, ΔY2), the TIS (Ta, Tb) of the overlay error measuring apparatus is ((ΔX1 + ΔX2) / 2, (ΔY1 + ΔY2) / 2). Also in this case, the optical system is adjusted so that (Ta, Tb) as the TIS falls within the allowable range.

上記の如く従来は、位置検出装置の装置に起因する誤差であるTISを補正するために、異段差マーク法が提案されていた。しかしながら、この異段差マーク法では、段差量が互いに異なる状態で、かつそれぞれ所定の段差に設定された2種類の凹凸のマークを近接して正確に形成するのが困難であるという不都合があった。
また、仮に異なる段差の凹凸のマークを正確に形成できたとしても、異段差マーク法は、照明系開口絞りの位置ずれを調整するのには有効であるが、検出用の光学系の収差の調整については必ずしも高精度に行うことができない場合があった。
As described above, conventionally, a different step mark method has been proposed in order to correct TIS which is an error caused by the position detecting device. However, this different step mark method has a disadvantage in that it is difficult to accurately form two kinds of concave and convex marks close to each other in a state where the step amounts are different from each other and each set to a predetermined step. .
Even if the uneven marks with different steps can be accurately formed, the different step mark method is effective for adjusting the positional deviation of the illumination system aperture stop. Adjustment may not always be performed with high accuracy.

更に、従来は、TISを補正するために、所定の基板上の評価用の一対のマークの間隔、又は相対位置ずれ量を計測した後、その基板を180°回転させて再びその一対のマークの間隔、又は相対位置ずれ量を計測してそのTISを求めていたため、計測に時間を要するという不都合があった。また、通常はそのようにTISを求めて、所定の光学部材の調整を行った後に、実際にTISが許容範囲内に入るまで、その基板を180°回転させて計測を行うという動作と、所定の光学部材の調整動作とを繰り返す必要があるため、計測及び調整に要する時間が非常に長くなると共に、その基板の回転角を正確に180°に設定できない場合に、計測誤差が残存するという不都合があった。   Further, conventionally, in order to correct the TIS, after measuring the distance between the pair of marks for evaluation on a predetermined substrate or the amount of relative displacement, the substrate is rotated by 180 ° and the pair of marks again. Since the TIS is obtained by measuring the interval or the amount of relative displacement, there is a disadvantage that it takes time for the measurement. Further, usually, after obtaining the TIS and adjusting the predetermined optical member, the measurement is performed by rotating the substrate by 180 ° until the TIS actually falls within the allowable range, Since it is necessary to repeat the adjustment operation of the optical member, the time required for measurement and adjustment becomes very long, and the measurement error remains when the rotation angle of the substrate cannot be accurately set to 180 °. was there.

また、その基板が載置されるステージ上に、その基板を180°回転できる回転ステージを設けるのではステージの構造が複雑化し、かつ大型化するため、あまり実用的ではない。そこで、そのステージ上の基板上の一対のマークの間隔等を計測した後、そのステージからその基板を一旦取り外してから、その基板を180°回転させてから再度そのステージ上に載置するものとすると、その基板に異物が付着する恐れがあると共に、その基板の着脱作業が煩雑であった。   Further, providing a rotating stage capable of rotating the substrate by 180 ° on the stage on which the substrate is placed is not practical because the structure of the stage is complicated and the size is increased. Therefore, after measuring the distance between a pair of marks on the substrate on the stage, once removing the substrate from the stage, rotating the substrate by 180 °, and placing it on the stage again. Then, there is a possibility that foreign substances may adhere to the substrate, and the attaching / detaching operation of the substrate is complicated.

更に、従来は、一度異なる段差の2つのマークの間隔を検出した後、それらのマークを180°回転して再び間隔を検出し、このように検出された2つの間隔の差分の1/2をTISとしていた。これは、その2回の間隔の検出結果の平均値を、その異なる段差の2つのマークの間隔の基準値(真値)とみなすことを意味する。しかしながら、そのように段差の異なる2つのマークを180°回転すると、全体としてのマークの形状が変化して、間隔の検出結果にTIS以外のディストーション等の誤差が混入する恐れがあった。   Furthermore, conventionally, after detecting the interval between two marks having different steps, the marks are rotated by 180 ° and the interval is detected again, and the difference between the two intervals thus detected is reduced to 1/2. It was TIS. This means that the average value of the detection results of the two intervals is regarded as the reference value (true value) of the interval between the two marks at the different steps. However, when two marks having different steps are rotated by 180 °, the overall shape of the mark changes, and errors such as distortion other than TIS may be mixed in the interval detection result.

本発明は斯かる点に鑑み、特性計測用のマークを容易に正確に形成できる検出装置の測定技術及び調整技術を提供することを第1の目的とする。
本発明は更に、特性計測用のマークを正確に形成できると共に、検出用の光学系の所定の収差、又は照明系の調整残差を高精度に補正することができる検出装置の調整技術を提供することを第2の目的とする。
In view of the above, it is a first object of the present invention to provide a measurement technique and an adjustment technique for a detection apparatus that can easily and accurately form marks for characteristic measurement.
The present invention further provides an adjustment technique for a detection apparatus that can accurately form a mark for characteristic measurement and can accurately correct a predetermined aberration of a detection optical system or an adjustment residual of an illumination system. This is the second purpose.

また、本発明は、装置に起因する誤差(TIS)を短時間に、かつ高精度に計測できる光学系の調整技術を提供することを第3の目的とする。
更に本発明は、上記の調整技術を実施する際に使用できるマーク物体を提供することを第4の目的とする。
また、本発明は、装置に起因する誤差(TIS)を高精度に調整できる検出装置の調整技術を提供することを第5の目的とする。
A third object of the present invention is to provide an optical system adjustment technique capable of measuring an error (TIS) caused by the apparatus in a short time and with high accuracy.
Furthermore, a fourth object of the present invention is to provide a marked object that can be used when the above adjustment technique is performed.
In addition, a fifth object of the present invention is to provide a detection device adjustment technique capable of adjusting an error (TIS) caused by the device with high accuracy.

更に本発明は、そのような調整技術を使用できる検出装置、又はパターン検出装置を提供することを第6の目的とする。   Furthermore, a sixth object of the present invention is to provide a detection device or a pattern detection device that can use such an adjustment technique.

本発明による測定方法は、検出光学系を介してマークを検出する検出装置の、該検出光学系の収差を測定する測定方法であって、第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、該第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークに対して、照明光を照射し、その照明光で照明されたその被検マークからの光束を、その検出光学系を介して所定面上に集光して、その所定面上にその被検マークの像を形成し、その所定面上に形成されたその被検マークの像に基づいて、その被検マークのその第1パターン部とその第2パターン部との間隔情報を計測し、その被検マークの計測結果に基づいて、その検出光学系の所定の光学特性を測定するものである。 A measurement method according to the present invention is a measurement method for measuring an aberration of a detection optical system of a detection device that detects a mark via a detection optical system, and includes a first pattern unit including a pattern having a first width; The illumination light is irradiated to the test mark in which the second pattern portion including the pattern having the second width narrower than the first width is arranged adjacent to the measurement direction, and the illumination light is illuminated with the illumination light. The light flux from the detected mark is condensed on a predetermined surface via the detection optical system, and an image of the detected mark is formed on the predetermined surface, and the image is formed on the predetermined surface. The distance information between the first pattern portion and the second pattern portion of the test mark is measured based on the image of the test mark, and the detection optical system is measured based on the measurement result of the test mark. The predetermined optical characteristic is measured.

本発明のその特性計測用の被検マークは、容易に正確に形成することができるため、その光学特性を正確に測定できる。
また、本発明による調整方法は、一例として、その所定の光学特性がコマ収差又は非点収差であるときに、本発明の測定方法を用いて測定されたそのコマ収差又は非点収差に基づいて、その検出光学系を調整するものである。本発明によって、例えばその検出光学系等の装置に起因する誤差を短時間に、高精度に調整できる。
Since the test mark for measuring characteristics according to the present invention can be easily and accurately formed, the optical characteristics can be measured accurately.
Moreover, the adjustment method according to the present invention is based on the coma aberration or astigmatism measured using the measurement method of the present invention when the predetermined optical characteristic is coma aberration or astigmatism, for example. The detection optical system is adjusted. According to the present invention, for example, an error caused by a device such as a detection optical system can be adjusted with high accuracy in a short time.

また、本発明によるマーク物体は、照明されたマークから生じる光束に基づいて該マークを検出する検出装置の特性を測定するための被検マークを備えたマーク物体であって、その被検マークは、第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、該第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とを含み、その第1及び第2パターン部は、間隔情報を計測するために、計測方向に隣接配置されているものである。本発明は、本発明の測定方法又は調整方法において使用できる。 The mark object according to the present invention is a mark object provided with a test mark for measuring characteristics of a detection device that detects the mark based on a light beam generated from an illuminated mark, and the test mark is A first pattern portion including a pattern having a first width and a second pattern portion including a pattern having a second width narrower than the first width, and the first and second pattern portions are In order to measure the interval information, they are arranged adjacent to each other in the measurement direction. The present invention can be used in the measurement method or adjustment method of the present invention.

また、本発明による検出装置は、検出光学系を介してマークを検出する検出装置であって、第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、この第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークをその検出光学系を介して撮像し、その撮像結果に基づいて該検出光学系の所定の光学特性が調整されているものである。本発明において本発明の調整方法が使用されている。   The detection apparatus according to the present invention is a detection apparatus that detects a mark via a detection optical system, and includes a first pattern portion including a pattern having a first width, and a second pattern narrower than the first width. A test mark in which a second pattern portion including a pattern having a width of 2 is adjacently arranged in the measurement direction is imaged through the detection optical system, and predetermined optical characteristics of the detection optical system are based on the imaging result Has been adjusted. In the present invention, the adjustment method of the present invention is used.

なお、本願の発明の実施の形態には、以下の発明も記載されている。即ち、本願の発明の実施の形態に記載された第1の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)を備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、所定の基板(11)上に所定の計測方向にそれぞれ凹部(31a,32a)と凸部(31b,32b)とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率が異なる複数個の格子状マーク(DM1,DM2)を近接して形成しておき、その検出用の光学系を介してそれら複数個の格子状マーク(DM1,DM2)のその計測方向への間隔(Md)を計測し、この計測値に基づいてその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するものである。   The following inventions are also described in the embodiments of the present invention. In other words, the adjustment method of the first position detection device described in the embodiment of the invention of the present application is a detection optical system (10, 9,...) That collects light beams from one or a plurality of test marks. 12, 15, 16, 21), and a position for detecting the position of one test mark or the relative positions of the plurality of test marks based on the light beam collected by the detection optical system. A method for adjusting a detecting device, wherein concave portions (31a, 32a) and convex portions (31b, 32b) are alternately and periodically arranged in a predetermined measurement direction on a predetermined substrate (11), and A plurality of grid marks (DM1, DM2) having different ratios between the widths of the recesses and the projections are formed in close proximity, and the plurality of grid marks are formed via the detection optical system. The distance between the marks (DM1, DM2) in the measurement direction ( d) measuring a and adjusts the predetermined optical characteristics of the optical system for the detection on the basis of the measured value.

斯かる本発明によれば、特性計測用のマークとして、例えば幅aの凹部(31a)と幅bの凸部(31b)とを周期的に配列した第1の格子状マーク(DM1)と、幅cの凹部(32a)と幅dの凸部(32b)とを周期的に配列した第2の格子状マーク(DM2)とが使用される。この際に、第1の格子状マーク(DM1)の凹部の幅と凸部の幅との比率(a:b、又はa/b)は、第2の格子状マーク(DM2)の凹部の幅と凸部の幅との比率(c:d、又はc/d)とは異なっている。なお、凹部(31a)の1ピッチに対するデューティ比は100×a/(a+b)(%)、凹部(32a)の1ピッチに対するデューティ比は100×c/(c+d)(%)であり、これらのデューティ比も異なっている。本発明によれば、複数の格子状マークの段差は実質的に同一でよく、凹部の幅と凸部の幅との比率のみが異なればよいため、例えば遮光部と透過部との比率が異なる複数の原版パターンが形成されたマスクを用いることによって、通常のリソグラフィ工程で容易に、かつ正確にそれらの格子状マークを形成することができる。   According to the present invention, as the characteristic measurement mark, for example, the first lattice mark (DM1) in which the concave portion (31a) having a width a and the convex portion (31b) having a width b are periodically arranged, A second lattice mark (DM2) in which concave portions (32a) having a width c and convex portions (32b) having a width d are periodically arranged is used. At this time, the ratio (a: b or a / b) between the width of the concave portion and the width of the convex portion of the first lattice mark (DM1) is the width of the concave portion of the second lattice mark (DM2). And the ratio of the width of the convex portion (c: d or c / d) is different. The duty ratio for one pitch of the recess (31a) is 100 × a / (a + b) (%), and the duty ratio for one pitch of the recess (32a) is 100 × c / (c + d) (%). The duty ratio is also different. According to the present invention, the steps of the plurality of grid-like marks may be substantially the same, and only the ratio between the width of the concave portion and the width of the convex portion needs to be different. By using a mask on which a plurality of original patterns are formed, these lattice marks can be formed easily and accurately in a normal lithography process.

このように本発明は、凹部の幅と凸部の幅との比率、ひいては凹部(又は凸部)の幅の1ピッチに対する比率を%で表したデューティ比が互いに異なる複数の格子状マークを使用するため、その調整方法を「異比率マーク法」と呼ぶことができる。この場合、検出用の光学系に例えばコマ収差等の非対称収差が残存していると、各マーク像の位置は、そのデューティ比に応じてシフトする。従って、各マーク像の間隔を計測すると、非対称収差の残存する状態では、各マーク像の間隔の計測値は基準値(設計値等)からずれ、非対称収差の無い状態では基準値通りとなる。これを利用して、各マーク像の間隔を計測しつつ、その計測値が基準値になるように光学特性の調整を行えば、容易に非対称収差を許容範囲まで追い込むことが可能となる。   As described above, the present invention uses a plurality of lattice marks having different duty ratios expressed as a percentage of the ratio between the width of the concave portion and the width of the convex portion, and in turn the ratio of the width of the concave portion (or the convex portion) to one pitch. Therefore, the adjustment method can be called “different ratio mark method”. In this case, if asymmetric aberration such as coma remains in the detection optical system, the position of each mark image is shifted according to the duty ratio. Accordingly, when the interval between the mark images is measured, the measured value of the interval between the mark images is deviated from the reference value (design value or the like) in the state where the asymmetric aberration remains, and is the same as the reference value in the state where there is no asymmetric aberration. By utilizing this and adjusting the optical characteristics so that the measured value becomes the reference value while measuring the interval between the mark images, it is possible to easily drive the asymmetric aberration to the allowable range.

また、それら複数個の格子状マーク(DM1,DM2)の一つの格子状マークのその凹部の幅とその凸部の幅との比率は1:1であることが望ましい。この凹部の幅と凸部の幅との比率が1:1のマークの像は、非対称な収差によって横ずれが殆ど生じないため、間隔を比較する際の基準マークとして使用できる。
また、その検出用の光学系は、一例としてそれら複数個の格子状マークの像を所定の観察面上に投影する結像光学系であり、その検出用の光学系の調整対象の光学特性の一例はコマ収差である。コマ収差に対してそれらのマーク像の間隔は高感度に変化するため、コマ収差を高精度に補正できる。
Further, it is desirable that the ratio of the width of the concave portion and the width of the convex portion of one of the plurality of lattice marks (DM1, DM2) is 1: 1. The image of the mark having a ratio of the width of the concave portion to the width of the convex portion of 1: 1 can be used as a reference mark when comparing the intervals because the lateral shift hardly occurs due to asymmetric aberration.
The detection optical system is, for example, an imaging optical system that projects the images of the plurality of lattice marks onto a predetermined observation surface, and the optical characteristics of the adjustment target of the detection optical system are An example is coma. Since the interval between the mark images changes with high sensitivity to coma, coma can be corrected with high accuracy.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された第2の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系(1〜8)と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)とを備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、所定の基板(11)上で所定の計測方向にそれぞれ凹部(33a,35b)と凸部(33b,35a)とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部とその凸部とを反転した形状の2個の格子状マーク(HM1,HM2)を近接して形成しておき、その検出用の光学系を介してそれらの格子状マークのその計測方向への間隔を計測し、この計測値に基づいてその照明系の所定の光学特性を調整するものである。   Next, the adjustment method of the second position detection device described in the embodiment of the present invention includes an illumination system (1-8) for illuminating one or a plurality of test marks, and the test marks. And a detection optical system (10, 9, 12, 15, 16, 21) for condensing the light beam from the detection mark, and one of the test marks based on the light beam collected by the detection optical system , Or a position detecting device adjusting method for detecting the relative positions of the plurality of test marks, and a concave portion (33a, 35b) and a convex portion in a predetermined measuring direction on a predetermined substrate (11), respectively. (33b, 35a) are alternately and periodically arranged, and two lattice marks (HM1, HM2) having shapes in which the concave portions and the convex portions are inverted with respect to each other are formed in proximity to each other. Its measurement of those grid-like marks via its detection optics The spacing of the direction is measured, and adjusts the predetermined optical characteristics of the illumination system on the basis of the measured value.

本発明によれば、それらの格子状マークの第1の格子状マーク(HM1)の凹部(33a)の幅が凸部(33b)の幅より狭いものとすると、例えばその凹部(33a)で暗レベルとなる画像が得られる。これに対応して、第2の格子状マーク(HM2)では凸部(35a)の幅が凹部(35b)の幅より狭くなるため、凸部(35a)で暗レベルとなる画像が得られる。即ち、第1の格子状マーク(HM1)と第2の格子状マーク(HM2)とでは、暗レベルの画像が得られる部分で段差が生じていることになる。このため、照明系の調整残差、例えば開口絞りの位置ずれ、又は開口絞りの位置での照度分布のむら等があると、それら2つの格子状マークの像の間隔の計測値がシフトすることから、その間隔を所定の基準値に追い込むように調整することによって、照明系の調整残差を補正できる。この場合にも、それらの格子状マークは、所定のマスクを使用することによって容易に、かつ正確に形成できる。   According to the present invention, if the width of the concave portion (33a) of the first lattice mark (HM1) of these lattice marks is narrower than the width of the convex portion (33b), for example, the concave portion (33a) is darkened. A level image is obtained. Correspondingly, in the second lattice mark (HM2), the width of the convex portion (35a) is narrower than the width of the concave portion (35b), so that an image having a dark level at the convex portion (35a) is obtained. That is, there is a difference in level between the first grid mark (HM1) and the second grid mark (HM2) where dark-level images can be obtained. For this reason, if there is an adjustment residual of the illumination system, for example, a position shift of the aperture stop or an uneven illuminance distribution at the position of the aperture stop, the measured value of the interval between the images of the two grid marks shifts. The adjustment residual of the illumination system can be corrected by adjusting the interval so as to drive it to a predetermined reference value. Also in this case, the lattice marks can be easily and accurately formed by using a predetermined mask.

この場合、その照明系の調整対象の光学特性の一例は、その照明系内の開口絞り(3)の光軸に垂直な平面内での位置である。
更に、上記の第2の調整方法において、その基板(11)上のそれら2個の格子状マーク(HM1,HM2)を第1の格子状マークとして、その基板上にその計測方向にそれぞれ凹部と凸部とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率が異なる2個の第2の格子状マーク(DM1,DM2)を更に近接して形成しておき、その第1の格子状マーク(HM1,HM2)の間隔に基づいてその照明系のその所定の光学特性を調整した後、その検出用の光学系を介してその第2の格子状マーク(DM1,DM2)のその計測方向への間隔を計測し、この計測値に基づいてその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するようにしてもよい。
In this case, an example of the optical characteristic to be adjusted in the illumination system is a position in a plane perpendicular to the optical axis of the aperture stop (3) in the illumination system.
Further, in the second adjustment method, the two lattice marks (HM1, HM2) on the substrate (11) are defined as the first lattice marks, and the concave portions are respectively formed in the measurement direction on the substrate. Convex portions are alternately and periodically arranged, and two second lattice marks (DM1, DM2) having different ratios between the widths of the concave portions and the convex portions are formed closer to each other. In addition, after adjusting the predetermined optical characteristic of the illumination system based on the interval between the first grid marks (HM1, HM2), the second grid pattern is passed through the detection optical system. An interval in the measurement direction of the marks (DM1, DM2) may be measured, and predetermined optical characteristics of the detection optical system may be adjusted based on the measurement values.

これは本発明の第2の調整方法と第1の調整方法(異比率マーク法)とを併用することを意味する。このとき、その第1の格子状マーク(HM1,HM2)を用いる照明系の所定の光学特性の調整では、その検出用の光学系の収差の影響を受けない。そこで、まずその第1の格子状マーク(HM1,HM2)を用いて照明系を調整し、その後、異比率マーク法(第1の調整方法)により例えば結像光学系の非対称収差を調整することで、両者を独立に調整することができ好都合である。   This means that the second adjustment method of the present invention and the first adjustment method (different ratio mark method) are used in combination. At this time, the adjustment of the predetermined optical characteristic of the illumination system using the first lattice mark (HM1, HM2) is not affected by the aberration of the detection optical system. Therefore, the illumination system is first adjusted using the first lattice marks (HM1, HM2), and then, for example, the asymmetric aberration of the imaging optical system is adjusted by the different ratio mark method (first adjustment method). Therefore, it is convenient that both can be adjusted independently.

また、上記の第1、又は第2の調整方法において、それら複数個の格子状マーク(DM1,DM2;HM1,HM2)は、その基板上でその計測方向に直列に近接して形成されていることが望ましい。これによって、それらのマーク像の計測方向の間隔をいわゆるアッベ誤差の無い状態で高精度に計測でき、光学誤差を高精度に補正できる。更に、その凹部(31a,32a;33a,35b)の段差、及びその凸部(31b,32b;33b,35a)の段差は実質的にそれぞれ40〜60nmの範囲内であることが望ましい。これによって、コントラストの高い画像が得られるため、高精度に複数のマークの間隔の検出を行うことができる。   In the first or second adjustment method, the plurality of lattice marks (DM1, DM2; HM1, HM2) are formed on the substrate in close proximity in the measurement direction. It is desirable. As a result, the measurement image interval between the mark images can be measured with high accuracy without so-called Abbe error, and the optical error can be corrected with high accuracy. Furthermore, it is desirable that the step of the concave portion (31a, 32a; 33a, 35b) and the step of the convex portion (31b, 32b; 33b, 35a) are substantially in the range of 40 to 60 nm, respectively. As a result, a high-contrast image can be obtained, so that the intervals between a plurality of marks can be detected with high accuracy.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された第1の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器(22)と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材(16)を(例えばその検出用の光学系の光軸に垂直な平面内で)位置決めする位置決め部材(16a,16b,17a,17b)と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マークの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるためにその位置決め部材を駆動する制御演算系(23)と、を備えたものである。斯かる本発明によれば、本願の発明の実施の形態に記載された第1の位置検出装置の調整方法が使用できる。   Next, the first position detection device described in the embodiment of the invention of the present application is a detection optical system (10, 9, 12,...) That collects light beams from one or a plurality of test marks. 15, 16, 21) and a photoelectric detector (22) for receiving the light beam condensed by the detection optical system, and the one test mark based on the detection signal of the photoelectric detector Or at least a portion of the optical member (16) that affects predetermined optical characteristics in the optical system for detection (for example, A positioning member (16a, 16b, 17a, 17b) for positioning in a plane perpendicular to the optical axis of the optical system for detection, a predetermined optical system that is detected via the optical system for detection, and the photoelectric detector. Measurement method for multiple grid marks Based on the interval for the control operation system for driving the positioning member in order to reduce the error in the predetermined optical characteristic (23), those having a. According to the present invention, the adjustment method of the first position detection device described in the embodiment of the present invention can be used.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された第2の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系(1〜8)と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器(22)と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その照明系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材(3)を(例えばその照明系の光軸に垂直な平面内で)位置決めする位置決め部材(4a,4b,5a,5b)と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の複数個の格子状マークの所定の計測方向に対する間隔に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるようにその位置決め部材を駆動する制御演算系(23)と、を備えたものである。斯かる本発明によれば、本発明の第2の位置検出装置の調整方法が使用できる。   Next, the second position detection device described in the embodiment of the present invention includes an illumination system (1 to 8) for illuminating one or a plurality of test marks, and a light flux from the test marks. A detection optical system (10, 9, 12, 15, 16, 21) that collects light and a photoelectric detector (22) that receives the light beam collected by the detection optical system, In a position detection device that detects the position of one test mark or the relative position of the plurality of test marks based on the detection signal of the photoelectric detector, it affects the predetermined optical characteristics in the illumination system. A positioning member (4a, 4b, 5a, 5b) for positioning at least a part of the optical member (3) to be provided (for example, in a plane perpendicular to the optical axis of the illumination system), an optical system for detection thereof, and A plurality of predetermined grid-shaped detectors detected via a photoelectric detector Based on the interval for a given measurement direction of click, the control operation system for driving the positioning member so as to reduce the error in the predetermined optical characteristic (23), those having a. According to the present invention, the second position detecting apparatus adjustment method of the present invention can be used.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された光学系の調整方法は、被検物に対して照明光を照射する照明系(1〜3,6〜8)と、その被検物からの光束を集光する検出光学系(10,9,12,15,16,21)との少なくとも一方の所定の光学特性を調整するための光学系の調整方法であって、評価用の基板(11A)上に第1、及び第2の被検マーク(HM1,HM2;28A)を所定の位置関係で形成すると共に、それら2つの被検マークをその位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第3、及び第4の被検マーク(HM3,HM4;28B)を形成しておき、その検出光学系を介してその基板上の第1、及び第2の被検マーク(HM1,HM2;28A)の相対位置を計測し、その基板を回転させることなくその検出光学系を介してその基板上の第3、及び第4の被検マーク(HM3,HM4;28B)の相対位置を計測し、それら2組の被検マークについて計測された相対位置に基づいてその照明系、又はその検出光学系の少なくとも一方の調整を行うものである。   Next, the adjustment method of the optical system described in the embodiment of the invention of the present application is based on the illumination system (1 to 3, 6 to 8) that irradiates the specimen with illumination light and the specimen. Is an optical system adjustment method for adjusting at least one predetermined optical characteristic with a detection optical system (10, 9, 12, 15, 16, 21) that collects the luminous flux of 11A) The first and second test marks (HM1, HM2; 28A) are formed on the predetermined positional relationship on the upper side, and the two test marks are rotated by a predetermined angle while maintaining the positional relationship. The third and fourth test marks (HM3, HM4; 28B) in the state are formed, and the first and second test marks (HM1, HM2) on the substrate through the detection optical system. Measuring the relative position of 28A) and detecting the light without rotating the substrate; The relative positions of the third and fourth test marks (HM3, HM4; 28B) on the substrate are measured through the system, and the illumination is based on the relative positions measured for the two sets of test marks. The system or at least one of the detection optical system is adjusted.

斯かる本発明によれば、まずその基板上の第1、及び第2の被検マークの相対位置(例えば間隔D1とする)を計測した後、その基板を回転させることなく、その基板上の第3、及び第4の被検マークの相対位置(例えば間隔D2とする)を計測する。この結果、装置に起因する誤差であるTIS(Tool Induced Shift)は、一例として(D1−D2)/2となり、この誤差が所定の許容範囲内に収まるように、照明系、又は検出光学系の少なくとも一方の調整が行われる。この際に、その基板の回転を行う必要は無く、また、その検出光学系の観察視野内にそれら2組の被検マークを順次収めるだけであれば、通常の2次元に位置決めできるステージを使用できるため、短時間にその誤差の計測を高精度に行うことができる。   According to the present invention, first, after measuring the relative positions (for example, the interval D1) of the first and second test marks on the substrate, the substrate is rotated without rotating the substrate. The relative positions of the third and fourth test marks (for example, the interval D2) are measured. As a result, TIS (Tool Induced Shift), which is an error caused by the apparatus, is (D1-D2) / 2 as an example, and the illumination system or the detection optical system is adjusted so that the error falls within a predetermined allowable range. At least one adjustment is made. At this time, it is not necessary to rotate the substrate, and a normal stage that can be positioned in two dimensions is used as long as the two sets of test marks are sequentially stored in the observation field of the detection optical system. Therefore, the error can be measured with high accuracy in a short time.

