JP2001185474A - Alignment method, alignment device, substrate, mask, and exposure device - Google Patents
Alignment method, alignment device, substrate, mask, and exposure deviceInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
などのマイクロデバイス、さらにはフォトマスク(レチ
クル)の製造工程において用いられる基板及びマスク、
及び当該マスクとそのパターンが転写される基板との位
置合わせを行うアライメント方法及びアライメント装
置、並びに当該方法又は装置を用いて上記マスクに形成
されたパターンの像をフォトレジストが塗布された感光
基板上に転写する露光装置、並びに上記アライメント方
法を用いるデバイス製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, a liquid crystal display device, an image sensor, a thin film magnetic head, a micro device such as a micro machine, and a substrate and a mask used in a manufacturing process of a photomask (reticle).
And an alignment method and an alignment apparatus for performing alignment between the mask and a substrate to which the pattern is transferred, and an image of a pattern formed on the mask using the method or the apparatus is formed on a photosensitive substrate coated with a photoresist. The present invention relates to an exposure apparatus for transferring an image to a device, and a device manufacturing method using the alignment method.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等の製造にお
いては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル(以
下、これらをマスクと総称する)に形成された微細なパ
ターンの像をフォトレジスト等の感光剤が塗布された半
導体ウェハやガラスプレート等の基板上に投影露光する
ことが繰り返し行われる。投影露光を行う際には、基板
の位置と投影されるマスクに形成されたパターン像の位
置とを精密に合わせる必要がある。この位置合わせを行
うために露光装置はアライメント装置を備えている。ア
ライメント装置は、基板に形成されたアライメントマー
クの位置を検出するアライメントセンサと、このアライ
メントセンサによって検出されたアライメントマークの
位置に基づいて基板の位置合わせを行う制御系とから構
成される。2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display devices, and the like, an image of a fine pattern formed on a photomask or reticle (hereinafter, these are collectively referred to as a mask) by using an exposure apparatus is used for forming a photoresist or the like. Projection exposure on a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate coated with a photosensitive agent is repeatedly performed. When performing projection exposure, it is necessary to precisely match the position of the substrate with the position of the pattern image formed on the mask to be projected. In order to perform this alignment, the exposure apparatus includes an alignment device. The alignment apparatus includes an alignment sensor that detects a position of an alignment mark formed on a substrate, and a control system that performs alignment of the substrate based on the position of the alignment mark detected by the alignment sensor.
【0003】半導体素子や液晶表示素子等の製造過程に
おいて測定対象である基板の表面状態(荒れ程度)が変
化するため、単一のアライメントセンサによって基板位
置を正確に検出することは困難であり、一般的には基板
の表面状態に合わせて異なるセンサが使用される。アラ
イメントセンサの主なものには、LSA(Laser StepAl
ignment)方式、FIA(Field Image Alignment)方
式、LIA(Laser Interferometric Alignment)方式
のものがある。以下、これらのアライメントセンサの概
略について説明する。Since the surface state (roughness) of a substrate to be measured changes during the manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, it is difficult to accurately detect the substrate position with a single alignment sensor. Generally, different sensors are used according to the surface condition of the substrate. The main alignment sensors are LSA (Laser StepAl).
ignment), FIA (Field Image Alignment), and LIA (Laser Interferometric Alignment). Hereinafter, outlines of these alignment sensors will be described.
【0004】LSA方式のアライメントセンサは、レー
ザ光を基板に形成されたアライメントマークに照射し、
回折・散乱された光を利用してそのアライメントマーク
の位置を計測するアライメントセンサであり、従来より
種々の製造工程の半導体ウェハに幅広く使用されてい
る。FIA方式のアライメントセンサは、ハロゲンラン
プ等の波長帯域幅の広い光源を用いてアライメントマー
クを照明し、その結果得られたアライメントマークの像
を画像処理して位置計測を行うアライメントセンサであ
り、アルミニウム層や基板表面に形成された非対称なマ
ークの計測に効果的である。LIA方式のアライメント
センサは、基板表面に形成された回折格子状のアライメ
ントマークに、僅かに波長が異なるレーザ光を2方向か
ら照射し、その結果生ずる2つの回折光を干渉させ、こ
の干渉光の位相からアライメントマークの位置情報を検
出するアライメントセンサである。このLIA方式のア
ライメントセンサは、低段差のアライメントマークや基
板表面の荒れが大きい基板に用いると効果的である。An LSA type alignment sensor irradiates a laser beam onto an alignment mark formed on a substrate,
It is an alignment sensor that measures the position of an alignment mark by using diffracted and scattered light, and has been widely used for semiconductor wafers in various manufacturing processes. The FIA type alignment sensor is an alignment sensor that illuminates the alignment mark using a light source having a wide wavelength bandwidth such as a halogen lamp and performs image processing on an image of the obtained alignment mark to perform position measurement. It is effective for measuring asymmetric marks formed on a layer or a substrate surface. The LIA type alignment sensor irradiates a diffraction grating alignment mark formed on the substrate surface with laser light having slightly different wavelengths from two directions, and causes the resulting two diffracted lights to interfere with each other. This is an alignment sensor that detects the position information of the alignment mark from the phase. This LIA type alignment sensor is effective when used for an alignment mark with a low step or a substrate having a large surface roughness.
【0005】近年においては、これらのアライメントセ
ンサの内、スループット向上のためにFIA方式のアラ
イメントセンサを露光装置に備えることが多くなってい
る。上述のようにFIA方式のアライメントセンサは、
得られたアライメントマークの像を画像処理する必要が
あるが、従来は、アライメントマークのエッジ位置を検
出する、いわゆるエッジ検出法を用いてアライメントマ
ークの位置情報を求めるのが一般的である。アライメン
トマークは、矩形のマークを複数形成してなるものであ
り、各マークのエッジでは照明光が散乱又は回折され
る。その結果、反射光の内、アライメントマークのエッ
ジ部分から反射される光量が少なくなる。エッジ検出法
は、アライメントマークを照明した場合にエッジ部分の
反射光の光量が少なくなるという性質を利用してアライ
メントマークの位置情報を得るものである。In recent years, among these alignment sensors, an FIA type alignment sensor is often provided in an exposure apparatus in order to improve throughput. As described above, the FIA type alignment sensor
Although it is necessary to perform image processing on the obtained image of the alignment mark, conventionally, it is general to obtain the position information of the alignment mark using a so-called edge detection method for detecting an edge position of the alignment mark. The alignment mark is formed by forming a plurality of rectangular marks, and illumination light is scattered or diffracted at the edge of each mark. As a result, of the reflected light, the amount of light reflected from the edge of the alignment mark is reduced. The edge detection method obtains position information of the alignment mark by utilizing the property that the amount of reflected light at the edge portion decreases when the alignment mark is illuminated.
【0006】以下、エッジ検出法について概説する。図
14は、エッジ検出法を説明するための図である。FI
A方式のアライメントセンサでは、照明光をアライメン
トマークに照明して得られるアライメントマークの像を
CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子によっ
て画像信号に変換している。周知のように、CCDは多
数の画素を配列した光電変換素子であり、CCDから出
力される画像信号は画素のピッチで空間的にサンプリン
グされた離散的な信号である。図14において、丸印は
CCDから出力される画像信号のサンプリング値を示し
ており、図中の曲線FCは、これらのサンプリング値を
二次関数等の所定の関数でフィッティングして得られた
曲線である。エッジ検出法では、図中丸印が付された離
散値を用いてエッジ位置を検出する。The outline of the edge detection method will be described below. FIG. 14 is a diagram for explaining the edge detection method. FI
In the A-type alignment sensor, an image of the alignment mark obtained by illuminating the alignment mark with illumination light is converted into an image signal by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). As is well known, a CCD is a photoelectric conversion element in which many pixels are arranged, and an image signal output from the CCD is a discrete signal spatially sampled at a pixel pitch. In FIG. 14, circles indicate sampling values of the image signal output from the CCD, and a curve FC in the drawing indicates a curve obtained by fitting these sampling values with a predetermined function such as a quadratic function. It is. In the edge detection method, an edge position is detected using discrete values indicated by circles in the figure.
【0007】エッジ検出法の典型的なアルゴリズムで
は、まず最大傾斜点を見つける。図14に示した画像信
号が得られた場合には、傾斜LS及び傾斜RS各々につ
いて最大傾斜点を求める。CCDは、一般的に同一の大
きさを有する画素を配列してなり、空間的なサンプリン
グ周期は一定となるため、隣接するサンプリング点の図
14中符号Vが付された方向の値の差ΔVが極大となる
箇所を求める。図14に示した例では、傾斜LSについ
ての最大傾斜点は符号P1 が付されたサンプリング点
であり、傾斜RSについての最大傾斜点は符号P2 が
付されたサンプリング点である。In a typical algorithm of the edge detection method, first, a maximum slope point is found. When the image signal shown in FIG. 14 is obtained, the maximum slope point is obtained for each of the slope LS and the slope RS. A CCD generally has pixels arranged in the same size, and the spatial sampling period is constant. Therefore, the difference ΔV between the values of adjacent sampling points in the direction indicated by the symbol V in FIG. Find the location where is maximal. In the example shown in FIG. 14, the maximum inclination point of the slope LS is the sampling point code P 1 is attached, the maximum inclination point of the inclined RS is the sampling point code P 2 is attached.
【0008】次に、求めた最大傾斜点から山登り及び山
下りによって、最も近くに位置する極大値又は極小値を
とる点を見つける。つまり、最大傾斜点P1 又は最大
傾斜点P2 を中心として図中符号H1 が付された方
向又は符号H2 が付された方向に隣接したサンプリン
グ点におけるサンプリング値の差、つまり図中符号Vが
付された方向の値の差ΔVが極小となる点を見つける。
極大値及び極小値をとる点を求めた場合には、これらの
点のサンプリング値をもって、その傾斜の最大値及び最
小値とする。図14に示した例では、傾斜LSについて
は、最大値をとる点は符号P3 が付された点であり、
最小値をとる点は符号P4 が付された点である。ま
た、傾斜RSについては、最大値をとる点は符号P5
が付された点であり、最小値をとる点は符号P4 が付
された点である。[0008] Next, from the obtained maximum slope point, the nearest point having the maximum value or the minimum value is found by climbing and descending. In other words, the difference between the sampling value at the maximum inclination point P 1 or maximum inclination point sampling points reference numeral H 1 is the direction or sign H 2 attached are adjacent in a direction attached around the P 2, i.e. reference numeral A point at which the difference ΔV between the values in the direction to which V is attached is minimized.
When the points where the maximum value and the minimum value are obtained are obtained, the sampling values of these points are used as the maximum value and the minimum value of the slope. In the example shown in FIG. 14, the slope LS is the point having the maximum value is a point code P 3 is attached,
That the minimum value is that the code P 4 is attached. As for tilting the RS, the point having the maximum value code P 5
And in that the attached, that the minimum value is that the code P 4 is attached.
【0009】各傾斜の最大値及び最小値を求めた後、ス
ライスレベルを設定する。スライスレベルは、例えば各
傾斜の最大値と最小値との中間値をもって設定される。
図14に示した例では、傾斜LSのスライスレベルは符
号SL1が付された直線に設定され、傾斜RSのスライ
スレベルは符号SL2が付された直線に設定される。そ
して、スライスレベルSL1が傾斜LSと交差する点E
1 及びスライスレベルSL2が傾斜RSと交差する点
E2 がエッジ位置に設定される。以上の処理をアライ
メントマークの画像信号全体に亘って行い、得られたエ
ッジ位置について平均化処理を施してアライメントマー
クの位置を検出している。After obtaining the maximum value and the minimum value of each gradient, a slice level is set. The slice level is set, for example, with an intermediate value between the maximum value and the minimum value of each slope.
In the example shown in FIG. 14, the slice level of the slope LS is set to a straight line with a reference sign SL1, and the slice level of the slope RS is set to a straight line with a reference sign SL2. Then, a point E at which the slice level SL1 intersects the slope LS
1 and the point E 2 the slice level SL2 intersects the inclined RS is set to the edge position. The above processing is performed over the entire image signal of the alignment mark, and the obtained edge position is averaged to detect the position of the alignment mark.
【0010】また、アライメントマークの位置情報を求
める方法として、上述したエッジ検出法以外にも、相関
法が知られている。相関法としては、例えばテンプレー
ト画像信号を予め用意し、テンプレート画像信号と得ら
れた画像信号との正規化相互相関を、テンプレート画像
信号と入力画像信号との相対位置をずらしながら計算
し、相対位置に依存する相関関数を算出して相関関数の
ピーク位置を求める正規化相互相関法がある。また、他
の相関法として、入力画像信号に対称性がある場合に用
いられる自己相関法がある。自己相関法は、画像信号を
対称点近傍と思われる位置で2分し、対象点を基準に一
方の位置座標を反転させて相関を計算する方法である。In addition to the edge detection method described above, a correlation method is known as a method for obtaining position information of an alignment mark. As a correlation method, for example, a template image signal is prepared in advance, and a normalized cross-correlation between the template image signal and the obtained image signal is calculated while shifting the relative position between the template image signal and the input image signal. There is a normalized cross-correlation method that calculates a correlation function depending on the correlation function and obtains a peak position of the correlation function. As another correlation method, there is an autocorrelation method used when the input image signal has symmetry. The autocorrelation method is a method in which an image signal is divided into two at a position considered to be near a symmetric point, and one position coordinate is inverted with respect to a target point to calculate a correlation.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、エッジ検出
法を用いてアライメントマークの位置情報を計測する際
には、CCDから得られる画像信号の波形が一定である
ことが望ましい。なぜならば、アライメントマークの位
置情報を計測する毎に画像信号の波形が変化すると、エ
ッジ位置の検出精度が低下する結果、アライメントマー
クの位置情報の計測精度が低下したり、場合によっては
アライメントマークの位置情報そのものを検出すること
ができなくなるからである。そこで、従来のアライメン
トセンサは、エッジ検出法以外にも上述した相関法等の
検出アルゴリズムを予め用意しておき、基板の種類毎に
最適な検出アルゴリズムを選択してアライメントマーク
の位置情報を計測している。Incidentally, when measuring the position information of the alignment mark by using the edge detection method, it is desirable that the waveform of the image signal obtained from the CCD is constant. This is because if the waveform of the image signal changes each time the position information of the alignment mark is measured, the detection accuracy of the edge position is reduced. As a result, the measurement accuracy of the position information of the alignment mark is reduced, and in some cases, the position of the alignment mark is reduced. This is because the position information itself cannot be detected. Therefore, the conventional alignment sensor prepares a detection algorithm such as the above-described correlation method in addition to the edge detection method in advance, selects an optimal detection algorithm for each type of substrate, and measures the position information of the alignment mark. ing.
