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JP2002043211A - Aligner and exposure system - Google Patents

Aligner and exposure system

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Publication number
JP2002043211A
JP2002043211A JP2000223027A JP2000223027A JP2002043211A JP 2002043211 A JP2002043211 A JP 2002043211A JP 2000223027 A JP2000223027 A JP 2000223027A JP 2000223027 A JP2000223027 A JP 2000223027A JP 2002043211 A JP2002043211 A JP 2002043211A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alignment
mark
position information
focus
measurement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000223027A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Takahashi
顕 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2000223027A priority Critical patent/JP2002043211A/en
Publication of JP2002043211A publication Critical patent/JP2002043211A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aligner which can measure the surface positions of a plurality of marks formed on an object with high accuracy even when the level differences between the surfaces of the marks and the surface of the object differ at every mark. SOLUTION: The aligner measures the surface position of a street line SL with respect to the alignment marks AM formed on the line SL by irradiating the surface of the line SL which is different from the marks AM with light ILX. The aligner also measures the surface position of a wafer by irradiating a device portion DPk on which a pattern is formed with light ILY. Then the aligner finds the surface positions of the marks AM by finding the level difference between the device portion DPk and the line SL from the measured results and subtracting the level difference from the surface position of the wafer, and then, adding the heights of the marks AM to the remainder.

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、半導体素子や液晶
表示素子等のデバイス製造工程において、フォトマスク
と基板等の物体との位置合わせを行うアライメント装置
及び当該装置を用いて上記フォト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上記物体上に露光する
露光装置に係り、特に上記基板に対する焦点合わせを行
うアライメント装置及び露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus for aligning a photomask and an object such as a substrate in a process of manufacturing a device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, and forming the alignment on the photomask using the apparatus. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus that exposes an image of a set pattern onto an object via a projection optical system, and particularly to an alignment apparatus and an exposure apparatus that perform focusing on the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等のデバイス
の製造においては、露光装置を用いてフォトマスクやレ
チクル(以下、これらをレチクルと総称する)に形成さ
れた微細なパターンの像をフォトレジスト等の感光剤が
塗布された半導体ウェハやガラスプレート等の基板上に
投影露光することが繰り返し行われる。投影露光を行う
際には、基板の位置と投影されるレチクルに形成された
パターン像の位置とを精密に合わせる必要がある。この
位置合わせを行うために露光装置はアライメント装置を
備えている。アライメント装置は、基板に形成されたア
ライメントマークの位置を検出するアライメントセンサ
と、このアライメントセンサによって検出されたアライ
メントマークの位置情報に基づいて基板の位置合わせを
行う制御系とから構成される。
2. Description of the Related Art In the manufacture of devices such as semiconductor elements and liquid crystal display elements, an image of a fine pattern formed on a photomask or a reticle (hereinafter, these are collectively referred to as a reticle) using an exposure apparatus is exposed to a photoresist. The projection exposure is repeatedly performed on a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent such as a photosensitive agent. When performing projection exposure, it is necessary to precisely match the position of the substrate with the position of the pattern image formed on the reticle to be projected. The exposure apparatus is provided with an alignment apparatus for performing this alignment. The alignment apparatus includes an alignment sensor that detects a position of an alignment mark formed on a substrate, and a control system that performs alignment of the substrate based on position information of the alignment mark detected by the alignment sensor.

【0003】半導体素子や液晶表示素子等の製造過程に
おいて測定対象である基板の表面状態(荒れ程度)が変
化するため、単一のアライメントセンサによって基板位
置を正確に検出することは困難であり、一般的には基板
の表面状態に合わせて異なるセンサが使用される。アラ
イメントセンサの主なものには、LSA(Laser StepAl
ignment)方式、FIA(Field Image Alignment)方
式、LIA(Laser Interferometric Alignment)方式
のものがある。以下、これらのアライメントセンサの概
略について説明する。
Since the surface state (roughness) of a substrate to be measured changes during the manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, it is difficult to accurately detect the position of the substrate with a single alignment sensor. Generally, different sensors are used according to the surface condition of the substrate. The main alignment sensors are LSA (Laser StepAl).
ignment), FIA (Field Image Alignment), and LIA (Laser Interferometric Alignment). Hereinafter, outlines of these alignment sensors will be described.

【0004】LSA方式のアライメントセンサは、レー
ザ光を基板に形成されたアライメントマークに照射し、
回折・散乱された光を利用してそのアライメントマーク
の位置を計測するアライメントセンサであり、従来より
種々の製造工程の半導体ウェハに幅広く使用されてい
る。FIA方式のアライメントセンサは、ハロゲンラン
プ等の波長帯域幅の広い光源を用いてアライメントマー
クを照明し、その結果得られたアライメントマークの像
を画像処理して位置計測を行うアライメントセンサであ
り、アルミニウム層や基板表面に形成された非対称なマ
ークの計測に効果的である。LIA方式のアライメント
センサは、基板表面に形成された回折格子状のアライメ
ントマークに、僅かに波長が異なるレーザ光を2方向か
ら照射し(2本ビーム入射)、その結果生ずる2つの回
折光を干渉させ、この干渉光の位相からアライメントマ
ークの位置情報を検出するアライメントセンサである。
このLIA方式のアライメントセンサは、低段差のアラ
イメントマークや基板表面の荒れが大きい基板に用いる
と効果的である。LIA方式のアライメントセンサとし
ては、前述した2本ビーム入射方式以外にも、1本のビ
ームをマーク上に照射し、その結果生ずる同一の回折角
をもって異なる方向にそれぞれ進む2つの回折光を干渉
させた干渉光を検知する方式もある。
An LSA type alignment sensor irradiates a laser beam onto an alignment mark formed on a substrate,
It is an alignment sensor that measures the position of an alignment mark using light that has been diffracted and scattered, and has been widely used for semiconductor wafers in various manufacturing processes. The FIA type alignment sensor is an alignment sensor that illuminates the alignment mark using a light source having a wide wavelength band such as a halogen lamp and performs image processing on an image of the obtained alignment mark to perform position measurement. This is effective for measuring asymmetric marks formed on layers and substrate surfaces. The LIA type alignment sensor irradiates laser beams having slightly different wavelengths from two directions to a diffraction grating alignment mark formed on the substrate surface (two beams incident) and interferes with the two resulting diffracted lights. The alignment sensor detects the position information of the alignment mark from the phase of the interference light.
This LIA type alignment sensor is effective when used for an alignment mark having a low step or a substrate having a large surface roughness. As an LIA type alignment sensor, in addition to the above-described two-beam incidence method, a single beam is irradiated onto a mark, and the resulting two diffracted lights traveling in different directions at the same diffraction angle are caused to interfere with each other. There is also a method for detecting the interference light.

【0005】また、一般に光学系にはオートフォーカス
機構が設けられているが、アライメントセンサにおいて
も、被検面をアライメントセンサから所定の範囲内に収
める(これも「焦点合わせ」と呼ぶ)ためのオートフォ
ーカス機構が設けられている。このオートフォーカス機
構は、計測対象のアライメントマーク上に検出用の光束
を照射して、反射光よりその被検面の光軸方向の位置
(フォーカス位置)を検出するオートフォーカスセンサ
と、そのフォーカス位置を予め求められている位置に設
定する駆動機構とから構成されている。
In general, an optical system is provided with an auto-focus mechanism. However, in an alignment sensor, a surface to be detected is set within a predetermined range from the alignment sensor (this is also called "focusing"). An auto focus mechanism is provided. The autofocus mechanism irradiates a light beam for detection onto an alignment mark to be measured, and detects a position (focus position) of the surface to be measured in an optical axis direction from reflected light; And a drive mechanism for setting the position to a predetermined position.

【0006】次に、従来のアライメントセンサについて
説明する。図10は、従来のオフ・アクシス・タイプの
アライメントセンサの構成を示す図である。図10にお
いて、アライメントセンサ100には光ファイバ101
を介して外部のハロゲンランプ等の照明光源から照明光
IL10が導かれる。照明光IL10はコンデンサレン
ズ102を介して視野分割絞り103に照射される。図
11(a)は視野分割絞り103の一例を示す図であ
る。図示されたように、視野分割絞り103には、その
中央に幅広矩形状の開口によりなるマーク照明用絞り2
00と、マーク照明用絞り200を挟むように配置され
た一対の幅狭矩形状の開口によりなる焦点検出用スリッ
ト201,202とが形成されている。照明光IL10
は、視野分割絞り103によってウェハW上のアライメ
ントマーク領域を照明するマーク照明用の第1光束と、
アライメントに先立つ焦点位置検出用の第2光束とに分
割される。
Next, a conventional alignment sensor will be described. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional off-axis type alignment sensor. In FIG. 10, an alignment sensor 100 includes an optical fiber 101.
The illumination light IL10 is guided from an external illumination light source such as a halogen lamp via the. The illumination light IL10 is applied to the field-of-view dividing stop 103 via the condenser lens 102. FIG. 11A is a diagram illustrating an example of the field-of-view dividing stop 103. As shown in the figure, the field division stop 103 has a mark illumination stop 2 having a wide rectangular opening at the center thereof.
00 and focus detection slits 201 and 202 formed by a pair of narrow rectangular openings arranged so as to sandwich the mark illumination stop 200. Illumination light IL10
A first light flux for illuminating a mark that illuminates the alignment mark area on the wafer W by the field-of-view dividing aperture 103;
The light beam is divided into a second light beam for focus position detection prior to alignment.

【0007】このように視野分割された照明光IL20
は、レンズ系104を透過し、ハーフミラー105及び
ミラー106で反射され、対物レンズ107を介してプ
リズムミラー108で反射され、図12に示すようにウ
ェハW上のストリートラインSL内に形成されたアライ
メントマークAMを含むマーク領域とその近傍に照射さ
れる。図12は、従来のアライメントセンサ100のウ
ェハW上における照明領域を説明するための図である。
照明光IL20を照射したときの基板Wの露光面の反射
光は、プリズムミラー108で反射され、対物レンズ1
07を通過してミラー106で反射された後、ハーフミ
ラー105を透過する。
[0007] The illumination light IL20 divided in this manner is divided into visual fields.
Is transmitted through the lens system 104, reflected by the half mirror 105 and the mirror 106, reflected by the prism mirror 108 via the objective lens 107, and formed in the street line SL on the wafer W as shown in FIG. The mark area including the alignment mark AM and the vicinity thereof are irradiated. FIG. 12 is a diagram for explaining an illumination area on the wafer W of the conventional alignment sensor 100.
The reflected light of the exposure surface of the substrate W when the illumination light IL20 is irradiated is reflected by the prism mirror 108, and is reflected by the objective lens 1
07 and reflected by the mirror 106, and then pass through the half mirror 105.

【0008】その後、レンズ系109を介してビームス
プリッタ110に至り、反射光は2方向に分岐される。
ビームスプリッタ110を透過した第1の分岐光は、指
標板111上にアライメントマークAMの像を結像す
る。そして、この像及び指標板111上の指標マークか
らの光が、二次元CCDによりなる撮像素子112に入
射し、撮像素子112の受光面にアライメントマークA
M及び指標マークの像が結像される。一方、ビームスプ
リッタ110で反射された第2の分岐光は、遮光板11
3に入射する。
Thereafter, the light reaches the beam splitter 110 via the lens system 109, and the reflected light is branched in two directions.
The first split light transmitted through the beam splitter 110 forms an image of the alignment mark AM on the index plate 111. Then, this image and light from the index mark on the index plate 111 are incident on the image sensor 112 composed of a two-dimensional CCD, and the alignment mark A is formed on the light receiving surface of the image sensor 112.
An image of M and the index mark is formed. On the other hand, the second split light reflected by the beam splitter 110 is
3 is incident.

【0009】図11(b)は遮光板113の一例を示す
図である。図11(b)に示した遮光板113は、符号
205が付された矩形領域に入射した光は遮光し、矩形
領域205以外の領域206に入射した光は透過する。
よって、遮光板113は前述した第1の光束に対応する
分岐光を遮光し、第2の光束に対応する分岐光を透過す
る。遮光板113を透過した分岐光は、瞳分割ミラー1
14によりテレセントリック性が崩された状態で、一次
元CCDによりなるラインセンサ115に入射し、ライ
ンセンサ115の受光面に焦点検出用スリット201,
202の像が結像される。ここで、基板Wと撮像素子1
12との間はテレセントリック性が確保されているた
め、基板Wが照明光及び反射光の光軸と平行な方向に変
位すると、撮像素子112の受光面上に結像されたアラ
イメントマークAMの像は、撮像素子112の受光面上
における位置が変化することなくデフォーカスされる。
FIG. 11B is a diagram showing an example of the light shielding plate 113. As shown in FIG. The light-shielding plate 113 shown in FIG. 11B shields light incident on a rectangular area denoted by reference numeral 205 and transmits light incident on an area 206 other than the rectangular area 205.
Therefore, the light shielding plate 113 blocks the branched light corresponding to the first light flux and transmits the branched light corresponding to the second light flux. The split light transmitted through the light shielding plate 113 is transmitted to the pupil splitting mirror 1
In a state in which the telecentricity is broken by 14, the light enters a line sensor 115 composed of a one-dimensional CCD, and a focus detection slit 201,
An image 202 is formed. Here, the substrate W and the image sensor 1
When the substrate W is displaced in a direction parallel to the optical axis of the illumination light and the reflected light, the image of the alignment mark AM formed on the light receiving surface of the image sensor 112 is secured because the telecentricity is secured between the alignment mark AM and the substrate 12. Is defocused without changing the position on the light receiving surface of the image sensor 112.

【0010】これに対して、ラインセンサ115に入射
する反射光は、上述のようにそのテレセントリック性が
崩されているため、基板Wが照明光及び反射光の光軸と
平行な方向に変位すると、ラインセンサ115の受光面
上に結像された焦点検出用スリット201,202の像
は分岐光の光軸に対して交差する方向に位置ずれする。
このような性質を利用して、ラインセンサ115上にお
ける像の基準位置に対するずれ量を計測すれば基板Wの
照明光及び反射光の光軸方向の位置(焦点位置)が検出
される。この技術の詳細については、例えば特開平7−
321030号公報を参照されたい。
On the other hand, since the reflected light incident on the line sensor 115 has lost its telecentricity as described above, when the substrate W is displaced in a direction parallel to the optical axis of the illumination light and the reflected light. The images of the focus detection slits 201 and 202 formed on the light receiving surface of the line sensor 115 are displaced in a direction intersecting the optical axis of the branched light.
By utilizing such properties and measuring the amount of deviation of the image on the line sensor 115 from the reference position, the position (focal position) of the illumination light and reflected light of the substrate W in the optical axis direction is detected. For details of this technology, see, for example,
See U.S. Pat. No. 3,210,030.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
の製造を例に挙げると、現在は0.25μm程度のプロ
セスルールで製造が行われているが微細化の要求が更に
高まり、今後0.1μm程度又はこれ以下のプロセスル
ールでCPU(中央処理装置)やRAM(RandomAccess
Memory)の製造予定がなされており、このような状況
下においてはアライメント精度の更なる向上が求められ
る。一般に、アライメントの精度は必要解像度の1/3
程度が要求されるため、0.1μm程度の解像度に対し
ては30nm程度のアライメント精度が必要になる。
By the way, taking the production of a semiconductor device as an example, the production is currently carried out with a process rule of about 0.25 μm, but the demand for miniaturization is further increased, and in the future, the production of 0.1 μm CPU (Central Processing Unit) and RAM (RandomAccess)
Memory) is being planned, and in such a situation, further improvement in alignment accuracy is required. Generally, alignment accuracy is 1/3 of required resolution
Therefore, an alignment accuracy of about 30 nm is required for a resolution of about 0.1 μm.

【0012】上述した従来のアライメント装置では、光
学系の構造上の制限から図12(a)に示したように、
視野分割絞り103に形成されたマーク照明用絞り20
0の像を像210として基板W上に照射し、焦点検出用
スリット201,202の像を各々像211,212と
して基板W上に照射している。尚、図12(b)は、図
12(a)中のA−A線の断面図であり、符号R1、R
2、R3は、像210,211,212が照射されてい
る領域をそれぞれ示している。ここで、マーク照明用視
野絞り200と焦点検出用スリット201,202とを
視野分割絞り103に設け、図12に示したように、マ
ーク照明用視野絞り200の像210をアライメントマ
ークAM上に照射し、焦点検出用スリット201,20
2の像211,212をアライメントマークAMが形成
された位置とは異なる位置に照射するのは、焦点検出用
スリット201,202の像211,212がアライメ
ントマークAMの位置情報を計測する際に影響を及ぼさ
ないようにするためである。
In the above-mentioned conventional alignment apparatus, as shown in FIG.
Mark illumination aperture 20 formed in field division aperture 103
The image of 0 is radiated on the substrate W as an image 210, and the images of the focus detection slits 201 and 202 are radiated on the substrate W as images 211 and 212, respectively. FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
Reference numerals 2 and R3 denote regions irradiated with the images 210, 211, and 212, respectively. Here, the mark illumination field stop 200 and the focus detection slits 201 and 202 are provided in the field division stop 103, and an image 210 of the mark illumination field stop 200 is irradiated onto the alignment mark AM as shown in FIG. And focus detection slits 201 and 20
Irradiating the second images 211 and 212 to a position different from the position where the alignment mark AM is formed has an effect when the images 211 and 212 of the focus detection slits 201 and 202 measure the position information of the alignment mark AM. In order not to affect.