この場合、一例としてそれら第1及び第2の被検マークについて計測される間隔と、それら第3及び第4の被検マークについて計測される間隔とが等しくなるように、その照明系、又は前記検出光学系の少なくとも一方の調整を行うようにすればよい。これによって、実質的にTISが最小になるように調整が行われる。
また、それら第1及び第2の被検マークとして、一対のボックス・イン・ボックスマーク(28A)を使用してもよい。この場合には、例えば重ね合わせ誤差測定装置のTISが計測される。
In this case, as an example, the illumination system, or the above-mentioned so that the interval measured for the first and second test marks is equal to the interval measured for the third and fourth test marks. Adjustment of at least one of the detection optical systems may be performed. As a result, adjustment is performed so that the TIS is substantially minimized.
A pair of box-in-box marks (28A) may be used as the first and second test marks. In this case, for example, the TIS of the overlay error measuring device is measured.

また、その第1及び第2の被検マークとして、所定方向にそれぞれ凹部(33a,35b)と凸部(33b,35a)とが交互に周期的に配列されると共に、互いにその凹部とその凸部とを反転した形状の一対の格子状マーク(HM1,HM2)を使用してもよい。この場合には、例えば照明系の開口絞りの中心の位置ずれに起因する誤差が高精度に計測、及び調整できる。   Further, as the first and second test marks, the concave portions (33a, 35b) and the convex portions (33b, 35a) are alternately and periodically arranged in a predetermined direction, and the concave portions and the convex portions thereof are mutually arranged. A pair of lattice marks (HM1, HM2) having a shape inverted from the portion may be used. In this case, for example, an error caused by a positional deviation of the center of the aperture stop of the illumination system can be measured and adjusted with high accuracy.

また、その第1及び第2の被検マークとして、所定方向にそれぞれ凹部(31a,32a)と凸部(31b,32b)とを所定のピッチで配列して形成されると共に、互いにその凹部の幅とその凸部の幅との比率、ひいては凹部(又は凸部)の幅の1ピッチに対する比率を%で表したデューティ比が互いに異なる一対の格子状マーク(DM1,DM2)を使用してもよい。この場合には、検出光学系のコマ収差のような非対称収差に起因する誤差を計測し、調整することができる。   In addition, the first and second test marks are formed by arranging the concave portions (31a, 32a) and the convex portions (31b, 32b) at a predetermined pitch in a predetermined direction, respectively. Even if a pair of grid marks (DM1, DM2) having different duty ratios expressed as a percentage of the ratio between the width and the width of the convex portion, and thus the ratio of the width of the concave portion (or the convex portion) to one pitch, is used. Good. In this case, an error caused by asymmetric aberration such as coma aberration of the detection optical system can be measured and adjusted.

また、その基板上のその第3及び第4の被検マークは、その第1及び第2の被検マークを180°回転したマークであることが望ましい。これによって、従来の定義通りのTISを計測することができる。
また、本願の発明の実施の形態に記載された第1の評価用の基板は、複数個の被検マークが形成された評価用の基板(11A;11B)であって、第1及び第2の被検マーク(HM1,HM2,28A;DM1,DM2)が所定の位置関係で形成されると共に、その2つの被検マークをその位置関係を保った状態で所定角度回転した状態の第3及び第4の被検マーク(HM3,HM4,28B;DM2,DM4)が形成されたものである。この基板を用いることによって、本願の発明の実施の形態に記載された光学系の調整方法が実施できる。
Further, the third and fourth test marks on the substrate are desirably marks obtained by rotating the first and second test marks by 180 °. Thereby, the TIS as defined in the past can be measured.
The first evaluation substrate described in the embodiment of the invention of the present application is an evaluation substrate (11A; 11B) on which a plurality of test marks are formed. The test marks (HM1, HM2, 28A; DM1, DM2) are formed in a predetermined positional relationship, and the two test marks are rotated in a predetermined angle while maintaining the positional relationship. A fourth test mark (HM3, HM4, 28B; DM2, DM4) is formed. By using this substrate, the optical system adjustment method described in the embodiment of the present invention can be implemented.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された第2の評価用の基板は、複数個の被検マークが形成された評価用の基板(11)であって、凹部と凸部とが交互に配列されると共に、その凹部の幅とその凸部の幅との比率が互いに異なる少なくとも2つの第1の被検マーク(DM1,DM2)が形成されたものである。この基板を用いると、上記の異比率マーク法で位置検出装置の調整を行うことができる。   Next, the second evaluation substrate described in the embodiment of the present invention is an evaluation substrate (11) on which a plurality of test marks are formed, and the concave portion and the convex portion are provided. At least two first test marks (DM1, DM2) that are alternately arranged and have different ratios between the widths of the concave portions and the convex portions are formed. When this substrate is used, the position detection device can be adjusted by the above-described different ratio mark method.

また、その基板は、一例としてデバイスパターンを直接、又はマスク(R)を介してワークピース(W)上に転写するリソグラフィ工程を含むデバイス製造工程で用いられる装置に組み込まれる光学装置の調整に用いられる。その基板は、一例として、その光学装置で検出対象とする物体と形状及び大きさが実質的に同一であり、これによってホルダ等を新たに製造する必要が無い。   In addition, the substrate is used, for example, for adjusting an optical apparatus incorporated in an apparatus used in a device manufacturing process including a lithography process in which a device pattern is transferred directly or onto a workpiece (W) via a mask (R). It is done. As an example, the substrate has substantially the same shape and size as an object to be detected by the optical device, and thus it is not necessary to newly manufacture a holder or the like.

また、本願の発明の実施の形態に記載されたパターン検出装置は、対物光学系(10)を介して被検物に照明光を照射する照明系(1〜3,6〜8)と、その被検物から発生してその対物光学系(10)を通る光束を受光する検出系(9,12,15,16,18,21)とを備えたパターン検出装置において、第1方向に並ぶ一対の第1マーク(HM1,HM2)と、その第1方向と交差する(180°回転した場合を含む)第2方向に沿って並び、かつその一対の第1マークと同一構成の一対の第2マーク(HM3,HM4;25Y)とが一体的に設けられた可動部材(11A)と、その対物光学系を介してその一対の第1マークを検出して得られる相対位置情報と、その一対の第2マークを検出して得られる相対位置情報とに基づいて、その照明系、その対物光学系、及びその検出系内の少なくとも一部の光学系(3,16)を調整する調整機構(4a,4b,5a,5b,16a,16b,17a,17b)とを備えたものである。   Moreover, the pattern detection apparatus described in the embodiment of the invention of the present application includes an illumination system (1 to 3, 6 to 8) that irradiates a test object with illumination light via an objective optical system (10), and In a pattern detection apparatus having a detection system (9, 12, 15, 16, 18, 21) that receives a light beam generated from a test object and passing through the objective optical system (10), a pair arranged in the first direction. First marks (HM1, HM2) and a second pair of second lines arranged in the second direction intersecting with the first direction (including the case of 180 ° rotation) and having the same configuration as the pair of first marks. A movable member (11A) integrally provided with marks (HM3, HM4; 25Y), relative position information obtained by detecting the pair of first marks via the objective optical system, and the pair of pairs Based on the relative position information obtained by detecting the second mark An adjustment mechanism (4a, 4b, 5a, 5b, 16a, 16b, 17a, 17b) for adjusting the illumination system, the objective optical system, and at least a part of the optical system (3, 16) in the detection system; It is provided.

斯かるパターン検出装置によれば、本願の発明の実施の形態に記載された光学系の調整方法が使用できる。更に、光学特性を2次元的に調整することもできる。
次に、本願の発明の実施の形態に記載された第3の位置検出装置の調整方法は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系(1〜3,6〜8)と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)とを備え、この検出用の光学系によって集光された光束に基づいてその一つの被検マークの位置、又はその複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置の調整方法であって、凹凸パターンよりなる中心部(DM22;HM22)と、この中心部を所定の計測方向に沿って挟むように対称に配列されたそれぞれ凹凸パターンよりなる2つの端部(DM21,DM23;HM21,HM23)とを有する評価用マーク(DX,HX)が形成された基板(11C)をその検出用の光学系の被検領域に設置し、その検出用の光学系を介してその中心部とその2つの端部とのその計測方向に対するそれぞれの相対的な位置関係(間隔、偏差等)を検出し、この検出結果に基づいてその照明系、又はその検出用の光学系の所定の光学特性を調整するものである。
According to such a pattern detection apparatus, the optical system adjustment method described in the embodiment of the present invention can be used. Furthermore, the optical characteristics can be adjusted two-dimensionally.
Next, the adjustment method of the third position detection device described in the embodiment of the present invention includes an illumination system (1 to 3, 6 to 8) for illuminating one or a plurality of test marks, And a detection optical system (10, 9, 12, 15, 16, 21) for condensing the light beam from the test mark, one of which is based on the light beam collected by the detection optical system. An adjustment method of a position detection device for detecting the position of one test mark or the relative position of a plurality of test marks, comprising a center portion (DM22; HM22) made of a concavo-convex pattern and a predetermined center portion. Substrate (11C) on which evaluation marks (DX, HX) having two end portions (DM21, DM23; HM21, HM23) each having an uneven pattern arranged symmetrically so as to be sandwiched along the measurement direction are formed Optical system test for detecting The relative positional relationship (interval, deviation, etc.) of the central portion and the two ends with respect to the measurement direction is detected via the detection optical system, and the detection result is Based on this, the predetermined optical characteristics of the illumination system or the detection optical system are adjusted.

斯かる本発明によれば、一例としてその評価用マークの中心部と両側の端部とのそれぞれの間隔が検出され、これらの間隔をそれぞれ所定の基準値(実質的な真値)と比較することで、装置に起因する誤差(TIS)が求められる。この際に、その基準値を決定する方法としては、その評価用マークを180°回転してそれらの間隔を再び計測し、2回の計測結果の平均値をその基準値とする方法が考えられる。この場合、本願の発明の実施の形態に記載された評価用マークはその中心部に対して計測方向に対称(線対称)であるため、その評価用マークを180°回転しても、計測方向の形状は実質的に同一である。従って、装置に起因する誤差以外のディストーション等の誤差が混入することがなくなり、装置に起因する誤差のみを高精度に求めることができ、ひいてはその誤差を高精度に調整できる。   According to the present invention, as an example, the intervals between the center portion of the evaluation mark and the end portions on both sides are detected, and these intervals are respectively compared with a predetermined reference value (substantially true value). Thus, an error (TIS) caused by the apparatus is obtained. At this time, as a method for determining the reference value, a method is conceivable in which the evaluation mark is rotated by 180 °, the interval between them is measured again, and the average value of the two measurement results is used as the reference value. . In this case, the evaluation mark described in the embodiment of the invention of the present application is symmetric (line symmetric) in the measurement direction with respect to the center portion, and therefore, even if the evaluation mark is rotated 180 °, the measurement direction The shapes of are substantially the same. Therefore, errors such as distortion other than the error caused by the apparatus are not mixed, and only the error caused by the apparatus can be obtained with high accuracy, and the error can be adjusted with high accuracy.

また、その評価用マークを構成するその中心部及びその2つの端部は、互いに凹部の幅と凸部の幅との比率が異なる格子状マーク(異比率マーク)であるときには、評価用マークを正確に形成できると共に、一例としてその検出用の光学系の結像光学状態、特にコマ収差の誤差を高精度に計測できる。
一方、その評価用マークを構成するその中心部及びその2つの端部は、互いに凹部と凸部とが反転している格子状マーク(異段差マーク)であるときには、その照明系の照明状態のずれ(照明開口絞りのずれ、照度分布の不均一性等)を高精度に計測できる。
Further, when the central part and the two end parts constituting the evaluation mark are lattice marks (different ratio marks) in which the ratio of the width of the concave part to the width of the convex part is different from each other, In addition to being able to form accurately, as an example, the imaging optical state of the optical system for detection, particularly the coma error, can be measured with high accuracy.
On the other hand, when the central portion and the two end portions constituting the evaluation mark are lattice marks (different step marks) in which the concave portion and the convex portion are reversed, the illumination state of the illumination system is Deviations (illumination aperture stop deviation, illuminance distribution non-uniformity, etc.) can be measured with high accuracy.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された第3の位置検出装置は、一つ又は複数個の被検マークを照明する照明系(1〜3,6〜8)と、その被検マークからの光束を集光する検出用の光学系(10,9,12,15,16,21)と、この検出用の光学系によって集光された光束を受光する光電検出器(22)と、を備え、その光電検出器の検出信号に基づいてその一つの被検マークの位置、又はそれら複数個の被検マークの相対位置を検出する位置検出装置において、その照明系、及びその検出用の光学系内で所定の光学特性に影響を与える少なくとも一部の光学部材(3;16)を位置決めする位置決め部材と、その検出用の光学系、及びその光電検出器を介して検出される所定の評価用マークの少なくとも3箇所(DM21〜DM23;HM21〜HM23)の相対的な位置関係に基づいて、その所定の光学特性の誤差を低減させるためにその位置決め部材を駆動する制御演算系(23)と、を備えたものである。この装置によって、本発明の第3の位置検出装置の調整方法が使用できる。   Next, the third position detection device described in the embodiment of the present invention includes an illumination system (1-3, 6-8) for illuminating one or a plurality of test marks, and the test thereof. A detection optical system (10, 9, 12, 15, 16, 21) for condensing the light beam from the mark, and a photoelectric detector (22) for receiving the light beam collected by the detection optical system; In a position detection device that detects the position of the one test mark or the relative positions of the plurality of test marks based on the detection signal of the photoelectric detector, the illumination system and the detection system A positioning member that positions at least some of the optical members (3; 16) that affect predetermined optical characteristics in the optical system, a detection optical system, and a predetermined detection that is detected via the photoelectric detector At least three of the evaluation marks (DM21 to DM 3; HM21~HM23) based on the relative positional relationship, a control operation system for driving the positioning member in order to reduce the error in the predetermined optical characteristic (23), those having a. With this apparatus, the third position detecting apparatus adjustment method of the present invention can be used.

次に、本発明の露光装置は、上記の本発明の位置検出装置と、マスクを保持するマスクステージ(54,55)と、そのマスクのパターンが転写されると共に位置合わせ用のアライメントマークが形成された基板(W)を位置決めする基板ステージ(58,59)と、を備えた露光装置であって、その位置検出装置によってその基板上のアライメントマークの位置を検出し、この検出結果に基づいてそのマスクとその基板との位置合わせを行うものである。本発明の位置検出装置の光学系の調整を本発明の調整方法を用いて行っておくことによって、高い重ね合わせ精度が得られる。   Next, the exposure apparatus of the present invention includes the above-described position detection apparatus of the present invention, a mask stage (54, 55) for holding a mask, and a mask pattern is transferred and an alignment mark for alignment is formed. And a substrate stage (58, 59) for positioning the substrate (W), and the position detection device detects the position of the alignment mark on the substrate, and based on the detection result. The mask and the substrate are aligned. By adjusting the optical system of the position detection apparatus of the present invention using the adjustment method of the present invention, high overlay accuracy can be obtained.

また、本発明のデバイスの製造方法は、本発明の位置検出装置の調整方法を用いて所定のデバイスを製造するためのデバイスの製造方法であって、その調整方法を用いて所定の位置検出装置の光学系の調整を行ない、この調整後の位置検出装置を用いて所定の基板上のアライメントマークの位置を検出し、この検出結果に基づいてその基板とマスクとの位置合わせを行った後、その基板上にそのマスクのパターンを転写する工程を含むものである。この場合、高い重ね合わせ精度が得られるため、高機能のデバイスを高い歩留りで量産することができる。   The device manufacturing method of the present invention is a device manufacturing method for manufacturing a predetermined device using the position detecting device adjusting method of the present invention, and the predetermined position detecting device using the adjusting method. The position of the alignment mark on the predetermined substrate is detected using the position detection device after the adjustment, and the substrate and the mask are aligned based on the detection result. The method includes a step of transferring the mask pattern onto the substrate. In this case, since high overlay accuracy can be obtained, high-functional devices can be mass-produced with a high yield.

次に、本願の発明の実施の形態に記載された露光装置の製造方法は、マスク(R)を介してエネルギービームで感光性の基板(W)を露光する露光装置の製造方法において、その基板が移動する座標系上でそのエネルギービームの照射領域の外側に光軸が配置されるように、その基板上のアライメントマーク(38,40X,40Y)を検出するマーク検出系(63)を設け、互いに凹部と凸部とが交互に配列される少なくとも2つの被検マークのその配列方向に関する間隔を検出するために、その少なくとも2つの被検マークをそのマーク検出系で検出し、そのマーク検出系の光学的な特性を調整するために、その検出された間隔に基づいて、そのマーク検出系の少なくとも1つの光学素子を移動、又は交換するものである。   Next, an exposure apparatus manufacturing method described in the embodiment of the present invention is an exposure apparatus manufacturing method for exposing a photosensitive substrate (W) with an energy beam through a mask (R). Is provided with a mark detection system (63) for detecting alignment marks (38, 40X, 40Y) on the substrate so that the optical axis is arranged outside the irradiation region of the energy beam on the coordinate system in which In order to detect an interval in the arrangement direction of at least two test marks in which concave portions and convex portions are alternately arranged, the mark detection system detects the at least two test marks, and the mark detection system In order to adjust the optical characteristics, at least one optical element of the mark detection system is moved or replaced based on the detected interval.

この場合、本願の発明の実施の形態に記載された異比率マーク法等の調整方法の適用によってそのマーク検出系が高精度に調整できるため、高い重ね合わせ精度が得られる。
次に、本願の発明の実施の形態に記載された調整方法は、被検物に対して照明光を照射する照射系と、該被検物からの光束を集光する検出光学系とを有する位置検出装置内の光学系の調整方法であって、その照射系の第1の光学特性の調整を行い、その第1の光学特性の調整後に、その検出光学系の第2の光学特性の調整を行うものである。
In this case, since the mark detection system can be adjusted with high accuracy by applying an adjustment method such as the different ratio mark method described in the embodiment of the present invention, high overlay accuracy can be obtained.
Next, the adjustment method described in the embodiment of the invention of the present application includes an irradiation system that irradiates the object with illumination light, and a detection optical system that condenses the light beam from the object. A method for adjusting an optical system in a position detection apparatus, wherein the first optical characteristic of the irradiation system is adjusted, and after the first optical characteristic is adjusted, the second optical characteristic of the detection optical system is adjusted. Is to do.

また、本願の発明の実施の形態に記載された露光方法は、その調整方法の対象となる位置検出装置を備えた露光装置における露光方法であって、その調整方法により調整された位置検出装置により、基板上に形成されたアライメントマークを検出し、このマーク検出結果に基づいて、その基板の位置合わせを行い、その位置合わせされた基板上に、所定パターンを露光するものである。   The exposure method described in the embodiment of the invention of the present application is an exposure method in an exposure apparatus including a position detection device that is an object of the adjustment method, and the position detection device adjusted by the adjustment method is used. The alignment mark formed on the substrate is detected, the substrate is aligned based on the mark detection result, and a predetermined pattern is exposed on the aligned substrate.

また、本願の発明の実施の形態に記載された更に別の位置検出装置は、被検物に対して照明光を照射する照射系と、該照射系の第1光学特性を調整する第1調整装置と、その被検物からの光束を集光する検出光学系と、その検出光学系の第2光学特性を調整する第2調整装置と、その第1調整装置によるその第1光学特性の調整後に、その第2調整装置によるその第2光学特性を調整せしめる制御装置と、を有するものである。   Further, another position detection device described in the embodiment of the present invention includes an irradiation system that irradiates an object with illumination light, and a first adjustment that adjusts a first optical characteristic of the irradiation system. Apparatus, detection optical system for condensing a light beam from the test object, a second adjustment device for adjusting a second optical characteristic of the detection optical system, and adjustment of the first optical characteristic by the first adjustment device And a control device for adjusting the second optical characteristic by the second adjusting device later.

また、本願の発明の実施の形態に記載された別の露光装置は、本発明のその更に別の位置検出装置と、その第1及び第2調整装置により調整された位置検出装置を用いて基板上に形成されたアライメントマークを検出し、該アライメントマークの検出結果に基づいて、その基板の位置合わせを行うアライメント装置とを有し、その位置合わせされた基板上に、所定パターンを露光するものである。   Further, another exposure apparatus described in the embodiment of the present invention is a substrate using the further position detection apparatus of the present invention and the position detection apparatus adjusted by the first and second adjustment apparatuses. An alignment device that detects an alignment mark formed on the alignment mark and aligns the substrate based on the detection result of the alignment mark, and exposes a predetermined pattern on the aligned substrate. It is.

本発明の測定方法によれば、特性計測用の被検マークを容易に正確に形成できる。
本発明の調整方法によれば、特性計測用のマークを正確に形成できると共に、例えば検出用の光学系の所定の収差、又は照明系の調整残差を高精度に補正することができ、その結果として、装置に起因する誤差(TIS)を高精度に調整できる。
According to the measurement method of the present invention, a test mark for characteristic measurement can be easily and accurately formed.
According to the adjustment method of the present invention, it is possible to accurately form a mark for characteristic measurement, and to accurately correct, for example, a predetermined aberration of a detection optical system or an adjustment residual of an illumination system. As a result, the error (TIS) caused by the apparatus can be adjusted with high accuracy.

以下、本発明の好適な第1の実施の形態につき図1〜図4を参照して説明する。
図1は、本例の位置検出装置を示し、この図1において、本例の位置検出装置による被検面上に調整用のウエハ11の表面が配置されている。ウエハ11の表面には、後述のように複数対の凹凸の格子状マーク(段差マーク)が形成されている。
図1において、ハロゲンランプ等の光源1を発した広帯域の照明光AL1は、照明系の光軸AX1に沿って、コンデンサレンズ2、照明系の開口絞り(以下、「σ絞り」と呼ぶ)3、第1リレーレンズ6、視野絞り7及び第2リレーレンズ8を経て、ハーフプリズム9に入射する。ハーフプリズム9で下方に反射された照明光AL1は、対物レンズ群10を介して調整用のウエハ11を落射照明する。σ絞り3によって、照明系のコヒーレンスファクタであるσ値が設定される。
Hereinafter, a preferred first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a position detection apparatus of this example. In FIG. 1, the surface of an adjustment wafer 11 is arranged on a surface to be measured by the position detection apparatus of this example. A plurality of pairs of concave and convex lattice marks (step marks) are formed on the surface of the wafer 11 as described later.
In FIG. 1, broadband illumination light AL1 emitted from a light source 1 such as a halogen lamp, along a light axis AX1 of the illumination system, is a condenser lens 2 and an aperture stop (hereinafter referred to as “σ stop”) 3 of the illumination system. The light enters the half prism 9 through the first relay lens 6, the field stop 7 and the second relay lens 8. The illumination light AL 1 reflected downward by the half prism 9 illuminates the adjustment wafer 11 through the objective lens group 10. The σ stop 3 sets a σ value that is a coherence factor of the illumination system.

ウエハ11で反射された光束AL2は、対物レンズ群10を通ってハーフプリズム9に入射する。そして、ハーフプリズム9を透過した光束AL2は、第3リレーレンズ12を介して、指標板13のパターン面にウエハ11上の格子状マークの像を形成する。即ち、指標板13のパターン面は、ウエハ11の表面と共役であり、そのパターン面には投影露光装置においてアライメントを行う際の検出位置の基準となる指標マーク14a,14bが形成されている。但し、本例の位置検出装置を、重ね合わせ誤差測定装置として使用する場合には、指標板13は必ずしも必要ではない。   The light beam AL2 reflected by the wafer 11 passes through the objective lens group 10 and enters the half prism 9. Then, the light beam AL2 transmitted through the half prism 9 forms an image of a lattice mark on the wafer 11 on the pattern surface of the index plate 13 via the third relay lens 12. That is, the pattern surface of the index plate 13 is conjugate with the surface of the wafer 11, and index marks 14a and 14b serving as reference positions for detection positions when alignment is performed in the projection exposure apparatus are formed on the pattern surface. However, when the position detection device of this example is used as an overlay error measurement device, the index plate 13 is not necessarily required.

指標板13を透過した光束AL2は、第4リレーレンズ15、コマ収差補正用の光学系(以下、「コマ補正光学系」と呼ぶ)16、開口絞り18、フィールドレンズ21を経て、CCD型等の2次元の撮像素子22の撮像面上に、ウエハ11上の格子状マーク及び指標マーク14a,14bの像を形成する。撮像素子22から読み出された画像信号Sは、制御演算系23に供給されている。本例では、対物レンズ群10、ハーフプリズム9、第3リレーレンズ12、第4リレーレンズ15、コマ補正光学系16、及びフィールドレンズ21より、検出用の光学系としての結像光学系が構成されている。以下、この結像光学系の光軸AX2に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に平行にX軸を、図1の紙面に垂直にY軸を取って説明する。   The light beam AL2 that has passed through the index plate 13 passes through the fourth relay lens 15, the coma aberration correcting optical system (hereinafter referred to as “coma correcting optical system”) 16, the aperture stop 18, the field lens 21, and the CCD type or the like. On the imaging surface of the two-dimensional imaging element 22, images of lattice marks and index marks 14 a and 14 b on the wafer 11 are formed. The image signal S read from the image sensor 22 is supplied to the control calculation system 23. In this example, an imaging optical system as a detection optical system is configured by the objective lens group 10, the half prism 9, the third relay lens 12, the fourth relay lens 15, the coma correction optical system 16, and the field lens 21. Has been. Hereinafter, taking the Z axis parallel to the optical axis AX2 of this imaging optical system, taking the X axis parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis perpendicular to the paper surface of FIG. explain.

この場合、結像光学系中の開口絞り18は、その開口径によってこの結像光学系の開口数(NA)を決定すると共に、その位置によって、この結像光学系のベストフォーカス位置に対するウエハ11の表面の光軸AX2方向への位置ずれ量(デフォーカス量)に伴う、マーク位置の検出結果のずれ(以下、「テレセンずれ」と呼ぶ)に影響を与える。そこで、開口絞り18を、保持部材19a,19bによって保持すると共に、制御演算系23の制御のもとで送りねじ方式、ピエゾ素子のような伸縮自在の駆動素子方式、ボイスコイルモータ(VCM)方式、又はリニアモータ方式等の開口絞り位置調整機構20a,20bにより保持部材19a,19bをシフトさせることで、開口絞り18の中心をX方向及びY方向に任意の量だけシフトできるように構成されている。そして、計測を開始する前に予めそのテレセンずれが生じないように、開口絞り18の位置は調整されている。   In this case, the aperture stop 18 in the imaging optical system determines the numerical aperture (NA) of the imaging optical system according to the aperture diameter, and the wafer 11 with respect to the best focus position of the imaging optical system according to the position. This affects the deviation of the detection result of the mark position (hereinafter referred to as “telecentric deviation”) accompanying the positional deviation amount (defocus amount) in the direction of the optical axis AX2 of the surface. Therefore, the aperture stop 18 is held by the holding members 19a and 19b, and under the control of the control calculation system 23, a feed screw method, a telescopic drive element method such as a piezo element, a voice coil motor (VCM) method. Alternatively, the center of the aperture stop 18 can be shifted by an arbitrary amount in the X and Y directions by shifting the holding members 19a and 19b by the aperture stop position adjusting mechanisms 20a and 20b such as a linear motor system. Yes. Before the measurement is started, the position of the aperture stop 18 is adjusted in advance so that the telecentric shift does not occur.

