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JP2017215556A - Mark detection device, exposure apparatus, method for producing device, and method for detecting mark - Google Patents

Mark detection device, exposure apparatus, method for producing device, and method for detecting mark Download PDF

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JP2017215556A
JP2017215556A JP2016111135A JP2016111135A JP2017215556A JP 2017215556 A JP2017215556 A JP 2017215556A JP 2016111135 A JP2016111135 A JP 2016111135A JP 2016111135 A JP2016111135 A JP 2016111135A JP 2017215556 A JP2017215556 A JP 2017215556A
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Japan
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mark
measurement
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light
alignment
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JP2016111135A
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Japanese (ja)
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茂樹 江上
Shigeki Egami
茂樹 江上
哲寛 上田
Akihiro Ueda
哲寛 上田
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an alignment detection time.SOLUTION: An alignment system 30 has a plurality of alignment sensors 32p, 32s arranged at prescribed intervals to an X axis direction and capable of detecting grate marks GM provided at a wafer W via an optical system, and includes a mark detection system capable of simultaneously detecting a plurality of the grate marks GM provided at the object using the alignment sensors 32p, 32s and a control system calculating the position of the wafer W when the grate marks GM as the objects of detection are located in the focal depth of each optical system of the alignment sensors 32p, 32s.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、マーク検出装置、露光装置、デバイス製造方法、及びマーク検出方法に係り、更に詳しくは、物体に設けられたマークを検出するマーク検出装置及びマーク検出方法、前記マーク検出装置を含む露光装置、並びに前記露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to a mark detection apparatus, an exposure apparatus, a device manufacturing method, and a mark detection method, and more specifically, a mark detection apparatus and a mark detection method for detecting a mark provided on an object, and an exposure including the mark detection apparatus. The present invention relates to an apparatus and a device manufacturing method using the exposure apparatus.

従来、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが用いられている。   Conventionally, in lithography processes for manufacturing electronic devices (microdevices) such as semiconductor elements (integrated circuits, etc.) and liquid crystal display elements, step-and-scan projection exposure apparatuses (so-called scanning steppers (also called scanners)), etc. Is used.

この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレートなど(以下、「ウエハ」と総称する)上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作(いわゆるアライメント)が行われている。   In this type of exposure apparatus, a plurality of patterns are superimposed on a wafer or glass plate (hereinafter collectively referred to as “wafer”), so that a pattern already formed on the wafer and a mask or An operation (so-called alignment) is performed to bring the pattern of the reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) into an optimum relative positional relationship.

米国特許第8,054,472号明細書US Pat. No. 8,054,472

第1の態様によれば、所定の2次元平面内の第1方向に所定間隔で配置され、物体に設けられたマークを光学系を介して検出する複数の検出装置を有し、該複数の検出装置を用いて前記物体に設けられた複数のマークを同時に検出するマーク検出系と、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点深度に関する情報と、前記2次元平面と直交する第2方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御する制御系と、を備えるマーク検出装置が、提供される。   According to the first aspect, the apparatus includes a plurality of detection devices that are arranged at predetermined intervals in a first direction within a predetermined two-dimensional plane and that detect marks provided on the object via the optical system. A mark detection system that simultaneously detects a plurality of marks provided on the object using a detection device, information on the focal depth of the optical system of each of the plurality of detection devices, and a second direction orthogonal to the two-dimensional plane And a control system that controls a positional relationship between the optical system of each of the plurality of detection devices and the object based on at least information related to the position of the object.

第2の態様によれば、第1の態様に係るマーク検出装置と、前記マーク検出装置の前記制御系が算出した位置に応じて前記物体の位置決めを行う位置決め装置と、前記位置決め装置により位置決めされた前記物体にエネルギビームで露光することにより所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置が、提供される。   According to the second aspect, the mark detection apparatus according to the first aspect, the positioning apparatus that positions the object according to the position calculated by the control system of the mark detection apparatus, and the positioning apparatus are positioned. An exposure apparatus comprising: a pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern by exposing the object with an energy beam.

第3の態様によれば、第2の態様に係る露光装置を用いて前記物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。   According to a third aspect, there is provided a device manufacturing method including exposing the object using the exposure apparatus according to the second aspect and developing the exposed object.

第4の態様によれば、所定の2次元平面内の第1方向に所定間隔で配置された複数の検出装置を含むマーク検出系を用いて、物体に設けられた複数のマークを同時に検出することと、前記複数の検出装置それぞれの光学系の焦点深度に関する情報と、前記2次元平面と直交する第2方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御することと、を含むマーク検出方法が、提供される。   According to the fourth aspect, a plurality of marks provided on an object are simultaneously detected using a mark detection system including a plurality of detection devices arranged at predetermined intervals in a first direction within a predetermined two-dimensional plane. Each of the plurality of detection devices based at least on the information on the depth of focus of the optical system of each of the plurality of detection devices and the information on the position of the object in the second direction orthogonal to the two-dimensional plane. There is provided a mark detection method including controlling a positional relationship between the optical system and the object.

第5の態様によれば、物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造方法であって、回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第1マークの位置計測を行うとともに、前記第1マークの非対称性に関する計測を行うことと、前記第1マークの位置計測結果を、前記計測結果に応じた補正係数を用いて補正することと、前記補正後の前記第1マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第1マーク上に第2マークを重ねて形成することと、前記第1及び第2マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測することと、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正すること、とを含み、前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造方法が、提供される。   According to a fifth aspect, there is provided a device manufacturing method for forming a plurality of patterns on an object by using a measuring apparatus that irradiates a mark including a diffraction grating with measurement light. Measuring the position of one mark, measuring the asymmetry of the first mark, correcting the position measurement result of the first mark using a correction coefficient according to the measurement result, Based on the corrected position measurement result of the first mark, a pattern is formed on the existing pattern on the object, and a second mark is formed on the first mark, and the first mark is formed. And measuring the overlay accuracy between the patterns using the second mark, and correcting the correction coefficient when the overlay accuracy measurement result does not satisfy a predetermined condition. Has an optical member for generating reference light that interferes with diffracted light from the mark of the measurement light, and performs the position measurement and the asymmetric measurement based on interference between the diffracted light and the reference light. A device manufacturing method is provided.

第6の態様によれば、物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造システムであって、回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第1マークの位置計測を行うとともに、前記第1マークの非対称性に関する非対称計測を行う計測系と、前記第1マークの位置計測結果を、前記スキャトロメトリ計測結果に応じた補正係数を用いて補正する制御系と、前記補正後の前記第1マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第1マーク上に第2マークを重ねて形成するパターン形成系と、前記第1及び第2マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測する重ね計測系と、を備え、前記制御系は、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正し、前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造システムが、提供される。   According to the sixth aspect, there is provided a device manufacturing system that forms a plurality of patterns on an object by using a measuring device that irradiates measurement light to a mark including a diffraction grating. A measurement system that measures the position of one mark and performs asymmetric measurement related to the asymmetry of the first mark, and corrects the position measurement result of the first mark using a correction coefficient according to the scatterometry measurement result. A pattern is formed on the existing pattern on the object, and a second mark is formed on the first mark, based on the control system that performs the correction and the position measurement result of the corrected first mark. A pattern forming system and an overlay measurement system that measures the overlay accuracy of the patterns using the first and second marks, and the control system has a predetermined condition for the overlay accuracy measurement result. The measurement coefficient is corrected when the measurement coefficient is not satisfied, and the measurement apparatus includes an optical member for generating reference light that interferes with diffracted light from the mark of the measurement light, and the diffracted light and the reference light There is provided a device manufacturing system that performs the position measurement and the asymmetric measurement based on interference.

第1の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1の露光装置が備えるステージ装置を示す平面図である。It is a top view which shows the stage apparatus with which the exposure apparatus of FIG. 1 is provided. 図3(a)は、X格子及びY格子を含む格子マークの一例、図3(b)は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例(その1)、図3(c)は、α格子及びβ格子を含む格子マークの一例(その2)である。3A illustrates an example of a lattice mark including an X lattice and a Y lattice, FIG. 3B illustrates an example of a lattice mark including an α lattice and a β lattice (part 1), and FIG. It is an example (the 2) of the lattice mark containing a lattice and (beta) lattice. 図4(a)は、アライメントセンサの構成を概略的に示す図であり、図4(b)は、図4(a)のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における照明光と回折光との関係を示す図である。FIG. 4A is a diagram schematically illustrating the configuration of the alignment sensor, and FIG. 4B is a diagram illustrating illumination light and diffracted light on the pupil plane of the objective lens included in the alignment sensor of FIG. It is a figure which shows the relationship. ウエハ上に設定されたアランメントショット領域の配置と、図1の露光装置が備える複数のアライメントセンサとの配置関係を示す図である。FIG. 2 is a view showing an arrangement relationship between an arrangement shot area set on a wafer and a plurality of alignment sensors provided in the exposure apparatus of FIG. 1. アライメントセンサが備える検出器の出力に基づいて生成される波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform produced | generated based on the output of the detector with which an alignment sensor is provided. 図1の露光装置が備える制御系の主要な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a control system provided in the exposure apparatus of FIG. 1. 図8(a)及び図8(b)は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図(その1及びその2)である。FIGS. 8A and 8B are diagrams (part 1 and part 2) for explaining the calibration operation of the alignment system. 図9(a)及び図9(b)は、アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図(その3及びその4)である。FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams (No. 3 and No. 4) for explaining the calibration operation of the alignment system. アライメント系のキャリブレーション動作を説明するための図(その5)である。FIG. 10 is a diagram (No. 5) for explaining the calibration operation of the alignment system. 図11(a)〜図11(d)は、アライメント動作時におけるアライメント系とウエハとの相対位置関係を示す図(その1〜その4)である。FIG. 11A to FIG. 11D are views (No. 1 to No. 4) showing a relative positional relationship between the alignment system and the wafer during the alignment operation. アライメント系を用いた多眼同時計測動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the multi-eye simultaneous measurement operation | movement using an alignment system. 図11に示されるフローチャートのステップS14で生成されるグラフである。It is a graph produced | generated by step S14 of the flowchart shown by FIG. アライメントセンサが有する光学系のテレセントリック性が低下した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the telecentric property of the optical system which an alignment sensor has fell. 図15(a)は、第2の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図15(b)は、図15(a)のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。FIG. 15A is a diagram illustrating a configuration of the alignment sensor according to the second embodiment, and FIG. 15B is a measurement light on the pupil plane of the objective lens included in the alignment sensor of FIG. It is a figure which shows the relationship between diffracted light. 図16(a)は、第3の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図16(b)は、図16(a)のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。FIG. 16A is a diagram illustrating a configuration of the alignment sensor according to the third embodiment, and FIG. 16B is a measurement light on the pupil plane of the objective lens included in the alignment sensor of FIG. It is a figure which shows the relationship between diffracted light. 図17(a)は、第4の実施形態に係るアライメントセンサの構成を示す図であり、図17(b)は、図17(a)のアライメントセンサが有する対物レンズの瞳面上における計測光と回折光との関係を示す図である。FIG. 17A is a diagram illustrating a configuration of the alignment sensor according to the fourth embodiment, and FIG. 17B is a measurement light on the pupil plane of the objective lens included in the alignment sensor of FIG. It is a figure which shows the relationship between diffracted light. 図18(a)及び図18(b)は、格子マークからの回折光を示す図(その1及びその2)である。18A and 18B are diagrams (No. 1 and No. 2) showing diffracted light from the grating mark. スキャトロ計測値に基づくアライメント結果の補正方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the correction method of the alignment result based on a scatter measurement value. 図19のステップS512で用いられる補正係数の求め方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to obtain | require the correction coefficient used by FIG.19 S512. 図21(a)及び図21(b)は、重ね計測器による重ね計測動作を説明するための図(その1及びその2)である。FIGS. 21A and 21B are views (No. 1 and No. 2) for explaining the overlap measurement operation by the overlap measuring instrument. ステージ装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a stage apparatus.

《第1の実施形態》
以下、第1の実施形態について、図1〜図14を用いて説明する。
<< First Embodiment >>
The first embodiment will be described below with reference to FIGS.

図1には、第1の実施形態に係る露光装置10の構成が概略的に示されている。露光装置10は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。   FIG. 1 schematically shows a configuration of an exposure apparatus 10 according to the first embodiment. The exposure apparatus 10 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus.

露光装置10は、照明系12、該照明系12からの露光用照明光(以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ)ILにより照明されるレチクルRを保持するレチクルステージ14、レチクルRから射出した照明光ILをウエハW上に投射する投影光学系16bを含む投影ユニット16、局所液浸装置18(図1では不図示。図7参照)、ウエハステージ24及び計測ステージ26を含むステージ装置20、アライメント系30、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージ24上には、ウエハWが載置されている。   The exposure apparatus 10 includes an illumination system 12, a reticle stage 14 that holds a reticle R that is illuminated by exposure illumination light (hereinafter referred to as “illumination light” or “exposure light”) IL from the illumination system 12, and a reticle R. A projection unit 16 including a projection optical system 16b that projects illumination light IL emitted from the wafer W onto the wafer W, a local liquid immersion device 18 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 7), a stage including a wafer stage 24 and a measurement stage 26. The apparatus 20 includes an alignment system 30 and a control system thereof. A wafer W is placed on the wafer stage 24.

照明系12は、米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変NDフィルタ、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を含む。照明系12は、レチクルブラインドで規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域を照明光(露光光)ILによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ILとしては、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。   The illumination system 12 includes an illumination uniformizing optical system including a light source, an optical integrator, etc., a beam splitter, a relay lens, a variable ND filter, a reticle blind, etc. as disclosed in US Patent Application Publication No. 2003/0025890. (Both not shown). The illumination system 12 illuminates the slit-shaped illumination area on the reticle R defined by the reticle blind with illumination light (exposure light) IL with a substantially uniform illuminance. As the illumination light IL, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used.

レチクルステージ14上には、回路パターンなどがそのパターン面(図1における下面)に形成されたレチクルRが、真空吸着により固定されている。レチクルステージ14は、リニアモータ等を含むレチクル駆動系52(図1では不図示、図7参照)によって、XY平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここでは図1における紙面内左右方向であるY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能となっている。   On reticle stage 14, reticle R on which a circuit pattern or the like is formed on its pattern surface (the lower surface in FIG. 1) is fixed by vacuum suction. The reticle stage 14 can be finely driven in the XY plane by a reticle drive system 52 (not shown in FIG. 1, see FIG. 7) including a linear motor and the like, and has a predetermined scanning direction (here, in FIG. 1 on the paper surface). It is possible to drive at a scanning speed specified in the Y-axis direction which is the left-right direction.

レチクルステージ14のステージ移動面内の位置(Z軸回りの回転を含む)は、エンコーダシステム(あるいはレーザ干渉計システム)を含むレチクル計測系56(図1では不図示、図7参照)によって計測される。レチクル計測系56の計測値は、主制御装置50(図1では不図示、図7参照)に供給され、主制御装置50は、レチクル計測系56の計測値に基づいてレチクルステージ14のX軸方向、Y軸方向及びθz方向(Z軸回りの回転方向)の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクル駆動系52を制御することで、レチクルステージ14の位置(及び速度)を制御する。   The position of the reticle stage 14 in the stage moving surface (including rotation around the Z axis) is measured by a reticle measurement system 56 (not shown in FIG. 1, see FIG. 7) including an encoder system (or laser interferometer system). The The measurement value of the reticle measurement system 56 is supplied to a main controller 50 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 7). The main controller 50 determines the X axis of the reticle stage 14 based on the measurement value of the reticle measurement system 56. The position (and speed) of the reticle stage 14 is controlled by calculating the position in the direction, the Y-axis direction, and the θz direction (rotation direction about the Z-axis) and controlling the reticle drive system 52 based on the calculation result. To do.

投影ユニット16は、レチクルステージ14の図1における下方に配置されている。投影ユニット16は、鏡筒16aと、該鏡筒16a内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る投影光学系16bとを含む。投影光学系16bとしては、Z軸方向の共通の光軸AXを有する複数のレンズ(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系16bは、両側テレセントリックで所定の投影倍率(1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、照明系12からの照明光ILによってレチクルR上の照明領域IARが照明されると、このレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系16b(投影ユニット16)を介してその照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な領域(以下、「露光領域」とも呼ぶ)IAに形成される。   The projection unit 16 is disposed below the reticle stage 14 in FIG. The projection unit 16 includes a lens barrel 16a and a projection optical system 16b composed of a plurality of optical elements held in the lens barrel 16a in a predetermined positional relationship. As the projection optical system 16b, a refractive optical system including a plurality of lenses (lens elements) having a common optical axis AX in the Z-axis direction is used. The projection optical system 16b is telecentric on both sides and has a predetermined projection magnification (such as 1/4, 1/5, or 1/8). Therefore, when the illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system 12, the illumination light IL that has passed through the reticle R is illuminated via the projection optical system 16b (projection unit 16). A reduced image of the circuit pattern of the reticle R in the area IAR (a reduced image of a part of the circuit pattern) is conjugate to the illumination area IAR on the wafer W whose surface is coated with a resist (photosensitive agent) (hereinafter, “ (Also referred to as “exposure area”).

局所液浸装置18(図1では不図示。図7参照)は、投影光学系16bを構成する最下端の光学部材(以下、先端レンズと称する)とウエハステージ24に保持されたウエハW(あるいは計測ステージ26)との間の空間に液体(純水)を局所的に満たして液浸領域を形成するための装置である。局所液浸装置18は、液体供給装置、液体回収装置、ノズルユニット、及び各種配管部材(それぞれ不図示)など含み、液浸領域内の液体を循環させることによって、ウエハステージ24、及び計測ステージ26の位置に関わらず、常に液浸領域内に液体が保持されるようにする。露光装置10において、ウエハWは、上記液体を介して(液浸領域を通過した)照明光ILにより露光される。局所液浸装置18を用いた液浸露光方法については、米国特許第8,004,650号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。   The local liquid immersion device 18 (not shown in FIG. 1; see FIG. 7) includes a lowermost optical member (hereinafter referred to as a tip lens) constituting the projection optical system 16b and a wafer W (or a wafer W held on the wafer stage 24) (or This is an apparatus for locally filling a space (measuring stage 26) with a liquid (pure water) to form an immersion area. The local liquid immersion device 18 includes a liquid supply device, a liquid recovery device, a nozzle unit, various piping members (not shown), and the like, and circulates the liquid in the liquid immersion region, thereby allowing the wafer stage 24 and the measurement stage 26 to be circulated. Regardless of the position, the liquid is always held in the immersion area. In the exposure apparatus 10, the wafer W is exposed to the illumination light IL (passed through the immersion area) through the liquid. Since the immersion exposure method using the local immersion apparatus 18 is disclosed in US Pat. No. 8,004,650 and the like, detailed description thereof is omitted here.