【0013】ここで、基板Wの処理が複数回に亘って行
われると、回路パターンが形成されたデバイス部分DP
とアライメントマークAMの表面位置との間の段差が大
きくなる。つまり、デバイス部分DPの表面の高さ位置
とアライメントマークAMの表面の高さ位置との問に、
大きな段差が生じる。これは、デバイス部分DPには絶
縁膜形成等の処理が施され、ストリートラインSLには
処理が施されないか、又は処理が施されてもエッチング
等によって除去されるからである。
When the processing of the substrate W is performed a plurality of times, the device portion DP on which the circuit pattern is formed is formed.
And the step between the alignment mark AM and the surface position of the alignment mark AM increase. That is, when asking the height position of the surface of the device portion DP and the height position of the surface of the alignment mark AM,
A large step occurs. This is because the device portion DP is subjected to a process such as formation of an insulating film, and the street line SL is not subjected to a process, or even if the process is performed, it is removed by etching or the like.

【0014】このような場合、焦点位置の検出動作にて
検出されたアライメント光学系の焦点位置は、アライメ
ントマークAMに対する最適焦点位置ではなく、デバイ
ス部分DPに対する最適焦点位置となる。このため、ア
ライメントを行うに際して、上述のように検出された検
出結果に基づいて基板Wの位置決めを行うと、アライメ
ントマークAMの表面とデバイス部分DPの表面との間
の段差の分だけアライメントマークAMがオフセットさ
れた状態となる。この結果、アライメントマークAMの
像は、撮像素子112の受光面上にオフセットに応じた
分だけデフォーカスされた状態で結像されるため、高精
度のアライメントが困難になる。そこで、検出されたア
ライメント光学系の焦点位置に対して予め用意した適当
なオフセット値を加減してアライメントマークAMの表
面の焦点位置とすることが一般的である。
In such a case, the focus position of the alignment optical system detected by the focus position detection operation is not the optimum focus position for the alignment mark AM but the optimum focus position for the device portion DP. Therefore, when the alignment is performed, when the substrate W is positioned based on the detection result detected as described above, the alignment mark AM is formed by the step between the surface of the alignment mark AM and the surface of the device portion DP. Are offset. As a result, the image of the alignment mark AM is formed on the light receiving surface of the image sensor 112 in a state where it is defocused by an amount corresponding to the offset, so that high-precision alignment becomes difficult. Therefore, it is general to add or subtract an appropriate offset value prepared in advance to the detected focus position of the alignment optical system to obtain the focus position on the surface of the alignment mark AM.

【0015】ところで近年では、基板Wの位置や回転等
の調整のみならず、基板W上に形成された複数のショッ
ト領域各々の位置や回転等を調整するために、複数のシ
ョット領域それぞれに対して複数のアライメントマーク
AMを形成し、これら複数のアライメントマークAMの
位置情報を計測する、いわゆるショット内多点アライメ
ント計測と称する技術が使用されつつある。図13
(a)は、基板W上の各ショット領域に、デバイス部分
DP1〜DP5と、各ショット領域毎に2つのアライメ
ントマークAMa、AMbとが設けられている状態を示
したものである。ショット内多点アライメント計測で
は、例えばDP1を参照して説明すると、それぞれ異な
る位置に形成されたアライメントマークAM1aとAM
1bの位置情報を計測するものである。ここで、アライ
メントマークAM1a、AM1bを、図11、図12に
示した方式で計測する場合を考えると、アライメントマ
ークAM1aを計測する際のAF計測位置(焦点計測位
置)はAF1aとなり、アライメントマークAM1bを
計測する際のAF計測位置はAF1bとなる。この両方
のアライメントマークAM1a,AM1bに関するAF
計測位置AF1a,AF1bにおけるデバイス部分の高
さが同じ高さであれば、上述した適当なオフセット値が
1つあれば良いが、デバイス部分の高さはどこでも均一
であるという保証は無い。このためAF計測位置AF1
a,AF1bにおける高さが異なっている場合には、従
来のように適当なオフセット値を加減しただけでは、計
測対象となっている全てのアライメントマークAMの正
確な高さ位置情報を得ることができない。
In recent years, not only adjustment of the position and rotation of the substrate W, but also adjustment of the position and rotation of each of a plurality of shot regions formed on the substrate W have been performed for each of the plurality of shot regions. A technique called so-called multi-point in-shot alignment measurement, in which a plurality of alignment marks AM are formed by measuring the position information of the plurality of alignment marks AM, is being used. FIG.
(A) shows a state where device parts DP1 to DP5 and two alignment marks AMa and AMb are provided for each shot area on the substrate W. In the in-shot multipoint alignment measurement, for example, with reference to DP1, alignment marks AM1a and AM1a formed at different positions will be described.
1b is to measure the position information. Here, considering the case where the alignment marks AM1a and AM1b are measured by the method shown in FIGS. 11 and 12, the AF measurement position (focus measurement position) when measuring the alignment mark AM1a is AF1a and the alignment mark AM1b. The AF measurement position when measuring is AF1b. AF for both alignment marks AM1a and AM1b
If the device portions at the measurement positions AF1a and AF1b have the same height, there is only one appropriate offset value as described above, but there is no guarantee that the device portions are uniform in height everywhere. Therefore, the AF measurement position AF1
a, when the heights of the AF1b are different, it is possible to obtain accurate height position information of all the alignment marks AM to be measured simply by adjusting an appropriate offset value as in the related art. Can not.

【0016】また近年では、デバイス部分DPに種類の
異なるデバイスパターンが複合的に形成される、いわゆ
るシステムLSIの技術も開発されている。このシステ
ムLSIでは、例えば図13(b)に示すように、デバ
イス部分DPに付随して形成されたアライメントマーク
AMa,AMbを計測する際のAF計測位置AFa、A
Fbにおけるデバイスパターンが異なっている。このた
めこのようなシステムLSIにおいても、従来のように
適当なオフセット値を加減しただけでは、計測対象とな
っている全てのアライメントマークAMの正確な高さ位
置情報を得ることができない虞がある。
In recent years, a so-called system LSI technology has been developed in which different types of device patterns are formed in a composite manner in the device portion DP. In this system LSI, for example, as shown in FIG. 13 (b), AF measurement positions AFa, A when measuring alignment marks AMa, AMb formed in association with the device portion DP.
The device pattern in Fb is different. Therefore, even in such a system LSI, there is a possibility that accurate height position information of all the alignment marks AM to be measured cannot be obtained simply by adjusting an appropriate offset value as in the related art. .

【0017】上述した図13(a)、(b)では、図1
1、12に示すように、アライメント計測時のAF計測
位置をデバイス部分としているが、これとは別に、スト
リートライン上でAF計測を行う技術も知られている。
図13(c)は、ストリートライン上でAF計測を行う
状態を示したものである。各ショット領域の近傍には、
今回の計測対象である2つのアライメントマークAM
a,AMbと、前層のアライメント計測時に使用された
(今回の計測対象とはなっていない)アライメントマー
クAMa′とが付随して形成されている。後述の図6,
図7の構成を用いてアライメント計測を行う場合におい
て、アライメントマークAMbを計測する際のAF計測
位置AFb(ストリートライン)上には、他のアライメ
ントマークが形成されていないため、ストリートライン
の表面がらアライメントマークAMbの表面までを表す
適当なオフセット値を加減すれば、アライメントマーク
AMbの正確な高さ位置情報を得ることができる。しが
しながら、アライメントマークAMaを計測する際のA
F計測位置AFa上には、前工程で使用されたアライメ
ントマークAMa′が形成されている。このため、この
AF計測位置AFaでのAF計測結果に、AF計測位置
AFbでの計測結果に先ほどオフセットとして使用した
オフセット値を加減しても、アライメントマークAMa
の正確な高さ位置情報を得ることができない。
In FIGS. 13A and 13B described above, FIG.
As shown in 1 and 12, an AF measurement position at the time of alignment measurement is used as a device portion. Apart from this, a technique for performing AF measurement on a street line is also known.
FIG. 13C shows a state where AF measurement is performed on a street line. In the vicinity of each shot area,
Two alignment marks AM to be measured this time
a, AMb, and an alignment mark AMa ′ used during alignment measurement of the previous layer (not a target of measurement this time) are formed together. See Figure 6 below.
When performing alignment measurement using the configuration of FIG. 7, no other alignment mark is formed on the AF measurement position AFb (street line) at the time of measuring the alignment mark AMb. By adjusting the appropriate offset value representing the surface of the alignment mark AMb, accurate height position information of the alignment mark AMb can be obtained. While measuring the alignment mark AMa
On the F measurement position AFa, the alignment mark AMa ′ used in the previous process is formed. Therefore, even if the offset value used as the offset earlier in the measurement result at the AF measurement position AFb is added to or subtracted from the AF measurement result at the AF measurement position AFa, the alignment mark AMa
Cannot obtain accurate height position information.