【0012】しかしながら、アライメントマークを計測
する際のその表面状態はアライメントマーク毎に異な
る。図16は、計測時におけるアライメントマークの表
面状態の一例を示す図である。図16に示したアライメ
ントマーク100は、矩形のマーク要素101〜マーク
要素104をその長手方向と直交な方向に配列したもの
であり、いわゆるライン・アンド・スペースのアライメ
ントマークである。アライメントセンサによってアライ
メントマーク100の位置情報を計測する際には、通常
その表面にフォトレジスト105が塗布されている。However, the surface condition of the alignment mark when it is measured differs for each alignment mark. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the surface state of the alignment mark at the time of measurement. The alignment mark 100 shown in FIG. 16 is a so-called line-and-space alignment mark in which rectangular mark elements 101 to 104 are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction. When the position information of the alignment mark 100 is measured by the alignment sensor, a photoresist 105 is usually applied to the surface thereof.
【0013】一般的にフォトレジスト105は、スピン
コータで基板表面に塗布され、その厚みは基板表面全体
に亘って表面から所定の厚みに均一に塗布される訳では
ない。よって、図15に示したように、例えばマーク要
素101〜104が形成されていない箇所、つまりスペ
ースの箇所にはフォトレジスト105が厚みT2 で塗
布され、マーク要素103上には厚みT2 よりも厚い
厚みT1 でフォトレジスト105が塗布されることが
考えられる。FIA方式のアライメントセンサは、照明
光がフォトレジスト105内において極力干渉縞が形成
されないよう、ハロゲンランプ等の波長帯域の広い光源
を用いているが、この光源から出射された照明光はフォ
トレジスト105内において干渉縞が形成されることは
ないが、多重反射する結果、反射光全体の光量が低減又
は増加する。In general, the photoresist 105 is applied to the surface of a substrate by a spin coater, and the thickness of the photoresist 105 is not uniformly applied from the surface to a predetermined thickness over the entire surface of the substrate. Therefore, as shown in FIG. 15, for example, place the mark elements 101 to 104 are not formed, that is, the portion of the space photoresist 105 is applied to a thickness T 2, than the thickness T 2 are on the mark element 103 the photoresist 105 is considered to be applied in thicker T 1. The FIA type alignment sensor uses a light source having a wide wavelength band, such as a halogen lamp, so that the illumination light does not form interference fringes in the photoresist 105 as much as possible. No interference fringes are formed in the light source, but as a result of multiple reflection, the amount of reflected light as a whole decreases or increases.
【0014】反射光の光量が変化することによって、ア
ライメントマーク100の像をCCDで受光して得られ
る画像信号の波形が変化する。図16は、CCDから出
力される画像信号の変化を示す図である。図16中に示
したアライメントマーク100をアライメントセンサで
検出して得られる画像信号は、図中S100を付した画
像信号のように、マーク要素101及びマーク要素10
2が形成されている部分で強度が低くなる場合がある。
この画像信号S100は、マーク要素101及びマーク
要素102が形成された箇所において、照明光及び反射
光がレジスト105内で反射及び干渉して弱め合うため
に強度が低下する。また、図16中符号S110を付し
た画像信号のように、マーク101及びマーク102の
エッジ部分のみで強度が低くなるものがある。When the amount of reflected light changes, the waveform of an image signal obtained by receiving the image of the alignment mark 100 by the CCD changes. FIG. 16 is a diagram showing a change in an image signal output from the CCD. The image signal obtained by detecting the alignment mark 100 shown in FIG. 16 by the alignment sensor is similar to the image signal marked with S100 in FIG.
In some cases, the strength is reduced at the portion where 2 is formed.
The intensity of the image signal S100 is reduced because the illumination light and the reflected light are reflected and interfere with each other in the resist 105 and are weakened at the position where the mark element 101 and the mark element 102 are formed. In addition, as in the case of an image signal denoted by reference symbol S110 in FIG. 16, there is a signal in which the intensity is reduced only at the edge portions of the marks 101 and 102.
【0015】この画像信号S110は、マーク101,
102の中央部分が形成された部分がほぼ平坦であり、
スペースの部分の反射率と同程度の反射率を有するため
信号強度が高いが、マーク101,102のエッジ部分
においては、照明光が散乱及び回折されて反射光の光量
が低下するため、強度が低くなる。なお、本明細書中に
おいては、図16中の画像信号S100のように、マー
ク要素が形成された箇所全体に亘って信号強度が低い画
像信号を「シングルマークの画像信号」と称し、画像信
号S110のように、マークのエッジ部分においてのみ
信号強度が低い画像信号を「ダブルマークの画像信号」
と称する。同様に、画像信号を強度信号に変換した場合
には「シングルマークの強度信号」又は「ダブルマーク
の強度信号」と称する。The image signal S110 includes a mark 101,
The portion where the central portion of 102 is formed is almost flat,
Although the signal intensity is high because it has the same reflectance as the reflectance of the space portion, the illumination light is scattered and diffracted at the edges of the marks 101 and 102, and the intensity of the reflected light is reduced. Lower. In this specification, an image signal having a low signal intensity over the entire area where a mark element is formed, such as an image signal S100 in FIG. As in S110, an image signal having a low signal intensity only at an edge portion of a mark is referred to as a "double mark image signal".
Called. Similarly, when an image signal is converted into an intensity signal, it is referred to as a “single mark intensity signal” or a “double mark intensity signal”.
【0016】アライメントセンサでアライメントマーク
100の位置情報を計測するときには、基板表面の状態
に応じて上記シングルマークの画像信号又はダブルマー
クの画像信号が検出される。エッジ検出法を用いる場
合、図16に示した形状のシングルマークの画像信号又
はダブルマークの画像信号が得られた場合には、問題な
くスライスレベルから各マークのエッジ位置を検出する
ことができ、その結果精度良くアライメントマーク10
0の位置情報を計測することができると考えられる。し
かしながら、アライメントマーク100の画像信号は、
図16に示したシングルマークの画像信号やダブルマー
クの画像信号のような滑らかな画像信号が得られること
は少なく、これらが混じり合った画像信号が検出される
ことが多い。このような場合には、エッジ検出法でアラ
イメントマーク100の位置情報を精度良く計測するこ
とができず、場合によってはアライメントマーク100
の位置情報すら計測することができなくなる。When the position information of the alignment mark 100 is measured by the alignment sensor, the image signal of the single mark or the image signal of the double mark is detected according to the state of the substrate surface. In the case of using the edge detection method, when a single mark image signal or a double mark image signal having the shape shown in FIG. 16 is obtained, the edge position of each mark can be detected from the slice level without any problem. As a result, the alignment mark 10 is accurately formed.
It is considered that 0 position information can be measured. However, the image signal of the alignment mark 100 is
Smooth image signals such as the single mark image signal and the double mark image signal shown in FIG. 16 are rarely obtained, and an image signal in which these are mixed is often detected. In such a case, the position information of the alignment mark 100 cannot be accurately measured by the edge detection method.
Even the position information cannot be measured.
【0017】一方、前述した相関法の内、正規化相互相
関法を用いる場合には、例えば、シングルマークの画像
信号をテンプレート画像信号として予め用意し、得られ
た画像信号との相関関数を算出する。この場合、得られ
る画像信号がシングルマークの画像信号であればアライ
メントマーク100の位置情報を計測するのに有用であ
るが、得られる画像信号がダブルマークの画像信号であ
る場合には、計測精度の低下を招くことが考えられ、場
合によってはアライメントマークの位置情報を計測する
ことすらできなくなる。シングルマークの画像信号とダ
ブルマークの画像信号とをテンプレート画像信号として
予め用意し、得られる画像信号に応じて何れかのテンプ
レート画像信号を用いることが考えられる。また、前述
した自己相関法は、画像信号の対象性が高い場合には有
用である。On the other hand, when using the normalized cross-correlation method among the above-mentioned correlation methods, for example, a single mark image signal is prepared in advance as a template image signal, and a correlation function with the obtained image signal is calculated. I do. In this case, if the obtained image signal is a single mark image signal, it is useful for measuring the position information of the alignment mark 100. However, if the obtained image signal is a double mark image signal, the measurement accuracy is high. In some cases, it is impossible to even measure the position information of the alignment mark. It is conceivable that a single mark image signal and a double mark image signal are prepared in advance as template image signals, and one of the template image signals is used according to the obtained image signal. The autocorrelation method described above is useful when the symmetry of the image signal is high.
【0018】アライメントマーク100の位置情報の計
測時において、シングルマークの画像信号が得られるか
又はダブルマークの画像信号が得られるかは、フォトレ
ジスト105の膜厚、フォトレジスト105の均一性、
照明条件等によって異なり、得られる画像信号に応じて
アライメントマークの位置情報を計測する検出アルゴリ
ズムの内、どの検出アルゴリズムを用いるかを決定しな
ければならない。しかしながら、この処理は極めて冗長
な処理であり、しかも、各アライメントマーク毎に行わ
なければならないのでスループットの低下を招く虞があ
る。また、検出された画像信号に対して、選択された検
出アルゴリズムが必ずしも適正でない場合があり、精度
の高いマーク位置の検出ができない場合があった。When measuring the position information of the alignment mark 100, whether the single mark image signal or the double mark image signal is obtained depends on the thickness of the photoresist 105, the uniformity of the photoresist 105,
It depends on the lighting conditions and the like, and it is necessary to determine which of the detection algorithms for measuring the position information of the alignment mark in accordance with the obtained image signal. However, this process is extremely redundant, and must be performed for each alignment mark, which may cause a decrease in throughput. Further, the selected detection algorithm may not always be appropriate for the detected image signal, and it may not be possible to detect a mark position with high accuracy.
【0019】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、アライメント処理の高速化及
び高精度化を図ることを目的とする。The present invention has been made in view of such problems of the conventional technology, and has as its object to increase the speed and accuracy of alignment processing.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施形
態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、本
発明の構成又は各構成要件は、これら参照符号によって
拘束されるものに限定されない。Hereinafter, in the examples shown in this section, for ease of understanding, each constituent element of the present invention will be described with typical reference numerals shown in the drawings of the embodiments. The configuration of the present invention or each component requirement is not limited to those restricted by these reference numerals.
【0021】上記課題を解決するために、本発明のアラ
イメント方法は、基板(W)の姿勢を所定の基準に整合
させるアライメント方法であって、前記基板上で配列方
向(X軸方向)に直交する方向(Y軸方向)に位置ずれ
した状態で互いに反転するように配列された第1及び第
2マーク要素(m11〜m15、m21〜m26)を含
むマーク(AM)をその配列方向に電気光学的に走査し
て、前記第1及び第2マーク要素の前記配列方向に関し
て強度変化する第1及び第2光強度信号を検出するステ
ップ(S12〜S14)と、前記第1光強度信号と前記
第2光強度信号とを加算して得られる第3光強度信号に
基づいて前記マークの位置を特定するステップ(S1
6)と、を備えたことを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, an alignment method according to the present invention is an alignment method for aligning a posture of a substrate (W) with a predetermined reference, wherein the alignment is orthogonal to an arrangement direction (X-axis direction) on the substrate. Marks (AM) including first and second mark elements (m 11 to m 15 , m 21 to m 26 ) arranged so as to be inverted with respect to each other while being displaced in a direction (Y-axis direction). Detecting first and second light intensity signals that change in intensity with respect to the arrangement direction of the first and second mark elements by scanning optically in a direction (S12 to S14); Specifying the position of the mark based on a third light intensity signal obtained by adding the signal and the second light intensity signal (S1)
6).
【0022】この発明によれば、配列方向に直交する方
向に位置ずれした状態で互いに反転するように配列され
た第1及び第2マーク要素を電気光学的に走査して第1
光強度信号及び第2光強度信号を得て、当該第1光強度
信号と第2光強度信号とを加算して第3光強度信号を算
出してマークの位置を算出しているので、第1光強度信
号及び第2光強度信号がシングルマーク又はダブルマー
クの強度信号であっても、得られる第3光強度信号は必
ずダブルマークの強度信号となるため、検出アルゴリズ
ムの選択を行う必要が無く、常に安定してアライメント
マークの位置情報を検出することができ、その結果スル
ープットの向上を図ることができる。According to the present invention, the first and second mark elements arranged so as to be inverted with respect to each other while being displaced in the direction orthogonal to the arrangement direction are electro-optically scanned to perform the first mark element.
Since the light intensity signal and the second light intensity signal are obtained, the first light intensity signal and the second light intensity signal are added to calculate the third light intensity signal, and the position of the mark is calculated. Even if the first light intensity signal and the second light intensity signal are single mark or double mark intensity signals, the obtained third light intensity signal is always a double mark intensity signal, so it is necessary to select a detection algorithm. Therefore, the position information of the alignment mark can always be stably detected, and as a result, the throughput can be improved.