ステージ装置20は、ベース盤22、該ベース盤22の上面の上方に配置されたウエハステージ24、及び計測ステージ26、各ステージ24、26を駆動するステージ駆動系54(図1では不図示。図7参照)、並びに各ステージ24、26の位置を計測するステージ計測系58(図1では不図示。図7参照)などを備えている。   The stage apparatus 20 includes a base board 22, a wafer stage 24 disposed above the upper surface of the base board 22, a measurement stage 26, and a stage drive system 54 (not shown in FIG. 1) for driving the stages 24 and 26. 7), and a stage measurement system 58 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 7) for measuring the positions of the stages 24 and 26, and the like.

ウエハステージ24は、ステージ本体24aと、該ステージ本体24a上に不図示のZ・レベリング機構(ボイスコイルモータなど)を介して搭載され、ステージ本体24aに対してZ軸方向及びX軸回りの回転方向(θx方向)、Y軸回りの回転方向(θy方向)に相対的に微小駆動されるウエハテーブル24bとを含む。ウエハテーブル24b上には、ウエハWを真空吸着等によって保持するウエハホルダ(不図示)が配置されている。また、ウエハテーブル24bの上面には、ウエハホルダに保持されたウエハとほぼ面一であって、外形(輪郭)が矩形でその中央部にウエハホルダよりも一回り大きな円形の開口(図2参照)が形成された撥水板24cが配置されている。   The wafer stage 24 is mounted on the stage main body 24a and a Z / leveling mechanism (voice coil motor or the like) (not shown) on the stage main body 24a, and rotates about the Z-axis direction and the X-axis with respect to the stage main body 24a. A wafer table 24b that is relatively finely driven in the direction (θx direction) and the rotation direction around the Y axis (θy direction). A wafer holder (not shown) that holds the wafer W by vacuum suction or the like is disposed on the wafer table 24b. The upper surface of the wafer table 24b is substantially flush with the wafer held by the wafer holder, has a rectangular outer shape (contour), and a circular opening (see FIG. 2) that is slightly larger than the wafer holder at the center. The formed water repellent plate 24c is arranged.

また、図2に示されるように、撥水板24c上には、計測プレート24dが埋め込まれている。計測プレート24dの長手方向の中央には、基準マークが形成されるとともに、該基準マークのX軸方向の一側と他側に、基準マークの中心に関して対称な配置で一対の空間像計測スリットパターン(L字状のスリットパターン)が形成されている。基準マークとしては、後述するプライマリアライメントセンサ32p、セカンダリアライメントセンサ32s(それぞれ図1参照)が検出可能な格子マークが用いられている。   Further, as shown in FIG. 2, a measurement plate 24d is embedded on the water repellent plate 24c. A reference mark is formed at the center in the longitudinal direction of the measurement plate 24d, and a pair of aerial image measurement slit patterns are arranged symmetrically with respect to the center of the reference mark on one side and the other side of the reference mark in the X-axis direction. (L-shaped slit pattern) is formed. As the reference marks, lattice marks that can be detected by a primary alignment sensor 32p and a secondary alignment sensor 32s (see FIG. 1 respectively) described later are used.

計測ステージ26は、ステージ本体26aと、該ステージ本体26a上に不図示のZ・レベリング機構(ボイスコイルモータなど)を介して搭載され、ステージ本体26aに対してZ軸方向及びX軸回りの回転方向(θx方向)、Y軸回りの回転方向(θy方向)に相対的に微小駆動される計測テーブル26bとを含む。   The measurement stage 26 is mounted on a stage body 26a and a Z / leveling mechanism (such as a voice coil motor) (not shown) on the stage body 26a, and rotates about the Z axis direction and the X axis with respect to the stage body 26a. And a measurement table 26b that is relatively minutely driven in the direction (θx direction) and the rotation direction around the Y axis (θy direction).

計測ステージ26は、照度むらセンサ、波面収差計測器、空間像計測器などのセンサ群62を有している。照度むらセンサ、及び波面収差計測器は、計測テーブル26bの中央部近傍に配置されており、投影光学系16b、及び液浸領域(液体Lq)を介して照明光IL(図2では不図示。図1参照)を受光する。また、空間像計測器は、ウエハステージ24と計測ステージ26とが、Y軸方向に関して所定距離以内に接近(あるいは接触)した状態で、上述したウエハステージ24が有するスリットパターンを介してウエハステージ24から送光される照明光ILを受光する。上記センサ群62を用いた照明光ILの各種キャリブレーション動作に関しては、米国特許第8,054,472号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。   The measurement stage 26 includes a sensor group 62 such as an illuminance unevenness sensor, a wavefront aberration measuring instrument, and an aerial image measuring instrument. The illuminance unevenness sensor and the wavefront aberration measuring instrument are disposed in the vicinity of the center of the measurement table 26b, and the illumination light IL (not shown in FIG. 2) via the projection optical system 16b and the liquid immersion region (liquid Lq). 1). Further, the aerial image measuring device has the wafer stage 24 and the measurement stage 26 approached (or contacted) within a predetermined distance with respect to the Y-axis direction via the slit pattern of the wafer stage 24 described above. The illumination light IL transmitted from is received. Various calibration operations of the illumination light IL using the sensor group 62 are disclosed in US Pat. No. 8,054,472 and the like, and thus detailed description thereof is omitted here.

また、ステージ本体26aの−Y側の側面には、断面矩形の棒状部材から成る基準部材としてのフィデューシャルバー(以下、「FDバー」と略述する)28が取り付けられている。FDバー28は、原器として機能する部材であり、低熱膨張の素材によって形成されている。FDバー28の上面には、複数の基準マークMが形成されている。基準マークMとしては、後述するプライマリアライメントセンサ32p、セカンダリアライメントセンサ32sが検出可能な格子マークが用いられている。これらの複数の基準マークMの相互の位置関係は、既知であるものとする。   A fiducial bar (hereinafter abbreviated as “FD bar”) 28 as a reference member made of a rod-shaped member having a rectangular cross section is attached to the −Y side surface of the stage body 26a. The FD bar 28 is a member that functions as a master and is formed of a low thermal expansion material. A plurality of reference marks M are formed on the upper surface of the FD bar 28. As the reference mark M, a lattice mark that can be detected by a primary alignment sensor 32p and a secondary alignment sensor 32s described later is used. It is assumed that the positional relationship between the plurality of reference marks M is known.

ウエハステージ24、及び計測ステージ26それぞれのステージ本体24a、26aは、底面に複数のエアベアリングを有している。ステージ本体24a、26aそれぞれは、該エアベアリングからベース盤22の上面に対して噴出する加圧空気の静圧により、ベース盤22の上面の上方に数μm程度のクリアランスを介して非接触で浮上している。また、各ステージ本体24a、26aは、ステージ駆動系54(図7参照)によって、ベース盤22の上面に沿ってY軸、及びX軸方向に独立して駆動可能となっている。なお、図7では、上記ステージ本体24a、26bをXY2軸方向に駆動するためのアクチュエータと、上記各テーブル24b、26bをステージ本体24a、26bに対して微小駆動するためのZ・レベリング機構とを含んで、ステージ駆動系54として示されている。   Each of the stage bodies 24a and 26a of the wafer stage 24 and the measurement stage 26 has a plurality of air bearings on the bottom surface. Each of the stage main bodies 24a and 26a floats in a non-contact manner above the upper surface of the base board 22 through a clearance of about several μm by the static pressure of the pressurized air ejected from the air bearing to the upper surface of the base board 22. doing. Each stage main body 24a, 26a can be driven independently in the Y-axis and X-axis directions along the upper surface of the base board 22 by a stage drive system 54 (see FIG. 7). In FIG. 7, an actuator for driving the stage bodies 24a and 26b in the XY biaxial directions, and a Z / leveling mechanism for minutely driving the tables 24b and 26b with respect to the stage bodies 24a and 26b. Including, it is shown as a stage drive system 54.

また、ステージ装置20では、ウエハテーブル24bの上面と計測テーブル26bの上面とを同一高さ、且つY軸方向に関して所定距離以内に接近(あるいは接触)した状態(以下、スクラム状態と称する)とすることで、液浸領域(液体Lq)の受け渡しを行う。すなわち、ステージ装置20では、ウエハテーブル24bと計測テーブル26bの一方と投影光学系16b(先端レンズ)との間に液浸領域が形成された状態から、上記スクラム状態で各ステージ24、26がY軸方向に駆動されることにより、ウエハテーブル24bと計測テーブル26bの他方と投影光学系16bとの間に液浸領域が形成された状態に移行する。上記液浸領域の相互受け渡し動作に関しては、米国特許第8,054,472号明細書などに開示されているので、ここでは詳細な説明を省略する。   In the stage device 20, the upper surface of the wafer table 24b and the upper surface of the measurement table 26b are in the same height and approached (or contacted) within a predetermined distance in the Y-axis direction (hereinafter referred to as a scrum state). Thus, the immersion area (liquid Lq) is transferred. That is, in the stage apparatus 20, each stage 24, 26 is moved from the state in which the liquid immersion area is formed between one of the wafer table 24 b and the measurement table 26 b and the projection optical system 16 b (tip lens) in the scrum state. By being driven in the axial direction, the state shifts to a state in which an immersion area is formed between the other of the wafer table 24b and the measurement table 26b and the projection optical system 16b. Since the mutual transfer operation of the liquid immersion area is disclosed in US Pat. No. 8,054,472 and the like, detailed description thereof is omitted here.

なお、ステージ装置20において、各ステージ24、26の構造は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、各ステージ24、26において、各テーブル24b、26bを、対応するステージ本体24a、26aに対して一体化し、該一体化されたステージ本体24a、26aそれぞれを6自由度(X、Y、Z、θx、θy、θz)方向に駆動しても良い。また、上述したステージ駆動系54(図7参照)の構成も、特に限定されず、米国特許第8,054,472号明細書などに開示されるような、XリニアモータとYリニアモータとを組み合わせた駆動系を用いることが可能であるし、公知のXY2次元平面モータを含む駆動系を用いることも可能である。   In the stage apparatus 20, the structure of each stage 24, 26 is not limited to this, and can be changed as appropriate. That is, in each stage 24, 26, each table 24b, 26b is integrated with the corresponding stage main body 24a, 26a, and each of the integrated stage main bodies 24a, 26a has six degrees of freedom (X, Y, Z , Θx, θy, θz) directions. Further, the configuration of the stage drive system 54 (see FIG. 7) described above is not particularly limited, and an X linear motor and a Y linear motor as disclosed in US Pat. No. 8,054,472 are disclosed. A combined drive system can be used, and a drive system including a known XY two-dimensional planar motor can also be used.

また、上述したステージ計測系58(図7参照)の構成も、特に限定されない。ステージ計測系58としては、2次元エンコーダシステムを含む計測系、レーザ干渉計システムを含む計測系、2次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系などを用いることが可能である。また、計測系としてエンコーダシステムを用いる場合には、計測対象物(ここではウエハステージ24、及び計測ステージ26)にエンコーダスケール(回折格子)が配置されるとともに、所定の固定部材(ここでは投影ユニット16を支持するメトロロジフレーム16c(それぞれ図1参照))にエンコーダヘッドが配置されるようなシステムを用いても良いし、これとは逆に、計測対象物にエンコーダヘッドが配置されるとともに、所定の固定部材にエンコーダスケールが配置されるようなシステムを用いても良い。また、2次元エンコーダシステムとレーザ干渉計システムとを併用する計測系を用いる場合、高精度で計測対象物の位置計測を行う必要がある領域でのみ2次元エンコーダシステムを用いつつ、その2次元エンコーダシステムの計測可能領域以外の領域でレーザ干渉計システムを用いるシステムであっても良いし、計測対象物の全移動可能範囲において2次元エンコーダシステム、及びレーザ干渉計システムの双方を用いるシステムであっても良い。   Further, the configuration of the stage measurement system 58 (see FIG. 7) described above is not particularly limited. As the stage measurement system 58, a measurement system including a two-dimensional encoder system, a measurement system including a laser interferometer system, a measurement system using both a two-dimensional encoder system and a laser interferometer system can be used. When an encoder system is used as a measurement system, an encoder scale (diffraction grating) is arranged on a measurement object (here, the wafer stage 24 and the measurement stage 26) and a predetermined fixing member (here, a projection unit). The metrology frame 16c (see FIG. 1) that supports the encoder 16 may be a system in which the encoder head is arranged. On the contrary, the encoder head is arranged on the measurement object, A system in which an encoder scale is arranged on a predetermined fixing member may be used. Further, when using a measurement system that uses both a two-dimensional encoder system and a laser interferometer system, the two-dimensional encoder system is used only in an area where the position of the measurement object needs to be measured with high accuracy. A system that uses a laser interferometer system in an area other than the measurable area of the system, or a system that uses both a two-dimensional encoder system and a laser interferometer system in the entire movable range of the measurement object. Also good.

また、計測対象物(ここではウエハステージ24、及び計測ステージ26)のZ軸方向の位置計測系としては、光ピックアップのような構成の光学式の変位センサを含む複数のZセンサを用いるシステムを用いても良いし、レーザ干渉計システムを用いても良い。また、計測対象物のXY平面内の位置計測をエンコーダシステムを用いて行う場合、該エンコーダシステムの計測ヘッド(Xヘッド、Yヘッド)を、Z軸方向の位置計測も可能な2次元ヘッド(XZヘッド、YZヘッド)とした3次元エンコーダシステムを用いても良い。なお、上述したレチクル計測系56(図7参照)も、ステージ計測系58と同様な計測システムを用いることができる。   In addition, as a position measurement system in the Z-axis direction of the measurement object (here, the wafer stage 24 and the measurement stage 26), a system using a plurality of Z sensors including an optical displacement sensor configured as an optical pickup is used. A laser interferometer system may be used. When the position of the measurement object in the XY plane is measured using an encoder system, the measurement head (X head, Y head) of the encoder system is a two-dimensional head (XZ) capable of measuring the position in the Z-axis direction. A three-dimensional encoder system such as a head or a YZ head may be used. The above-described reticle measurement system 56 (see FIG. 7) can also use a measurement system similar to the stage measurement system 58.

次に、ウエハWに形成されたアライメントマーク、及び該アライメントマークの検出に用いられるオフ・アクシス型のアライメントセンサ32p、32sを含むアライメント系30について説明する。   Next, the alignment system 30 including the alignment marks formed on the wafer W and off-axis type alignment sensors 32p and 32s used for detecting the alignment marks will be described.

アライメント系30による検出対象であるアライメントマークとして、ウエハW上の各ショット領域には、図3(a)〜図3(c)の何れかに示されるような格子マークGMが形成されている。格子マークGMは、各ショット領域のスクライブライン内に少なくとも1つ形成されている。   As an alignment mark to be detected by the alignment system 30, a lattice mark GM as shown in any of FIGS. 3A to 3C is formed in each shot region on the wafer W. At least one lattice mark GM is formed in the scribe line of each shot area.

図3(a)に示される一例の格子マークGMは、X格子GxとY格子Gyとを含む。X格子Gxは、X軸方向に所定ピッチで配列されたY軸に平行な複数の格子線を有し、Y格子Gyは、Y軸方向に所定ピッチで配列されたX軸に平行な複数の格子線を有する。格子マークGMがアライメントセンサ32p、32s(図2参照)からの照明光Lに対して各格子Gx、Gyの周期方向(X軸方向、Y軸方向)に相対移動(図3(a)の矢印参照)することによって、格子マークGM(すなわちウエハW(図1参照))のX位置、及びY位置が計測される。なお、図3(a)に示される例では、X格子GxとY格子GyとがX軸方向に所定間隔で並んで配置されているが、これに限られず、Y軸方向に所定間隔で並んで配置されていても良い。   An example lattice mark GM shown in FIG. 3A includes an X lattice Gx and a Y lattice Gy. The X lattice Gx has a plurality of lattice lines parallel to the Y axis arranged at a predetermined pitch in the X axis direction, and the Y lattice Gy has a plurality of parallel to the X axis arranged at a predetermined pitch in the Y axis direction. Has grid lines. The grating mark GM moves relative to the illumination light L from the alignment sensors 32p and 32s (see FIG. 2) in the periodic directions (X-axis direction and Y-axis direction) of the gratings Gx and Gy (arrows in FIG. 3A). As a result, the X position and Y position of the lattice mark GM (that is, the wafer W (see FIG. 1)) are measured. In the example shown in FIG. 3A, the X lattice Gx and the Y lattice Gy are arranged at a predetermined interval in the X axis direction. However, the arrangement is not limited to this, and the X lattice Gx and the Y lattice Gy are arranged at a predetermined interval in the Y axis direction. May be arranged.

図3(b)及び図3(c)に示される他の例の格子マークGMは、それぞれα格子Gαとβ格子Gβとを含む。α格子Gαは、XY平面内でX軸に対して45°の角度を成す方向(以下、本実施形態における座標系において、α方向と称する)に所定ピッチで配列された、XY平面内でα方向に直交する方向(同様に、β方向と称する)に平行な複数の格子線を有し、β格子Gβは、β方向に所定ピッチで配列された、α方向に平行な複数の格子線を有する。図3(b)に示される格子マークGMでは、α格子Gαとβ格子GβとがY軸方向に並んで配置されており、図3(c)に示される格子マークGMでは、α格子Gαとβ格子GβとがX軸方向に並んで配置されている。上述した図3(a)に示される格子マークGMの位置計測では、照明光Lに対して格子マークGMをX軸方向及びY軸方向に(すなわち2回)相対移動させる必要があるのに対し、図3(b)及び図3(c)に示される格子マークGMの位置計測では、各格子Gα、Gβの配列方向(Y軸又はX軸方向)への1回の相対移動動作で各格子マークGMのα方向、及びβ方向の(すなわち、演算によりXY平面内の)位置計測を行うことができる。   Another example of the lattice mark GM shown in FIGS. 3B and 3C includes an α lattice Gα and a β lattice Gβ, respectively. The α lattice Gα is arranged at a predetermined pitch in a direction that forms an angle of 45 ° with respect to the X axis in the XY plane (hereinafter referred to as α direction in the coordinate system in the present embodiment). A plurality of lattice lines parallel to a direction orthogonal to the direction (also referred to as β direction), and β lattice Gβ includes a plurality of lattice lines arranged in a predetermined pitch in the β direction and parallel to the α direction. Have. In the lattice mark GM shown in FIG. 3B, the α lattice Gα and the β lattice Gβ are arranged side by side in the Y-axis direction. In the lattice mark GM shown in FIG. β lattices Gβ are arranged side by side in the X-axis direction. In the position measurement of the lattice mark GM shown in FIG. 3A described above, the lattice mark GM needs to be moved relative to the illumination light L in the X-axis direction and the Y-axis direction (that is, twice). In the position measurement of the lattice mark GM shown in FIGS. 3B and 3C, each lattice is moved by a single relative movement operation in the arrangement direction (Y-axis or X-axis direction) of each lattice Gα, Gβ. Position measurement of the mark GM in the α direction and β direction (that is, in the XY plane by calculation) can be performed.