【0018】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、物体上に形成された複数のマークの表面と物体表
面との間の段差がマーク毎に異なる場合であっても、各
マーク表面の位置を高い精度で計測し、各々のマークの
表面に合焦させた状態でマークの位置情報を高い精度で
計測することができるアライメント装置を提供するとと
もに、当該アライメント装置によって高い精度で計測さ
れた位置情報に基づいて位置決めを高精度で行った状態
で露光処理を行うことができる露光装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if a step between the surface of a plurality of marks formed on an object and the surface of the object is different for each mark, the surface of each mark is different. In addition to providing an alignment device that can measure the position of the mark with high accuracy and can measure the position information of the mark with high accuracy while focusing on the surface of each mark, the alignment device can measure the position information with high accuracy It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus that can perform an exposure process in a state where positioning is performed with high accuracy based on position information obtained.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の観点によるアライメント装置は、物
体(W)上に形成された複数のマーク(AM、AM1、
AM2)の所定の二次元平面(XY平面)内における位
置情報を計測する位置情報計測系(24、25、38、
39、40)と、前記マーク(AM、AM1、AM2)
の形成位置とは異なる前記物体(W)上の位置に設定さ
れた焦点計測位置において前記物体(W)の前記二次元
平面(XY平面)に対して垂直方向(Z軸方向)におけ
る焦点位置情報を計測する焦点位置計測系(24、2
8、29、30、31、32、33、34、35、3
6、37)とを備えるアライメント装置であって、前記
焦点計測位置における前記物体(W)表面と前記マーク
(AM、AM1、AM2)の表面との間の、前記垂直方
向(Z軸方向)における段差情報を前記マーク(AM、
AM1、AM2)毎に記憶する記憶手段(17)とを具
備することを特徴としている。この発明によれば、焦点
計測位置における物体の表面とマークの表面との間の垂
直方向における段差情報をマーク毎に記憶しているた
め、物体の垂直方向における焦点位置情報を計測する焦
点計測位置がマークの形成位置とは異なる位置に設定さ
れている場合において、焦点計測位置に応じて物体の表
面位置が変化しているときであっても段差情報に基づい
て各々のマーク表面の位置を求めることができる。ま
た、本発明の第2の観点によるアライメント装置は、第
1の観点によるアライメント装置において、前記焦点計
測位置において前記焦点位置計測系(24、28、2
9、30、31、32、33、34、35、36、3
7)で計測した前記焦点位置情報と前記段差情報とに基
づいて、前記位置情報計測系(24、25、38、3
9、40)による前記マーク(AM、AM1、AM2)
の位置情報を計測する際の、前記物体の前記垂直方向
(Z軸方向)における位置を制御する移動制御手段
(6、10、11)を具備することを特徴としている。
この発明によれば、記憶手段に記憶した段差情報と計測
された焦点位置情報とに基づいて、垂直方向における物
体の位置を制御している。その結果、マーク表面にアラ
イメント装置の焦点位置を合わせることができ、各々の
マークの二次元平面内における位置情報の計測精度を向
上させることができる。また、本発明の第3の観点によ
るアライメント装置は、第1の観点又は第2の観点によ
るアライメント装置において、前記物体(W)は、複数
のショット領域(SA1〜SAn)が形成された基板
(W)であり、当該ショット領域(SL1〜SAn)に
はそれぞれ複数の前記マーク(AM、AM1、AM2)
が形成されていることを特徴としている。この発明によ
れば、ショット領域に形成された複数のマークを計測し
て二次元平面内におけるショット領域毎の位置ずれを補
正する所謂ショット内多点アライメント計測を行う際
に、各々のマーク毎に焦点計測位置における物体の表面
が変化しているときであっても、各々のマークの表面を
アライメント装置の焦点位置に合わせることができ、高
い精度でマークの二次元平面内における位置情報を計測
することができる。その結果、各ショット領域の二次元
平面内における位置ずれを高い精度で補正することがで
きる。また、本発明の第4の観点によるアライメント装
置は、第3の観点によるアライメント装置において、前
記マーク(AM、AM1、AM2)及び前記焦点計測位
置は、前記ショット領域(SA1〜SAn)間に設けら
れたストリートライン(SL、SLX、SLY)上の異な
る位置に設定されていることを特徴としている。また、
本発明の第5の観点によるアライメント装置は、第4の
観点によるアライメント装置において、前記ストリート
ライン(SL、SLX、SLY)が、第1方向(X軸方
向)及び第2方向(Y軸方向)に設けられ、前記焦点位
置計測系(24、28、29、30、31、32、3
3、34、35、36、37)が、長手方向が前記第1
方向(X軸方向)に設定された第1検出光(ILX)を
照射する第1計測系(24、28、30、32、33、
34、35、36、37)と、前記第2方向(Y軸方
向)に設定された第2検出光(ILY)を照射する第2
計測系(24、29、31、32、35、36、37)
とを具備することを特徴としている。また、本発明の第
6の観点によるアライメント装置は、第5の観点による
アライメント装置において、前記焦点位置計測系(2
4、28、29、30、31、32、33、34、3
5、36、37)は、前記第1検出光(ILX)の反射
光の強度と第2検出光(ILY)の反射光の強度とを比
較し、当該比較結果に応じて前記第1計測系(24、2
8、30、32、33、34、35、36、37)又は
前記第2計測系(24、29、31、32、35、3
6、37)の何れか一方を選択して焦点検出を行うこと
を特徴としている。また、本発明の第7の観点によるア
ライメント装置は、第6の観点によるアライメント装置
において、前記焦点位置計測系(24、28、29、3
0、31、32、33、34、35、36、37)によ
り計測された前記焦点位置情報を前記段差情報を用いて
補正した前記マーク(AM、AM1、AM2)に対する
焦点位置情報を記憶する補正焦点位置記憶手段(17)
を備えることを特徴としている。また、本発明の第8の
観点によるアライメント装置は、第7の観点によるアラ
イメント装置において、前記補正焦点位置記憶手段(1
7)が、前記ショット領域(SA1〜SAn)の内、最
初に計測するショット領域に関するマーク(AM、AM
1、AM2)の焦点位置情報を記憶することを特徴とし
ている。この発明によれば、最初に計測するショット領
域に関するマークの焦点位置を記憶している。よって、
残りのショット領域については記憶した焦点位置情報に
基づいて基板の垂直方向の位置を調整して二次元平面内
の位置情報を計測することで焦点位置情報を求める処理
が省略できるため、マーク毎の二次元平面における位置
情報を高スループットで計測することができる。また、
本発明の第9の観点によるアライメント装置は、第7の
観点によるアライメント装置において、前記基板(W)
は複数枚を一組とするロット単位で設けられており、前
記補正焦点位置記憶手段(17)は、最初に計測を行う
基板(W)に形成されたマーク(AM、AM1、AM
2)の焦点位置情報を記憶することを特徴としている。
この発明によれば、最初に計測を行う基板に形成された
マークの焦点位置情報を記憶手段に記憶している。よっ
て、残りの基板については記憶した焦点位置情報に基づ
いて基板の垂直方向の位置を調整して二次元平面内の位
置情報を計測することで焦点位置情報を求める処理が省
略できるため、マーク毎の二次元平面内における位置情
報を高スループットで計測することができる。また、本
発明の第10の観点によるアライメント装置は、第7の
観点によるアライメント装置において、前記補正焦点位
置記憶手段(17)は、前記ロット先頭から計測が行わ
れた複数枚の基板(W)にそれぞれ形成された対応する
マーク(AM、AM1、AM2)毎の焦点位置情報の計
測結果の平均値を前記マーク(AM、AM1、AM2)
毎に記憶することを特徴としている。この発明によれ
ば、ロット先頭から複数内の基板に対してマーク毎の焦
点位置情報の計測を行い、計測結果の平均値をマーク毎
に記憶している。よって、基板間で表面の平坦性にばら
つきがある場合であっても、残りの基板について記憶し
た平均値に基づいて基板の垂直方向の位置を調整して二
次元平面内の位置情報を計測することで、マーク毎の位
置情報を高スループットで計測することができる。ま
た、本発明の第11の観点によるアライメント装置は、
第7の観点から第10の観点の何れかの観点によるアラ
イメント装置において、前記補正焦点位置記憶手段(1
7)に記憶された焦点位置情報に基づいて前記基板
(W)を前記垂直方向(Z軸方向)へ移動させる垂直移
動制御手段(6、10、11)を備え、前記位置情報計
測系(24、25、38、39、40)は、前記垂直移
動制御手段(6、10、11)による前記基板(W)の
移動後に前記マーク(AM、AM1、AM2)の前記二
次元平面(XY平面)内における位置情報を計測するこ
とを特徴としている。この発明によれば、補正された焦
点位置情報に基づいて、垂直方向における基板の位置を
制御している。その結果、マーク表面にアライメント装
置の焦点位置を合わせることができ、各々のマークの二
次元平面内における位置情報の計測精度を向上させるこ
とができる。また、本発明の露光装置は、マスク(R)
上に形成された所定パターンを基板(W)上に露光する
露光装置であって、上記第1の観点から第11の観点の
何れかの観点によるアライメント装置を備え、前記アラ
イメント装置の計測結果に基づいて前記マスク(R)と
前記基板(W)との相対的な位置合わせを行い、前記マ
スク(R)上に形成された所定パターンの像を前記基板
(W)上に露光することを特徴としている。この発明に
よれば、上記のアライメント装置によって高精度で計測
された位置情報に基づいてマスクと基板との位置合わせ
を行っている。よって、マスクと基板とが高精度で位置
合わせされた状態でマスクに形成された所定パターンが
基板上に露光されるため、基板上に微細なパターンを精
度良く形成することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, an alignment apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a plurality of marks (AM, AM1,
AM2), a position information measuring system (24, 25, 38,...) For measuring position information in a predetermined two-dimensional plane (XY plane).
39, 40) and the marks (AM, AM1, AM2)
Focus position information in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the two-dimensional plane (XY plane) of the object (W) at a focus measurement position set at a position on the object (W) different from the formation position of the object Position measurement system (24, 2
8, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 3,
6, 37), in the vertical direction (Z-axis direction) between the surface of the object (W) at the focus measurement position and the surface of the mark (AM, AM1, AM2). The step information is indicated by the mark (AM,
AM1 and AM2). According to the present invention, since step information in the vertical direction between the surface of the object at the focus measurement position and the surface of the mark is stored for each mark, the focus measurement position at which the focus position information of the object in the vertical direction is measured Is set to a position different from the mark formation position, and the position of each mark surface is obtained based on the step information even when the surface position of the object is changing according to the focus measurement position. be able to. The alignment apparatus according to a second aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the first aspect, wherein the focus position measurement system (24, 28, 2) is provided at the focus measurement position.
9, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 3,
Based on the focal position information and the step information measured in 7), the position information measurement system (24, 25, 38, 3)
9, 40) according to the mark (AM, AM1, AM2)
And moving control means (6, 10, 11) for controlling the position of the object in the vertical direction (Z-axis direction) when measuring the position information.
According to the present invention, the position of the object in the vertical direction is controlled based on the step information stored in the storage means and the measured focal position information. As a result, the focus position of the alignment device can be adjusted to the mark surface, and the measurement accuracy of position information of each mark in a two-dimensional plane can be improved. In the alignment apparatus according to a third aspect of the present invention, in the alignment apparatus according to the first aspect or the second aspect, the object (W) may be a substrate (SA) on which a plurality of shot areas (SA1 to SAn) are formed. W), and a plurality of the marks (AM, AM1, AM2) are respectively provided in the shot areas (SL1 to SAn).
Is formed. According to the present invention, when performing so-called multi-point intra-shot alignment measurement in which a plurality of marks formed in a shot area are measured to correct a position shift in each shot area in a two-dimensional plane, each mark is Even when the surface of the object at the focus measurement position is changing, the surface of each mark can be adjusted to the focus position of the alignment device, and position information of the mark in a two-dimensional plane can be measured with high accuracy. be able to. As a result, the displacement of each shot area in the two-dimensional plane can be corrected with high accuracy. The alignment apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the third aspect, wherein the mark (AM, AM1, AM2) and the focus measurement position are provided between the shot areas (SA1 to SAn). It is set at different positions on the set street line (SL, SL X , SL Y ). Also,
Fifth aspect by the alignment device of the present invention, in the alignment device according to the fourth aspect, the street line (SL, SL X, SL Y ) is, the first direction (X axis direction) and second direction (Y-axis Direction), and the focal position measuring system (24, 28, 29, 30, 31, 32, 3)
3, 34, 35, 36, 37), but the longitudinal direction is the first
A first measurement system (24, 28, 30, 32, 33, 33) for irradiating the first detection light (IL X ) set in the direction (X-axis direction)
34, 35, 36, and 37) and a second irradiation of the second detection light (IL Y ) set in the second direction (Y-axis direction).
Measurement system (24, 29, 31, 32, 35, 36, 37)
Are provided. An alignment apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the fifth aspect, wherein the focus position measurement system (2
4, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 3
5, 36, 37) compares the intensity of the reflected light of the first detection light (IL X ) with the intensity of the reflected light of the second detection light (IL Y ), and according to the comparison result, the first light. Measurement system (24, 2
8, 30, 32, 33, 34, 35, 36, 37) or the second measurement system (24, 29, 31, 32, 35, 3).
6, 37) is selected to perform focus detection. An alignment apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the sixth aspect, wherein the focus position measurement system (24, 28, 29, 3) is used.
0, 31, 32, 33, 34, 35, 36, and 37) The focal position information measured by using the step information is corrected to store focal position information for the mark (AM, AM1, AM2). Focus position storage means (17)
It is characterized by having. An alignment apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the seventh aspect, wherein the corrected focal position storage means (1
7) marks (AM, AM) relating to the shot area to be measured first among the shot areas (SA1 to SAn).
1, AM2) is stored. According to the present invention, the focus position of the mark regarding the shot area to be measured first is stored. Therefore,
For the remaining shot areas, the process of obtaining the focal position information by adjusting the vertical position of the substrate based on the stored focal position information and measuring the positional information in a two-dimensional plane can be omitted, so that the processing for each mark can be omitted. Position information on a two-dimensional plane can be measured with high throughput. Also,
An alignment apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the seventh aspect, wherein the substrate (W)
Are provided in units of lots each including a plurality of sheets, and the correction focal position storage means (17) stores marks (AM, AM1, AM) formed on a substrate (W) to be measured first.
It is characterized in that the focus position information of 2) is stored.
According to the present invention, the focus position information of the mark formed on the substrate to be measured first is stored in the storage means. Therefore, for the remaining substrates, the process of obtaining the focal position information by adjusting the vertical position of the substrate based on the stored focal position information and measuring the positional information in the two-dimensional plane can be omitted. Position information in a two-dimensional plane can be measured with high throughput. Further, an alignment apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the alignment apparatus according to the seventh aspect, wherein the corrected focal position storage means (17) includes a plurality of substrates (W) measured from the head of the lot. The average value of the measurement results of the focal position information for each of the corresponding marks (AM, AM1, AM2) respectively formed on the marks (AM, AM1, AM2)
It is characterized in that it is stored every time. According to the present invention, the focal position information for each mark is measured for a plurality of substrates from the beginning of the lot, and the average value of the measurement results is stored for each mark. Therefore, even when the surface flatness varies between the substrates, the position of the substrate in the vertical direction is adjusted based on the average value stored for the remaining substrates to measure the position information in the two-dimensional plane. Thus, position information for each mark can be measured with high throughput. Further, an alignment apparatus according to an eleventh aspect of the present invention includes:
The alignment apparatus according to any one of the seventh to tenth aspects, wherein the corrected focus position storage means (1
7) a vertical movement control means (6, 10, 11) for moving the substrate (W) in the vertical direction (Z-axis direction) based on the focal position information stored in the position information measurement system (24). , 25, 38, 39, 40), after the movement of the substrate (W) by the vertical movement control means (6, 10, 11), the two-dimensional plane (XY plane) of the mark (AM, AM1, AM2). It is characterized by measuring position information in the inside. According to the present invention, the position of the substrate in the vertical direction is controlled based on the corrected focal position information. As a result, the focus position of the alignment device can be adjusted to the mark surface, and the measurement accuracy of position information of each mark in a two-dimensional plane can be improved. Further, the exposure apparatus of the present invention provides a mask (R)
An exposure apparatus for exposing a predetermined pattern formed thereon onto a substrate (W), comprising: an alignment apparatus according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the alignment apparatus obtains a measurement result of the alignment apparatus. Relative positioning of the mask (R) and the substrate (W) based on the image and exposing an image of a predetermined pattern formed on the mask (R) to the substrate (W). And According to the present invention, the alignment between the mask and the substrate is performed based on the position information measured with high accuracy by the alignment device. Therefore, since the predetermined pattern formed on the mask is exposed on the substrate in a state where the mask and the substrate are aligned with high precision, a fine pattern can be accurately formed on the substrate.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態によるアライメント装置及び露光装置について
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による露
光装置の概略構成を示す図である。本実施形態において
は、本発明をオフアクシス方式のアライメントセンサを
備えたステップ・アンド・リピート方式の露光装置に適
用した場合について説明する。尚、以下の説明において
は、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、この
XYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係につい
て説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面
に対して平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して
垂直となる方向に設定されている。図中のXYZ座標系
は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、
Z軸が鉛直上方向に設定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an alignment apparatus and an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a step-and-repeat type exposure apparatus including an off-axis type alignment sensor. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Z axis are set to be parallel to the paper surface, and the Y axis is set to a direction perpendicular to the paper surface. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane,
The Z axis is set vertically upward.

【0021】図1において、照明光学系1は後述する主
制御系11から露光光出射を指示する制御信号が出力さ
れた場合に、ほぼ均一の照度を有する露光光ELを出射
してレチクルRを照射する。露光光ELの光軸AXはZ
軸方向に対して平行に設定されている。上記露光光EL
としては、例えばg線(436nm)、i線(365n
m)、KrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエ
キシマレーザ(193nm)、F2エキシマレーザ(1
93nm)が用いられる。レチクルRは、フォトレジス
トが塗布されたウェハ(基板)W上に転写するための微
細なパターンを有し、レチクルホルダ2上に保持され
る。
In FIG. 1, when a control signal for instructing emission of exposure light is output from a main control system 11, which will be described later, an illumination optical system 1 emits exposure light EL having substantially uniform illuminance to apply a reticle R. Irradiate. The optical axis AX of the exposure light EL is Z
It is set parallel to the axial direction. The above exposure light EL
Are, for example, g-line (436 nm), i-line (365n)
m), KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F 2 excimer laser (1
93 nm). The reticle R has a fine pattern to be transferred onto a wafer (substrate) W coated with a photoresist, and is held on the reticle holder 2.

【0022】レチクルホルダ2はベース3上のXY平面
内で移動及び微小回転ができるように支持されている。
装置全体の動作を制御する主制御系11が、ベース3上
の駆動装置4を介してレチクルステージ3の動作を制御
して、レチクルRの位置を設定する。露光光ELが照明
光学系1から出射された場合には、レチクルRのパター
ン像が投影光学系PLを介してウェハW上のデバイス部
分を含んで設定される各ショット領域に投影される。投
影光学系PLは複数のレンズ等の光学素子を有し、その
光学素子の硝材としては露光光ELの波長に応じて石
英、蛍石等の光学材料から選択される。
The reticle holder 2 is supported so that it can move and minutely rotate in the XY plane on the base 3.
A main control system 11, which controls the operation of the entire apparatus, controls the operation of the reticle stage 3 via the driving device 4 on the base 3, and sets the position of the reticle R. When the exposure light EL is emitted from the illumination optical system 1, the pattern image of the reticle R is projected via the projection optical system PL onto each shot area including the device portion on the wafer W. The projection optical system PL has a plurality of optical elements such as lenses, and the glass material of the optical elements is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the exposure light EL.

【0023】ウェハWはウェハホルダ5を介してZステ
ージ6に載置されている。ここで、ウェハホルダ5上に
載置されたウェハWについて説明する。図2は、ウェハ
Wの一例を示す上面図である。図2に示したようにウェ
ハWの上面には例えば半導体パターンが形成される多数
のデバイス領域DP1〜DPn(nは自然数)が図中X
軸方向及びY軸方向に所定の間隔をもって配列されてい
る。各デバイス領域DP1〜DPnの間には長さ方向が
X軸方向に設定されたストリートラインSLXと長さ方
向がY軸方向に設定されたストリートラインSLYが形
成されている。図2に示したデバイス部分DP1〜DP
n各々に対応して図示しないアライメントマークがスト
リートラインSLX,SLY上に形成されており、1つの
デバイス部分とストリートラインに形成されたアライメ
ントマークとを含めてショット領域が形成されている。
尚、ストリートラインSLX,SLYとを総称する場合に
はストリートラインSLと称する。
The wafer W is mounted on a Z stage 6 via a wafer holder 5. Here, the wafer W placed on the wafer holder 5 will be described. FIG. 2 is a top view illustrating an example of the wafer W. As shown in FIG. 2, on the upper surface of the wafer W, for example, a large number of device regions DP1 to DPn (n is a natural number) in which a semiconductor pattern is formed are denoted by X in the figure.
They are arranged at predetermined intervals in the axial direction and the Y-axis direction. Between each device region DP1~DPn formed street line SL Y the street line SL X and the length direction set lengthwise direction in the X-axis direction is set in the Y-axis direction. Device parts DP1 to DP shown in FIG.
n each street alignment marks (not shown) corresponding to the line SL X, are formed on the SL Y, the shot area including an alignment mark formed on a single device portion and street lines are formed.
The street lines SL X and SL Y are collectively referred to as street lines SL.

【0024】図3は、1つのショット領域の構成を示す
図である。図3において、デバイス部分DPk(kは自
然数)に対応してX軸方向計測用のアライメントマーク
AM1〜AM3がストリートラインSLX上に形成され
ており、Y軸方向計測用のアライメントマークAM4が
ストリートラインSLY上に形成されており、デバイス
部分DPkとアライメントマークAM1〜AM4を含め
て1つのショット領域SAkが形成されている。ここ
で、一般的に半導体集積回路等のデバイス製造工程にお
いては、デバイス領域DPkに対してパターンを形成す
ることが繰り返し行われるが、図示したアライメントマ
ークAM3は以前の工程でショット領域SAkの位置情
報を計測するために形成されたものであり、アライメン
トマークAM1,AM2,AM4は現在の工程でショッ
ト領域SAkの位置情報を計測するために形成されたも
のであるとする。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one shot area. 3, device portion DPk (k is a natural number) alignment marks AM1~AM3 for X-axis direction measurement in correspondence with is formed on the street line SL X, the alignment mark AM4 for Y-axis direction measurement is Street It is formed on the line SL Y, including a device part DPk and the alignment mark AM1~AM4 one shot area SAk is formed. Here, in a device manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or the like, in general, a pattern is repeatedly formed on the device region DPk. However, the illustrated alignment mark AM3 shows the position information of the shot region SAk in the previous process. , And the alignment marks AM1, AM2, AM4 are formed to measure the position information of the shot area SAk in the current process.

【0025】尚、図3においては、1次元のライン・ア
ンド・スペースマークと称されるアライメントマークA
M1〜AM4を図示しているが、一度の計測でX軸方向
の位置情報とY軸方向の位置情報との両方を得ることが
できる2次元計測用のアライメントマークAMを用いて
も良い。
In FIG. 3, an alignment mark A called a one-dimensional line and space mark is used.
Although M1 to AM4 are illustrated, an alignment mark AM for two-dimensional measurement that can obtain both the position information in the X-axis direction and the position information in the Y-axis direction in one measurement may be used.