本例の位置検出装置において、対物レンズ群10及びその他の光学系は、全て極めて高い精度で製造及び組み立てが行われるが、それでもなお、製造誤差に伴う各種収差が残存してしまう。このような残存収差が所定の許容範囲を超えると、それが位置検出精度を必要な精度よりも悪化させることになる。位置検出精度を悪化させる収差は主にコマ収差であり、これは、各光学部材の偏芯や、研磨面の精度不足のために発生する。従って、被検物(被検マーク)がその結像光学系の光軸AX2上にある場合でも、このようなコマ収差の悪影響を受けてしまうことになる。   In the position detection apparatus of this example, the objective lens group 10 and other optical systems are all manufactured and assembled with extremely high accuracy, but various aberrations due to manufacturing errors still remain. If such residual aberration exceeds a predetermined allowable range, it will deteriorate the position detection accuracy beyond the required accuracy. The aberration that deteriorates the position detection accuracy is mainly coma aberration, which occurs due to decentering of each optical member and insufficient accuracy of the polished surface. Therefore, even when the test object (test mark) is on the optical axis AX2 of the imaging optical system, the coma aberration is adversely affected.

コマ補正光学系16は、このような残存コマ収差を補正するための光学系であり、その位置の変化によって、その結像光学系のコマ収差の状態を変化させることができる。そのため、コマ補正光学系16を、保持部材16a,16bによって保持すると共に、制御演算系23の制御のもとでコマ補正光学系位置調整機構17a,17bにより保持部材16a,16bをシフトさせることで、コマ補正光学系16の中心をX方向及びY方向に任意の量だけシフトできるように構成されている。なお、コマ補正光学系16以外の少なくとも一つの光学素子を移動して、結像光学系の光学特性、即ちコマ収差以外の収差、テレセントリシティ、及び焦点位置などを調整可能に構成し、コマ補正光学系16の移動によって生じ得るその光学特性の変動をほぼ相殺するようにその少なくとも一つの光学素子を移動させるようにしてもよい。   The coma correction optical system 16 is an optical system for correcting such residual coma aberration, and the coma aberration state of the imaging optical system can be changed by changing the position thereof. Therefore, the frame correction optical system 16 is held by the holding members 16a and 16b, and the holding members 16a and 16b are shifted by the frame correction optical system position adjusting mechanisms 17a and 17b under the control of the control calculation system 23. The center of the frame correction optical system 16 can be shifted by an arbitrary amount in the X direction and the Y direction. In addition, by moving at least one optical element other than the coma correction optical system 16, the optical characteristics of the imaging optical system, that is, the aberration other than the coma aberration, the telecentricity, the focal position, and the like can be adjusted. The at least one optical element may be moved so as to substantially cancel the fluctuation of the optical characteristics that may be caused by the movement of the correction optical system 16.

ところで、光学系に残存するコマ収差が非常に多い場合、このコマ補正光学系16の位置調整量が多くなり、結像光束の主光線の位置を、光軸AX2から、大きくずらしてしまう場合がある。
そして、前述の開口絞り18の位置と、主光線との位置関係が大きく変化し、最悪の場合、コマ補正光学系16の位置調整を行う度に、開口絞り18の位置も再調整する必要が生じる恐れがある。
By the way, when the coma remaining in the optical system is very large, the position adjustment amount of the coma correction optical system 16 increases, and the position of the principal ray of the imaging light beam may be greatly shifted from the optical axis AX2. is there.
The positional relationship between the position of the aperture stop 18 and the principal ray changes greatly. In the worst case, it is necessary to readjust the position of the aperture stop 18 every time the position of the coma correction optical system 16 is adjusted. May occur.

そこで、開口絞り18とコマ補正光学系16との位置関係を、図1とは逆にし、開口絞り18を、コマ補正光学系16より、ウエハに近い側に配置することで、このような再調整の懸念を全くなくすこともできる。
コマ補正光学系16は、結像光学系中の、瞳面(開口絞り18)の近傍に配置されることが望ましいが、もちろんリレー系を介してその共役面に配置してもよい。リレー光学系を介して共役面に配置することで、配置する空間に対する自由度が増すという利点がある。
Therefore, the positional relationship between the aperture stop 18 and the frame correction optical system 16 is reversed from that in FIG. 1, and the aperture stop 18 is disposed closer to the wafer than the frame correction optical system 16, so that You can eliminate any concerns about adjustment.
The frame correction optical system 16 is preferably arranged in the vicinity of the pupil plane (aperture stop 18) in the imaging optical system, but may of course be arranged on the conjugate plane via a relay system. By arranging on the conjugate plane via the relay optical system, there is an advantage that the degree of freedom with respect to the space to be arranged is increased.

一方、光源1から第2リレーレンズ8までの照明系中のσ絞り3も、その位置と上記の結像光学系中の開口絞り18の位置との関係が変化すると、被検マークの検出位置に悪影響が及ぶ。但し、前述の如く、開口絞り18の位置を調整する(動かす)と、テレセンずれが生じてしまうので、両者の位置関係は、σ絞り3の位置の調整により整合させるものとする。そのために、σ絞り3を、保持部材4a,4bによって保持すると共に、制御演算系23の制御のもとでσ絞り位置調整機構5a,5bにより保持部材4a,4bをシフトさせることで、σ絞り3の中心をウエハ11上でのX方向及びY方向に対応する方向に任意の量だけシフトできるように構成されている。   On the other hand, when the relationship between the position of the σ stop 3 in the illumination system from the light source 1 to the second relay lens 8 and the position of the aperture stop 18 in the imaging optical system changes, the detection position of the test mark is detected. Adversely affected. However, as described above, when the position of the aperture stop 18 is adjusted (moved), a telecentric displacement occurs. Therefore, the positional relationship between them is adjusted by adjusting the position of the σ stop 3. For this purpose, the σ diaphragm 3 is held by the holding members 4a and 4b, and the holding members 4a and 4b are shifted by the σ diaphragm position adjusting mechanisms 5a and 5b under the control of the control calculation system 23, thereby obtaining the σ diaphragm. 3 can be shifted by an arbitrary amount in directions corresponding to the X direction and the Y direction on the wafer 11.

次に、図1の位置検出装置の光学系の調整方法の一例につき説明する。まず、本例の調整用のウエハ11上の複数対の凹凸の格子状マーク(段差マーク)につき説明する。
図2は、図1中の調整用のウエハ11を示す平面図であり、この図2において、ウエハ11としては一例としてシリコンウエハが使用される。ウエハ11の表面には、それぞれX方向に周期的な凹凸のパターンからなり、かつ直列に配列された第1マークDM1、及び第2マークDM2よりなるX軸の一対のマーク(DM1,DM2)、並びにこの一対のマークを90°回転した形状の第1マークDM11、及び第2マークDM12よりなるY軸の一対のマーク(DM11,DM12)が形成されている。これらの2対のマーク(DM1,DM2)、及びマーク(DM11,DM12)は、検出用の光学系の特性調整用として使用される。
Next, an example of a method for adjusting the optical system of the position detection apparatus in FIG. 1 will be described. First, a plurality of pairs of concave and convex lattice marks (step marks) on the adjustment wafer 11 of this example will be described.
FIG. 2 is a plan view showing the wafer 11 for adjustment in FIG. 1. In FIG. 2, a silicon wafer is used as the wafer 11 as an example. On the surface of the wafer 11, a pair of X-axis marks (DM1, DM2) each composed of a first mark DM1 and a second mark DM2, each of which is composed of a periodic uneven pattern in the X direction and arranged in series, In addition, a pair of Y-axis marks (DM11, DM12) including a first mark DM11 and a second mark DM12, which are formed by rotating the pair of marks by 90 °, are formed. These two pairs of marks (DM1, DM2) and marks (DM11, DM12) are used for adjusting the characteristics of the optical system for detection.

また、ウエハ11の表面には、X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第1マークHM1と、このマークに対してX方向に直列に配置され、かつ凹凸のパターンを反転した形状の第2マークHM2とよりなるX軸の一対のマーク(HM1,HM2)、並びにこの一対のマークを90°回転した形状の第1マークHM11、及び第2マークHM12よりなるY軸の一対のマーク(HM11,HM12)も形成されている。これらの2対のマーク(HM1,HM2)及びマーク(HM11,HM12)は、照明系の特性調整用として使用される。   Also, on the surface of the wafer 11, a first mark HM1 composed of a periodic uneven pattern in the X direction, and a second mark which is arranged in series in the X direction with respect to this mark and has an inverted uneven pattern. A pair of X-axis marks (HM1, HM2) formed with the mark HM2, and a pair of Y-axis marks (HM11, HM12) formed by rotating the pair of marks by 90 °, a first mark HM11, and a second mark HM12 HM12) is also formed. These two pairs of marks (HM1, HM2) and marks (HM11, HM12) are used for adjusting the characteristics of the illumination system.

これらの凹凸の格子状マークは、ウエハ11として例えばシリコンウエハを使用した場合には、この表面へのフォトレジストの塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エッチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。
図3(A)は、図2に示す検出用の光学系の特性調整用のX軸の一対のマーク(DM1,DM2)を示す拡大平面図、図3(B)は図3(A)の断面図であり、第1マークDM1は、ウエハ11の表面に、線幅aの細長い5本の線状の凹パターン31aを、所定の段差HdでX方向にピッチPで格子状に形成したパターンであり、そのピッチPは、5〜20μm程度である。また、第2マークDM2も同様に、ウエハ11の表面に、線幅cの細長い5本の線状の凹パターン32aを、段差HdでX方向に同一のピッチPで格子状に形成したパターンである。そして、計測方向であるX方向において、第1マークDM1の中心と第2マークDM2の中心との間隔は、設計値でDdに設定されている。この間隔Ddは、50〜100μm程度である。
For example, when a silicon wafer is used as the wafer 11, these uneven lattice marks are formed by applying a photoresist onto the surface, exposing a projected image of a corresponding reticle pattern, developing a photoresist, etching, and resist. It can be formed with extremely high accuracy by a process such as peeling.
3A is an enlarged plan view showing a pair of marks (DM1, DM2) on the X axis for adjusting the characteristics of the optical system for detection shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram of FIG. The first mark DM1 is a cross-sectional view of a pattern in which five long and thin linear concave patterns 31a having a line width a are formed on the surface of the wafer 11 in a grid pattern with a predetermined step Hd and a pitch P in the X direction. The pitch P is about 5 to 20 μm. Similarly, the second mark DM2 is a pattern in which five linear concave patterns 32a having a line width c are formed on the surface of the wafer 11 in a grid pattern at the same pitch P in the X direction at the level difference Hd. is there. In the X direction that is the measurement direction, the distance between the center of the first mark DM1 and the center of the second mark DM2 is set to Dd as a design value. This distance Dd is about 50 to 100 μm.

また、各マークDM1,DM2の段差(深さ)Hdは、40〜100nm程度とすることが望ましい。この段差Hdがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し(マーク部が十分に暗くならない)、位置検出精度が低下する。逆に、段差Hdが100nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。更に、各マークについて良好なコントラストの像を得るためには、段差Hdは、40〜60nmであることが望ましい。   The step (depth) Hd of each of the marks DM1 and DM2 is preferably about 40 to 100 nm. If the level difference Hd is too small, the contrast of those mark images is lowered (the mark portion is not sufficiently dark), and the position detection accuracy is lowered. On the other hand, when the step Hd is higher than about 100 nm, adverse effects such as geometric optical vignetting due to the step portion occur, and high-precision measurement becomes difficult. Further, in order to obtain an image with good contrast for each mark, the step Hd is desirably 40 to 60 nm.

そして、本例では第1マークDM1の凹パターン31aの幅aと凸パターン31bの幅b(a+b=P)との比率(a:b、又はa/b)と、第2マークDM2の凹パターン32aの幅cと凸パターン32bの幅d(c+d=P)との比率(c:d、又はc/d)とは異なっている。言い換えると、第1マークDM1の凹パターン31aの幅aのピッチPに対するデューティ比(100×a/P(%))と、第2マークDM2の凹パターン32aの幅cのピッチPに対するデューティ比(100×c/P(%))とは異なっている。一例として、本例では、第1マークDM1の凹パターン31aのデューティ比は50%に設定され、凹パターン31aの幅aと凸パターン31bの幅bとの比率は、以下のように設定されている。   In this example, the ratio (a: b or a / b) between the width a of the concave pattern 31a of the first mark DM1 and the width b (a + b = P) of the convex pattern 31b, and the concave pattern of the second mark DM2. The ratio (c: d or c / d) of the width c of 32a and the width d (c + d = P) of the convex pattern 32b is different. In other words, the duty ratio (100 × a / P (%)) of the width a of the concave pattern 31a of the first mark DM1 to the pitch P and the duty ratio of the width c of the concave pattern 32a of the second mark DM2 to the pitch P ( 100 × c / P (%)). As an example, in this example, the duty ratio of the concave pattern 31a of the first mark DM1 is set to 50%, and the ratio between the width a of the concave pattern 31a and the width b of the convex pattern 31b is set as follows. Yes.

a:b=1:1、又はa/b=1 (11)
一方、第2マークDM2の凹パターン32aのデューティ比は10%程度に設定され、凹パターン32aの幅cと凸パターン32bの幅dとの比率は、ほぼ以下のように設定されている。
c:d=1:9、又はc/d=1/9 (12)
このようにX方向に近接して配置された2つのマークDM1,DM2を、図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号を図3(C)の画像信号SDとする。なお、この画像信号SDは、図3(A)の2つのマークの像をX方向に走査して得られる画像信号を非計測方向(Y方向)に平均化したものでもよい。
a: b = 1: 1 or a / b = 1 (11)
On the other hand, the duty ratio of the concave pattern 32a of the second mark DM2 is set to about 10%, and the ratio between the width c of the concave pattern 32a and the width d of the convex pattern 32b is set as follows.
c: d = 1: 9, or c / d = 1/9 (12)
When the two marks DM1 and DM2 arranged close to each other in the X direction are observed with the position detection device of FIG. 1, image signals obtained by reading out the images in the X direction by the image sensor 22 are obtained. The image signal SD shown in FIG. The image signal SD may be an image signal obtained by scanning the two mark images in FIG. 3A in the X direction and averaging in the non-measurement direction (Y direction).

図3(C)において、横軸は計測方向の位置Xを表しており、位置Xは実際には、図1のウエハ11の表面から撮像素子22の撮像面への倍率αを用いて、撮像素子22の撮像面での所定の基準点からの位置に1/αを乗じて得られる位置を表している。図3(C)の画像信号SDにおいて、第1マークDM1の像に対応する部分ID1では、第1マークDM1のエッジ部分が暗部となり、第2マークDM2の像に対応する部分ID2でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。   In FIG. 3C, the horizontal axis represents the position X in the measurement direction, and the position X is actually imaged using the magnification α from the surface of the wafer 11 to the imaging surface of the imaging element 22 in FIG. This represents a position obtained by multiplying the position from a predetermined reference point on the imaging surface of the element 22 by 1 / α. In the image signal SD of FIG. 3C, the edge portion of the first mark DM1 becomes a dark portion in the portion ID1 corresponding to the image of the first mark DM1, and the same applies to the portion ID2 corresponding to the image of the second mark DM2. The edge part is a dark part.

図1の制御演算系23は、その画像信号SDより、部分ID1の中心位置Xd1と、部分ID2の中心位置Xd2との間隔Mdを求める。この間隔Mdは、検出用の光学系に収差の無い状態では、図3(A)の設計上の間隔Ddとなるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、両マークDM1,DM2の凹パターン31a,32aの幅のデューティ比の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、間隔Mdは、Ddとは一致しない。また、計測された間隔Mdと基準となる間隔Ddとの大小関係から、残存コマ収差の大小のみでなく、符号の判定も可能であるため、その間隔Mdの間隔Ddに対する誤差ΔMd(=Dd−Md)の符号及び大きさに基づいて、図1の制御演算系23は、その誤差ΔMdが小さくなるように、コマ補正光学系位置調整機構17a,17b介してコマ補正光学系16の位置を調整する。   The control calculation system 23 in FIG. 1 obtains an interval Md between the center position Xd1 of the part ID1 and the center position Xd2 of the part ID2 from the image signal SD. This distance Md should be the designed distance Dd in FIG. 3A when there is no aberration in the detection optical system. However, if coma aberration remains in the detection optical system, the amount of change in image position due to coma aberration varies depending on the duty ratio of the widths of the concave patterns 31a and 32a of both marks DM1 and DM2. Md does not match Dd. Further, not only the magnitude of the residual coma aberration but also the sign can be determined from the magnitude relationship between the measured interval Md and the reference interval Dd. Therefore, an error ΔMd (= Dd−) with respect to the interval Dd of the interval Md. Based on the sign and magnitude of Md), the control calculation system 23 in FIG. 1 adjusts the position of the frame correction optical system 16 via the frame correction optical system position adjustment mechanisms 17a and 17b so that the error ΔMd becomes small. To do.

上記のコマ補正光学系16の位置の調整後に、再度、両マークDM1,DM2の像の間隔Mdを計測し、この基準値Ddに対する誤差ΔMdが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差ΔMdが許容範囲内に収まるまで繰り返すことで、検出用の光学系のコマ収差の調整は完了する。本例の調整方法は、異なるデューティ比のマーク間隔を計測する方法であるため、「異比率マーク法」と呼ぶことにする。   After adjusting the position of the frame correction optical system 16, the distance Md between the images of the marks DM1 and DM2 is measured again. If the error ΔMd with respect to the reference value Dd is out of the allowable range, the above adjustment is performed again. Do. By repeating the above steps until the error ΔMd falls within the allowable range, the adjustment of the coma aberration of the detection optical system is completed. The adjustment method of this example is a method of measuring mark intervals with different duty ratios, and is therefore referred to as “different ratio mark method”.

なお、上記の位置検出過程における各マーク像の位置検出アルゴリズムにはスライス法、及び相関法等の各種の方法があるが、本例においては、それらの何れを使用してもよい。例えばスライス法では、所定のスライスレベルにおける、画像信号SDのスライス位置に基づいて位置検出が行われ、相関法では、画像信号SDを所定の基準波形と比較し、その基準波形との相関度の最も高い位置がマーク像の位置とされる。なお、図3(C)では指標マーク14a,14bの像に対応する信号波形は図示省略しているが、例えば指標マーク14a,14bに対するマークDM1,DM2の位置ずれ量をそれぞれ検出してから上記間隔Mdを求めるようにしてもよい。   Note that there are various methods such as a slice method and a correlation method in the position detection algorithm of each mark image in the above-described position detection process, and any of them may be used in this example. For example, in the slice method, position detection is performed based on the slice position of the image signal SD at a predetermined slice level, and in the correlation method, the image signal SD is compared with a predetermined reference waveform, and the degree of correlation with the reference waveform is determined. The highest position is the mark image position. In FIG. 3C, signal waveforms corresponding to the images of the index marks 14a and 14b are not shown. However, for example, after detecting the positional deviation amounts of the marks DM1 and DM2 with respect to the index marks 14a and 14b, The interval Md may be obtained.

また、図3(A)の両マークDM1,DM2の間隔Ddは、設計値としては既知ではあるが、実際のマークの間隔Ddには、それらのマークを転写する際に使用されたレチクルのパターンの製造誤差や、ウエハ11上に段差を形成する際のエッチング誤差等の製造誤差が混入している。そこで、上記の調整前に、その基準となる間隔Ddの実際の値を計測することが望ましい。このためには、例えば従来技術で引用した T. Kanda, K. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. SPIE, Vol.3051, pp.846-855(1997) (以下、「文献1」と呼ぶ)に開示されているように、図3(A)の2つのマークDM1,DM2の像の間隔(Md1とする)を計測した後、ウエハ11を180°回転して同じ2つのマークDM1,DM2の像の間隔(Md2とする)を計測し、次式で表されるように、それら2つの計測値の平均値<Md>をその基準となる間隔Ddの代わりに採用すればよい。   In addition, the distance Dd between the marks DM1 and DM2 in FIG. 3A is known as a design value, but the actual mark distance Dd is the pattern of the reticle used to transfer these marks. Manufacturing errors and manufacturing errors such as an etching error when forming a step on the wafer 11 are mixed. Therefore, it is desirable to measure the actual value of the reference interval Dd before the adjustment. For this purpose, for example, T. Kanda, K. Mishima, E. Murakami and H. Ina: Proc. SPIE, Vol. 3051, pp. 846-855 (1997) (hereinafter referred to as “Document 1”) cited in the prior art. 3), the distance between the images of the two marks DM1 and DM2 (referred to as Md1) in FIG. 3A is measured, and then the wafer 11 is rotated by 180 ° to obtain the same two marks DM1. , DM2 image interval (Md2) is measured, and an average value <Md> of these two measurement values may be adopted instead of the reference interval Dd, as represented by the following equation.

<Md>=(Md1+Md2)/2 (13)
これによって、図1の検出用の光学系に残存収差があっても、コマ収差による2つのマーク像の間隔Mdの誤差ΔMdを高精度に検出することができる。
ところで、一般に位置検出装置は、2次元方向(X方向、Y方向)のマーク位置、あるいは相対位置関係の計測を行う必要がある。そこで、上記のX方向に関する調整と同様に、図2のウエハ11上のY軸の一対のマーク(DM11,DM12)の像の間隔を計測することで、Y方向に関するコマ収差の調整も行うことができる。
<Md> = (Md1 + Md2) / 2 (13)
Thereby, even if there is residual aberration in the detection optical system of FIG. 1, the error ΔMd of the interval Md between the two mark images due to coma aberration can be detected with high accuracy.
By the way, in general, a position detection device needs to measure a mark position in a two-dimensional direction (X direction, Y direction) or a relative positional relationship. Therefore, similarly to the adjustment in the X direction, the coma aberration in the Y direction is also adjusted by measuring the distance between the images of the pair of marks (DM11, DM12) on the Y axis on the wafer 11 in FIG. Can do.

次に、図1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図2の調整用のウエハ11上のX軸の一対のマーク(HM1,HM2)を用いる。
図4(A)は、図2に示す照明系の特性調整用のX軸の一対のマーク(HM1,HM2)を示す拡大平面図、図4(B)は図4(A)の断面図であり、第1マークHM1は、ウエハ11の表面に、線幅eの細長い線状の5本の凹パターン33aを、所定の段差HhでX方向にピッチP2で格子状に形成したパターンであり、そのピッチP2は、5〜20μm程度である。一方、第2マークHM2は、その外周が彫り込み部34で囲まれると共に、線幅eの細長い線状の5本の凸パターン35aを、ピッチP2で格子状に形成したパターンである。
Next, a method for adjusting the illumination system in FIG. 1 will be described. For this purpose, first, a pair of X-axis marks (HM1, HM2) on the wafer 11 for adjustment shown in FIG. 2 is used.
4A is an enlarged plan view showing a pair of X-axis marks (HM1, HM2) for adjusting the characteristics of the illumination system shown in FIG. 2, and FIG. 4B is a sectional view of FIG. 4A. Yes, the first mark HM1 is a pattern in which five linear concave patterns 33a having a line width e are formed on the surface of the wafer 11 in a grid pattern with a predetermined step Hh and a pitch P2 in the X direction. The pitch P2 is about 5 to 20 μm. On the other hand, the second mark HM2 is a pattern in which the outer periphery thereof is surrounded by the engraved portion 34, and five elongated linear convex patterns 35a having a line width e are formed in a lattice shape at a pitch P2.

そして、両マークHM1,HM2の中心のX方向への間隔の設計値はDhであり、間隔Dhは、50〜100μm程度である。この場合、第1マークHM1は、凹パターン33aの幅がeで、凸パターン33bの幅がf(=P2−e)のマークであり、第2マークHM2は、凸パターン35aの幅がeで、凹パターン35bの幅がfのマークであり、両マークHM1,HM2は、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。即ち、第1マークHM1の凹パターン33aのデューティ比と、第2マークHM2の凸パターン35aのデューティ比とは等しく設定されている。   And the design value of the space | interval to the X direction of the center of both marks HM1 and HM2 is Dh, and the space | interval Dh is about 50-100 micrometers. In this case, the first mark HM1 is a mark in which the width of the concave pattern 33a is e and the width of the convex pattern 33b is f (= P2-e), and the second mark HM2 is the width of the convex pattern 35a is e. The concave pattern 35b is a mark having a width f, and both marks HM1 and HM2 are marks in which only the concavo-convex relationship is reversed. That is, the duty ratio of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the duty ratio of the convex pattern 35a of the second mark HM2 are set to be equal.

このように近接して配置された2つのマークHM1,HM2を図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号(又は、これを非計測方向に平均化した信号)を図4(C)の画像信号SHとする。図4(C)の画像信号SHにおいて、第1マークHM1及び第2マークHM2に対応する部分IH1及びIH2では、それぞれマーク部分が暗部となっている。そして、図1の制御演算系23において、画像信号SHの部分IH1の中心の位置Xh1、及び部分IH2の中心の位置Xh2を検出し、これらの間隔Mhを求める。この場合も、その間隔Mhは、図1のウエハ11の表面から撮像面への倍率αを用いて、撮像面での間隔に1/αを乗じて得られる値である。   When the two marks HM1 and HM2 arranged close to each other as described above are observed by the position detection device of FIG. 1, image signals obtained by reading out these images in the X direction by the image sensor 22 (or The signal averaged in the non-measurement direction) is defined as an image signal SH in FIG. In the image signal SH of FIG. 4C, in the portions IH1 and IH2 corresponding to the first mark HM1 and the second mark HM2, the mark portions are dark portions. 1 detects the position Xh1 of the center of the portion IH1 and the position Xh2 of the center of the portion IH2 of the image signal SH, and obtains the interval Mh. Also in this case, the interval Mh is a value obtained by multiplying the interval on the imaging surface by 1 / α using the magnification α from the surface of the wafer 11 to the imaging surface in FIG.

照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められた間隔Mhは、基準となる間隔Dhに等しいはずであるが、照明系の調整誤差が残存していると、観察される2つのマークHM1,HM2の像の位置のシフト量が、各マークの段差によって異なってくるため、計測される間隔Mhは、基準となる間隔Dhとは異なってくる。
具体的に本例では、図1の照明系のσ絞り3の位置に応じて、2つのマークHM1,HM2の像の間隔Mhの基準となる間隔Dhに対する誤差ΔMh(=Dh−Mh)の符号及び大きさが変化する。そこで、図1の制御演算系23は、その誤差ΔMhが小さくなるように、σ絞り位置調整機構5a,5bを介してσ絞り3の位置を調整する。その後、再度2つのマークHM1,HM2の像の間隔Mhの誤差ΔMhを計測し、この誤差ΔMhが許容範囲内に収まるまで、σ絞り3の位置を調整することで、σ絞り3の位置調整は完了する。
In a state where there is no adjustment residual in the illumination system, the interval Mh thus determined should be equal to the reference interval Dh, but if there is an adjustment error in the illumination system, the two observed Since the shift amount of the image position of the marks HM1 and HM2 differs depending on the step of each mark, the measured interval Mh is different from the reference interval Dh.
Specifically, in this example, the sign of the error ΔMh (= Dh−Mh) with respect to the reference interval Dh of the image interval Mh of the two marks HM1 and HM2 in accordance with the position of the σ stop 3 of the illumination system in FIG. And the size changes. Therefore, the control calculation system 23 in FIG. 1 adjusts the position of the σ stop 3 via the σ stop position adjusting mechanisms 5a and 5b so that the error ΔMh becomes small. Thereafter, the error ΔMh of the image interval Mh between the two marks HM1 and HM2 is measured again, and the position of the σ stop 3 is adjusted by adjusting the position of the σ stop 3 until the error ΔMh falls within the allowable range. Complete.