なお、ウエハW(図1参照)に形成される格子マークGMの種類は、特に限定されないが、本実施形態では、図3(c)に示される格子マークGMが形成されているものとする。また、図3(a)〜図3(c)では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。また、図3(a)〜図3(c)では、照明光Lが格子マークGMに対して走査されるように図示されているが、実際には、計測中の照明光Lの照射点のXY平面内の位置は、固定であり、格子マークGMが計測ビームの照射点に対して移動する。   The type of the lattice mark GM formed on the wafer W (see FIG. 1) is not particularly limited, but in the present embodiment, the lattice mark GM shown in FIG. 3C is formed. Further, in FIGS. 3A to 3C, for the convenience of illustration, the pitch of the lattice is shown much wider than the actual pitch. The same applies to the diffraction gratings in the other figures. Further, in FIGS. 3A to 3C, the illumination light L is illustrated as being scanned with respect to the lattice mark GM, but actually, the irradiation point of the illumination light L being measured is measured. The position in the XY plane is fixed, and the lattice mark GM moves relative to the measurement beam irradiation point.

アライメント系30は、図1に示されるように、投影ユニット16の−Y側に配置されたプライマリアライメントセンサ32p、及びセカンダリアライメントセンサ32s、並びに各アライメントセンサ32s、32pに計測用照明光を供給する光源34(図1では不図示。図4(a)、図7など参照)を備えている。光源34としては、全体的な波長域が、200〜1600nm程度となるように、それぞれの色が異なる複数のレーザダイオードが組み合わされたものが使用される。なお、光源34は、各アライメントセンサ32p、32sそれぞれが個別に有していても良い。   As shown in FIG. 1, the alignment system 30 supplies measurement illumination light to the primary alignment sensor 32p and the secondary alignment sensor 32s arranged on the −Y side of the projection unit 16, and the alignment sensors 32s and 32p. A light source 34 (not shown in FIG. 1; see FIG. 4A, FIG. 7, etc.) is provided. As the light source 34, a combination of a plurality of laser diodes having different colors is used so that the overall wavelength range is about 200 to 1600 nm. The light source 34 may be individually provided in each of the alignment sensors 32p and 32s.

アライメント系30は、図2に示されるように、1つのプライマリアライメントセンサ32pと、6つのセカンダリアライメントセンサ32sとを有している。プライマリアライメントセンサ32pは、投影光学系16bの光軸AX(図1参照)から−Y側に所定距離隔てた位置に配置され、メトロロジフレーム16c(図1参照)の下面に固定されている。プライマリアライメントセンサ32pの検出視野は、投影光学系16bの光軸AXと直交し、且つY軸に平行な直線CL上に配置されている。また、6つのセカンダリアライメントセンサ32sのうち、3つがプライマリアライメントセンサ32pの+X側にX軸方向に所定間隔で配置され、残りの3つがプライマリアライメントセンサ32pの−X側にX軸方向に所定間隔で配置されている。+X側の3つのセカンダリアライメントセンサ32sと、−X側のセカンダリアライメントセンサ32sとは、直線CLを中心としてほぼ対称な配置で設けられている。   As shown in FIG. 2, the alignment system 30 includes one primary alignment sensor 32p and six secondary alignment sensors 32s. The primary alignment sensor 32p is disposed at a position a predetermined distance away from the optical axis AX (see FIG. 1) of the projection optical system 16b on the −Y side, and is fixed to the lower surface of the metrology frame 16c (see FIG. 1). The detection visual field of the primary alignment sensor 32p is arranged on a straight line CL orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system 16b and parallel to the Y axis. Of the six secondary alignment sensors 32s, three are arranged at a predetermined interval in the X-axis direction on the + X side of the primary alignment sensor 32p, and the remaining three are predetermined intervals in the X-axis direction on the −X side of the primary alignment sensor 32p. Is arranged in. The three secondary alignment sensors 32 s on the + X side and the secondary alignment sensor 32 s on the −X side are provided in a substantially symmetrical arrangement with respect to the straight line CL.

各セカンダリアライメントセンサ32sは、アライメント駆動系36(図2では不図示。図7参照)によってX軸方向に所定のストロークで独立して駆動可能となっている。アライメント駆動系36は、各セカンダリアライメントセンサ32sを駆動するためのアクチュエータと、各セカンダリアライメントセンサ32sをメトロロジフレーム16c(図1参照)に対して固定する(メトロロジフレーム16cに各セカンダリアライメントセンサ32sを保持させる)ための保持機構とを含む。これにより、アライメント系30では、各セカンダリアライメントセンサ32sの検出視野のX位置を個別に調整することができるようになっている(図5参照)。   Each secondary alignment sensor 32s can be independently driven with a predetermined stroke in the X-axis direction by an alignment drive system 36 (not shown in FIG. 2, see FIG. 7). The alignment drive system 36 fixes an actuator for driving each secondary alignment sensor 32s and each secondary alignment sensor 32s to the metrology frame 16c (see FIG. 1) (each secondary alignment sensor 32s on the metrology frame 16c). Holding mechanism). Thereby, in the alignment system 30, X position of the detection visual field of each secondary alignment sensor 32s can be adjusted separately (refer FIG. 5).

ここで、本実施形態において、アライメント系30は、スループットとの兼ね合いから、図5に示されるように、全ショット領域のうちの一部(図5において太線で囲まれている合計で24のショット領域S)に形成された格子マークGMを検出対象とする。以下、検出対象の格子マークGMが形成されたショット領域Sを、サンプルショット領域Sと称して説明する。   Here, in the present embodiment, the alignment system 30 is a part of all shot areas (total 24 shots surrounded by a thick line in FIG. 5), as shown in FIG. The lattice mark GM formed in the region S) is set as a detection target. Hereinafter, the shot region S in which the lattice mark GM to be detected is formed will be referred to as a sample shot region S.

本実施形態における、24のサンプルショット領域Sは、互いのY軸方向の位置が異なる、4つのグループに分けられている。以下、上記4つのグループを、+Y側から順に第1〜第4グループと称して説明する。第1〜第4の各グループには、複数(第1及び第4グループには5つ、第2及び第3グループには7つ)のサンプルショット領域Sが含まれており、本実施形態におけるアライメント系30は、1つのグループに含まれる複数(5又は7)のサンプルショット領域S内の格子マークGMを、可能な限り少ない回数で検出するように制御される。すなわち、アライメント系30は、可能であれば、複数(5又は7)の格子マークGMを一括計測(同時計測)するように制御される。複数の格子マークGMの同時計測が可能であるか否かの判定手法については、後に説明する。   In the present embodiment, the 24 sample shot regions S are divided into four groups having different positions in the Y-axis direction. Hereinafter, the four groups will be referred to as first to fourth groups in order from the + Y side. Each of the first to fourth groups includes a plurality of sample shot regions S (five in the first and fourth groups and seven in the second and third groups). The alignment system 30 is controlled to detect the lattice marks GM in a plurality (5 or 7) of sample shot regions S included in one group as few times as possible. That is, the alignment system 30 is controlled so as to collectively measure (simultaneously measure) a plurality (5 or 7) of lattice marks GM, if possible. A method for determining whether or not a plurality of lattice marks GM can be simultaneously measured will be described later.

次に、各アライメントセンサ32p、32sの構成、及び動作について図4(a)及び図4(b)を用いて説明する。なお、セカンダリアライメントセンサ32sは、アライメント駆動系36(図7参照)によるX軸方向への移動及び位置決めが可能である点を除き、光学系の構成、及びマークMkの検出方法などは、プライマリアライメントセンサ32pと実質的に同じである。   Next, the configuration and operation of each alignment sensor 32p, 32s will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b). Note that the secondary alignment sensor 32s has the same configuration as that of the optical system, the detection method of the mark Mk, etc., except that the alignment drive system 36 (see FIG. 7) can be moved and positioned in the X-axis direction. It is substantially the same as the sensor 32p.

図4(a)に示されるように、アライメントセンサ32p、32sは、ビームスプリッタ40、対物レンズ42a、42b、固定鏡44、及び複数の検出器46などを備えている。   As shown in FIG. 4A, the alignment sensors 32p and 32s include a beam splitter 40, objective lenses 42a and 42b, a fixed mirror 44, a plurality of detectors 46, and the like.

光源34から出射した照明光Lは、ビームスプリッタ40に入射し、その一部である計測光L1が、ウエハW(図2参照)に形成された格子マークGMに対して、対物レンズ42aを介して垂直に入射する。すなわち、アライメント系30では、光源34とビームスプリッタ40とによって、格子マークGMに照明光Lを照射する照明系が構成されている。ここで、各アライメントセンサ32p、32sは、光源34から出射した照明光Lの光路上に不図示の絞りを備えており、この絞りによって、計測光L1の格子マークGM上における照射点の径(スポット径)が、図3(a)〜図3(c)に示されるように、格子線の長さよりも短く設定される。従って、無効となる(マーク検出に使用されない無駄な)光が少なく、効率が良い。なお、この絞りは、ウエハWの表面(格子マークGMの位置)と光学的に共役な位置に配置されていても良い。   The illumination light L emitted from the light source 34 enters the beam splitter 40, and the measurement light L1, which is a part of the illumination light L, passes through the objective lens 42a with respect to the lattice mark GM formed on the wafer W (see FIG. 2). Incident vertically. That is, in the alignment system 30, the light source 34 and the beam splitter 40 constitute an illumination system that irradiates the grating mark GM with the illumination light L. Here, each alignment sensor 32p, 32s is provided with a stop (not shown) on the optical path of the illumination light L emitted from the light source 34, and the diameter of the irradiation point on the lattice mark GM of the measurement light L1 by this stop ( As shown in FIGS. 3A to 3C, the spot diameter is set shorter than the length of the grid line. Therefore, there is little invalid light (wasted light that is not used for mark detection), and efficiency is high. The diaphragm may be disposed at a position optically conjugate with the surface of the wafer W (the position of the lattice mark GM).

また、照明光Lの他部である参照光L2は、対物レンズ42bを介して固定鏡44に垂直に入射する。固定鏡44には、反射型の回折格子(不図示)が形成されている。固定鏡44に形成された回折格子のピッチは、ウエハWに形成された格子マークGMのピッチと同じに設定されている。以下、固定鏡44に形成された回折格子を、適宜「参照格子」と称して説明する。   Further, the reference light L2, which is the other part of the illumination light L, enters the fixed mirror 44 perpendicularly via the objective lens 42b. The fixed mirror 44 is formed with a reflection type diffraction grating (not shown). The pitch of the diffraction grating formed on the fixed mirror 44 is set to be the same as the pitch of the grating marks GM formed on the wafer W. Hereinafter, the diffraction grating formed on the fixed mirror 44 will be referred to as a “reference grating” as appropriate.

格子マークGMからは、計測光L1に基づく複数の回折光が発生する。格子マークGMからの複数の回折光(α格子Gαからの+N次の回折光+Ldα、及び−N次の回折光−Ldα、β格子Gβからの+N次の回折光+Ldβ、及び−N次の回折光−Ldβ。Nは、1以上の整数)は、対物レンズ42a、及びビームスプリッタ40を介して複数の検出器46に入射する(図4(b)参照)。なお、計測光L1がα格子Gαを照射している場合には、±N次回折光±Ldαが発生しており、計測光L1がβ格子を照射している場合には、±N次回折光±Ldβが発生している。また、固定鏡44(参照格子)からは、参照光L2に基づく複数の回折光が発生する。固定鏡44からの複数の回折光(+N次の複数の回折光+Ld、及び−N次の複数の回折光−Ld。Nは、1以上の整数)は、対物レンズ42b、及びビームスプリッタ40を介して複数の検出器46に入射する。複数の検出器46は、不図示のフォトダイオードを含み、その出力は、主制御装置50に供給される(図7参照)。 A plurality of diffracted lights based on the measurement light L1 are generated from the lattice mark GM. A plurality of diffracted lights from the grating mark GM (+ N order diffracted light + Ld 1 α from α grating Gα and −N order diffracted light −Ld 1 α, + N order diffracted light + Ld 1 β from β grating Gβ, And -N-order diffracted light -Ld 1 β, where N is an integer of 1 or more, enters the plurality of detectors 46 through the objective lens 42 a and the beam splitter 40 (see FIG. 4B). When the measurement light L1 irradiates the α lattice Gα, ± Nth order diffracted light ± Ld 1 α is generated, and when the measurement light L1 irradiates the β lattice, ± N next time Folding light ± Ld 1 β is generated. In addition, a plurality of diffracted lights based on the reference light L2 are generated from the fixed mirror 44 (reference grating). A plurality of diffracted beams (+ N next plurality of diffracted light + Ld 2, and -N next plurality of diffracted beams -ld 2 .N is an integer of 1 or more) from the fixed mirror 44, an objective lens 42b, and the beam splitter The light is incident on a plurality of detectors 46 through 40. The plurality of detectors 46 include photodiodes (not shown), and outputs thereof are supplied to the main controller 50 (see FIG. 7).

なお、ビームスプリッタ40は、偏光ビームスプリッタを有していても良い。このとき、偏光ビームスプリッタの格子マークGM側の光路、並びに固定鏡44側の光路のそれぞれに1/4波長板を配置しても良い。   Note that the beam splitter 40 may include a polarization beam splitter. At this time, a quarter-wave plate may be disposed in each of the optical path on the grating mark GM side and the optical path on the fixed mirror 44 side of the polarization beam splitter.

ここで、アライメントセンサ32p、32sでは、格子マークGM、及び固定鏡44から発生する特定方向の回折光同士、具体的には、同一次数の一対の回折光(+N次回折光と−N次回折光)同士がビームスプリッタ40で干渉する。同一次数の一対の回折光は、回折角度が同じであるので、アライメントセンサ32p、32sの光学系の焦点深度(DOF)を広くすることができる。すなわち、仮に回折次数(回折角度)が異なる一対の回折光同士を干渉させる場合、光軸方向に関して理想的な結像位置(ベストフォーカス位置)が互いに異なる(ずれる)ので、デフォーカス状態が発生し易く(DOFが狭く)なる。これに対し、本実施形態では、同次数の回折光、すなわち特定方向の光同士を干渉させるので、DOFを広く(例えば数μm程度と)することができる。また、特定方向の光のみを用いるので、対物レンズ42a、42bは、特定の部位のみが用いられる。言い換えると、対物レンズ42の特定の部位のみを光が通過する。これにより、特定の光路を通過する光のみに関して収差補正をすれば良いので、対物レンズ42a、42bの小型化、及び高NA化が可能となる。   Here, in the alignment sensors 32p and 32s, diffracted light in a specific direction generated from the grating mark GM and the fixed mirror 44, specifically, a pair of diffracted lights of the same order (+ Nth order diffracted light and −Nth order diffracted light). They interfere with each other at the beam splitter 40. Since a pair of diffracted lights of the same order have the same diffraction angle, the depth of focus (DOF) of the optical system of the alignment sensors 32p and 32s can be increased. That is, if a pair of diffracted light beams having different diffraction orders (diffraction angles) are caused to interfere with each other, the ideal imaging position (best focus position) is different (shifted) with respect to the optical axis direction. Easy (DOF is narrow). On the other hand, in the present embodiment, diffracted lights of the same order, that is, lights in a specific direction are caused to interfere with each other, so that the DOF can be widened (for example, about several μm). In addition, since only light in a specific direction is used, only specific portions are used for the objective lenses 42a and 42b. In other words, light passes only through a specific part of the objective lens 42. Accordingly, it is only necessary to correct the aberration with respect to only the light passing through the specific optical path, so that the objective lenses 42a and 42b can be downsized and the NA can be increased.

検出器46の出力からは、一例として、図6に示されるような波形の信号(干渉信号)が得られる。主制御装置50(図7参照)は、図6に示されるような信号の位相から、格子マークGM(X格子Gx、Y格子Gy、あるいはα格子Gα、β格子Gβ。それぞれ図3(a)〜図3(c)参照)それぞれの位置を演算によって求める。これにより、XY2次元座標系上における格子マークGMの位置が求まる。   As an example, a signal (interference signal) having a waveform as shown in FIG. 6 is obtained from the output of the detector 46. The main controller 50 (see FIG. 7) determines the lattice mark GM (X lattice Gx, Y lattice Gy, α lattice Gα, β lattice Gβ, respectively) from the phase of the signal as shown in FIG. (See FIG. 3C) Each position is obtained by calculation. Thereby, the position of the lattice mark GM on the XY two-dimensional coordinate system is obtained.

より具体的に説明すると、図6に示される波形のエッジ部分(横軸方向の両端部において波形が立ち上がる部分)の位置によって、格子マークGMのラフな位置を求めることができ、波形がサイン波形状となっている部分の位相から、格子マークGMの詳細な位置を求めることができる。従って、上記ラフな位置情報から、ウエハのサーチアライメントを行うこと、及び上記詳細な位置情報から、ウエハのファインアライメントを行うことができる。また、上記サイン波形状となっている部分の振幅から、格子マークGM(回折格子)の回折効率が分かる。このように、本実施形態の露光装置10(図1参照)では、アライメント系30(光源34、及びアライメントセンサ32p、32s)と主制御装置50(それぞれ図7参照)とにより、ウエハWに形成された格子マークGMの位置情報を求めるためのアライメント装置(格子マークGMの位置計測装置)が構成されている。   More specifically, the rough position of the lattice mark GM can be obtained from the position of the edge portion of the waveform shown in FIG. 6 (the portion where the waveform rises at both ends in the horizontal axis direction), and the waveform is a sine wave. The detailed position of the lattice mark GM can be obtained from the phase of the shape portion. Therefore, the wafer search alignment can be performed from the rough position information, and the wafer fine alignment can be performed from the detailed position information. Further, the diffraction efficiency of the grating mark GM (diffraction grating) can be found from the amplitude of the portion having the sine wave shape. As described above, in the exposure apparatus 10 (see FIG. 1) of the present embodiment, the alignment system 30 (the light source 34 and the alignment sensors 32p and 32s) and the main controller 50 (see FIG. 7 respectively) are formed on the wafer W. An alignment device (grid mark GM position measuring device) for determining the position information of the lattice mark GM is configured.

また、各アライメントセンサ32p、32s(それぞれ図2参照)は、それぞれアライメントオートフォーカス(アライメントAF)系38(図7参照)を有している。アライメントAF系38は、各アライメントセンサ32p、32sにおける対物光学系のZ軸方向の検出範囲(焦点深度)内に格子マークGMが位置するように、自動的に光学系を制御(調整)する機構を有している。ここで、アライメントAF系38は、各アライメントセンサ32p、32sの光学系が独立に有することから、各アライメントセンサ32p、32sを用いて、ウエハW表面の表面形状(凹凸など)を計測することも可能である。なお、アライメントAF系38の詳細は、例えば米国特許第5,783,833号明細書を参照することができる。   Each alignment sensor 32p, 32s (see FIG. 2) has an alignment autofocus (alignment AF) system 38 (see FIG. 7). The alignment AF system 38 is a mechanism that automatically controls (adjusts) the optical system so that the lattice mark GM is positioned within the detection range (depth of focus) in the Z-axis direction of the objective optical system in each of the alignment sensors 32p and 32s. have. Here, since the alignment AF system 38 has the optical systems of the alignment sensors 32p and 32s independently, the alignment sensor 32p and 32s may be used to measure the surface shape (unevenness etc.) of the surface of the wafer W. Is possible. Details of the alignment AF system 38 can be referred to, for example, US Pat. No. 5,783,833.

