JPH10172900A - Exposure apparatus - Google Patents

Exposure apparatus

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Publication number
JPH10172900A
JPH10172900A JP8342550A JP34255096A JPH10172900A JP H10172900 A JPH10172900 A JP H10172900A JP 8342550 A JP8342550 A JP 8342550A JP 34255096 A JP34255096 A JP 34255096A JP H10172900 A JPH10172900 A JP H10172900A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection
mark
wafer
area
alignment
Prior art date
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Pending
Application number
JP8342550A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Mizutani
真士 水谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH10172900A publication Critical patent/JPH10172900A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep high throughput and also maintain precise alignment accuracy even when foreign particles, etc., adhere to a surface of a photosensitive substrate. SOLUTION: An alignment sensor with a detection area equal to an alignment mark on a wafer W and a focus sensor for detecting defocus in the area by illuminating the area are built in a sensor unit 16. The sensor unit 16 measures the out-of-forcus for detection of the alignment. In a main control device 24, a shot arrangement of the wafer W is computed by EGA(Enhanced Global Alignment), so called, using only the measurement result of mark positions with the defocus within the prescribed range. The exposure position of a shot area is determined to expose a reticle pattern.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に係り、
更に詳しくは、例えば半導体素子や液晶表示素子等の製
造のためのフォトリソグラフィ工程で使用される露光装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus,
More specifically, the present invention relates to an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor element or a liquid crystal display element.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル等(以下、「レチクル」と総称する)のパターン
の像を投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ又
はガラスプレート等の基板(以下、「ウエハ」と総称す
る)上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用
されている。この種の投影露光装置として近年は、ウエ
ハを2次元的に移動自在なステージ上に載置し、このス
テージによりウエハを歩進(ステッピング)させて、レ
チクルのパターンの像をウエハ上の各ショット領域に順
次露光する動作を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置、特に、縮小投影型の露光装置
(ステッパー)が比較的多く用いられている。
2. Description of the Related Art When a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, an image of a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a "reticle") is exposed to a photosensitive material through a projection optical system. There is used a projection exposure apparatus that projects onto each shot area on a substrate such as a wafer or a glass plate (hereinafter, collectively referred to as a “wafer”) on which is coated. In recent years, as a projection exposure apparatus of this type, a wafer is mounted on a two-dimensionally movable stage, and the wafer is moved (stepped) by this stage, and an image of a reticle pattern is shot on each wafer. 2. Description of the Related Art A so-called step-and-repeat type exposure apparatus that repeats an operation of sequentially exposing an area, particularly, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) is relatively frequently used.

【0003】例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて露光することにより形成される。
そして、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、ウエハ上の既に形成された回路パターン
とレチクルのパターンの像との位置合わせ、即ちウエハ
とレチクルとの位置合わせ(アライメント)を精確に行
う必要がある。このアライメントのためにウエハ上には
既存の回路パターンと共に位置検出用のマーク(アライ
メントマーク)が形成されており、このマークをアライ
メントセンサにより位置検出することで回路パターンの
位置を正確に認識することができる。
[0003] For example, semiconductor elements are formed by superposing and exposing a multi-layer circuit pattern on a wafer.
Then, when projecting and exposing the circuit pattern of the second and subsequent layers on the wafer, the alignment between the already formed circuit pattern on the wafer and the image of the reticle pattern, that is, the alignment between the wafer and the reticle (alignment) ) Must be performed accurately. For this alignment, a mark for position detection (alignment mark) is formed on the wafer together with the existing circuit pattern, and the position of the circuit pattern can be accurately recognized by detecting the position of the mark with an alignment sensor. Can be.

【0004】ウエハが載置されるステージ(以下、「ウ
エハステージ」と称する)の位置は、レーザ干渉計を用
いて精密に計測され、アライメント時のステージの位置
を正確に計測すると共に、ウエハ上の各ショット領域を
正しく露光位置に合わせるようにステージ位置を合わせ
込んで、重ね合わせ露光が行われる。
[0004] The position of a stage on which a wafer is mounted (hereinafter, referred to as a "wafer stage") is precisely measured using a laser interferometer, and the position of the stage during alignment is accurately measured. The overlay exposure is performed by adjusting the stage position so that each shot area is correctly aligned with the exposure position.

【0005】また、従来の露光装置には、露光フィール
ドサイズ程度の範囲でフォーカス計測(ウエハ表面の投
影光学系の光軸方向位置の計測)を行い、その範囲の平
均的なフォーカス位置にウエハ表面の光軸方向位置を調
整するオートフォーカス装置が装備されていた。このオ
ートフォーカス装置によるフォーカス計測結果を用いれ
ばウエハ等の被露光基板の平面度測定を行なうことが可
能であった。
In a conventional exposure apparatus, focus measurement (measurement of the position of the projection optical system in the optical axis direction on the wafer surface) is performed in a range of about the exposure field size, and the wafer surface is positioned at an average focus position in that range. Was equipped with an autofocus device for adjusting the position in the optical axis direction. The flatness of a substrate to be exposed, such as a wafer, can be measured by using the focus measurement result obtained by the autofocus device.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光及びそ
の後のプロセス等によりウエハの表面の荒れの程度は変
化し、また、ウエハ上の層(レイヤ)によってアライメ
ントマーク(ウエハマーク)と周辺の下地との段差が異
なる場合があるため、アライメントマークの位置を正確
に検出してアライメントを正確に行なうためには、アラ
イメントセンサの検出領域をその対物レンズの焦点面に
一致させる(焦点合わせする)必要があった。
Incidentally, the degree of roughness of the wafer surface changes due to the exposure and subsequent processes, and the alignment mark (wafer mark) and the surrounding base material are changed depending on the layer on the wafer. In order to accurately detect the position of the alignment mark and perform accurate alignment, the detection area of the alignment sensor needs to match (focus) the focal plane of the objective lens. there were.

【0007】しかしながら、露光フィールドサイズ程度
の範囲でフォーカス計測を行い、露光フィールドの平均
的なフォーカス位置にフォーカス調整される上記従来の
オートフォース装置にあっては、アライメントセンサに
よる検出領域程度の微小領域での真のデフォーカス量を
計測してこの微小領域の焦点調整を正確に行なうことは
困難であった。
However, in the above-described conventional auto-force apparatus in which focus measurement is performed within a range of about the exposure field size and focus is adjusted to an average focus position of the exposure field, a small area about the detection area by the alignment sensor is used. It has been difficult to measure the true defocus amount and accurately adjust the focus of this minute area.

【0008】また、ステップ・アンド・リピート方式
(又はステップ・アンド・スキャン方式)の露光装置で
は、レチクルのパターンの投影像とウエハ上のショット
領域のチップパターンとの位置合わせを行なうため、例
えば特開昭61−44429号等に開示されるような、
ウエハ上の特定の複数のショット(サンプルショット)
に付設されたアライメントマークの位置をアライメント
センサを用いて計測し、この実測値と各ショット配列の
設計値とに基づいて最小自乗法を用いた統計処理により
ウエハ上の全てのショット配列座標を求めるエンハンス
ト・グローバル・アライメント(以下「EGA」とい
う)が採用される場合が多い。
In a step-and-repeat type (or step-and-scan type) exposure apparatus, a projection image of a reticle pattern is aligned with a chip pattern in a shot area on a wafer. As disclosed in, for example, Kaikai 61-44429,
Specific multiple shots on the wafer (sample shots)
The position of the alignment mark attached to the wafer is measured using an alignment sensor, and all shot array coordinates on the wafer are obtained by statistical processing using the least squares method based on the measured value and the design value of each shot array. In many cases, enhanced global alignment (hereinafter, referred to as “EGA”) is employed.

【0009】しかしながら、前述したように従来のオー
トフォーカス装置ではアライメントセンサによる検出領
域程度の微小領域での真のデフォーカス量を計測してこ
の微小領域の焦点調整を正確に行なうことは困難であっ
たことから、その表面に塵等の異物が付着したアライメ
ントマーク領域や、ウエハ表面の荒れのためアライメン
トマーク領域内の各マーク間(マルチマークの場合)に
著しい段差が生じているショット領域を上記サンプルシ
ョットとして選択する等の不都合が生じるおそれがあ
り、かかる場合にアライメントマークの位置計測誤差が
発生し、結果的にEGAにより求められるショット配列
座標に誤差が発生するという不都合が合った。
However, as described above, it is difficult for the conventional autofocus apparatus to measure the true defocus amount in a minute area of about the detection area by the alignment sensor and accurately adjust the focus of the minute area. Therefore, the alignment mark area where foreign matter such as dust adheres to the surface thereof or the shot area where a marked step is generated between each mark (in the case of multi-mark) in the alignment mark area due to the rough surface of the wafer are described above. There is a possibility that inconvenience such as selection as a sample shot may occur. In such a case, a position measurement error of the alignment mark occurs, and as a result, an error occurs in shot array coordinates obtained by EGA.

【0010】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項1ないし3に記載の発明の目的は、スループ
ットを高く維持出来るとともに、感光基板表面に異物等
が付着した場合にも重ね合わせ精度を高精度に維持する
ことができる露光装置を提供することにある。
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the invention described in claims 1 to 3 is to maintain a high throughput, and to superimpose even a foreign substance or the like adheres to the surface of a photosensitive substrate. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of maintaining alignment accuracy with high accuracy.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、感光基板(W)を所定の露光位置に順次位置決めし
つつ、マスク(R)に形成されたパターンの像を投影光
学系(PL)を介して前記感光基板(W)上の複数のシ
ョット領域(SA)に順次露光する露光装置であって、
前記感光基板(W)上の各ショット領域に付設された位
置合わせ用マーク領域と同程度の検出領域(86B、8
6C)を有し、前記検出領域(86B、86C)内に位
置する位置合わせ用マーク(90X、90Y)の位置を
検出するマーク位置検出手段(30〜66、68X、6
8Y、18)と;前記検出領域(86B、86C)に光
ビームを照射しその反射光を受光することにより、その
領域の合焦面に対するずれを検出するとともに、そのず
れ量に基づいて前記感光基板(W)の光軸方向(Z方
向)の位置を調整する合焦手段(32、38〜52、7
0から78、14、22、24)と;前記合焦手段で検
出されたずれ量が所定範囲内にある、前記マーク検出手
段により合焦状態にて検出された位置合わせ用マークの
位置の検出結果のみを用い、当該検出結果と設計上のシ
ョット領域の配列データとに基づいて前記感光基板上の
前記複数ショット領域の配列を最小自乗法を用いた統計
処理により演算する演算手段(24)とを有する。
According to the first aspect of the present invention, an image of a pattern formed on a mask (R) is projected onto a projection optical system (W) while a photosensitive substrate (W) is sequentially positioned at a predetermined exposure position. An exposure apparatus for sequentially exposing a plurality of shot areas (SA) on the photosensitive substrate (W) via the PL)
A detection area (86B, 8B) which is approximately the same as the alignment mark area provided to each shot area on the photosensitive substrate (W)
6C) and a mark position detecting means (30-66, 68X, 6) for detecting the position of the alignment mark (90X, 90Y) located in the detection area (86B, 86C).
8Y, 18); irradiating the detection area (86B, 86C) with a light beam and receiving the reflected light to detect a shift of the area with respect to the in-focus surface and based on the shift amount, Focusing means (32, 38 to 52, 7) for adjusting the position of the substrate (W) in the optical axis direction (Z direction)
0 to 78, 14, 22, 24); detection of the position of the alignment mark detected in the in-focus state by the mark detection means, wherein the shift amount detected by the focus means is within a predetermined range. Calculating means (24) for calculating an array of said plurality of shot areas on said photosensitive substrate by statistical processing using a least square method based on said detection results and array data of shot areas in a design, using only the result; Having.