上記マークMH1,MH2の段差Hhも、図3のマークMD1,MD2の段差Hdと同様に40〜100nm程度であることが望ましい。この理由も上記と同様である。更に、より良好なコントラストの画像信号SHを得るためには、段差Hhも、40〜60nm程度であることが望ましい。
また、第1マークHM1の凹パターン33aのデューティ比(100×e/P2(%))、及び第2マークHM2の凸パターン35aのデューティ比(100×e/P2(%))は、10%程度であることが望ましい。これも、デューティ比があまりに小さいとマーク像のコントラストが低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、デューティ比があまりに大きいと、σ絞り3の変位による(照明系の調整残差による)、第1マークHM1の凹パターン33aの像と第2マークHM2の凸パターン35aの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。
The step Hh of the marks MH1 and MH2 is desirably about 40 to 100 nm, like the step Hd of the marks MD1 and MD2 in FIG. The reason is the same as above. Furthermore, in order to obtain an image signal SH with better contrast, the step Hh is also preferably about 40 to 60 nm.
The duty ratio (100 × e / P2 (%)) of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the duty ratio (100 × e / P2 (%)) of the convex pattern 35a of the second mark HM2 are 10%. It is desirable that the degree. This is also because if the duty ratio is too small, the contrast of the mark image is lowered and the reproducibility of the position detection result is deteriorated. If the duty ratio is too large, relative to the image of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the image of the convex pattern 35a of the second mark HM2 due to the displacement of the σ stop 3 (due to the adjustment residual of the illumination system). This is because the amount of change in the amount of misalignment becomes small, and the adjustment sensitivity decreases.

また、上記のX方向に関する調整と同様に、図2のウエハ11上のY軸の一対のマーク(HM11,HM12)の像の間隔を計測することで、Y方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。
更に、図4の場合にも、その基準となる間隔Dhの実際の値を計測することが望ましい。このためには、図3の場合と同様に、図4(A)の2つのマークHM1,HM2の像の間隔(Mh1とする)を計測した後、ウエハ11を180°回転して同じ2つのマークHM1,HM2の像の間隔(Mh2とする)を計測し、それら2つの計測値の平均値をその基準となる間隔Dhの代わりに採用すればよい。
Similarly to the adjustment in the X direction described above, the adjustment residual of the illumination system in the Y direction is measured by measuring the distance between the images of the pair of Y-axis marks (HM11, HM12) on the wafer 11 in FIG. Adjustments can also be made.
Further, in the case of FIG. 4 as well, it is desirable to measure the actual value of the interval Dh serving as the reference. For this purpose, as in the case of FIG. 3, after measuring the distance between the images of the two marks HM1 and HM2 (referred to as Mh1) in FIG. The interval between the images of the marks HM1 and HM2 (referred to as Mh2) may be measured, and the average value of these two measured values may be adopted instead of the reference interval Dh.

なお、上記の実施の形態における図1のコマ収差補正光学系16の位置調整と、σ絞り3の位置調整とは、それぞれを独立に行ってもよい。但し、上記のσ絞り3の位置調整に際しては、その検出用の光学系(結像光学系)にコマ収差が残存していても、コマ収差の影響を受けることなく調整が可能となるため、始めにσ絞り3の位置調整を行った後に、コマ補正光学系16を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。   In the above embodiment, the position adjustment of the coma aberration correcting optical system 16 and the position adjustment of the σ stop 3 in FIG. 1 may be performed independently. However, when the position of the σ stop 3 is adjusted, even if coma remains in the detection optical system (imaging optical system), the adjustment can be performed without being affected by the coma. It is efficient to adjust the coma aberration by moving the coma correction optical system 16 after adjusting the position of the σ stop 3 first.

また、本例では、図1中のコマ補正光学系16を調整して、残存コマ収差を調整除去するものとしたが、これに限らず、対物レンズ群10やハーフプリズム9等の他の光学部材の位置又は回転角を調整して、残存コマ収差を調整除去してもよい。また、照明状態の調整に際しても、σ絞り3の位置を調整するだけでなく、光源1の位置、又は第1リレーレンズ6若しくは第2リレーレンズ8の位置若しくは回転角を調整するようにしてもよい。

〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態につき図1及び図5〜図10を参照して説明する。本例でも調整対象となるのは図1の位置検出装置であるため、その装置構成の説明は省略して、その光学系の調整方法につき説明する。本例では、図1の調整用のウエハ11の代わりにウエハ11Aが設置される。このウエハ11Aの表面には、複数対の被検マークが形成されている。まず、その複数対の被検マークにつき説明する。
In this example, the coma correction optical system 16 in FIG. 1 is adjusted to adjust and remove the remaining coma aberration. However, the present invention is not limited to this, and other optical elements such as the objective lens group 10 and the half prism 9 are used. The remaining coma aberration may be adjusted and removed by adjusting the position or rotation angle of the member. Further, when adjusting the illumination state, not only the position of the σ stop 3 but also the position of the light source 1 or the position or rotation angle of the first relay lens 6 or the second relay lens 8 may be adjusted. Good.

[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 5 to 10. Since the position detection apparatus of FIG. 1 is also the object of adjustment in this example, description of the apparatus configuration is omitted, and an adjustment method of the optical system will be described. In this example, a wafer 11A is installed instead of the adjustment wafer 11 shown in FIG. A plurality of pairs of test marks are formed on the surface of the wafer 11A. First, the plurality of pairs of test marks will be described.

図5は、図1中でウエハ11の代わりに設置される調整用のウエハ11Aを示す平面図であり、この図5において、ウエハ11Aとしては一例としてシリコンウエハが使用される。ウエハ11Aの表面には、内枠のマーク27Aと、これを囲む外枠のマーク27Bとを所定の位置関係で配置してなる第1のボックス・イン・ボックスマーク28Aが形成されている。そして、この第1のボックス・イン・ボックスマーク28Aの近傍に、その内枠のマーク27A及び外枠のマーク27Bの位置関係を維持した状態で、その一対のマーク27A,27Bを一体として180°回転した配置の内枠のマーク27C及び外枠のマーク27Dからなる第2のボックス・イン・ボックスマーク28Bが形成されている。   FIG. 5 is a plan view showing an adjustment wafer 11A installed in place of the wafer 11 in FIG. 1. In FIG. 5, a silicon wafer is used as an example of the wafer 11A. On the surface of the wafer 11A, a first box-in-box mark 28A is formed by arranging an inner frame mark 27A and an outer frame mark 27B surrounding the inner frame mark 27A in a predetermined positional relationship. Then, in the vicinity of the first box-in-box mark 28A, the pair of marks 27A and 27B are integrally rotated by 180 ° while maintaining the positional relationship between the inner frame mark 27A and the outer frame mark 27B. A second box-in-box mark 28B made up of the inner frame mark 27C and the outer frame mark 27D in a rotated arrangement is formed.

図6は、図5中のボックス・イン・ボックスマーク28A,28Bを示す拡大平面図であり、この図5において、第1のボックス・イン・ボックスマーク28Aは、それぞれ矩形の枠状の凸パターン(又は凹パターンでも可)よりなる内枠のマーク27A及び外枠のマーク27Bより構成されている。同じく、第2のボックス・イン・ボックスマーク28Bも、それぞれ内枠のマーク27A及び外枠のマーク27Bと同じ形状の内枠のマーク27C及び外枠のマーク27Dより構成されている。この場合、第1のボックス・イン・ボックスマーク28Aにおいて、外枠のマーク27Bの中心Aに対する内枠のマーク27Aの中心のX方向、Y方向への位置ずれ量(設計値)を(dX1,dY1)、第2のボックス・イン・ボックスマーク28Bにおける、外枠のマーク27Dの中心Bに対する内枠のマーク27Cの中心のX方向、Y方向への位置ずれ量(設計値)を(dX2,dY2)とすると、設計上は次の関係が成立している。   FIG. 6 is an enlarged plan view showing the box-in-box marks 28A and 28B in FIG. 5. In FIG. 5, the first box-in-box mark 28A is a rectangular frame-like convex pattern, respectively. It is composed of an inner frame mark 27A and an outer frame mark 27B. Similarly, the second box-in-box mark 28B includes an inner frame mark 27C and an outer frame mark 27D having the same shape as the inner frame mark 27A and the outer frame mark 27B, respectively. In this case, in the first box-in-box mark 28A, the positional deviation amount (design value) in the X direction and Y direction of the center of the inner frame mark 27A with respect to the center A of the outer frame mark 27B is (dX1, dY1), in the second box-in-box mark 28B, the positional deviation amount (design value) in the X direction and Y direction of the center of the inner frame mark 27C with respect to the center B of the outer frame mark 27D is (dX2, If dY2), the following relationship is established in terms of design.

(dX2,dY2)=−(dX1,dY1) (21)
なお、実際にはマスクパターンの描画誤差及び製造プロセスによる誤差が存在するが、このような誤差は位置検出装置で必要とされる検出精度よりも小さければよい。それらの位置ずれ量は、例えば予め走査型電子顕微鏡(SEM)等で高精度に計測して確認しておいてもよい。
(DX2, dY2) =-(dX1, dY1) (21)
In practice, there are mask pattern drawing errors and manufacturing process errors, but such errors may be smaller than the detection accuracy required by the position detection apparatus. These misregistration amounts may be measured and confirmed in advance with a scanning electron microscope (SEM) or the like, for example.

この場合、それらのボックス・イン・ボックスマーク28A,28Bの外枠のマークに対する内枠のマークの位置ずれ量を図1の位置検出装置を介して検出すると、検出光学系の非対称収差等によって、計測される位置ずれ量には(21)式の関係が成立しないことがある。後述のように、それを利用してその非対称収差等を調整することができる。
更に図5において、ウエハ11Aの表面には、X方向に周期的な凹凸のパターンからなる第1マークHM1と、このマークに対してX方向に近接して直列に配置され、かつ凹凸のパターンを反転した形状の第2マークHM2とよりなるX軸の一対のマーク25X、及びこの一対のマーク25Xに近接して配置されると共に、この一対のマーク25Xを180°回転した形状の一対のマーク26Xが形成されている。即ち、一対のマーク26Xは、第1マークHM1及び第2マークHM2を互いの位置関係を維持した状態で、一体として180°回転して得られる第3マークHM3及び第4マークHM4から構成されている。第1マークHM1と第2マークHM2とのX方向の設計上の間隔をDhとすると、第3マークHM3と第4マークHM4とのX方向の設計上の間隔もDhである。
In this case, if the amount of positional deviation of the inner frame mark relative to the outer frame mark of the box-in-box marks 28A, 28B is detected via the position detection device of FIG. The relationship of equation (21) may not be established for the measured positional deviation amount. As will be described later, the asymmetrical aberration and the like can be adjusted using this.
Further, in FIG. 5, on the surface of the wafer 11A, a first mark HM1 made of a periodic uneven pattern in the X direction, and an uneven pattern arranged in series in the X direction with respect to this mark are arranged. A pair of X-axis marks 25X composed of the inverted second marks HM2 and a pair of marks 26X arranged close to the pair of marks 25X and rotated by 180 ° from the pair of marks 25X. Is formed. That is, the pair of marks 26X includes the third mark HM3 and the fourth mark HM4 that are obtained by rotating the first mark HM1 and the second mark HM2 together by 180 ° while maintaining the mutual positional relationship. Yes. If the design distance in the X direction between the first mark HM1 and the second mark HM2 is Dh, the design distance in the X direction between the third mark HM3 and the fourth mark HM4 is also Dh.

なお、図5では、一対のマーク26Xは、一対のマーク25Xに対して計測方向(X方向)に近接して配置されているが、一対のマーク25Xに対して非計測方向(Y方向)に近接して配置しても良い。更に、ウエハ11A上には、一対のマーク25X、及び一対のマーク26Xを更に一体として90°回転した形状のY軸の一対のマーク25Y、及び一対のマーク26Yも形成されている。これらの4対のマーク25X,26X,25Y,26Yは、一例として照明系の特性調整用として使用される。   In FIG. 5, the pair of marks 26 </ b> X are arranged close to the pair of marks 25 </ b> X in the measurement direction (X direction), but in the non-measurement direction (Y direction) with respect to the pair of marks 25 </ b> X. You may arrange | position close. Further, on the wafer 11A, a pair of marks 25X and a pair of marks 26X are further integrally formed, and a pair of Y-axis marks 25Y and a pair of marks 26Y are formed by rotating 90 °. These four pairs of marks 25X, 26X, 25Y and 26Y are used for adjusting the characteristics of the illumination system as an example.

上記の凹凸のボックス・イン・ボックスマーク及び格子状マークは、ウエハ11Aとして例えばシリコンウエハを使用した場合には、この表面へのフォトレジストの塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エッチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。
次に、図1の位置検出装置の検出光学系(結像光学系)の調整方法の一例につき説明する。このためには、図1の位置検出装置の対物レンズ群10の視野の中心(光軸AX2)の近傍に、図5のウエハ11A上の2つのボックス・イン・ボックスマーク28A及び28Bの外枠のマークの中心を順次移動して、それぞれ外枠のマーク27Bの中心に対する内枠のマーク27Aの中心の位置ずれ量(δX1,δY1)、及び外枠のマーク27Dの中心に対する内枠のマーク27Cの中心の位置ずれ量(δX2,δY2)を計測する。この計測値は、図1の撮像素子22の画像信号Sを処理して得られる撮像素子22上での位置ずれ量に、ウエハ11Aの表面から撮像素子22の撮像面までの倍率αの逆数(1/α)を乗じて得られる値である。また、ウエハ11AをX方向、又はY方向に移動するのは、投影露光装置に備えられているウエハステージ、又は重ね合わせ誤差測定装置に備えられているXYステージを用いて高速に行うことができる。
For example, when a silicon wafer is used as the wafer 11A, the above-described uneven box-in-box mark and grid-like mark are formed by applying a photoresist onto the surface, exposing a projection image of a corresponding reticle pattern, and a photoresist. The film can be formed with extremely high accuracy by processes such as development, etching, and resist stripping.
Next, an example of a method for adjusting the detection optical system (imaging optical system) of the position detection apparatus in FIG. 1 will be described. For this purpose, the outer frames of the two box-in-box marks 28A and 28B on the wafer 11A in FIG. 5 are placed in the vicinity of the center (optical axis AX2) of the field of view of the objective lens group 10 of the position detection apparatus in FIG. The center position of the inner frame mark 27A is shifted relative to the center of the outer frame mark 27B, and the inner frame mark 27C is moved relative to the center of the outer frame mark 27D. The amount of positional deviation (δX2, δY2) at the center of is measured. This measured value is the reciprocal of the magnification α from the surface of the wafer 11A to the imaging surface of the image sensor 22 (the reciprocal of the position on the image sensor 22 obtained by processing the image signal S of the image sensor 22 in FIG. 1 / α). Further, the wafer 11A can be moved in the X direction or the Y direction at high speed using a wafer stage provided in the projection exposure apparatus or an XY stage provided in the overlay error measurement apparatus. .

その後、図1の制御演算系23は、2つのボックス・イン・ボックスマーク28A,28Bのそれぞれの位置ずれ量の計測値の(21)式からのずれ量(δX,δY)を次のように算出する。このずれ量(δX,δY)が、図1の位置検出装置の検出光学系のTIS(Tool Induced Shift)の一部に相当する。
δX=(δX1+δX2)/2 (22A)
δY=(δY1+δY2)/2 (22B)
そして、制御演算系23は、そのずれ量(δX,δY)が(0,0)に近付くように、一例としてコマ補正光学系位置調整機構17a,17bを介してコマ補正光学系16のX方向、Y方向の位置を調整する。
Thereafter, the control calculation system 23 in FIG. 1 calculates the deviation amounts (δX, δY) from the equation (21) of the measured values of the positional deviation amounts of the two box-in-box marks 28A, 28B as follows. calculate. This deviation amount (δX, δY) corresponds to a part of TIS (Tool Induced Shift) of the detection optical system of the position detection device of FIG.
δX = (δX1 + δX2) / 2 (22A)
δY = (δY1 + δY2) / 2 (22B)
Then, the control calculation system 23 uses the coma correction optical system position adjustment mechanisms 17a and 17b as an example so that the deviation amount (δX, δY) approaches (0, 0) in the X direction. Adjust the position in the Y direction.

その後、図1の位置検出装置の観察視野内に再び、図5のウエハ11A上の2つのボックス・イン・ボックスマーク28A及び28Bの外枠のマークの中心を順次移動して、上記の内枠のマーク27Aの中心の位置ずれ量(δX1,δY1)、及び内枠のマーク27Cの中心の位置ずれ量(δX2,δY2)を計測する。そして、これらの値を(22A),(22B)式に代入して求められるずれ量(δX,δY)が所定の許容範囲内に収まるまで、コマ補正光学系16の位置調整及び位置ずれ量の計測を繰り返す。これによって、検出光学系の非対称収差の主要部であるコマ収差の調整が完了したことになる。   Thereafter, the centers of the outer box marks of the two box-in-box marks 28A and 28B on the wafer 11A of FIG. 5 are sequentially moved again within the observation field of view of the position detection apparatus of FIG. The center position shift amount (δX1, δY1) of the mark 27A and the center position shift amount (δX2, δY2) of the inner frame mark 27C are measured. Then, the position adjustment of the coma correction optical system 16 and the position shift amount are calculated until the shift amounts (δX, δY) obtained by substituting these values into the equations (22A) and (22B) are within a predetermined allowable range. Repeat measurement. This completes the adjustment of coma, which is the main part of the asymmetric aberration of the detection optical system.

次に、図1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図5の調整用のウエハ11A上のX軸の2対のマーク25X及び26Xを用いる。そして、一方の一対のマーク25Xの中心を図1の位置検出装置の観察視野の中心付近に移動する。
図7(A)は、図5の一方の一対のマーク25X、即ちマークHM1,HM2を示す拡大平面図、図7(B)は図7(A)の断面図であり、第1マークHM1は、ウエハ11Aの表面に、線幅eの細長い線状の5本の凹パターン33aを、所定の段差HhでX方向にピッチP2で格子状に形成したパターンであり、そのピッチP2は、5〜20μm程度である。一方、第2マークHM2は、その外周が彫り込み部34で囲まれると共に、線幅eの細長い線状の5本の凸パターン35aを、ピッチP2で格子状に形成したパターンである。
Next, a method for adjusting the illumination system in FIG. 1 will be described. For this purpose, first, two pairs of marks 25X and 26X on the X axis on the adjustment wafer 11A of FIG. 5 are used. Then, the center of one pair of marks 25X is moved to the vicinity of the center of the observation visual field of the position detection device of FIG.
7A is an enlarged plan view showing one pair of marks 25X in FIG. 5, that is, marks HM1 and HM2, FIG. 7B is a cross-sectional view of FIG. 7A, and the first mark HM1 is The surface of the wafer 11A is a pattern in which five line-shaped concave patterns 33a having a line width e are formed in a grid pattern with a pitch P2 in the X direction at a predetermined step Hh, and the pitch P2 is 5 to 5. It is about 20 μm. On the other hand, the second mark HM2 is a pattern in which the outer periphery thereof is surrounded by the engraved portion 34, and five elongated linear convex patterns 35a having a line width e are formed in a lattice shape at a pitch P2.

そして、両マークHM1,HM2の中心のX方向への間隔の設計値はDhであり、間隔Dhは、50〜100μm程度である。この場合、第1マークHM1は、凹パターン33aの幅がeで、凸パターン33bの幅がf(=P2−e)のマークであり、第2マークHM2は、凸パターン35aの幅がeで、凹パターン35bの幅がfのマークであり、両マークHM1,HM2は、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。即ち、第1マークHM1の凹パターン33aのデューティ比と、第2マークHM2の凸パターン35aのデューティ比とは等しく設定されている。   And the design value of the space | interval to the X direction of the center of both marks HM1 and HM2 is Dh, and the space | interval Dh is about 50-100 micrometers. In this case, the first mark HM1 is a mark in which the width of the concave pattern 33a is e and the width of the convex pattern 33b is f (= P2-e), and the second mark HM2 is the width of the convex pattern 35a is e. The concave pattern 35b is a mark having a width f, and both marks HM1 and HM2 are marks in which only the concavo-convex relationship is reversed. That is, the duty ratio of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the duty ratio of the convex pattern 35a of the second mark HM2 are set to be equal.

上記のマークMH1,MH2の段差Hhは、40〜100nm程度であることが望ましい。これは良好なコントラストの画像信号を得るためである。更に、より良好なコントラストの画像信号SHを得るためには、段差Hhは、40〜60nm程度であることが望ましい。
また、第1マークHM1の凹パターン33aのデューティ比(100×e/P2(%))、及び第2マークHM2の凸パターン35aのデューティ比(100×e/P2(%))は、10%程度であることが望ましい。これも、デューティ比があまりに小さいとマーク像のコントラストが低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、デューティ比があまりに大きいと、σ絞り3の変位による(照明系の調整残差による)、第1マークHM1の凹パターン33aの像と第2マークHM2の凸パターン35aの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。
The step Hh between the marks MH1 and MH2 is preferably about 40 to 100 nm. This is to obtain an image signal with good contrast. Furthermore, in order to obtain an image signal SH with better contrast, the step Hh is desirably about 40 to 60 nm.
The duty ratio (100 × e / P2 (%)) of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the duty ratio (100 × e / P2 (%)) of the convex pattern 35a of the second mark HM2 are 10%. It is desirable that the degree. This is also because if the duty ratio is too small, the contrast of the mark image is lowered and the reproducibility of the position detection result is deteriorated. If the duty ratio is too large, relative to the image of the concave pattern 33a of the first mark HM1 and the image of the convex pattern 35a of the second mark HM2 due to the displacement of the σ stop 3 (due to the adjustment residual of the illumination system). This is because the amount of change in the amount of misalignment becomes small, and the adjustment sensitivity decreases.

このように近接して配置された2つのマークHM1,HM2を図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号(又は、これを非計測方向に平均化した信号)を図7(C)の画像信号SHとする。図7(C)の画像信号SHにおいて、第1マークHM1及び第2マークHM2に対応する部分IH1及びIH2では、それぞれマーク部分が暗部となっている。そして、図1の制御演算系23において、画像信号SHの部分IH1の中心の位置Xh1、及び部分IH2の中心の位置Xh2を検出し、これらの間隔Mh1を求める。その間隔Mh1は、図1のウエハ11Aの表面から撮像面への倍率αを用いて、撮像面での間隔に1/αを乗じて得られる値である。   When the two marks HM1 and HM2 arranged close to each other as described above are observed by the position detection device of FIG. 1, image signals obtained by reading out these images in the X direction by the image sensor 22 (or The signal averaged in the non-measurement direction) is defined as an image signal SH in FIG. In the image signal SH of FIG. 7C, in the portions IH1 and IH2 corresponding to the first mark HM1 and the second mark HM2, the mark portions are dark portions. 1 detects the position Xh1 of the center of the portion IH1 and the position Xh2 of the center of the portion IH2 of the image signal SH, and obtains the interval Mh1. The interval Mh1 is a value obtained by multiplying the interval on the imaging surface by 1 / α using the magnification α from the surface of the wafer 11A to the imaging surface in FIG.

次に、図5のX軸の他方の一対のマーク26Xを図1の位置検出装置の観察視野の中心付近に移動して、図7の場合と同様に、撮像素子22の画像信号を処理することによって、第3マークHM3の像の中心と第4マークHM4の像の中心とのX方向の間隔をウエハ11A上での長さに換算した間隔Mh2を求める。
その後、図1の制御演算系23は、2対のマーク25X,26Xのそれぞれの間隔の計測値の理想状態からのずれ量δMXを次のように算出する。このずれ量δMXが、図1の位置検出装置の照明系のTIS(Tool Induced Shift)の一部に相当する。
Next, the other pair of marks 26X on the X axis in FIG. 5 is moved to the vicinity of the center of the observation visual field of the position detection apparatus in FIG. 1, and the image signal of the image sensor 22 is processed in the same manner as in FIG. Thus, a distance Mh2 is obtained by converting the distance in the X direction between the center of the image of the third mark HM3 and the center of the image of the fourth mark HM4 into a length on the wafer 11A.
Thereafter, the control calculation system 23 of FIG. 1 calculates a deviation amount δMX from the ideal state of the measured value of the interval between the two pairs of marks 25X and 26X as follows. This deviation amount δMX corresponds to a part of the TIS (Tool Induced Shift) of the illumination system of the position detection device of FIG.

δMX=(Mh1−Mh2)/2 (23)
照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められたずれ量δMXは、ほぼ0となるはずであるが、照明系の調整残差が存在していると、観察される2つのマークHM1,HM2の像の位置のシフト量が、各マークの段差によって異なってくるため、計測されるずれ量δMXは、許容範囲を超えて大きくなる。
δMX = (Mh1−Mh2) / 2 (23)
In a state where there is no adjustment residual in the illumination system, the deviation amount δMX thus determined should be almost zero, but if there is an adjustment residual in the illumination system, two marks that are observed Since the shift amount of the image positions of HM1 and HM2 varies depending on the level difference of each mark, the measured shift amount δMX increases beyond the allowable range.

具体的に本例では、図1の照明系のσ絞り3の位置に応じて、そのずれ量δMXの符号及び大きさが変化する。そこで、図1の制御演算系23は、そのずれ量δMXの絶対値が小さくなるように、σ絞り位置調整機構5a,5bを介してσ絞り3の位置を調整する。その後、再度2組のマーク25X,26Xのそれぞれの像の間隔Mh1,Mh2を計測し、これらを(23)式に代入してずれ量δMXを求め、このずれ量δMXが許容範囲内に収まるまで、間隔の計測及びσ絞り3の位置調整を繰り返すことで、σ絞り3の位置調整は完了する。   Specifically, in this example, the sign and size of the shift amount δMX change according to the position of the σ stop 3 of the illumination system in FIG. Therefore, the control calculation system 23 in FIG. 1 adjusts the position of the σ stop 3 via the σ stop position adjusting mechanisms 5a and 5b so that the absolute value of the shift amount δMX becomes small. Thereafter, the distances Mh1 and Mh2 between the images of the two sets of marks 25X and 26X are measured again, and these are substituted into the equation (23) to obtain a deviation amount δMX. Until the deviation amount δMX falls within the allowable range. By repeating the interval measurement and the position adjustment of the σ stop 3, the position adjustment of the σ stop 3 is completed.

また、上記のX方向に関する調整と同様に、図5のウエハ11A上のY軸の2対のマーク25Y,26Yのそれぞれの像の間隔を計測し、これらの間隔の差分を求めることで、Y方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。
なお、上記の実施の形態における図1のコマ収差補正光学系16の位置調整と、σ絞り3の位置調整とは、それぞれを独立に行ってもよい。但し、上記のσ絞り3の位置調整に際しては、その検出用の光学系(結像光学系)にコマ収差が残存していても、コマ収差の影響を受けることなく調整が可能となるため、始めにσ絞り3の位置調整を行った後に、コマ補正光学系16を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。
Similarly to the adjustment in the X direction, the distance between the two images of the Y-axis two pairs of marks 25Y and 26Y on the wafer 11A in FIG. 5 is measured, and the difference between these distances is obtained. The adjustment residual of the illumination system with respect to the direction can also be adjusted.
In the above embodiment, the position adjustment of the coma aberration correcting optical system 16 and the position adjustment of the σ stop 3 in FIG. 1 may be performed independently. However, when the position of the σ stop 3 is adjusted, even if coma remains in the detection optical system (imaging optical system), the adjustment can be performed without being affected by the coma. It is efficient to adjust the coma aberration by moving the coma correction optical system 16 after adjusting the position of the σ stop 3 first.