また、露光装置10は、上述したアライメントAF系38とは別に、オートフォーカス系(AF系)64(図7参照)を有している。AF系64は、米国特許第5,448,332号明細書や米国特許出願公開第2012/0008150号明細書などに開示されるような、斜入射方式の多点焦点型位置検出装置を含み、ウエハW上にX軸方向に延びる帯状の検出領域を形成し、該検出領域内におけるウエハWの面位置(ウエハW表面の凹凸、平面度など)を計測する。   The exposure apparatus 10 has an autofocus system (AF system) 64 (see FIG. 7) separately from the alignment AF system 38 described above. The AF system 64 includes an oblique incidence type multi-point focus position detection device as disclosed in US Pat. No. 5,448,332 and US 2012/0008150. A band-shaped detection area extending in the X-axis direction is formed on the wafer W, and the surface position of the wafer W (irregularity, flatness, etc. on the surface of the wafer W) in the detection area is measured.

図7には、露光装置10における、制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。制御系は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置50を中心として構成されている。   FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration of the control system in the exposure apparatus 10. The control system includes a so-called microcomputer (or workstation) composed of a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc., and controls the entire system. The main controller 50 is mainly configured.

次に、本実施形態の露光装置10(図1参照)で行われるアライメント系30のキャリブレーション動作、及びアライメント系30を用いたウエハアライメント動作について、図8〜図11(d)を用いて説明する。以下のキャリブレーション動作、及びウエハアライメント動作は、主制御装置50(図7参照)の管理の元に行われる。なお、図8〜図11(d)において、主制御装置50は、不図示とする。   Next, the calibration operation of the alignment system 30 performed by the exposure apparatus 10 (see FIG. 1) of the present embodiment and the wafer alignment operation using the alignment system 30 will be described with reference to FIGS. To do. The following calibration operation and wafer alignment operation are performed under the control of the main controller 50 (see FIG. 7). 8 to 11D, the main controller 50 is not shown.

露光装置10(図1参照)では、ウエハアライメント動作の事前にアライメント系30のキャリブレーション動作が行われる。キャリブレーション動作には、各アライメントセンサ32p、32sのベースライン計測が含まれる。ここで、プライマリアライメントセンサ32pのベースラインとは、投影光学系16bによるパターン(レチクルRのパターン)の投影位置とプライマリアライメントセンサ32pの検出中心との位置関係(又は距離)を意味する。また、以下に説明するウエハアライメント動作、及びキャリブレーション動作において、各セカンダリアライメントセンサ32sは、サンプルショット領域S(図5参照)の配置に合わせて、X軸方向の位置調整が事前に行われているものとする。   In the exposure apparatus 10 (see FIG. 1), the calibration operation of the alignment system 30 is performed before the wafer alignment operation. The calibration operation includes baseline measurement of each alignment sensor 32p, 32s. Here, the baseline of the primary alignment sensor 32p means the positional relationship (or distance) between the projection position of the pattern (reticle R pattern) by the projection optical system 16b and the detection center of the primary alignment sensor 32p. In the wafer alignment operation and calibration operation described below, each secondary alignment sensor 32s is adjusted in advance in the X-axis direction according to the arrangement of the sample shot regions S (see FIG. 5). It shall be.

プライマリアライメントセンサ32pのベースライン計測が開始される時点では、図8(a)に示されるように、投影光学系16bと計測ステージ26(FDバー28)との間に、液浸領域(以下、液体Lqと同じ符号を付して、液浸領域Lqとして説明する)が形成されている。また、ウエハステージ24と計測ステージ26とは、離間した状態にある。主制御装置50は、ウエハテーブル24b上の計測プレート24dに形成された基準マーク(不図示)を、プライマリアライメントセンサ32pによって検出する。また、主制御装置50は、そのプライマリアライメントセンサ32pの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系58(図7参照)の計測値とを対応付けて不図示のメモリに記憶する。この処理を、以下では、便宜上Pri−BCHKの前半の処理と呼ぶものとする。   At the time when baseline measurement of the primary alignment sensor 32p is started, as shown in FIG. 8A, a liquid immersion region (hereinafter, referred to as a liquid immersion region) is formed between the projection optical system 16b and the measurement stage 26 (FD bar 28). The same reference numeral as that of the liquid Lq is given, and the liquid immersion region Lq will be described). Further, the wafer stage 24 and the measurement stage 26 are in a separated state. Main controller 50 detects a reference mark (not shown) formed on measurement plate 24d on wafer table 24b by primary alignment sensor 32p. Further, main controller 50 associates the detection result of primary alignment sensor 32p with the measurement value of stage measurement system 58 (see FIG. 7) at the time of detection and stores it in a memory (not shown). Hereinafter, this process is referred to as the first half of Pri-BCHK for convenience.

次に、主制御装置50は、図8(b)に示されるように、計測プレート24dが投影光学系16bの直下に位置するように、ウエハステージ24の位置制御を行う。この際、計測ステージ26とウエハステージ24とが互いに接触した状態又は互いに近接した状態で一体的にY軸方向に移動することによって、液浸領域LqがFDバー28からウエハテーブル24bに受け渡される。また、主制御装置50は、投影光学系16bによって投影されたレチクルR(図1参照)上の計測マークの投影像(空間像)を、前述した空間像計測器を用いて計測し、その計測結果を記憶する。以下、上記レチクルR上の計測マークの投影像の計測処理を、便宜上Pri−BCHKの後半の処理と称して説明する。そして、主制御装置50は、前述のPri−BCHKの前半の処理の結果とPri−BCHKの後半の処理の結果とに基づいて、プライマリアライメントセンサ32pのベースラインを算出する。   Next, as shown in FIG. 8B, the main controller 50 controls the position of the wafer stage 24 so that the measurement plate 24d is positioned immediately below the projection optical system 16b. At this time, the immersion area Lq is transferred from the FD bar 28 to the wafer table 24b by integrally moving in the Y-axis direction while the measurement stage 26 and the wafer stage 24 are in contact with each other or close to each other. . Further, the main controller 50 measures the projection image (aerial image) of the measurement mark on the reticle R (see FIG. 1) projected by the projection optical system 16b by using the aerial image measuring instrument described above, and the measurement. Remember the result. Hereinafter, the measurement processing of the projected image of the measurement mark on the reticle R will be described as the latter half of Pri-BCHK for convenience. Then, main controller 50 calculates the baseline of primary alignment sensor 32p based on the result of the first half of Pri-BCHK and the result of the second half of Pri-BCHK.

次に、主として各ロットのウエハに対する処理を開始する直前(ロット先頭)に行われる、セカンダリアライメントセンサ32sのベースライン計測動作について説明する。ここで、セカンダリアライメントセンサ32sのベースラインとは、プライマリアライメントセンサ32pの検出中心を基準とする、各セカンダリアライメントセンサ32sの検出中心の相対位置を意味する。   Next, the baseline measurement operation of the secondary alignment sensor 32s, which is performed immediately before starting the processing on the wafers of each lot (the lot head), will be described. Here, the baseline of the secondary alignment sensor 32s means the relative position of the detection center of each secondary alignment sensor 32s with reference to the detection center of the primary alignment sensor 32p.

セカンダリアライメントセンサ32sのベースライン計測(以下、適宜Sec−BCHKとも呼ぶ)に際して、主制御装置50は、図9(a)に示されるように、ロット先頭のウエハW(プロセスウエハ)上の特定の格子マークGMをプライマリアライメントセンサ32pで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系58(図7参照)の計測値とを対応付けて記憶する。また、主制御装置50は、ウエハステージ24を適宜駆動し、図9(b)に示されるように、上記特定の格子マークGMを、各セカンダリアライメントセンサ32sで検出し、その検出結果と、その検出時のステージ計測系58の計測値とを対応付けて記憶する。主制御装置50は、上記記憶したデータに基づいて、各セカンダリアライメントセンサ32sのベースラインをそれぞれ算出する。   In the baseline measurement of the secondary alignment sensor 32s (hereinafter also referred to as Sec-BCHK as appropriate), the main controller 50 performs a specific process on the wafer W (process wafer) at the head of the lot as shown in FIG. The lattice mark GM is detected by the primary alignment sensor 32p, and the detection result and the measurement value of the stage measurement system 58 (see FIG. 7) at the time of detection are stored in association with each other. Further, the main controller 50 appropriately drives the wafer stage 24 to detect the specific lattice mark GM with each secondary alignment sensor 32s, as shown in FIG. The measurement values of the stage measurement system 58 at the time of detection are stored in association with each other. Main controller 50 calculates the baseline of each secondary alignment sensor 32s based on the stored data.

このように、本実施形態では、ロット先頭のウエハW(プロセスウエハ)を用いて、そのウエハW上の同一のアライメントマークを、プライマリアライメントセンサ32pと各セカンダリアライメントセンサ32sとで検出することによって、各セカンダリアライメントセンサ32sのベースラインを求めることから、結果的に、プロセスに起因するアライメントセンサ間の検出オフセットの差も補正される。   As described above, in this embodiment, by using the wafer W (process wafer) at the head of the lot, the same alignment mark on the wafer W is detected by the primary alignment sensor 32p and each secondary alignment sensor 32s. Since the baseline of each secondary alignment sensor 32s is obtained, as a result, the difference in detection offset between the alignment sensors due to the process is also corrected.

次に、ロット内の処理中に、所定のタイミング、一例として、ウエハWの露光終了から次のウエハWのウエハテーブル24b上へのロードが完了するまでの間、すなわちウエハ交換中に行われるSec−BCHKの動作について説明する。この場合のSec−BCHKは、ウエハ交換毎というインターバルで行われるので、以下ではSec−BCHK(インターバル)とも記述する。   Next, during processing within a lot, for example, Sec performed during a period from the completion of exposure of a wafer W to the completion of loading of the next wafer W onto the wafer table 24b, that is, during wafer replacement. -The operation of BCHK will be described. Since Sec-BCHK in this case is performed at intervals of every wafer exchange, it is also described below as Sec-BCHK (interval).

Sec−BCHK(インターバル)に際して、主制御装置50は、図10に示されるように、FDバー28に形成された複数のマークのうち、中央近傍のマークをプライマリアライメントセンサ32pに検出させる。主制御装置50は、この状態で、各セカンダリアライメントセンサ32sそれぞれに視野内のマークを同時検出させることによって、各セカンダリアライメントセンサ32sのベースラインをそれぞれ求める。このように、Sec−BCHKをウエハ交換毎というインターバルで行うことにより、各セカンダリアライメントセンサ32sのベースラインの影響を補正することができる。なお、上記説明では、各セカンダリアライメントセンサ32sが視野内のマークを同時検出するものとして説明したが、これに限られず、各セカンダリアライメントセンサ32sがFDバー28上の同一のマークを順次検出しても良い。   During Sec-BCHK (interval), main controller 50 causes primary alignment sensor 32p to detect a mark in the vicinity of the center among a plurality of marks formed on FD bar 28, as shown in FIG. In this state, main controller 50 obtains the baseline of each secondary alignment sensor 32s by causing each secondary alignment sensor 32s to simultaneously detect a mark in the field of view. In this way, by performing Sec-BCHK at an interval of every wafer exchange, it is possible to correct the influence of the baseline of each secondary alignment sensor 32s. In the above description, each secondary alignment sensor 32s has been described as simultaneously detecting a mark in the field of view. However, the present invention is not limited to this, and each secondary alignment sensor 32s sequentially detects the same mark on the FD bar 28. Also good.

次に、アライメント系30を用いたウエハアライメント動作について、図11(a)〜図11(d)を用いて説明する。上述したように、ウエハW上に設定された24のサンプルショット領域Sは、第1〜第4グループに分けられ、ウエハアライメント動作は、最も+Y側の第1グループから順番に行われる。なお、第1及び第4グルーブに属する格子マークGMの検出時において、最も+X側、及び最も−X側のセカンダリアライメントセンサ32sは、それぞれ使用されない。   Next, a wafer alignment operation using the alignment system 30 will be described with reference to FIGS. 11 (a) to 11 (d). As described above, the 24 sample shot areas S set on the wafer W are divided into the first to fourth groups, and the wafer alignment operation is sequentially performed from the first group on the most + Y side. Note that when detecting the lattice mark GM belonging to the first and fourth grooves, the secondary alignment sensor 32s on the most + X side and the most -X side is not used.

主制御装置50は、所定のローディングポジションにおいて、ウエハステージ24(図1参照)上にウエハWがローディングされると、図11(a)に示されるように、ステージ計測系58(図7参照)の出力に基づいて、ウエハステージ24をX軸、及びY軸方向に適宜駆動し、第1グループのアライメント開始位置にウエハWを位置決めする。   When the wafer W is loaded onto the wafer stage 24 (see FIG. 1) at a predetermined loading position, the main controller 50 loads the stage measurement system 58 (see FIG. 7) as shown in FIG. Based on the output, the wafer stage 24 is appropriately driven in the X-axis and Y-axis directions to position the wafer W at the first group alignment start position.

本実施形態のアライメント系30では、上記アライメント開始位置からウエハWを各アライメントセンサ32p、32sから照射される照明光Lに対して所定の走査方向(本実施形態では、Y軸方向)に相対移動(図3(c)参照)させることにより、第1グループに含まれる5つのサンプルショット領域内に形成された格子マークGMの同時検出を行う。主制御装置50は、第1グループに含まれる、5つの格子マークGMの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系58(図6参照)の計測値とを関連付けて記憶する。   In the alignment system 30 of the present embodiment, the wafer W is relatively moved in a predetermined scanning direction (Y-axis direction in the present embodiment) with respect to the illumination light L irradiated from the alignment sensors 32p and 32s from the alignment start position. (See FIG. 3C), the lattice marks GM formed in the five sample shot regions included in the first group are simultaneously detected. Main controller 50 associates and stores the detection results of five lattice marks GM included in the first group and the measurement values of stage measurement system 58 (see FIG. 6) at the time of detection.

次に、主制御装置50は、図11(b)に示されるように、ステージ計測系58(図7参照)の計測値に基づいて、ウエハステージ24をY軸方向に駆動して、7つのアライメントセンサ32p、32sが、ウエハW上の第2グループに属する7つのサンプルショット領域Sに形成された格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。7つのアライメントセンサ32p、32sそれぞれは、対応する7つの格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置50は、上記7つのアライメントセンサ32p、32sの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系58の計測値とを関連付けて記憶する。   Next, as shown in FIG. 11B, the main controller 50 drives the wafer stage 24 in the Y-axis direction based on the measurement value of the stage measurement system 58 (see FIG. 7). The alignment sensors 32p and 32s position the lattice marks GM formed in the seven sample shot regions S belonging to the second group on the wafer W at positions where they can be detected almost simultaneously and individually. Each of the seven alignment sensors 32p and 32s detects the corresponding seven lattice marks GM almost simultaneously and individually, and the main controller 50 detects the detection results of the seven alignment sensors 32p and 32s and the stage at the time of the detection. The measurement values of the measurement system 58 are stored in association with each other.

次に、主制御装置50は、図11(c)に示されるように、ステージ計測系58(図7参照)の計測値に基づいて、ウエハステージ24をY軸方向に駆動して、7つのアライメントセンサ32p、32sが、ウエハW上の第3グループに属する7つのサンプルショット領域Sに形成された格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。7つのアライメントセンサ32p、32sそれぞれは、対応する7つの格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置50は、上記7つのアライメントセンサ32p、32sの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系58の計測値とを関連付けて記憶する。   Next, as shown in FIG. 11C, the main controller 50 drives the wafer stage 24 in the Y-axis direction based on the measurement value of the stage measurement system 58 (see FIG. 7), and The alignment sensors 32p and 32s position the lattice marks GM formed in the seven sample shot regions S belonging to the third group on the wafer W at positions where they can be detected almost simultaneously and individually. Each of the seven alignment sensors 32p and 32s detects the corresponding seven lattice marks GM almost simultaneously and individually, and the main controller 50 detects the detection results of the seven alignment sensors 32p and 32s and the stage at the time of the detection. The measurement values of the measurement system 58 are stored in association with each other.

次に、主制御装置50は、図11(d)に示されるように、ステージ計測系58(図7参照)の計測値に基づいて、ウエハステージ24をY軸方向に駆動して、5つのアライメントセンサ32p、32sが、ウエハW上の第4グループに属する5つのサンプルショット領域Sに形成された格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出可能となる位置に位置決めする。5つのアライメントセンサ32p、32sそれぞれは、対応する7つの格子マークGMをほぼ同時に且つ個別に検出し、主制御装置50は、上記5つのアライメントセンサ32p、32sの検出結果と、その検出時におけるステージ計測系58の計測値とを関連付けて記憶する。   Next, main controller 50 drives wafer stage 24 in the Y-axis direction based on the measurement value of stage measurement system 58 (see FIG. 7), as shown in FIG. The alignment sensors 32p and 32s position the lattice marks GM formed in the five sample shot regions S belonging to the fourth group on the wafer W at positions where they can be detected almost simultaneously and individually. Each of the five alignment sensors 32p and 32s detects the corresponding seven lattice marks GM almost simultaneously and individually, and the main controller 50 detects the detection results of the five alignment sensors 32p and 32s and the stage at the time of the detection. The measurement values of the measurement system 58 are stored in association with each other.

そして、主制御装置50は、このようにして得た合計で24の格子マークGMの検出結果と、対応するステージ計測系58(図7参照)の計測値とを用いて、米国特許第4,780,617号明細書などに開示される統計演算(いわゆるEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント))を行って、ステージ計測系58の計測軸で規定される座標系上におけるウエハW上の全てのショット領域の配列を算出する。以下、主制御装置50は、上記配列座標に基づいて、レチクルR及びウエハWを適宜XY平面内で適宜位置決めしつつ、各ショット領域に対するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作を行う。この走査露光動作に関しては、従来から行われているステップ・アンド・スキャン方式の走査露光動作と同じであるので、説明を省略する。   Then, the main controller 50 uses the detection results of the total 24 lattice marks GM obtained in this way and the measurement values of the corresponding stage measurement system 58 (see FIG. 7) to obtain US Pat. All shots on the wafer W on the coordinate system defined by the measurement axis of the stage measurement system 58 by performing statistical calculation (so-called EGA (Enhanced Global Alignment)) disclosed in the specification of 780,617, etc. Calculate the array of regions. Thereafter, main controller 50 performs a step-and-scan scanning exposure operation on each shot area while appropriately positioning reticle R and wafer W within the XY plane based on the array coordinates. Since this scanning exposure operation is the same as a conventional step-and-scan type scanning exposure operation, the description thereof is omitted.