【0023】特に限定されないが、前記基板には、感光
基板(W)やマスク(2)が含まれる。また、前記マー
ク(AM)は、前記第1及び第2マーク要素を第1方向
に配列した第1方向マーク(am1,am2)と、前記
第1及び第2マーク要素を前記第1方向に直交する第2
方向に配列した第2方向マーク(am11,am12)
とを含むことが好ましい。更に、前記マーク(AM)は
チェック状であってもよい。また、前記第1及び第2マ
ーク要素は所定のピッチで規則的に形成されていてもよ
く、あるいは前記第1及び第2マーク要素はその配列デ
ューティがランダムとなるように形成されていてもよ
い。Although not particularly limited, the substrate includes a photosensitive substrate (W) and a mask (2). In addition, the mark (AM) includes a first direction mark (am1, am2) in which the first and second mark elements are arranged in a first direction, and the first and second mark elements are orthogonal to the first direction. Second
Second direction marks (am11, am12) arranged in the direction
It is preferable to include Further, the mark (AM) may be in a check form. Further, the first and second mark elements may be formed regularly at a predetermined pitch, or the first and second mark elements may be formed such that their arrangement duties are random. .
【0024】また、本発明のアライメント装置は、基板
(W)の姿勢を所定の基準に整合させるアライメント装
置であって、前記基板の姿勢を調整する姿勢調整装置
(8、9、12)と、前記基板上で配列方向(X軸方
向)に直交する方向(Y軸方向)に位置ずれした状態で
互いに反転するように配列された第1及び第2マーク要
素を含む(m11〜m15、m21〜m26)マーク
(AM)をその配列方向に電気光学的に走査して、前記
第1及び第2マーク要素の前記配列方向に関して強度変
化する第1及び第2光強度信号を検出する検出装置(1
4、18)と、前記第1光強度信号と前記第2光強度信
号とを加算した第3光強度信号に基づいて、前記基板が
所定の基準に整合するように前記姿勢調整装置(8、
9、12)を制御する制御装置(13)とを備えたこと
を特徴としている。この発明によれば、上記アライメン
ト方法と同様の効果が得られる。[0024] The alignment apparatus of the present invention is an alignment apparatus for adjusting the attitude of the substrate (W) to a predetermined reference, the attitude adjusting apparatus (8, 9, 12) for adjusting the attitude of the substrate. A first mark element and a second mark element arranged so as to be mutually inverted in a state of being displaced in a direction (Y-axis direction) orthogonal to an arrangement direction (X-axis direction) on the substrate (m 11 to m 15 , m 21 to m 26 ) The mark (AM) is electro-optically scanned in the arrangement direction to detect first and second light intensity signals whose intensity changes in the arrangement direction of the first and second mark elements. Detection device (1
4, 18) and a third light intensity signal obtained by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal, so that the posture adjusting device (8,
And a control device (13) for controlling (9, 12). According to the present invention, the same effect as the above-described alignment method can be obtained.
【0025】また、本発明の露光装置は、マスク(2)
のパターンの像を感光基板(W)に投写する露光装置に
おいて、前記感光基板(W)及び前記マスク(2)の少
なくとも一方の姿勢を調整する姿勢調整装置(3,5,
8,9,12)と、前記感光基板上で配列方向(X軸方
向)に直交する方向に位置ずれした状態で互いに反転す
るように配列された第1及び第2マーク要素(m11〜
m15、m21〜m2 6)を含むマーク(AM)をその
配列方向に電気光学的に走査して、前記第1及び第2マ
ーク要素の前記配列方向に関して強度変化する第1及び
第2光強度信号を検出する検出装置(14,18)と、
前記第1光強度信号と前記第2光強度信号とを加算した
第3光強度信号に基づいて、前記基板と前記マスクの姿
勢が互いに整合するように前記姿勢調整装置(3,8,
9,12)を制御する制御装置(13)とを備えたこと
を特徴としている。この発明によれば、上記アライメン
ト方法及びアライメント装置と同様の効果が得られる。The exposure apparatus according to the present invention further comprises a mask (2)
In an exposure apparatus for projecting the image of the pattern on the photosensitive substrate (W), a posture adjusting device (3,5) for adjusting the posture of at least one of the photosensitive substrate (W) and the mask (2).
8, 9, 12) and first and second mark elements (m 11 to m 11) arranged so as to be mutually inverted while being displaced in a direction orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction) on the photosensitive substrate.
m 15, m 21 ~m 2 6 ) by electro-optically scanned in the arrangement direction of the mark (AM) comprising a first and a second to change in intensity with respect to the arrangement direction of the first and second mark element Detecting devices (14, 18) for detecting a light intensity signal;
Based on a third light intensity signal obtained by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal, the posture adjustment device (3, 8,...) Adjusts the postures of the substrate and the mask to each other.
(9, 12). According to the present invention, the same effects as those of the above-described alignment method and alignment apparatus can be obtained.
【0026】また、本発明の基板(W)は、配列方向
(X軸方向、Y軸方向)に直交する方向(Y軸方向、X
軸方向)に位置ずれした状態で互いに反転するように配
列された第1及び第2マーク要素(m11〜m15、m
21〜m26、m31〜m35、m41〜m46)を含
むアライメントマーク(AM)が形成されたことを特徴
としている。Further, the substrate (W) of the present invention is arranged in a direction (Y-axis direction, X-axis direction, X-axis direction, Y-axis direction) orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction, Y-axis direction).
The first and second mark elements (m 11 to m 15 , m 15 ) arranged to be inverted from each other while being displaced in the axial direction).
Is characterized in that 21 ~m 26, m 31 ~m 35 , m 41 ~m 46) alignment marks comprising (AM) is formed.
【0027】また、本発明のマスク(2)は、配列方向
(X軸方向、Y軸方向)に直交する方向(Y軸方向、X
軸方向)に位置ずれした状態で互いに反転するように配
列された第1及び第2マーク要素を含むアライメントマ
ークが形成されたことを特徴としている。Further, the mask (2) of the present invention can be arranged in a direction (Y-axis direction, X-axis direction, X-axis direction, Y-axis direction) orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction, Y-axis direction).
An alignment mark including first and second mark elements arranged so as to be inverted with respect to each other while being displaced in the (axial direction) is formed.
【0028】また、本発明のマスクは、配列方向(X軸
方向、Y軸方向)に直交する方向(Y軸方向、X軸方
向)に位置ずれした状態で互いに反転するように配列さ
れた第1及び第2マーク要素パターンを含むマークパタ
ーンが形成されたことを特徴としている。この発明によ
れば、感光基板又はマスク上に配列方向(X軸方向、Y
軸方向)に直交する方向(Y軸方向、X軸方向)に位置
ずれした状態で互いに反転するように配列された第1及
び第2マーク要素(m11〜m15、m21〜m 26、
m31〜m35、m41〜m46)を含むアライメント
マーク(AM)を形成することができる。Further, the mask of the present invention is arranged in the arrangement direction (X-axis).
Direction (Y-axis direction)
Are arranged in such a way that they are reversed
Mark pattern including first and second mark element patterns
Is formed. According to the invention
If so, the arrangement direction (X-axis direction, Y-axis direction)
Position in the direction (Y-axis direction, X-axis direction) orthogonal to
First and second arrays arranged to be inverted from each other in a shifted state
And the second mark element (m11~ MFifteen, M21~ M 26,
m31~ M35, M41~ M46) Including alignment
Marks (AM) can be formed.
【0029】また、本発明のデバイス製造方法は、前記
第1及び第2マーク要素(m11〜m15、m21〜m
26)を含むマーク(AM)が形成された基板(W)上
にフォトレジストを塗布し、請求項1に記載のアライメ
ント方法を用いてマスク(2)と前記基板とのアライメ
ントを行いながら前記マスクのパターンを前記フォトレ
ジストに転写する工程を含むことを特徴としている。Further, in the device manufacturing method of the present invention, the first and second mark elements (m 11 to m 15 , m 21 to m
26 ) A photoresist is applied onto the substrate (W) on which the mark (AM) including the mask (2) is formed, and the mask is aligned while performing alignment between the mask (2) and the substrate using the alignment method according to claim 1. And transferring the pattern to the photoresist.
【0030】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施形態に係
る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置
は、オフアクシス方式のアライメントセンサを備えたス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. This exposure apparatus is a step-and-repeat type exposure apparatus including an off-axis type alignment sensor.
【0031】この実施形態では、アライメントセンサを
用いてウェハWに形成されたアライメントマークの位置
情報を計測し、計測された位置情報に基づいてウェハW
の位置を調整する場合について説明するが、マスクの位
置情報を計測して位置を調整する場合も同様に適用する
ことができる。In this embodiment, the position information of the alignment mark formed on the wafer W is measured using the alignment sensor, and the position of the wafer W is measured based on the measured position information.
The case where the position is adjusted will be described, but the case where the position is adjusted by measuring the position information of the mask can be similarly applied.
【0032】以下の説明においては、図1中に示された
XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参
照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直
交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対して平行となるよ
う設定され、Y軸が紙面に対して垂直となる方向に設定
されている。図中のXYZ座標系は、実際にはXY平面
が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設
定される。In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Z axis are set to be parallel to the paper surface, and the Y axis is set to a direction perpendicular to the paper surface. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.
【0033】図1において、照明光学系1は後述する主
制御系13から露光光出射を指示する制御信号が出力さ
れた場合に、ほぼ均一の照度を有する露光光ELを出射
してマスク2を照射する。露光光ELの光軸はZ軸方向
に対して平行に設定されている。上記露光光ELとして
は、例えばg線(436nm)、i線(365nm)、
KrFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマ
レーザ(193nm)、F2 レーザ(157nm)が
用いられる。In FIG. 1, when a control signal for instructing emission of exposure light is output from a main control system 13, which will be described later, an illumination optical system 1 emits exposure light EL having substantially uniform illuminance to cause the mask 2 to emit light. Irradiate. The optical axis of the exposure light EL is set parallel to the Z-axis direction. Examples of the exposure light EL include g-line (436 nm), i-line (365 nm),
KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193nm), F 2 laser (157 nm) is used.
【0034】マスク2は、フォトレジストが塗布された
ウェハ(基板)W上に転写するための微細なパターンを
有し、マスクホルダ3上に保持される。マスクホルダ3
はベース4上のXY平面内で移動及び微小回転ができる
ように支持されている。装置全体の動作を制御する主制
御系13が、ベース4上の駆動装置5を介してマスクス
テージ3の動作を制御して、マスク2の位置を設定す
る。The mask 2 has a fine pattern to be transferred onto a wafer (substrate) W coated with a photoresist, and is held on a mask holder 3. Mask holder 3
Is supported on the base 4 so that it can move and minutely rotate in the XY plane. A main control system 13 that controls the operation of the entire apparatus controls the operation of the mask stage 3 via the driving device 5 on the base 4 to set the position of the mask 2.
【0035】露光光ELが照明光学系1から出射された
場合には、マスク2のパターン像が投影光学系6を介し
てウェハW上に設定された各ショット領域に投影され
る。投影光学系6は複数のレンズ等の光学素子を有し、
その光学素子の硝材としては露光光ELの波長に応じて
石英、蛍石等の光学材料から選択される。ウェハWはウ
ェハホルダ7を介してZステージ8に載置されている。
Zステージ8は、ウェハWのZ軸方向の位置を微調整さ
せるステージである。また、Zステージ8はXYステー
ジ9上に載置されている。XYステージ9は、XY平面
内にウェハWを移動させるステージである。なお、図示
は省略しているが、ウェハWをXY平面内で微小回転さ
せるステージ及びZ軸に対する角度を変化させてXY平
面に対するウェハWの傾きを調整するステージを設けて
もよい。When the exposure light EL is emitted from the illumination optical system 1, the pattern image of the mask 2 is projected onto each shot area set on the wafer W via the projection optical system 6. The projection optical system 6 has optical elements such as a plurality of lenses,
The glass material of the optical element is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the exposure light EL. The wafer W is mounted on a Z stage 8 via a wafer holder 7.
The Z stage 8 is a stage for finely adjusting the position of the wafer W in the Z-axis direction. The Z stage 8 is mounted on the XY stage 9. The XY stage 9 is a stage that moves the wafer W within the XY plane. Although not shown, a stage for slightly rotating the wafer W in the XY plane and a stage for changing the angle with respect to the Z axis to adjust the inclination of the wafer W with respect to the XY plane may be provided.
【0036】ウェハホルダ7の上面の一端にはL字型の
移動鏡10が取り付けられ、移動鏡10の鏡面に対向し
た位置にレーザ干渉計11が配置されている。図1では
図示を簡略化しているが、移動鏡10はX軸に垂直な鏡
面を有する平面鏡及びY軸に垂直な鏡面を有する平面鏡
から構成されている。また、レーザ干渉計11は、X軸
に沿って移動鏡11にレーザビームを照射する2個のX
軸用のレーザ干渉計及びY軸に沿って移動鏡11にレー
ザビームを照射するY軸用のレーザ干渉計より構成さ
れ、X軸用の1個のレーザ干渉計及びY軸用の1個のレ
ーザ干渉計により、ウェハステージ7のX座標及びY座
標が計測される。An L-shaped movable mirror 10 is attached to one end of the upper surface of the wafer holder 7, and a laser interferometer 11 is disposed at a position facing the mirror surface of the movable mirror 10. Although the illustration is simplified in FIG. 1, the movable mirror 10 is constituted by a plane mirror having a mirror surface perpendicular to the X axis and a plane mirror having a mirror surface perpendicular to the Y axis. In addition, the laser interferometer 11 irradiates the movable mirror 11 with a laser beam along the X-axis.
A laser interferometer for the X axis and a laser interferometer for the Y axis for irradiating the movable mirror 11 with a laser beam along the Y axis, one laser interferometer for the X axis and one for the Y axis. The X and Y coordinates of the wafer stage 7 are measured by the laser interferometer.