【0026】図4は、2次元計測用のアライメントマー
クAMの一例の構成を示す上面図である。図4に示した
2次元計測用のアライメントマークAMは、長手方向が
Y軸方向に設定されたマーク要素am1をX軸方向に一
定の間隔をもって配列してなるX軸方向の位置情報を計
測するための部分と、長手方向がX軸方向に設定された
マーク要素am2をY軸方向に一定の間隔をもって配列
してなるY軸方向の位置情報を計測するための部分とか
らなる。この2次元計測用のアライメントマークAMを
用いることで、ストリートラインSL上に形成されるア
ライメントマークの数を低減することができるととも
に、計測に要する時間を短縮することができる。
FIG. 4 is a top view showing an example of the configuration of an alignment mark AM for two-dimensional measurement. The alignment mark AM for two-dimensional measurement shown in FIG. 4 measures position information in the X-axis direction in which mark elements am1 whose longitudinal directions are set in the Y-axis direction are arranged at regular intervals in the X-axis direction. And a part for measuring position information in the Y-axis direction, in which mark elements am2 whose longitudinal directions are set in the X-axis direction are arranged at regular intervals in the Y-axis direction. By using the alignment mark AM for two-dimensional measurement, the number of alignment marks formed on the street line SL can be reduced, and the time required for measurement can be reduced.

【0027】図1に戻り、Zステージ6は、ウェハWの
Z軸方向の位置を微調整させるステージである。また、
Zステージ6はXYステージ7上に載置されている。X
Yステージ7は、XY平面内にウェハWを移動させるス
テージである。尚、図示は省略しているが、ウェハWを
XY平面内で微小回転させるステージ及びZ軸に対する
角度を変化させてXY平面に対するウェハWの傾きを調
整するステージを設けてもよい。ウェハホルダ5の上面
の一端にはL字型の移動鏡8が取り付けられ、移動鏡8
の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計9が配置されてい
る。
Returning to FIG. 1, the Z stage 6 is a stage for finely adjusting the position of the wafer W in the Z-axis direction. Also,
The Z stage 6 is mounted on an XY stage 7. X
The Y stage 7 is a stage for moving the wafer W within the XY plane. Although not shown, a stage for slightly rotating the wafer W in the XY plane and a stage for changing the angle with respect to the Z axis to adjust the inclination of the wafer W with respect to the XY plane may be provided. An L-shaped movable mirror 8 is attached to one end of the upper surface of the wafer holder 5.
A laser interferometer 9 is arranged at a position facing the mirror surface of the laser interferometer 9.

【0028】尚、図1では図示を簡略化しているが、移
動鏡8はX軸に垂直な鏡面を有する平面鏡及びY軸に垂
直な鏡面を有する平面鏡から構成されている。また、レ
ーザ干渉計9は、X軸に沿って移動鏡8にレーザビーム
を照射する2個のX軸用のレーザ干渉計及びY軸に沿っ
て移動鏡8にレーザビームを照射するY軸用のレーザ干
渉計より構成され、X軸用の1個のレーザ干渉計及びY
軸用の1個のレーザ干渉計により、XYステージ7のX
座標及びY座標が計測される。また、X軸用の2個のレ
ーザ干渉計の計測値の差により、ウェハホルダ5のXY
平面内における回転角が計測される。レーザ干渉計9に
より計測されたX座標、Y座標及び回転角の情報はステ
ージ駆動系10に供給される。これらの情報は位置情報
としてステージ駆動系10から主制御系11へ出力され
る、主制御系11は、供給された位置情報をモニターし
つつステージ駆動系10へを介して、ウェハホルダ5の
位置決め動作を制御する。尚、図1には示していない
が、レチクルホルダ2にもウェハホルダ5に設けられた
移動鏡及びレーザ干渉計と同様のものが設けられてお
り、レチクルホルダ2のXYZ位置等の情報が主制御系
11に入力される。
Although the illustration is simplified in FIG. 1, the movable mirror 8 is composed of a plane mirror having a mirror surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a mirror surface perpendicular to the Y axis. The laser interferometer 9 has two X-axis laser interferometers that irradiate the movable mirror 8 with a laser beam along the X-axis and a Y-axis laser that irradiates the movable mirror 8 with a laser beam along the Y-axis. , One laser interferometer for the X axis and Y
With one laser interferometer for the axis, the X
The coordinates and the Y coordinate are measured. In addition, the difference between the measured values of the two laser interferometers for the X-axis indicates the XY of the wafer holder 5.
The rotation angle in the plane is measured. Information on the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 9 is supplied to the stage drive system 10. These pieces of information are output from the stage drive system 10 to the main control system 11 as position information. The main control system 11 monitors the supplied position information and performs a positioning operation of the wafer holder 5 via the stage drive system 10. Control. Although not shown in FIG. 1, the reticle holder 2 is also provided with a moving mirror and a laser interferometer provided on the wafer holder 5, and information such as the XYZ position of the reticle holder 2 is mainly controlled. Input to the system 11.

【0029】投影光学系PLの側方にはオフ・アクシス
のアライメントセンサ12が設けられている。このアラ
イメントセンサ12は、本発明の一実施形態による露光
装置が備える本発明の一実施形態によるアライメント装
置の一部をなすものであり、FIA(Field Image Alig
nment)方式に適用した場合のアライメント装置であ
る。アライメントセンサ12はアライメントセンサ12
の焦点に対するウェハW上に形成されたアライメントマ
ークAMの位置ずれを検出するとともに、ウェハW上に
形成されたアライメントマークAMのXY平面内におけ
る位置情報を計測するものである。アライメントセンサ
12には、ハロゲンランプ13から光ファイバ14を介
してウェハWを照明するための照射光が入射される。
An off-axis alignment sensor 12 is provided beside the projection optical system PL. The alignment sensor 12 is a part of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, and is a FIA (Field Image Alig).
This is an alignment device when applied to the nment) method. The alignment sensor 12 is an alignment sensor 12
The position of the alignment mark AM formed on the wafer W with respect to the focal point is detected, and the position information of the alignment mark AM formed on the wafer W in the XY plane is measured. Irradiation light for illuminating the wafer W from the halogen lamp 13 via the optical fiber 14 is incident on the alignment sensor 12.

【0030】ここで、照明光の光源としてハロゲンラン
プ13を用いるのは、ハロゲンランプ13の出射光の波
長域は500〜800nmであり、ウェハW上面に塗布
されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、
及び波長帯域が広く、ウェハW表面における反射率の波
長特性の影響を軽減することができるためである。アラ
イメントセンサ12から出射された照明光はプリズムミ
ラー15によって反射された後、ウェハW上面を照射す
る。アライメントセンサ12は、ウェハW上面の反射光
をプリズムミラー15を介して取り入れ、検出結果を電
気信号に変換してアライメント信号処理系16に出力す
る。
Here, the reason why the halogen lamp 13 is used as a light source of the illuminating light is that the wavelength range of the light emitted from the halogen lamp 13 is 500 to 800 nm and that the photoresist applied to the upper surface of the wafer W is not exposed to light. Because
This is because the influence of the wavelength characteristic of the reflectance on the surface of the wafer W can be reduced. The illumination light emitted from the alignment sensor 12 is reflected by the prism mirror 15 and irradiates the upper surface of the wafer W. The alignment sensor 12 takes in the reflected light on the upper surface of the wafer W via the prism mirror 15, converts the detection result into an electric signal, and outputs the electric signal to the alignment signal processing system 16.

【0031】アライメント信号処理系16は、アライメ
ントセンサ12からの検出結果に基づいて、アライメン
トセンサ12の焦点位置に対するアライメントマークA
Mの位置ずれ(デフォーカス量)及びアライメントマー
クAMのXY平面内における位置情報を求め、これらを
ウェハ位置情報として主制御系11へ出力する。主制御
系11は、ステージ駆動系10から出力される位置情報
及びアライメント信号処理系16から出力されるウェハ
位置情報に基づき露光装置の全体動作を制御する。
The alignment signal processing system 16 determines the alignment mark A for the focal position of the alignment sensor 12 based on the detection result from the alignment sensor 12.
The position shift (defocus amount) of M and the position information of the alignment mark AM in the XY plane are obtained, and these are output to the main control system 11 as wafer position information. The main control system 11 controls the overall operation of the exposure apparatus based on the position information output from the stage drive system 10 and the wafer position information output from the alignment signal processing system 16.

【0032】具体的に説明すると、主制御系11は、ア
ライメント信号処理系16から出力されるウェハ位置情
報に基づいてステージ駆動系10に対して駆動制御信号
を出力する。ステージ駆動系10はこの駆動制御信号に
基づき、XYステージ7やZステージ6をステッピング
駆動する。ステージ駆動系10がXYステージ7を駆動
するとアライメントセンサ12の検出結果がアライメン
ト信号処理系16へ出力される。この検出結果から、例
えば位置検出センサの検出中心とレチクルRの投影像の
中心(投影光学系PLの光軸AX)とのずれ量であるベ
ースライン量が計測される。そして、位置検出センサで
計測されたアライメントマークAMの位置に上記ベース
ライン量を加算して得た値に基づいて、ウェハWのX座
標及びY座標を制御することにより、各ショット領域を
それぞれ正確に露光位置に合わせ込むようになってい
る。
More specifically, the main control system 11 outputs a drive control signal to the stage drive system 10 based on the wafer position information output from the alignment signal processing system 16. The stage drive system 10 drives the XY stage 7 and the Z stage 6 based on the drive control signal. When the stage drive system 10 drives the XY stage 7, the detection result of the alignment sensor 12 is output to the alignment signal processing system 16. From this detection result, for example, a baseline amount that is a deviation amount between the detection center of the position detection sensor and the center of the projected image of the reticle R (the optical axis AX of the projection optical system PL) is measured. Then, the X coordinate and the Y coordinate of the wafer W are controlled based on a value obtained by adding the above-described baseline amount to the position of the alignment mark AM measured by the position detection sensor, thereby accurately setting each shot area. To match the exposure position.

【0033】図1中の17は例えばデバイス部分DPk
表面のZ軸方向の位置とウェハW表面のZ軸方向の位置
(例えばストリートラインSL表面のZ軸方向の位置)
との差を示す段差情報をアライメントマーク毎に記憶す
る記憶部である。また、記憶部17は、詳細は後述する
が、アライメントセンサ12により計測されたデバイス
部分DPk表面のZ軸方向の位置を示す情報を上記段差
情報を用いて補正した情報を記憶する。
Reference numeral 17 in FIG. 1 denotes, for example, a device portion DPk.
The position of the surface in the Z-axis direction and the position of the wafer W in the Z-axis direction (eg, the position of the street line SL in the Z-axis direction)
This is a storage unit that stores step information indicating a difference between the alignment mark and the alignment mark for each alignment mark. The storage unit 17 stores information obtained by correcting information indicating the position in the Z-axis direction of the surface of the device portion DPk measured by the alignment sensor 12 using the above-described step information, as described in detail later.

【0034】本実施形態ではアライメントマークAMの
位置情報の検出精度を向上させるため、ウェハWに形成
されたアライメントマークAMの表面位置をアライメン
トセンサ12の焦点位置に合わせる制御を行う。このた
め、アライメントセンサ12はアライメントマークAM
のXY平面内における位置情報及びアライメントセンサ
12の焦点位置に対するストリートラインSLX又はス
トリートラインSLYのZ軸方向の位置ずれを計測する
ことができる。よって、まず、主制御系11がステージ
駆動系10を介してXYステージ7を移動させて計測対
象のアライメントマークAMをアライメントセンサ12
の計測視野内に配置する。
In this embodiment, in order to improve the detection accuracy of the position information of the alignment mark AM, control is performed to adjust the surface position of the alignment mark AM formed on the wafer W to the focal position of the alignment sensor 12. For this reason, the alignment sensor 12 uses the alignment mark AM
It can be measured positional deviation in the Z-axis direction of the street line SL X or street line SL Y with respect to the focal position of the position information and the alignment sensor 12 in the XY plane. Therefore, first, the main control system 11 moves the XY stage 7 via the stage drive system 10 so that the alignment mark AM to be measured is aligned with the alignment sensor 12.
In the measurement field of view.

【0035】この状態で、アライメント信号処理系16
から出力されるウェハ位置情報に基づいて主制御系11
がアライメントセンサ12の焦点位置に対するアライメ
ントマークAMの表面のZ軸方向の位置ずれを求め、こ
れに基づいてアライメントマークAMの表面位置がアラ
イメントセンサ12の焦点位置に合焦するようステージ
駆動系10に対して制御信号を出力する。その後、アラ
イメントセンサ12の焦点位置にアライメントマークA
Mの表面が配置された状態でアライメントマークAMの
XY面内における位置情報を計測する。よって、アライ
メントセンサ12の焦点位置検出の精度を向上させるこ
とで、アライメントマークAMを位置検出センサの焦点
に合わせることができ、その結果アライメントマークA
MのXY平面内における位置情報の計測精度が向上す
る。アライメントマークAMのXY平面内における位置
情報に基づいて、露光を行うショット領域を正確に露光
面に合わせる制御を行った後、主制御系11は照明光学
系1に対して露光光ELを出射させる制御信号を出力す
る。
In this state, the alignment signal processing system 16
Control system 11 based on wafer position information output from
Calculates the positional shift of the surface of the alignment mark AM with respect to the focal position of the alignment sensor 12 in the Z-axis direction. The control signal is output to the controller. Thereafter, the alignment mark A is set at the focal position of the alignment sensor 12.
The position information of the alignment mark AM in the XY plane is measured with the surface of M arranged. Therefore, by improving the accuracy of the focus position detection of the alignment sensor 12, the alignment mark AM can be focused on the focus of the position detection sensor. As a result, the alignment mark A
The measurement accuracy of the position information in the XY plane of M is improved. The main control system 11 emits the exposure light EL to the illumination optical system 1 after performing control to accurately align the shot area to be exposed with the exposure surface based on the position information of the alignment mark AM in the XY plane. Outputs control signal.

【0036】以上、本発明の一実施形態による露光装置
の構成及び動作の概略について説明したが、次に本発明
の一実施形態によるアライメント装置が備えるアライメ
ントセンサ12について詳細に説明する。図5は、本発
明の一実施形態によるアライメント装置の一部をなすア
ライメントセンサ12の構成を示す図である。図5に示
したように、アライメントセンサ12には光ファイバ1
4を介して図1中のハロゲンランプ13から波長域が5
00〜800nmの照明光IL1が導かれている。この
照明光IL1は、コンデンサーレンズ20を介して視野
絞り板21に入射する。視野絞り板21は、ウェハWに
照射する照明光IL1の像の形状を規定するものであ
る。
The outline of the configuration and operation of the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention has been described above. Next, the alignment sensor 12 included in the alignment apparatus according to one embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the alignment sensor 12 forming a part of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the alignment sensor 12 has the optical fiber 1
The wavelength range from the halogen lamp 13 in FIG.
Illumination light IL1 of 00 to 800 nm is guided. The illumination light IL1 enters the field stop plate 21 via the condenser lens 20. The field stop plate 21 defines the shape of the image of the illumination light IL1 that irradiates the wafer W.

【0037】図6(a)は、視野絞り板21の一例を示
す断面図である。図6(a)に示した例の視野絞り板2
1は円形板状の形状であり、その中心付近からY軸方向
へ矩形の開口21aが形成され、更にその中心付近から
X軸方向へ矩形の開口21bが設けられている。視野絞
り板21は更に断面が略正方形状の開口21cが形成さ
れている。この開口21cはアライメントマークAMを
照射するために設けられる。従って、視野絞り板21に
入射した照明光IL1は、視野絞り板21を透過するこ
とにより、X軸方向に長手方向を有する矩形形状の照明
光とY軸方向に長手方向を有する照明光、及び略正方形
の断面形状の照明光に整形される。以下、これらの照明
光を区別する場合にはX軸方向に長手方向を有する矩形
形状の照明光に符号ILXを付し、Y軸方向に長手方向
を有する矩形形状の照明光に符号ILYを付し、更に略
正方形の断面形状の照明光に符号IL0を付して説明す
る。また、照明光ILX,ILY,IL0を区別せず、こ
れらをまとめて説明する場合には符号IL2を付して説
明する。
FIG. 6A is a sectional view showing an example of the field stop plate 21. Field stop plate 2 of the example shown in FIG.
Reference numeral 1 denotes a circular plate-like shape, in which a rectangular opening 21a is formed in the vicinity of the center in the Y-axis direction, and a rectangular opening 21b is provided in the vicinity of the center in the X-axis direction. The field stop plate 21 further has an opening 21c having a substantially square cross section. The opening 21c is provided for irradiating the alignment mark AM. Therefore, the illumination light IL1 incident on the field stop plate 21 is transmitted through the field stop plate 21 to form a rectangular illumination light having a longitudinal direction in the X-axis direction, an illumination light having a longitudinal direction in the Y-axis direction, and It is shaped into illumination light having a substantially square cross section. Hereinafter, reference numeral IL X illumination light of a rectangular shape having a longitudinal direction in the X-axis direction in the case of distinguishing these illumination light, reference numeral IL Y illumination light of a rectangular shape having a longitudinal direction in the Y-axis direction subjected, it will be described with further reference numeral IL 0 to illumination light of the cross-sectional shape of substantially square. Further, the illumination light IL X , IL Y , and IL 0 are not distinguished from each other, and when they are described collectively, the description will be given with reference numeral IL2.