このように、本実施形態では、互いにY位置の異なる第1〜第4グループの各グループに属する5又は7の格子マークGMを一括検出することができる。従って、合計で4回の検出動作で合計24の格子マークGMの検出動作を完了することができ、仮に24の格子マークGMを個別に検出する場合などに比べて、格段に短時間でショット領域の配列を算出することができる。   Thus, in this embodiment, 5 or 7 lattice marks GM belonging to each of the first to fourth groups having different Y positions can be collectively detected. Accordingly, the detection operation of a total of 24 lattice marks GM can be completed by a total of 4 detection operations, and the shot area is remarkably shortened compared to the case where 24 lattice marks GM are individually detected. Can be calculated.

ここで、複数(5又は7)の格子マークGMを同時に、且つ高精度で検出するためには、各アライメントセンサ32p、32sそれぞれの焦点深度(DOF)内に対象となる格子マークGMが位置している必要がある。これに対し、ウエハWの表面は、理想的な平面ではなく、多少の凹凸があるのが通常である。従って、各アライメントセンサ32p、32sによって複数の格子マークGMの同時検出を行う場合には、少なくとも一部のアライメントセンサは、格子マークGMの検出をデフォーカス状態で行う蓋然性が高い。   Here, in order to detect a plurality (5 or 7) of lattice marks GM simultaneously and with high accuracy, the target lattice mark GM is positioned within the depth of focus (DOF) of each alignment sensor 32p, 32s. Need to be. On the other hand, the surface of the wafer W is not an ideal plane and usually has some unevenness. Therefore, when the plurality of lattice marks GM are simultaneously detected by the alignment sensors 32p and 32s, at least a part of the alignment sensors is highly likely to detect the lattice marks GM in a defocused state.

このような場合には、各アライメントセンサ32p、32sのDOF内に格子マークGMが位置するように、ウエハテーブル24bのZ軸方向の位置を適宜変化させることが考えられるが、実際には各センサ間のDOFにばらつきがあり、さらに本実施形態のようにセンサの数が多い場合には、ウエハテーブル24bのZ駆動回数が多くなり、スループットの低下の原因となるおそれがある。   In such a case, it is conceivable that the position of the wafer table 24b in the Z-axis direction is appropriately changed so that the lattice mark GM is positioned within the DOF of each of the alignment sensors 32p and 32s. If the DOF varies between the two, and the number of sensors is large as in the present embodiment, the number of Z drives of the wafer table 24b increases, which may cause a reduction in throughput.

そこで、本実施形態では、以下に説明する手順により、格子マークGMの検出回数を低減し、スループットの低下を抑制する。以下、図12に示されるフローチャートを用いて、アライメント系30を用いた第1〜第4グループの各グループに属する複数の格子マークGMの同時多眼検出動作について説明する。以下の制御は、主制御装置50(図7参照。以下の説明において不図示)の管理の元に行われる。   Therefore, in the present embodiment, the number of detections of the lattice mark GM is reduced and the decrease in throughput is suppressed by the procedure described below. Hereinafter, a simultaneous multi-view detection operation of a plurality of lattice marks GM belonging to each of the first to fourth groups using the alignment system 30 will be described using the flowchart shown in FIG. The following control is performed under the management of the main controller 50 (see FIG. 7; not shown in the following description).

主制御装置50は、ステップS10で、上述した各アライメントセンサ32p、32sそれぞれが有するアライメントAF系38(図7参照)を用いて、ウエハWの表面形状を計測する。なお、ここでのウエハWの形状とは、ウエハW全体の表面形状ではなく、同時計測対象となる複数(5又は7)の格子マークGMを通るX軸に平行な線を通るウエハWのXZ断面内の形状を意味する。従って、ウエハ形状は、7つのZ軸方向の値として出力される。   In step S10, main controller 50 measures the surface shape of wafer W using alignment AF system 38 (see FIG. 7) included in each of alignment sensors 32p and 32s described above. Here, the shape of the wafer W is not the surface shape of the entire wafer W, but the XZ of the wafer W passing through a line parallel to the X axis passing through a plurality of (5 or 7) lattice marks GM to be simultaneously measured. It means the shape in the cross section. Accordingly, the wafer shape is output as seven values in the Z-axis direction.

ここで、上述したように、各アライメントセンサ32p、32sは、互いに独立してX軸方向に所定間隔でメトロロジフレーム16c(図1参照)に取り付けられているので、その高さ位置にばらつきがある。そこで、主制御装置50は、ステップS12において、上記ステップS10で求めたウエハ形状(Z軸方向の値)と、計測に用いた各アライメントセンサ32p、32sの高さ位置(ALG高さ位置)との差を求める。これにより、各アライメントAF系38の出力が補正され、ウエハWの実際の表面高さ位置を求めることができる。なお、各アライメントセンサ32p、32sの高さ位置は、既知であるものとする。図13のグラフは、上記ステップ12において求めた、各計測点におけるウエハWの表面高さ位置を示している。   Here, as described above, the alignment sensors 32p and 32s are attached to the metrology frame 16c (see FIG. 1) at predetermined intervals in the X-axis direction independently of each other. is there. Therefore, main controller 50 determines in step S12 the wafer shape (value in the Z-axis direction) obtained in step S10 and the height position (ALG height position) of each alignment sensor 32p, 32s used for measurement. Find the difference. Thereby, the output of each alignment AF system 38 is corrected, and the actual surface height position of the wafer W can be obtained. In addition, the height position of each alignment sensor 32p and 32s shall be known. The graph of FIG. 13 shows the surface height position of the wafer W at each measurement point obtained in step 12 above.

次いで、主制御装置50は、ステップS14において、演算(1次フィッティング)により、上記ステップS12において求めた、各計測点におけるウエハWの表面高さ位置のデータに基づく1次近似式(図13のグラフにおける直線Ap)を求める。この1次近似式の傾きは、各センサ32p、32sを用いた同時多眼検出動作時におけるウエハWのチルト方向(傾斜方向)の姿勢制御に用いる。   Next, in step S14, main controller 50 performs a primary approximation formula (in FIG. 13) based on the data of the surface height position of wafer W at each measurement point obtained in step S12 by calculation (primary fitting). A straight line Ap) in the graph is obtained. The inclination of the linear approximation formula is used for attitude control in the tilt direction (tilt direction) of the wafer W during the simultaneous multi-eye detection operation using the sensors 32p and 32s.

また、主制御装置50は、ステップS16において、図13のグラフから、直線Ap(1次近似式)と各プロット(実測値)との差の最大値(Δmax)、及び最小値(Δmin)を求めるとともに、図13のグラフにおいて、直線Apを縦軸方向に動かすことによって、Δmax=ΔminとなるZ軸方向の座標値を求める。このZ座標値は、各センサ32p、32sを用いた同時多眼検出動作時におけるウエハWの高さ位置の制御に用いる。   Further, in step S16, main controller 50 obtains the maximum value (Δmax) and the minimum value (Δmin) of the difference between straight line Ap (primary approximation formula) and each plot (actual measurement value) from the graph of FIG. In addition, in the graph of FIG. 13, the coordinate value in the Z-axis direction where Δmax = Δmin is obtained by moving the straight line Ap in the vertical axis direction. This Z coordinate value is used for controlling the height position of the wafer W during the simultaneous multi-eye detection operation using the sensors 32p and 32s.

次に、主制御装置50は、ステップS18において、ウエハWの姿勢分を除去した状態での乖離量Δを求める。ここで、ウエハWの姿勢分とは、ステップS12において求めた1次近似式(図13の直線Ap)の傾きを意味し、乖離量Δとは、図13のグラフにおける直線Apと上記Δmax(及びΔmin)となるプロットとの距離であって、そのプロットに対応するアライメントセンサ32p、32sのウエハW表面に対するデフォーカス量を意味する。   Next, in step S18, main controller 50 obtains deviation amount Δ in a state where the posture of wafer W is removed. Here, the orientation of the wafer W means the slope of the first-order approximation formula (straight line Ap in FIG. 13) obtained in step S12, and the deviation amount Δ is the straight line Ap in the graph of FIG. And Δmin) means the defocus amount with respect to the wafer W surface of the alignment sensors 32p and 32s corresponding to the plot.

次に、主制御装置50は、ステップS20において、ステップS18で求めた乖離量Δが、対応するアライメントセンサ32p、32sのDOF内であるか否かを判定する。なお、各アライメントセンサ32p、32sのDOFは、既知であるものとする。乖離量ΔがDOFの範囲内である場合には、ステップS22へ進み、乖離量ΔがDOFの範囲外である場合には、ステップS24へ進む。   Next, in step S20, main controller 50 determines whether or not the deviation amount Δ obtained in step S18 is within the DOF of the corresponding alignment sensors 32p and 32s. In addition, DOF of each alignment sensor 32p and 32s shall be known. When the deviation amount Δ is within the DOF range, the process proceeds to step S22, and when the deviation amount Δ is outside the DOF range, the process proceeds to step S24.

ステップS22において、主制御装置50は、上記ステップS14において求めた1次関数(図13の直線Ap)の傾き、及びステップS16において求めたZ軸方向の座標値に基づいて、ウエハステージ24を姿勢制御し、ウエハWの表面のZ位置、及びチルト量を調節する。ウエハステージ24の姿勢制御がされた状態では、上記乖離量Δが各アライメントセンサ32p、32sのDOFの範囲内であるので(ステップS20でYes判定)、全てのアライメントセンサ32p、32sは、検出対象の格子マークGMがDOF内に位置している結果になる。したがって、主制御装置50は、5又は7の格子マークGMを同時計測することができる。主制御装置50は、各アライメントセンサ32p、32sを用いて検出対象の格子マークGMの同時計測を行い、処理を終了する。   In step S22, main controller 50 positions wafer stage 24 based on the slope of the linear function (straight line Ap in FIG. 13) obtained in step S14 and the coordinate value in the Z-axis direction obtained in step S16. And the Z position and the tilt amount of the surface of the wafer W are adjusted. Since the deviation amount Δ is within the DOF range of the alignment sensors 32p and 32s in the state in which the attitude of the wafer stage 24 is controlled (Yes in step S20), all the alignment sensors 32p and 32s are detected. As a result, the grid mark GM is located in the DOF. Therefore, main controller 50 can simultaneously measure five or seven lattice marks GM. The main controller 50 uses the alignment sensors 32p and 32s to simultaneously measure the lattice mark GM to be detected, and ends the process.

これに対し、上記乖離量ΔがDOFの範囲外である場合(ステップS20でNo判定)、一部のアライメントセンサ32p、32sは、検出対象の格子マークGMがDOF外に位置するので、上記5又は7の格子マークの同時(一括)計測を行うことができない。そこで、主制御装置50は、ステップS24において、各プロットを2つにグループ分けする。ここでは、直線Ap(近似式)と各プロット(実測値)との差Δが、プラス(Δ>0)、マイナス(Δ<0)によってグループ分けを行う。すなわち、図13のグラフにおいて、縦軸方向に直線Apよりも+側のプロット群と、−側のプロット群とにグループ分けを行う。以下、主制御装置50は、各グループ毎にステップS14に戻り(ステップS26)、ステップS14以降の処理を繰り返す。   On the other hand, when the divergence amount Δ is out of the DOF range (No determination in step S20), the alignment marks 32G and 32s in some of the alignment sensors 32p are located outside the DOF. Alternatively, simultaneous (collective) measurement of seven lattice marks cannot be performed. Therefore, main controller 50 groups each plot into two in step S24. Here, the difference Δ between the straight line Ap (approximate expression) and each plot (measured value) is grouped according to plus (Δ> 0) and minus (Δ <0). That is, in the graph of FIG. 13, grouping is performed into a plot group on the + side and a plot group on the − side with respect to the straight line Ap in the vertical axis direction. Thereafter, main controller 50 returns to step S14 for each group (step S26), and repeats the processing after step S14.

主制御装置50は、第1〜第4のグループそれぞれについて、図12に示されるステップS10〜ステップS26の処理を繰り返すことによって、第1〜第4グループに属する合計で24の格子マークGMの位置計測を行うとともに、該24の格子マークGMの計測結果に基づいて、ウエハW上の全てのショット領域の配列を算出する。なお、ステップS10におけるウエハ形状測定は、アライメントAF系38に替えてAF系64(図7参照)を用いても良い。また、露光装置10とは異なる外部計測機を用いて、ステップS10におけるウエハ形状測定を行っても良い。   Main controller 50 repeats the processes of steps S10 to S26 shown in FIG. 12 for each of the first to fourth groups, so that a total of 24 positions of lattice marks GM belonging to the first to fourth groups are obtained. In addition to performing measurement, an array of all shot areas on the wafer W is calculated based on the measurement result of the 24 lattice marks GM. The wafer shape measurement in step S10 may use the AF system 64 (see FIG. 7) instead of the alignment AF system 38. Further, the wafer shape measurement in step S10 may be performed using an external measuring device different from the exposure apparatus 10.

ここで、本実施形態のアライメントセンサ32p、32sは、上述したように、格子マークGMから発生する回折光と、固定鏡44から発生する参照光とを光学系内で干渉させて格子マークGMの位置計測を行う構成であることから、図14に示されるように、固定鏡44(参照格子が形成された格子面)が傾いて光学系のテレセントリック性が低下した場合、デフォーカス状態で計測を行うと、アライメント計測誤差が発生する。これを回避するために、主制御装置50は、アライメントセンサ32p、32sの光学系のテレセントリック性に応じて、アライメントセンサ32p、32sの出力を補正する。   Here, as described above, the alignment sensors 32p and 32s of the present embodiment cause the diffracted light generated from the grating mark GM and the reference light generated from the fixed mirror 44 to interfere with each other in the optical system, so As shown in FIG. 14, when the fixed mirror 44 (grating surface on which the reference grating is formed) is inclined and the telecentricity of the optical system is lowered, as shown in FIG. Doing so will cause alignment measurement errors. In order to avoid this, main controller 50 corrects the outputs of alignment sensors 32p and 32s according to the telecentricity of the optical system of alignment sensors 32p and 32s.

アライメントセンサ32p、32sの光学系のテレセントリック性の計測は、上述したステージ計測系58(図7参照)を用いて行う。具体的には、ウエハステージ24のZ軸方向への位置ずれ量に応じたアライメント計測値のずれ量を、エンコーダシステム(あるいは光干渉計システム)を含むステージ計測系58を用いて計測し、この計測結果を補正データとして不図示の記憶装置に記憶する。すなわち、ステージ計測系58は、アライメントセンサ32p、32sの光学系のテレセントリック性を計測する計測部としても機能する。そして、実際のアライメント計測時には、アライメントAF系38を用いて、アライメントセンサ32p、32sのデフォーカス量(図13のグラフにおける直線Apと各プロットとの差)を計測し、そのデフォーカス量に応じて、上記補正データに基づいてアライメント計測結果を補正する。これにより、仮にアライメント計測中にウエハステージ24がZ軸方向に移動したり、ウエハWの表面に凹凸があったとしても、アライメントセンサ32p、32sの光学系のテレセントリック性の低下に起因するアライメント計測結果の誤差を補正することができ、アライメントセンサ32p、32sがデフォーカス状態で計測を行わないように、仮にセンサ内に調整機構を配置する場合に比べ、センサの大型化を抑制できる。   The telecentricity of the optical system of the alignment sensors 32p and 32s is measured using the above-described stage measurement system 58 (see FIG. 7). Specifically, the amount of alignment measurement value deviation corresponding to the amount of positional deviation of the wafer stage 24 in the Z-axis direction is measured using a stage measurement system 58 including an encoder system (or optical interferometer system). The measurement result is stored in a storage device (not shown) as correction data. That is, the stage measurement system 58 also functions as a measurement unit that measures the telecentricity of the optical system of the alignment sensors 32p and 32s. At the time of actual alignment measurement, the alignment AF system 38 is used to measure the defocus amounts of the alignment sensors 32p and 32s (difference between the straight line Ap and each plot in the graph of FIG. 13), and according to the defocus amount. Then, the alignment measurement result is corrected based on the correction data. As a result, even if the wafer stage 24 moves in the Z-axis direction during the alignment measurement or the surface of the wafer W is uneven, the alignment measurement is caused by a decrease in the telecentricity of the optical system of the alignment sensors 32p and 32s. As a result, it is possible to correct an error in the result, and it is possible to suppress an increase in the size of the sensor as compared with a case where an adjustment mechanism is provided in the sensor so that the alignment sensors 32p and 32s do not perform measurement in a defocused state.

《第2の実施形態》
次に第2の実施形態に係るアライメントセンサ132について、図15(a)及び図15(b)を用いて説明する。第2の実施形態に係るアライメントセンサ132の構成は、光学系の構成が異なる点を除き、上記第1の実施形態と同じであるので、以下、相違点についてのみ説明し、上記第1の実施形態と同じ構成及び機能を有する要素については、上記第1の実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。後述する第3及び第4の実施形態についても同様である。また、本第2の実施形態に係るアライメントセンサ132は、XY平面内の位置が固定のプライマリアライメントセンサとしても、XY平面内で位置が可動のセカンダリアライメントセンサとしても用いることができる。後述する第3及び第4の実施形態に係るアライメントセンサについても同様である。なお、ウエハWに形成される格子マークGMの種類は、特に限定されないが、第2の実施形態、並びに後述する第3及び第4の実施形態では、図3(a)に示される格子マークGMが形成されているものとする。
<< Second Embodiment >>
Next, an alignment sensor 132 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 15 (a) and 15 (b). Since the configuration of the alignment sensor 132 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the optical system is different, only the differences will be described below, and the first embodiment will be described. Elements having the same configuration and function as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted. The same applies to third and fourth embodiments described later. In addition, the alignment sensor 132 according to the second embodiment can be used as a primary alignment sensor whose position in the XY plane is fixed or a secondary alignment sensor whose position is movable in the XY plane. The same applies to alignment sensors according to third and fourth embodiments described later. The type of lattice mark GM formed on the wafer W is not particularly limited, but in the second embodiment and third and fourth embodiments described later, the lattice mark GM shown in FIG. Is formed.