【0012】これによれば、露光に先立って、感光基板
上の各ショット領域に付設された位置合わせマーク領域
がマーク位置検出手段の検出領域に位置決めされる度毎
に、その位置合わせマークの位置が順次マーク位置検出
手段によって検出される。この検出の都度検出に先立っ
て、合焦手段では前記検出領域に光ビームを照射しその
反射光を受光することにより、その領域の合焦面に対す
るずれを検出し、そのずれ量に基づいて感光基板の光軸
方向の位置を調整する。すなわち、合焦手段により感光
基板表面の位置が調整され合焦状態にて各ショット領域
に付設された位置合わせ用マークの位置が検出される。
According to this, prior to exposure, each time the alignment mark area provided to each shot area on the photosensitive substrate is positioned in the detection area of the mark position detection means, the position of the alignment mark is determined. Are sequentially detected by the mark position detecting means. Prior to each detection, the focusing unit irradiates the detection area with a light beam and receives the reflected light to detect a shift of the area with respect to the focus plane, and based on the amount of the shift, Adjust the position of the substrate in the optical axis direction. In other words, the position of the photosensitive substrate surface is adjusted by the focusing means, and the position of the alignment mark attached to each shot area in the focused state is detected.

【0013】そして、演算手段では、合焦手段で検出さ
れたずれ量が所定範囲内にある、マーク検出手段により
合焦状態にて検出された位置合わせ用マークの位置の検
出結果のみを用い、当該検出結果と設計上のショット領
域の配列データとに基づいて感光基板上の複数のショッ
ト領域の配列を最小自乗法を用いた統計処理により演算
する。
The calculating means uses only the detection result of the position of the alignment mark detected in the in-focus state by the mark detecting means, wherein the shift amount detected by the focusing means is within a predetermined range, The arrangement of a plurality of shot areas on the photosensitive substrate is calculated by statistical processing using the least squares method based on the detection result and the designed arrangement data of the shot areas.

【0014】このため、塵等の異物が付着して合焦手段
で検出されたずれ量が所定範囲外となる位置合わせ用マ
ークの位置の検出結果はショット配列の演算の基礎デー
タから除外され、異物の付着等がなく、合焦手段で検出
されたずれ量が所定範囲内となる位置合わせ用マークの
位置の検出結果のみがショット配列の演算の基礎データ
となるので、演算手段により演算されたショット領域の
配列は異物の付着等に起因する誤差のない正確なものと
なる。
For this reason, the detection result of the position of the alignment mark in which the foreign matter such as dust adheres and the shift amount detected by the focusing means is out of the predetermined range is excluded from the basic data of the shot array calculation. Since only the detection result of the position of the alignment mark in which the amount of displacement detected by the focusing means is within a predetermined range without the attachment of foreign matter or the like becomes the basic data of the calculation of the shot array, it was calculated by the calculating means. The arrangement of the shot areas is accurate without any error due to the attachment of foreign matter and the like.

【0015】そして、この演算されたショット領域の配
列データに基づいて、感光基板が所定の露光位置に順次
位置決めされ、マスクに形成されたパターンの像が投影
光学系を介して感光基板上の複数のショット領域に順次
露光される。
Then, based on the calculated array data of the shot areas, the photosensitive substrate is sequentially positioned at a predetermined exposure position, and an image of a pattern formed on the mask is transferred to a plurality of images on the photosensitive substrate via a projection optical system. Are sequentially exposed.

【0016】従って、各ショット領域の露光の度毎に位
置合わせ用マークの位置検出を行なういわゆるダイ・バ
イ・ダイ方式の場合等に比べて高いスループットを維持
しつつ、感光基板表面に異物等が付着した場合にも重ね
合わせ精度を高精度に維持することが可能になる。
Therefore, foreign matter and the like can be kept on the surface of the photosensitive substrate while maintaining a higher throughput than in the case of the so-called die-by-die method in which the position of the alignment mark is detected every time each shot area is exposed. Even when they adhere, it is possible to maintain the overlay accuracy with high accuracy.

【0017】この場合において、予め特定の複数ショ
ットの位置合わせ用マークを検出対象として決め、この
特定の複数ショットの位置合わせ用マークについて合焦
状態で位置検出を順次行い、この中で焦点ずれ量が所定
範囲内となる位置合わせ用マークの検出結果のみを用い
てショット領域の配列を最小自乗法を用いた統計処理に
より演算するようににしても良いが、これに限らず予
め特定の複数ショットの位置合わせ用マークを検出対象
として決め、この検出対象の位置合わせ用マークについ
て(あるいは任意のショット領域の位置合わせ用マーク
について)合焦手段により検出された焦点ずれ量が所定
範囲内となった場合のみ、合焦状態でその位置検出を順
次行い、その位置検出結果が所定数に達した段階で当該
位置検出結果を用いてショット領域の配列を最小自乗法
を用いた統計処理により演算するようにしても良い。
In this case, the positioning marks of a plurality of specific shots are determined in advance as detection targets, and position detection is sequentially performed on the positioning marks of the specific plurality of shots in an in-focus state. The array of shot areas may be calculated by statistical processing using the least squares method using only the detection results of the alignment marks within a predetermined range. However, the present invention is not limited to this. Is determined as a detection target, and the amount of defocus detected by the focusing unit with respect to the detection target alignment mark (or the alignment mark of an arbitrary shot area) is within a predetermined range. Only in this case, the position detection is performed sequentially in the focused state, and when the position detection result reaches a predetermined number, the position detection result is used. The sequence of-shot area may be calculated by statistical processing using the method of least squares.

【0018】上記の場合には、焦点ずれ量が所定範囲
であるか否かを位置検出の際に判断することなく、(感
光基板の移動→焦点位置合わせ(合焦)→位置検出)と
いう処理の繰り返しにより位置合わせマークの位置検出
シーケンスを構成することができ、制御内容が比較的簡
単である反面、検出対象となる位置合わせ用マーク数を
幾分多めに設定する必要があり、また、その検出対象と
して決められた位置合わせ用マークの全てについて計測
がなされるので、計測に時間を要するという特徴があ
る。一方、上記の場合には、焦点ずれ量が所定範囲で
あるか否かを各位置合わせ用マークの位置検出の際に判
断する必要があるため、感光基板の移動→焦点ずれ量の
検出→焦点ずれ量が所定範囲内にあるか否かの判断→焦
点位置合わせ(合焦)→位置検出という処理の繰り返し
となるため、に比べて制御内容が幾分複雑になるが、
位置合わせ用マークの位置検出結果が所定数に達した段
階で計測を終了することができるので、計測時間が殆ど
の場合より短くなり、スループットの向上を期待でき
るという特徴がある。
In the above case, the processing of (movement of photosensitive substrate → focusing (focusing) → position detection) is performed without determining whether or not the defocus amount is within a predetermined range at the time of position detection. The position detection sequence of the alignment mark can be configured by repeating the above, and the control content is relatively simple, but it is necessary to set the number of alignment marks to be detected somewhat larger, and Since the measurement is performed for all the positioning marks determined as the detection targets, it takes a long time to perform the measurement. On the other hand, in the above case, it is necessary to determine whether or not the defocus amount is within a predetermined range when detecting the position of each alignment mark. Since the process of judging whether or not the shift amount is within a predetermined range → focus position adjustment (focusing) → position detection is repeated, the control content is somewhat complicated as compared with
Since the measurement can be completed when the number of position detection results of the alignment marks reaches a predetermined number, the measurement time is shorter than in most cases, and an improvement in throughput can be expected.

【0019】この場合において、マーク位置検出手段と
合焦手段とは検出領域を一致させることができれば、そ
れぞれの検出光学系の対物レンズは別々でも構わない
が、請求項2に記載の発明の如く、前記合焦手段は前記
光ビームの照射及びその反射光の受光を前記マーク位置
検出手段と同一の対物光学系(48)を介して行なうよ
うにしても良い。このようにする場合には、対物光学系
の結像特性が変化しても、これに影響されることなく、
位置合わせ用マーク領域の焦点ずれの検出を正確に行な
うことが可能となる。
In this case, as long as the mark position detecting means and the focusing means can match the detection area, the objective lenses of the respective detection optical systems may be different, but as in the second aspect of the present invention. The focusing means may irradiate the light beam and receive the reflected light via the same objective optical system (48) as the mark position detecting means. In this case, even if the imaging characteristic of the objective optical system changes, it is not affected by the change.
It is possible to accurately detect the defocus of the alignment mark area.

【0020】また、合焦手段の検出光学系は、マーク位
置検出手段の検出領域に光ビームを照射しその反射光を
受光することにより、その領域の合焦面に対するずれを
検出することができれば、どのような構成のものでも構
わないが、請求項3に記載の発明の如く、合焦手段は、
反射光を受光する際に該反射光のテレセントリック性を
崩す光学部材(76)を有していても良い。この場合に
は、その光学部材を所定の面に配置するという簡単な構
成で位置合わせ用マーク領域の焦点ずれ(高さ方向の変
位)を再結像された像の横ずれに変換して検出すること
が可能となる。ここで、反射光のテレセントリック性を
崩す光学部材としては、瞳制限用に瞳面に配置された遮
光板や、いわゆる瞳分割フィルタ等を用いることができ
る。
In addition, the detection optical system of the focusing means can detect the displacement of the area with respect to the focusing plane by irradiating the detection area of the mark position detection means with a light beam and receiving the reflected light. The focusing means may be of any configuration, but as in the invention according to claim 3,
An optical member (76) for breaking the telecentricity of the reflected light when receiving the reflected light may be provided. In this case, the focus shift (displacement in the height direction) of the alignment mark area is detected by converting the focus shift (displacement in the height direction) into a lateral shift of the re-imaged image with a simple configuration in which the optical member is arranged on a predetermined surface. It becomes possible. Here, as an optical member that breaks the telecentricity of the reflected light, a light-shielding plate disposed on a pupil surface for pupil restriction, a so-called pupil division filter, or the like can be used.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
ないし図7に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
7 will be described with reference to FIG.

【0022】図1には、一実施形態に係る露光装置10
の概略構成が示されている。この露光装置10は、ステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置(い
わゆるステッパー)である。
FIG. 1 shows an exposure apparatus 10 according to one embodiment.
Is schematically shown. The exposure apparatus 10 is a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (so-called stepper).