また、本例では、図1中のコマ補正光学系16を調整して、残存コマ収差を調整除去するものとしたが、これに限らず、対物レンズ群10やハーフプリズム9等の他の光学部材の位置又は回転角を調整して、残存コマ収差及び/又は他の収差(特に非対称収差)などを調整除去してもよい。また、照明状態の調整に際しても、σ絞り3の位置を調整するだけでなく、光源1の位置、又は第1リレーレンズ6若しくは第2リレーレンズ8の位置若しくは回転角を調整するようにしてもよい。   In this example, the coma correction optical system 16 in FIG. 1 is adjusted to adjust and remove the remaining coma aberration. However, the present invention is not limited to this, and other optical elements such as the objective lens group 10 and the half prism 9 are used. Residual coma and / or other aberrations (particularly asymmetric aberration) may be adjusted and removed by adjusting the position or rotation angle of the member. Further, when adjusting the illumination state, not only the position of the σ stop 3 but also the position of the light source 1 or the position or rotation angle of the first relay lens 6 or the second relay lens 8 may be adjusted. Good.

次に、検出光学系や照明系の調整時に使用できる被検マークの他の例につき図8〜図10を参照して説明する。
まず、図8(A)は、図5のX軸の2対のマーク25A,26Xの近傍に更に回転角が0°の一対のマークを形成したものである。図8(A)において、1組のマーク25XA及び26Xはそれぞれ図5のマーク25X及び26Xと同じ形状、及び位置関係のマークであり、これらのマークの近傍に、それぞれ第1マークHM1、及び第2マークHM2と同じ形状で位置関係の第5マークHM5、及び第6マークHM6よりなる1組のマーク25XB(回転角0°のマーク)が形成されている。この例では、例えば図1の位置検出装置の観察視野内で同時に左端のマーク25XA内の間隔Mh1、及び中央のマーク26X内の間隔Mh2を計測して、(23)式よりずれ量δMX(これをδMX1とする)を求めた後、その観察視野内で同時に右端のマーク25XB内の間隔Mh3、及び中央のマーク26X内の間隔Mh2を計測して、(23)式のMh1の代わりにMh3を代入してずれ量δMX(これをδMX2とする)を求める。そして、例えばこれらのずれ量δMX1,δMX2を平均化したずれ量を新たにずれ量δMXとすることで、その観察視野内の位置による検出結果のばらつきの影響を軽減することができる。
Next, another example of the test mark that can be used when adjusting the detection optical system and the illumination system will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 8A shows a case where a pair of marks having a rotation angle of 0 ° is formed in the vicinity of the two pairs of marks 25A and 26X on the X axis in FIG. In FIG. 8A, a set of marks 25XA and 26X has the same shape and positional relationship as the marks 25X and 26X in FIG. 5, respectively, and the first mark HM1 and the first mark are located in the vicinity of these marks. A pair of marks 25XB (marks with a rotation angle of 0 °) including the fifth mark HM5 and the sixth mark HM6 having the same shape as the two marks HM2 and the positional relationship are formed. In this example, for example, the distance Mh1 in the left end mark 25XA and the distance Mh2 in the center mark 26X are simultaneously measured in the observation field of view of the position detection device in FIG. In the observation field of view, the distance Mh3 in the rightmost mark 25XB and the distance Mh2 in the center mark 26X are measured at the same time, and Mh3 is substituted for Mh1 in the equation (23). By substituting, a deviation amount δMX (this is assumed to be δMX2) is obtained. Then, for example, by newly setting the shift amount obtained by averaging these shift amounts δMX1 and δMX2 as the shift amount δMX, it is possible to reduce the influence of variations in the detection result due to the position in the observation field of view.

また、この例でも、図8(B)に示すように、3対のマーク25XA,26X,25XBを非計測方向(Y方向)にずらして配置してもよい。
次に、図9は、例えば検出光学系の非対称収差の調整を行う際に使用して好適なマークの例を示し、図9において、調整用のウエハ11Bの表面には、それぞれX方向に周期的な凹凸のパターンからなり、かつ直列に配列された第1マークDM1及び第2マークDM2よりなるX軸の一対のマーク29Xと、このマーク29Xを180°回転した形状の一対のマーク30Xとが近接して形成されている。即ち、第1マークDM1と第2マークDM2との間隔(設計値)をDdとすると、一対のマーク30Xは、それらのマークDM1及びDM2とそれぞれ同一形状で間隔(設計値)がDdの第3マークDM3及び第4マークDM4より構成されている。
Also in this example, as shown in FIG. 8B, the three pairs of marks 25XA, 26X, and 25XB may be shifted in the non-measurement direction (Y direction).
Next, FIG. 9 shows an example of a mark suitable for use in adjusting the asymmetric aberration of the detection optical system, for example. In FIG. 9, the surface of the adjustment wafer 11B has a period in the X direction. A pair of marks 29X on the X axis composed of a first mark DM1 and a second mark DM2 that are formed in a concave / convex pattern and are arranged in series, and a pair of marks 30X that are formed by rotating the mark 29X by 180 ° It is formed in close proximity. That is, if the distance (design value) between the first mark DM1 and the second mark DM2 is Dd, the pair of marks 30X has the same shape as the marks DM1 and DM2, and the distance (design value) is a third value Dd. It consists of a mark DM3 and a fourth mark DM4.

更に、2対のマーク29X及び30Xを90°回転した形状のY軸の2対のマーク29Y,30Yも形成されている。なお、この例でも、X軸の2対のマーク29X,30XのようにX方向に配列する代わりに、2対のX軸のマーク29X’及び30X’で示すように、Y方向に配列してもよい。
本例でも、まず図9のX軸の一方の一対のマーク29Xが図1の位置検出装置の観察視野内に移動される。
Further, two pairs of marks 29Y and 30Y on the Y axis are formed by rotating the two pairs of marks 29X and 30X by 90 °. Also in this example, instead of arranging in the X direction as two pairs of X-axis marks 29X and 30X, it is arranged in the Y direction as shown by two pairs of X-axis marks 29X 'and 30X'. Also good.
Also in this example, first, one pair of marks 29X on the X axis in FIG. 9 is moved within the observation field of view of the position detection apparatus in FIG.

図10(A)は、図9に示すX軸の一方の一対のマーク29Xを示す拡大平面図、図10(B)は図10(A)の断面図であり、第1マークDM1は、ウエハ11Bの表面に、線幅aの細長い5本の線状の凹パターン31aを、所定の段差HdでX方向にピッチPで格子状に形成したパターンであり、そのピッチPは、5〜20μm程度である。また、第2マークDM2も同様に、ウエハ11Bの表面に、線幅cの細長い5本の線状の凹パターン32aを、段差HdでX方向に同一のピッチPで格子状に形成したパターンである。そして、計測方向であるX方向において、第1マークDM1の中心と第2マークDM2の中心との間隔は、設計値でDdに設定されている。この間隔Ddは、50〜100μm程度である。   10A is an enlarged plan view showing one pair of marks 29X on the X axis shown in FIG. 9, FIG. 10B is a sectional view of FIG. 10A, and the first mark DM1 is a wafer. 11B is a pattern in which five linear concave patterns 31a having a line width a are formed in a lattice pattern with a pitch P in the X direction at a predetermined step Hd, and the pitch P is about 5 to 20 μm. It is. Similarly, the second mark DM2 is a pattern in which five linear concave patterns 32a having a line width c are formed on the surface of the wafer 11B in a lattice pattern at the same pitch P in the X direction at the level difference Hd. is there. In the X direction that is the measurement direction, the distance between the center of the first mark DM1 and the center of the second mark DM2 is set to Dd as a design value. This distance Dd is about 50 to 100 μm.

また、各マークDM1,DM2の段差(深さ)Hdは、40〜100nm程度とすることが望ましい。この段差Hdがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し(マーク部が十分に暗くならない)、位置検出精度が低下する。逆に、段差Hdが100nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。更に、各マークについて良好なコントラストの像を得るためには、段差Hdは、40〜60nmであることが望ましい。   The step (depth) Hd of each of the marks DM1 and DM2 is preferably about 40 to 100 nm. If the level difference Hd is too small, the contrast of those mark images is lowered (the mark portion is not sufficiently dark), and the position detection accuracy is lowered. On the other hand, when the step Hd is higher than about 100 nm, adverse effects such as geometric optical vignetting due to the step portion occur, and high-precision measurement becomes difficult. Further, in order to obtain an image with good contrast for each mark, the step Hd is desirably 40 to 60 nm.

そして、本例では第1マークDM1の凹パターン31aの幅aと凸パターン31bの幅b(a+b=P)との比率(a:b、又はa/b)と、第2マークDM2の凹パターン32aの幅cと凸パターン32bの幅d(c+d=P)との比率(c:d、又はc/d)とは異なっている。言い換えると、第1マークDM1の凹パターン31aの幅aのピッチPに対するデューティ比(100×a/P(%))と、第2マークDM2の凹パターン32aの幅cのピッチPに対するデューティ比(100×c/P(%))とは異なっている。一例として、本例では、第1マークDM1の凹パターン31aのデューティ比は50%に設定され、凹パターン31aの幅aと凸パターン31bの幅bとの比率は、以下のように設定されている。   In this example, the ratio (a: b or a / b) between the width a of the concave pattern 31a of the first mark DM1 and the width b (a + b = P) of the convex pattern 31b, and the concave pattern of the second mark DM2. The ratio (c: d or c / d) of the width c of 32a and the width d (c + d = P) of the convex pattern 32b is different. In other words, the duty ratio (100 × a / P (%)) of the width a of the concave pattern 31a of the first mark DM1 to the pitch P and the duty ratio of the width c of the concave pattern 32a of the second mark DM2 to the pitch P ( 100 × c / P (%)). As an example, in this example, the duty ratio of the concave pattern 31a of the first mark DM1 is set to 50%, and the ratio between the width a of the concave pattern 31a and the width b of the convex pattern 31b is set as follows. Yes.

a:b=1:1、又はa/b=1 (24)
一方、第2マークDM2の凹パターン32aのデューティ比は10%程度に設定され、凹パターン32aの幅cと凸パターン32bの幅dとの比率は、ほぼ以下のように設定されている。
c:d=1:9、又はc/d=1/9 (25)
このようにX方向に近接して配置された2つのマークDM1,DM2を、図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号を図10(C)の画像信号SDとする。なお、この画像信号SDは、図10(A)の2つのマークの像をX方向に走査して得られる画像信号を非計測方向(Y方向)に平均化したものでもよい。
a: b = 1: 1 or a / b = 1 (24)
On the other hand, the duty ratio of the concave pattern 32a of the second mark DM2 is set to about 10%, and the ratio between the width c of the concave pattern 32a and the width d of the convex pattern 32b is set as follows.
c: d = 1: 9, or c / d = 1/9 (25)
When the two marks DM1 and DM2 arranged close to each other in the X direction are observed with the position detection device of FIG. 1, image signals obtained by reading out the images in the X direction by the image sensor 22 are obtained. Assume that the image signal SD in FIG. The image signal SD may be an image signal obtained by scanning the two mark images of FIG. 10A in the X direction and averaged in the non-measurement direction (Y direction).

図10(C)において、横軸は計測方向の位置Xを表しており、位置Xは実際には、図9のウエハ11Aの表面から図1の撮像素子22の撮像面への倍率αを用いて、撮像素子22の撮像面での所定の基準点からの位置に1/αを乗じて得られる位置を表している。図10(C)の画像信号SDにおいて、第1マークDM1の像に対応する部分ID1では、第1マークDM1のエッジ部分が暗部となり、第2マークDM2の像に対応する部分ID2でも、同様にエッジ部分が暗部となっている。   10C, the horizontal axis represents the position X in the measurement direction, and the position X actually uses the magnification α from the surface of the wafer 11A in FIG. 9 to the imaging surface of the imaging element 22 in FIG. The position obtained by multiplying the position from the predetermined reference point on the imaging surface of the imaging element 22 by 1 / α. In the image signal SD of FIG. 10C, in the portion ID1 corresponding to the image of the first mark DM1, the edge portion of the first mark DM1 is a dark portion, and similarly in the portion ID2 corresponding to the image of the second mark DM2. The edge part is a dark part.

図1の制御演算系23は、その画像信号SDより、部分ID1の中心位置Xd1と、部分ID2の中心位置Xd2との間隔Md1を求める。この間隔Md1は、検出用の光学系に収差の無い状態では、図10(A)の設計上の間隔Ddとなるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、両マークDM1,DM2の凹パターン31a,32aの幅のデューティ比の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、間隔Md1は、Ddとは一致しない。   The control calculation system 23 in FIG. 1 obtains an interval Md1 between the center position Xd1 of the part ID1 and the center position Xd2 of the part ID2 from the image signal SD. This distance Md1 should be the designed distance Dd in FIG. 10A when there is no aberration in the detection optical system. However, if coma aberration remains in the detection optical system, the amount of change in image position due to coma aberration varies depending on the duty ratio of the widths of the concave patterns 31a and 32a of both marks DM1 and DM2. Md1 does not match Dd.

次に、図9のX軸の他方の一対のマーク30Xを図1の位置検出装置の観察視野内に移動して、マークDM3,DM4の像の間隔をウエハ上での長さに換算した値Md2を求める。その後は、2つの間隔Md1及びMd2が所定の許容範囲内で合致するように、図1のコマ補正光学系16の位置を調整することで、コマ収差の調整が行われる。同様に、Y軸方向でのコマ収差の調整も行われる。   Next, the other pair of marks 30X on the X axis in FIG. 9 is moved into the observation field of view of the position detection apparatus in FIG. 1, and the distance between the images of the marks DM3 and DM4 is converted into the length on the wafer. Obtain Md2. Thereafter, the coma aberration is adjusted by adjusting the position of the coma correction optical system 16 in FIG. 1 so that the two intervals Md1 and Md2 match within a predetermined allowable range. Similarly, adjustment of coma aberration in the Y-axis direction is also performed.

なお、上記の実施の形態では、180°回転したマークを予め調整用のウエハ上に形成しているが、一対のマークを所定の角度θ(0°<θ<360°)回転した別の一対のマークを予めそのウエハ上に形成しておき、これら2対のマークの間隔等を計測するようにしてもよい。

更に、例えば計測対象とする収差の種類などによっては、一対の第1マーク及びこれを180°回転させた一対の第2マークと、その一対の第1マークを45°回転させた一対の第3マーク及びこれを180°回転させた一対の第4マークとをウエハ上に形成しておき、それぞれ一対の第3マーク及び第4マークでそれぞれ検出される間隔をも用いて結像光学系や照明系の調整を行うようにしてもよい。このとき、その一対の第1マークを135°回転させた一対の第5マーク、及びこれを180°回転させた一対の第6マークを更にウエハ上に形成しておくようにしてもよい。これら4組のそれぞれ一対の第3マーク〜第6マークを用いると、計測対象とする光学特性につきサジタル方向(S方向)及びメリジオナル方向(M方向)の各成分の特性も検出することが可能となる。
In the above embodiment, the mark rotated by 180 ° is formed in advance on the adjustment wafer, but another pair of marks rotated by a predetermined angle θ (0 ° <θ <360 °). These marks may be formed in advance on the wafer, and the interval between these two pairs of marks may be measured.

Furthermore, depending on the type of aberration to be measured, for example, a pair of first marks and a pair of second marks obtained by rotating the first marks by 180 °, and a pair of third marks obtained by rotating the pair of first marks by 45 °. A mark and a pair of fourth marks obtained by rotating the marks 180 ° are formed on the wafer, and the imaging optical system and illumination are also used by using the intervals detected by the pair of third marks and fourth marks, respectively. The system may be adjusted. At this time, a pair of fifth marks obtained by rotating the pair of first marks by 135 ° and a pair of sixth marks obtained by rotating the first marks by 180 ° may be further formed on the wafer. By using each of the four pairs of the third to sixth marks, it is possible to detect the characteristics of each component in the sagittal direction (S direction) and the meridional direction (M direction) for the optical characteristics to be measured. Become.

なお、上記の第2の実施の形態では、例えば一対の第1マーク及びこれを所定角度(例えば180°)回転させた一対の第2マークをウエハ上に形成するが、予め一対の第1マークと一対の第2マークとの相対回転角、即ちその一対の第1マークをその所定角度だけ正確に回転した場合の設計上の第2マーク(の配列方向)に対する実際の一対の第2マーク(の配列方向)の残存回転誤差を計測しておくようにしてもよい。そして、この計測された残存回転誤差(実際の回転角と所定角度との差)が所定値よりも大きいときは、例えばその一対の第2マークで検出される間隔をその残存回転誤差に応じて補正するようにしてもよい。これにより、一対の第1マークを基準として所定角度だけ正確に回転した一対の第2マークの間隔を得ることできる。   In the second embodiment, for example, a pair of first marks and a pair of second marks obtained by rotating the first marks by a predetermined angle (for example, 180 °) are formed on the wafer. And the pair of second marks, that is, the actual pair of second marks (in the arrangement direction) when the pair of first marks is precisely rotated by the predetermined angle (the arrangement direction). The remaining rotation error in the direction of the arrangement may be measured. When the measured remaining rotation error (difference between the actual rotation angle and the predetermined angle) is larger than a predetermined value, for example, the interval detected by the pair of second marks is set according to the remaining rotation error. You may make it correct | amend. Thereby, the space | interval of a pair of 2nd mark rotated only the predetermined angle correctly on the basis of a pair of 1st mark can be obtained.

また、上記の実施の形態では、調整用のウエハ上に調整用のマークを形成しているが、XYステージ等の基準板上にそれらのマークを形成しておいてもよい。

〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施の形態につき図1及び図11〜図13を参照して説明する。本例でも調整対象となるのは図1の位置検出装置であるため、その装置構成の説明は省略して、その光学系の調整方法につき説明する。本例では、図1の調整用のウエハ11の代わりにウエハ11Cが設置される。このウエハ11Cの表面には、複数個の評価用マーク(段差マーク)が形成されている。まず、本例の調整用のウエハ11C上に形成されている複数組の凹凸の格子状マーク(段差マーク)よりなる評価用マークにつき説明する。
In the above embodiment, the adjustment marks are formed on the adjustment wafer. However, these marks may be formed on a reference plate such as an XY stage.

[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 11 to 13. Since the position detection apparatus of FIG. 1 is also the object of adjustment in this example, description of the apparatus configuration is omitted, and an adjustment method of the optical system will be described. In this example, a wafer 11C is installed instead of the adjustment wafer 11 shown in FIG. A plurality of evaluation marks (step marks) are formed on the surface of the wafer 11C. First, a description will be given of evaluation marks made up of a plurality of sets of concave and convex lattice marks (step marks) formed on the adjustment wafer 11C of this example.

図11は、図1中のウエハ11の代わりに設置される調整用のウエハ11Cを示す平面図であり、この図11において、ウエハ11Cとしては一例としてシリコンウエハが使用される。ウエハ11Cの表面には、それぞれX方向に周期的な凹凸のパターンからなる第1マークDM21〜第3マークDM23よりなるX軸の第1の評価用マークDX、及びこの評価用マークDXを90°回転した形状の第1マークDM31〜第3マークDM33よりなるY軸の第1の評価用マークDYが形成されている。そのX軸の評価用マークDXは、中央のマークDM22の両端に凹部と凸部との幅の比率が異なるマークDM21,DM23が配置された、計測方向に実質的に線対称のマークであり、評価用マークDX,DYは検出用の光学系の特性調整用として使用される。   FIG. 11 is a plan view showing an adjustment wafer 11C installed instead of the wafer 11 in FIG. 1. In FIG. 11, a silicon wafer is used as an example of the wafer 11C. On the surface of the wafer 11C, an X-axis first evaluation mark DX made up of a first mark DM21 to a third mark DM23 each having a periodic uneven pattern in the X direction, and the evaluation mark DX are placed at 90 °. A first evaluation mark DY on the Y axis composed of the first mark DM31 to the third mark DM33 having a rotated shape is formed. The X-axis evaluation mark DX is a mark that is substantially line-symmetric in the measurement direction, in which marks DM21 and DM23 having different width ratios between the concave and convex portions are arranged at both ends of the central mark DM22. The evaluation marks DX and DY are used for adjusting the characteristics of the detection optical system.

また、ウエハ11Cの表面には、それぞれX方向に周期的な凹凸のパターンからなる第1マークHM21〜第3マークHM23よりなるX軸の第2の評価用マークHX、及びこの評価用マークHXを90°回転した形状の第1マークHM31〜第3マークHM33よりなるY軸の第2の評価用マークHYが形成されている。そのX軸の評価用マークHXは、中央のマークHM22の両端に凹部と凸部との関係を反転した形状のマークHM21,HM23が配置された、計測方向に実質的に線対称のマークであり、評価用マークHX,HYは照明系の特性調整用として使用される。   Further, on the surface of the wafer 11C, an X-axis second evaluation mark HX composed of a first mark HM21 to a third mark HM23 each having a periodic uneven pattern in the X direction, and this evaluation mark HX are provided. A second evaluation mark HY on the Y axis made up of the first mark HM31 to the third mark HM33 that is rotated by 90 ° is formed. The X-axis evaluation mark HX is a substantially line-symmetrical mark in the measurement direction in which marks HM21 and HM23 having a shape in which the relationship between the concave portion and the convex portion is reversed are arranged on both ends of the central mark HM22. The evaluation marks HX and HY are used for adjusting the characteristics of the illumination system.

これらの凹凸の格子状マークは、ウエハ11Cとして例えばシリコンウエハを使用した場合には、この表面へのフォトレジストの塗布、対応するレチクルパターンの投影像の露光、フォトレジストの現像、エッチング、及びレジスト剥離等の工程によって、極めて高精度に形成することができる。
図12(A)は、図11に示すX軸の第1の評価用マークDXを示す拡大平面図、図12(B)は図12(A)の断面図であり、中央のマークDM22は、ウエハ11Cの表面に、線幅cの細長い3本の線状の凹パターン42cを、所定の段差HdでX方向にピッチPで格子状に形成したパターンであり、そのピッチPは5〜20μm程度である。また、マークDM22を挟むようにマークDM21及びDM23が形成されており、マークDM21も同様に、ウエハ11Cの表面に、線幅aの細長い3本の線状の凹パターン41aを段差HdでX方向に同一のピッチPで格子状に形成したパターンである。マークDM23の形状はマークDM21と同一である。
For example, when a silicon wafer is used as the wafer 11C, these concave and convex lattice marks are formed by applying a photoresist onto the surface, exposing a projected image of the corresponding reticle pattern, developing the photoresist, etching, and resist. It can be formed with extremely high accuracy by a process such as peeling.
12A is an enlarged plan view showing the first evaluation mark DX on the X axis shown in FIG. 11, FIG. 12B is a sectional view of FIG. 12A, and the mark DM22 in the center is This is a pattern in which three linear concave patterns 42c having a line width c are formed in a lattice pattern with a pitch P in the X direction at a predetermined step Hd on the surface of the wafer 11C, and the pitch P is about 5 to 20 μm. It is. Further, marks DM21 and DM23 are formed so as to sandwich the mark DM22. Similarly, the mark DM21 has three linear concave patterns 41a having a line width a formed on the surface of the wafer 11C with a step Hd in the X direction. Are patterns formed in a lattice pattern at the same pitch P. The shape of the mark DM23 is the same as that of the mark DM21.

そして、計測方向(X方向)において、マークDM21の中心とマークDM22の中心との間隔、及びマークDM22の中心とマークDM23の中心との間隔は、それぞれ設計値でDdに設定されている。この間隔Ddは40〜60μm程度である。これによって、設計上でマークDM22の中心は、両側のマークDM21,DM23の中心に計測方向で合致していることになる。   In the measurement direction (X direction), the distance between the center of the mark DM21 and the center of the mark DM22 and the distance between the center of the mark DM22 and the center of the mark DM23 are set to Dd as a design value. This interval Dd is about 40 to 60 μm. As a result, the center of the mark DM22 coincides with the centers of the marks DM21 and DM23 on both sides in the measurement direction by design.

また、各マークDM21〜DM23の段差(深さ)Hdは、50〜100nm程度とすることが望ましい。この段差Hdがあまりに小さいとそれらのマーク像のコントラストが低下し(マーク部が十分に暗くならない)、位置検出精度が低下する。逆に、段差Hdが100nm程度よりも高段差になると、段差部による幾何光学的なケラレ等の悪影響が生じて、高精度な計測が難しくなる。   Further, the step (depth) Hd of each of the marks DM21 to DM23 is preferably about 50 to 100 nm. If the level difference Hd is too small, the contrast of those mark images is lowered (the mark portion is not sufficiently dark), and the position detection accuracy is lowered. On the other hand, when the step Hd is higher than about 100 nm, adverse effects such as geometric optical vignetting due to the step portion occur, and high-precision measurement becomes difficult.

そして、本例では一方の端部のマークDM21(他方の端部のマークDM23も同様)の凹パターン41aの幅aと凸パターン41bの幅b(a+b=P)との比率(a:b、又はa/b)と、中央のマークDM22の凹パターン42cの幅cと凸パターン42dの幅d(c+d=P)との比率(c:d、又はc/d)とは異なっている。一例として、本例では、マークDM21,DM23の凹パターンの幅aはピッチPの50%に設定され、凹パターンの幅aと凸パターンの幅bとの比率は、以下のように設定されている。   In this example, the ratio of the width a of the concave pattern 41a of the mark DM21 at one end (the same applies to the mark DM23 at the other end) to the width b (a + b = P) of the convex pattern 41b (a: b, Or a / b) is different from the ratio (c: d or c / d) of the width c of the concave pattern 42c of the center mark DM22 and the width d (c + d = P) of the convex pattern 42d. As an example, in this example, the width a of the concave pattern of the marks DM21 and DM23 is set to 50% of the pitch P, and the ratio of the width a of the concave pattern to the width b of the convex pattern is set as follows. Yes.

a:b=1:1、又はa/b=1 (31)
一方、中央のマークDM22の凹パターンの幅cはピッチPの10%程度に設定され、凹パターンの幅cと凸パターンの幅dとの比率は、ほぼ以下のように設定されている。
c:d=1:9、又はc/d=1/9 (32)
このようにX方向に近接して配置された3つのマークDM21,DM22,DM23からなる評価用マークを、図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号を図12(C)の画像信号SDとする。なお、この画像信号SDは、図12(A)の3つのマークの像をX方向に走査して得られる画像信号を非計測方向(Y方向)に平均化したものでもよい。
a: b = 1: 1 or a / b = 1 (31)
On the other hand, the width c of the concave pattern of the center mark DM22 is set to about 10% of the pitch P, and the ratio of the width c of the concave pattern to the width d of the convex pattern is set as follows.
c: d = 1: 9, or c / d = 1/9 (32)
When the evaluation marks composed of the three marks DM21, DM22, and DM23 arranged close to each other in the X direction are observed with the position detection apparatus shown in FIG. The image signal obtained by reading is assumed to be an image signal SD in FIG. The image signal SD may be an image signal obtained by scanning the image of the three marks in FIG. 12A in the X direction and averaging it in the non-measurement direction (Y direction).