アライメントセンサ132において、不図示の光源からの照明光Lがビームスプリッタ140に入射する。ビームスプリッタ140からは一対の照明光L1、L2が出射する。照明光L1、L2は、レンズ142を介して、上記第1の実施形態と同様に、ビームスプリッタ40に入射する。照明光L1、L2それぞれの一部である計測光L1A、L2Aは、対物レンズ42aの互いに異なる位置を通過して格子マークGMに入射する。ここで、計測光L1A、L2Aは、それぞれウエハW表面の法線方向(Z軸方向)に対して互いに反対の方向から斜めに入射する(図15(b)参照)。計測光L1A、L2Aに基づく格子マークGMからの回折光L1Ad、L2Adは、それぞれ対物レンズ42a、ビームスプリッタ40を透過して複数の検出器46に入射する。   In alignment sensor 132, illumination light L from a light source (not shown) enters beam splitter 140. The beam splitter 140 emits a pair of illumination lights L1 and L2. The illumination lights L1 and L2 are incident on the beam splitter 40 through the lens 142 as in the first embodiment. The measurement lights L1A and L2A that are parts of the illumination lights L1 and L2 pass through different positions of the objective lens 42a and enter the grating mark GM. Here, the measurement lights L1A and L2A are incident obliquely from opposite directions to the normal direction (Z-axis direction) of the surface of the wafer W, respectively (see FIG. 15B). The diffracted lights L1Ad and L2Ad from the grating mark GM based on the measurement lights L1A and L2A pass through the objective lens 42a and the beam splitter 40, respectively, and enter the plurality of detectors 46.

なお、ビームスプリッタ140は、偏光ビームスプリッタを有していても良い。このとき、偏光ビームスプリッタの格子マークGM側の光路、並びに固定鏡44側の光路のそれぞれに1/4波長板を配置しても良い。   Note that the beam splitter 140 may include a polarization beam splitter. At this time, a quarter-wave plate may be disposed in each of the optical path on the grating mark GM side and the optical path on the fixed mirror 44 side of the polarization beam splitter.

また、照明光L1、L2の他部である参照光L1B、L2Bは、対物レンズ42bの互いに異なる位置を通過して固定鏡44に入射する。ここでも参照光L1B、L2Bは、それぞれ固定鏡44の格子面の法線方向(X軸方向)に対して互いに反対の方向から斜めに入射する。参照光L1B、L2Bに基づく固定鏡44からの回折光L1Bd、L2Bdは、それぞれ対物レンズ42a、ビームスプリッタ40を透過して複数の検出器46に入射する。複数の検出器46は、格子マークGMからの回折光と固定鏡44からの回折光同士の干渉(回折光L1Ad、L2Bdの干渉、及び回折光L2Ad、L1Bdの干渉)に基づいて、格子マークGMの位置ズレを検出する。本第2の実施形態に係るアライメントセンサ132では、計測光L1A、L2Aが、それぞれ格子マークGMに対して斜入射するので、上記第1の実施形態に比べてより狭いピッチの回折格子が形成された格子マークを検出することができるので、格子マークGMの検出精度が向上する。   The reference lights L1B and L2B, which are the other parts of the illumination lights L1 and L2, pass through different positions of the objective lens 42b and enter the fixed mirror 44. Here again, the reference beams L1B and L2B are incident obliquely from opposite directions with respect to the normal direction (X-axis direction) of the lattice plane of the fixed mirror 44, respectively. The diffracted lights L1Bd and L2Bd from the fixed mirror 44 based on the reference lights L1B and L2B pass through the objective lens 42a and the beam splitter 40, respectively, and enter the plurality of detectors 46. The plurality of detectors 46 is based on the interference between the diffracted light from the grating mark GM and the diffracted light from the fixed mirror 44 (interference between the diffracted lights L1Ad and L2Bd and interference between the diffracted lights L2Ad and L1Bd). Detects the positional deviation of. In the alignment sensor 132 according to the second embodiment, since the measurement lights L1A and L2A are incident obliquely on the grating mark GM, a diffraction grating having a narrower pitch than that of the first embodiment is formed. Since the lattice mark can be detected, the detection accuracy of the lattice mark GM is improved.

また、上記各実施形態のアライメントセンサ32p、32s、132は、格子マークGMからの回折光と干渉させる参照光を発生する参照光発生部材として、反射型の回折格子(参照格子)を含む固定鏡44を備えていたが、参照光発生部材としては、これに限られず、SLM(Spatial Light Modulator)、AOM(Acoustic Optical Modulator)などを用いても良い。   In addition, the alignment sensors 32p, 32s, and 132 of each of the embodiments described above are fixed mirrors that include a reflective diffraction grating (reference grating) as a reference light generating member that generates reference light that interferes with the diffracted light from the grating mark GM. However, the reference light generating member is not limited to this, and an SLM (Spatial Light Modulator), an AOM (Acoustic Optical Modulator), or the like may be used.

また、上記各実施形態のアライメントセンサ32p、32s、132における参照光発生部材としての反射型の回折格子として、2次元回折格子を用いても良い。この2次元回折格子は、格子マークGMのα格子Gαのピッチ方向とβ格子Gβのピッチ方向とのそれぞれに対応したピッチ方向であっても良い。また、参照光発生部材は、入射光を散乱させる散乱面であっても良い。この散乱面として、所定の角度範囲に射出光を散乱させるものであっても良い。このように参照光発生部材として、所定の角度範囲にわたって光を射出するものを用いた場合には、格子マークGMのピッチが任意のピッチであっても検出できる利点がある。   In addition, a two-dimensional diffraction grating may be used as a reflection type diffraction grating as a reference light generating member in the alignment sensors 32p, 32s, 132 of each of the above embodiments. The two-dimensional diffraction grating may have a pitch direction corresponding to each of the pitch direction of the α grating Gα and the pitch direction of the β grating Gβ of the grating mark GM. The reference light generating member may be a scattering surface that scatters incident light. As the scattering surface, the emitted light may be scattered within a predetermined angle range. As described above, when a member that emits light over a predetermined angle range is used as the reference light generating member, there is an advantage that detection is possible even if the pitch of the lattice mark GM is an arbitrary pitch.

《第3の実施形態》
次に第3の実施形態に係るアライメントセンサ232について、図16(a)及び図16(b)を用いて説明する。アライメントセンサ232は、ビームスプリッタ40、対物レンズ242を含む光学系に対して照明光Lを供給する照明型が、固定鏡240を有している。固定鏡240は、透過型の回折格子を有しており、照明光L1に基づく回折光である計測光L1、L2が固定鏡240から出射する。計測光L1、L2は、上記第2の実施形態と同様に、ビームスプリッタ40に入射するとともに、対物レンズ42aの互いに異なる位置を通過して格子マークGMに斜入射する。格子マークGMでは、計測光L1、L2それぞれの0次回折光(反射光)L1r、L2r、及び1次回折光L1d、L2dが発生し、これらの0次光L1r、L2r、及び回折光L1d、L2dは、対物レンズ42a、ビームスプリッタ40を透過して一対の検出器46に入射する(図16(b)参照)。一対の検出器46は、0次光L1rと回折光L2dとの干渉、及び0次光L2rと回折光L1dとの干渉に基づいて格子マークGMの位置ズレを検出する。本第3の実施形態も、上記第2の実施形態と同様に、計測光L1、L2が格子マークGMに対して斜入射するので、より狭いピッチの回折格子の検出が可能となる。
<< Third Embodiment >>
Next, an alignment sensor 232 according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 (a) and 16 (b). The alignment sensor 232 is an illumination type that supplies illumination light L to an optical system including the beam splitter 40 and the objective lens 242, and has a fixed mirror 240. The fixed mirror 240 has a transmissive diffraction grating, and measurement light L1 and L2 which are diffracted lights based on the illumination light L1 are emitted from the fixed mirror 240. As in the second embodiment, the measurement lights L1 and L2 are incident on the beam splitter 40, and are obliquely incident on the grating mark GM through different positions of the objective lens 42a. In the grating mark GM, zero-order diffracted light (reflected light) L1r and L2r and first-order diffracted lights L1d and L2d of the measurement lights L1 and L2 are generated, respectively. Then, the light passes through the objective lens 42a and the beam splitter 40 and enters the pair of detectors 46 (see FIG. 16B). The pair of detectors 46 detect the positional deviation of the grating mark GM based on the interference between the 0th-order light L1r and the diffracted light L2d and the interference between the 0th-order light L2r and the diffracted light L1d. In the third embodiment, as in the second embodiment, the measurement lights L1 and L2 are obliquely incident on the grating mark GM, so that a diffraction grating with a narrower pitch can be detected.

《第4の実施形態》
次に第4の実施形態に係るアライメントセンサ332について、図17(a)及び図17(b)を用いて説明する。アライメントセンサ332は、いわゆる自己参照型のアライメントセンサであり、光源34から出射した照明光Lは、ミラー340によって光路が曲げられ、格子マークGMに対し、上記第1の実施形態と同様(図4(a)参照)に、対物レンズ42の中心を通過(透過)してほぼ垂直に入射し、格子マークGMからは、照明光Lに基づく複数の回折光+Ld、−Ldが発生する。対物レンズ42を通過した複数の±N次回折光±Ldは、干渉計344に入射する。干渉計344は、米国特許第6,961,116号明細書に開示される干渉計と同様の機能を有しており、格子マークGMからの+N次回折光+Ldに対して格子マークGMからの−N次回折光−Ldを所定の混合比率で重ね合わせるとともに、格子マークGMからの−N次回折光−Ldに対して格子マークGMからの+N次回折光+Ldを所定の混合比率で重ね合わせる。干渉計344は、入射する±N次回折光を分割し、分割された一方の光路と他方の光路とを、光軸に関して相対的に180度(180度±n×360度:nは整数)だけ回転させた後に合成する。なお、干渉計344を自己参照干渉計と称しても良い。干渉計344から出射した光束は、瞳面48(絞り位置)上に配置された一対の検出器46に入射する。一対の検出器46は、回折光同士の干渉に基づいて格子マークGMの位置ズレを検出する。
<< Fourth Embodiment >>
Next, an alignment sensor 332 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 17 (a) and 17 (b). The alignment sensor 332 is a so-called self-reference type alignment sensor. The illumination light L emitted from the light source 34 has its optical path bent by a mirror 340, and the lattice mark GM is the same as in the first embodiment (FIG. 4). (See (a)), the light passes through (transmits) the center of the objective lens 42 and is incident substantially perpendicularly, and a plurality of diffracted lights + Ld and -Ld based on the illumination light L are generated from the grating mark GM. The plurality of ± Nth order diffracted lights ± Ld that have passed through the objective lens 42 enter the interferometer 344. The interferometer 344 has a function similar to that of the interferometer disclosed in US Pat. No. 6,961,116, and −Nth order diffracted light from the grating mark GM + Ld from the grating mark GM. The Nth order diffracted light -Ld is superimposed at a predetermined mixing ratio, and the + Nth order diffracted light + Ld from the grating mark GM is superimposed at a predetermined mixing ratio on the -Nth order diffracted light -Ld from the grating mark GM. The interferometer 344 divides incident ± Nth order diffracted light, and the divided one optical path and the other optical path are relatively 180 degrees (180 degrees ± n × 360 degrees: n is an integer) relative to the optical axis. Synthesize after rotating. Note that the interferometer 344 may be referred to as a self-referencing interferometer. The light beam emitted from the interferometer 344 enters a pair of detectors 46 arranged on the pupil plane 48 (aperture position). The pair of detectors 46 detects the positional deviation of the grating mark GM based on the interference between the diffracted lights.

なお、上記第1〜第3の各実施形態の構成は、一例であって、適宜変更が可能である。すなわち、アライメントセンサの数及び配置は、上記各実施形態に限定されず、セカンダリアライメントセンサ32sの数は、上記実施形態では6つであったが、6つ未満であっても良いし、7つ以上であっても良い。また、上記実施形態において、隣接する一対のセカンダリアライメントセンサ32s間の間隔も、任意に設定可能である。また、検出対象のサンプルショット領域Sの数、及び配置も、上記実施形態で説明したものに限定されず、任意に設定可能であり、可能であれば、ウエハW上に形成された全てのショット領域をサンプルショット領域Sに設定しても良い。また、1つのサンプルショット領域内に形成された複数の格子マークGMを検出しても良い。   The configurations of the first to third embodiments are examples, and can be changed as appropriate. That is, the number and arrangement of alignment sensors are not limited to the above embodiments, and the number of secondary alignment sensors 32s is six in the above embodiment, but may be less than six or seven. It may be above. Moreover, in the said embodiment, the space | interval between a pair of adjacent secondary alignment sensors 32s can also be set arbitrarily. Further, the number and arrangement of the sample shot areas S to be detected are not limited to those described in the above embodiment, and can be arbitrarily set. If possible, all shots formed on the wafer W can be set. The area may be set to the sample shot area S. A plurality of lattice marks GM formed in one sample shot area may be detected.

また、上記第1及び第2の実施形態のアライメントセンサ32p、32s、132は、格子マークGMからの回折光と干渉させる参照光を発生する参照光発生部材として、反射型の回折格子(参照格子)を含む固定鏡44を備えていたが、参照光発生部材としては、これに限られず、SLM(Spatial Light Modulator)、AOM(Acoustic Optical Modulator)などを用いても良い。   The alignment sensors 32p, 32s, 132 of the first and second embodiments are reflective diffraction gratings (reference gratings) as reference light generating members that generate reference lights that interfere with the diffracted lights from the grating marks GM. However, the reference light generating member is not limited to this, and an SLM (Spatial Light Modulator), an AOM (Acoustic Optical Modulator), or the like may be used.

また、上記第1及び第2の実施形態のアライメントセンサ32p、32s、132における参照光発生部材としての反射型の回折格子として、2次元回折格子を用いても良い。この2次元回折格子は、格子マークGMのα格子Gαのピッチ方向とβ格子Gβのピッチ方向とのそれぞれに対応したピッチ方向であっても良い。また、参照光発生部材は、入射光を散乱させる散乱面であっても良い。この散乱面として、所定の角度範囲に射出光を散乱させるものであっても良い。このように参照光発生部材として、所定の角度範囲にわたって光を射出するものを用いた場合には、格子マークGMのピッチが任意のピッチであっても検出できる利点がある。   Further, a two-dimensional diffraction grating may be used as a reflection type diffraction grating as a reference light generating member in the alignment sensors 32p, 32s, 132 of the first and second embodiments. The two-dimensional diffraction grating may have a pitch direction corresponding to each of the pitch direction of the α grating Gα and the pitch direction of the β grating Gβ of the grating mark GM. The reference light generating member may be a scattering surface that scatters incident light. As the scattering surface, the emitted light may be scattered within a predetermined angle range. As described above, when a member that emits light over a predetermined angle range is used as the reference light generating member, there is an advantage that detection is possible even if the pitch of the lattice mark GM is an arbitrary pitch.

また、上記各実施形態においては、複数の検出器46を設けたが、互いに独立して光を検出する複数の検出面を備えた1つの検出器を用いても良い。   In each of the above embodiments, a plurality of detectors 46 are provided. However, a single detector having a plurality of detection surfaces for detecting light independently of each other may be used.

《第5の実施形態》
また、上記格子マークGMのXY平面内での位置計測に加え、アライメント系30を用いて格子マークGMの特徴に関する計測値を求めることができるようにしても良い。
<< Fifth Embodiment >>
Further, in addition to the measurement of the position of the lattice mark GM in the XY plane, a measurement value related to the feature of the lattice mark GM may be obtained using the alignment system 30.

具体的には、アライメント系30は、格子マークGMからの複数の回折光に基づいて、いわゆるスキャトロメトリ法(光波散乱計測法)によって所定の計測値(以下、「スキャトロ計測値」と称して説明する)を求め、該スキャトロ計測値に基づいて、格子マークGMの周期方向に関する形状の対称性を求める。すなわち、図4(a)に示されるように、格子マークGMの回折格子は、周期方向に凹凸が連続する形状で形成されている。そして、計測光L1が回折格子に照射される際、図18(a)に示されるように、計測光L1の光軸中心に対して格子マークGMの形状の対称性が確保されている場合には、格子マークGMからの+N次(図18(a)ではN=1〜3)、及び−N次回折光の互いの強度、及び位相が対称(同じ)となる。ここで、図18(a)及び図18(b)において、各矢印の太さは、光の強度を示し、各矢印の長さは、光の位相を示している。   Specifically, the alignment system 30 is referred to as a predetermined measurement value (hereinafter referred to as “scattering measurement value”) by a so-called scatterometry method (light wave scattering measurement method) based on a plurality of diffracted lights from the grating mark GM. And the symmetry of the shape with respect to the periodic direction of the lattice mark GM is obtained based on the scatterometry measurement value. That is, as shown in FIG. 4A, the diffraction grating of the grating mark GM is formed in a shape in which irregularities are continuous in the periodic direction. When the measurement light L1 is applied to the diffraction grating, as shown in FIG. 18A, the symmetry of the shape of the grating mark GM is ensured with respect to the optical axis center of the measurement light L1. Are symmetric (same) in the intensity and phase of the + Nth order (N = 1 to 3 in FIG. 18A) and the −Nth order diffracted light from the grating mark GM. Here, in FIGS. 18A and 18B, the thickness of each arrow indicates the intensity of light, and the length of each arrow indicates the phase of light.

これに対して、周期方向に関して格子マークGMの形状の対称性が損なわれている場合には、図18(b)に示されるように、+N次(図18(b)ではN=1〜3)回折光と−N次回折光とで、互いの強度、及び位相が、非対称となる。   On the other hand, when the symmetry of the shape of the lattice mark GM is impaired with respect to the periodic direction, as shown in FIG. 18B, + N order (N = 1 to 3 in FIG. 18B). ) The intensity and phase of the diffracted light and the -Nth order diffracted light are asymmetric.

上述したように、アライメントセンサ32p、32sでは、図6に示されるような波形信号が生成される。この波形信号の座標系の縦軸は、光量を表しており、波形の振幅は、回折効率を表している。すなわち、上記格子マークGMからの回折光の強度、及び位相は、各検出器46の出力に基づいて生成される波形信号に反映され、これにより、該波形信号から、格子マークGMの形状の周期方向に関する対称性を推定することができる。   As described above, the alignment sensors 32p and 32s generate waveform signals as shown in FIG. The vertical axis of the coordinate system of the waveform signal represents the light amount, and the amplitude of the waveform represents the diffraction efficiency. That is, the intensity and phase of the diffracted light from the grating mark GM are reflected in the waveform signal generated based on the output of each detector 46, and thereby the period of the shape of the grating mark GM is generated from the waveform signal. The symmetry with respect to the direction can be estimated.

主制御装置50は、複数の格子マークGMに関して、それぞれアライメントセンサ32p、32sから、図6に示されるような波形信号を取得するとともに、該波形信号に基づいて、上記複数の格子マークGMそれぞれについての波形信号を比較することによって、複数の格子マークGMのうち、最も形状が安定した(対称性に優れる)格子マークGMを選択することができる。   The main controller 50 obtains a waveform signal as shown in FIG. 6 from the alignment sensors 32p and 32s for each of the plurality of lattice marks GM, and based on the waveform signal, each of the plurality of lattice marks GM. By comparing these waveform signals, it is possible to select the lattice mark GM having the most stable shape (excellent symmetry) among the plurality of lattice marks GM.