【0037】また、X軸用の2個のレーザ干渉計の計測
値の差により、ウェハホルダ7のXY平面内における回
転角が計測される。レーザ干渉計11により計測された
X座標、Y座標及び回転角の情報はステージ駆動系12
に供給される。これらの情報は位置情報としてステージ
駆動系12から主制御系13へ出力される。主制御系1
3は、供給された位置情報をモニターしつつステージ駆
動系12を介して、ウェハホルダ7の位置決め動作を制
御する。なお、図1には示していないが、マスクホルダ
3にもウェハホルダ7に設けられた移動鏡及びレーザ干
渉計と同様のものが設けられており、マスクホルダ3の
XYZ位置等の情報が主制御系13に入力される。The rotation angle of the wafer holder 7 in the XY plane is measured based on the difference between the measured values of the two X-axis laser interferometers. The information of the X coordinate, the Y coordinate, and the rotation angle measured by the laser interferometer 11
Supplied to These pieces of information are output from the stage drive system 12 to the main control system 13 as position information. Main control system 1
Reference numeral 3 controls the positioning operation of the wafer holder 7 via the stage drive system 12 while monitoring the supplied position information. Although not shown in FIG. 1, the mask holder 3 is also provided with a movable mirror and a laser interferometer provided on the wafer holder 7, and information such as the XYZ position of the mask holder 3 is mainly controlled. Input to the system 13.
【0038】投影光学系6の側方にはオフ・アクシスの
アライメントセンサ14が設けられている。このアライ
メントセンサ14は、本発明の一実施形態による露光装
置が備える本発明の一実施形態によるアライメント装置
の一部をなすものであり、FIA(Field Image Alignm
ent)方式に適用した場合のアライメント装置である。
アライメントセンサ14には、ハロゲンランプ15から
光ファイバ16を介してウェハWを照明するための照射
光が入射される。ここで、照明光の光源としてハロゲン
ランプ15を用いるのは、ハロゲンランプ15の出射光
の波長域は500〜800nmであり、ウェハW上面に
塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるた
め、及び波長帯域が広く、ウェハW表面における反射率
の波長特性の影響を軽減することができるためである。An off-axis alignment sensor 14 is provided beside the projection optical system 6. The alignment sensor 14 forms a part of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, and is an FIA (Field Image Alignm).
ent) method.
Irradiation light for illuminating the wafer W from the halogen lamp 15 via the optical fiber 16 is incident on the alignment sensor 14. Here, the halogen lamp 15 is used as the light source of the illumination light because the wavelength range of the light emitted from the halogen lamp 15 is 500 to 800 nm, which is a wavelength range in which the photoresist applied to the upper surface of the wafer W is not exposed. This is because the influence of the wavelength characteristic of the reflectance on the surface of the wafer W can be reduced.
【0039】アライメントセンサ14から出射された照
明光はプリズムミラー17によって反射された後、ウェ
ハW上面を照射する。アライメントセンサ14は、ウェ
ハW上面の反射光をプリズムミラー17を介して取り入
れ、検出結果を電気信号に変換してアライメント信号処
理系18に出力する。アライメント信号処理系18は、
アライメントセンサ14から出力される検出結果に基づ
いて、アライメントセンサ14の焦点位置に対するウェ
ハWに形成されたストリートラインSLの位置ずれ(デ
フォーカス量)及びアライメントマークAMのXY平面
内における位置を求め、これらをウェハ位置情報として
主制御系13へ出力する。The illumination light emitted from the alignment sensor 14 is reflected by the prism mirror 17 and irradiates the upper surface of the wafer W. The alignment sensor 14 takes in the reflected light on the upper surface of the wafer W via the prism mirror 17, converts the detection result into an electric signal, and outputs the electric signal to the alignment signal processing system 18. The alignment signal processing system 18
Based on the detection result output from the alignment sensor 14, the position shift (defocus amount) of the street line SL formed on the wafer W with respect to the focal position of the alignment sensor 14 and the position of the alignment mark AM in the XY plane are obtained. These are output to the main control system 13 as wafer position information.
【0040】主制御系13は、ステージ駆動系12から
出力される位置情報及びアライメント信号処理系18か
ら出力されるウェハ位置情報に基づき露光装置の全体動
作を制御する。具体的に説明すると、主制御系13は、
アライメント信号処理系18から出力されるウェハ位置
情報に基づいて駆動装置12に対して駆動制御信号を出
力する。駆動装置12はこの駆動制御信号に基づき、X
Yステージ9やZステージ8をステッピング駆動する。The main control system 13 controls the overall operation of the exposure apparatus based on the position information output from the stage drive system 12 and the wafer position information output from the alignment signal processing system 18. More specifically, the main control system 13
A drive control signal is output to the drive device 12 based on the wafer position information output from the alignment signal processing system 18. The drive device 12 determines the X based on the drive control signal.
The Y stage 9 and the Z stage 8 are driven by stepping.
【0041】このとき、主制御系13は、まずウェハW
に形成された基準マークの位置が位置検出センサによっ
て検出されるように駆動装置12に対して駆動制御信号
を出力する。駆動装置12がXYステージ9を駆動する
とアライメントセンサ14及び位置検出センサの検出結
果がアライメント信号処理系18へ出力される。この検
出結果から、例えば位置検出センサの検出中心とマスク
2の投影像の中心(投影光学系6の光軸AX)とのずれ
量であるベースライン量が計測される。そして、位置検
出センサで計測されたアライメントマークAMの位置に
上記ベースライン量を加算して得た値に基づいて、ウェ
ハWのX座標及びY座標を制御することにより、各ショ
ット領域をそれぞれ正確に露光位置に合わせ込むように
なっている。At this time, the main control system 13 first
A drive control signal is output to the drive device 12 so that the position of the reference mark formed on the drive device 12 is detected by the position detection sensor. When the driving device 12 drives the XY stage 9, the detection results of the alignment sensor 14 and the position detection sensor are output to the alignment signal processing system 18. From this detection result, for example, a baseline amount that is a deviation amount between the detection center of the position detection sensor and the center of the projected image of the mask 2 (the optical axis AX of the projection optical system 6) is measured. Then, the X coordinate and the Y coordinate of the wafer W are controlled based on a value obtained by adding the above-described baseline amount to the position of the alignment mark AM measured by the position detection sensor, so that each shot area can be accurately determined. To match the exposure position.
【0042】本実施形態ではアライメントマークAMの
位置の検出精度を向上させるため、ウェハWに形成され
たストリートラインSLの位置をアライメントセンサ1
4の焦点位置に合わせる制御を行う。つまり、主制御系
13はアライメントマークAMのXY平面内における位
置を計測する場合には、まずアライメントマークAMが
位置検出センサの検出範囲内に入るようにステージ駆動
系12を制御し、次にウェハWに形成されたストリート
ラインSLのZ軸方向における位置がアライメントセン
サ14の焦点位置に合焦するようステージ駆動系12を
制御する。アライメントマークAMの位置を検出し、露
光を行うショット領域を正確に露光位置に合わせる制御
を行った後、主制御系13は照明光学系1に対して露光
光ELを出射させる制御信号を出力する。In this embodiment, in order to improve the detection accuracy of the position of the alignment mark AM, the position of the street line SL formed on the wafer W is determined by the alignment sensor 1.
Control for adjusting to the focal position of No. 4 is performed. That is, when measuring the position of the alignment mark AM in the XY plane, the main control system 13 first controls the stage drive system 12 so that the alignment mark AM falls within the detection range of the position detection sensor. The stage driving system 12 is controlled so that the position of the street line SL formed in W in the Z-axis direction is focused on the focal position of the alignment sensor 14. After detecting the position of the alignment mark AM and performing control to accurately adjust the shot area to be exposed to the exposure position, the main control system 13 outputs a control signal for causing the illumination optical system 1 to emit the exposure light EL. .
【0043】次に、この実施形態の露光装置に採用され
ているアライメント装置が備えるアライメントセンサ1
4について、図2を参照して詳細に説明する。なお、図
2において図1に示した部材と同一の部材には同一の符
号が付してある。図2に示したように、アライメントセ
ンサ14には光ファイバ16を介して図1中のハロゲン
ランプ15から波長域が500〜800nmの照明光I
L1が導かれている。Next, the alignment sensor 1 provided in the alignment apparatus employed in the exposure apparatus of this embodiment
4 will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 2, the illumination light I having a wavelength range of 500 to 800 nm from the halogen lamp 15 shown in FIG.
L1 is derived.
【0044】この照明光IL1は、コンデンサーレンズ
20を介して視野分割絞り板21に入射する。視野分割
絞り板21は、ウェハWに照射する照明光IL1の像の
形状を規定するものである。図3(a)は視野分割絞り
板21の一例を示す図である。図示されたように、視野
分割絞り板21には、その中央に幅広矩形状の開口によ
りなるマーク照明用絞り21aと、マーク照明用絞り2
1aを挟むように配置された一対の幅狭矩形状の開口に
よりなる焦点検出用スリット21b,21cとが形成さ
れている。照明光IL1は、視野分割絞り板21によっ
て基板W上のアライメントマーク領域を照明するマーク
照明用の第1光束と、アライメントに先立つ焦点位置検
出用の第2光束とからなる照明光IL2となる。The illumination light IL 1 is incident on the field dividing aperture plate 21 via the condenser lens 20. The field splitting diaphragm plate 21 defines the shape of the image of the illumination light IL1 that irradiates the wafer W. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the field division stop plate 21. As shown in the figure, the field dividing aperture plate 21 has a mark illumination aperture 21a having a wide rectangular opening at the center thereof, and a mark illumination aperture 2a.
Focus detection slits 21b and 21c formed by a pair of narrow rectangular openings arranged so as to sandwich 1a are formed. The illumination light IL1 becomes illumination light IL2 composed of a first light beam for mark illumination for illuminating the alignment mark area on the substrate W by the field dividing aperture plate 21, and a second light beam for focus position detection prior to alignment.
【0045】照明光IL2はレンズ系22を通過した
後、ハーフミラー23,24で反射され対物レンズ25
を透過してアライメントセンサ14から出射される。照
明光IL2がアライメントセンサ14から出射される
と、プリズムミラー17によって反射され、ウェハWに
形成されているアライメントマークAM近傍を照明す
る。ここで、アライメントマークAMについて詳細に説
明する。After passing through the lens system 22, the illumination light IL2 is reflected by the half mirrors 23 and 24 and is reflected by the objective lens 25.
And is emitted from the alignment sensor 14. When the illumination light IL2 is emitted from the alignment sensor 14, it is reflected by the prism mirror 17 and illuminates the vicinity of the alignment mark AM formed on the wafer W. Here, the alignment mark AM will be described in detail.
【0046】図4は、アライメントマークAMの一例を
示す図であり、図5は、図4中のA−A線及びB−B線
の断面図である。図5において、符号PF1が付された
線は、図4中のA−A線の断面を示し、符号PF2が付
された線は、図4中のB−B線の断面を示す。FIG. 4 is a view showing an example of the alignment mark AM, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA and the line BB in FIG. In FIG. 5, a line denoted by reference numeral PF1 indicates a cross section taken along line AA in FIG. 4, and a line denoted by reference numeral PF2 indicates a cross section taken along line BB in FIG. 4.
【0047】図4及び図5に示されたように、アライメ
ントマークAMは、長手方向が図中Y軸方向に設定され
た矩形のマーク要素m11,m12,m13,m14,
m1 5をX軸方向に配列した第1マークam1と、マー
ク要素m11〜m15と同様の形状のマーク要素
m21,m22,m23,m24,m25,m26を、
その長手方向をY軸方向に設定し、各々をX軸方向に配
列した第2マークam2とからなる。第1マークam1
と第2マークam2との位置関係は、Y軸方向において
第1マークam1の各マーク要素m11〜m15と第2
マークam2の各マーク要素m21〜m26とが重なら
ないよう位置ずれした状態で配置される。なお、図4及
び図5に示したアライメントマークAMは、図中X軸方
向の位置情報を得るためのアライメントマークである。As shown in FIGS. 4 and 5, the alignment mark AM is a rectangular mark element m 11 , m 12 , m 13 , m 14 , whose longitudinal direction is set in the Y-axis direction in the figure.
The m 1 5 and the first mark am1 arranged in X-axis direction, the mark elements m 11 ~m 15 similar mark shape elements m 21, m 22, m 23 , m 24, m 25, m 26,
The longitudinal direction is set in the Y-axis direction, and each of the second marks am2 is arranged in the X-axis direction. 1st mark am1
The positional relationship between the second mark am2 includes a respective mark elements m 11 ~m 15 of the first mark am1 in the Y-axis direction second
And the respective mark elements m 21 ~m 26 is arranged at a position shifted state so as not to overlap the mark am2. The alignment marks AM shown in FIGS. 4 and 5 are alignment marks for obtaining position information in the X-axis direction in the figures.
【0048】再び図2を参照する。ウェハWは、アライ
メントマークAMが形成された領域がレンズ系22と対
物レンズ25との合成系に関して視野分割絞り板21と
ほぼ共役(結像関係)となるように配置されている。照
明光IL2の反射光は、プリズムミラー17、対物レン
ズ25を介してハーフミラー24で反射された後、ハー
フミラー23を透過する。その後、レンズ系26を介し
てビームスプリッタ27に至り、反射光は2方向に分岐
される。ビームスプリッタ27を透過した第1の分岐光
は、指標板28上にアライメントマークAMの像を結像
する。そして、この像及び指標板28上の指標マークか
らの光が、二次元CCDによりなる撮像素子29に入射
し、撮像素子29の受光面に前記マークAM及び指標マ
ークの像が結像される。Referring again to FIG. The wafer W is arranged so that the region where the alignment mark AM is formed is substantially conjugate (image-forming relationship) with the field division stop plate 21 with respect to the combined system of the lens system 22 and the objective lens 25. The reflected light of the illumination light IL2 is reflected by the half mirror 24 via the prism mirror 17 and the objective lens 25, and then passes through the half mirror 23. Thereafter, the light reaches the beam splitter 27 via the lens system 26, and the reflected light is branched in two directions. The first split light transmitted through the beam splitter 27 forms an image of the alignment mark AM on the index plate 28. Then, this image and light from the index mark on the index plate 28 are incident on an image sensor 29 formed of a two-dimensional CCD, and the image of the mark AM and the index mark is formed on the light receiving surface of the image sensor 29.