【0038】図5に戻り、照明光IL2はレンズ系22
を通過した後、ビームスプリッタ23で反射され対物レ
ンズ24を透過してアライメントセンサ12から出射さ
れる。照明光IL2がアライメントセンサ12から出射
されると、プリズムミラー15によって反射され、ウェ
ハWに形成されているアライメントマークAM上及びそ
の周辺を照明する。図7は、ウェハW上における照明光
IL2の照明位置を説明するための図である。図7にお
いては、アライメントセンサ12の計測視野の中心がア
ライメントマークAMのほぼ中心に配置されている場合
を図示している。
Returning to FIG. 5, the illumination light IL2 is
Is reflected by the beam splitter 23, passes through the objective lens 24, and is emitted from the alignment sensor 12. When the illumination light IL2 is emitted from the alignment sensor 12, it is reflected by the prism mirror 15 and illuminates the alignment mark AM formed on the wafer W and its periphery. FIG. 7 is a diagram for explaining an illumination position of the illumination light IL2 on the wafer W. FIG. 7 illustrates a case where the center of the measurement field of view of the alignment sensor 12 is disposed substantially at the center of the alignment mark AM.

【0039】図示したように、アライメントセンサ12
の計測視野の中心にアライメントマークAMを配置する
と、照明光IL2をなす照明光ILXがストリートライ
ンSL上に配置され、照明光ILYがデバイス部分DP
k上に配置される。尚、照明光ILX又は照明光ILY
配置される位置は、焦点計測位置である。図7に示した
例では照明光ILYがデバイス部分DPk上に配置され
ているため、照明光ILYによってデバイス部分DPk
のZ軸方向の位置情報を計測することができる。一方、
照明光ILXがストリートラインSL上に配置されてい
るため、照明光ILXによってストリートラインSLの
Z軸方向の位置情報を計測することができる。本実施形
態では、ストリートラインSL表面のZ軸方向の位置情
報に基づきアライメントマークAMのZ軸方向の位置情
報を求める。
As shown, the alignment sensor 12
With the arrangement of the center alignment marks AM of the measurement field, the illumination light IL X constituting the illumination light IL2 is disposed on the street line SL, the illumination light IL Y is device portion DP
k. The position of the illumination light IL X or illumination light IL Y are arranged is the focus measuring positions. Since in the example shown in FIG. 7 the illumination light IL Y are arranged on the device part DPk, device portion by the illumination light IL Y DPk
Can be measured in the Z-axis direction. on the other hand,
Since the illumination light IL X are arranged on the street line SL, it is possible to measure the position information in the Z axis direction of the street line SL by the illumination light IL X. In this embodiment, the position information of the alignment mark AM in the Z-axis direction is obtained based on the position information of the surface of the street line SL in the Z-axis direction.

【0040】尚、図7においては図示を省略している
が、照明光IL0はアライメントマークAMをほぼ中心
とした位置に配置される。但し、照明光IL0は、照明
光ILX及び照明光ILYが配置される焦点計測位置とは
重複せず、ILX及び照明光IL Yとは異なった位置に配
置されるよう、その大きさが設定される。また、図7に
おいて、符号FLを付した矩形領域はアライメントセン
サ12の低倍視野を表しており、符号FHを付した矩形
領域はアライメントセンサ12の高倍視野を表してい
る。尚、図7に示した例は、X軸方向計測用のアライメ
ントマークAMを計測する際の状態、即ち照明光ILX
をストリートラインSL上に配置した状態であるが、Y
軸方向計測用のアライメントマークを計測する時には照
明光ILYがストリートラインSL上に配置されること
になる。
FIG. 7 omits illustration.
Is the illumination light IL0Is almost centered on the alignment mark AM
It is arranged at the position where. However, the illumination light IL0Is the lighting
Light ILXAnd illumination light ILYWhat is the focus measurement position where is placed
No overlap, ILXAnd illumination light IL YIn a different location than
The size is set so that it is placed. Also, in FIG.
Here, the rectangular area denoted by the symbol FL is the alignment sensor.
Rectangle showing the low-magnification field of view of the camera 12 and denoted by the symbol FH.
The area represents the high magnification field of view of the alignment sensor 12.
You. The example shown in FIG. 7 is an alignment method for measuring in the X-axis direction.
State when measuring the mark AM, that is, the illumination light ILX
Is placed on the street line SL, but Y
When measuring the alignment mark for axial measurement,
Meiko ILYIs placed on the street line SL
become.

【0041】図5に戻り、ウェハWは、アライメントマ
ークAMが形成された領域がレンズ系22と対物レンズ
24との合成系に関して視野絞り板21とほぼ共役(結
像関係)となるように配置されている。照明光ILX
照明光ILY、及び照明光IL 0による反射光はプリズム
ミラー15を介してアライメントセンサ12内に戻り、
対物レンズ24、ビームスプリッタ23、及びレンズ系
25を順に透過し、ビームスプリッタ26に入射する。
Referring back to FIG. 5, the wafer W
The area where the mark AM is formed is the lens system 22 and the objective lens.
24 is almost conjugate with the field stop plate 21
(Image relation). Illumination light ILX,
Illumination light ILY, And illumination light IL 0Reflected light by prism
Returning to the alignment sensor 12 via the mirror 15,
Objective lens 24, beam splitter 23, and lens system
25 in order, and is incident on a beam splitter 26.

【0042】ビームスプリッタ26に入射した反射光の
内、透過した光は遮光板27へ入射する。図6(b)は
遮光板27の一例を示す図である。遮光板27は焦点位
置検出に用いる光以外の不要な光を遮光するものであ
り、具体的には、入射した光を遮光する矩形領域27a
により視野絞り板21の開口21cを通過してウェハW
を照射する照明光、即ち照明光IL0による反射光のみ
を遮光する。遮光板27を透過した照明光ILX及び照
明光ILYによる反射光は反射板28又は反射板29に
入射して反射される。
The transmitted light out of the reflected light incident on the beam splitter 26 is incident on the light shielding plate 27. FIG. 6B is a diagram illustrating an example of the light shielding plate 27. The light shielding plate 27 is for shielding unnecessary light other than the light used for the focus position detection, and specifically, a rectangular area 27a for shielding incident light.
The wafer W passes through the opening 21c of the field stop plate 21
Illumination light for irradiating, ie for shielding only light reflected by the illumination light IL 0. Light reflected by the illumination light IL X and illumination light IL Y transmitted through the light shielding plate 27 is incident on and reflected by the reflecting plate 28 or plate 29.

【0043】ここで、遮光板27を透過した照明光IL
X及び照明光ILYによる反射光を反射して進行方向を変
えるために反射板28,29を用いているのは、後述の
ように受光素子として一次元CCD等のラインセンサを
用いているからである。即ち、2次元の像であるウェハ
Wからの反射光を光検出面が一次元であるラインセンサ
を用いて測定するために、反射板28,29等からなる
光学系を工夫している。反射板28には主として照明光
ILXによる反射光が入射され、反射板29には主とし
て照明光ILYによる反射光が入射される。反射板28
の反射光及び反射板29の反射光は、それぞれ反射板3
0,31へ入射して反射される。
Here, the illumination light IL transmitted through the light shielding plate 27
The reflected light reflected by X and illumination light IL Y is a reflection plate 28, 29 in order to change the traveling direction, since by using a line sensor such as a one-dimensional CCD as a light receiving element as described below It is. That is, in order to measure the reflected light from the wafer W, which is a two-dimensional image, using a line sensor having a one-dimensional light detection surface, an optical system including reflecting plates 28 and 29 is devised. The reflection plate 28 is mainly incident light reflected by the illumination light IL X, the reflected light is incident due mainly illumination light IL Y is the reflection plate 29. Reflector 28
And the reflected light of the reflector 29 are respectively reflected by the reflector 3
It is incident on 0,31 and reflected.

【0044】反射板31の反射光はレンズ系32へ入射
する。一方、反射板30の反射光は反射板33,34で
それぞれ反射される。反射板33,34は、照明光IL
Xによる反射光の像の長手方向を照明光ILYによる反射
光の像の長手方向と平行にするために設けられる。反射
板34の反射光はレンズ系32へ入射する。レンズ系3
2を透過した光はテレセントリック性を崩す光学素子と
しての瞳分割ミラー35に入射する。レンズ系32を透
過した光が瞳分割ミラー35に入射すると、この瞳分割
ミラー35で反射されるとともに、そのテレセントリッ
ク性が崩される。この非テレセントリック性の光は、レ
ンズ系36を介して1次元CCD等からなるラインセン
サ37上に、照明光ILXによる反射光の像及び照明光
ILYによる反射光の像を再結像する。ラインセンサ3
7は、その受光面に結像された像を撮像して光電変換す
る。光電変換された電気信号はアライメント信号処理系
16へ出力される。
The light reflected by the reflector 31 enters the lens system 32. On the other hand, the light reflected by the reflector 30 is reflected by the reflectors 33 and 34, respectively. The reflection plates 33 and 34 are provided with illumination light IL.
Provided in the longitudinal direction of the image of the reflected light by X in order to parallel to the longitudinal direction of the image of the reflected light by the illumination light IL Y. The light reflected by the reflector 34 enters the lens system 32. Lens system 3
The light transmitted through 2 enters a pupil division mirror 35 as an optical element that breaks telecentricity. When the light transmitted through the lens system 32 enters the pupil division mirror 35, the light is reflected by the pupil division mirror 35 and its telecentricity is lost. Light in the non-telecentricity through the lens system 36 on the line sensor 37 consisting of one-dimensional CCD or the like, and re-imaging the image of the reflected light by the image and the illumination light IL Y of the reflected light by the illumination light IL X . Line sensor 3
Reference numeral 7 captures an image formed on the light receiving surface and performs photoelectric conversion. The photoelectrically converted electric signal is output to alignment signal processing system 16.

【0045】このように、対物レンズ24、反射板2
8、反射板30、反射板33、反射板34、レンズ系3
2、瞳分割ミラー35、レンズ系36、及びラインセン
サ37は、焦点位置計測系の第1計測系の一部をなし、
対物レンズ24、反射板29、反射板31、レンズ系3
2、瞳分割ミラー35、レンズ系36、及びラインセン
サ37は、焦点位置計測系の第2計測系の一部をなす。
第1計測系及び第2計測系の何れもが瞳分割ミラー35
を含み、非テレセントリック性である。
As described above, the objective lens 24, the reflection plate 2
8, reflector 30, reflector 33, reflector 34, lens system 3
2. The pupil division mirror 35, the lens system 36, and the line sensor 37 form a part of the first measurement system of the focal position measurement system,
Objective lens 24, reflector 29, reflector 31, lens system 3
2. The pupil division mirror 35, the lens system 36, and the line sensor 37 form a part of a second measurement system of the focal position measurement system.
Both the first measurement system and the second measurement system use the pupil division mirror 35
And is non-telecentric.

【0046】従って、アライメントセンサ12の焦点位
置に対してZ軸方向にウェハWが変位するとラインセン
サ37上に再結像された像の位置はラインセンサ37の
長手方向に位置ずれする。これを利用して、アライメン
トマークAMと投影光学系PLの結像面とが一致した状
態においてラインセンサ37上の再結像される像の位置
を基準位置として予めアライメント信号処理系16内に
格納しておく。そして、そのアライメント信号処理系1
6において、格納された基準位置に対する横ずれ量から
Z軸方向の位置ずれが検出される。
Accordingly, when the wafer W is displaced in the Z-axis direction with respect to the focal position of the alignment sensor 12, the position of the image re-formed on the line sensor 37 is shifted in the longitudinal direction of the line sensor 37. Utilizing this, the position of the re-imaged image on the line sensor 37 is stored in advance in the alignment signal processing system 16 as a reference position when the alignment mark AM and the image forming plane of the projection optical system PL coincide with each other. Keep it. Then, the alignment signal processing system 1
At 6, the position shift in the Z-axis direction is detected from the lateral shift amount with respect to the stored reference position.

【0047】一方、ビームスプリッタ26によって反射
された光は、指標板38に入射する。指標板38は、合
点状態では、対物レンズ24とレンズ系25との合成系
に関してウェハWと共役に配置されるとともに、リレー
レンズ系39に関して撮像素子40の受光面と共役に配
置されている。この指標板38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、アライメント
マークAMの反射像が通過する部分は透明なままとなっ
ている。また、この指標マークは、ウェハW上のX軸方
向又はY軸方向と共役な方向の位置基準となっている。
指標板38に入射した反射光の内、照明光ILX及び照
明光ILYによる反射光は遮光され、照明光IL0による
反射光のみが指標板38を透過する。尚、指標マークは
指標板上において、ライメントマークAMの像を挟み込
むように指標板上に形成されている。
On the other hand, the light reflected by the beam splitter 26 enters the index plate 38. In the confluent state, the index plate 38 is arranged conjugate with the wafer W with respect to the combined system of the objective lens 24 and the lens system 25, and arranged conjugate with the light receiving surface of the image sensor 40 with respect to the relay lens system 39. The index plate 38 is formed by forming an index mark with a chrome layer or the like on a transparent plate, and a portion where the reflection image of the alignment mark AM passes is kept transparent. The index mark is a position reference in a direction conjugate to the X-axis direction or the Y-axis direction on the wafer W.
Of the reflected light incident on the index plate 38, the light reflected by the illumination light IL X and illumination light IL Y is shielded, only light reflected by the illumination light IL 0 is transmitted through the index plate 38. The index mark is formed on the index plate so as to sandwich the image of the alignment mark AM.

【0048】指標板38を透過したアライメントマーク
AMの像及び指標板38上の指標マークの像がリレーレ
ンズ系39を介して撮像素子40の受光面上に結像され
る。撮像素子40は、例えば二次元CCD等からなり、
その受光面に結像されたアライメントマークAMの反射
像及び上記指標マークの投影像とを撮像して光電変換す
る。その光電変換により得られた画像信号は、アライメ
ント信号処理系16へ出力され、アライメント信号処理
系16において、ウェハWに関するX軸方向及びY軸方
向における位置情報が、画像信号に基づいてアライメン
トマークAMのX座標及びY座標として求められる。
The image of the alignment mark AM transmitted through the index plate 38 and the image of the index mark on the index plate 38 are formed on the light receiving surface of the image sensor 40 via the relay lens system 39. The imaging device 40 is composed of, for example, a two-dimensional CCD, etc.
The reflected image of the alignment mark AM and the projected image of the index mark formed on the light receiving surface are picked up and photoelectrically converted. An image signal obtained by the photoelectric conversion is output to an alignment signal processing system 16, and in the alignment signal processing system 16, position information on the wafer W in the X-axis direction and the Y-axis direction is determined based on the image signal. X and Y coordinates of

【0049】対物レンズ24、レンズ系25、指標板3
8、リレーレンズ系39、及び撮像素子40は位置情報
計測系の一部をなしている。また、位置情報計測系はテ
レセントリック光学系をなしている。よって、位置情報
計測系がテレセントリック系を構成しているため、アラ
イメントセンサ12の焦点位置からウェハWがZ軸方向
に位置ずれした場合には、撮像素子40の撮像面に結像
された像の位置は変化せずにデフォーカスされる。位置
情報計測系と焦点位置計測系とのZ軸方向における焦点
位置は同一に設定されているため焦点位置計測系により
ウェハWの位置ずれを検出し、主制御系11がステージ
駆動系10を介してZステージ6を駆動して位置合わせ
を行い、ウェハW上のストリートラインSLに焦点計測
系の焦点位置を合わせることにより、位置情報計測系の
焦点位置もストリートラインSLに設定される。
Objective lens 24, lens system 25, index plate 3
8, the relay lens system 39, and the image sensor 40 form a part of a position information measurement system. Further, the position information measuring system is a telecentric optical system. Therefore, since the position information measurement system constitutes a telecentric system, when the wafer W is displaced in the Z-axis direction from the focus position of the alignment sensor 12, the position of the image formed on the imaging surface of the imaging device 40 is reduced. The position is defocused without changing. Since the focal positions in the Z-axis direction of the position information measurement system and the focal position measurement system are set to be the same, the position deviation of the wafer W is detected by the focal position measurement system. Then, the Z stage 6 is driven to perform alignment, and the focus position of the focus measurement system is set to the street line SL on the wafer W, so that the focus position of the position information measurement system is also set to the street line SL.