このように、本実施形態では、アライメントセンサ32p、32sを用いて、ウエハアライメントに用いるのに最適な格子マークGM、及びマーク検出用の照明光の選択を行うことができる。格子マークGMの形状の対称性は、格子マークGMの位置計測精度に大きな影響を与えるため、格子マークGMの位置計測を行う際、上記選択された格子マークGM(最も形状的に対称性が高い格子マークGM)を用いることによって、格子マークGMの位置情報を、より高精度で求めることができる。また、ウエハアライメント時におけるウエハWの位置決め精度が向上する。   As described above, in the present embodiment, it is possible to select the lattice mark GM and the illumination light for mark detection that are optimal for use in wafer alignment by using the alignment sensors 32p and 32s. The symmetry of the shape of the lattice mark GM has a great influence on the position measurement accuracy of the lattice mark GM. Therefore, when the position of the lattice mark GM is measured, the selected lattice mark GM (having the highest shape symmetry). By using the lattice mark GM), the position information of the lattice mark GM can be obtained with higher accuracy. Further, the positioning accuracy of the wafer W during wafer alignment is improved.

また、本実施形態のアライメントセンサ32p、32sは、上述したように、照明光Lとして、互いに波長の異なる複数の光(レーザ)を照射可能である。主制御装置50は、上記選択された格子マークGMに対し、波長の異なる複数の光を照射し、該複数の光それぞれに基づいて、図6に示されるような波形信号を取得する。そして、主制御装置50は、上記複数の光それぞれについての波形信号を比較することによって、複数の光のうち、ウエハアライメントに最も適した波長の光を選択することができる。   Further, as described above, the alignment sensors 32p and 32s of the present embodiment can irradiate a plurality of lights (lasers) having different wavelengths as the illumination light L. The main controller 50 irradiates the selected grating mark GM with a plurality of lights having different wavelengths, and acquires a waveform signal as shown in FIG. 6 based on each of the plurality of lights. Then, main controller 50 can select light having a wavelength most suitable for wafer alignment from among the plurality of lights by comparing the waveform signals for each of the plurality of lights.

また、上述したスキャトロメトリ法による格子マークGMの形状の対称性(又は非対称性)の推定(計測)は、アライメントセンサ32p、32sを用いて格子マークGMに対して計測光L1を照射することによって行われることから、格子マークGMのXY座標系内での位置計測動作と、格子マークGMの形状の対称性の推定(計測)動作を、同時に行うことができる。したがって、スループットに影響を与えることなく格子マークGMの形状の推定を行うことができる。   In addition, for the estimation (measurement) of the symmetry (or asymmetry) of the shape of the lattice mark GM by the scatterometry method described above, the measurement light L1 is applied to the lattice mark GM using the alignment sensors 32p and 32s. Therefore, the position measurement operation of the lattice mark GM in the XY coordinate system and the symmetry estimation (measurement) operation of the shape of the lattice mark GM can be performed simultaneously. Therefore, the shape of the lattice mark GM can be estimated without affecting the throughput.

また、本実施形態では、上述した格子マークGMの周期方向に関する形状の非対称性に基づいて生ずるアライメント計測結果の誤差を、スキャトロ計測値(格子マークGMからの一対の回折光の強度比率)に基づいて主制御装置50(図7参照。以下の説明において不図示)が補正する。以下、この補正方法について図19のフローチャートを用いて説明する。   In the present embodiment, the error of the alignment measurement result generated based on the shape asymmetry of the grating mark GM with respect to the periodic direction described above is based on the scatter measurement value (the intensity ratio of the pair of diffracted lights from the grating mark GM). Main controller 50 (see FIG. 7; not shown in the following description) corrects. Hereinafter, this correction method will be described with reference to the flowchart of FIG.

主制御装置50は、ステップS510において、1ロット中の最初(ロット先頭)のウエハW(図1参照。以下の説明において不図示)に形成された格子マークGM(図3(a)〜図3(c)参照。以下の説明において不図示)を上述した手順(図11(a)〜図11(d))で検出する。この複数の格子マークGMの検出動作には、各格子マークGMのXY平面内での位置情報の計測と、スキャトロ計測値の計測値との計測とが含まれる。スキャトロ計測値からは、格子マークGMの非対称性(マーク特徴)を推定することができる点は上述した通りである。   In step S510, main controller 50 performs lattice mark GM (FIG. 3A to FIG. 3) formed on the first (lot leading) wafer W in one lot (see FIG. 1, not shown in the following description). (Refer to (c), which is not shown in the following description) is detected by the procedure described above (FIGS. 11A to 11D). The detection operation of the plurality of lattice marks GM includes measurement of position information of each lattice mark GM in the XY plane and measurement of a measurement value of a scatter measurement value. As described above, the asymmetry (mark feature) of the lattice mark GM can be estimated from the scatterometry measurement value.

ここで、上述したように、格子マークGMの形状が非対称であると、アライメント計測結果に誤差、換言すれば、格子マークGMのマーク特徴に起因したアライメント計測結果の騙されが生じる。そこで、主制御装置50は、ステップS512において、スキャトロ計測値に基づいて、上記アライメント計測結果の騙されを補正する。この補正処理では、図20に示されるグラフを用いて求められた所定の補正係数を用いる。図20のグラフにおいて、横軸は、スキャトロ計測値を示し、縦軸は、重ね計測結果を示している。ここで、縦軸の重ね計測結果とは、既設の格子マークGM上に、該格子マークGMの位置計測結果に基づいて別の格子マークGMを重ねて形成した際の、各格子マークGMの位置ずれ量を意味し、CD−SEMなどを用いて予め求められる。図20に示されるように、スキャトロ計測値と重ね計測値との間の相関に基づいて、スキャトロ計測値に応じた重ね計測誤差を予め求めることができるので、ステップS510で求めたスキャトロ計測値と、上記相関(図20のグラフ中に示される直線)とから、重ね計測誤差を予測することができる。そこで、主制御装置50は、上記相関に基づいて求めた補正係数を用いて、予測される重ね計測誤差を打ち消すように、ステップS510で求めたアライメント計測結果を補正する。   Here, as described above, if the shape of the lattice mark GM is asymmetric, an error is caused in the alignment measurement result, in other words, the alignment measurement result caused by the mark feature of the lattice mark GM is deceived. Therefore, main controller 50 corrects the distortion of the alignment measurement result based on the scatter measurement value in step S512. In this correction process, a predetermined correction coefficient obtained using the graph shown in FIG. 20 is used. In the graph of FIG. 20, the horizontal axis represents the scatter measurement value, and the vertical axis represents the overlap measurement result. Here, the overlap measurement result on the vertical axis means the position of each lattice mark GM when another lattice mark GM is formed on the existing lattice mark GM by overlapping based on the position measurement result of the lattice mark GM. This means the amount of deviation and is obtained in advance using a CD-SEM or the like. As shown in FIG. 20, since the overlay measurement error according to the scatter measurement value can be obtained in advance based on the correlation between the scatter measurement value and the overlap measurement value, the scatter measurement value obtained in step S510 and From the above correlation (a straight line shown in the graph of FIG. 20), the overlay measurement error can be predicted. Therefore, main controller 50 corrects the alignment measurement result obtained in step S510 so as to cancel the predicted overlay measurement error using the correction coefficient obtained based on the correlation.

図19に戻り、主制御装置50は、ステップS514において、補正後のアライメント計測結果(格子マークGMの位置情報)に基づいてEGA演算によりウエハW上の全てのショット領域の配列を算出するとともに、ステップS516において、上記EGA演算の結果に基づいてウエハWの位置制御を行いつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作により、ウエハWに形成された既設のパターン上に新たなパターンを形成する。   Returning to FIG. 19, main controller 50 calculates an array of all shot regions on wafer W by EGA calculation based on the alignment measurement result after correction (position information of lattice mark GM) in step S514. In step S516, a new pattern is formed on the existing pattern formed on the wafer W by a step-and-scan exposure operation while controlling the position of the wafer W based on the result of the EGA calculation.

ステップS516において露光処理が行われたウエハWは、露光装置10(図7参照)に併設された光学式の重ね計測装置800(インライン重ね計測器800)へ送られ、該インライン重ね計測器800は、ステップS516で形成したパターンと既設のパターンとの重ね合わせ精度を計測する。インライン重ね計測器800としては、上述したアライメントセンサ32p、32s(図4(a)参照)と同様に、スキャトロメトリ法によって、格子マークGMの同士の重ね計測を行う、いわゆるDBO(Diffraction Based Overley)方式の重ね計測装置が用いられる。主制御装置50は、ステップS518において、インライン重ね計測器800から、上記重ね合わせ精度に関する情報を取得する。また、1枚目のウエハWに対する重ね計測と並行して、露光装置10では、2枚目以降のウエハWに対する露光動作が行われる。この2枚目以降のウエハWの露光動作でも、露光動作に先立ってアライメント計測、及びスキャトロ計測が行われるとともに、該アライメント計測結果が上記補正係数を用いて補正される。   The wafer W that has been subjected to the exposure processing in step S516 is sent to an optical overlay measuring apparatus 800 (inline overlay measuring instrument 800) provided in the exposure apparatus 10 (see FIG. 7). The overlay accuracy between the pattern formed in step S516 and the existing pattern is measured. As the inline overlay measuring instrument 800, as in the alignment sensors 32p and 32s described above (see FIG. 4 (a)), so-called DBO (Diffraction Based Overley) that performs overlay measurement of lattice marks GM by the scatterometry method. ) Type overlay measuring device is used. In step S518, main controller 50 acquires information relating to the overlay accuracy from inline overlay measuring instrument 800. In parallel with the overlay measurement on the first wafer W, the exposure apparatus 10 performs an exposure operation on the second and subsequent wafers W. Also in the exposure operation of the second and subsequent wafers W, alignment measurement and scatter measurement are performed prior to the exposure operation, and the alignment measurement result is corrected using the correction coefficient.

主制御装置50は、ステップS518で取得した重ね合わせ精度に関する情報に基づいて、ステップS520において、重ね合わせ精度が許容範囲か否かを判定し、許容範囲内であれば、ステップS512で用いた補正係数が適正であったものとして(Yes判定)、以降のウエハの露光動作を行う。これに対し、重ね合わせ精度が許容範囲外であった場合(No判定)には、ステップS522に進み補正係数を修正した後、以降のウエハの露光動作を行う。上述したように、ステップS512〜S522までの処理は、2枚目以降のウエハWの露光動作と並行して行われることから、ステップS522で決定された補正値は、1ロット中の数枚目以降のウェハのアライメント結果に適用される。これにより、修正された補正値に基づいて重ね露光が行われるウエハの露光精度(歩留まり)が向上する。なお、ロット先頭(1枚目)のウエハWに関してステップS522までの処理が終了するのを待って、2枚目のウエハのアライメント計測、及びスキャトロ計測を開始しても良い。この場合、タクトが低下するが全体的な歩留まりが向上する。   Main controller 50 determines in step S520 whether or not the overlay accuracy is within an allowable range based on the information regarding the overlay accuracy acquired in step S518, and if it is within the allowable range, the correction used in step S512. Assuming that the coefficient is appropriate (Yes determination), the subsequent wafer exposure operation is performed. On the other hand, if the overlay accuracy is outside the allowable range (No determination), the process proceeds to step S522, the correction coefficient is corrected, and the subsequent wafer exposure operation is performed. As described above, since the processing from step S512 to S522 is performed in parallel with the exposure operation of the second and subsequent wafers W, the correction value determined in step S522 is the number of sheets in one lot. This is applied to subsequent wafer alignment results. Thereby, the exposure accuracy (yield) of the wafer on which the overlap exposure is performed based on the corrected correction value is improved. Note that the alignment measurement and scatter measurement of the second wafer may be started after the processing up to step S522 is completed for the wafer W at the head of the lot (first wafer). In this case, tact is reduced, but overall yield is improved.

ここで、上記重ね計測器800(図7参照)は、DBO方式によって格子マーク同士の重ねズレを計測する構成であることから、下層(下地)の格子マークGM自体の形状が正常であるにもかかわらず格子マークGM同士に重ねズレが生じた場合(図21(a)参照)、及び格子マークGM同士が正確に重ね合わされているにもかかわらず下層の格子マークGMの形状に欠陥がある場合(図21(b)参照)には、それぞれ同様に、格子マークGMからの一対の回折光(例えば正負の同一字数の回折光)の強度、及び位相が非対称となる(図21(a)及び図21(b)の黒矢印参照)。そして、重ね計測器800は、アライメントセンサ32p、32sと同様に、一対の回折光の強度、及び位相に基づいて重ねズレ量を求めるので、実際には、重ね精度が確保されている場合(図21(b)に示される場合)であっても、重ね精度が低下していると判定する(重ね計測器800が騙される)可能性がある。このような重ね計測器800の騙されを回避するために、上層のパターンの露光前に下層(下地)の格子マークGMをアライメントセンサ32p、32sによって計測し、各格子マークの形状を計測(実際には推定)しておき、その計測結果(推定結果)を光学式の重ね計測器800へ伝達しておくと良い。   Here, the overlay measuring instrument 800 (see FIG. 7) is configured to measure the misalignment between lattice marks by the DBO method, so that the shape of the underlying lattice mark GM itself is normal. Regardless of the case where there is an overlap between the lattice marks GM (see FIG. 21A), and there is a defect in the shape of the underlying lattice mark GM even though the lattice marks GM are accurately overlaid. Similarly (see FIG. 21B), the intensity and phase of a pair of diffracted lights (for example, the same number of positive and negative diffracted lights) from the grating mark GM are asymmetric (see FIG. 21A and FIG. 21B). (See the black arrow in FIG. 21 (b)). Since the overlay measuring instrument 800 obtains the amount of overlay deviation based on the intensity and phase of the pair of diffracted lights, similarly to the alignment sensors 32p and 32s, the overlay accuracy is actually ensured (see FIG. 21 (b)), there is a possibility that it is determined that the overlay accuracy is lowered (overlap measuring instrument 800 is deceived). In order to avoid such distortion of the overlay measuring instrument 800, the lower layer (underground) lattice mark GM is measured by the alignment sensors 32p and 32s before the upper layer pattern is exposed, and the shape of each lattice mark is measured (actually). It is preferable to transmit the measurement result (estimation result) to the optical overlap measuring instrument 800 in advance.

以上説明したように、本実施形態の露光装置10のアライメント系30は、各格子マークGMの位置計測と同時に該格子マークGMからの回折光に基づいて、各格子マークGMについてのスキャトロ計測値を取得することができる。したがって、格子マークの位置情報とスキャトロ計測値とを個別に計測する場合に比べ、スループットの低下を抑制できる。   As described above, the alignment system 30 of the exposure apparatus 10 of the present embodiment calculates the scatter measurement value for each lattice mark GM based on the diffracted light from the lattice mark GM simultaneously with the position measurement of each lattice mark GM. Can be acquired. Therefore, a decrease in throughput can be suppressed as compared with the case where the position information of the lattice mark and the scatter measurement value are individually measured.

また、本実施形態の露光装置10は、スキャトロ計測値を用いて補正係数を修正することによってアライメント結果を補正するので、露光精度を向上させることができる。また、スキャトロ計測値を用いて光学式の重ね計測器800の計測値を補正することもできるので、各パターンの重ね合わせ計測の精度も向上する。   In addition, since the exposure apparatus 10 of the present embodiment corrects the alignment result by correcting the correction coefficient using the scatter measurement value, the exposure accuracy can be improved. Further, since the measurement value of the optical overlay measuring instrument 800 can be corrected using the scatter measurement value, the overlay measurement accuracy of each pattern is also improved.

また、上記実施形態において、ステージ装置20は、ウエハステージ24と計測ステージ26とを有していたが、ステージ装置20の構成は、これに限定されず、適宜変更が可能である。すなわち、図22に示されるステージ装置120のように、ウエハWを保持可能なウエハステージ124を、2つ有していても良い。ステージ装置120では、一方のウエハステージ124に保持されたウエハWに対するアライメント計測動作、及び走査露光動作と並行して、他方のウエハステージ124に対してウエハのロード及びアンロード動作を行うことができる。この場合、一対のウエハステージ124の少なくとも一方が、基準マークが複数形成されたFDバー28を有しており(図22では、一対のウエハステージ124それぞれがFDバー28を有している)、該FDバー28を用いて上記アライメント系30のベースライン計測(キャリブレーション動作)を行う。   Moreover, in the said embodiment, although the stage apparatus 20 had the wafer stage 24 and the measurement stage 26, the structure of the stage apparatus 20 is not limited to this, It can change suitably. That is, like the stage apparatus 120 shown in FIG. 22, two wafer stages 124 that can hold the wafer W may be provided. In the stage apparatus 120, the wafer loading and unloading operations can be performed on the other wafer stage 124 in parallel with the alignment measurement operation and the scanning exposure operation on the wafer W held on the one wafer stage 124. . In this case, at least one of the pair of wafer stages 124 has the FD bar 28 on which a plurality of reference marks are formed (in FIG. 22, each of the pair of wafer stages 124 has the FD bar 28). Baseline measurement (calibration operation) of the alignment system 30 is performed using the FD bar 28.

また、露光装置10は、アライメント系30を備えていなくても良い。この場合、アライメント系30を備える計測装置が露光装置10とは別個に用意されていても良い。計測装置がアライメント動作を行った基板は、搬送装置を用いて露光装置10に搬送されても良い。露光装置10は、計測装置が取得したマーク検出情報を用いて、複数のショット領域の位置座標の補正量を算出し、その後、基板を露光しても良い。或いは、アライメント系30を備える計測装置が存在する場合であっても、露光装置10は、アライメント系30を備えていても良い。この場合、露光装置10は、計測装置が行ったアライメント動作の結果を用いて、更にアライメント動作を行っても良い。なお、このような露光装置と当該露光装置とは別個のアライメント系とを備えた露光システムは、例えば米国特許第4,861,162号明細書に開示されている。   The exposure apparatus 10 may not include the alignment system 30. In this case, a measurement apparatus including the alignment system 30 may be prepared separately from the exposure apparatus 10. The substrate on which the measurement apparatus performs the alignment operation may be transported to the exposure apparatus 10 using a transport apparatus. The exposure apparatus 10 may calculate the correction amount of the position coordinates of the plurality of shot areas using the mark detection information acquired by the measurement apparatus, and then expose the substrate. Alternatively, the exposure apparatus 10 may include the alignment system 30 even when a measuring apparatus including the alignment system 30 exists. In this case, the exposure apparatus 10 may further perform an alignment operation using the result of the alignment operation performed by the measurement apparatus. An exposure system provided with such an exposure apparatus and an alignment system separate from the exposure apparatus is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,861,162.