【0023】この露光装置10は、マスクとしてのレチ
クルRを露光用照明光で照明する照明系IOPと、レチ
クルRを保持するレチクルステージRSTと、レチクル
Rに形成されたパターンの像を感光基板としてのウエハ
W上に投影する投影光学系PLと、この投影光学系PL
の下方で基準平面(図1のXY平面)内を2次元移動可
能なXYステージ12と、このXYステージ12上に搭
載されウエハWを保持してXY平面に直交するZ軸方向
に微小範囲(例えば100μmの範囲)内で移動可能で
微小角度範囲内で回転可能な試料台14と、ウエハWに
形成された位置検出マークとしてのアライメントマーク
(ウエハマーク)を検出するオフ.アクシス方式のアラ
イメントセンサとフォーカスセンサとが一体化されたセ
ンサユニット16と、このセンサユニット16からの出
力信号に基づいて、後述するようにして焦点位置とアラ
イメントマークの位置を算出するアライメント制御ユニ
ット18と、試料台14のXY平面内の位置を計測する
レーザ干渉計20と、XYステージ12及び試料台14
をそれぞれの移動方向に駆動する駆動系22と、装置全
体を統括的に制御するマイクロコンピュータ(又はミニ
コンピュータ)から成る主制御装置24とを備えてい
る。
The exposure apparatus 10 includes an illumination system IOP for illuminating a reticle R as a mask with exposure illumination light, a reticle stage RST for holding the reticle R, and an image of a pattern formed on the reticle R as a photosensitive substrate. Optical system PL for projecting onto the wafer W, and the optical system PL
An XY stage 12 that can be moved two-dimensionally in a reference plane (XY plane in FIG. 1) below the XY stage 12, and a minute range (in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane while holding the wafer W mounted on the XY stage 12) (For example, within a range of 100 μm) and a sample stage 14 that can rotate within a minute angle range, and an alignment mark (wafer mark) as a position detection mark formed on the wafer W. A sensor unit 16 in which an axis alignment sensor and a focus sensor are integrated, and an alignment control unit 18 for calculating a focus position and an alignment mark position based on an output signal from the sensor unit 16 as described later. A laser interferometer 20 for measuring the position of the sample table 14 in the XY plane, the XY stage 12 and the sample table 14
And a main controller 24 composed of a microcomputer (or minicomputer) for controlling the entire apparatus as a whole.

【0024】照明系IOPは、光源(水銀ランプ又はエ
キシマレーザ等)とフライアイレンズ、リレーレンズ、
コンデンサレンズ等から成る照明光学系とから構成され
る。この照明系IOPは、光源からの露光用の照明光I
LによってレチクルRの下面(パターン形成面)のパタ
ーンCCrを均一な照度分布で照明する。ここで、露光
用照明光ILとしては、水銀ランプのi線等の輝線、又
はKrF、ArF等のエキシマレーザ光等が用いられ
る。
The illumination system IOP includes a light source (such as a mercury lamp or an excimer laser), a fly-eye lens, a relay lens,
And an illumination optical system including a condenser lens and the like. This illumination system IOP includes illumination light I for exposure from a light source.
L illuminates the pattern CCr on the lower surface (pattern forming surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution. Here, as the exposure illumination light IL, a bright line such as an i-line of a mercury lamp, or an excimer laser beam such as KrF or ArF is used.

【0025】レチクルRは、レチクルステージRST上
に例えば真空吸着により固定されており、このレチクル
ステージRSTは、不図示の駆動系によってX方向(図
1における紙面左右方向)、Y方向(図1における紙面
直交方向)、及びθ方向(XY面内の回転方向)に微小
駆動可能とされている。これにより、このレチクルステ
ージRSTは、レチクルRのパターンCCrの中心(レ
チクルセンタ)が投影光学系PLの光軸とほぼ一致する
状態でレチクルRを位置決め(レチクルアライメント)
できるようになっている。図1では、このレチクルアラ
イメントが行われた状態が示されている。
The reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, vacuum suction. The reticle stage RST is driven by a drive system (not shown) in the X direction (the horizontal direction in FIG. 1) and the Y direction (in FIG. 1). It can be minutely driven in a direction perpendicular to the paper surface) and in a θ direction (a rotation direction in the XY plane). Thus, reticle stage RST positions reticle R in a state where the center (reticle center) of pattern CCr of reticle R substantially coincides with the optical axis of projection optical system PL (reticle alignment).
I can do it. FIG. 1 shows a state in which this reticle alignment has been performed.

【0026】前記投影光学系PLは、その光軸AXがレ
チクルステージRSTの移動面に直交するZ軸方向とさ
れ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率
β(βは例えば1/5)を有するものが使用されてい
る。このため、後述するようにレチクルのパターンCC
rとウエハW上のショット領域との位置合わせ(アライ
メント)が行われた状態で、照明光ILによりレチクル
Rが均一な照度で照明されると、パターン形成面のパタ
ーンCCrが投影光学系PLにより縮小倍率βで縮小さ
れて、フォトレジストが塗布されたウエハW上に投影さ
れ、ウエハW上の各ショット領域にパターンの縮小像が
形成される。
The projection optical system PL has its optical axis AX set in the Z-axis direction orthogonal to the moving surface of the reticle stage RST. In this case, both sides are telecentric and a predetermined reduction magnification β (β is, for example, 1 /) is obtained. Are used. Therefore, as described later, the reticle pattern CC
When the reticle R is illuminated with uniform illuminance by the illumination light IL in a state where alignment between the r and the shot area on the wafer W has been performed (alignment), the pattern CCr on the pattern formation surface is projected by the projection optical system PL. The image is reduced at the reduction magnification β and projected onto the wafer W coated with the photoresist, and a reduced image of the pattern is formed in each shot area on the wafer W.

【0027】前記XYステージ12は、実際には、不図
示のベース上をY方向(図1の紙面直交方向)に移動す
るYステージと、このYステージ上をX方向(図1の紙
面左右方向)に移動するXステージとから構成されてい
るが、図1では、これらが代表してXYステージ12と
して図示されている。
The XY stage 12 is actually a Y stage that moves on a base (not shown) in the Y direction (a direction orthogonal to the plane of FIG. 1), and a XY stage 12 that moves on the Y stage (the horizontal direction of the plane of FIG. 1). ), Which are shown in FIG. 1 as an XY stage 12 as a representative.

【0028】このXYステージ12上に試料台14が搭
載され、駆動系22によってZ軸方向及びθ方向(Z軸
回りの回転方向)に微少駆動されるようになっている。
この試料台14上に、不図示のウエハホルダを介してウ
エハWが吸着固定されている。
A sample stage 14 is mounted on the XY stage 12, and is minutely driven by a drive system 22 in the Z-axis direction and the θ-direction (rotation direction around the Z-axis).
A wafer W is suction-fixed onto the sample table 14 via a wafer holder (not shown).

【0029】試料台14の上面には、移動鏡26が設け
られており、この移動鏡26にレーザビームを投射して
その反射光を受光することにより、試料台14のXY面
内の位置を計測する前記レーザ干渉計20が移動鏡26
の反射面に対向して設けられている。なお、移動鏡は、
実際にはX軸に直交する反射面を有するX移動鏡と、Y
軸に直交する反射面を有するY移動鏡とが設けられ、こ
れに対応してレーザ干渉計もX方向位置計測用のXレー
ザ干渉計とY方向位置計測用のYレーザ干渉計とが設け
られているのであるが、図1ではこれらが代表的に移動
鏡26、レーザ干渉計20として図示されている。従っ
て、以下の説明ではレーザ干渉計20によって、試料台
14のXY座標が計測されるものとする。
A movable mirror 26 is provided on the upper surface of the sample table 14, and the position of the sample table 14 in the XY plane is projected by projecting a laser beam on the movable mirror 26 and receiving the reflected light. The laser interferometer 20 to be measured is a movable mirror 26
Are provided so as to face the reflection surfaces of the first and second mirrors. In addition, the moving mirror
In fact, an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis,
A Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the axis is provided, and correspondingly, a laser interferometer is provided with an X laser interferometer for measuring the X direction position and a Y laser interferometer for measuring the Y direction position. However, in FIG. 1, these are typically shown as a moving mirror 26 and a laser interferometer 20. Therefore, in the following description, it is assumed that the XY coordinates of the sample stage 14 are measured by the laser interferometer 20.

【0030】試料台14上には、その表面がウエハWの
表面と同じ高さになるように基準板FPが固定されてい
る。この基準板FPの表面には、ベースライン計測(投
影光学系PLの光軸AXとセンサユニット16を構成す
るアライメントセンサ(これについては後述する)の検
出中心との間隔の計測)等に用いられる基準マークを含
む各種の基準マークが形成されている。
A reference plate FP is fixed on the sample stage 14 so that the surface is at the same height as the surface of the wafer W. The surface of the reference plate FP is used for baseline measurement (measurement of an interval between an optical axis AX of the projection optical system PL and a detection center of an alignment sensor (which will be described later) configuring the sensor unit 16) and the like. Various reference marks including the reference mark are formed.

【0031】レーザ干渉計20の計測値が主制御装置2
4に供給されており、主制御装置24ではこのレーザ干
渉計20の計測値をモニタしつつ駆動系22及びXYス
テージ12を介して試料台14をXY2次元方向に位置
決めする。この他、不図示の斜入射光式のフォーカスセ
ンサ(露光フィールドサイズ程度の範囲でフォーカス計
測を行い、露光フィールドの平均的なフォーカス位置に
フォーカス調整を行なうためのもの)の出力も主制御装
置24に供給されており、主制御装置24では露光時に
はこの斜入射光式のフォーカスセンサの出力に基づいて
駆動系22を介して試料台14をZ方向(フォーカス方
向)に駆動する。すなわち、このようにして試料台14
を介してウエハWがX、Y、Zの3軸方向に位置決めさ
れる。
The measured value of the laser interferometer 20 is
The main controller 24 positions the sample table 14 in the XY two-dimensional directions via the drive system 22 and the XY stage 12 while monitoring the measurement values of the laser interferometer 20. In addition, the main controller 24 also outputs the output of a not-shown oblique incident light type focus sensor (for performing focus measurement in the range of about the exposure field size and performing focus adjustment to an average focus position of the exposure field). The main controller 24 drives the sample stage 14 in the Z direction (focus direction) via the drive system 22 based on the output of the oblique incident light type focus sensor during exposure. That is, the sample stage 14
The wafer W is positioned in the three axial directions of X, Y, and Z via.

【0032】また、本実施形態では、主制御装置24
は、後述するアライメント制御ユニット18からの焦点
位置情報に基づいて試料台14のZ駆動量を制御してセ
ンサユニット16を構成する後述するアライメントセン
サの対物レンズに対する焦点合わせを行う。更に、主制
御装置24は、アライメント制御ユニット18で検出さ
れたウエハマーク(アライメントマーク)の位置情報に
基づいて、駆動系22の動作を制御してXYステージ1
2をステッピング駆動することにより、ウエハWの各シ
ョット領域の中心を投影光学系PLの光軸AXに合わせ
込んで、レチクルRのパターンを露光する。この露光時
の動作については、後に詳述する。
In the present embodiment, the main controller 24
Controls the Z drive amount of the sample stage 14 based on the focal position information from the alignment control unit 18 described later to perform focusing on the objective lens of the alignment sensor described later, which constitutes the sensor unit 16. Further, main controller 24 controls the operation of drive system 22 based on the position information of the wafer mark (alignment mark) detected by alignment control unit 18 to control XY stage 1.
2 is stepped to align the center of each shot area of the wafer W with the optical axis AX of the projection optical system PL, and expose the pattern of the reticle R. The operation at the time of exposure will be described later in detail.