【0049】一方、ビームスプリッタ27で反射された
第2の分岐光は、遮光板30に入射する。図3(b)は
遮光板30の一例を示す図である。図3(b)に示した
遮光板30は、符号30aが付された矩形領域に入射し
た光は遮光し、矩形領域30a以外の領域30bに入射
した光は透過する。よって、遮光板30は前述した第1
の光束に対応する分岐光を遮光し、第2の光束に対応す
る分岐光を透過する。遮光板30を透過した分岐光は、
瞳分割ミラー31によりテレセントリック性が崩された
状態で、一次元CCDによりなるラインセンサ32に入
射し、ラインセンサ32の受光面に焦点検出用スリット
21b,21cの像が結像される。On the other hand, the second split light reflected by the beam splitter 27 enters the light shielding plate 30. FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the light shielding plate 30. The light-shielding plate 30 shown in FIG. 3B shields light incident on a rectangular area denoted by reference numeral 30a, and transmits light incident on an area 30b other than the rectangular area 30a. Therefore, the light shielding plate 30 is the first
Is blocked, and the branched light corresponding to the second light flux is transmitted. The branched light transmitted through the light shielding plate 30 is
In a state where the telecentricity is broken by the pupil division mirror 31, the light enters the line sensor 32 formed of a one-dimensional CCD, and the images of the focus detection slits 21b and 21c are formed on the light receiving surface of the line sensor 32.
【0050】ここで、基板Wと撮像素子29との間はテ
レセントリック性が確保されているため、基板Wが照明
光及び反射光の光軸と平行な方向に変位すると、撮像素
子29の受光面上に結像されたアライメントマークAM
の像は、撮像素子29の受光面上における位置が変化す
ることなくデフォーカスされる。Here, since the telecentricity is ensured between the substrate W and the image pickup device 29, when the substrate W is displaced in a direction parallel to the optical axis of the illumination light and the reflected light, the light receiving surface of the image pickup device 29 Alignment mark AM imaged on top
Is defocused without changing the position on the light receiving surface of the image sensor 29.
【0051】これに対して、ラインセンサ32に入射す
る反射光は、上述のようにそのテレセントリック性が崩
されているため、基板Wが照明光及び反射光の光軸と平
行な方向に変位すると、ラインセンサ32の受光面上に
結像された焦点検出用スリット21b,21cの像は分
岐光の光軸に対して交差する方向に位置ずれする。この
ような性質を利用して、ラインセンサ32上における像
の基準位置に対するずれ量を計測すれば基板Wの照明光
及び反射光の光軸方向の位置(焦点位置)が検出され
る。撮像素子29の検出結果及びラインセンサ32の検
出結果は、アライメント信号処理系18へ出力される。On the other hand, since the reflected light incident on the line sensor 32 has lost its telecentricity as described above, when the substrate W is displaced in a direction parallel to the optical axis of the illumination light and the reflected light. The images of the focus detection slits 21b and 21c formed on the light receiving surface of the line sensor 32 are displaced in a direction intersecting the optical axis of the branched light. By utilizing such properties and measuring the amount of deviation of the image on the line sensor 32 from the reference position, the position (focal position) of the illumination light and reflected light of the substrate W in the optical axis direction is detected. The detection result of the image sensor 29 and the detection result of the line sensor 32 are output to the alignment signal processing system 18.
【0052】次に、図4及び図5に示したアライメント
マークAMを用いた場合における、本発明の目的を達成
するための原理について説明する。図16を用いて説明
したように、アライメントマーク上に塗布されたレジス
トの厚みや照明条件によって撮像素子29から出力され
る検出結果、即ち画像信号は、シングルマーク又はダブ
ルマークの画像信号となってしまう。本実施形態では、
図4及び図5に示したアライメントマークAMを用いて
常にダブルマークの画像信号が得られるようにすること
で、検出アルゴリズムの選択を行う必要が無く、常に安
定してアライメントマークの位置情報を検出することが
でき、その結果スループットの向上を図っている。Next, the principle for achieving the object of the present invention when the alignment mark AM shown in FIGS. 4 and 5 is used will be described. As described with reference to FIG. 16, the detection result output from the image sensor 29 depending on the thickness of the resist applied on the alignment mark and the illumination conditions, that is, the image signal is a single mark or double mark image signal. I will. In this embodiment,
By using the alignment mark AM shown in FIGS. 4 and 5 to always obtain the image signal of the double mark, there is no need to select a detection algorithm, and the position information of the alignment mark is always detected stably. As a result, the throughput is improved.
【0053】図6、図7、及び図8は、図4及び図5に
示したアライメントマークAMを用いて、常にダブルマ
ークの画像信号を得る原理を説明するための図である。
図6、図7、及び図8の横軸はアライメントマークAM
の位置に対応し、縦軸は画像信号の強度である。なお、
図6〜図8中に付された縦軸及び横軸の目盛りは各図の
間において同一の間隔である。これらの図においては、
例えば図5に示したアライメントマークAMの第1マー
クam1中のマーク要素m11の画像信号と、第2マー
クam2中のマーク要素m21とマーク要素m22との
間のスペース部分の画像信号との検出結果を示してい
る。FIGS. 6, 7 and 8 are diagrams for explaining the principle of always obtaining an image signal of a double mark by using the alignment mark AM shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
6, 7, and 8, the horizontal axis is the alignment mark AM.
And the vertical axis represents the intensity of the image signal. In addition,
The vertical and horizontal scales shown in FIGS. 6 to 8 are the same intervals between the drawings. In these figures,
For example the image signal of the first mark am1 in mark elements m 11 of the alignment mark AM shown in FIG. 5, the image signal of the space portion between the mark elements m 21 and mark elements m 22 in the second mark am2 3 shows the detection result.
【0054】また、これらの図中における位置x
1 は、マーク要素m11及びマーク要素m21の一方
のエッジ位置に相当する位置であり、位置x2 は、マ
ーク要素m 11の他方のエッジ位置に相当する位置であ
るとともに、マーク要素m22の一方のエッジ位置に相
当する位置である。つまり、位置x1 と位置x2 と
の間にマーク要素m11が形成され、位置x1 の左
側、つまり位置x0 側にマーク要素m21が形成さ
れ、位置x2 の右側、つまり位置x3 側にマーク要
素m22が形成されている。The position x in these figures
1Is the mark element m11And mark element m21One of
And the position x2Is
Element m 11Position corresponding to the other edge position of
And the mark element m22To one edge position
It is the position to hit. That is, the position x1And position x2When
Mark element m between11Is formed and the position x1Left of
Side, ie position x0Mark element m on the side21Formed
Position x2To the right of position x3Need mark on side
Element m22Are formed.
【0055】図6は、マーク要素m11,m21,m
22とスペース部分の反射率の比が、1:0.9の場
合、つまりマーク要素m11,m21,m22がウェハ
Wと同様の材質で形成されている場合に検出される画像
信号から得られる強度信号を示している。図6中におい
て、I11は、マーク要素m11の画像信号から得られ
る強度信号を示しており、I12は、マーク要素
m21,m22の画像信号から得られる強度信号を示し
ている。マーク要素m11,m21,m22はスペース
部分より高い反射率を有しているため、強度信号I11
は、位置x1 と位置x2 との間で強度が高い信号であ
り、強度信号I12は位置x0 と位置x1 との間、
及び位置x2 と位置x3 との間で強度が高い信号で
ある。図から分かるように、得られた強度信号I11,
I12は部分的にはダブルマークではあるが、全体的に
はシングルマークの強度信号である。FIG. 6 shows a mark element m11, M21, M
22When the ratio of the reflectance of the space and the space is 1: 0.9
If the mark element m11, M21, M22Is a wafer
Image detected when formed of the same material as W
2 shows an intensity signal obtained from the signal. Smell in Figure 6
And I11Is the mark element m11From the image signal
And the intensity signal12Is the mark element
m21, M22The intensity signal obtained from the image signal
ing. Mark element m11, M21, M22Is a space
Portion has a higher reflectivity than the11
Is the position x1And position x2 Is a strong signal between
The intensity signal I12Is the position x0And position x1Between
And position x2And position x3With a strong signal between
is there. As can be seen, the resulting intensity signal I11,
I12Is partially a double mark, but overall
Is an intensity signal of a single mark.
【0056】本実施形態においては、図6に示した強度
信号I11と強度信号I12とを得た後、これらを加算
平均する。つまり、強度信号I11と強度信号I12と
の足し算を行って得られた結果を2で割る処理を行う。
図6中、I13は強度信号I 11と強度信号I12との
加算平均を行って得られた強度信号である。図示された
ように、強度信号I13は、エッジ位置x1 における
強度及びエッジ位置x 2 における強度が低い信号とな
っており、ダブルマークの強度信号に変換されたことに
なる。In this embodiment, the strength shown in FIG.
Signal I11And intensity signal I12And then add these
Average. That is, the intensity signal I11And intensity signal I12When
Is performed, and the result obtained by performing the addition is divided by 2.
In FIG.13Is the intensity signal I 11And intensity signal I12With
This is an intensity signal obtained by performing averaging. Illustrated
Thus, the intensity signal I13Is the edge position x1In
Intensity and edge position x 2Signal with low intensity at
Is converted to a double mark intensity signal.
Become.
【0057】また、図7は、マーク要素m11,
m21,m22とスペース部分の反射率の比が、1:
0.8の場合、つまりマーク要素m11,m21,m
22がウェハWよりも比較的高い反射率を有する材料で
形成されている場合に検出される画像信号から得られる
強度信号を示している。例えば、ウェハW上にアルミニ
ウムでマーク要素m11,m21,m22が形成されて
いる場合である。図7中において、I21は、マーク要
素m11の画像信号から得られる強度信号を示してお
り、I22は、マーク要素m21,m22の画像信号か
ら得られる強度信号を示している。FIG. 7 shows mark elements m 11 ,
The ratio of the reflectance of m 21, m 22 and the space portion is 1:
0.8, ie, mark elements m 11 , m 21 , m
22 shows an intensity signal obtained from an image signal detected when the reference numeral 22 is formed of a material having a relatively higher reflectance than the wafer W. For example, this is a case where mark elements m 11 , m 21 , and m 22 are formed on the wafer W with aluminum. In FIG. 7, I 21 shows the intensity signals obtained from the image signal of the mark elements m 11, I 22 shows the intensity signals obtained from the image signal of the mark elements m 21, m 22.
【0058】図6と同様に、マーク要素m11,
m21,m22はスペース部分より高い反射率を有して
いるため、強度信号I21は、位置x1 と位置x2
との間で強度が高い信号であり、強度信号I22は位置
x0 と位置x1 との間、及び位置x2 と位置x
3 との間で強度が高い信号である。図7の場合も、得
られた強度信号I21,I22は全体的にはシングルマ
ークの強度信号である。図7中のI23は強度信号I
21と強度信号I22との加算平均を行って得られた強
度信号である。図6に示した強度信号I13と比較する
と、縦軸の強度の値は異なるものの、エッジ位置を示す
2箇所の極小値の位置は同じ位置である。As in FIG. 6, the mark elements m 11 ,
Since m 21 and m 22 have a higher reflectivity than the space portion, the intensity signal I 21 indicates the position x 1 and the position x 2
A high strength signal with the intensity signal I 22 is between position x 0 and the position x 1, and positions x 2 and the position x
3 is a signal having a high intensity. In the case of FIG. 7 as well, the obtained intensity signals I 21 and I 22 are entirely single-mark intensity signals. I 23 in FIG. 7 intensity signal I
Averaging between 21 and intensity signal I 22 is the intensity signal obtained by performing. When compared to the intensity signals I 13 shown in FIG. 6, although the value of the intensity of the vertical axis is different, the position of the minimum value of the two locations indicating the edge position is the same position.
【0059】更に、図8は、マーク要素m11,
m21,m22とスペース部分の反射率の比は図6に示
したものと同様に1:0.9であるが、マーク要素m
11,m21,m22の高さを図6の場合のほぼ2倍に
設定している場合に検出される画像信号から得られる強
度信号を示している。図8中において、I31は、マー
ク要素m11の画像信号から得られる強度信号を示して
おり、I32は、マーク要素m 21,m22の画像信号
から得られる強度信号を示している。FIG. 8 shows a mark element m11,
m21, M22Figure 6 shows the ratio of the reflectance of the
1: 0.9 as in the case of
11, M21, M22Almost twice the height of Fig. 6
The strength obtained from the image signal detected when set
The degree signal is shown. In FIG. 8, I31The mar
Element m11Shows the intensity signal obtained from the image signal
Yes, I32Is the mark element m 21, M22Image signal
5 shows an intensity signal obtained from the above.
【0060】図8に示した強度信号I31,I32は、
図6及び図7と異なりダブルマークの強度信号となって
おり、マーク要素m11,m21,m22の高さが高い
ため、エッジ部分における散乱及び回折が大きく、エッ
ジ部分における強度は図6及び図7に示した結果に比べ
て低いものとなっている。図8中のI33は強度信号I
31と強度信号I32との加算平均を行って得られた強
度信号である。図8に示したように、ダブルマークの強
度信号である強度信号I31と強度信号I32との加算
平均を行って得られる強度信号I33はダブルマークの
信号となる。The intensity signals I 31 and I 32 shown in FIG.