また、照明光ILは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光や、F2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、エルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、照明光ILの波長は、100nm以上の光に限られず、波長100nm未満の光を用いても良く、軟X線領域(5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を用いるEUV露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。 The illumination light IL is not limited to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), but may be ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm). good. As disclosed in US Pat. No. 7,023,610, single-wavelength laser light in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser as vacuum ultraviolet light is erbium (or A harmonic which is amplified by a fiber amplifier doped with both erbium and ytterbium and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used. Further, the wavelength of the illumination light IL is not limited to light of 100 nm or more, and light having a wavelength of less than 100 nm may be used, and EUV (Extreme Ultraviolet) light in the soft X-ray region (5 to 15 nm wavelength region) is used. The above embodiment can also be applied to an exposure apparatus. In addition, the above embodiment can be applied to an exposure apparatus that uses charged particle beams such as an electron beam or an ion beam.

また、露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。   In addition, the projection optical system in the exposure apparatus may be not only a reduction system but also an equal magnification and an enlargement system, and the projection optical system may be not only a refraction system but also a reflection system or a catadioptric system. The image may be an inverted image or an erect image.

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、米国特許第6,778,257号明細書などに開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。   In the above embodiment, a light transmissive mask (reticle) in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light transmissive substrate is used. As disclosed in, for example, Japanese Patent No. 6,778,257, an electronic mask (variable shaping mask, active pattern) that forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern based on electronic data of a pattern to be exposed. It is also possible to use a mask or an image generator (including a DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light emitting image display element (spatial light modulator)).

また、上記実施形態では、投影光学系と露光対象物体(ウエハ)との間に液体(純水)を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置について説明したが、これに限られない。   In the above-described embodiment, a so-called immersion exposure apparatus that performs an exposure operation in a state where a liquid (pure water) is filled between the projection optical system and an exposure target object (wafer) has been described. Absent.

また、国際公開第2001/035168号などに開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも上記実施形態を適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記実施形態は適用することができる。   Further, as disclosed in International Publication No. 2001/035168, etc., an exposure apparatus (lithography system) that forms a line and space pattern on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W. The above embodiment can also be applied. The above-described embodiment can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that synthesizes a shot area and a shot area.

また、米国特許第6,611,316号明細書などに開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。   Further, as disclosed in US Pat. No. 6,611,316 and the like, two reticle patterns are synthesized on a wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer by one scanning exposure. The above embodiment can also be applied to an exposure apparatus that performs double exposure of two shot areas almost simultaneously.

また、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。   In addition, the object on which the pattern is to be formed in the above embodiment (the object to be exposed to which the energy beam is irradiated) is not limited to the wafer, but may be another object such as a glass plate, a ceramic substrate, a film member, or a mask blank. good.

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、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。   Further, the use of the exposure apparatus is not limited to the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, but an exposure apparatus for liquid crystal that transfers a liquid crystal display element pattern onto a square glass plate, an organic EL, a thin film magnetic head, and an image sensor. (CCD, etc.), micromachines, DNA chips and the like can also be widely applied to exposure apparatuses. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The above embodiment can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern.

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。   An electronic device such as a semiconductor element includes a step of designing a function / performance of a device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, a step of manufacturing a wafer from a silicon material, and an exposure apparatus (pattern formation) according to the above-described embodiment. Apparatus) and a lithography step for transferring a mask (reticle) pattern onto the wafer by the exposure method, a development step for developing the exposed wafer, and an etching step for removing the exposed member other than the portion where the resist remains by etching It is manufactured through a resist removal step for removing a resist that has become unnecessary after etching, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like. In this case, in the lithography step, the exposure method described above is executed using the exposure apparatus of the above embodiment, and a device pattern is formed on the wafer. Therefore, a highly integrated device can be manufactured with high productivity.

以上説明したように、本発明のマーク検出装置、及びマーク検出方法は、物体に設けられたマークを検出するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体上に所定のパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。   As described above, the mark detection apparatus and the mark detection method of the present invention are suitable for detecting a mark provided on an object. The exposure apparatus of the present invention is suitable for forming a predetermined pattern on an object. The device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing micro devices.

10…露光装置、20…ステージ装置、30…アライメント系、32p…プライマリアライメントセンサ、32s…セカンダリアライメントセンサ、GM…格子マーク、W…ウエハ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Exposure apparatus, 20 ... Stage apparatus, 30 ... Alignment system, 32p ... Primary alignment sensor, 32s ... Secondary alignment sensor, GM ... Grid mark, W ... Wafer.

Claims (31)

所定の2次元平面内の第1方向に所定間隔で配置され、物体に設けられたマークを光学系を介して検出する複数の検出装置を有し、該複数の検出装置を用いて前記物体に設けられた複数のマークを同時に検出するマーク検出系と、
前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点深度に関する情報と、前記2次元平面と直交する第2方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御する制御系と、を備えるマーク検出装置。
A plurality of detection devices that are arranged at predetermined intervals in a first direction within a predetermined two-dimensional plane and that detect marks provided on the object via an optical system; A mark detection system for simultaneously detecting a plurality of provided marks;
Each optical of each of the plurality of detection devices based at least on information on the depth of focus of the optical system of each of the plurality of detection devices and information on the position of the object in a second direction orthogonal to the two-dimensional plane. And a control system for controlling a positional relationship between the system and the object.
前記制御系は、複数の検出対象のマークのそれぞれが前記それぞれの光学系の前記焦点深度内に位置するように、前記位置関係を制御する請求項1に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 1, wherein the control system controls the positional relationship such that each of a plurality of detection target marks is positioned within the focal depth of the respective optical system. 前記制御系は、前記複数の検出対象のマークのそれぞれの位置を検出する請求項2に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 2, wherein the control system detects a position of each of the plurality of detection target marks. 前記制御系は、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系のテレセントリック性に起因するマーク位置検出の誤差を補正する、請求項3に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 3, wherein the control system corrects an error in mark position detection caused by the telecentricity of the optical system of each of the plurality of detection apparatuses. 前記複数の検出装置それぞれの前記光学系のテレセントリック性を計測するテレセントリック計測部を更に備える、請求項4に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 4, further comprising a telecentric measurement unit that measures the telecentricity of the optical system of each of the plurality of detection apparatuses. 前記第2方向における、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点と前記物体とのずれ量を用いて、前記誤差を補正する請求項4または請求項5に記載のマーク検出装置。   6. The mark detection device according to claim 4, wherein the error is corrected by using a deviation amount between a focal point of the optical system of each of the plurality of detection devices and the object in the second direction. 7. 前記第2方向における、前記複数の検出装置それぞれの前記光学系の焦点と前記物体とのずれ量を計測するアライメントフォーカス検出部を更に備える、請求項6に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 6, further comprising an alignment focus detection unit that measures an amount of deviation between the focal point of the optical system of each of the plurality of detection apparatuses and the object in the second direction. 前記マークは、回折格子を含み、
前記マーク検出系は、前記回折格子に計測ビームを照射し、前記マークと前記計測ビームを相対移動させつつ、前記計測ビームの前記回折格子からの同一次数の一対の回折光の干渉に基づいて前記マークを検出する請求項1〜7のいずれか一項に記載のマーク検出装置。
The mark includes a diffraction grating,
The mark detection system irradiates the diffraction grating with a measurement beam, and moves the mark and the measurement beam relative to each other, and based on the interference of a pair of diffracted lights of the same order from the diffraction grating of the measurement beam. The mark detection apparatus according to any one of claims 1 to 7, which detects a mark.
前記制御系は、前記2次元平面に直交する第2方向に関する前記物体の位置、及び前記2次元平面に対する前記物体の傾斜量を求める請求項1〜8のいずれか一項に記載のマーク検出装置。   The mark detection apparatus according to claim 1, wherein the control system obtains a position of the object in a second direction orthogonal to the two-dimensional plane and an inclination amount of the object with respect to the two-dimensional plane. . 前記制御系は、前記物体上における、前記複数の検出装置それぞれの検出位置の前記第2方向の位置計測を行うとともに、前記位置計測の結果に基づいて一次近似式を生成し、該一次近似式の傾きに基づいて前記物体の傾斜量を求める請求項9に記載のマーク検出装置。   The control system performs position measurement of the detection positions of the plurality of detection devices on the object in the second direction, generates a primary approximation formula based on the result of the position measurement, and the primary approximation formula The mark detection apparatus according to claim 9, wherein an inclination amount of the object is obtained based on an inclination of the object. 前記制御系は、前記第1方向を横軸とし且つ第2方向を縦軸とする座標系上に前記一次近似式に基づくグラフを生成するとともに、前記位置計測結果を前記グラフ上にプロットし、前記グラフに対して前記第2方向に関して最もプラス方向に離れた点と最もマイナス方向に離れた点との中間点を通るように前記グラフの第2方向の位置を設定し、該グラフの前記縦軸方向の位置に基づいて前記物体の前記第2方向に関する位置を設定する請求項10に記載のマーク検出装置。   The control system generates a graph based on the first-order approximation expression on a coordinate system having the first direction as a horizontal axis and the second direction as a vertical axis, and plots the position measurement result on the graph. A position in the second direction of the graph is set so as to pass through an intermediate point between a point farthest in the plus direction and a point farthest in the minus direction with respect to the second direction with respect to the graph. The mark detection apparatus according to claim 10, wherein a position of the object in the second direction is set based on an axial position. 請求項1〜11のいずれか一項に記載のマーク検出装置と、
前記マーク検出装置の前記制御系が算出した位置に応じて前記物体の位置決めを行う位置決め装置と、
前記位置決め装置により位置決めされた前記物体にエネルギビームで露光することにより所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
The mark detection device according to any one of claims 1 to 11,
A positioning device for positioning the object according to the position calculated by the control system of the mark detection device;
An exposure apparatus comprising: a pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern by exposing the object positioned by the positioning apparatus with an energy beam.
請求項12に記載の露光装置を用いて前記物体を露光することと、
露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。
Exposing the object using the exposure apparatus of claim 12;
Developing the exposed object.
所定の2次元平面内の第1方向に所定間隔で配置された複数の検出装置を含むマーク検出系を用いて、物体に設けられた複数のマークを同時に検出することと、
前記複数の検出装置それぞれの光学系の焦点深度に関する情報と、前記2次元平面と直交する第2方向に関する前記物体の位置に関する情報とに少なくとも基づいて、前記複数の検出装置のそれぞれの前記光学系と前記物体との位置関係を制御することと、を含むマーク検出方法。
Simultaneously detecting a plurality of marks provided on an object using a mark detection system including a plurality of detection devices arranged at predetermined intervals in a first direction within a predetermined two-dimensional plane;
Each optical system of each of the plurality of detection devices based at least on information on the depth of focus of the optical system of each of the plurality of detection devices and information on the position of the object in a second direction orthogonal to the two-dimensional plane. And detecting a positional relationship between the object and the object.
前記制御することでは、複数の検出対象のマークのそれぞれを前記それぞれの光学系の前記焦点深度内に位置させる請求項14に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to claim 14, wherein in the control, each of a plurality of detection target marks is positioned within the focal depth of the respective optical system. 前記複数の検出対象のマークのそれぞれの位置を検出することをさらに含む請求項14又は15に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to claim 14, further comprising detecting a position of each of the plurality of detection target marks. 検出対象のマークが位置する際の前記物体の前記第2方向に関する位置を算出することをさらに含む請求項14〜16のいずれか一項に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to any one of claims 14 to 16, further comprising calculating a position of the object in the second direction when a mark to be detected is located. 前記算出することでは、前記2次元平面に直交する第2方向に関する前記物体の位置、及び前記2次元平面に対する前記物体の傾斜量を求める請求項17に記載のマーク検出方法。   The mark detection method according to claim 17, wherein in the calculation, the position of the object in a second direction orthogonal to the two-dimensional plane and the amount of inclination of the object with respect to the two-dimensional plane are obtained. 前記算出することでは、前記物体上における、前記複数の検出装置それぞれの検出位置の前記第2方向の位置計測を行うとともに、前記位置計測の結果に基づいて一次近似式を生成し、該一次近似式の傾きに基づいて前記物体の傾斜量を求める請求項18に記載のマーク検出方法。   In the calculation, the position of the detection position of each of the plurality of detection devices on the object is measured in the second direction, and a primary approximation formula is generated based on the result of the position measurement. The mark detection method according to claim 18, wherein an inclination amount of the object is obtained based on an inclination of an expression. 前記算出することでは、前記第1方向を横軸とし且つ第2方向を縦軸とする座標系上に前記一次近似式に基づくグラフを生成するとともに、前記位置計測結果を前記グラフ上にプロットし、前記グラフに対して前記第2方向に関して最もプラス方向に離れた点と最もマイナス方向に離れた点との中間点を通るように前記グラフの第2方向の位置を設定し、該グラフの前記縦軸方向の位置に基づいて前記物体の前記第2方向に関する位置を設定する請求項19に記載のマーク検出方法。   In the calculation, a graph based on the first-order approximation expression is generated on a coordinate system having the first direction as the horizontal axis and the second direction as the vertical axis, and the position measurement result is plotted on the graph. , Setting a position in the second direction of the graph so as to pass through an intermediate point between a point farthest in the positive direction and a point farthest in the negative direction with respect to the second direction with respect to the graph, The mark detection method according to claim 19, wherein the position of the object in the second direction is set based on a position in the vertical axis direction. 前記検出することでは、前記マークが有する回折格子に計測ビームを照射し、前記マークと前記計測ビームを相対移動させつつ、前記計測ビームの前記回折格子からの同一次数の一対の回折光の干渉に基づいて前記マークを検出する請求項14〜20のいずれか一項に記載のマーク検出方法。   In the detection, the diffraction grating of the mark is irradiated with a measurement beam, and the mark and the measurement beam are moved relative to each other, while the measurement beam interferes with a pair of diffracted lights of the same order from the diffraction grating. The mark detection method according to any one of claims 14 to 20, wherein the mark is detected based on the mark. 物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造方法であって、
回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第1マークの位置計測を行うとともに、前記第1マークの非対称性に関する非対称計測を行うことと、
前記第1マークの位置計測結果を、前記非対称計測結果に応じた補正係数を用いて補正することと、
前記補正後の前記第1マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第1マーク上に第2マークを重ねて形成することと、
前記第1及び第2マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測することと、
前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正すること、とを含み、
前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造方法。
A device manufacturing method for forming a plurality of patterns on an object,
Measuring the position of the first mark provided on the object using a measuring device that irradiates the mark including the diffraction grating with measurement light, and performing asymmetric measurement related to the asymmetry of the first mark;
Correcting the position measurement result of the first mark using a correction coefficient corresponding to the asymmetric measurement result;
Forming a pattern overlapping the existing pattern on the object based on the position measurement result of the first mark after the correction, and forming a second mark overlapping the first mark;
Measuring the overlay accuracy of the patterns using the first and second marks;
Correcting the correction coefficient when the overlay accuracy measurement result does not satisfy a predetermined condition, and
The measurement apparatus includes an optical member for generating reference light that interferes with diffracted light from the mark of the measurement light, and the position measurement and the asymmetry are performed based on interference between the diffracted light and the reference light. Device manufacturing method for measuring.
前記光学部材は、前記参照光としての回折光又は錯乱光を発生する回折格子を含む請求項22に記載のデバイス製造方法。   23. The device manufacturing method according to claim 22, wherein the optical member includes a diffraction grating that generates diffracted light or confusion light as the reference light. 前記計測装置は、前記計測光を前記物体表面に対して斜入射させる請求項22又は23に記載のデバイス製造方法。   24. The device manufacturing method according to claim 22 or 23, wherein the measurement apparatus makes the measurement light incident obliquely on the object surface. 前記第1マークに関する前記非対称計測は、前記第1マークの位置計測と同時に行われる請求項22〜24のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。   The device manufacturing method according to any one of claims 22 to 24, wherein the asymmetric measurement related to the first mark is performed simultaneously with the position measurement of the first mark. 前記第1及び第2マークを用いた重ね計測は、走査線電子顕微鏡を用いて行われる請求項22〜25のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。   26. The device manufacturing method according to any one of claims 22 to 25, wherein the overlap measurement using the first and second marks is performed using a scanning line electron microscope. 物体上に複数のパターンを重ねて形成するデバイス製造システムであって、
回折格子を含むマークに計測光を照射する計測装置を用いて、前記物体に設けられた第1マークの位置計測を行うとともに、前記第1マークの非対称性に関する非対称計測を行う計測系と、
前記第1マークの位置計測結果を、前記非対称計測結果に応じた補正係数を用いて補正する制御系と、
前記補正後の前記第1マークの位置計測結果に基づいて前記物体上の既設のパターンに重ねてパターンを形成するとともに、前記第1マーク上に第2マークを重ねて形成するパターン形成系と、
前記第1及び第2マークを用いて前記パターン同士の重ね精度を計測する重ね計測系と、を備え、
前記制御系は、前記重ね精度計測結果が所定の条件を満たさない場合に前記補正係数を修正し、
前記計測装置は、前記計測光の前記マークからの回折光と干渉させる参照光を発生するための光学部材を有し、前記回折光と前記参照光との干渉に基づいて前記位置計測及び前記非対称計測を行うデバイス製造システム。
A device manufacturing system for forming a plurality of patterns on an object,
A measurement system that performs measurement of the position of the first mark provided on the object using a measurement device that irradiates the mark including the diffraction grating with measurement light, and performs asymmetric measurement related to the asymmetry of the first mark;
A control system for correcting the position measurement result of the first mark using a correction coefficient according to the asymmetric measurement result;
A pattern forming system for forming a pattern by overlapping the existing pattern on the object based on the position measurement result of the first mark after the correction, and by forming a second mark on the first mark,
An overlay measurement system that measures the overlay accuracy between the patterns using the first and second marks,
The control system corrects the correction coefficient when the overlay accuracy measurement result does not satisfy a predetermined condition,
The measurement apparatus includes an optical member for generating reference light that interferes with diffracted light from the mark of the measurement light, and the position measurement and the asymmetry are performed based on interference between the diffracted light and the reference light. A device manufacturing system that performs measurements.
前記光学部材は、前記参照光としての回折光又は散乱光を発生する回折格子を含む請求項27に記載のデバイス製造システム。   28. The device manufacturing system according to claim 27, wherein the optical member includes a diffraction grating that generates diffracted light or scattered light as the reference light. 前記計測装置は、前記計測光を前記物体表面に対して斜入射させる請求項27又は28に記載のデバイス製造システム。   29. The device manufacturing system according to claim 27 or 28, wherein the measurement apparatus makes the measurement light incident obliquely on the object surface. 前記計測系は、前記第1マークの位置計測と前記第1マークに関する前記非対称計測とを同時に行う請求項27〜29のいずれか一項に記載のデバイス製造システム。   30. The device manufacturing system according to claim 27, wherein the measurement system simultaneously performs position measurement of the first mark and the asymmetric measurement related to the first mark. 前記重ね計測系は、走査線電子顕微鏡を含む請求項27〜29のいずれか一項に記載のデバイス製造システム。   30. The device manufacturing system according to any one of claims 27 to 29, wherein the overlay measurement system includes a scanning line electron microscope.
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