図12(C)において、横軸は計測方向の位置Xを表しており、位置Xは実際には、図1のウエハ11Cの表面から撮像素子22の撮像面への倍率αを用いて、撮像素子22の撮像面での所定の基準点からの位置に1/αを乗じて得られる位置を表している。図12(C)の画像信号SDにおいて、両端のマークDM21,DM23の像に対応する部分ID21,ID23では、各エッジ部分が暗部となり、中央のマークDM22の像に対応する部分ID22では、狭い幅cの凹パターンに対応する部分が暗部となっている。   In FIG. 12C, the horizontal axis represents the position X in the measurement direction, and the position X is actually imaged using the magnification α from the surface of the wafer 11C in FIG. This represents a position obtained by multiplying the position from a predetermined reference point on the imaging surface of the element 22 by 1 / α. In the image signal SD of FIG. 12C, each edge portion is a dark portion in the portions ID21 and ID23 corresponding to the images of the marks DM21 and DM23 at both ends, and a narrow width is in the portion ID22 corresponding to the image of the center mark DM22. The part corresponding to the concave pattern c is a dark part.

図1の制御演算系23は、その画像信号SDより、部分ID21,ID22,ID23の各中心位置Xd21,Xd22,Xd23を各マークの位置として求めた後、両端のマークの平均位置Xd24を次のように算出する。
Xd24=(Xd21+Xd23)/2 (33)
次に、制御演算系23は、その評価用マークの中央のマークDM22の位置Xd22に対する、両端のマークDM21,DM23の平均位置Xd24の偏差Md(=Xd22−Xd24)を相対位置関係として算出する。
The control calculation system 23 in FIG. 1 obtains the center positions Xd21, Xd22, and Xd23 of the partial IDs 21, 22, and ID23 from the image signal SD as the positions of the marks, and then calculates the average position Xd24 of the marks at both ends. Calculate as follows.
Xd24 = (Xd21 + Xd23) / 2 (33)
Next, the control calculation system 23 calculates the deviation Md (= Xd22−Xd24) of the average position Xd24 of the marks DM21 and DM23 at both ends with respect to the position Xd22 of the center mark DM22 of the evaluation mark as a relative positional relationship.

このように計測された偏差Mdは、検出用の光学系に収差の無い状態では、所定の予め求められている基準値D0(設計上では0)となるはずである。ところが、検出用の光学系にコマ収差が残存していると、マークDM22とマークDM21,DM23とのデューティ比(ピッチPに対する凹パターンの幅c,aの割合)の違いにより、コマ収差による像位置の変化量が異なるため、計測された偏差Mdは、基準値D0とは一致しない。また、計測された偏差Mdと基準値D0との大小関係から、残存コマ収差の大小のみでなく、符号の判定も可能であるため、その偏差Mdの基準値D0に対する誤差ΔMd(=D0−Md)の符号及び大きさに基づいて、図1の制御演算系23は、その誤差ΔMdが小さくなるように、コマ補正光学系位置調整機構17a,17b介してコマ補正光学系16の位置を調整する。   The deviation Md measured in this way should be a predetermined reference value D0 (0 in design) obtained in a state where there is no aberration in the detection optical system. However, if coma aberration remains in the detection optical system, an image due to coma aberration is caused by a difference in duty ratio between the mark DM22 and the marks DM21 and DM23 (ratio of the concave pattern widths c and a to the pitch P). Since the amount of change in position is different, the measured deviation Md does not match the reference value D0. Further, not only the magnitude of the remaining coma aberration but also the sign can be determined from the magnitude relationship between the measured deviation Md and the reference value D0. Therefore, an error ΔMd (= D0−Md) of the deviation Md with respect to the reference value D0. 1) adjusts the position of the frame correction optical system 16 via the frame correction optical system position adjustment mechanisms 17a and 17b so that the error ΔMd becomes small. .

上記のコマ補正光学系16の位置の調整後に、再度、中央のマークDM22の位置と、両端のマークDM21,DM23の平均位置との偏差Mdを計測し、この偏差Mdの基準値D0に対する誤差ΔMdを算出する。そして、誤差ΔMdが許容範囲から外れていれば、再度上記の調整を行う。以上の工程をその誤差ΔMdが許容範囲内に追い込まれるまで繰り返すことで、検出用の光学系のコマ収差の調整は完了する。本例の調整方法は、第1の実施の形態と同様に異なるデューティ比のマーク間隔を計測する方法であるため、「異比率マーク法」と呼ぶことにする。   After adjusting the position of the frame correction optical system 16, the deviation Md between the position of the center mark DM22 and the average position of the marks DM21 and DM23 at both ends is measured again, and the error ΔMd of the deviation Md with respect to the reference value D0 is measured. Is calculated. If the error ΔMd is out of the allowable range, the above adjustment is performed again. By repeating the above steps until the error ΔMd is driven within the allowable range, the adjustment of the coma aberration of the detection optical system is completed. Since the adjustment method of this example is a method of measuring mark intervals having different duty ratios as in the first embodiment, it will be referred to as a “different ratio mark method”.

なお、上記の位置検出過程における各マーク像の位置検出アルゴリズムにはスライス法、及び相関法等の各種の方法があるが、本例においては、それらの何れを使用してもよい。例えばスライス法では、所定のスライスレベルにおける、画像信号SDのスライス位置に基づいて位置検出が行われ、相関法では、画像信号SDを所定の基準波形と比較し、その基準波形との相関度の最も高い位置がマーク像の位置とされる。   Note that there are various methods such as a slice method and a correlation method in the position detection algorithm of each mark image in the above-described position detection process, and any of them may be used in this example. For example, in the slice method, position detection is performed based on the slice position of the image signal SD at a predetermined slice level, and in the correlation method, the image signal SD is compared with a predetermined reference waveform, and the degree of correlation with the reference waveform is determined. The highest position is the mark image position.

また、上記の基準値D0は、本来は評価用マークの対称性より0となるはずであるが、その評価用マークを転写する際に使用されたレチクルのパターンの製造誤差や、ウエハ11C上に段差を形成する際のエッチング誤差等の製造誤差に基づく評価用マークの僅かな非対称性、及び検出用の光学系のディストーション等によって、実際の基準値D0は0にはならない場合がある。そこで、上記の調整前に、その基準値D0の実際の値を計測することが望ましい。このためには、例えば従来技術及び第1の実施の形態で引用した「文献1」に開示されているように、1回目の計測値とウエハ11Cを180°回転した場合の2回目の計測値との平均値を採用すればよい。   The reference value D0 is supposed to be 0 due to the symmetry of the evaluation mark, but the reticle pattern manufacturing error used when the evaluation mark is transferred, or on the wafer 11C. The actual reference value D0 may not be zero due to a slight asymmetry of the evaluation mark based on a manufacturing error such as an etching error when forming a step and distortion of the detection optical system. Therefore, it is desirable to measure the actual value of the reference value D0 before the above adjustment. For this purpose, for example, as disclosed in the prior art and “Document 1” cited in the first embodiment, the first measurement value and the second measurement value when the wafer 11C is rotated 180 °. The average value may be adopted.

具体的に本例では、上記のように中央のマークDM22の位置に対する、両端のマークDM21,DM23の平均位置のX方向への偏差(Md1とする)を計測した後、ウエハ11Cを180°回転して、再び中央のマークDM22の位置に対する両端のマークDM23,DM21の平均位置のX方向への偏差(Md2とする)を計測する。そして、次式で表されるように、それら2つの計測値の平均値をその基準値D0として採用すればよい。   Specifically, in this example, after measuring the deviation (referred to as Md1) in the X direction of the average position of the marks DM21 and DM23 at both ends with respect to the position of the center mark DM22 as described above, the wafer 11C is rotated by 180 °. Then, the deviation (referred to as Md2) in the X direction of the average position of the marks DM23 and DM21 at both ends with respect to the position of the center mark DM22 is measured again. Then, as represented by the following equation, an average value of these two measured values may be adopted as the reference value D0.

D0=(Md1+Md2)/2 (34)
これによって、図1の検出用の光学系に残存収差があっても、コマ収差による中央のマークに対する両端のマークの中心の偏差Mdの誤差ΔMdを高精度に検出することができる。
但し、そのように、ウエハ11Cを180°回転して基準値(真値)を計測する方法においては、ウエハ11C上の評価用マーク自体も180°回転することになり、評価用マークに対称性(計測方向と直交する非計測方向(Y方向)に沿った中心軸に対する線対称性)がないと、回転前及び180°回転後の2つのマークの位置関係の計測値に、検出用の光学系のディストーション等に起因する誤差成分が重畳される恐れがある。これに関して本例においては、評価用マークDXは、図12に示した如き対称性を有しているので、回転前及び180°回転時の評価用マークDXの対称性が保たれており、検出用の光学系のディストーション等に起因するような誤差成分を全く含まずに、高精度に基準値D0を計測することが可能である。
D0 = (Md1 + Md2) / 2 (34)
Thereby, even if there is residual aberration in the detection optical system of FIG. 1, it is possible to detect with high accuracy the error ΔMd of the center deviation Md of the marks at both ends with respect to the center mark due to coma aberration.
However, in such a method of measuring the reference value (true value) by rotating the wafer 11C by 180 °, the evaluation mark itself on the wafer 11C is also rotated by 180 °, and the evaluation mark is symmetrical. Without (line symmetry with respect to the central axis along the non-measurement direction (Y direction) orthogonal to the measurement direction), the measured optical value for the detection of the positional relationship between the two marks before the rotation and after the 180 ° rotation is obtained. There is a possibility that an error component due to system distortion or the like is superimposed. In this regard, in this example, since the evaluation mark DX has the symmetry as shown in FIG. 12, the symmetry of the evaluation mark DX before the rotation and at the time of 180 ° rotation is maintained, and the detection mark DX is detected. It is possible to measure the reference value D0 with high accuracy without including any error component due to distortion of the optical system for use.

ところで、一般に位置検出装置は、2次元方向(X方向、Y方向)のマーク位置、あるいは相対位置関係の計測を行う必要がある。そこで、上記のX方向に関する調整と同様に、図11のウエハ11C上のY軸の第1の評価用マークDYの各マークDM31〜DM33の像の位置を検出し、中央のマークDM22の像の中心に対する両端のマークDM31,DM33の像の中心の偏差を相対位置関係として計測することで、Y方向に関するコマ収差の調整も行うことができる。   By the way, in general, a position detection device needs to measure a mark position in a two-dimensional direction (X direction, Y direction) or a relative positional relationship. Therefore, similarly to the adjustment in the X direction described above, the positions of the images of the marks DM31 to DM33 of the first evaluation mark DY on the Y axis on the wafer 11C in FIG. 11 are detected, and the image of the image of the center mark DM22 is detected. By measuring the deviation of the center of the image of the marks DM31 and DM33 at both ends with respect to the center as a relative positional relationship, the coma aberration in the Y direction can also be adjusted.

次に、本例の図1の照明系の調整方法につき説明する。このためには、まず図11の調整用のウエハ11C上のX軸の第2の評価用マークHXを用いる。
図13(A)は、図11に示すX軸の第2の評価用マークHXを示す拡大平面図、図13(B)は図13(A)の断面図であり、中央のマークHM22は、その外周が彫り込み部34で囲まれると共に、線幅eの細長い線状の3本の凸パターン44eを、ピッチP2でX方向に格子状に形成したパターンである。そのピッチP2は5〜20μm程度である。
Next, a method for adjusting the illumination system of FIG. 1 in this example will be described. For this purpose, first, the X-axis second evaluation mark HX on the adjustment wafer 11C of FIG. 11 is used.
13A is an enlarged plan view showing the X-axis second evaluation mark HX shown in FIG. 11, FIG. 13B is a cross-sectional view of FIG. 13A, and the center mark HM22 is The outer periphery is surrounded by the engraved portion 34, and three elongated linear convex patterns 44e having a line width e are formed in a lattice shape in the X direction at a pitch P2. The pitch P2 is about 5 to 20 μm.

そして、マークHM22をX方向に挟み込むように、同一形状のマークHM21,HM23が形成され、マークHM21は、ウエハ11Cの表面に線幅eの細長い線状の2本の凹パターン43eを、所定の段差HhでX方向にピッチP2で格子状に形成したパターンである。即ち、端部のマークHM21(他方のマークHM23も同様)は、凹パターン43eの幅がeで凸パターン43fの幅がf(=P2−e)のマークであり、中央のマークHM22は、凸パターン44eの幅がeで凹パターン44fの幅がfのマークであり、両端のマークHM21,HM23と中央のマークHM22とは、凹凸関係のみが反転したマークとなっている。言い換えると、両端のマークHM21,HM23の凹パターンのデューティ比と、中央のマークHM22の凸パターンのデューティ比とは互いに等しく設定されている。   Then, the marks HM21 and HM23 having the same shape are formed so as to sandwich the mark HM22 in the X direction. The mark HM21 has two elongated concave patterns 43e having a line width e formed on the surface of the wafer 11C. It is a pattern formed in a grid pattern with a pitch P2 in the X direction at the level difference Hh. That is, the mark HM21 at the end (the same applies to the other mark HM23) is a mark in which the width of the concave pattern 43e is e and the width of the convex pattern 43f is f (= P2-e), and the central mark HM22 is convex. The width of the pattern 44e is e and the width of the concave pattern 44f is f. The marks HM21 and HM23 at both ends and the mark HM22 at the center are marks in which only the concavo-convex relationship is reversed. In other words, the duty ratio of the concave pattern of the marks HM21 and HM23 at both ends and the duty ratio of the convex pattern of the center mark HM22 are set to be equal to each other.

また、両端のマークHM21,HM23の凹パターンの幅、即ち中央のマークHM22の凸パターンの幅eは、一例としてマークのピッチP2の5%〜10%程度に設定される。
そして、計測方向(X方向)において、マークHM21の中心とマークHM22の中心との間隔、及びマークHM22の中心とマークHM23の中心との間隔は、それぞれ設計値でDhに設定されている。この間隔Dhは40〜60μm程度である。この場合にも設計上で、マークHM22の中心は、両側のマークHM21,HM23の中心に計測方向で合致していることになる。
Further, the width of the concave pattern of the marks HM21 and HM23 at both ends, that is, the width e of the convex pattern of the central mark HM22 is set to about 5% to 10% of the mark pitch P2, for example.
In the measurement direction (X direction), the distance between the center of the mark HM21 and the center of the mark HM22 and the distance between the center of the mark HM22 and the center of the mark HM23 are set to Dh as a design value. This distance Dh is about 40 to 60 μm. Also in this case, by design, the center of the mark HM22 coincides with the centers of the marks HM21 and HM23 on both sides in the measurement direction.

このように近接して配置された3つのマークHM21,HM22,HM23を図1の位置検出装置で観察した場合に、それらの像を撮像素子22でX方向に読み出して得られる画像信号(又は、これを非計測方向に平均化した信号)を図13(C)の画像信号SHとする。仮に図13(A)の幅eが狭いものとすると、図13(C)の画像信号SHにおいて、両側のマークHM21,HM23に対応する部分IH21,IH23では、凹パターンの部分が暗部となり、中央のマークHM22に対応する部分IH22では、凸パターンに対応する部分が暗部となる。   When the three marks HM21, HM22, and HM23 arranged close to each other in this way are observed with the position detection device of FIG. 1, image signals (or obtained by reading out these images in the X direction by the image sensor 22 (or A signal obtained by averaging this in the non-measurement direction) is defined as an image signal SH in FIG. If the width e in FIG. 13A is narrow, in the image signal SH in FIG. 13C, in the portions IH21 and IH23 corresponding to the marks HM21 and HM23 on both sides, the concave pattern portion becomes a dark portion, and the center In the portion IH22 corresponding to the mark HM22, the portion corresponding to the convex pattern is a dark portion.

そして、図1の制御演算系23において、スライス法又は相関法等によって、画像信号SHの部分IH21,IH22,IH23の中心の位置Xh21,Xh22,Xh23を検出し、更に両端のマークの平均位置Xh24(=(Xh21+Xh23)/2)を算出する。次に、中央のマークHM22の位置Xh22に対する両端のマークHM21,HM23の中心の位置Xh24の偏差Mhを相対位置関係として求める。   1 detects the positions Xh21, Xh22, Xh23 of the centers of the portions IH21, IH22, IH23 of the image signal SH by the slice method or the correlation method, and further detects the average positions Xh24 of the marks at both ends. (= (Xh21 + Xh23) / 2) is calculated. Next, the deviation Mh of the center position Xh24 of the marks HM21 and HM23 at both ends with respect to the position Xh22 of the center mark HM22 is obtained as a relative positional relationship.

照明系の調整残差が無い状態では、そのように求められた偏差Mhは、所定の基準値H0(設計上は0)に等しいはずであるが、照明系の調整残差があると、観察される像の位置のシフト量が各マークの段差(凹又は凸)によって異なってくるため、計測される偏差Mhは基準値H0とは異なってくる。
具体的に本例では、図1の照明系のσ絞り3の位置に応じて、その偏差Mhの基準値H0に対する誤差ΔMh(=H0−Mh)の符号及び大きさが変化する。そこで、図1の制御演算系23はその誤差ΔMhが小さくなるように、σ絞り位置調整機構5a,5bを介してσ絞り3の位置を調整する。その後、再度中央のマークに対する両端のマークの偏差Mhの誤差ΔMhを計測し、この誤差ΔMhが許容範囲内に収まるまで、σ絞り3の位置を調整することで、σ絞り3の位置調整は完了する。
In a state where there is no adjustment residual in the illumination system, the deviation Mh thus obtained should be equal to a predetermined reference value H0 (0 in design). Since the shift amount of the position of the image to be changed differs depending on the step (concave or convex) of each mark, the measured deviation Mh is different from the reference value H0.
Specifically, in this example, the sign and the magnitude of the error ΔMh (= H0−Mh) with respect to the reference value H0 of the deviation Mh change according to the position of the σ stop 3 of the illumination system in FIG. Therefore, the control calculation system 23 in FIG. 1 adjusts the position of the σ diaphragm 3 via the σ diaphragm position adjusting mechanisms 5a and 5b so that the error ΔMh becomes small. Thereafter, the error ΔMh of the deviation Mh of the marks at both ends with respect to the center mark is measured again, and the position adjustment of the σ stop 3 is completed by adjusting the position of the σ stop 3 until the error ΔMh falls within the allowable range. To do.

このような調整方法を、異なる段差のマークの位置関係を計測するとして、本明細書では「異段差マーク法」と呼ぶ。異段差マーク法は、上記の文献1に開示されている方法であるが、本願発明者によって、その異段差マーク法を用いると、σ絞り3の位置ずれ、又はσ絞り3の配置面での照明光の照度の不均一性が高精度に調整できることが判明したものである。   This adjustment method is referred to as “different step mark method” in the present specification, as it measures the positional relationship between marks of different steps. The different step mark method is a method disclosed in the above-mentioned document 1, but if the inventor of the present application uses the different step mark method, the displacement of the σ stop 3 or the arrangement surface of the σ stop 3 is changed. It has been found that the illuminance non-uniformity of the illumination light can be adjusted with high accuracy.

ところで、上記マークHM21,HM22,HM23の段差Hhは30〜60nm程度であることが望ましい。この段差Hhは、その範囲内で又はそれ以下の範囲で、小さければ小さいほど(低段差であるほど)、σ絞り3の位置ずれ等に伴う各マークの検出される位置関係の変化が大きく現れる。即ち、検出感度が高くなる。但し、そのマークの段差Hhがあまりに小さいと、マーク像のコントラストが低下して、画像信号のSN比が低下するため、位置関係の計測精度が低下してしまう。従って、マーク段差Hhは、上記範囲とすることが望ましいが、使用する検出用の光学系の撮像素子のSN比が良好であれば、より低段差のマークを用いた方が検出感度が向上することは言うまでもない。   Incidentally, the step Hh of the marks HM21, HM22, HM23 is preferably about 30 to 60 nm. This step Hh is within the range or less, and the smaller it is (the lower the step is), the greater the change in the detected positional relationship of each mark due to the displacement of the σ stop 3 or the like. . That is, the detection sensitivity is increased. However, if the mark step Hh is too small, the contrast of the mark image is lowered and the SN ratio of the image signal is lowered, so that the measurement accuracy of the positional relationship is lowered. Therefore, it is desirable that the mark step Hh be in the above range, but if the SN ratio of the image pickup element of the detection optical system to be used is good, the detection sensitivity is improved by using a lower step mark. Needless to say.

また、両側のマークHM21,HM23の凹パターンの幅e、及び中央のマークHM22の凸パターンの幅eは、ピッチP2の5〜10%程度であることが望ましい。これも、幅eのデューティ比(ピッチP2に対する割合)があまりに小さいとマーク像のコントラストが低下し、位置検出結果の再現性が悪化するためである。また、そのデューティ比があまりに大きいと、σ絞り3の変位による(照明系の調整残差による)両側のマークHM21,HM23の凹パターンの像と中央のマークHM22の凸パターンの像とにおける相対的な位置ずれ量の変化量が小さくなり、調整感度が低下するためである。   The width e of the concave pattern of the marks HM21 and HM23 on both sides and the width e of the convex pattern of the central mark HM22 are preferably about 5 to 10% of the pitch P2. This is also because if the duty ratio of the width e (ratio to the pitch P2) is too small, the contrast of the mark image is lowered and the reproducibility of the position detection result is deteriorated. On the other hand, if the duty ratio is too large, the concave pattern image of the marks HM21 and HM23 on both sides and the convex pattern image of the center mark HM22 due to the displacement of the σ stop 3 (due to the adjustment residual of the illumination system) are relative. This is because the amount of change in the amount of misalignment becomes small, and the adjustment sensitivity decreases.

また、上記のX方向に関する調整と同様に、図11のウエハ11C上のY軸の第2の評価用マークHYの像の位置関係を計測することで、Y方向に関する照明系の調整残差の調整も行うことができる。
更に、図13の場合にも、中央のマークHM22に対する両側のマークHM21,HM23の偏差Mhの基準値H0の実際の値を計測することが望ましい。このためには、図12の場合と同様に、図13(A)のマークHM22に対するマークHM21,HM23の偏差(Mh1とする)を計測した後、ウエハ11Cを180°回転して同じくマークHM22に対するマークHM23,HM21の偏差(Mh2とする)を計測し、それら2つの計測値の平均値をその基準値H0として採用すればよい。
Similarly to the adjustment in the X direction, by measuring the positional relationship of the image of the second evaluation mark HY on the Y axis on the wafer 11C in FIG. 11, the adjustment residual of the illumination system in the Y direction is measured. Adjustments can also be made.
Further, also in the case of FIG. 13, it is desirable to measure the actual value of the reference value H0 of the deviation Mh between the marks HM21 and HM23 on both sides of the center mark HM22. For this purpose, as in the case of FIG. 12, after measuring the deviation (referred to as Mh1) of the marks HM21 and HM23 with respect to the mark HM22 in FIG. 13A, the wafer 11C is rotated by 180 ° and similarly to the mark HM22. The deviation (marked as Mh2) of the marks HM23 and HM21 is measured, and the average value of these two measured values may be adopted as the reference value H0.

なお、評価用マークとしては、図12、図13に示した各評価用マークと異なる構成のマークを使用してもよい。
例えば、図12の例においては、中央のマークDM22を凹部の幅と凸部の幅との比が1:1として、両端のマークDM21,DM23を、凹部の幅のデューティ比が5〜10%程度の凹マークとしてもよい。また、凹部の幅のデューティ比が5〜10%程度のマークの代わりに、凸部の幅のデューティ比が5〜10%程度のマーク(凸マーク)を使用してもよい。
Note that, as the evaluation mark, a mark having a different configuration from each of the evaluation marks shown in FIGS. 12 and 13 may be used.
For example, in the example of FIG. 12, the ratio of the width of the concave portion to the width of the convex portion is 1: 1 for the center mark DM22, and the duty ratio of the concave portion width is 5 to 10% for the marks DM21 and DM23 at both ends. It is good also as a concave mark of a grade. In addition, a mark (convex mark) having a convex portion width duty ratio of about 5 to 10% may be used instead of the mark having a concave portion width duty ratio of about 5 to 10%.

同様に、図13の例においても、中央のマークHM22を凹部の幅が狭いマーク(凹マーク)として、両側のマークHM21,HM23を凸部の幅が狭いマーク(凸マーク)としてもよい。
また、各マークDM21,DM22,DM23,HM21,HM22,HM23を構成する凹パターン(又は凸パターン)の本数も図12、図13に示した例ではなく、何本であっても構わない。但し、評価用マーク全体の対称性を保つために、各両端のマークの凹パターン(又は凸パターン)の本数は等しいことが望ましい。即ち、図12のマークDM21,DM23を構成する凹パターンの本数は互いに等しく、図13のマークHM21,HM23を構成する凹パターンの本数は等しいことが望ましい。
Similarly, in the example of FIG. 13, the central mark HM22 may be a mark having a narrow concave portion (concave mark), and the marks HM21 and HM23 on both sides may be a mark having a narrow convex portion (convex mark).
Further, the number of concave patterns (or convex patterns) constituting each of the marks DM21, DM22, DM23, HM21, HM22, and HM23 is not limited to the example shown in FIGS. 12 and 13 and may be any number. However, in order to maintain the symmetry of the entire evaluation mark, it is desirable that the number of concave patterns (or convex patterns) of the marks at both ends is equal. That is, it is desirable that the number of concave patterns constituting the marks DM21 and DM23 in FIG. 12 is equal to each other, and the number of concave patterns constituting the marks HM21 and HM23 in FIG.

なお、上記の実施の形態における図1のコマ収差補正光学系16の位置調整と、σ絞り3の位置調整とは、それぞれを独立に行ってもよい。但し、上記のσ絞り3の位置調整に際しては、その検出用の光学系(結像光学系)にコマ収差が残存していても、コマ収差の影響を受けることなく調整が可能となるため、始めにσ絞り3の位置調整を行った後に、コマ補正光学系16を動かしてコマ収差の調整を行うと効率的である。   In the above embodiment, the position adjustment of the coma aberration correcting optical system 16 and the position adjustment of the σ stop 3 in FIG. 1 may be performed independently. However, when the position of the σ stop 3 is adjusted, even if coma remains in the detection optical system (imaging optical system), the adjustment can be performed without being affected by the coma. It is efficient to adjust the coma aberration by moving the coma correction optical system 16 after adjusting the position of the σ stop 3 first.

また、本例では、図1中のコマ補正光学系16を調整して、残存コマ収差を調整除去するものとしたが、これに限らず、対物レンズ群10やハーフプリズム9等の他の光学部材の位置又は回転角を調整して、残存コマ収差を調整除去してもよい。また、照明状態の調整に際しても、σ絞り3の位置を調整するだけでなく、光源1の位置、又は第1リレーレンズ6若しくは第2リレーレンズ8の位置若しくは回転角を調整するようにしてもよい。   In this example, the coma correction optical system 16 in FIG. 1 is adjusted to adjust and remove the remaining coma aberration. However, the present invention is not limited to this, and other optical elements such as the objective lens group 10 and the half prism 9 are used. The remaining coma aberration may be adjusted and removed by adjusting the position or rotation angle of the member. Further, when adjusting the illumination state, not only the position of the σ stop 3 but also the position of the light source 1 or the position or rotation angle of the first relay lens 6 or the second relay lens 8 may be adjusted. Good.

なお、前述した第3の実施の形態でも、ウエハ11Cを180°回転させる代わりに、第2の実施の形態と同様に3つの凹凸マークからなる評価用マーク(DX,DY,HX,HY)を所定角度(例えば180°)回転させた別の評価用マークを更にウエハ11C上に形成しておくようにしてもよい。これにより、ウエハ11Cを回転させることなく、0°及び180°でそれぞれ検出される偏差の平均値(D0,H0)を得ることが可能となる。   In the third embodiment described above, instead of rotating the wafer 11C by 180 °, evaluation marks (DX, DY, HX, HY) including three concave and convex marks are provided in the same manner as in the second embodiment. Another evaluation mark rotated by a predetermined angle (for example, 180 °) may be further formed on the wafer 11C. Thereby, it is possible to obtain the average values (D0, H0) of deviations detected at 0 ° and 180 °, respectively, without rotating the wafer 11C.