Unlike FIG. 6 and FIG. 7, the intensity signal of the double mark is obtained. Since the heights of the mark elements m 11 , m 21 , and m 22 are high, scattering and diffraction at the edge portion are large, and the intensity at the edge portion is as shown in FIG. 7 is lower than the result shown in FIG. I 33 in FIG. 8 is the intensity signal I
Averaging between 31 and intensity signal I 32 is the intensity signal obtained by performing. As shown in FIG. 8, intensity signal I 33 obtained by performing averaging of the intensity signal I 31 and the intensity signal I 32 is the intensity signal of the double mark is a signal of double mark.
【0061】以上、図6〜図8に示したように、マーク
要素m11の画像信号から得られる強度信号及びマーク
要素m21,m22の画像信号から得られる強度信号が
シングルマークの強度信号であっても、ダブルマークの
強度信号であっても、これらの強度信号の加算平均処理
を行って得られる強度信号は、必ずダブルマークの強度
信号となる。従って、検出アルゴリズムの選択を行う必
要が無く、常に安定してアライメントマークの位置情報
を検出することができ、その結果スループットの向上を
図ることができる。また、図6〜図8に示したように、
加算平均処理を行ってもエッジ位置は殆ど変化しないた
め、検出精度に影響を与えることは殆どない。なお、以
上の処理は、図1中のアライメント信号処理系18が行
う。[0061] Thus, as shown in FIG. 6 to FIG. 8, the mark elements m 11 intensity obtained from the image signals signal and a mark element m 21, the intensity signal strength signal obtained from the image signals of the single mark of m 22 of Or the intensity signal of the double mark, the intensity signal obtained by performing the averaging process of these intensity signals is always the intensity signal of the double mark. Therefore, there is no need to select a detection algorithm, and the position information of the alignment mark can always be stably detected, and as a result, the throughput can be improved. Also, as shown in FIGS.
Even if the averaging process is performed, the edge position hardly changes, so that the detection accuracy is hardly affected. The above processing is performed by the alignment signal processing system 18 in FIG.
【0062】次に、本実施形態の露光装置のアライメン
トセンサ14を用いた位置検出及び露光の動作について
説明する。図9は、この露光装置の位置検出の動作を示
すフローチャートである。なお、図9に示したフロー
は、ウェハWにアライメントマークを形成してから、ウ
ェハW全体のアライメントマークAMの位置情報を計測
する手順を示したものである。この図9においては、理
解を容易にするために、ウェハW上に形成されたアライ
メントマークAM全てに対して位置計測を行っている
が、ウェハW上に形成されたアライメントマークAM数
個の位置を計測して、他のアライメントマークの位置情
報を統計演算により算出する、いわゆるEGA計測にも
本発明を適用することができる。Next, the operation of position detection and exposure using the alignment sensor 14 of the exposure apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the position detection operation of the exposure apparatus. Note that the flow shown in FIG. 9 shows a procedure for forming the alignment mark on the wafer W and then measuring the position information of the alignment mark AM on the entire wafer W. In FIG. 9, for ease of understanding, the position measurement is performed on all the alignment marks AM formed on the wafer W, but the positions of several alignment marks AM formed on the wafer W are measured. The present invention can also be applied to so-called EGA measurement in which the position information of another alignment mark is calculated by statistical calculation.
【0063】処理が開始すると、まずウェハWにアライ
メントマークAMを形成する処理が行われる(ステップ
S10)。この処理では、例えばウェハW上面にフォト
レジストを塗布し、図4に示したアライメントマークの
パターンが形成されたマスクを用いて露光処理を行った
後、フォトレジストを現像して、ウェハWをエッチング
することによりアライメントマークAMが形成される。
なお、アライメントマークAMの形成方法はこの形成方
法に限られず、図4及び図5に示したアライメントマー
クAMを形成することができるものであれば良い。When the process starts, first, a process of forming an alignment mark AM on the wafer W is performed (step S10). In this process, for example, a photoresist is applied to the upper surface of the wafer W, and an exposure process is performed using a mask on which an alignment mark pattern shown in FIG. 4 is formed. Then, the photoresist is developed and the wafer W is etched. By doing so, an alignment mark AM is formed.
Note that the method of forming the alignment mark AM is not limited to this method, and any method may be used as long as the alignment mark AM shown in FIGS. 4 and 5 can be formed.
【0064】ウェハW上にアライメントマークAMが形
成されると、そのウェハWを露光装置のウェハステージ
7上に導入するとともに、マスク2としてウェハWの露
光を行う際に用いるマスクに交換し、予めマスク2の位
置合わせを行っておく。なお、本実施形態においては、
ウェハW上に形成されたアライメントマークAMの位置
を計測してアライメントを行う場合を例に挙げて説明し
ているため、マスク2の位置情報の計測及びアライメン
トについては、詳細を省略しているが、マスク2にも図
4に示したアライメントマークを形成して、このアライ
メントマークの位置情報を計測するアライメントセンサ
を設け、ウェハWの場合と同様に位置情報の計測をして
アライメントを行うことが好ましい。When the alignment mark AM is formed on the wafer W, the wafer W is introduced onto the wafer stage 7 of the exposure apparatus, and is replaced with a mask used when exposing the wafer W as the mask 2. The mask 2 is aligned. In the present embodiment,
Although the case where the alignment is performed by measuring the position of the alignment mark AM formed on the wafer W is described as an example, the measurement and alignment of the positional information of the mask 2 are omitted in detail, though. 4, the alignment mark shown in FIG. 4 is also formed on the mask 2, and an alignment sensor for measuring the position information of the alignment mark is provided, and the alignment is performed by measuring the position information as in the case of the wafer W. preferable.
【0065】次に、主制御系13は、ステージ駆動系1
2を介して、ウェハW上のアライメントマークAMがア
ライメントセンサ14の検出領域内に対応する位置に移
動するようにXYステージ9を駆動させる。このアライ
メントマークAMの移動が完了すると、主制御系13は
ハロゲンランプ15に対して制御信号を出力して照明光
IL1を出射させる。照明光IL1が出射されると光フ
ァイバ16を介してアライメントセンサ14内に導入さ
れ、コンデンサーレンズ20を通過し、視野分割絞り板
21によって整形され、照明光IL2となる。照明光I
L2はレンズ系22を透過し、ハーフミラー23,24
で反射され、対物レンズ25を通過した後プリズムミラ
ー17によって反射され、ウェハW上に照射される。Next, the main control system 13 includes the stage drive system 1
The XY stage 9 is driven so that the alignment mark AM on the wafer W moves to a position corresponding to the position within the detection area of the alignment sensor 14 via the interface 2. When the movement of the alignment mark AM is completed, the main control system 13 outputs a control signal to the halogen lamp 15 to emit the illumination light IL1. When the illumination light IL1 is emitted, the illumination light IL1 is introduced into the alignment sensor 14 via the optical fiber 16, passes through the condenser lens 20, is shaped by the field division stop plate 21, and becomes the illumination light IL2. Illumination light I
L2 is transmitted through the lens system 22 to form the half mirrors 23 and 24.
After passing through the objective lens 25, the light is reflected by the prism mirror 17 and irradiated onto the wafer W.
【0066】照明光IL2の反射光はプリズムミラー1
7を介してアライメントセンサ14内に戻り、対物レン
ズ25、ハーフミラー24,23、及びレンズ系26を
順に透過し、ビームスプリッタ27を透過した第1の分
岐光は、指標板28上にアライメントマークAMの像を
結像する。そして、この像及び指標板28上の指標マー
クからの光が、二次元CCDよりなる撮像素子29に入
射し、撮像素子29の受光面にアライメントマークAM
及び指標マークの像が結像される。The reflected light of the illumination light IL2 is the prism mirror 1
7, the first split light transmitted through the objective lens 25, the half mirrors 24 and 23, and the lens system 26 in order, and transmitted through the beam splitter 27 is aligned on the index plate 28 by an alignment mark. An image of AM is formed. Then, this image and light from the index mark on the index plate 28 are incident on an image sensor 29 composed of a two-dimensional CCD, and the alignment mark AM is formed on the light receiving surface of the image sensor 29.
And the image of the index mark is formed.
【0067】図10は、撮像素子29の撮像面40にお
いて、アライメントマークAMの像Imが結像される様
子を示す図である。いま、アライメントマークAMの各
マーク要素m11〜m15及びマーク要素m21〜m
26がスペース部分よりも高い反射率を有する材料で形
成されているため、マーク要素m11〜m15及びマー
ク要素m21〜m26の像im11〜im15、im
21〜im25各々が周囲より明るく結像しているとす
る。なお、図中では、マーク要素m21〜m26の像i
m11〜im15、im21〜im25に斜線を付して
いる。また、撮像素子29は、撮像面40に結像された
光学像を走査して光電変換するものであり、図10中に
示した方向に走査方向が設定されているとする。撮像素
子29が結像面40に結像したアライメントマークAM
の像は走査されて順次画像信号に変換され、アライメン
ト信号処理系18へ出力される(ステップS12)。FIG. 10 is a diagram showing a state in which an image Im of the alignment mark AM is formed on the imaging surface 40 of the imaging element 29. Now, the mark elements of the alignment mark AM m 11 ~m 15 and mark elements m 21 ~m
Since 26 is formed of a material having a higher reflectivity than the space portion, the images im 11 to im 15 and im 15 of the mark elements m 11 to m 15 and the mark elements m 21 to m 26 are formed.
It is assumed that each of 21 to im 25 forms an image brighter than the surroundings. In the drawings, the image i mark elements m 21 ~m 26
and hatched m 11 ~im 15, im 21 ~im 25. The imaging element 29 scans the optical image formed on the imaging surface 40 and performs photoelectric conversion, and it is assumed that the scanning direction is set in the direction shown in FIG. Alignment mark AM imaged on image plane 40 by image sensor 29
Are scanned, sequentially converted into image signals, and output to the alignment signal processing system 18 (step S12).
【0068】アライメント信号処理系18は、アライメ
ントセンサ14から出力される画像信号を一時メモリに
蓄える。アライメント信号処理系18はメモリに蓄えた
画像信号を強度信号に変換してメモリに記憶させる(ス
テップS13)。なお、メモリへの記憶のさせ方は、強
度信号と図10に示した撮像面40の位置とを対応づけ
て記憶させる。The alignment signal processing system 18 temporarily stores the image signal output from the alignment sensor 14 in a memory. The alignment signal processing system 18 converts the image signal stored in the memory into an intensity signal and stores it in the memory (step S13). Note that the method of storing in the memory stores the intensity signal and the position of the imaging surface 40 shown in FIG. 10 in association with each other.
【0069】次に、アライメント信号処理系18は、図
10中に示した撮像面40において、符号L11〜L1
3が付された3ライン分の強度信号を非計測方向に加算
して平均化する処理を行って第1光強度信号として検出
するとともに、符号L21〜L23が付された3ライン
分の強度信号を非計測方向に加算して平均化して第2光
強度信号として検出する処理を行う(ステップS1
4)。Next, the alignment signal processing system 18 performs the following operations on the imaging surface 40 shown in FIG.
A process of adding and averaging the intensity signals of the three lines marked with 3 in the non-measurement direction to detect the first light intensity signal and the intensity signals of the three lines marked L21 to L23 are performed. Are added in the non-measurement direction, averaged, and detected as the second light intensity signal (step S1).
4).
【0070】ここで、符号L11〜L13が付された3
ライン分の強度信号、及び符号L21〜L23が付され
た3ライン分の強度信号について加算平均処理を行うの
は、各ライン毎の検出バラツキを少なくして、計測精度
を向上させるためである。図11は、図10に示した状
態でアライメントマークAMの像が結像している場合に
得られる光強度信号を示す図である。図11中におい
て、(a)が第1光強度信号であり、(b)が第2光強
度信号である。Here, the reference numerals L11 to L13
The reason why the averaging process is performed on the intensity signals for the lines and the intensity signals for the three lines to which the symbols L21 to L23 are attached is to reduce the variation in detection for each line and improve the measurement accuracy. FIG. 11 is a diagram showing a light intensity signal obtained when an image of the alignment mark AM is formed in the state shown in FIG. In FIG. 11, (a) is the first light intensity signal, and (b) is the second light intensity signal.
【0071】第1光強度信号及び第2光強度信号を検出
すると、アライメント信号処理系18は、次に、第1光
強度信号及び第2光強度信号に対して加算平均化処理を
施し、第3光強度信号を算出する(ステップS15)。
第1光強度信号が図11(a)に示したものであり、第
2光強度信号が図11(b)に示したものである場合、
算出される第3光強度信号は図11(c)に示したもの
となる。When the first light intensity signal and the second light intensity signal are detected, the alignment signal processing system 18 then performs an averaging process on the first light intensity signal and the second light intensity signal, The three light intensity signals are calculated (Step S15).
When the first light intensity signal is as shown in FIG. 11A and the second light intensity signal is as shown in FIG.
The calculated third light intensity signal is as shown in FIG.
【0072】アライメント信号処理系18は、図11
(c)に示した第3光強度信号に対して波形処理を行
い、アライメントマークAMの位置情報を検出する(ス
テップS16)。この位置情報の検出にあたっては、前
述したエッジ検出法、相関法の何れを用いても不都合は
なく、何れを用いても良いが、位置情報の計測精度を向
上させるため、エッジ検出法及び相関法の両方を用いて
位置情報を計測し、各々の計測結果を平均化して検出精
度を向上させても良い。このようにすると、位置計測を
行う際の判断材料が多くなるため、精度向上の面から極
めて好ましい。The alignment signal processing system 18 is configured as shown in FIG.
Waveform processing is performed on the third light intensity signal shown in (c) to detect the position information of the alignment mark AM (step S16). In detecting the position information, there is no inconvenience to use any of the above-described edge detection method and correlation method, and any of them may be used. However, in order to improve the measurement accuracy of the position information, the edge detection method and the correlation method are used. The position information may be measured using both of them, and the measurement results may be averaged to improve the detection accuracy. This method is very preferable from the viewpoint of improving accuracy, because the amount of judgment when performing position measurement is increased.