【0033】前記センサユニット16は、投影光学系P
Lの側方に設けられており、このセンサユニット16
は、オフ・アクシス方式のアライメントセンサとフォー
カスセンサとが一体化されて構成されている。そして、
このセンサユニット16内に、外部のハロゲンランプ2
8から光ファイバ30を介して照明光が導かれ、センサ
ユニット16からの各種光束がプリズムミラー32を介
してウエハW上に照射されると共に、ウエハWからの反
射光がプリズムミラー32を介してセンサユニット16
に戻されている。また、センサユニット16からの各種
検出信号がアライメント制御ユニット18に供給されて
いる。
The sensor unit 16 includes a projection optical system P
L, and the sensor unit 16
Is configured by integrating an off-axis type alignment sensor and a focus sensor. And
An external halogen lamp 2 is provided in the sensor unit 16.
Illumination light is guided from the optical fiber 8 via the optical fiber 30, various light beams from the sensor unit 16 are irradiated on the wafer W via the prism mirror 32, and the reflected light from the wafer W is reflected via the prism mirror 32. Sensor unit 16
Has been returned to. Various detection signals from the sensor unit 16 are supplied to the alignment control unit 18.

【0034】次に、センサユニット16を構成するアラ
イメントセンサ及びフォーカスセンサについて図2に基
づいて詳細に説明する。図2には、アライメントセンサ
及びフォーカスセンサから成るセンサユニット16の内
部構造が示されている。
Next, an alignment sensor and a focus sensor constituting the sensor unit 16 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 shows the internal structure of a sensor unit 16 including an alignment sensor and a focus sensor.

【0035】アライメントセンサとしては、ここではF
IA(Field Image Alignment )方式のアライメントセ
ンサが用いられている。このアライメントセンサは、光
ファイバ30、コンデンサーレンズ34、視野絞り板3
6、ダイクロイックミラー38、レンズ系40、ビーム
スプリッタ42、プリズムミラー44、46、対物光学
系としての対物レンズ48、レンズ系50、ダイクロイ
ックミラー52、ミラー56、指標板58、撮像用のリ
レーレンズ60、ミラー62、リレーレンズ64、ビー
ムスプリッター66、2次元CCD等からなるX軸用の
2次元撮像素子68X及びY軸用の2次元撮像素子68
Y等から構成されている。
As the alignment sensor, here, F
An IA (Field Image Alignment) type alignment sensor is used. The alignment sensor includes an optical fiber 30, a condenser lens 34, a field stop plate 3
6, dichroic mirror 38, lens system 40, beam splitter 42, prism mirrors 44 and 46, objective lens 48 as objective optical system, lens system 50, dichroic mirror 52, mirror 56, index plate 58, imaging lens 60 , A mirror 62, a relay lens 64, a beam splitter 66, a two-dimensional image sensor 68 X for the X-axis and a two-dimensional image sensor 68 for the Y-axis, such as a two-dimensional CCD.
Y and the like.

【0036】ここで、このアライメントセンサの構成各
部についてその作用とともに説明する。
Here, each component of the alignment sensor will be described together with its operation.

【0037】光ファイバ30からはウエハW上のフォト
レジストに対して非感光性のブロードバンドの照明光L
3が射出され、この照明光L3はコンデンサーレンズ3
4を介して視野絞り板36を均一な照度で照明する。視
野絞り板36で制限された照明光はダイクロイックミラ
ー38で反射され、レンズ系40を通ってビームスプリ
ッタ42に入射する。このビームスプリッタ42で反射
によって分割された照明光は、プリズムミラー44及び
プリズムミラー46で順次反射された後、対物レンズ4
8、及びプリズムミラー32を介してウエハW上の所定
領域を照明する。ここで、図2ではこの所定領域内にウ
エハマークが存在するものとする。
From the optical fiber 30, broadband illumination light L which is insensitive to the photoresist on the wafer W
The illumination light L3 is emitted from the condenser lens 3
4 illuminates the field stop plate 36 with uniform illuminance. Illumination light restricted by the field stop plate 36 is reflected by the dichroic mirror 38 and passes through the lens system 40 to enter the beam splitter 42. The illumination light split by the reflection at the beam splitter 42 is sequentially reflected by the prism mirror 44 and the prism mirror 46,
8, and a predetermined area on the wafer W is illuminated via the prism mirror 32. Here, in FIG. 2, it is assumed that a wafer mark exists in this predetermined area.

【0038】このウエハ用の照明送光路において、視野
絞り板36はレンズ系40と対物レンズ48との合成系
に関してウエハWと共役(結像関係)になっている。ま
た、その視野絞り板36を通過した照明光L3がアライ
メント系(FIA系)の照明光であり、FIA系による
ウエハWに対する照明領域は視野絞り板36に形成され
た開口形状及び寸法で一義的に定まる。
In the illumination light transmission path for the wafer, the field stop plate 36 is conjugate to the wafer W with respect to the combined system of the lens system 40 and the objective lens 48 (image formation relationship). The illumination light L3 that has passed through the field stop plate 36 is the illumination light of the alignment system (FIA system), and the illumination area for the wafer W by the FIA system is uniquely defined by the shape and size of the opening formed in the field stop plate 36. Is determined.

【0039】そして、光ファイバ30からの照明光の内
で、ウエハWで反射された光(正規反射光、散乱光等)
は、プリズムミラー32、対物レンズ48、プリズムミ
ラー46及び44を経てビームスプリッタ42に戻り、
このビームスプリッタ42を透過した光(戻された光の
約1/2)が、レンズ系50及びダイクロイックミラー
52を透過して検出光学系としてのFIA系の検出部5
4に向かう。この検出部54において、ダイクロイック
ミラー52からの光が、ミラー56を介して指標板58
上にウエハマークの像を結像する。この像、及び指標板
58上の指標マークからの光が、撮像用のリレーレンズ
60、ミラー62、リレーレンズ64及びビームスプリ
ッター66を介して、それぞれ2次元CCD等からなる
X軸用の2次元撮像素子68X、及びY軸用の2次元撮
像素子68Yの撮像面にウエハマーク及び指標マークの
像を結像する。
Then, of the illumination light from the optical fiber 30, light reflected by the wafer W (regular reflected light, scattered light, etc.)
Returns to the beam splitter 42 via the prism mirror 32, the objective lens 48, and the prism mirrors 46 and 44,
The light transmitted through the beam splitter 42 (about の of the returned light) is transmitted through the lens system 50 and the dichroic mirror 52, and the detection unit 5 of the FIA system as the detection optical system.
Go to 4. In the detection unit 54, the light from the dichroic mirror 52 is transmitted through a mirror 56 to an index plate 58.
An image of a wafer mark is formed thereon. This image and light from the index mark on the index plate 58 are passed through an imaging relay lens 60, a mirror 62, a relay lens 64, and a beam splitter 66, and each of the X-axis two-dimensional CCDs and the like is used. The images of the wafer mark and the index mark are formed on the imaging surfaces of the imaging device 68X and the two-dimensional imaging device 68Y for the Y axis.

【0040】ここで、指標板58は、合焦状態では、対
物レンズ48とレンズ系50との合成系に関してウエハ
Wの露光面と共役に配置され、更に指標板58と各撮像
素子68X,68Yの撮像面とはリレーレンズ系60,
64に関して互いに共役に配置される。指標板58は透
明板の上にクロム層等で指標マークを形成したものであ
り、ウエハマークの像が形成される部分は透明部のまま
である。また、指標マークは、ウエハW上のX方向と共
役な方向の位置基準となるX軸の指標マーク、及びY方
向と共役な方向の位置基準となるY軸の指標マークより
構成される。撮像素子68X,68Yは、X軸のウエハ
マーク及びY軸のウエハマークの少なくとも一方と指標
マークの像とを撮像し、撮像素子68X及び68Yの撮
像信号を処理することにより、それぞれX軸のウエハマ
ークのX座標(指標中心を基準とする相対位置)、及び
Y軸のウエハマークのY座標(指標中心を基準とする相
対位置)が求められる。なお、実際には指標板58を独
立に照明するための照明系が別途設けられているが、図
2では省略してある。
In the focused state, the index plate 58 is arranged conjugate with the exposure surface of the wafer W with respect to the combined system of the objective lens 48 and the lens system 50. Further, the index plate 58 and the image sensors 68X and 68Y. The imaging surface of the relay lens system 60,
64 are conjugated to each other. The index plate 58 is formed by forming an index mark with a chrome layer or the like on a transparent plate, and a portion where an image of a wafer mark is formed remains a transparent portion. The index marks include an X-axis index mark serving as a position reference in a direction conjugate to the X direction on the wafer W and a Y-axis index mark serving as a position reference in a direction conjugate to the Y direction. The imaging devices 68X and 68Y capture images of at least one of the X-axis wafer mark and the Y-axis wafer mark and the image of the index mark, and process the imaging signals of the imaging devices 68X and 68Y, respectively. The X coordinate of the mark (relative position with respect to the index center) and the Y coordinate of the Y-axis wafer mark (relative position with respect to the index center) are obtained. Note that an illumination system for independently illuminating the index plate 58 is provided separately, but is omitted in FIG.

【0041】この場合、プリズムミラー46よりもウエ
ハW側の対物レンズ48及びプリズムミラー32を共通
対物系と呼ぶ。この共通対物系は、本実施形態のFIA
系のアライメントセンサ及びフォーカスセンサに共通に
使用されている。共通対物系及びミラー56以降のFI
A系の検出部54の各レンズは光軸AXaに沿って同軸
に配置されている。
In this case, the objective lens 48 and the prism mirror 32 closer to the wafer W than the prism mirror 46 are called a common objective system. This common objective system is the FIA of the present embodiment.
It is commonly used for the alignment sensor and the focus sensor of the system. Common objective and FI after mirror 56
Each lens of the detection unit 54 of the A system is coaxially arranged along the optical axis AXa.

【0042】次に、センサユニット16を構成するフォ
ーカスセンサについて説明する。
Next, the focus sensor constituting the sensor unit 16 will be described.

【0043】このフォーカスセンサは、フォーカスセン
サ用のLED(又はレーザダイオード)等の光源70、
集光レンズ72、スリット板74、ダイクロイックミラ
ー38、レンズ系40、ビームスプリッター42、プリ
ズムミラー44,46、対物レンズ48、レンズ系5
0、ダイクロイックミラー52、瞳制限用の遮光板76
及び1次元CCD等からなるラインセンサ78等を含ん
で構成されている。
This focus sensor includes a light source 70 such as an LED (or laser diode) for the focus sensor,
Condensing lens 72, slit plate 74, dichroic mirror 38, lens system 40, beam splitter 42, prism mirrors 44 and 46, objective lens 48, lens system 5
0, dichroic mirror 52, light blocking plate 76 for pupil restriction
And a line sensor 78 composed of a one-dimensional CCD or the like.