ところで、前述の第1〜第3の実施の形態でそれぞれ使用する凹凸マークの本数は任意でよい。更に、回転角が0°である複数の凹凸マークからなる1組のマーク群、及びこれを90°回転させたもう1組のマーク群を用いて、X方向、Y方向でそれぞれ結像光学系や照明系の光学特性などを求めると共に、回転角が0°である1組のマーク群をそれぞれ45°及び135°回転させた2組のマーク群をウエハ上に更に形成しておき、サジタル方向(S方向)及びメリジオナル方向(M方向)でそれぞれ光学特性などを求めるようにしてもよい。   By the way, the number of the concavo-convex marks used in the first to third embodiments described above may be arbitrary. Further, using one set of mark groups composed of a plurality of concave and convex marks having a rotation angle of 0 °, and another set of marks rotated by 90 °, an imaging optical system in the X direction and Y direction, respectively. The optical characteristics of the lighting system and the illumination system are obtained, and two sets of mark groups are formed on the wafer by rotating one set of mark groups whose rotation angle is 0 ° by 45 ° and 135 °, respectively. Optical characteristics and the like may be obtained in the (S direction) and meridional direction (M direction), respectively.

次に、図1の位置検出装置を投影露光装置のアライメントセンサに適用した場合につき図14及び図15を参照して説明する。
図14は本例で使用される投影露光装置を示し、この図14において露光時には、水銀ランプ、又はエキシマレーザ光源等の露光光源、オプティカル・インテグレータ、可変視野絞り、及びコンデンサレンズ系等からなる照明光学系51より、レチクルRに対して露光光ILが照射される。そして、レチクルRに形成されているパターンの像が、投影光学系PLを介して投影倍率β(βは1/5,1/4等)でフォトレジストが塗布されたウエハW上の1つのショット領域に投影される。この際に、主制御系53の制御情報に基づいて露光量制御系52が露光量を適正化する。
Next, a case where the position detection apparatus of FIG. 1 is applied to an alignment sensor of a projection exposure apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 14 shows a projection exposure apparatus used in this example. In FIG. 14, during exposure, an illumination light source such as a mercury lamp or an excimer laser light source, an optical integrator, a variable field stop, a condenser lens system, etc. The optical system 51 irradiates the reticle R with exposure light IL. Then, an image of the pattern formed on the reticle R is one shot on the wafer W coated with a photoresist at a projection magnification β (β is 1/5, 1/4, etc.) via the projection optical system PL. Projected into the area. At this time, the exposure amount control system 52 optimizes the exposure amount based on the control information of the main control system 53.

以下、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図14の紙面に平行にX軸を取り、図14の紙面に垂直にY軸を取って説明する。このとき、レチクルRはレチクルステージ54上に吸着保持され、レーザ干渉計56によるレチクルステージ54の座標の計測値に基づいた駆動系57の制御情報に基づいて、レチクルステージ54は、レチクルベース55上でX方向、Y方向、回転方向にレチクルRを位置決めする。   Hereinafter, taking the Z axis parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, taking the X axis parallel to the paper surface of FIG. 14 in the plane perpendicular to the Z axis, and taking the Y axis perpendicular to the paper surface of FIG. explain. At this time, the reticle R is sucked and held on the reticle stage 54, and the reticle stage 54 is placed on the reticle base 55 based on control information of the drive system 57 based on the measurement value of the coordinates of the reticle stage 54 by the laser interferometer 56. To position the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotation direction.

一方、ウエハWは不図示のウエハホルダ上に真空吸着によって保持され、このウエハホルダが試料台58上に固定され、試料台58は、定盤60上にエアーベアリングを介して浮上するように支持されているXYステージ59上に固定されている。試料台58は、ウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)及び傾斜角を制御してオートフォーカス方式でウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合わせ込み、XYステージ59は、レーザ干渉計61によって計測される試料台58の位置に基づく駆動系62の制御情報に基づいて、試料台58をX方向、Y方向にステップ移動する。XYステージ59によるステップ移動と、レチクルRのパターン像の露光とをステップ・アンド・リピート方式で繰り返すことによって、ウエハW上の各ショット領域への露光が行われる。   On the other hand, the wafer W is held on a wafer holder (not shown) by vacuum suction, the wafer holder is fixed on the sample table 58, and the sample table 58 is supported so as to float on the surface plate 60 via an air bearing. It is fixed on the XY stage 59. The sample stage 58 controls the position (focus position) and the tilt angle of the wafer W in the Z direction to align the surface of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL by an autofocus method, and the XY stage 59 performs laser interference. Based on the control information of the drive system 62 based on the position of the sample stage 58 measured by the meter 61, the sample stage 58 is moved stepwise in the X direction and the Y direction. By repeating the step movement by the XY stage 59 and the exposure of the pattern image of the reticle R by the step-and-repeat method, each shot area on the wafer W is exposed.

図14の投影露光装置で重ね合わせ露光を行う場合には、その露光前に予めレチクルRとウエハWとのアライメントを行っておく必要がある。そのため、試料台65上に種々の基準マークが形成された基準マーク部材65が固定されており、レチクルR上のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)の計測結果に基づいて、レチクルRが基準マーク部材65に対してアライメントされる。また、投影光学系PLの側面に図1の位置検出装置の光学系と同じ構成のオフ・アクシス方式で、画像処理方式のアライメントセンサ63が配置されており、アライメントセンサ63内の撮像素子22(図1参照)からの画像信号がアライメント信号処理系64に供給されている。アライメント信号処理系64は、図1の制御演算系23の機能に加えて、検出対象のウエハW上のアライメントマーク(ウエハマーク)の像の図1の指標マーク14a,14bに対する位置ずれ量を求める機能を備えている。   When performing overlay exposure with the projection exposure apparatus of FIG. 14, it is necessary to align the reticle R and the wafer W in advance before the exposure. Therefore, a reference mark member 65 in which various reference marks are formed on the sample stage 65 is fixed, and the reticle R is based on the measurement result of a reticle alignment microscope (not shown) on the reticle R. Are aligned. Further, an image processing type alignment sensor 63 is disposed on the side surface of the projection optical system PL by an off-axis method having the same configuration as the optical system of the position detection device of FIG. 1) is supplied to the alignment signal processing system 64. In addition to the function of the control arithmetic system 23 in FIG. 1, the alignment signal processing system 64 obtains the amount of positional deviation of the image of the alignment mark (wafer mark) on the detection target wafer W with respect to the index marks 14a and 14b in FIG. It has a function.

なお、アライメント信号処理系64での画像信号の処理方法などについては、例えば日本国特開平4−65603号公報及びこれに対応する米国特許第5,493,403号に開示されているため、その詳細な説明は省略する。そして、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。   The image signal processing method in the alignment signal processing system 64 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-65603 and US Pat. No. 5,493,403 corresponding thereto. Detailed description is omitted. As long as the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country selected allow, the disclosure of this gazette and US patent is incorporated into the text.

また、図15(a)に示すように、ウエハW上の各ショット領域36にはそれぞれアライメント用の2次元のウエハマーク38が形成され、ウエハマーク38は、凹凸のパターンを一定ピッチでY方向に形成したY軸のウエハマーク37Yと、このウエハマーク37Yを挟むように凹凸のパターンを一定ピッチでX方向に形成したX軸のウエハマーク37Xとから構成されている。なお、一つのショット領域に対して2つ以上のウエハマーク38を形成しておいてもよい。また、検出対象のウエハマークは、図15(b)に示すように、ウエハ上の各ショット領域に独立に付設された1次元のウエハマーク40X,40Yであってもよい。前者のX軸のウエハマーク40Xは、凹凸のパターンをX方向に一定ピッチで形成したマークであり、後者のY軸のウエハマーク40Yは、凹凸のパターンをY方向に一定ピッチで形成したマークである。   Further, as shown in FIG. 15A, a two-dimensional wafer mark 38 for alignment is formed in each shot area 36 on the wafer W, and the wafer mark 38 has an uneven pattern at a constant pitch in the Y direction. The Y-axis wafer mark 37 </ b> Y is formed on the X-axis, and the X-axis wafer mark 37 </ b> X is formed with an uneven pattern formed in the X direction at a constant pitch so as to sandwich the wafer mark 37 </ b> Y. Two or more wafer marks 38 may be formed for one shot area. Further, as shown in FIG. 15B, the wafer mark to be detected may be one-dimensional wafer marks 40X and 40Y that are independently attached to each shot area on the wafer. The former X-axis wafer mark 40X is a mark formed with an uneven pattern at a constant pitch in the X direction, and the latter Y-axis wafer mark 40Y is a mark formed with an uneven pattern at a constant pitch in the Y direction. is there.

図14においてアライメントセンサ63を使用する場合には、まず試料台58上に不図示のウエハローダ系を介して図2の調整用のウエハ11を載置する。その後、アライメントセンサ63を介して図2の照明系の特性調整用の2対のマーク(HM1,HM2)、及びマーク(HM11,HM12)の像の間隔を計測し、この計測結果に基づいて図1のσ絞り3の位置を調整する。その後、アライメントセンサ63を介して図2の検出用の光学系の特性調整用の2対のマーク(DM1,DM2)、及びマーク(DM11,DM12)の像の間隔を計測し、この計測結果に基づいて図1のコマ補正光学系16の位置を調整する。   When the alignment sensor 63 is used in FIG. 14, the adjustment wafer 11 shown in FIG. 2 is first placed on the sample stage 58 via a wafer loader system (not shown). Thereafter, the distance between the images of the two pairs of marks (HM1, HM2) and marks (HM11, HM12) for adjusting the characteristics of the illumination system of FIG. 2 is measured via the alignment sensor 63, and the figure is based on the measurement result. The position of 1 σ stop 3 is adjusted. Thereafter, the distance between the images of the two pairs of marks (DM1, DM2) and marks (DM11, DM12) for adjusting the characteristics of the optical system for detection shown in FIG. Based on this, the position of the frame correction optical system 16 in FIG. 1 is adjusted.

また、同様の調整を図11の調整用のウエハ11Cを用いて行うこともできる。この場合には、まず試料台58上に不図示のウエハローダ系を介して図11の調整用のウエハ11Cを載置する。その後、アライメントセンサ63を介して図11の照明系の特性調整用の2つの評価用マークHX及びXYの像の位置関係を計測し、このこの計測結果に基づいて図1のσ絞り3の位置を調整する。その後、アライメントセンサ63を介して図11の検出用の光学系の特性調整用の2つの評価用マークDX及びDYの像の位置関係を計測し、この計測結果に基づいて図1のコマ補正光学系16の位置を調整すればよい。更に、図5の調整用のウエハ11Aのマーク25X,26X,25Y,26Yの像の間隔を計測することで、照明系の調整を行うことができ、図5のウエハ11Aのマーク28A,28Bの像の位置関係、又は図9のウエハ11Bのマーク29X,30X,29Y,30Yの像の間隔を計測することで、検出用の光学系の調整を行うことができる。   The same adjustment can be performed using the adjustment wafer 11C shown in FIG. In this case, the adjustment wafer 11C shown in FIG. 11 is first placed on the sample stage 58 via a wafer loader system (not shown). Thereafter, the positional relationship between the images of the two evaluation marks HX and XY for adjusting the characteristics of the illumination system in FIG. 11 is measured via the alignment sensor 63, and the position of the σ stop 3 in FIG. Adjust. Thereafter, the positional relationship between the images of the two evaluation marks DX and DY for adjusting the characteristics of the detection optical system shown in FIG. 11 is measured via the alignment sensor 63, and the frame correction optics shown in FIG. The position of the system 16 may be adjusted. Furthermore, the illumination system can be adjusted by measuring the interval between the images of the marks 25X, 26X, 25Y, and 26Y on the adjustment wafer 11A shown in FIG. 5, and the marks 28A and 28B on the wafer 11A shown in FIG. The optical system for detection can be adjusted by measuring the positional relationship of the images or the interval between the images of the marks 29X, 30X, 29Y, and 30Y on the wafer 11B in FIG.

その後、図14において、レチクルRのアライメント時に並行して、基準マーク部材65上の所定の基準マークの位置をアライメントセンサ63を介して検出することによって、レチクルRのパターン像の中心位置(露光中心)とアライメントセンサ63の検出中心との間隔(ベースライン量)が求められる。この後は、アライメントセンサ63を介して検出されるウエハマークの位置をそのベースライン量で補正した座標に基づいてXYステージ59を駆動することで、高い重ね合わせ精度が得られる。   Thereafter, in FIG. 14, in parallel with the alignment of the reticle R, the position of a predetermined reference mark on the reference mark member 65 is detected via the alignment sensor 63, whereby the center position (exposure center) of the pattern image of the reticle R is detected. ) And the detection center of the alignment sensor 63 (baseline amount) is obtained. Thereafter, by driving the XY stage 59 based on coordinates obtained by correcting the position of the wafer mark detected via the alignment sensor 63 with the baseline amount, high overlay accuracy can be obtained.

なお、基準マーク部材65の構成、及びレチクルアライメントやベースライン量の計測などについては、例えば日本国特開平4−324923号公報及びこれに対応する米国特許第5,243,195号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。   The configuration of the reference mark member 65, the reticle alignment, the measurement of the baseline amount, and the like are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-324923 and US Pat. No. 5,243,195 corresponding thereto. Therefore, to the extent permitted by the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country of choice, the disclosure of this gazette and US patent is incorporated into the text.

また、図1中に示したσ絞り3、及び絞り18をそれぞれ別の絞りと交換可能に構成する、例えば照明系及び結像光学系でそれぞれ複数の絞りをターレット板に設け、ウエハW上のアライメントマーク(例えばウエハマーク38)の形成条件(段差量、ピッチ、形状など)、アライメントマークが形成されるウエハW上のレイアの種類(反射率など)、及びレジストの種類や膜厚などに応じて選択される一つの絞りをその光路中に配置するようにしてもよい。例えば、ウエハマーク38を暗視野方式で検出するために、絞り18をウエハから発生する0次光(正反射光)を遮光する絞りに交換したり、あるいは位相差顕微鏡と同様の機能を持たせるために、絞り18を位相差板に交換してもよい。また、絞り18の交換と同時あるいは単独に、σ絞り3を輪帯状の開口を有する絞りに交換して、ウエハマーク38を輪帯照明するようにしてもよい。このような構成のアライメントセンサ63では、照明系及び結像光学系の少なくとも一方で絞りが交換されたら、例えば図2に示したウエハ11をウエハステージ59上にローディングして、照明系や結像光学系の調整を行うようにすることが望ましい。なお、照明系や結像光学系内の絞りを交換可能なアライメントセンサは、例えば日本国特開平8−306609号公報や日本国特開平8−327318号公報、及びこれらに対応する米国特許第5,706,091号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、これらの公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。   Further, the σ stop 3 and the stop 18 shown in FIG. 1 are configured to be exchangeable with different stops. For example, a plurality of stops are provided on the turret plate in the illumination system and the imaging optical system, Depends on the formation conditions (level difference, pitch, shape, etc.) of the alignment mark (for example, wafer mark 38), the type of layer (reflectance, etc.) on the wafer W on which the alignment mark is formed, the type of resist, film thickness, etc. One stop selected in this manner may be arranged in the optical path. For example, in order to detect the wafer mark 38 by the dark field method, the diaphragm 18 is replaced with a diaphragm that shields zero-order light (regular reflection light) generated from the wafer, or has a function similar to that of a phase contrast microscope. Therefore, the diaphragm 18 may be replaced with a phase difference plate. Further, simultaneously or independently with the replacement of the diaphragm 18, the σ diaphragm 3 may be replaced with a diaphragm having a ring-shaped opening so that the wafer mark 38 is illuminated with a ring. In the alignment sensor 63 having such a configuration, when at least one of the illumination system and the imaging optical system is replaced, for example, the wafer 11 shown in FIG. It is desirable to adjust the optical system. An alignment sensor that can exchange the diaphragm in the illumination system and the imaging optical system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-306609 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-327318, and US Pat. No. 5 corresponding thereto. , 706, 091, and to the extent permitted by the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country of choice, the disclosure of these gazettes and US patents is incorporated to the fullest extent. Part.

更に、前述の各実施の形態で説明した光学調整を行うために、図14に示した投影露光装置内のウエハステージ59にウエハ11,11A〜11Cの何れかをローディングするとき、ウエハステージ59の座標系(即ち、干渉計61によって規定される直交座標系)に対するウエハの回転誤差を極力小さくしておくことが望ましい。そこで、ウエハの切り欠き(ノッチなど)及びそれ以外の周縁部を検出して、ウエハWのX方向、Y方向の位置ずれと回転誤差とを求め、これらの計測値がほぼ0(零)となるようにウエハとウエハステージとを相対移動してからウエハホルダで吸着保持する。なお、ウエハのプリアライメント機構は、例えば日本国特開平7−288276号公報及びこれに対応する米国出願第391,648号(出願日:1995年2月21日)に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国出願の開示を援用して本文の記載の一部とする。   Further, when any one of the wafers 11 and 11A to 11C is loaded on the wafer stage 59 in the projection exposure apparatus shown in FIG. It is desirable to minimize the rotation error of the wafer with respect to the coordinate system (that is, the orthogonal coordinate system defined by the interferometer 61). Therefore, a notch (notch or the like) of the wafer and other peripheral portions are detected, and a positional deviation and a rotation error of the wafer W in the X direction and the Y direction are obtained, and these measured values are almost 0 (zero). In this manner, the wafer and the wafer stage are moved relative to each other and then held by suction with the wafer holder. A wafer pre-alignment mechanism is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-288276 and US Application No. 391,648 (application date: February 21, 1995) corresponding thereto. As long as the national laws of the designated country specified in the application or the selected selected country permit, the above publications and the disclosure of the US application will be incorporated into the text.

また、図14の投影露光装置では、図1の位置検出装置をオフ・アクシス方式のアライメントセンサとして用いたが、この投影露光装置で使用するアライメントセンサは、投影光学系PLを介してウエハ上のマークを検出するTTL(スルー・ザ・レンズ)方式、あるいはレチクル上のマークとウエハ上のマークとを検出するTTR(スルー・ザ・レチクル)方式であってもよい。なお、図14には図示していないが、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ63を構成する多数の光学素子は複数の鏡筒にそれぞれ分けて保持され、投影光学系PLが載置される架台と一体に設けられた金物に各鏡筒は固定されている。   In the projection exposure apparatus of FIG. 14, the position detection apparatus of FIG. 1 is used as an off-axis type alignment sensor. The alignment sensor used in the projection exposure apparatus is on the wafer via the projection optical system PL. A TTL (through-the-lens) method for detecting a mark or a TTR (through-the-reticle) method for detecting a mark on a reticle and a mark on a wafer may be used. Although not shown in FIG. 14, a large number of optical elements constituting the off-axis alignment sensor 63 are separately held in a plurality of lens barrels, and a gantry on which the projection optical system PL is placed. Each lens barrel is fixed to an integrally provided hardware.

更に、図14の投影露光装置はステップ・アンド・リピート方式に限られるものではなく、図14の投影露光装置をステップ・アンド・スキャン方式若しくはミラープロジェクション方式等の走査露光方式、又は感光基板上で複数のパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式として構成してもよい。その他に、露光用照明光としてレーザプラズマ光源、又はSOR(Synchrotron Orbital Radiation)リングから発生する軟X線領域(波長5〜15nm程度)、例えば波長13.4nm又は11.5nmのEUV(Extreme UltraViolet)光を用いる縮小投影型露光装置(EUV露光装置)、硬X線を用いるプロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線若しくはイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置として構成してもよい。なお、EUV露光装置では、縮小投影光学系が複数枚(3〜6枚程度)の反射光学素子のみからなる反射系であり、かつレチクルとして反射型レチクルが用いられる。   Further, the projection exposure apparatus in FIG. 14 is not limited to the step-and-repeat method, and the projection exposure apparatus in FIG. 14 is applied to a scanning exposure method such as a step-and-scan method or a mirror projection method, or a photosensitive substrate. A step-and-stitch method in which a plurality of patterns are partially overlapped and transferred may be used. In addition, a soft X-ray region (wavelength of about 5 to 15 nm) generated from a laser plasma light source or SOR (Synchrotron Orbital Radiation) ring as exposure illumination light, for example, EUV (Extreme UltraViolet) having a wavelength of 13.4 nm or 11.5 nm You may comprise as a reduction projection type exposure apparatus (EUV exposure apparatus) using light, a proximity type X-ray exposure apparatus using hard X-rays, or an exposure apparatus using charged particle beams such as an electron beam or an ion beam. In the EUV exposure apparatus, the reduction projection optical system is a reflection system composed of only a plurality of (about 3 to 6) reflection optical elements, and a reflective reticle is used as the reticle.

また、半導体素子などを製造するデバイス製造用の露光装置で使用するレチクル又はマスクを、例えば遠紫外光又は真空紫外光を用いる露光装置で製造することがあり、本発明はレチクル又はマスクを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光装置に対しても適用することができる。
更に、露光用照明光として、水銀ランプのg線やi線、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光若しくはF2 レーザ光のようなレーザ光、又はYAGレーザの高調波などを用いてもよい。あるいは、露光用照明光として、DFB(Distributed feedback)半導体レーザを、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)との両方)がドープされたファイバアンプで増幅し、且つ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
Further, a reticle or mask used in an exposure apparatus for manufacturing a device for manufacturing a semiconductor element or the like may be manufactured by an exposure apparatus using, for example, far ultraviolet light or vacuum ultraviolet light, and the present invention manufactures a reticle or mask. Therefore, the present invention can also be applied to an exposure apparatus used in a lithography process.
Further, g-line or i-line of a mercury lamp, laser light such as KrF excimer laser light, ArF excimer laser light or F 2 laser light, or harmonics of YAG laser may be used as exposure illumination light. Alternatively, a DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser, for example, is amplified by a fiber amplifier doped with erbium (Er) (or both erbium and ytterbium (Yb)) as exposure illumination light, and a nonlinear optical crystal is used. Alternatively, harmonics converted to ultraviolet light may be used.

また、図14の投影光学系PLは、屈折系、反射系、又は反射屈折系の何れもよい。反射屈折系としては、例えば米国特許第5,788,229号に開示されているように、複数の屈折光学系と2つの反射光学素子(少なくとも一方は凹面鏡)とを、折り曲げられることなく一直線に延びる光軸上に配置した光学系を用いることができる。そして、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、この米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。   Further, the projection optical system PL in FIG. 14 may be any of a refraction system, a reflection system, and a catadioptric system. As the catadioptric system, for example, as disclosed in US Pat. No. 5,788,229, a plurality of refractive optical systems and two reflective optical elements (at least one is a concave mirror) are arranged in a straight line without being bent. An optical system arranged on the extending optical axis can be used. And, as far as the national laws of the designated country designated in this international application or the selected selected country permit, the disclosure of this US patent is incorporated into the text.

次に、図16は、図1の位置検出装置を、重ね合わせ誤差測定装置に適用した例を示している。この重ね合わせ誤差測定装置では、例えば、一対の格子状マーク、あるいは、いわゆる一対のボックス・イン・ボックスマークにおける、各マーク間の相対位置関係を計測すればよく、各マークの絶対位置の計測は不要であるため、レーザ干渉計のような高精度の位置計測装置は不要である。そして、比較対象とする2層のレイヤへの回路パターン(又はレジストパターン)の形成が行われたウエハWは、試料台71により吸着保持され、試料台71は、XYステージ72上に直交する2方向に移動自在に載置され、試料台71の2次元的な位置は不図示のリニアエンコーダによって計測され、計測値が制御演算系73に供給されている。制御演算系73はその計測値に基づいてXYステージ72を介して試料台71の位置決めを行う。また、試料台71には被検物としてのウエハWの高さ(フォーカス位置)を微少範囲で調整する機能も備えられている。   Next, FIG. 16 shows an example in which the position detection device of FIG. 1 is applied to an overlay error measurement device. In this overlay error measuring device, for example, a relative positional relationship between each mark in a pair of lattice marks or a so-called pair of box-in-box marks may be measured, and the absolute position of each mark is measured. Since it is unnecessary, a highly accurate position measuring device such as a laser interferometer is unnecessary. Then, the wafer W on which the circuit pattern (or resist pattern) is formed on the two layers to be compared is sucked and held by the sample stage 71, and the sample stage 71 is orthogonal to the XY stage 72 2. The two-dimensional position of the sample stage 71 is measured by a linear encoder (not shown), and the measured value is supplied to the control calculation system 73. The control arithmetic system 73 positions the sample stage 71 via the XY stage 72 based on the measured value. The sample table 71 also has a function of adjusting the height (focus position) of the wafer W as a test object in a minute range.

また、ウエハWの上方に図1の位置検出装置の光学系と同じ構成の位置検出装置74が配置され、位置検出装置74の撮像素子22の画像信号が制御演算系73に供給されている。制御演算系73も、図1の制御演算系23の機能に加えて、検出対象の2つのウエハマークの像の位置ずれ量を求める機能を備えている。この重ね合わせ誤差計測装置においても、上記の実施の形態と同様に試料台71上にウエハWの代わりに図2の調整用のウエハ11、又は図11の調整用のウエハ11Cを載置して、各対のマークの像の間隔を計測することで、照明系及び検出用の光学系の調整を高精度に行うことができる。その後、試料台71上にウエハWを載置して、制御演算系73が、XYステージ72を駆動して相対位置を計測すべき一対のマークを位置検出装置74の下に送り込むことで、重ね合わせ誤差が高精度に計測できる。   A position detection device 74 having the same configuration as the optical system of the position detection device in FIG. 1 is disposed above the wafer W, and an image signal of the image sensor 22 of the position detection device 74 is supplied to the control calculation system 73. In addition to the function of the control calculation system 23 of FIG. 1, the control calculation system 73 also has a function of obtaining the positional deviation amount of the two wafer mark images to be detected. Also in this overlay error measuring apparatus, the adjustment wafer 11 of FIG. 2 or the adjustment wafer 11C of FIG. 11 is placed on the sample stage 71 instead of the wafer W, as in the above embodiment. By measuring the distance between the images of each pair of marks, the illumination system and the detection optical system can be adjusted with high accuracy. Thereafter, the wafer W is placed on the sample stage 71, and the control calculation system 73 drives the XY stage 72 to send a pair of marks whose relative positions are to be measured under the position detection device 74, thereby overlapping the positions. The alignment error can be measured with high accuracy.

なお、重ね合わせ誤差測定装置では検出すべき2つのウエハマークが互いに異なるレイアに形成されるため、位置検出装置74の光軸方向の位置が2つのマークで異なり得る。そこで、2つのウエハマークをそれぞれ検出するとき、各マーク像が図1の撮像素子22の受光面上に正確に合焦するように、その光軸方向に関する2つのウエハマークの位置の差に応じて、例えば試料台71を対物レンズ群10の光軸方向に移動する、あるいは撮像素子22を結像光学系の光軸方向に移動することが望ましい。   In the overlay error measuring apparatus, since two wafer marks to be detected are formed on different layers, the position of the position detecting device 74 in the optical axis direction may be different between the two marks. Therefore, when each of the two wafer marks is detected, depending on the difference between the positions of the two wafer marks in the optical axis direction so that each mark image is accurately focused on the light receiving surface of the image sensor 22 in FIG. For example, it is desirable to move the sample stage 71 in the optical axis direction of the objective lens group 10 or to move the image sensor 22 in the optical axis direction of the imaging optical system.