【0050】次に、本実施形態の露光装置のアライメン
トセンサ12を用いた位置検出の動作について説明す
る。図8は、本発明の一実施形態によるアライメント装
置の計測処理のフローを示すフローチャートである。
尚、図8に示したフローは、ウェハW上に設定された複
数のショット領域の内、1つのショット領域に形成され
た複数のアライメントマークを計測する場合の計測処理
手順を示すフローであるが、複数のショット領域に対し
て位置情報を計測する必要がある場合は、以下の動作が
繰り返し行われる。尚、以下の説明では、図3に示した
ショット領域SAkに設けられたアライメントマークA
M1,AM2の位置情報を計測する場合について説明す
る。
Next, the operation of position detection using the alignment sensor 12 of the exposure apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a measurement process of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention.
Note that the flow illustrated in FIG. 8 is a flow illustrating a measurement processing procedure when measuring a plurality of alignment marks formed in one shot region among a plurality of shot regions set on the wafer W. When the position information needs to be measured for a plurality of shot areas, the following operation is repeatedly performed. In the following description, the alignment mark A provided in the shot area SAk shown in FIG.
A case where the position information of M1 and AM2 is measured will be described.

【0051】処理が開始すると、主制御系11は、ステ
ージ駆動系10を介してXYステージ7を駆動し、ショ
ット領域SAk内に形成された複数のアライメントマー
クAM1,AM2,AM4の内、まずアライメントマー
クAM1をアライメントセンサ12の計測視野内に移動
させる(ステップS10)。このアライメントマークA
M1がアライメントセンサ12の計測視野内に配置され
ると、主制御系11はハロゲンランプ13に対して制御
信号を出力して照明光IL1を出射させる。照明光IL
1が出射されると光ファイバ14を介してアライメント
センサ12内に導入され、コンデンサーレンズ20を通
過し、視野絞り板21によって整形され、照明光I
X、照明光ILY、及び照明光IL0からなる照明光I
L2となる。照明光IL2はレンズ系22を透過し、ビ
ームスプリッタ23によって反射され、対物レンズ24
を通過した後プリズムミラー15によって反射され、ウ
ェハW上に照射される。計測対象としてのアライメント
マークAM1が図7に示したアライメントマークAMの
位置にある場合、照明光ILX及び照明光ILYは図7に
示した位置に配置される。
When the processing is started, the main control system 11 drives the XY stage 7 via the stage drive system 10, and firstly sets the alignment marks AM1, AM2 and AM4 formed in the shot area SAk. The mark AM1 is moved into the measurement visual field of the alignment sensor 12 (Step S10). This alignment mark A
When M1 is located within the measurement field of view of alignment sensor 12, main control system 11 outputs a control signal to halogen lamp 13 to emit illumination light IL1. Illumination light IL
When the light 1 is emitted, it is introduced into the alignment sensor 12 through the optical fiber 14, passes through the condenser lens 20, is shaped by the field stop plate 21, and is illuminated with the illumination light I.
Illumination light I consisting of L X , illumination light IL Y , and illumination light IL 0
L2. The illumination light IL2 passes through the lens system 22, is reflected by the beam splitter 23, and
Is reflected by the prism mirror 15 and is irradiated onto the wafer W. If the alignment mark AM1 as measurement target is in the position of the alignment mark AM shown in Figure 7, the illumination light IL X and illumination light IL Y is disposed in the position shown in FIG.

【0052】照明光ILX、照明光ILY、及び照明光I
0による反射光はプリズムミラー15を介してアライ
メントセンサ12内に戻り、対物レンズ24、ビームス
プリッタ23、及びレンズ系25を順に透過し、ビーム
スプリッタ26に入射する。照明光ILXによる反射光
は反射板28,30,33,34によって順に反射され
てレンズ系32に入射し、照明光ILYによる反射光は
反射板29,31によって順に反射されてレンズ系32
に入射する。レンズ系32に入射したときの像は、長手
方向が互いに平行となっている。そして、瞳分割ミラー
35を介してそのテレセントリック性が崩された状態で
ラインセンサ37で受光される。ラインセンサの受光面
上には、これらの像がアライメントマークAMのZ軸方
向の位置に応じて横ずれした状態で結像される。
The illumination light IL X , the illumination light IL Y , and the illumination light I
The light reflected by L 0 returns to the alignment sensor 12 via the prism mirror 15, passes through the objective lens 24, the beam splitter 23, and the lens system 25 in order, and enters the beam splitter 26. Light reflected by the illumination light IL X is reflected sequentially by the reflecting plate 28,30,33,34 incident on the lens system 32, light reflected by the illumination light IL Y is reflected sequentially by the reflecting plate 29, 31 a lens system 32
Incident on. The images when entering the lens system 32 have their longitudinal directions parallel to each other. Then, the light is received by the line sensor 37 via the pupil division mirror 35 in a state where its telecentricity is broken. These images are formed on the light receiving surface of the line sensor in a state where the images are laterally shifted according to the position of the alignment mark AM in the Z-axis direction.

【0053】ラインセンサ37によって光電変換された
電気信号は、アライメント信号処理系16に入力され信
号処理が施される。このとき、アライメント信号処理系
16は、照明光ILXによって検出されたストリートラ
インSLのZ軸方向の位置(高さ位置)を示す情報と、
照明光ILYによって検出されたデバイス部分DPkの
Z軸方向の位置(高さ位置)を示す情報とを計測する
(ステップS12)。アライメント信号処理系16はこ
れらを主制御系11へ出力する。主制御系11では、入
力された高さ位置を示す情報に基づいて、アライメント
マークAM1の高さ位置と、焦点検出位置(AF検出位
置)における高さ位置との差分である段差情報を、次に
述べる手法で求める(ステップS14)。まず、ステッ
プS12における計測(AF計測)が完了したら、アラ
イメントマークAM1が照明光IL Xによって照明され
る配置状態となるようにXYステージ7を移動し(図7
ではXYステージ7を−×方向へ移動する)、照明光I
XによってアライメントマークAM1の高さ位置情報
を計測する。そして、このアライメントマークAM1上
でのAF計測結果と、ステップS12で求めたストリー
トラインSL上でのAF計測結果との差を算出する。こ
の差がアライメントマークAM1における段差情報とな
る。尚、ステップS14では、後述するように、同一の
計測対象ショット(サンプルショット)内の他のアライ
メントマ−クAM2,AM4に関しても同様の計測を行
う。このようにして、ある1つのサンプルショット内の
アライメントマークAM1,AM2,AM4それぞれに
対する段差情報が算出される。
The photoelectric conversion by the line sensor 37 is performed.
The electric signal is input to the alignment signal processing system 16 and transmitted.
No. processing is performed. At this time, the alignment signal processing system
16 is illumination light ILXStreet la detected by
Information indicating the position (height position) of the in-SL in the Z-axis direction;
Illumination light ILYOf the device part DPk detected by
Measures information indicating the position (height position) in the Z-axis direction
(Step S12). The alignment signal processing system 16
These are output to the main control system 11. The main control system 11
Alignment based on information indicating the force height position
The height position of the mark AM1 and the focus detection position (AF detection position)
Step information, which is the difference from the height position in
It is determined by the method described (step S14). First,
When the measurement (AF measurement) in step S12 is completed,
The illumination mark AM1 is the illumination light IL. XIlluminated by
The XY stage 7 is moved so that the
Then, the XY stage 7 is moved in the -X direction), and the illumination light I
LXHeight information of the alignment mark AM1
Is measured. Then, on this alignment mark AM1
AF measurement result and the stream obtained in step S12
The difference from the AF measurement result on the line SL is calculated. This
Is the step information in the alignment mark AM1.
You. In step S14, as described later, the same
Other alignments in the shot to be measured (sample shot)
The same measurement was performed for the ment marks AM2 and AM4.
U. Thus, in one sample shot
For each alignment mark AM1, AM2, AM4
Step information for the corresponding step is calculated.

【0054】ところで、ステップS14では、実測結果
のみに基づき段差情報を求めているが、この他にも例え
ば、予め主制御系11に記憶されているアライメントマ
ーク等の設計値情報を基に、段差情報を算出することも
可能である。具体的に述べると、ストリートライン上に
形成されたアライメントマークAMの、ストリートライ
ン表面からの高さを示す情報は、主制御系11に予め設
計値情報として記憶されているので、例えば図13
(c)に示すアライメントマークAMbに関する段差情
報(アライメントマークAMbとAF検出位置AFbと
の表面高さの差)は、上述した予め記憶されている設計
値情報がそのままアライメントマークAMbにおける段
差情報となる。尚、図13(c)のアライメントマ−ク
AMaにおける段差情報も設計値に基づき算出すること
ができる。主制御系11には、AF検出位置AFaの設
計値上の高さ位置情報(アライメントマークAMa′の
ストリートラインからの高さ位置情報)も記憶されてい
るため、このマークAMa′の設計上の高さ位置とマー
クAMaの設計上の高さ位置との差を求め、これがアラ
イメントマークAMaに関する段差情報となる。このよ
うに、ステップS14では、設計値に基づき各アライメ
ントマークAMの段差情報を求めるようにしても良い。
尚、上述した設計値情報は、図1に示したキーボード等
の入力装置50を用いて使用者により入力されるもので
あり、その入力された情報(設計値など)はモニタ等の
表示装置60に表示される。よって使用者は、設定され
た種々の情報(アライメントマークのストリートライン
からの高さ情報や段差情報等)をモニタ60上で確認す
ることができる。また、表示装置60は、入力装置50
で入力された情報(設計値)のみでなく、設計値に基づ
き算出された演算値(上述した如き演算手法により算出
された段差情報等)を表示するようにしても良く、また
演算値のみならず計測値(ステップS14にて既述した
ようなAF計測結果等)をも表示するようにしても良
い。また、このような計測値(実測値)と設計値(入力
値)とを比較的に表示することも考えられる。また、モ
ニタ60上では、単に数値(高さを示す数値)を表示す
るのではなく、例えば図12(b)に示すような断面図
に数値(高さ情報)を加えた形で表示するようにして、
ウェハの断面構造が視覚的に認識しやすくなる種々の表
示形態で表示するようにしても良い。また、入力された
情報は主制御系11にも伝達されるため、主制御系11
ではこの入力情報を基にして種々の制御(例えば露光量
の制御など)を行うことも可能である。
In step S14, the step information is obtained based only on the actual measurement result. In addition, for example, the step information is obtained based on the design value information such as the alignment mark stored in the main control system 11 in advance. It is also possible to calculate information. More specifically, since the information indicating the height of the alignment mark AM formed on the street line from the surface of the street line is stored in advance in the main control system 11 as design value information, for example, FIG.
In the step information on the alignment mark AMb (the difference in surface height between the alignment mark AMb and the AF detection position AFb) shown in FIG. 3C, the previously stored design value information becomes the step information on the alignment mark AMb as it is. . Note that the step information in the alignment mark AMa in FIG. 13C can also be calculated based on the design value. The main control system 11 also stores height position information (height position information from the street line of the alignment mark AMa ') on the design value of the AF detection position AFa. A difference between the height position and the designed height position of the mark AMa is obtained, and this is step information on the alignment mark AMa. As described above, in step S14, the step information of each alignment mark AM may be obtained based on the design value.
The above-described design value information is input by the user using the input device 50 such as the keyboard shown in FIG. 1, and the input information (design value and the like) is displayed on the display device 60 such as a monitor. Will be displayed. Therefore, the user can check on the monitor 60 various information that has been set (height information from the street line of the alignment mark, step information, and the like). Further, the display device 60 is connected to the input device 50.
In addition to the information (design value) input in step (2), the calculated value calculated based on the design value (step information calculated by the above-described calculation method) may be displayed. Alternatively, a measured value (such as the AF measurement result described above in step S14) may be displayed. It is also conceivable to relatively display such measured values (actual measured values) and design values (input values). Further, on the monitor 60, instead of simply displaying a numerical value (a numerical value indicating a height), a numerical value (height information) is added to a cross-sectional view as shown in FIG. And then
The cross-sectional structure of the wafer may be displayed in various display forms that facilitate visual recognition. The input information is also transmitted to the main control system 11, so that the main control system 11
It is also possible to perform various controls (for example, control of the exposure amount) based on the input information.

【0055】次に、主制御系11はストリートラインS
LのZ軸方向の位置を示す情報(照明光ILXによって
求めたAF情報)から上述した(ステップS14で求め
た)段差情報を減算することにより、ストリートライン
SLのZ軸方向の位置を示す情報を補正する(ステップ
S16)。次に、主制御系11は、ステップS16で補
正された情報を焦点位置情報として記憶部17に記憶す
る(ステップS18)。
Next, the main control system 11 is connected to the street line S
By subtracting the above-mentioned (determined in step S14) level information from (AF information obtained by the illumination light IL X) information indicating the position of the Z-axis direction L, indicating the position in the Z-axis direction of the street line SL The information is corrected (Step S16). Next, the main control system 11 stores the information corrected in step S16 as focal position information in the storage unit 17 (step S18).

【0056】次に、記憶部17に記憶した焦点位置情報
に基づいて、Zステージ6を駆動してウェハWをZ軸方
向に移動させることにより、アライメントセンサ12の
焦点位置にアライメントマークAM1の表面位置を配置
する(ステップS20)。尚、この処理では、Zステー
ジ6を駆動せずに、アライメントセンサ12内部の光学
系の倍率を変化させることによりZステージ6が移動す
るのと同様の効果を生じるようにしても良い。
Next, based on the focal position information stored in the storage unit 17, the Z stage 6 is driven to move the wafer W in the Z-axis direction, so that the focal position of the alignment sensor 12 is shifted to the surface of the alignment mark AM1. The position is arranged (step S20). In this process, the same effect as the movement of the Z stage 6 may be obtained by changing the magnification of the optical system inside the alignment sensor 12 without driving the Z stage 6.

【0057】アライメントセンサ12の焦点位置にアラ
イメントマークAM1の表面位置を配置すると、対物レ
ンズ24、レンズ系25、指標板38、リレーレンズ系
39、及び撮像素子40を含んでなる位置情報計測系か
ら出力された検出信号に対してアライメント信号処理系
16は種々の画像処理を施してアライメントマークAM
1のXY面内における位置情報を計測する(ステップS
22)。この位置情報はアライメント信号処理系16か
ら主制御系11へ出力され、前述した段差情報及び焦点
位置情報とともに記憶される(ステップS24)。以上
の処理が終了すると、主制御系11はショット領域SA
k内(サンプルショット領域内)に計測対象のアライメ
ントマークがまだ有るか否かを判断する(ステップS2
6)。
When the surface position of the alignment mark AM 1 is arranged at the focal position of the alignment sensor 12, the position information measuring system including the objective lens 24, the lens system 25, the index plate 38, the relay lens system 39, and the image sensor 40 can be used. The alignment signal processing system 16 performs various image processing on the output detection signal to perform alignment mark AM.
1 is measured in the XY plane (step S
22). This position information is output from the alignment signal processing system 16 to the main control system 11, and is stored together with the step information and the focal position information described above (step S24). When the above processing is completed, the main control system 11 sets the shot area SA
It is determined whether or not there is still an alignment mark to be measured in k (in the sample shot area) (step S2).
6).