【0044】ここで、このフォーカスセンサの構成各部
について、その作用とともに説明する。
Here, each component of the focus sensor will be described together with its operation.

【0045】光源70から射出された検出光Mが集光レ
ンズ72を介してスリット板74を照明する。このスリ
ット板74には、対物レンズ48の観察視野内に設定さ
れるアライメントセンサの検出領域の数と同数の焦点検
出用パターンが形成されている。スリット板74の焦点
検出用パターンを通過した検出光Mは、ダイクロイック
ミラー38を透過した後、レンズ系40を介してビーム
スプリッター42に向かう。ここで、検出光Mとして
は、ウエハW上のフォトレジストに対して非感光性の波
長帯(例えば赤色光〜近赤外光)の光が使用され、ダイ
クロイックミラー38の波長選択性は、光ファイバ30
からの照明光L3の内で位置検出に使用される波長帯の
光を反射し、検出光Mの中で焦点検出に使用する波長帯
の光を透過させるような特性に設定されている。即ち、
ウエハWに照射される位置検出用の光と、焦点検出用の
光とは波長帯が異なり、互いに悪影響を及ぼさないよう
になっている。
The detection light M emitted from the light source 70 illuminates the slit plate 74 via the condenser lens 72. On the slit plate 74, the same number of focus detection patterns as the number of detection areas of the alignment sensor set within the observation field of view of the objective lens 48 are formed. The detection light M that has passed through the focus detection pattern of the slit plate 74 passes through the dichroic mirror 38, and then travels through the lens system 40 to the beam splitter 42. Here, as the detection light M, light in a wavelength band (for example, red light to near-infrared light) insensitive to the photoresist on the wafer W is used, and the wavelength selectivity of the dichroic mirror 38 is light. Fiber 30
The characteristic is set such that the light in the wavelength band used for position detection is reflected in the illumination light L3 from the camera, and the light in the wavelength band used for focus detection in the detection light M is transmitted. That is,
The light for position detection and the light for focus detection applied to the wafer W have different wavelength bands so that they do not adversely affect each other.

【0046】ビームスプリッタ42で反射された焦点検
出用の光は、プリズムミラー44,46、対物レンズ4
8及びプリズムミラー32を経てウエハW上に照射され
る。スリット板74は、レンズ系40及び対物レンズ4
8に関してウエハWの露光面とほぼ共役であり、ウエハ
Wの露光面にスリット板74内の焦点検出用パターンの
像、又はこれをデフォーカスさせた像が投影される。ウ
エハWの露光面で反射された光は、プリズムミラー3
2、対物レンズ48、プリズムミラー46、プリズムミ
ラー44を経てビームスプリッタ42に戻り、ビームス
プリッター42を透過した光がレンズ系50を経てダイ
クロイックミラー52に向かう。
The light for focus detection reflected by the beam splitter 42 is applied to the prism mirrors 44 and 46 and the objective lens 4.
The light is irradiated onto the wafer W via the prism 8 and the prism mirror 32. The slit plate 74 includes the lens system 40 and the objective lens 4.
8, the image of the focus detection pattern in the slit plate 74 or an image obtained by defocusing the image is projected on the exposure surface of the wafer W. The light reflected on the exposure surface of the wafer W is reflected by the prism mirror 3
2. The beam returns to the beam splitter 42 via the objective lens 48, the prism mirror 46, and the prism mirror 44, and the light transmitted through the beam splitter 42 travels to the dichroic mirror 52 via the lens system 50.

【0047】ダイクロイックミラー52の波長選択性
は、ダイクロイックミラー38とは逆に、光ファイバ3
0から射出された位置検出用の光を透過させ、光源70
から射出された焦点検出用の光を反射させる特性を有す
る。従って、ダイクロイックミラー52で反射された焦
点検出用の光が、像側のテレセントリック性を崩すため
に設けられた瞳制限用の遮光板76の外側を経てライン
センサ78上に、ウエハW上に投影された焦点検出用パ
ターンの像(又はデフォーカスされた像)を再結像す
る。即ち、ウエハWの露光面とラインセンサ78の受光
面とは対物レンズ48及びレンズ系50に関してほぼ共
役となっている。このことからわかるように、本実施形
態では、厳密に言えば、集光レンズ72、スリット板7
4、遮光板76及びラインセンサ78によって、焦点検
出系が構成されている。
The wavelength selectivity of the dichroic mirror 52 is different from that of the dichroic mirror 38 in that the optical fiber 3
0 through which the light for position detection emitted from the light source 70 is transmitted.
It has the characteristic of reflecting the light for focus detection emitted from the camera. Therefore, the light for focus detection reflected by the dichroic mirror 52 is projected onto the line sensor 78 and onto the wafer W via the outside of the pupil-limiting light-shielding plate 76 provided to break the telecentricity on the image side. An image (or a defocused image) of the focus detection pattern thus formed is re-imaged. That is, the exposure surface of the wafer W and the light receiving surface of the line sensor 78 are substantially conjugate with respect to the objective lens 48 and the lens system 50. As can be seen from this, in the present embodiment, strictly speaking, the condenser lens 72 and the slit plate 7
4. The light-shielding plate 76 and the line sensor 78 constitute a focus detection system.

【0048】図3には、説明をわかり易くするため、図
2中のフォーカスセンサのみが取り出して示されてい
る。なお、図3では図2中の光路折り曲げ用のミラー等
は省いてある。この図3に示されるように、スリット板
74中には例えば3個の焦点検出用パターン80A,8
0B,80C(但し、図3ではパターン80Cについて
は図示が省略されている)が形成され、これら焦点検出
用パターン80A,80B,80Cのレンズ系40及び
対物レンズ48による像81A,81B,81C(但
し、図3では像81Cは図示せず)がウエハW上に投影
されている。そして、像81A,81B,81Cの対物
レンズ48、レンズ系50、ダイクロイックミラー52
及び遮光板76を介して再結像された像82A,82
B,82C(但し、図3では像82Cは図示せず)がラ
インセンサ78上に投影されている。
FIG. 3 shows only the focus sensor in FIG. 2 for easy understanding. In FIG. 3, mirrors and the like for bending the optical path in FIG. 2 are omitted. As shown in FIG. 3, for example, three focus detection patterns 80A and 8 are provided in the slit plate 74.
0B and 80C (however, the pattern 80C is not shown in FIG. 3) are formed, and the images 81A, 81B and 81C of the focus detection patterns 80A, 80B and 80C by the lens system 40 and the objective lens 48 ( However, an image 81C is not shown in FIG. Then, the objective lens 48, the lens system 50, and the dichroic mirror 52 for the images 81A, 81B, and 81C.
And the images 82A and 82 re-imaged via the light shielding plate 76
B and 82C (the image 82C is not shown in FIG. 3) are projected onto the line sensor 78.

【0049】また、ウエハW上の焦点検出用パターンの
像81A,81B,81Cはほぼ1直線上に配置されて
いるため、それらのラインセンサ78上に再結像された
像82A,82B,82Cは所定の方向(これをU方向
とする)に沿ってそれぞれ異なる位置に形成される。こ
こで、瞳制限用の遮光板76は、光軸AXaからU方向
に下半分の領域を遮光するものである。この場合、対物
レンズ48からウエハW側はテレセントリックである
が、遮光板76の作用によりレンズ系50からラインセ
ンサ78側は非テレセントリックとなっている。そのた
め、ウエハWが光軸AXaに平行に(Z方向に)変位す
ると、ウエハW上の焦点検出用パターンの像81A,8
1B,81Cの位置は変化しないが(但し、像はデフォ
ーカスされる)、ラインセンサ78上の像82A,82
B,82Cの位置はU方向に位置ずれする。これを利用
して、ラインセンサ78上での像のU方向への基準位置
に対する横ずれ量から対応するウエハW上の計測点のZ
方向の位置(フォーカス位置)が検出される。
Since the images 81A, 81B and 81C of the focus detection pattern on the wafer W are arranged substantially on one straight line, the images 82A, 82B and 82C re-imaged on the line sensor 78. Are formed at different positions along a predetermined direction (this is referred to as a U direction). Here, the pupil-limiting light-shielding plate 76 shields a lower half area from the optical axis AXa in the U direction. In this case, the side from the objective lens 48 to the wafer W is telecentric, but the function of the light shielding plate 76 makes the side from the lens system 50 to the line sensor 78 non-telecentric. Therefore, when the wafer W is displaced parallel to the optical axis AXa (in the Z direction), the images 81A and 81 of the focus detection pattern on the wafer W
Although the positions of 1B and 81C do not change (the image is defocused), the images 82A and 82 on the line sensor 78 do not change.
The positions of B and 82C are shifted in the U direction. Utilizing this, the Z of the corresponding measurement point on the wafer W is determined from the amount of lateral displacement of the image on the line sensor 78 with respect to the reference position in the U direction.
The position in the direction (focus position) is detected.

【0050】ここで、対物レンズ48を介してアライメ
ントセンサで検出されるウエハ上の観察視野の一例を図
4を参照して説明する。図4において、円形の領域は対
物レンズ48のウエハW上における観察視野84を表
す。観察視野84内には3個の検出領域86A〜86C
が設定されている。
Here, an example of the observation visual field on the wafer detected by the alignment sensor via the objective lens 48 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, a circular area represents an observation field 84 of the objective lens 48 on the wafer W. Within the observation field of view 84, three detection areas 86A to 86C
Is set.

【0051】検出領域86A,86B及び86Cはアラ
イメントセンサの検出領域である。観察視野84内の矩
形領域88は撮像素子68X,68Yの撮像範囲を示
す。検出領域86Bは撮像素子68Xで画像解析される
領域を示し、検出領域86Cは撮像素子68Yで画像解
析される領域を示す。また、検出領域86Aは、ウエハ
Wのレジストレーション(重ね合わせ)を計測するため
に撮像素子68X,68Yの両方で画像解析される領域
を示す。
The detection areas 86A, 86B and 86C are the detection areas of the alignment sensor. A rectangular area 88 in the observation field of view 84 indicates an imaging range of the imaging elements 68X and 68Y. The detection area 86B indicates an area where an image is analyzed by the image sensor 68X, and the detection area 86C indicates an area where an image is analyzed by the image sensor 68Y. The detection area 86A indicates an area where both the image sensors 68X and 68Y perform image analysis in order to measure the registration (overlay) of the wafer W.

【0052】図4において、検出領域86A〜86Cに
はそれぞれの領域内で検出されるウエハマークを仮想的
に示す。
In FIG. 4, detection areas 86A to 86C virtually show wafer marks detected in the respective areas.

【0053】即ち、検出領域86BではX方向に所定ピ
ッチで形成されたライン・アンド・スペースパターン
(以下、「L/Sパターン」と呼ぶ)90Xが検出さ
れ、検出領域86CではY方向に所定ピッチで形成され
たL/Sパターン90Yが検出される。更に検出領域8
6Aではボックス・イン・ボックス方式のウエハマーク
92が検出される。ウエハマーク92は内側のボックス
92bと外側のボックス92aとからなっている。
That is, in the detection area 86B, a line and space pattern (hereinafter referred to as "L / S pattern") 90X formed at a predetermined pitch in the X direction is detected, and in the detection area 86C, a predetermined pitch in the Y direction is detected. The L / S pattern 90Y formed by is detected. Further detection area 8
At 6A, a box-in-box type wafer mark 92 is detected. The wafer mark 92 includes an inner box 92b and an outer box 92a.