更に、図14の投影露光装置、又は図16の重ね合わせ誤差測定装置には、ウエハWのフォーカス位置(アライメントセンサ63の光軸方向、又は位置検出装置74の光軸方向)の位置を検出して、ウエハWの表面をアライメントセンサ63、又は位置検出装置74のベストフォーカス位置に合焦させるオートフォーカス機構が設けられているのが一般的である。この場合、ウエハW上のウエハマークの位置、又は一対のウエハマークの間隔を検出する際には、このオートフォーカス機構を動作させて被検マークに焦点を合わせつつ計測を行えばよい。同様に、上記の実施の形態に示した調整、即ち、例えば図2に示したウエハ11上の各マークの間隔計測中も、そのオートフォーカス機構を動作させて、合焦状態で各種計測を行うことが望ましい。   Further, the projection exposure apparatus in FIG. 14 or the overlay error measurement apparatus in FIG. 16 detects the position of the focus position of the wafer W (the optical axis direction of the alignment sensor 63 or the optical axis direction of the position detection device 74). In general, an autofocus mechanism for focusing the surface of the wafer W on the alignment sensor 63 or the best focus position of the position detection device 74 is provided. In this case, when detecting the position of the wafer mark on the wafer W or the interval between the pair of wafer marks, the auto-focus mechanism is operated to perform measurement while focusing on the test mark. Similarly, during the adjustment shown in the above embodiment, that is, during the interval measurement of each mark on the wafer 11 shown in FIG. 2, for example, the autofocus mechanism is operated to perform various measurements in a focused state. It is desirable.

なお、オートフォーカス機構は対物レンズ群10を通して検出用ビームをウエハ上に照射するTTL方式、あるいは対物レンズ群10を介することなくその光軸及びウエハ表面に対して傾斜させて検出用ビームをウエハ上に照射する斜入射光方式の何れであってもよい。TTL方式の焦点位置検出系を有するアライメントセンサは、例えば日本国特開平7−321030号公報及びこれに対応する米国特許第5,721,605号に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。なお、上記公報及び米国特許では前述の検出用ビームがウエハ上のマークに照射されるようになっているが、ウエハ上でそのマークが形成される領域以外、例えばウエハ上のストリートライン(スクライブライン)に検出用ビームを照射するようにしてもよい。   Note that the autofocus mechanism is a TTL system that irradiates a detection beam onto the wafer through the objective lens group 10, or tilts the detection beam on the wafer by tilting the optical axis and the wafer surface without passing through the objective lens group 10. Any of the oblique incident light systems for irradiating the light beam may be used. An alignment sensor having a TTL focus position detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-321030 and US Pat. No. 5,721,605 corresponding thereto, and is designated as specified in this international application. To the extent permitted by national laws of the country or selected country of choice, the disclosures of the above publications and US patents are incorporated to form part of the text. In the above publication and US patent, the mark on the wafer is irradiated with the above-described detection beam. For example, a street line (scribe line on the wafer) other than the area where the mark is formed on the wafer. ) May be irradiated with a detection beam.

また、アライメントセンサ63や位置検出装置74では、ウエハ11,11A〜11Cに形成される特性調整用のマーク、又はウエハW上のアライメントマークに広帯域の照明光を照射すると共に、そのウエハで反射される光で指標マーク14a,14bを照明するものとした。しかしながら、ウエハ上のマークを照明する照明系とは別に、指標マーク用の照明系を設けるようにしてもよい。なお、指標マーク用の照明系を有するアライメントセンサは、例えば日本国特開平4−273246号公報や日本国特開平5−41343号公報、及びこれらに対応する米国出願第841,833号(出願日:1992年2月26日)に開示されており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて上記公報及び米国出願の開示を援用して本文の記載の一部とする。   Further, the alignment sensor 63 and the position detection device 74 irradiate the characteristic adjustment marks formed on the wafers 11, 11 </ b> A to 11 </ b> C or the alignment marks on the wafer W with broadband illumination light and are reflected by the wafers. The indicator marks 14a and 14b are illuminated with the light. However, an illumination system for the index mark may be provided separately from the illumination system that illuminates the mark on the wafer. An alignment sensor having an illumination system for index marks is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-273246 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41343, and US Application No. 841,833 (application date) corresponding thereto. : February 26, 1992), and the description in the main text is incorporated with the disclosure of the above publication and US application to the extent permitted by the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country of choice. Part.

更に、前述の各実施の形態では特性調整用のマークを計測専用のウエハ11,11A〜11Cに形成したため、特性調整用のマークの製造に用いられる露光装置では搬送機構やウエハホルダ等の改良を行う必要がなく、図14の投影露光装置や図16の重ね合わせ誤差測定装置では特別な搬送機構を設けることなく、ウエハローダによって計測用ウエハをXYステージ上に載置することが可能となっている。しかしながら、特性調整用のマークはウエハ以外のプレートに形成してもよく、更にはオペレータ等によってそのプレートをXYステージ上の試料台59,71に対して着脱するようにしてもよい。なお、特性調整用のマークが形成されるプレートがウエハでなくとも、その形状や大きさが図14の投影露光装置や図16の重ね合わせ誤差測定装置に搬入される基板(ウエハ等)と同一であれば、ウエハローダによってそのプレートをXYステージ上に載置することができる。また、液晶ディスプレイ等の製造に用いられる露光装置では角形基板を用いるため、特性調整用のマークが形成されるプレートは円形でなく角形となる。更に、特性調整用マークが形成された基準プレートをXYステージの一部に固定しておき、定期的、又は位置検出装置内での絞りの交換等に応じてその調整を行うようにしてもよい。この場合、計測専用のウエハを使用するのに比べてその計測に要する時間を短縮することができる。   Furthermore, since the characteristic adjustment marks are formed on the measurement-dedicated wafers 11 and 11A to 11C in the above-described embodiments, the exposure mechanism used for manufacturing the characteristic adjustment marks improves the transport mechanism, the wafer holder, and the like. There is no need, and the projection exposure apparatus of FIG. 14 and the overlay error measurement apparatus of FIG. 16 can place the measurement wafer on the XY stage by the wafer loader without providing a special transport mechanism. However, the characteristic adjustment mark may be formed on a plate other than the wafer, and the plate may be attached to and detached from the sample tables 59 and 71 on the XY stage by an operator or the like. Even if the plate on which the characteristic adjustment mark is formed is not a wafer, the shape and size thereof are the same as those of the substrate (wafer or the like) carried into the projection exposure apparatus in FIG. 14 or the overlay error measurement apparatus in FIG. If so, the wafer loader can place the plate on the XY stage. In addition, since an exposure apparatus used for manufacturing a liquid crystal display or the like uses a rectangular substrate, a plate on which a characteristic adjustment mark is formed is not circular but rectangular. Furthermore, the reference plate on which the characteristic adjustment mark is formed may be fixed to a part of the XY stage, and the adjustment may be performed periodically or in accordance with replacement of the diaphragm in the position detection device. . In this case, the time required for the measurement can be shortened as compared with the case where a measurement-dedicated wafer is used.

また、図1の位置検出装置では少なくとも1つの光学素子を移動して照明系や結像光学系の光学特性を調整するものとしたが、その少なくとも1つの光学素子の移動と併用して、あるいは単独で、位置検出装置の一部(光学素子)を別の光学素子に交換するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態の露光装置(投影露光装置)は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、投影光学系を保持する架台に一体に設けられる金物に図1に示した位置検出装置を組み込んで配線等の接続を行うと共に、前述の各実施の形態で説明したようにその光学調整を行い、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
Further, in the position detection apparatus of FIG. 1, at least one optical element is moved to adjust the optical characteristics of the illumination system and the imaging optical system, but in combination with the movement of the at least one optical element, or A part of the position detection device (optical element) may be replaced with another optical element by itself.
In addition, the exposure apparatus (projection exposure apparatus) of the above embodiment includes an illumination optical system composed of a plurality of lenses, a pedestal that holds the projection optical system by incorporating the projection optical system into the exposure apparatus body and performing optical adjustment. 1 is incorporated into a hardware integrally provided with a wire, and wiring and the like are connected to each other, and optical adjustment is performed as described in each of the above-described embodiments, so that a reticle made up of a large number of mechanical parts. It can be manufactured by attaching a stage or wafer stage to the exposure apparatus main body, connecting wiring and piping, and further performing general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

更に、上記の実施の形態の露光装置を用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいたレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを制作するステップ、前述した実施の形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、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。   Further, when a semiconductor device is manufactured on a wafer using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, silicon A step of producing a wafer from a material, a step of performing alignment with the exposure apparatus of the above-described embodiment and exposing a reticle pattern onto the wafer, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, etc. It is manufactured through.

また、本発明は、投影露光装置のアライメントセンサや、重ね合わせ誤差測定装置のみならず、それ以外の種々の計測原理の検査測定器等のキャリブレーションを行う場合にも適用することができる。例えば原子間力顕微鏡(AFM)等を用いた走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope )等の電子光学系等の調整を行う場合にも、本発明を適用することができる。   Further, the present invention can be applied not only to the calibration of not only an alignment sensor of a projection exposure apparatus and an overlay error measuring apparatus but also an inspection measuring instrument of various other measurement principles. For example, the present invention can also be applied when adjusting an electron optical system such as a scanning probe microscope using an atomic force microscope (AFM) or the like.

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約をそれぞれ含む1998年2月9日付け提出の日本国特許出願第10−27474号、1998年2月16日付け提出の日本国特許出願第10−32788号、並びに1998年3月31日付け提出の日本国特許出願第10−85858号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention. In addition, Japanese Patent Application No. 10-27474 filed on February 9, 1998 and Japanese Patent Application No. filed on February 16, 1998, each including a description, claims, drawings, and abstract, respectively. The entire disclosures of Japanese Patent Application No. 10-32788 and Japanese Patent Application No. 10-85858 filed on March 31, 1998 are incorporated herein by reference in their entirety.

本発明の測定方法又は調整方法によれば、特性計測用のマークを容易に正確に形成できる。従って、例えば半導体素子等のデバイスを製造する際に使用される露光装置に備えられたアライメントセンサ等の位置検出装置をその特性計測用のマークを用いて高精度に調整でき、重ね合わせ精度等が向上するため、高機能の半導体デバイス等のデバイスを高い歩留りで量産することができる。   According to the measuring method or the adjusting method of the present invention, the mark for characteristic measurement can be easily and accurately formed. Therefore, for example, a position detection device such as an alignment sensor provided in an exposure apparatus used when manufacturing a device such as a semiconductor element can be adjusted with high accuracy using the mark for measuring its characteristics, and overlay accuracy and the like can be improved. In order to improve, devices, such as a highly functional semiconductor device, can be mass-produced with a high yield.

本発明の第1の実施の形態の位置検出装置を示す一部を断面図とした構成図である。It is the block diagram which made the cross section the part which shows the position detection apparatus of the 1st Embodiment of this invention. その実施の形態で調整用に使用されるウエハ上の複数の格子状マークを示す平面図である。It is a top view which shows the several grid-like mark on the wafer used for adjustment in the embodiment. 図2中の検出用の光学系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows the mark for characteristic adjustment of the optical system for a detection in FIG. 2, and the image signal obtained from the image of this mark. 図2中の照明系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows the mark for characteristic adjustment of the illumination system in FIG. 2, and the image signal obtained from the image of this mark. 本発明の第2の実施の形態で調整用に使用されるウエハ上の複数対の被検マークを示す平面図である。It is a top view showing a plurality of pairs of test marks on a wafer used for adjustment in a 2nd embodiment of the present invention. 図5中の2対のボックス・イン・ボックスマーク28A,28Bを示す拡大平面図である。FIG. 6 is an enlarged plan view showing two pairs of box-in-box marks 28A and 28B in FIG. 図5中の照明系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows the mark for characteristic adjustment of the illumination system in FIG. 5, and the image signal obtained from the image of this mark. その第2の実施の形態で調整用に使用できる別のマークの例を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows the example of another mark which can be used for adjustment in the 2nd Embodiment. その第2の実施の形態で調整用に使用できる別のウエハ上の複数対の被検マークを示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a plurality of pairs of test marks on another wafer that can be used for adjustment in the second embodiment. 図9中の一対のマーク29X、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows a pair of mark 29X in FIG. 9, and the image signal obtained from the image of this mark. 本発明の第3の実施の形態で調整用に使用されるウエハ上の複数の評価用マークを示す平面図である。It is a top view which shows the several mark for evaluation on the wafer used for adjustment in the 3rd Embodiment of this invention. 図11中の検出用の光学系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows the mark for characteristic adjustment of the optical system for a detection in FIG. 11, and the image signal obtained from the image of this mark. 図11中の照明系の特性調整用のマーク、及びこのマークの像より得られる画像信号を示す図である。It is a figure which shows the mark for characteristic adjustment of the illumination system in FIG. 11, and the image signal obtained from the image of this mark. 図1の位置検出装置をアライメントセンサとして備えた投影露光装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the projection exposure apparatus provided with the position detection apparatus of FIG. 1 as an alignment sensor. (a)は図14中のアライメントセンサで検出対象となるウエハマークの一例を示す平面図、(b)はそのアライメントセンサで検出対象となるウエハマークの他の例を示す平面図である。(A) is a top view which shows an example of the wafer mark used as a detection target with the alignment sensor in FIG. 14, (b) is a top view which shows the other example of the wafer mark used as the detection target with the alignment sensor. 図1の位置検出装置を備えた重ね合わせ誤差計測装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the overlay error measuring apparatus provided with the position detection apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、3…σ絞り(照明系の開口絞り)、4a,4b…保持部材、5a,5b…σ絞り位置調整機構、10…対物レンズ群、11…調整用のウエハ、13…指標板、16…コマ補正光学系、16a,16b…保持部材、17a,17b…コマ補正光学系調整機構、18…開口絞り、22…撮像素子、23…制御演算系、DM1,DM2…検出用の光学系の特性調整用のマーク、HM1,HM2…照明系の特性調整用のマーク   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3 ... (sigma) diaphragm (aperture stop of illumination system), 4a, 4b ... Holding member, 5a, 5b ... (sigma) diaphragm position adjustment mechanism, 10 ... Objective lens group, 11 ... Wafer for adjustment, 13 ... Indicator plate , 16: Frame correction optical system, 16a, 16b: Holding member, 17a, 17b: Frame correction optical system adjustment mechanism, 18: Aperture stop, 22: Imaging element, 23: Control operation system, DM1, DM2: Optical for detection System characteristic adjustment marks, HM1, HM2, ... Illumination system characteristic adjustment marks

Claims (35)

検出光学系を介してマークを検出する検出装置の、該検出光学系の収差を測定する測定方法であって、
第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、該第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークに対して、照明光を照射し、
前記照明光で照明された前記被検マークからの光束を、前記検出光学系を介して所定面上に集光して、前記所定面上に前記被検マークの像を形成し、
前記所定面上に形成された前記被検マークの像に基づいて、前記被検マークの前記第1パターン部と前記第2パターン部との間隔情報を計測し、
前記被検マークの計測結果に基づいて、前記検出光学系の所定の光学特性を測定することを特徴とする測定方法。
A measurement method for measuring an aberration of a detection optical system of a detection device that detects a mark via a detection optical system,
A test mark in which a first pattern portion including a pattern having a first width and a second pattern portion including a pattern having a second width narrower than the first width are arranged adjacent to each other in the measurement direction. On the other hand, illuminate the illumination light,
Condensing the light beam from the test mark illuminated with the illumination light on a predetermined surface via the detection optical system, and forming an image of the test mark on the predetermined surface,
Based on the image of the test mark formed on the predetermined surface , the interval information between the first pattern portion and the second pattern portion of the test mark is measured,
A measurement method characterized by measuring a predetermined optical characteristic of the detection optical system based on a measurement result of the test mark.
前記第1パターン部は、前記第1の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第2パターン部は、前記第2の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項1に記載の測定方法。
The first pattern portion is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the first width,
The measurement method according to claim 1, wherein the second pattern portion is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the second width.
前記被検マークは、前記第1パターン部と前記第2パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1 or 2, wherein the test mark includes the first pattern portion and the second pattern portion that are alternately arranged in the measurement direction. 前記被検マークは、前記計測方向に、前記第1パターン部、前記第2パターン部、前記第1パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の測定方法。   The measurement method according to claim 3, wherein the test mark is arranged in the measurement direction in the order of the first pattern portion, the second pattern portion, and the first pattern portion. 前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the test mark has line symmetry with respect to a central axis along a non-measurement direction orthogonal to the measurement direction. 前記被検マークは、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第1方向測定用のマークと、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第2方向測定用のマークと、を含むことを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の測定方法。
The test mark is
A first direction measurement mark in which the first pattern portion and the second pattern portion are alternately arranged in the measurement direction;
The said 1st pattern part and the said 2nd pattern part include the mark for the 2nd direction measurement alternately arrange | positioned in the direction orthogonal to the said measurement direction, The Claim 1 to 5 characterized by the above-mentioned. The measuring method as described in any one.
凹部と凸部とが計測方向に交互に周期的に配列されたパターンから成る第3パターン部と、前記凹部と前記凸部とを反転した形状のパターンから成る第4パターン部とが計測方向に互いに平行に隣接配置されている第2被検マークに対して、照明光を照射し、
前記照明光で照明された前記第2被検マークからの光束を、前記検出光学系を介して所定面上に集光して、前記所定面上に前記第2被検マークの像を形成し、
前記所定面上に形成された前記第2被検マークの像に基づいて、前記第2被検マークを計測し、
前記第2被検マークの計測結果に基づいて、前記第2被検マークに対して前記照明光を照明する照明系の特性を測定することを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の測定方法。
A third pattern portion composed of a pattern in which concave portions and convex portions are alternately arranged periodically in the measurement direction, and a fourth pattern portion composed of a pattern having a shape obtained by inverting the concave portion and the convex portion in the measurement direction. Irradiate illumination light to the second test marks arranged adjacent to each other in parallel,
The light beam from the second test mark illuminated with the illumination light is condensed on a predetermined surface via the detection optical system, and an image of the second test mark is formed on the predetermined surface. ,
Based on the image of the second test mark formed on the predetermined surface, the second test mark is measured,
The characteristic of the illumination system which illuminates the said illumination light with respect to the said 2nd test mark based on the measurement result of the said 2nd test mark is characterized by the above-mentioned. The measuring method as described in.
前記被検マークとして、計測専用のウエハに形成されているマーク、試料台に着脱可能なプレートに形成されているマーク、又はステージの一部に固定された基準プレートに形成されているマーク、を使用することを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の測定方法。   As the test mark, a mark formed on a measurement-dedicated wafer, a mark formed on a plate detachable from a sample stage, or a mark formed on a reference plate fixed to a part of a stage, It uses, The measuring method as described in any one of Claim 1 to 7 characterized by the above-mentioned. 広帯域の照明光で前記被検マークを照明することを特徴とする請求項1から8の何れか一項に記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the test mark is illuminated with broadband illumination light. 前記所定の光学特性はコマ収差であり、
請求項1から9の何れか一項に記載の測定方法を用いて測定された前記コマ収差に基づいて、前記検出光学系を調整することを特徴とする調整方法。
The predetermined optical property is coma,
An adjustment method comprising adjusting the detection optical system based on the coma aberration measured using the measurement method according to claim 1.
前記所定の光学特性は非対称収差であり、
請求項1から9の何れか一項に記載の測定方法を用いて測定された前記非対称収差に基づいて、前記検出光学系を調整することを特徴とする調整方法。
The predetermined optical property is asymmetrical aberration;
An adjustment method, comprising: adjusting the detection optical system based on the asymmetric aberration measured using the measurement method according to claim 1.
前記検出光学系内に設けられたコマ補正光学系の位置を調整して、前記検出光学系を調整することを特徴とする請求項10又は11に記載の調整方法。   12. The adjustment method according to claim 10, wherein the detection optical system is adjusted by adjusting a position of a frame correction optical system provided in the detection optical system. 請求項7に記載の測定方法を用いて測定された前記照明系の特性に基づいて、前記検出装置の前記照明系内に設けられたσ絞りの位置を調整することを特徴とする調整方法。   8. An adjustment method, comprising: adjusting a position of a σ stop provided in the illumination system of the detection device based on characteristics of the illumination system measured using the measurement method according to claim 7. 前記検出装置は、画像処理方式のアライメントセンサであることを特徴とする請求項10から13の何れか一項に記載の調整方法。   The adjustment method according to claim 10, wherein the detection device is an image processing type alignment sensor. 前記検出装置は、画像処理方式の重ね合わせ誤差測定装置であることを特徴とする請求項10から13の何れか一項に記載の調整方法。   The adjustment method according to claim 10, wherein the detection device is an image processing type overlay error measurement device. 照明されたマークから生じる光束に基づいて該マークを検出する検出装置の特性を測定するための被検マークを備えたマーク物体であって、
前記被検マークは、
第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、
該第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とを含み、
前記第1及び第2パターン部は、間隔情報を計測するために、計測方向に隣接配置されていることを特徴とするマーク物体。
A mark object comprising a test mark for measuring the characteristics of a detection device that detects the mark based on a light beam generated from an illuminated mark,
The test mark is
A first pattern portion including a pattern having a first width;
A second pattern portion including a pattern having a second width narrower than the first width,
The mark object, wherein the first and second pattern portions are arranged adjacent to each other in the measurement direction in order to measure interval information .
前記第1パターン部は、前記第1の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第2パターン部は、前記第2の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項16に記載のマーク物体。
The first pattern portion is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the first width,
The mark object according to claim 16, wherein the second pattern portion is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the second width.
前記被検マークは、前記第1パターン部と前記第2パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項16又は17に記載のマーク物体。   The mark object according to claim 16 or 17, wherein the test mark has the first pattern portion and the second pattern portion arranged alternately in the measurement direction. 前記被検マークは、前記計測方向に、前記第1パターン部、前記第2パターン部、前記第1パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項18に記載のマーク物体。   The mark object according to claim 18, wherein the test mark is arranged in the measurement direction in the order of the first pattern portion, the second pattern portion, and the first pattern portion. 前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項16から19の何れか一項に記載のマーク物体。   The mark object according to any one of claims 16 to 19, wherein the test mark has line symmetry with respect to a central axis along a non-measurement direction orthogonal to the measurement direction. 前記被検マークは、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第1方向測定用のマークと、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第2方向測定用のマークと、を備えていることを特徴とする請求項16から20の何れか一項に記載のマーク物体。
The test mark is
A first direction measurement mark in which the first pattern portion and the second pattern portion are alternately arranged in the measurement direction;
The first pattern portion and the second pattern portion are provided with second direction measurement marks alternately arranged in a direction orthogonal to the measurement direction. The marked object according to any one of 20.
前記被検マークは、前記マークから生じる光束を受光する前記検出装置の検出光学系の収差を測定するためのマークであることを特徴とする請求項16から21の何れか一項に記載のマーク物体。   The mark according to any one of claims 16 to 21, wherein the test mark is a mark for measuring an aberration of a detection optical system of the detection device that receives a light beam generated from the mark. object. 凹部と凸部とが計測方向に交互に周期的に配列されたパターンから成る第3パターン部と、前記凹部と前記凸部とを反転した形状のパターンから成る第4パターン部とが前記計測方向に互いに平行に隣接配置されている第2被検マークを更に有することを特徴とする請求項16から22の何れか一項に記載のマーク物体。   A third pattern portion composed of a pattern in which concave portions and convex portions are alternately arranged alternately in the measurement direction, and a fourth pattern portion composed of a pattern having a shape obtained by inverting the concave portion and the convex portion in the measurement direction. The mark object according to any one of claims 16 to 22, further comprising second test marks arranged adjacent to each other in parallel. 前記マーク物体は、計測専用の基板、試料台に着脱可能なプレート、又は検出装置のステージの一部に固定された基準プレートであることを特徴とする請求項16から23の何れか一項に記載のマーク物体。   24. The mark object according to any one of claims 16 to 23, wherein the mark object is a measurement-dedicated substrate, a plate detachable from a sample stage, or a reference plate fixed to a part of a stage of a detection apparatus. Marked object described. 検出光学系を介してマークを検出する検出装置であって、
第1の幅を持つパターンを含む第1パターン部と、該第1の幅よりも狭い第2の幅を持つパターンを含む第2パターン部とが計測方向に隣接配置されている被検マークを前記検出光学系を介して撮像し、その撮像結果に基づいて該検出光学系の所定の光学特性が調整されていることを特徴とする検出装置。
A detection device for detecting a mark via a detection optical system,
A test mark in which a first pattern portion including a pattern having a first width and a second pattern portion including a pattern having a second width smaller than the first width are arranged adjacent to each other in the measurement direction. A detection apparatus characterized in that imaging is performed through the detection optical system, and predetermined optical characteristics of the detection optical system are adjusted based on the imaging result.
前記第1パターン部は、前記第1の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであり、
前記第2パターン部は、前記第2の幅を持つラインパターンを複数含む格子状パターンであることを特徴とする請求項25に記載の検出装置。
The first pattern portion is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the first width,
26. The detection device according to claim 25, wherein the second pattern unit is a lattice pattern including a plurality of line patterns having the second width.
前記被検マークは、前記第1パターン部と前記第2パターン部とが前記計測方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項25又は26に記載の検出装置。   27. The detection device according to claim 25, wherein the test mark includes the first pattern portion and the second pattern portion arranged alternately in the measurement direction. 前記被検マークは、前記計測方向に、前記第1パターン部、前記第2パターン部、前記第1パターン部の順に配置されていることを特徴とする請求項27に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 27, wherein the test mark is arranged in the measurement direction in the order of the first pattern portion, the second pattern portion, and the first pattern portion. 前記被検マークは、前記計測方向と直交する非計測方向に沿った中心軸に対する線対称性を有することを特徴とする請求項25から28の何れか一項に記載の検出装置。   The detection device according to any one of claims 25 to 28, wherein the test mark has line symmetry with respect to a central axis along a non-measurement direction orthogonal to the measurement direction. 前記被検マークは、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に交互に配置されている第1方向測定用のマークと、
前記第1パターン部と前記第2パターン部とが、前記計測方向に直交する方向に交互に配置されている第2方向測定用のマークと、を備えていることを特徴とする請求項25から29の何れか一項に記載の検出装置。
The test mark is
A first direction measurement mark in which the first pattern portion and the second pattern portion are alternately arranged in the measurement direction;
The said 1st pattern part and the said 2nd pattern part are equipped with the mark for the 2nd direction measurement arrange | positioned alternately in the direction orthogonal to the said measurement direction, From Claim 25 characterized by the above-mentioned. 30. The detection device according to any one of 29.
前記所定の光学特性は、前記検出光学系の収差であることを特徴とする請求項25から30の何れか一項に記載の検出装置。   31. The detection apparatus according to claim 25, wherein the predetermined optical characteristic is an aberration of the detection optical system. 前記検出装置は、画像処理方式のアライメントセンサであることを特徴とする請求項25から31の何れか一項に記載の検出装置。   32. The detection device according to claim 25, wherein the detection device is an image processing type alignment sensor. 前記検出装置は、画像処理方式の重ね合わせ誤差測定装置であることを特徴とする請求項25から31の何れか一項に記載の検出装置。   32. The detection apparatus according to claim 25, wherein the detection apparatus is an image processing type overlay error measurement apparatus. 前記検出装置は、前記被検マークが形成された基準プレートを有することを特徴とする請求項25から33の何れか一項に記載の検出装置。   The detection device according to any one of claims 25 to 33, wherein the detection device includes a reference plate on which the test mark is formed. 前記被検マークは、前記検出装置で計測可能な計測専用のウエハ、又は試料台に着脱可能なプレートに形成されていることを特徴とする請求項25から33の何れか一項に記載の検出装置。   The detection mark according to any one of claims 25 to 33, wherein the test mark is formed on a measurement-dedicated wafer that can be measured by the detection device, or a plate that can be attached to and detached from a sample stage. apparatus.
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