【0058】サンプルショット内に未計測のアライメン
トマークがある場合には(図3に示した例では、まだ計
測を行っていないアライメントマークAM2,AM4が
ある)、ステップS10に戻り上述した処理を繰り返
す。この一連の処理において、ステップS14では、既
述した手法で各アライメントマークAM2,AM4にお
ける段差情報を求めて、記憶部17に記憶しておく。一
方、ステップS26において、未計測マークが無い場合
には、ステップS28へ進む。ステップS28では、同
一ウェハ上に、まだ未計測のサンプルショットが残って
いるか否かを判断する。未計測のサンプルショットがあ
ればステップS30へ進み、未計測のサンプルショット
無しならば本フローの処理を終了する。ステップS30
では、次のサンプルショット内の複数のアライメントマ
ークの位置情報の計測を行う。ここでは複数のアライメ
ントマークの焦点位置合わせ(AF)を、各アライメン
トマークそれぞれに配置的に対応している前のサンプル
ショットのアライメントマークAM1,AM2,AM4
における(ステップS14で算出された)段差情報を使
用して行う。即ち、前ショットのマークAM1と配置的
に対応する本サンプルショットのマークAMのAFは、
該マークAMのAF結果をマークAM1の段差情報に基
づき補正した結果に基づき行われる。このように、前サ
ンプルショットで得た段差情報に基づきAFを行いなが
ら複数のサンプルショットにおける各アライメントマ−
クの計測を行い、全サンプルショット内の全計測対象マ
ークの計測を完了すると、本フローの処理を終了する。
If there is an unmeasured alignment mark in the sample shot (in the example shown in FIG. 3, there are alignment marks AM2 and AM4 which have not been measured yet), the flow returns to step S10 to repeat the above processing. . In this series of processing, in step S14, step information in each of the alignment marks AM2 and AM4 is obtained by the method described above and stored in the storage unit 17. On the other hand, if there is no unmeasured mark in step S26, the process proceeds to step S28. In step S28, it is determined whether or not unmeasured sample shots still remain on the same wafer. If there is an unmeasured sample shot, the process proceeds to step S30. If there is no unmeasured sample shot, the process of this flow ends. Step S30
Then, the position information of a plurality of alignment marks in the next sample shot is measured. Here, the focus alignment (AF) of the plurality of alignment marks is performed by aligning the alignment marks AM1, AM2, and AM4 of the previous sample shots corresponding to the respective alignment marks.
Is performed by using the step information (calculated in step S14). That is, the AF of the mark AM of the present sample shot corresponding to the arrangement of the mark AM1 of the previous shot is:
This is performed based on the result of correcting the AF result of the mark AM based on the step information of the mark AM1. As described above, while performing the AF based on the step information obtained in the previous sample shot, each alignment mark in a plurality of sample shots is obtained.
When the measurement of the marks is completed and the measurement of all the marks to be measured in all the sample shots is completed, the processing of this flow ends.

【0059】以上説明した処理によってアライメントマ
ークAMの位置情報が高い精度で計測される。主制御系
11は、検出された高い精度を有するアライメントマー
クAMのX座標及びY座標に対して、前述したベースラ
イン量を加算して補正を行う。そして、主制御系11は
ステージ駆動系10を介してベースライン補正されたウ
ェハWのX座標及びY座標に基づいて、各ショット領域
の中心と投影光学系PLの光軸AXとが一致するように
XYステージ7を駆動させる。アライメントマークAM
が高い精度で計測されることにより各ショット領域の位
置情報も高精度に求まり、その結果として、ウェハWの
各ショット領域の正確な露光位置への合わせ込み、即ち
ウェハWの正確な位置合わせを行うことができる。
By the processing described above, the position information of the alignment mark AM is measured with high accuracy. The main control system 11 performs correction by adding the above-described base line amount to the detected X coordinate and Y coordinate of the alignment mark AM having high accuracy. Then, the main control system 11 makes the center of each shot area coincide with the optical axis AX of the projection optical system PL based on the X- and Y-coordinates of the wafer W corrected by the baseline via the stage drive system 10. Then, the XY stage 7 is driven. Alignment mark AM
Is measured with high accuracy, the position information of each shot area is also obtained with high accuracy, and as a result, alignment of each shot area of the wafer W with an accurate exposure position, that is, accurate alignment of the wafer W, is performed. It can be carried out.

【0060】尚、近年のアライメント計測はスループッ
ト向上の観点から全てのショット領域に対して位置情報
を計測するのではなく、予め選択されたショット領域の
みの位置情報を計測して、その計測結果を用いて統計演
算処理を行って全てのショット領域の位置情報を計測す
る所謂エンハンスト・グローバル・アライメント方式と
称される計測が行われる。また、上述したショット領域
SA1〜SAn内にはそれぞれ同一のパターンが形成さ
れる。よって、選択されたサンプルショット領域の位置
情報を計測するにあたっては、最初に計測するサンプル
ショット領域に形成された複数のアライメントマークに
対してのみ焦点位置に関する計測を行って得られた段差
情報及び焦点位置情報を、XY平面内における位置情報
とともに記憶部17に記憶させる。そして、上述した実
施形態(図8)では、残りのサンプルショット領域につ
いては、記憶部17に記憶された焦点位置情報に基づい
て計測対象のアライメントマークAMの表面位置をアラ
イメントセンサ12の焦点位置に合わせ込んでXY平面
内の位置情報を計測する。このようにすることで焦点位
置情報を求める処理を省略することができるため、スル
ープットの向上に資することができる。また、サンプル
ショットのうちの最初の2,3ショットにおいては、各
マーク毎に段差情報を求めるようにし、これらのショッ
ト毎の段差情報を配置的に対応するマーク毎に平均し、
その平均したマーク毎の段差情報を残りのサンプルショ
ットにおいて使用するようにしてもよい。
In the recent alignment measurement, from the viewpoint of improving the throughput, the position information is not measured for all the shot regions, but the position information of only the shot region selected in advance is measured, and the measurement result is obtained. A so-called enhanced global alignment method is used in which the statistical information is used to measure the position information of all shot areas. The same pattern is formed in each of the above-described shot areas SA1 to SAn. Therefore, when measuring the position information of the selected sample shot area, the step information and the focus information obtained by performing the measurement on the focal position only for a plurality of alignment marks formed in the sample shot area to be measured first. The storage unit 17 stores the position information together with the position information in the XY plane. In the above-described embodiment (FIG. 8), for the remaining sample shot areas, the surface position of the alignment mark AM to be measured is set to the focal position of the alignment sensor 12 based on the focal position information stored in the storage unit 17. Then, the position information in the XY plane is measured. This makes it possible to omit the process of obtaining the focal position information, which can contribute to an improvement in throughput. In the first two or three shots of the sample shots, step information is obtained for each mark, and the step information for each shot is averaged for each mark corresponding to the layout.
The averaged step information for each mark may be used in the remaining sample shots.

【0061】また、一般的にウェハWは複数枚を一組と
したロット単位で処理される。この場合は、最初に計測
を行うウェハWに形成された複数のショット領域の内、
予め選択されたサンプルショット領域に形成されたアラ
イメントマークについての焦点位置情報を記憶部17に
記憶し、以降のウェハWの計測を行うときには記憶部1
7に記憶された焦点位置情報(段差情報等)に基づいて
計測対象のアライメントマークAMの表面位置をアライ
メントセンサ12の焦点位置に合わせ込んでXY平面内
の位置情報を計測することがスループット向上の観点か
らは好ましい。また、ウェハW間の表面の平坦性にばら
つきがある場合には、ロット先頭から計測が行われた複
数枚のウェハWにそれぞれ形成されたマーク毎の焦点位
置情報(段差情報等)の計測結果の平均値を求め、この
平均値を各アライメントマークの焦点位置情報として記
憶部17に記憶させ、残りのウェハWについては記憶部
17に記憶された焦点位置情報に基づいて計測対象のア
ライメントマークAMの表面位置をアライメントセンサ
12の焦点位置に合わせ込んでXY平面内の位置情報を
計測することが好適である。尚、上記実施形態では、ス
トリートラインSL上をAF検出位置とした場合につい
て述べたが、AF検出位置をデバイス部分DPkとする
方式においても本発明は適用可能である。この場合に
は、本願の上記実施形態でストリートラインSL上がら
得るAF位置情報を、デバイス部分DPkを照明して得
るAF情報に置き換えれてやれば良い。
Generally, the wafers W are processed in lot units each of which includes a plurality of wafers. In this case, of the plurality of shot areas formed on the wafer W to be measured first,
The focus position information on the alignment marks formed in the preselected sample shot area is stored in the storage unit 17, and when the subsequent measurement of the wafer W is performed, the storage unit 1
The position of the alignment mark AM to be measured is adjusted to the focal position of the alignment sensor 12 based on the focal position information (step information or the like) stored in the memory 7 to measure the positional information in the XY plane, thereby improving the throughput. It is preferable from a viewpoint. If there is variation in the flatness of the surface between the wafers W, the measurement result of the focal position information (step information etc.) for each mark formed on each of the plurality of wafers W measured from the head of the lot Is stored in the storage unit 17 as the focal position information of each alignment mark. For the remaining wafer W, the alignment mark AM to be measured is determined based on the focal position information stored in the storage unit 17. It is preferable to measure the position information in the XY plane by adjusting the surface position to the focal position of the alignment sensor 12. In the above embodiment, the case where the AF detection position is set on the street line SL is described. However, the present invention is also applicable to a method in which the AF detection position is set to the device portion DPk. In this case, the AF position information obtained on the street line SL in the above embodiment of the present application may be replaced with AF information obtained by illuminating the device portion DPk.

【0062】尚、上記実施形態においては、照明光IL
X,ILYの形状を矩形としたが、本発明はこの形状に制
限される訳ではなく、検出対象に合わせて適宜変更する
ことができる。また、ストリートラインSLが直交せず
にウェハW上に形成されている場合には、そのストリー
トラインSLに合わせて光学系又は視野絞り板21,5
1を変更してストリートラインSLを照明するようにし
ても良い。
In the above embodiment, the illumination light IL
Although the shape of X and IL Y is rectangular, the present invention is not limited to this shape, and can be appropriately changed according to the detection target. When the street line SL is formed on the wafer W without being orthogonal, the optical system or the field stop plates 21 and 5 are aligned with the street line SL.
1 may be changed to illuminate the street line SL.

【0063】尚、前述した本発明の一実施形態による露
光装置(図1)は、ウェハWを精度よく高速に位置制御
することができ、スループットを向上しつつ高い露光精
度で露光が可能となるように、照明光学系1、レチクル
ホルダ2、ベース3、及び駆動装置4を含むレチクルア
ライメント系、ウェハホルダ5、Zステージ6、XYス
テージ7、移動鏡8、及びレーザ干渉計9を含むウェハ
アライメント系、投影光学系PL等の図1に示された各
要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み上げ
られた後、総合調整(電気調整、動作確認等)をするこ
とにより製造される。尚、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。
The exposure apparatus (FIG. 1) according to one embodiment of the present invention can accurately control the position of the wafer W at high speed, and can perform exposure with high exposure accuracy while improving throughput. As described above, a reticle alignment system including the illumination optical system 1, the reticle holder 2, the base 3, and the driving device 4, a wafer alignment system including the wafer holder 5, the Z stage 6, the XY stage 7, the movable mirror 8, and the laser interferometer 9. After the components shown in FIG. 1 such as the projection optical system PL are electrically, mechanically or optically connected and assembled, they are manufactured by performing comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, etc.). You. It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

【0064】次に、本発明の一実施形態の露光装置及び
露光方法を使用したデバイスの製造について説明する。
図9は、本発明の一実施形態による露光装置を用いてデ
バイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、
CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の生産の
フローチャートである。図9に示されるように、まず、
ステップS30(設計ステップ)において、デバイスの
機能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、ステップS31(マスク製作ステップ)におい
て、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。一方、ステップS32(ウェハ製造ステップ)にお
いて、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
Next, the manufacture of a device using the exposure apparatus and the exposure method according to one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, a liquid crystal panel,
3 is a flowchart of production of a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, and the like. First, as shown in FIG.
In step S30 (design step), a function design of a device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S31 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S32 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0065】次に、ステップS33(ウェハプロセスス
テップ)において、ステップS30〜ステップS32で
用意したマスクとウェハを使用して、リソグラフィ技術
によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、
ステップS34(組立ステップ)において、ステップS
33において処理されたウェハを用いてチップ化する。
このステップS34には、アッセンブリ工程(ダイシン
グ、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程が含まれる。最後に、ステップS35(検
査ステップ)において、ステップS35で作製されたデ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが
出荷される。
Next, in step S33 (wafer process step), an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer prepared in steps S30 to S32. Then
In step S34 (assembly step), step S
The wafer is processed into chips by using the wafer 33.
Step S34 includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). Finally, in step S35 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step S35 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

【0066】尚、本実施形態の露光装置として、マスク
と基板とを同期移動してマスクのパターンを露光する走
査型の露光装置(USP5,473,410)にも適用することがで
きる。更に、本実施形態の露光装置として、投影光学系
を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクの
パターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用す
ることができる。また、露光装置の用途としては半導体
製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型
のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液
晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露
光装置にも広く適当できる。本実施形態の露光装置の光
源は、g線(436nm)、i線(365nm)、Kr
Fエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレー
ザ(193nm)、F2レーザ(157nm)のみなら
ず、X線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト(LaB6)、タ
ンタル(Ta)を用いることができる。
The exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a scanning type exposure apparatus (US Pat. No. 5,473,410) for exposing a mask pattern by synchronously moving a mask and a substrate. Further, the exposure apparatus of the present embodiment can be applied to a proximity exposure apparatus that exposes a mask pattern by bringing a mask and a substrate into close contact without using a projection optical system. Further, the application of the exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor. For example, an exposure apparatus for a liquid crystal that exposes a liquid crystal display element pattern to a square glass plate, or a thin film magnetic head is manufactured. Widely applicable to the exposure apparatus. The light source of the exposure apparatus of the present embodiment includes g-line (436 nm), i-line (365 nm), Kr
Not only an F excimer laser (248 nm), an ArF excimer laser (193 nm), and an F 2 laser (157 nm) but also a charged particle beam such as an X-ray or an electron beam can be used. For example, when an electron beam is used, a thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB 6 ) or tantalum (Ta) can be used as an electron gun.

【0067】投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍
および拡大系のいずれでも良い。投影光学系としては、
エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材とし
て石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、F
2レーザやX線を用いる場合は反射屈折系または屈折系
の光学系にし(レチクルも反射型タイプのものを用い
る)、また、電子線を用いる場合には光学系として電子
レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればい
い。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすること
はいうまでもない。
The magnification of the projection optical system may be not only the reduction system but also any one of the same magnification and the enlargement system. As the projection optical system,
When far ultraviolet rays such as an excimer laser are used, a material that transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as the glass material.
(2) When a laser or X-ray is used, a catadioptric or refractive optical system is used (a reticle is also of a reflection type). When an electron beam is used, the optical system includes an electron lens and a deflector. An electron optical system may be used. It goes without saying that the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.

【0068】ウェハステージやレチクルステージにリニ
アモータ(USP5、623,853又はUSP5、528、118参照)を
用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およ
びローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上
型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイド
に沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けない
ガイドレスタイプでもいい。ステージの駆動装置として
は、2次元に磁石を配置した磁石ユニットと、2次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
よりステージを駆動する平面モ−タを用いてもいい。こ
の場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一
方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニット
との他方をステージの移動面側に設ければよい。
When a linear motor (see US Pat. No. 5,623,853 or US Pat. No. 5,528,118) is used for the wafer stage or reticle stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force is used. May be used. The stage may be of a type that moves along a guide or a guideless type that does not have a guide. As the stage driving device, a planar motor that drives a stage by electromagnetic force with a magnet unit having two-dimensionally arranged magnets and an armature unit having two-dimensionally arranged coils opposed to each other may be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stage.