【0054】なお、L/Sパターン90X,90Y、及
びマーク92はそれぞれ、例えば図5に示されるよう
に、ウエハW上の複数のショット領域SAそれぞれの間
のマーク領域MAa,MAbに形成されるものである。
The L / S patterns 90X and 90Y and the marks 92 are respectively formed in the mark areas MAa and MAb between the plurality of shot areas SA on the wafer W, for example, as shown in FIG. Things.

【0055】因みに、レジストレーションの計測は、撮
像素子68X、68Y(図2参照)それぞれの撮像信号
に基づいて、外側のボックス92aの像と内側のボック
ス92bの像との位置ずれ量を求めることにより行われ
る。
In the measurement of the registration, the amount of positional deviation between the image of the outer box 92a and the image of the inner box 92b is obtained based on the image signals of the image sensors 68X and 68Y (see FIG. 2). It is performed by

【0056】図6は、観察視野84内の検出領域86A
〜86Cのそれぞれに投影される焦点検出用のパターン
像81A〜81Cを示したものである。この図6に示さ
れるように、検出領域86A〜86Cのそれぞれに投影
される焦点検出用のパターン像81A〜81Cは、それ
ぞれX軸に対して45°で交差する方向に所定ピッチで
形成された明暗のパターン(マルチパターン)である。
FIG. 6 shows a detection area 86 A in the observation field of view 84.
9A to 9C show pattern images 81A to 81C for focus detection projected on each of FIGS. As shown in FIG. 6, the focus detection pattern images 81A to 81C projected on the detection areas 86A to 86C, respectively, are formed at a predetermined pitch in a direction crossing the X axis at 45 °. It is a light-dark pattern (multi-pattern).

【0057】この場合、これらの像パターンはそれぞれ
の検出領域内で検出されるウエハマークと交差する形状
であるため、焦点検出に対するマークの影響は軽減され
る。なお、焦点検出用のパターンは1本のスリットパタ
ーンの形状にしても良い。
In this case, since these image patterns have a shape that intersects with the wafer marks detected in the respective detection areas, the influence of the marks on the focus detection is reduced. The pattern for focus detection may be in the form of one slit pattern.

【0058】図7には、図6の焦点検出用の各パターン
像に対応して、ラインセンサ78(図3参照)の受光面
78aに再投影される焦点検出用のパターン像82A〜
82Cが示さている。この図7において、ラインセンサ
78の受光面78aには矢印U方向に沿って受光素子が
配列され、矢印U方向に沿って焦点検出用のパターン像
82A〜82Cがそれぞれ異なる位置に投影される。パ
ターン像82A〜82Cはそれぞれ矢印U方向に所定ピ
ッチで形成された明暗パターンなので、ラインセンサ7
8より読みだされる撮像信号をアライメント制御ユニッ
ト18(図1参照)で処理することにより、パターン像
82A〜82Cの矢印U方向の位置がそれぞれ求められ
る。
FIG. 7 shows focus detection pattern images 82A to 82A to be re-projected on the light receiving surface 78a of the line sensor 78 (see FIG. 3) corresponding to the focus detection pattern images of FIG.
82C is shown. In FIG. 7, light receiving elements are arranged on a light receiving surface 78a of the line sensor 78 along the direction of the arrow U, and pattern images 82A to 82C for focus detection are projected at different positions along the direction of the arrow U. Each of the pattern images 82A to 82C is a light / dark pattern formed at a predetermined pitch in the direction of arrow U,
The position of the pattern images 82A to 82C in the direction of the arrow U is obtained by processing the imaging signal read from the line 8 by the alignment control unit 18 (see FIG. 1).

【0059】パターン像82Aの基準位置に対するU方
向の位置ずれ量uAを求めることによりウエハマーク9
2(図4参照)が形成されたウエハW上の領域のZ方向
の位置ずれ量が検出される。パターン像82Bの基準位
置に対するU方向の位置ずれ量uBを求めることによ
り、L/Sパターン90X(図4参照)が形成されたウ
エハW上の領域のZ方向の位置ずれ量が検出される。パ
ターン像82Cの基準位置に対するU方向の位置ずれ量
uCを求めることにより、L/Sパターン90Y(図4
参照)が形成されたウエハW上の領域のZ方向の位置ず
れ量が検出される。
The wafer mark 9 is obtained by determining the amount of displacement uA in the U direction from the reference position of the pattern image 82A.
The position shift amount in the Z direction of the area on the wafer W on which the wafer 2 (see FIG. 4) is formed is detected. By calculating the amount of displacement uB in the U direction from the reference position of the pattern image 82B, the amount of displacement in the Z direction of the region on the wafer W where the L / S pattern 90X (see FIG. 4) is formed is detected. The L / S pattern 90Y (FIG. 4) is obtained by calculating the amount of displacement uC of the pattern image 82C in the U direction with respect to the reference position.
The position shift amount in the Z direction of the area on the wafer W on which the reference (see) is formed is detected.

【0060】ここで、ラインセンサ78上における基準
位置の決め方について一例を簡単に説明する。
Here, an example of how to determine the reference position on the line sensor 78 will be briefly described.

【0061】FIA系のアライメントセンサの場合に
は、例えば検出領域86B内に基準マーク板FP(図1
参照)の基準マークを配置して、基準マーク板FPのZ
方向の位置を変化させながら基準マークを撮像素子68
Xで撮像する。そして、撮像素子68Xからの撮像信号
を画像解析して、基準マークの像のコントラストが最も
高くなるように基準マーク板FPのZ方向の位置決めを
する。そこで焦点検出用のパターンの像81Bを基準マ
ーク板FP上に投影すると共に、ラインセンサ78上に
パターン像82Bを投影する。そのときのラインセンサ
78上でのパターン像82Bの位置をパターン像82B
の基準位置とする。パターン像82A、82Cも同様に
して基準位置を決めればよい。
In the case of an FIA type alignment sensor, for example, a reference mark plate FP (FIG.
Reference mark) is placed, and Z of the reference mark plate FP is placed.
While changing the position in the direction, the reference mark is
Take an image with X. Then, the imaging signal from the imaging element 68X is image-analyzed, and the reference mark plate FP is positioned in the Z direction so that the contrast of the image of the reference mark becomes highest. Therefore, the image 81B of the pattern for focus detection is projected onto the reference mark plate FP, and the pattern image 82B is projected onto the line sensor 78. The position of the pattern image 82B on the line sensor 78 at that time is represented by the pattern image 82B.
Of the reference position. The reference positions of the pattern images 82A and 82C may be determined in the same manner.

【0062】なお、ラインセンサ78としては、U方向
に平行に複数ラインの画素が配列された一種の2次元撮
像素子を使用して、複数ラインの画素の撮像信号を加算
してラインセンサ上におけるパターン像の位置を検出す
るようにしてもよい。また、図7のU方向に垂直な方向
に集光作用を有するシリンドリカルレンズをラインセン
サ78の受光面の前に配置してもよい。
As the line sensor 78, a kind of two-dimensional image sensor in which a plurality of lines of pixels are arranged in parallel in the U direction is used. The position of the pattern image may be detected. Further, a cylindrical lens having a light condensing function in a direction perpendicular to the U direction in FIG. 7 may be arranged in front of the light receiving surface of the line sensor 78.

【0063】そして、図3において、対物レンズ48及
びレンズ系50の合成系のウエハWからラインセンサ7
8への倍率(横倍率)をγとすると、図7の横ずれ量u
A〜uCの1/γ2 がそれぞれウエハW上の対応するマ
ーク形成領域の合焦位置からZ方向への位置ずれ量とな
る。そこで、ウエハマークの位置を検出する場合には、
それぞれその位置ずれ量を0にするように、図1の試料
台14の位置を調整してから、アライメントセンサで位
置検出を行う。これにより、FIA系のアライメントセ
ンサのX方向でもY方向でも、それぞれ正確に焦点合わ
せを行った状態で対応するウエハマークの位置を高精度
に検出することが可能となる。しかも、対物レンズ48
の視野内に設定された複数の検出領域(例えば86Bと
86C)それぞれに同時にウエハマーク(例えば、90
Xと90Y)が位置する場合には、それぞれのマークが
形成されたウエハW上の領域について同時にフォーカス
位置を検出できるので、ウエハマークの位置検出時間を
短縮できる利点がある。
In FIG. 3, the line sensor 7 is moved from the wafer W of the combined system of the objective lens 48 and the lens system 50.
Assuming that the magnification (horizontal magnification) with respect to FIG.
1 / γ 2 of A to uC is the amount of displacement in the Z direction from the focus position of the corresponding mark forming area on the wafer W. Therefore, when detecting the position of the wafer mark,
The position of the sample stage 14 in FIG. 1 is adjusted so that each of the positional deviation amounts becomes zero, and then the position is detected by the alignment sensor. This makes it possible to detect the position of the corresponding wafer mark with high accuracy in both the X direction and the Y direction of the FIA-based alignment sensor with accurate focusing. Moreover, the objective lens 48
A plurality of detection areas (for example, 86B and 86C) set in the field of view of each of the wafer marks (for example, 90
When X and 90Y) are located, the focus position can be simultaneously detected in the region on the wafer W where the respective marks are formed, so that there is an advantage that the position detection time of the wafer mark can be reduced.

【0064】更に合焦精度を高めるには、アライメント
センサにより位置計測を行っている際にも、サーボ方式
によりオートフォーカスをかけるようにしてもよい。
In order to further improve the focusing accuracy, the auto-focusing may be performed by the servo system even when the position is measured by the alignment sensor.

【0065】次に、上述のようにして構成された本実施
形態に係る露光装置10における、露光を行なう際の動
作について、説明する。ここでは、例えば特開昭61−
44429号等に開示されているような、ウエハW上の
アライメントマーク位置の計測値とショット配列の設計
値とに基づいて、最小自乗法を用いた統計演算によりウ
エハW上の全ショット配列座標を求め、これに基づいて
各ショット領域を露光位置に位置決めするEGA方式に
より、ステップ・アンド・リピート方式の露光が行われ
る場合について説明する。
Next, the operation of the exposure apparatus 10 according to the present embodiment configured as described above when performing exposure will be described. Here, for example,
Based on a measured value of the alignment mark position on the wafer W and a design value of the shot array as disclosed in Japanese Patent No. 44429 or the like, all shot array coordinates on the wafer W are calculated by a statistical operation using the least squares method. A case will be described in which the step-and-repeat exposure is performed by the EGA method in which each shot region is determined and the shot area is positioned at the exposure position based on the obtained values.

【0066】この場合、前提として不図示のレチクル顕
微鏡によるレチクルアライメントは終了しているものと
する。
In this case, it is assumed that reticle alignment by a reticle microscope (not shown) has been completed.