【0073】アライメント信号処理系18がアライメン
トマークAMの位置情報を算出すると、アライメント信
号処理系18はウェハ位置情報として主制御系13へ出
力する。主制御系13は、入力されたウェハ位置情報に
対して、前述したベースライン量を加算して補正を行
う。When the alignment signal processing system 18 calculates the position information of the alignment mark AM, the alignment signal processing system 18 outputs to the main control system 13 as wafer position information. The main control system 13 performs correction by adding the above-described baseline amount to the input wafer position information.
【0074】そして、主制御系13はステージ駆動系1
2を介してベースライン補正されたウェハWの座標に基
づいて、各ショット領域の中心と投影光学系6の光軸A
Xとが一致するようにXYステージ9を駆動させる。こ
れにより、ウェハWの各ショット領域の正確な露光位置
への合わせ込み、即ちウェハWの正確な位置合わせが行
われる(ステップS17)。ステップS18では、ウェ
ハW上の全てのアライメントマークに対して計測を終了
したか否かが判断され、判断結果が「NO」である場合
には、ステップS11に戻り、「YES」の場合には処
理が終了する。The main control system 13 includes the stage drive system 1
2, the center of each shot area and the optical axis A of the projection optical system 6 based on the coordinates of the wafer W corrected by the baseline
The XY stage 9 is driven so that X matches. As a result, alignment of each shot area of the wafer W with an accurate exposure position, that is, accurate alignment of the wafer W is performed (step S17). In step S18, it is determined whether or not the measurement has been completed for all the alignment marks on the wafer W. If the determination result is "NO", the process returns to step S11; if "YES", the process returns to step S11. The process ends.
【0075】以上の説明では、説明を簡単化するため、
図4に示したように、X軸方向の一次元のアライメント
マークAMが形成されている場合を例にとって説明した
が、Y軸方向の位置を計測するためには、図12に示し
たようなY軸方向の位置情報を検出するためのアライメ
ントマークを形成する必要がある。In the above description, to simplify the description,
As shown in FIG. 4, the case where the one-dimensional alignment mark AM in the X-axis direction is formed has been described as an example. However, in order to measure the position in the Y-axis direction, as shown in FIG. It is necessary to form an alignment mark for detecting position information in the Y-axis direction.
【0076】図12に示したように、Y軸方向の位置情
報を検出するためのアライメントマークは、長手方向が
図中X軸方向に設定された矩形のマーク要素m31,m
32,m33,m34,m35をY軸方向に配列した第
1マークam11と、マーク要素m31〜m35と同様
の形状のマーク要素m41,m42,m43,m44,
m45,m46を、その長手方向をX軸方向に設定し、
各々をY軸方向に配列した第2マークam12とからな
る。As shown in FIG. 12, an alignment mark for detecting position information in the Y-axis direction is a rectangular mark element m 31 , m whose longitudinal direction is set in the X-axis direction in the figure.
32, m 33, m 34, the m 35 a first mark am11 arranged in the Y-axis direction, the mark elements m 41 having the same shape as the mark elements m 31 ~m 35, m 42, m 43, m 44,
m 45 and m 46 are set so that their longitudinal directions are in the X-axis direction,
Each of the second marks am12 is arranged in the Y-axis direction.
【0077】第1マークam11と第2マークam12
との位置関係は、X軸方向において第1マークam11
の各マーク要素m31〜m35と第2マークam12の
各マーク要素m41〜m46とが重ならないよう位置ず
れした状態で配置される。この場合には、図4に示した
X軸方向のアライメントマークの位置情報を計測すると
ともに、図12に示したY軸方向のアライメントマーク
の位置情報を計測する必要がある。The first mark am11 and the second mark am12
Is the first mark am11 in the X-axis direction.
And each mark element m 31 ~m 35 and each mark element m 41 ~m 46 of the second mark am12 is arranged at a position shifted state so as not to overlap the. In this case, it is necessary to measure the position information of the alignment mark in the X-axis direction shown in FIG. 4 and to measure the position information of the alignment mark in the Y-axis direction shown in FIG.
【0078】また、図13に示すような二次元のアライ
メントマークを用いても良い。図13に示したように、
二次元マークの形状は、各マーク要素がチェック状(市
松模様状)に配置される。なお、図13において、各マ
ーク要素には斜線を付している。この二次元マークを用
いれば、一度の計測によってX軸方向及びY軸方向の位
置情報を得ることができる。Further, a two-dimensional alignment mark as shown in FIG. 13 may be used. As shown in FIG.
In the shape of the two-dimensional mark, each mark element is arranged in a check pattern (checkered pattern). In FIG. 13, each mark element is hatched. By using this two-dimensional mark, position information in the X-axis direction and the Y-axis direction can be obtained by one measurement.
【0079】二次元マークを用いた位置情報の計測は、
まず、アライメントセンサ14によって、二次元マーク
の画像情報を検出する。次に、アライメント信号処理系
18は、得られた画像情報について、図中の線D1−D
1の位置において第1光強度信号を得るとともに、図中
の線D2−D2の位置において第2光強度信号を得て、
これらの平均加算処理を行って第3光強度信号を算出す
る。The measurement of the position information using the two-dimensional mark is as follows.
First, image information of a two-dimensional mark is detected by the alignment sensor 14. Next, the alignment signal processing system 18 converts the obtained image information into lines D 1 -D in FIG.
A first light intensity signal is obtained at a position 1 and a second light intensity signal is obtained at a position of a line D 2 -D 2 in the figure.
The third light intensity signal is calculated by performing the average addition processing.
【0080】この平均加算処理によって算出した第3光
強度信号に基づいて二次元マークのX軸方向の位置情報
を計測する。次に、得られた画像信号について、図中の
線D 3−D3の位置において第1光強度信号を得るとと
もに、図中の線D4−D4の位置において第2光強度信
号を得て、これらの平均加算処理を行って第3光強度信
号を算出する。この平均加算処理によって算出した第3
光強度信号に基づいて二次元マークのY軸方向の位置情
報を計測する。このようにして、X軸方向及びY軸方向
の位置情報を求めることができる。The third light calculated by the average addition processing
X-axis position information of the two-dimensional mark based on the intensity signal
Is measured. Next, regarding the obtained image signal,
Line D 3-D3When the first light intensity signal is obtained at the position
Line D in the figure4-D4At the position of the second light intensity signal.
Signal, and performs an averaging process to obtain the third light intensity signal.
Calculate the number. The third calculated by this average addition process
The position information of the two-dimensional mark in the Y-axis direction based on the light intensity signal
Measure information. Thus, the X-axis direction and the Y-axis direction
Position information can be obtained.
【0081】ところで、図4,図5、図12に示したア
ライメントマークは、ラインとスペースとのデューティ
(ライン幅/(ライン幅+スペース幅)又はスペース幅
/(ライン幅+スペース幅)で定義される)が50%の
場合について図示したものであるが、このデューティを
一定に限る必要はなく、ランダム(不規則)に設定する
ことができる。ランダムにすることにより、アライメン
トセンサ14の収差等による悪影響を軽減することが可
能である。The alignment marks shown in FIGS. 4, 5 and 12 are defined by the duty of the line and the space (line width / (line width + space width) or space width / (line width + space width). ) Is 50%, but this duty need not be limited to a constant, and can be set at random (irregular). By making them random, it is possible to reduce adverse effects due to aberrations and the like of the alignment sensor 14.
【0082】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。従っ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
【0083】例えば、上記実施形態においては、ウェハ
W上に形成されたアライメントマークAMの位置情報を
検出する場合を例に挙げて説明したが、例えばレチクル
R上に形成されたマーク、ガラスプレートに形成された
マークの位置情報を検知する場合にも本発明を適用する
ことができる。For example, in the above embodiment, the case where the position information of the alignment mark AM formed on the wafer W is detected has been described as an example. However, for example, the mark formed on the reticle R and the glass plate may be detected. The present invention can also be applied to the case of detecting position information of a formed mark.
【0084】また、上記実施形態においては、オフ・ア
クシス方式のアライメントセンサを用いた場合を例に挙
げて説明したが、その他の方式のアライメントセンサで
撮像したマークの画像を処理してマーク位置を検出する
場合にも本発明を適用することができる。In the above embodiment, the case where an off-axis type alignment sensor is used has been described as an example. However, an image of a mark captured by another type of alignment sensor is processed to determine a mark position. The present invention can be applied to detection.
【0085】なお、本発明は、ステップ・アンド・リピ
ート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・ス
キャン方式の露光装置、ミラープロジェクション方式、
プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適
用することが可能である。The present invention is not limited to the step-and-repeat type exposure apparatus, but also includes a step-and-scan type exposure apparatus, a mirror projection type,
The present invention can be applied to an exposure apparatus such as a proximity method and a contact method.
【0086】また、半導体素子、液晶表示素子の製造に
用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレ
イ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子(CCD等)の製造
にも用いられる露光装置、レチクルやマスクを製造する
ために、ガラス基板、又はシリコンウエハ等に回路パタ
ーンを転写形成する露光装置にも本発明を適用できる。
即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく
適用可能である。Further, not only an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element and a liquid crystal display element, but also an exposure apparatus, a reticle and a mask used for manufacturing a plasma display, a thin film magnetic head, and an image pickup element (CCD, etc.) are manufactured. For this purpose, the present invention can be applied to an exposure apparatus that transfers and forms a circuit pattern on a glass substrate, a silicon wafer, or the like.
That is, the present invention is applicable irrespective of the exposure method and application of the exposure apparatus.
【0087】露光装置の光源としては、g線(436n
m)、i線(365nm)、KrFエキシマレーザ(2
48nm)、ArFエキシマレーザ(193nm)、F
2レーザ(157nm)のみならず、Kr2 レーザ
(波長146nm)、KrArレーザ(波長134n
m)、又はAr2 レーザ(波長126nm)等でもよ
く、さらに、X線や電子線などの荷電粒子線を用いるこ
ともできる。As the light source of the exposure apparatus, g-line (436n
m), i-line (365 nm), KrF excimer laser (2
48 nm), ArF excimer laser (193 nm), F
2 laser (157 nm), Kr 2 laser (wavelength 146 nm), KrAr laser (wavelength 134 n
m) or an Ar 2 laser (having a wavelength of 126 nm) or the like, and further, a charged particle beam such as an X-ray or an electron beam can be used.
【0088】また、F2 レーザやArFエキシマレー
ザ等を用いる代わりに、例えば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
単一波長レーザを、エルビウム(又はエルビウムとイッ
トリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで
増幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変
換した高調波を用いてもよい。Instead of using an F 2 laser or an ArF excimer laser, a single-wavelength laser in the infrared or visible range oscillated from, for example, a DFB semiconductor laser or a fiber laser is used as erbium (or both erbium and yttrium). ) May be amplified by a doped fiber amplifier, and a harmonic converted into a UV light using a non-linear optical crystal may be used.
【0089】例えば、単一波長レーザの発振波長を1.
51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が18
9〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波
長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が
出力される。特に発振波長を1.544〜1.553μ
mの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8
倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長と
なる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μ
mの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の1
0倍高調波、即ちF2 レーザとほぼ同一波長となる紫
外光が得られる。For example, the oscillation wavelength of a single-wavelength laser is set to 1.
When the wavelength is in the range of 51 to 1.59 μm, the generated wavelength is 18
An eighth harmonic having a wavelength in the range of 9 to 199 nm or a tenth harmonic having a generation wavelength in the range of 151 to 159 nm is output. Especially the oscillation wavelength is 1.544 to 1.553 μm
m, 8 in the range of 193 to 194 nm.
A harmonic wave, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser is obtained, and the oscillation wavelength is set to 1.57 to 1.58 μm.
m, 1 in the range of 157 to 158 nm.
0 harmonic, i.e., ultraviolet light having almost the same wavelength as the F 2 laser is obtained.
【0090】また、発振波長を1.03〜1.12μm
の範囲内とすると、発生波長が147〜160nmの範
囲内である7倍高調波が出力され、特に発振波長を1.
099〜1.106μmの範囲内とすると、発生波長が
157〜158μmの範囲内の7倍高調波、即ちF2
レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、
単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・
ファイバーレーザを用いる。The oscillation wavelength is set to 1.03 to 1.12 μm
, A 7th harmonic whose output wavelength is in the range of 147 to 160 nm is output.
Assuming that the wavelength is in the range of 099 to 1.106 μm, the generated harmonic is the seventh harmonic in the range of 157 to 158 μm, that is, F 2.
Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser is obtained. In addition,
As a single-wavelength oscillation laser, ytterbium-doped
A fiber laser is used.
【0091】投影光学系としては、縮小系のみならず等
倍あるいは拡大系のいずれでもよい。投影光学系として
は、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材
として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用
い、F2 レーザやX線を用いる場合は反射屈折系また
は屈折系の光学系にし(マスクも反射型タイプのものを
用いる)、また、電子線を用いる場合には光学系として
電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いれば
よい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にするこ
とはいうまでもない。The projection optical system is not limited to a reduction system, but may be an equal magnification or enlargement system. The projection optical system, when using a far ultraviolet rays such as an excimer laser using a material which transmits far ultraviolet rays such as quartz and fluorite as glass material, a catadioptric or refractive system when using a F 2 laser or X-ray An optical system (a reflection type mask is used for the mask). When an electron beam is used, an electron optical system including an electron lens and a deflector may be used as the optical system. It goes without saying that the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.
【0092】ところで、半導体素子は回路の機能・性能
設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レ
チクルを製作するステップ、シリコンウエハを製作する
ステップ、前述の実施形態で説明した露光装置を用いて
レチクルのパターンをウエハ上に転写するステップ、組
立ステップ(ダイシング工程、パッケージ工程などを含
む)、及び検査ステップ等を経て製造される。By the way, the step of designing the function and performance of the circuit of the semiconductor element, the step of manufacturing a reticle, the step of manufacturing a silicon wafer based on this design step, and the steps of using the exposure apparatus described in the above embodiment are described. The reticle is manufactured through a step of transferring a reticle pattern onto a wafer, an assembling step (including a dicing step, a package step, and the like), an inspection step, and the like.