【0069】ウェハステージの移動により発生する反力
は、特開平8−166475号公報(USP5、528、118)
に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的
に床(大地)に逃がしてもいい。レチクルステージの移
動により発生する反力は、特開平8−330224号公
報(US S/N 08/416,558)に記載されているように、フ
レーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよ
い。
The reaction force generated by the movement of the wafer stage is disclosed in JP-A-8-166475 (US Pat. Nos. 5,528,118).
As described in the above, a frame member may be used to mechanically escape to the floor (ground). The reaction force generated by the movement of the reticle stage is mechanically released to the floor (ground) by using a frame member as described in JP-A-8-330224 (US S / N 08 / 416,558). Is also good.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の観点に
よるアライメント装置によれば、焦点計測位置における
物体の表面とマークの表面との間の垂直方向における段
差情報をマーク毎に記憶しているため、物体の垂直方向
における焦点位置情報を計測する焦点計測位置がマーク
の形成位置とは異なる位置に設定されている場合におい
て、焦点計測位置に応じて物体の表面位置が変化してい
るときであっても段差情報に基づいて各々のマーク表面
の位置を求めることができるという効果がある。また、
本発明の第2の観点によるアライメント装置によれば、
記憶手段に記憶した段差情報と計測された焦点位置情報
とに基づいて、垂直方向における物体の位置を制御して
いる。その結果、マーク表面にアライメント装置の焦点
位置を合わせることができ、各々のマークの二次元平面
内における位置情報の計測精度を向上させることができ
るという効果がある。また、本発明の第3の観点による
アライメント装置によれば、ショット領域に形成された
複数のマークを計測して二次元平面内におけるショット
領域毎の位置ずれを補正する所謂ショット内多点アライ
メント計測を行う際に、各々のマーク毎に焦点計測位置
における物体の表面が変化しているときであっても、各
々のマークの表面をアライメント装置の焦点位置に合わ
せることができ、高い精度でマークの二次元平面内にお
ける位置情報を計測することができる。その結果、各シ
ョット領域の二次元平面内における位置ずれを高い精度
で補正することができるという効果がある。また、本発
明の第8の観点によるアライメント装置によれば、最初
に計測するショット領域に関するマークの焦点位置を記
憶している。よって、残りのショット領域については記
憶した焦点位置情報に基づいて基板の垂直方向の位置を
調整して二次元平面内の位置情報を計測することで焦点
位置情報を求める処理が省略できるため、マーク毎の二
次元平面内における位置情報を高スループットで計測す
ることができるという効果がある。また、本発明の第9
の観点によるアライメント装置によれば、最初に計測を
行う基板に形成されたマークの焦点位置情報を記憶手段
に記憶している。よって、残りの基板については記憶し
た焦点位置情報に基づいて基板の垂直方向の位置を調整
して二次元平面内の位置情報を計測することで焦点位置
情報を求める処理が省略できるため、マーク毎の二次元
平面内における位置情報を高スループットで計測するこ
とができるという効果がある。また、本発明の第10の
観点によるアライメント装置によれば、ロット先頭から
複数内の基板に対してマーク毎の焦点位置情報の計測を
行い、計測結果の平均値をマーク毎に記憶している。よ
って、基板間で表面の平坦性にばらつきがある場合であ
っても、残りの基板について記憶した平均値に基づいて
基板の垂直方向の位置を調整して二次元平面内の位置情
報を計測することで、マーク毎の位置情報を高スループ
ットで計測することができるという効果がある。また、
本発明の第11の観点によるアライメント装置によれ
ば、補正された焦点位置情報に基づいて、垂直方向にお
ける基板の位置を制御している。その結果、マーク表面
にアライメント装置の焦点位置を合わせることができ、
各々のマークの二次元平面内における位置情報の計測精
度を向上させることができるという効果がある。また、
本発明の露光装置によれば、上記のアライメント装置に
よって高精度で計測された位置情報に基づいてマスクと
基板との位置合わせを行っている。よって、マスクと基
板とが高精度で位置合わせされた状態でマスクに形成さ
れた所定パターンが基板上に露光されるため、基板上に
微細なパターンを精度良く形成することができるという
効果がある。
As described above, according to the alignment apparatus according to the aspect of the present invention, step information in the vertical direction between the surface of the object at the focus measurement position and the surface of the mark is stored for each mark. Therefore, when the focus measurement position for measuring the focus position information in the vertical direction of the object is set to a position different from the mark formation position, and when the surface position of the object changes according to the focus measurement position However, there is an effect that the position of each mark surface can be obtained based on the step information. Also,
According to the alignment device of the second aspect of the present invention,
The position of the object in the vertical direction is controlled based on the step information stored in the storage means and the measured focal position information. As a result, the focus position of the alignment device can be adjusted to the mark surface, and the accuracy of measuring the position information of each mark in a two-dimensional plane can be improved. In addition, according to the alignment apparatus of the third aspect of the present invention, so-called multi-point intra-shot alignment measurement for measuring a plurality of marks formed in the shot area and correcting a positional shift for each shot area in a two-dimensional plane. When performing, even when the surface of the object at the focus measurement position is changing for each mark, the surface of each mark can be adjusted to the focus position of the alignment device, and the accuracy of the mark Position information in a two-dimensional plane can be measured. As a result, there is an effect that the displacement of each shot area in the two-dimensional plane can be corrected with high accuracy. According to the alignment apparatus of the eighth aspect of the present invention, the focus position of the mark related to the shot area to be measured first is stored. Therefore, for the remaining shot areas, the process of obtaining the focal position information by adjusting the vertical position of the substrate based on the stored focal position information and measuring the positional information in the two-dimensional plane can be omitted. There is an effect that position information in each two-dimensional plane can be measured with high throughput. In addition, the ninth aspect of the present invention
According to the alignment apparatus according to the aspect of the present invention, the focus position information of the mark formed on the substrate to be measured first is stored in the storage means. Therefore, for the remaining substrates, the process of obtaining the focal position information by adjusting the vertical position of the substrate based on the stored focal position information and measuring the positional information in the two-dimensional plane can be omitted. There is an effect that position information in a two-dimensional plane can be measured with high throughput. According to the alignment apparatus of the tenth aspect of the present invention, focus position information for each mark is measured for a plurality of substrates from the beginning of the lot, and the average value of the measurement results is stored for each mark. . Therefore, even when the surface flatness varies between the substrates, the vertical position of the substrate is adjusted based on the average value stored for the remaining substrates, and the positional information in the two-dimensional plane is measured. Thus, there is an effect that position information for each mark can be measured with high throughput. Also,
According to the alignment apparatus of the eleventh aspect of the present invention, the position of the substrate in the vertical direction is controlled based on the corrected focal position information. As a result, the focus position of the alignment device can be adjusted to the mark surface,
There is an effect that the accuracy of measuring the position information of each mark in the two-dimensional plane can be improved. Also,
According to the exposure apparatus of the present invention, the alignment between the mask and the substrate is performed based on the position information measured with high accuracy by the alignment apparatus. Therefore, since the predetermined pattern formed on the mask is exposed on the substrate in a state where the mask and the substrate are aligned with high precision, there is an effect that a fine pattern can be accurately formed on the substrate. .

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

【図1】 本発明の一実施形態による露光装置の概略構
成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 ウェハWの一例を示す上面図である。FIG. 2 is a top view illustrating an example of a wafer W.

【図3】 1つのショット領域の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one shot area.

【図4】 2次元計測用のアライメントマークAMの一
例の構成を示す上面図である。
FIG. 4 is a top view illustrating a configuration of an example of an alignment mark AM for two-dimensional measurement.

【図5】 本発明の一実施形態によるアライメント装置
の一部をなすアライメントセンサ12の構成を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an alignment sensor 12 forming a part of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図6】 視野絞り板21の一例及び遮光板27の一例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a field stop plate 21 and an example of a light shielding plate 27.

【図7】 ウェハW上における照明光IL2の照射位置
を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining an irradiation position of illumination light IL2 on a wafer W.

【図8】 本発明の一実施形態によるアライメント装置
の計測処理のフローを示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a measurement process of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の一実施形態による露光装置を用いて
デバイスを製造する際のフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart when a device is manufactured using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図10】 従来のアライメントセンサの構成を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional alignment sensor.

【図11】 視野分割絞り103の一例及び遮光板11
3の一例を示す図である。
FIG. 11 shows an example of a field division stop 103 and a light shielding plate 11.
FIG. 3 is a diagram showing an example of No. 3;

【図12】 従来のアライメントセンサ100のウェハ
W上における照明領域を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining an illumination area on a wafer W of a conventional alignment sensor 100.

【図13】 アライメントマークの形成位置と焦点検出
位置とが異なる位置に設定されているときに従来のアラ
イメントセンサを用いて位置情報を計測する際に生ずる
不都合を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a problem that occurs when measuring position information using a conventional alignment sensor when a position where an alignment mark is formed and a focus detection position are set to different positions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 Zステージ(移動制御手段、垂
直移動制御手段) 10 ステージ駆動系(移動制御手
段、垂直移動制御手段) 11 主制御系(移動制御手段、垂直
移動制御手段) 17 記憶部(記憶手段、補正焦点位
置記憶手段) 24 対物レンズ(位置情報計測系、
焦点位置計測系) 25 レンズ系(位置情報計測系) 28 反射板(焦点位置計測系) 29 反射板(焦点位置計測系) 30 反射板(焦点位置計測系) 31 反射板(焦点位置計測系) 32 レンズ系(焦点位置計測系) 33 反射板(焦点位置計測系) 34 反射板(焦点位置計測系) 35 瞳分割ミラー(焦点位置計測
系) 36 レンズ系(焦点位置計測系) 37 ラインセンサ(焦点位置計測
系) 38 指標板(位置情報計測系) 39 リレーレンズ系(位置情報計測
系) 40 撮像素子(位置情報計測系) AM,AM1,AM2 アライメントマーク(マーク) ILX 照明光(第1検出光) ILY 照明光(第2検出光) R レチクル(マスク) SA1〜SAn ショット領域 SL,SLX,SLY ストリートライン W ウェハ(物体、基板)
6 Z stage (movement control means, vertical movement control means) 10 Stage drive system (movement control means, vertical movement control means) 11 Main control system (movement control means, vertical movement control means) 17 Storage unit (storage means, correction focus) Position storage means) 24 Objective lens (position information measurement system,
(Focal position measuring system) 25 Lens system (Position information measuring system) 28 Reflector (focal position measuring system) 29 Reflector (focal position measuring system) 30 Reflector (focal position measuring system) 31 Reflector (focal position measuring system) 32 Lens system (focal position measuring system) 33 Reflector (focal position measuring system) 34 Reflector (focal position measuring system) 35 Pupil split mirror (focal position measuring system) 36 Lens system (focal position measuring system) 37 Line sensor ( Focus position measurement system) 38 Index plate (position information measurement system) 39 Relay lens system (position information measurement system) 40 Image sensor (position information measurement system) AM, AM1, AM2 Alignment mark (mark) IL X illumination light (first) detection light) IL Y illumination light (second detection light) R reticle (mask) SA1 to SAn shot area SL, SL X, SL Y street line W wafer (object, substrate)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 525W Fターム(参考) 2F065 AA02 AA03 AA06 AA07 AA14 BB02 CC17 CC20 DD03 FF01 FF04 GG03 JJ25 LL02 LL04 LL12 LL30 LL67 MM03 MM04 QQ13 QQ23 QQ31 5F046 DA14 DB05 DB10 EB01 FB17 FC04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/30 525W F-term (Reference) 2F065 AA02 AA03 AA06 AA07 AA14 BB02 CC17 CC20 DD03 FF01 FF04 GG03 JJ25 LL02 LL04 LL12 LL30 LL67 MM03 MM04 QQ13 QQ23 QQ31 5F046 DA14 DB05 DB10 EB01 FB17 FC04

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体上に形成された複数のマークの所定
の二次元平面内における位置情報を計測する位置情報計
測系と、前記マークの形成位置とは異なる前記物体上の
位置に設定された焦点計測位置において前記物体の前記
二次元平面に対して垂直方向における焦点位置情報を計
測する焦点位置計測系とを備えるアライメント装置であ
って、 前記焦点計測位置における前記物体表面と前記マークの
表面との間の、前記垂直方向における段差情報を前記マ
ーク毎に記憶する記憶手段とを具備することを特徴とす
るアライメント装置。
1. A position information measurement system for measuring position information of a plurality of marks formed on an object in a predetermined two-dimensional plane, and a position information measurement system set at a position on the object different from the mark formation position. A focus position measurement system that measures focus position information in a direction perpendicular to the two-dimensional plane of the object at the focus measurement position, comprising: an object surface and the mark surface at the focus measurement position. Storage means for storing step information in the vertical direction between the marks for each mark.
【請求項2】 前記焦点計測位置において前記焦点位置
計測系で計測した前記焦点位置情報と前記段差情報とに
基づいて、前記位置情報計測系による前記マークの位置
情報を計測する際の、前記物体の前記垂直方向における
位置を制御する移動制御手段を具備することを特徴とす
る請求項1記載のアライメント装置。
2. The object when measuring position information of the mark by the position information measurement system based on the focus position information measured by the focus position measurement system and the step information at the focus measurement position. 2. The alignment apparatus according to claim 1, further comprising a movement control means for controlling the position in the vertical direction.
【請求項3】 前記物体は、複数のショット領域が形成
された基板であり、当該ショット領域にはそれぞれ複数
の前記マークが形成されていることを特徴とする請求項
1又は請求項2記載のアライメント装置。
3. The object according to claim 1, wherein the object is a substrate on which a plurality of shot areas are formed, and the plurality of marks are formed on each of the shot areas. Alignment device.
【請求項4】 前記マーク及び前記焦点計測位置は、前
記ショット領域間に設けられたストリートライン上の異
なる位置に設定されていることを特徴とする請求項3記
載のアライメント装置。
4. The alignment apparatus according to claim 3, wherein the mark and the focus measurement position are set at different positions on a street line provided between the shot areas.
【請求項5】 前記ストリートラインは、第1方向及び
第2方向に設けられ、 前記焦点位置計測系は、長手方向が前記第1方向に設定
された第1検出光を照射する第1計測系と、前記第2方
向に設定された第2検出光を照射する第2計測系とを具
備することを特徴とする請求項4記載のアライメント装
置。
5. The street line is provided in a first direction and a second direction, and the focus position measurement system irradiates a first detection light whose longitudinal direction is set to the first direction. The alignment apparatus according to claim 4, further comprising: a second measurement system configured to irradiate a second detection light set in the second direction.
【請求項6】 前記焦点位置計測系は、前記第1検出光
の反射光の強度と第2検出光の反射光の強度とを比較
し、当該比較結果に応じて前記第1計測系又は前記第2
計測系の何れか一方を選択して焦点検出を行うことを特
徴とする請求項5記載のアライメント装置。
6. The focus position measuring system compares the intensity of the reflected light of the first detection light with the intensity of the reflected light of the second detection light, and according to the comparison result, the first measurement system or the Second
6. The alignment apparatus according to claim 5, wherein one of the measurement systems is selected to perform focus detection.
【請求項7】 前記焦点位置計測系により計測された前
記焦点位置情報を前記段差情報を用いて補正した前記マ
ークに対する焦点位置情報を記憶する補正焦点位置記憶
手段を備えることを特徴とする請求項3乃至請求項6の
何れかに記載のアライメント装置。
7. A correction focus position storage means for storing focus position information for the mark obtained by correcting the focus position information measured by the focus position measurement system using the step information. The alignment device according to any one of claims 3 to 6.
【請求項8】 前記補正焦点位置記憶手段は、前記ショ
ット領域の内、最初に計測するショット領域に関するマ
ークの焦点位置情報を記憶することを特徴とする請求項
7記載のアライメント装置。
8. The alignment apparatus according to claim 7, wherein said corrected focal position storage means stores focal position information of a mark relating to a shot area to be measured first among said shot areas.
【請求項9】 前記基板は複数枚を一組とするロット単
位で設けられており、 前記補正焦点位置記憶手段は、最初に計測を行う基板に
形成されたマークの焦点位置情報を記憶することを特徴
とする請求項7記載のアライメント装置。
9. The method according to claim 1, wherein the substrate is provided in lot units each including a plurality of substrates, and the corrected focal position storage unit stores focal position information of a mark formed on a substrate to be measured first. The alignment apparatus according to claim 7, wherein:
【請求項10】 前記補正焦点位置記憶手段は、前記ロ
ット先頭から計測が行われた複数枚の基板にそれぞれ形
成された対応するマーク毎の焦点位置情報の計測結果の
平均値を前記マーク毎に記憶することを特徴とする請求
項7記載のアライメント装置。
10. The correction focus position storage means stores, for each mark, an average value of measurement results of focus position information for each corresponding mark formed on a plurality of substrates measured from the beginning of the lot. The alignment apparatus according to claim 7, wherein the alignment is stored.
【請求項11】 前記補正焦点位置記憶手段に記憶され
た焦点位置情報に基づいて前記基板を前記垂直方向へ移
動させる垂直移動制御手段を備え、 前記位置情報計測系は、前記垂直移動制御手段による前
記基板の移動後に前記マークの前記二次元平面内におけ
る位置情報を計測することを特徴とする請求項7乃至請
求項10の何れかに記載のアライメント装置。
11. A vertical movement control means for moving the substrate in the vertical direction based on the focus position information stored in the corrected focus position storage means, wherein the position information measurement system is provided by the vertical movement control means. The alignment apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein position information of the mark in the two-dimensional plane is measured after the movement of the substrate.
【請求項12】 マスク上に形成された所定パターンを
基板上に露光する露光装置であって、 請求項1乃至請求項11の何れかに記載のアライメント
装置を備え、 前記アライメント装置の計測結果に基づいて前記マスク
と前記基板との相対的な位置合わせを行い、前記マスク
上に形成された所定パターンの像を前記基板上に露光す
ることを特徴とする露光装置。
12. An exposure apparatus for exposing a predetermined pattern formed on a mask onto a substrate, comprising: the alignment apparatus according to claim 1; An exposure apparatus for performing relative positioning between the mask and the substrate on the basis of the pattern and exposing an image of a predetermined pattern formed on the mask onto the substrate.
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