【0067】始めに、主制御装置24では、基準マーク
板FPが投影光学系PLの下に位置するように駆動系2
2を介してXYステージ12と一体的に試料台14を移
動させ、このときのレーザ干渉計20の出力を不図示の
内部メモリに記憶する。次に、主制御装置24では基準
マーク板FPがプリズムミラー32の下(センサユニッ
ト16内のアライメントセンサの検出領域)に位置する
ように、駆動系22を介してXYステージ12と一体的
に試料台14を移動し、このときのセンサユニット16
内のアライメントセンサの出力とレーザ干渉計20の出
力とを内部メモリに記憶する。すなわち、このようにし
てベースライン計測を行う。なお、ベースライン計測の
シーケンスは本実施形態においても従来の露光装置と同
様であるので、その詳細な説明は省略する。
First, the main controller 24 controls the drive system 2 so that the reference mark plate FP is located below the projection optical system PL.
The sample stage 14 is moved integrally with the XY stage 12 through the interface 2, and the output of the laser interferometer 20 at this time is stored in an internal memory (not shown). Next, in the main controller 24, the sample is integrated with the XY stage 12 via the drive system 22 so that the reference mark plate FP is located below the prism mirror 32 (the detection area of the alignment sensor in the sensor unit 16). The table 14 is moved, and the sensor unit 16 at this time is moved.
The output of the alignment sensor and the output of the laser interferometer 20 are stored in an internal memory. That is, the baseline measurement is performed in this manner. Note that the sequence of the baseline measurement is the same as that of the conventional exposure apparatus in this embodiment, and therefore, detailed description thereof is omitted.

【0068】続いて、主制御装置24では、ウエハW上
の予め定めた複数、例えば7ないし15個程度の特定の
ショット領域(サンプルショット)に付設されたアライ
メント用マーク(ウエハマーク)がプリズムミラー32
の下(センサユニット16内のアライメントセンサの検
出領域)に位置するようにレーザ干渉計20の出力をモ
ニタしつつ駆動系22を介して試料台14を順次位置決
めしつつ、レーザ干渉計20の出力とアライメントセン
サの出力とに基づいて各ウエハマークの位置を順次検出
するシーケンスに移行する。
Subsequently, in the main controller 24, the alignment marks (wafer marks) attached to a plurality of predetermined shot areas (sample shots) on the wafer W, for example, about 7 to 15, are displayed on the prism mirror. 32
While monitoring the output of the laser interferometer 20 so as to be positioned below the sensor interferometer 20 (detection area of the alignment sensor in the sensor unit 16), and sequentially positioning the sample stage 14 via the drive system 22, the output of the laser interferometer 20 The sequence proceeds to a sequence for sequentially detecting the position of each wafer mark based on the output of the alignment sensor.

【0069】この際、主制御装置24では、各ウエハマ
ークの位置計測の都度そのマーク位置の計測に先立っ
て、先に説明したようにしてフォーカスセンサを用いて
それぞれのマーク領域のZ方向の位置ずれ量(デフォー
カス量)を検出し、この位置ずれ量が所定量を超えてい
るか否かを判断する。そして、Z方向の位置ずれ量が所
定量を超えているマーク領域については、マーク位置の
検出を行なわず、Z方向の位置ずれ量が所定量以内のマ
ーク領域についてのみアライメントセンサの出力、レー
ザ干渉計20の出力に基づいてマーク位置の検出を実行
する。このようにすれば、アライメントマークの位置検
出結果が所定数(少なくとも6つ以上の所定の数)に達
した段階で計測を終了することができるので、全サンプ
ルショットについての計測を行なう場合に比べて計測時
間の短縮が可能となる。
At this time, before each measurement of the position of each wafer mark, the main controller 24 uses the focus sensor as described earlier to measure the position of each mark area in the Z direction before measuring the mark position. The shift amount (defocus amount) is detected, and it is determined whether the position shift amount exceeds a predetermined amount. Then, the mark position is not detected for the mark area where the Z direction displacement exceeds the predetermined amount, and the output of the alignment sensor and the laser interference are detected only for the mark area where the Z direction displacement is within the predetermined amount. The mark position is detected based on the output of the total 20. With this configuration, the measurement can be terminated when the position detection result of the alignment mark reaches a predetermined number (at least six or more predetermined numbers), so that the measurement can be completed as compared with the case where the measurement is performed on all sample shots. Measurement time can be shortened.

【0070】次に、主制御装置24では上述のようにし
て計測された、少なくとも6個のアライメントマーク位
置の計測データとショット配列の設計データとを用い
て、特開昭61−44429号等に詳細に開示される最
小自乗法を用いた統計演算(いわゆるEGA演算)によ
りウエハW上の全てのショット配列座標を求める。
Next, the main controller 24 uses the measurement data of at least six alignment mark positions and the design data of the shot arrangement, which have been measured as described above, as described in JP-A-61-44429. All shot array coordinates on the wafer W are obtained by a statistical operation (so-called EGA operation) using the least square method disclosed in detail.

【0071】しかる後、主制御装置44では上記のアラ
イメント用マーク位置の検出結果と前述したベースライ
ン計測結果とに基づいて、各ショット領域(例えば,1
ショット1チップ取りの場合は各半導体チップに相当)
が投影光学系PLの下に順次位置決めされるように試料
台14を位置制御すると同時に不図示の斜入射光式のフ
ォーカスセンサからの焦点位置検出信号に基づいてオー
トフォーカス動作を実行しつつ、照明系IOP内の不図
示のシャッタの開閉を制御して、試料台18のステッピ
ングと露光を繰り返す。このようにして、ステップ・ア
ンド・リピート方式でウエハW上の各ショット領域へ順
次重ね合わせ露光が行われる。
Thereafter, the main controller 44 determines each shot area (for example, 1) based on the above-described detection result of the alignment mark position and the above-described baseline measurement result.
(In the case of one chip shot, it corresponds to each semiconductor chip)
While controlling the position of the sample stage 14 so as to be sequentially positioned below the projection optical system PL, and performing an autofocus operation based on a focus position detection signal from a not-shown oblique incident light type focus sensor while illuminating. The opening and closing of a shutter (not shown) in the system IOP is controlled to repeat stepping and exposure of the sample table 18. In this manner, the overlap exposure is sequentially performed on each shot area on the wafer W by the step-and-repeat method.

【0072】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、前述したアライメントセンサ(30〜6
6、68X、68Y)とアライメント制御ユニット18
によりマーク位置検出手段が構成され、また前述したフ
ォーカスセンサ(32、38〜52、70〜78)と試
料台14と駆動系22と主制御装置24によって合焦手
段が構成され、さらに主制御装置24によって演算手段
が構成されている。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the above-described alignment sensor (30 to 6) is used.
6, 68X, 68Y) and the alignment control unit 18
Constitutes a mark position detecting means, and the above-mentioned focus sensors (32, 38 to 52, 70 to 78), the sample stage 14, the drive system 22, and the main controller 24 constitute a focusing means. 24 constitutes an arithmetic means.

【0073】以上説明したように、本実施形態の露光装
置10によると、アライメントセンサとフォーカスセン
サとが一体化されたセンサユニット16が設けられ、ア
ライメントセンサの検出領域(被検出マークの領域)程
度の微小領域のデフォーカス量をフォーカスセンサで検
出することができるとともに、このフォーカスセンサの
計測結果に基づいて試料台14のZ位置を調整すること
により、焦点ずれのない状態(合焦状態)でアライメン
トセンサによりアライメントマーク(ウエハマーク)の
位置を検出することが可能となる。
As described above, according to the exposure apparatus 10 of the present embodiment, the sensor unit 16 in which the alignment sensor and the focus sensor are integrated is provided, and the detection area (area of the mark to be detected) of the alignment sensor is approximately equal to the sensor unit 16. The defocus amount of the minute area can be detected by the focus sensor, and the Z position of the sample stage 14 is adjusted based on the measurement result of the focus sensor, so that there is no defocus (focusing state). The position of the alignment mark (wafer mark) can be detected by the alignment sensor.

【0074】また、各ウエハマークの位置計測に先立っ
て、そのマーク領域のデフォーカス量を計測して、この
デフォーカス量が所定量以内のマーク領域についてのみ
マーク位置の検出を実行するので、EGAによりウエハ
上の全ショット領域の配列データを求める際に、凹凸の
程度が他の部分と比べて著しく大きな領域に形成された
アライメントマーク、例えばその表面に塵等の異物が付
着しているような領域に形成されたアライメントマーク
の位置の検出結果がショット配列の演算の基礎データに
含まれないようにする(除外する)ことができ、異物の
付着等がなく、デフォーカス量が所定範囲内となるアラ
イメントマークの位置の検出結果のみがショット配列の
演算の基礎データとなるので、主制御装置24により演
算されたショット領域の配列は異物の付着等に起因する
誤差のない正確なものとなる。
Prior to measuring the position of each wafer mark, the defocus amount of the mark area is measured, and the detection of the mark position is executed only in the mark area where the defocus amount is within a predetermined amount. When obtaining array data of all shot areas on a wafer, alignment marks formed in a region where the degree of unevenness is significantly larger than other portions, such as foreign matter such as dust adhered to the surface thereof The detection result of the position of the alignment mark formed in the area can be prevented from being included (excluded) in the basic data of the calculation of the shot array, and there is no adhesion of foreign matter or the like, and the defocus amount is within the predetermined range. Only the detection result of the position of the alignment mark is used as the basic data for calculating the shot array. Sequence of frequency is assumed accurate without errors due to foreign matter such as adhesion.

【0075】そして、この演算されたショット領域の配
列データにもとづいて、ウエハW上の各ショット領域が
所定の露光位置に順次位置決めされ、レチクルパターン
の像が複数のショット領域に順次露光される。従って、
ウエハ表面に異物等が付着した場合にも、いわゆるダイ
・バイ・ダイ方式の場合等に比べて高いスループットを
維持しつつ、重ね合わせ精度を高精度に維持することが
可能になる。
Then, based on the calculated array data of the shot areas, each shot area on the wafer W is sequentially positioned at a predetermined exposure position, and the image of the reticle pattern is sequentially exposed on a plurality of shot areas. Therefore,
Even when foreign matter or the like adheres to the wafer surface, it is possible to maintain the overlay accuracy with high accuracy while maintaining a higher throughput than in the case of the so-called die-by-die method.

【0076】また、センサユニット16を構成するアラ
イメントセンサとフォーカスセンサとが同一の対物レン
ズ48を共通に用いる構成であることから、当該対物レ
ンズ48の光学特性が変化しても、その光学特性の変化
による焦点検出の影響が抑制される。
Further, since the alignment sensor and the focus sensor which constitute the sensor unit 16 share the same objective lens 48, even if the optical characteristics of the objective lens 48 change, the optical characteristics of the objective lens 48 change. The influence of the focus detection due to the change is suppressed.

【0077】また、フォーカスセンサを構成する検出系
内にウエハWからの反射光を受光する際に、この反射光
のテレセントリック性を崩す瞳制限用の遮光板76が設
けられているので、簡単な構成で、ウエハマーク領域の
Z方向の変位(デフォーカス量)を再結像された像の横
ずれ量に変換して、検出することができる。
Further, when the reflected light from the wafer W is received in the detection system constituting the focus sensor, the light shielding plate 76 for restricting the pupil which breaks the telecentricity of the reflected light is provided. With this configuration, the Z-direction displacement (defocus amount) of the wafer mark area can be converted into a lateral shift amount of the re-imaged image and detected.