【0093】[0093]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上で
配列方向に直交する方向に位置ずれした状態で互いに反
転するように配列された第1及び第2マーク要素を電気
光学的に走査して第1光強度信号及び第2光強度信号を
得て、当該第1光強度信号と第2光強度信号とを加算し
て第3光強度信号を算出してマークの位置を算出してい
るので、第1光強度信号及び第2光強度信号がシングル
マーク又はダブルマークの強度信号であっても、得られ
る第3光強度信号は必ずダブルマークの強度信号とな
る。従って、単一あるいは少数の検出アルゴリズムによ
りマークの検出が可能になるから、アライメントに要す
る時間を短縮することができるとともに、マークの強度
信号に対する検出アルゴリズムの相性が良好となるか
ら、アライメントの精度を向上することができる。その
結果、露光処理のスループットを向上することができ、
高精度、高品質なマイクロデバイスやフォトマスクを製
造することが可能になる。As described above, according to the present invention, the first and second mark elements arranged so as to be mutually inverted while being displaced in the direction orthogonal to the arrangement direction on the substrate are electro-optically. A first light intensity signal and a second light intensity signal are obtained by scanning, a third light intensity signal is calculated by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal, and a mark position is calculated. Therefore, even if the first light intensity signal and the second light intensity signal are single mark or double mark intensity signals, the obtained third light intensity signal is always a double mark intensity signal. Therefore, the mark can be detected by a single or a small number of detection algorithms, so that the time required for alignment can be shortened, and the compatibility of the detection algorithm with the mark intensity signal is improved, so that the alignment accuracy can be improved. Can be improved. As a result, the throughput of the exposure processing can be improved,
High-precision, high-quality micro devices and photomasks can be manufactured.
【図1】 本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施形態のアライメントセンサの構
成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an alignment sensor according to the embodiment of the present invention.
【図3】 図2のアライメントセンサの視野分割絞り板
の一例を示す図(a)、及び遮光板の一例を示す図
(b)である。3A is a diagram illustrating an example of a field dividing diaphragm plate of the alignment sensor of FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a light shielding plate.
【図4】 本発明の実施形態のX軸方向の位置情報を検
出するためのアライメントマークの構成を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an alignment mark for detecting position information in the X-axis direction according to the embodiment of the present invention.
【図5】 図4中のA−A線及びB−B線の断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view taken along lines AA and BB in FIG. 4;
【図6】 図4及び図5に示したアライメントマークを
用いて、常にダブルマークの画像信号を得る原理を説明
するための図である。6 is a diagram for explaining the principle of always obtaining a double mark image signal using the alignment marks shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
【図7】 図4及び図5に示したアライメントマークを
用いて、常にダブルマークの画像信号を得る原理を説明
するための図である。7 is a diagram for explaining the principle of always obtaining a double mark image signal using the alignment marks shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
【図8】 図4及び図5に示したアライメントマークを
用いて、常にダブルマークの画像信号を得る原理を説明
するための図である。8 is a diagram for explaining the principle of always obtaining a double mark image signal using the alignment marks shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
【図9】 本発明の実施形態に係る露光装置の位置検出
の動作を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an operation of position detection of the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図10】 本発明の実施形態のアライメントセンサの
撮像素子の撮像面において、アライメントマークの像が
結像される様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which an image of an alignment mark is formed on an imaging surface of an imaging element of the alignment sensor according to the embodiment of the present invention.
【図11】 図10に示した状態でアライメントマーク
の像が結像している場合に得られる光強度信号を示す図
である。11 is a diagram showing a light intensity signal obtained when an image of an alignment mark is formed in the state shown in FIG.
【図12】 本発明の実施形態のY軸方向の位置情報を
検出するためのアライメントマークの一例を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an alignment mark for detecting position information in the Y-axis direction according to the embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の実施形態のX及びY軸方向の位置
情報を検出するためのアライメントマークとしての二次
元マークの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a two-dimensional mark as an alignment mark for detecting position information in the X and Y axis directions according to the embodiment of the present invention.
【図14】 マークの検出に用いられるエッジ検出法を
説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining an edge detection method used for mark detection.
【図15】 計測時におけるアライメントマークの表面
状態の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a surface state of an alignment mark during measurement.
【図16】 CCDから出力される画像信号を示す図で
ある。FIG. 16 is a diagram showing an image signal output from a CCD.
2…マスク 3…マスクホルダ 5…駆動装置 8…Zステージ 9…XYステージ 12…ステージ駆動系 13…主制御系 14…アライメントセンサ 18…アライメント信号処理系 W…ウェハ(基板、感光基板) AM…アライメントマーク(マーク) am1…第1マーク(第1方向マーク) am2…第2マーク(第2方向マーク) am11…第1マーク(第1方向マーク) am12…第2マーク(第2方向マーク) m11〜m15…第1マーク要素 m21〜m26…第2マーク要素 m31〜m35…第1マーク要素 m41〜m46…第2マーク要素2 ... Mask 3 ... Mask holder 5 ... Driver 8 ... Z stage 9 ... XY stage 12 ... Stage drive system 13 ... Main control system 14 ... Alignment sensor 18 ... Alignment signal processing system W ... Wafer (substrate, photosensitive substrate) AM ... Alignment mark (mark) am1 First mark (first direction mark) am2 Second mark (second direction mark) am11 First mark (first direction mark) am12 Second mark (second direction mark) m 11 to m 15 first mark element m 21 to m 26 second mark element m 31 to m 35 first mark element m 41 to m 46 second mark element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 1/08 G03F 7/23 H 5F031 7/23 9/00 A 5F046 9/00 H01L 21/68 F H01L 21/68 H05K 1/02 R H05K 1/02 H01L 21/30 525F Fターム(参考) 2F064 AA02 AA04 BB01 CC10 FF01 GG12 2F065 AA03 AA06 AA20 AA39 BB02 BB18 BB28 CC20 CC25 EE00 FF10 FF42 FF51 GG02 GG24 HH05 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL12 LL28 LL30 LL46 LL50 LL53 LL65 MM16 MM22 NN20 PP12 PP13 QQ03 QQ23 QQ24 QQ27 QQ29 QQ42 2H095 BA02 BE03 BE08 2H097 AB09 GB01 KA03 KA13 KA15 KA20 KA29 LA10 LA12 5E338 AA01 DD11 DD18 DD32 DD40 EE31 EE33 EE42 5F031 CA04 CA07 JA03 JA06 JA12 JA28 JA29 JA38 JA50 KA06 KA08 KA11 KA20 MA27 5F046 BA04 CC01 CC04 CC05 CC16 EA03 EA09 EB01 ED02 FA03 FA10 FA11 FA20 FB16 FC04 FC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 1/08 G03F 7/23 H 5F031 7/23 9/00 A 5F046 9/00 H01L 21 / 68F H01L 21/68 H05K 1/02 R H05K 1/02 H01L 21/30 525F F term (reference) 2F064 AA02 AA04 BB01 CC10 FF01 GG12 2F065 AA03 AA06 AA20 AA39 BB02 BB18 BB28 CC20 CC25 EE00 FF10 FF42 GG13H03 FF42 GG51H02 LL00 LL02 LL04 LL12 LL28 LL30 LL46 LL50 LL53 LL65 MM16 MM22 NN20 PP12 PP13 QQ03 QQ23 QQ24 QQ27 QQ29 QQ42 2H095 BA02 BE03 BE08 2H097 AB09 GB01 KA03 KA13 KA15 KA20 EA20 DD31 LA12 JA28 JA29 JA38 JA50 KA06 KA08 KA11 KA20 MA27 5F046 BA04 CC01 CC04 CC05 CC16 EA03 EA09 EB01 ED02 FA03 FA10 FA11 FA20 FB16 FC04 FC06
Claims (11)
ライメント方法であって、 前記基板上で配列方向に直交する方向に位置ずれした状
態で互いに反転するように配列された第1及び第2マー
ク要素を含むマークをその配列方向に電気光学的に走査
して、前記第1及び第2マーク要素の前記配列方向に関
して強度変化する第1及び第2光強度信号を検出するス
テップと、 前記第1光強度信号と前記第2光強度信号とを加算して
得られる第3光強度信号に基づいて前記マークの位置情
報を特定するステップと、を備えたことを特徴とするア
ライメント方法。1. An alignment method for aligning a posture of a substrate with a predetermined reference, comprising: a first and a second array arranged to be mutually inverted in a state of being displaced in a direction orthogonal to an arrangement direction on the substrate. A step of electro-optically scanning a mark including a mark element in the arrangement direction thereof to detect first and second light intensity signals whose intensity changes in the arrangement direction of the first and second mark elements; Identifying the position information of the mark based on a third light intensity signal obtained by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal.
とを特徴とする請求項1に記載のアライメント方法。2. The alignment method according to claim 1, wherein the substrate is a photosensitive substrate or a mask.
要素を第1方向に配列した第1方向マークと、前記第1
及び第2マーク要素を前記第1方向に直交する第2方向
に配列した第2方向マークとを含むことを特徴とする請
求項1又は2に記載のアライメント方法。3. The mark comprises: a first direction mark in which the first and second mark elements are arranged in a first direction;
3. The alignment method according to claim 1, further comprising: a second direction mark in which a second mark element is arranged in a second direction orthogonal to the first direction. 4.
徴とする請求項1又は2に記載のアライメント方法。4. The alignment method according to claim 1, wherein the mark has a check shape.
ーティはランダムに設定されていることを特徴とする請
求項1,2又は3に記載のアライメント方法。5. The alignment method according to claim 1, wherein an arrangement duty of the first and second mark elements is set at random.
ライメント装置であって、 前記基板の姿勢を調整する姿勢調整装置と、 前記基板上で配列方向に直交する方向に位置ずれした状
態で互いに反転するように配列された第1及び第2マー
ク要素を含むマークをその配列方向に電気光学的に走査
して、前記第1及び第2マーク要素の前記配列方向に関
して強度変化する第1及び第2光強度信号を検出する検
出装置と、 前記第1光強度信号と前記第2光強度信号とを加算した
第3光強度信号に基づいて、前記基板が所定の基準に整
合するように前記姿勢調整装置を制御する制御装置とを
備えたことを特徴とするアライメント装置。6. An alignment device for aligning a posture of a substrate with a predetermined reference, comprising: a posture adjusting device for adjusting the posture of the substrate; A mark including first and second mark elements arranged to be inverted is electro-optically scanned in the arrangement direction, and first and second marks whose intensity changes in the arrangement direction of the first and second mark elements are changed. (2) a detection device for detecting a light intensity signal; and the posture so that the substrate matches a predetermined reference based on a third light intensity signal obtained by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal. An alignment device, comprising: a control device for controlling the adjusting device.
状態で互いに反転するように配列された第1及び第2マ
ーク要素を含むアライメントマークが形成されたことを
特徴とするデバイス基板。7. A device substrate, wherein an alignment mark including first and second mark elements arranged so as to be inverted with respect to each other while being displaced in a direction orthogonal to the arrangement direction is formed.
状態で互いに反転するように配列された第1及び第2マ
ーク要素を含むアライメントマークが形成されたことを
特徴とするマスク。8. A mask, wherein an alignment mark including first and second mark elements arranged so as to be mutually inverted while being displaced in a direction orthogonal to the arrangement direction is formed.
状態で互いに反転するように配列された第1及び第2マ
ーク要素パターンを含むマークパターンが形成されたこ
とを特徴とするマスク。9. A mask, wherein a mark pattern including first and second mark element patterns arranged so as to be inverted with respect to each other while being displaced in a direction orthogonal to the arrangement direction is formed.
写する露光装置において、 前記感光基板及び前記マスクの少なくとも一方の姿勢を
調整する姿勢調整装置と、 前記感光基板上で配列方向に直交する方向に位置ずれし
た状態で互いに反転するように配列された第1及び第2
マーク要素を含むマークをその配列方向に電気光学的に
走査して、前記第1及び第2マーク要素の前記配列方向
に関して強度変化する第1及び第2光強度信号を検出す
る検出装置と、 前記第1光強度信号と前記第2光強度信号とを加算した
第3光強度信号に基づいて、前記感光基板と前記マスク
の姿勢が互いに整合するように前記姿勢調整装置を制御
する制御装置とを備えたことを特徴とする露光装置。10. An exposure apparatus for projecting an image of a pattern of a mask onto a photosensitive substrate, a posture adjusting device for adjusting the posture of at least one of the photosensitive substrate and the mask, and a direction orthogonal to an arrangement direction on the photosensitive substrate. The first and second arrays are arranged to be inverted from each other in a state where they are misaligned.
A detecting device that electro-optically scans a mark including a mark element in an arrangement direction thereof and detects first and second light intensity signals whose intensity changes in the arrangement direction of the first and second mark elements; A control device that controls the attitude adjusting device based on a third light intensity signal obtained by adding the first light intensity signal and the second light intensity signal so that the attitudes of the photosensitive substrate and the mask match each other. An exposure apparatus, comprising:
ークが形成された基板上にフォトレジストを塗布し、請
求項1に記載のアライメント方法を用いてマスクと前記
基板とのアライメントを行いながら前記マスクのパター
ンを前記フォトレジストに転写する工程を含むデバイス
製造方法。11. A photoresist is applied on a substrate on which marks including the first and second mark elements are formed, and alignment between the mask and the substrate is performed using the alignment method according to claim 1. A device manufacturing method, comprising a step of transferring the pattern of the mask to the photoresist.
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---|---|---|---|
JP36930499A JP2001185474A (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Alignment method, alignment device, substrate, mask, and exposure device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-12-27 JP JP36930499A patent/JP2001185474A/en active Pending
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