【0078】なお、上記実施形態では、スループットを
重視する観点から、予め特定の複数ショット(サンプル
ショット)のウエハマークを検出対象として決め、この
検出対象のマークについて、フォーカスセンサにより検
出された焦点ずれ量が所定範囲内となった場合のみ、合
焦状態でその位置検出を順次行い、その位置検出結果が
所定数に達した段階で当該位置検出結果を用いてショッ
ト領域の配列を最小自乗法を用いた統計処理により演算
する場合について説明したが、本発明がこれに限定され
ることはなく、例えば予め特定の複数ショットのウエハ
マークを検出対象として決め、この特定の複数ショット
のウエハマークについて合焦状態で位置検出を順次行
い、この中で焦点ずれ量(デフォーカス量)が所定範囲
内となるマークの検出結果のみを用いてショット領域の
配列を最小自乗法を用いた統計処理により演算するよう
にしても良い。この場合には、焦点ずれ量が所定範囲で
あるか否かを位置検出の際に判断する必要がないので、
マーク位置検出の際の制御内容が比較的簡単になる。
In the above-described embodiment, from the viewpoint of emphasizing throughput, a plurality of specific shots (sample shots) of wafer marks are determined in advance as detection targets, and the detection target marks are defocused by the focus sensor. Only when the amount is within a predetermined range, the position detection is sequentially performed in a focused state, and when the position detection result reaches a predetermined number, the array of shot areas is subjected to the least square method using the position detection result. The case where the calculation is performed by the used statistical processing has been described. However, the present invention is not limited to this. Position detection is performed sequentially in the in-focus state, and a mark in which the defocus amount (defocus amount) is within a predetermined range is detected. The sequence of the shot areas by using only the result may be calculated by statistical processing using the method of least squares. In this case, it is not necessary to determine whether the defocus amount is within a predetermined range at the time of position detection.
The control contents for detecting the mark position are relatively simple.

【0079】また、上記実施形態のFIA系のアライメ
ントセンサを構成する撮像素子68X,68Y(図2参
照)は対物レンズ48の視野内の同一範囲を撮像し、全
撮像範囲の内の異なる領域をそれぞれ画像解析するもの
であるが、撮像素子68X,68Yの各撮像範囲自体を
異なるらせるようにしてもよい。
The imaging elements 68X and 68Y (see FIG. 2) constituting the FIA-based alignment sensor of the above-described embodiment image the same range in the field of view of the objective lens 48, and detect different areas in the entire imaging range. Although each image is analyzed, the imaging ranges of the imaging elements 68X and 68Y may be made different.

【0080】また、例えば図4に示される検出領域86
B内のフォーカス位置のみを計測すれば良い場合には、
焦点検出用パターン80B以外の焦点検出用パターン8
0A、80Cを不図示のシャッタにより遮光したり、焦
点検出用パターン80A、80B、80C毎に照明用の
光源を別に設け、これらの光源の発光を制御することに
より、特定の焦点検出用パターンのみを照明するように
しても良い。あるいはスリット板74に代えて液晶パネ
ルを設け、この液晶パネルの所望の位置(焦点検出用パ
ターン80A、80B、80Cのいずれかに相当する位
置)のみを光透過部に設定することにより特定の焦点検
出用パターンのみを発生させるようにしてもよい。
Further, for example, the detection area 86 shown in FIG.
If only the focus position in B needs to be measured,
Focus detection pattern 8 other than focus detection pattern 80B
Only a specific focus detection pattern can be obtained by shielding 0A and 80C with a shutter (not shown) or separately providing a light source for illumination for each of the focus detection patterns 80A, 80B and 80C and controlling light emission of these light sources. May be illuminated. Alternatively, a liquid crystal panel is provided in place of the slit plate 74, and only a desired position (a position corresponding to any of the focus detection patterns 80A, 80B, and 80C) of the liquid crystal panel is set in the light transmitting portion to thereby achieve a specific focus. Only the detection pattern may be generated.

【0081】さらに、上記実施形態では、アライメント
センサとしてFIA系のアライメントセンサを用いる場
合について説明したが、本発明がこれに限定されること
はなく、マーク位置検出手段の検出光学系としては、L
IA(Laser Interferometric Alignment )方式のアラ
イメントセンサやLSA(Laser Step Alignment)方式
のアライメントセンサを用いても良く、あるいはこれら
を適宜組み合わせて複数のアライメントセンサを同時に
用いるようにしても良い。但し、例えば、FIA系とL
IA系とを組み合わせて同時に用いる場合には、図2の
ミラー62とリレーレンズ64との間に、LIA系を使
用したときにウエハWで反射してくるレーザ光をカット
する波長選択フィルタ等を配置する等の工夫が必要とな
る。
Further, in the above-described embodiment, the case where the FIA type alignment sensor is used as the alignment sensor has been described. However, the present invention is not limited to this.
An IA (Laser Interferometric Alignment) type alignment sensor or an LSA (Laser Step Alignment) type alignment sensor may be used, or a plurality of alignment sensors may be used simultaneously by appropriately combining them. However, for example, the FIA system and L
When the IA system is used in combination with the IA system, a wavelength selection filter or the like for cutting laser light reflected from the wafer W when the LIA system is used is provided between the mirror 62 and the relay lens 64 in FIG. Devices such as arrangement are required.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によれば、スループットを高く維持出来るととも
に、感光基板表面に異物等が付着した場合にも重ね合わ
せ精度を高精度に維持することができるという従来にな
い優れた効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to maintain a high throughput and to maintain a high overlay accuracy even when a foreign substance or the like adheres to the surface of the photosensitive substrate. There is an unprecedented excellent effect that it can be performed.

【0083】また、請求項2に記載の発明によれば、上
記効果に加え、対物光学系の結像特性が変化しても、こ
れに影響されることなく、位置合わせ用マーク領域の焦
点ずれの検出を正確に行なうことが可能となるという効
果もある。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above-mentioned effects, even if the imaging characteristic of the objective optical system changes, the defocus of the alignment mark area is not affected by the change. There is also an effect that it is possible to accurately detect.

【0084】さらに、請求項3に記載の発明によれば、
上記請求項1、請求項2に記載の発明の効果に加え、簡
単な構成で位置合わせ用マーク領域の焦点ずれ(高さ方
向の変位)を再結像された像の横ずれに変換して検出す
ることが可能となるという効果もある。
According to the third aspect of the present invention,
In addition to the effects of the first and second aspects of the present invention, the focus shift (displacement in the height direction) of the alignment mark area is converted into a lateral shift of the re-imaged image and detected with a simple configuration. There is also an effect that it becomes possible to do.

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

【図1】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment.

【図2】図1中のセンサユニットの構成を示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a sensor unit in FIG.

【図3】図2中のフォーカスセンサの構成を概略的に示
す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a focus sensor in FIG. 2;

【図4】ウエハ上で対物レンズの視野内に設定されるア
ライメントセンサの検出領域を示す拡大平面図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a detection area of an alignment sensor set in a field of view of an objective lens on a wafer.

【図5】位置合わせ用のマークが形成されるウエハ上の
領域の一例を示す拡大図である。
FIG. 5 is an enlarged view showing an example of a region on a wafer where a positioning mark is formed.

【図6】図4に示したアライメントセンサの検出領域の
それぞれに投影される焦点検出用パターンの像を示す図
である。
6 is a diagram showing an image of a focus detection pattern projected on each of the detection areas of the alignment sensor shown in FIG. 4;

【図7】ラインセンサ上に再結像される像を示す拡大図
である。
FIG. 7 is an enlarged view showing an image re-imaged on a line sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 露光装置 14 試料台 16 センサユニット(アライメントセンサ、フォーカ
スセンサ) 18 アライメント制御ユニット 22 駆動系 24 主制御装置 48 対物レンズ(対物光学系) 78 遮光板(光学部材) 86B、86C 検出領域 90X、90Y FIA系用のL/Sパターン W ウエハ(感光基板) R レチクル(マスク) PL 投影光学系 SA ショット領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exposure apparatus 14 Sample stand 16 Sensor unit (alignment sensor, focus sensor) 18 Alignment control unit 22 Drive system 24 Main controller 48 Objective lens (Objective optical system) 78 Shield plate (optical member) 86B, 86C Detection area 90X, 90Y L / S pattern for FIA system W Wafer (photosensitive substrate) R Reticle (mask) PL Projection optical system SA Shot area

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 感光基板を所定の露光位置に順次位置決
めしつつ、マスクに形成されたパターンの像を投影光学
系を介して前記感光基板上の複数のショット領域に順次
露光する露光装置であって、 前記感光基板上の各ショット領域に付設された位置合わ
せ用マーク領域と同程度の検出領域を有し、前記検出領
域内に位置する位置合わせ用マークの位置を検出するマ
ーク位置検出手段と;前記検出領域に光ビームを照射し
その反射光を受光することにより、その領域の合焦面に
対するずれを検出するとともに、そのずれ量に基づいて
前記感光基板の光軸方向の位置を調整する合焦手段と;
前記合焦手段で検出されたずれ量が所定範囲内にある、
前記マーク検出手段により合焦状態にて検出された位置
合わせ用マークの位置の検出結果のみを用い、当該検出
結果と設計上のショット領域の配列データとに基づいて
前記感光基板上の前記複数ショット領域の配列を最小自
乗法を用いた統計処理により演算する演算手段とを有す
る露光装置。
An exposure apparatus for sequentially exposing an image of a pattern formed on a mask to a plurality of shot areas on the photosensitive substrate via a projection optical system while sequentially positioning the photosensitive substrate at a predetermined exposure position. Mark position detecting means for detecting a position of a positioning mark located in the detection region, the detection position having a detection area substantially equal to the positioning mark area provided in each shot area on the photosensitive substrate; Irradiating the detection area with a light beam and receiving the reflected light to detect a shift of the area with respect to the focal plane, and adjust the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction based on the shift amount. Focusing means;
The shift amount detected by the focusing means is within a predetermined range;
Using only the detection result of the position of the alignment mark detected in the focused state by the mark detection unit, the plurality of shots on the photosensitive substrate are determined based on the detection result and the array data of the shot area in design. An exposure device comprising: an arithmetic unit configured to calculate an array of regions by statistical processing using a least squares method.
【請求項2】 前記合焦手段は、前記光ビームの照射及
びその反射光の受光を前記マーク位置検出手段と同一の
対物光学系を介して行なうことを特徴とする請求項1に
記載の露光装置。
2. An exposure apparatus according to claim 1, wherein said focusing means irradiates said light beam and receives reflected light thereof through the same objective optical system as said mark position detecting means. apparatus.
【請求項3】 前記合焦手段は、前記反射光を受光する
際に該反射光のテレセントリック性を崩す光学部材を有
することを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装
置。
3. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the focusing unit includes an optical member that breaks telecentricity of the reflected light when receiving the reflected light.
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