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JP2005116581A - Method for detection, method for exposure, detecting device, exposure device, and method of manufacturing device - Google Patents

Method for detection, method for exposure, detecting device, exposure device, and method of manufacturing device Download PDF

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Publication number
JP2005116581A
JP2005116581A JP2003345185A JP2003345185A JP2005116581A JP 2005116581 A JP2005116581 A JP 2005116581A JP 2003345185 A JP2003345185 A JP 2003345185A JP 2003345185 A JP2003345185 A JP 2003345185A JP 2005116581 A JP2005116581 A JP 2005116581A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
signal
detection
region
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003345185A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakajima
伸一 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JP2005116581A publication Critical patent/JP2005116581A/en
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect the defocusing amount of the area of a surface to be inspected. <P>SOLUTION: In a step 607, the data row function H(N) of the reflectivity of an object to be detected is estimated from the data row function G(N) of the image intensity distribution of a surface having uniform reflectivity and the data row function F(N) of the image intensity distribution of a surface having uneven reflectivity. Then, in a step 613, the estimation of the data row function H(N) of the reflectivity of the object to be detected is terminated when the estimated results start to converge, and, in a step 617, the defocusing amount of the area of the surface to be inspected is calculated based on the data row function H(N) of the reflectivity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、検出方法、露光方法、検出装置、露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法、該検出方法を用いる露光方法、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置、該検出装置を備える露光装置、並びに前記露光方法及び前記露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to a detection method, an exposure method, a detection apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and more specifically, a detection method for detecting a test surface of an object via a detection optical system, and the detection method. The present invention relates to an exposure method, a detection apparatus that detects a test surface of an object via a detection optical system, an exposure apparatus including the detection apparatus, the exposure method, and a device manufacturing method using the exposure apparatus.

半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、「ウエハ」と総称する)上に転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等の逐次移動型の投影露光装置が主として用いられている。   In a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like, a wafer or glass on which a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter collectively referred to as “reticle”) is coated with a resist or the like via a projection optical system An exposure apparatus that transfers onto a substrate such as a plate (hereinafter collectively referred to as a “wafer”), such as a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), or a step-and- A sequential movement type projection exposure apparatus such as a scanning type projection exposure apparatus (so-called scanning stepper) is mainly used.

半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも積み重ねて形成するため、回路パターンが形成されたレチクルと、ウエハ上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重要となる。   When manufacturing semiconductor devices, etc., different circuit patterns are stacked and formed on a wafer in several layers. Therefore, a reticle on which a circuit pattern is formed and a pattern already formed on each shot area on the wafer are formed. Accurate overlay is important.

パターンの正確な重ね合わせを行うためには、まず、第1に、回路パターンが形成されたレチクルの位置を正確に検出する必要がある。レチクルの位置検出については、レチクル上に形成された位置合わせマーク(アライメントマーク)の位置を検出することにより行われるが、この場合には、検出光束として露光光を用いるものが一般的である。例えば、露光光をレチクル上に形成されたアライメントマークに照射し、CCDカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するVRA(Visual Reticle Alignment)方式のセンサなどが知られている。   In order to accurately overlay patterns, first, it is necessary to accurately detect the position of the reticle on which the circuit pattern is formed. The position detection of the reticle is performed by detecting the position of an alignment mark (alignment mark) formed on the reticle. In this case, exposure light is generally used as a detection light beam. For example, a VRA (Visual Reticle Alignment) type sensor that irradiates exposure light onto an alignment mark formed on a reticle and processes the image data of the alignment mark imaged by a CCD camera to measure the mark position is known. It has been.

また、第2に、ウエハ上に回路パターンとともに形成された位置合わせ用のマーク(アライメントマーク、以下、適宜「ウエハマーク」ともいう)の位置を正確に検出する必要がある。このアライメントマークの位置を検出するウエハアライメント系としては、種々の方式が知られている。最近では、例えばハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、CCDカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するFIA(Field Image Alignment)系のオフアクシス・アライメントセンサなどが比較的多く用いられている。このFIA系のアライメントセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けず、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な位置検出が可能である。   Second, it is necessary to accurately detect the position of an alignment mark (alignment mark, hereinafter also referred to as “wafer mark”) formed on the wafer together with the circuit pattern. Various methods are known as a wafer alignment system for detecting the position of the alignment mark. Recently, for example, an FIA (Field Image Alignment) system is used that measures the mark position by illuminating with light having a wide wavelength bandwidth using a halogen lamp as a light source and processing image data of an alignment mark imaged by a CCD camera or the like. A relatively large number of off-axis alignment sensors are used. According to this FIA-type alignment sensor, it is possible to detect the position of an aluminum mark, an asymmetric mark, or the like with high accuracy without being affected by thin film interference caused by a resist layer.

これらの光学式アライメントセンサを用いたレチクルとウエハとのアライメントは、概略次の手順で行われる。まず、レチクル上のアライメントマークの像をウエハステージ上の基準マークの投影光学系を介した像と同時にVRAセンサで検出し、その検出結果に基づいてレチクルパターンの投影位置を算出する。次に、ウエハステージを例えば所定距離移動して例えば上述のFIA系のセンサでウエハステージ上の基準マークを検出し、その検出結果及びその検出時のウエハステージの位置情報と、上記算出結果と、ベースラインの設定値とに基づいてFIA系のベースラインを求める。しかる後、ウエハ上のアライメントマークをFIA系のセンサで検出し、その検出結果とその検出時のウエハステージの位置座標とに基づいて、所定の演算処理を行い、ウエハ上の各ショット領域の位置座標を求める。   The alignment between the reticle and the wafer using these optical alignment sensors is performed in the following general procedure. First, the alignment mark image on the reticle is detected by the VRA sensor simultaneously with the image of the reference mark on the wafer stage via the projection optical system, and the projection position of the reticle pattern is calculated based on the detection result. Next, the wafer stage is moved by a predetermined distance, for example, the reference mark on the wafer stage is detected by the above-described FIA sensor, the detection result, the position information of the wafer stage at the time of detection, the calculation result, Based on the set value of the baseline, an FIA baseline is obtained. Thereafter, an alignment mark on the wafer is detected by an FIA sensor, and predetermined calculation processing is performed based on the detection result and the position coordinate of the wafer stage at the time of detection, and the position of each shot area on the wafer is detected. Find the coordinates.

そして、上記の結果をもとに、レチクル(レチクルステージ)とウエハ(ウエハステージ)との相対位置関係を制御して、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式で露光を行えば、ウエハ上の各ショット領域にレチクルのパターンを順次重ね合せて転写することが可能となる。   Then, based on the above results, controlling the relative positional relationship between the reticle (reticle stage) and the wafer (wafer stage), and performing exposure by the step-and-repeat method or the step-and-scan method, It is possible to sequentially transfer the reticle pattern onto each shot area on the wafer.

最近では、このレチクルとウエハとの位置合わせ(アライメント)に対する要求精度は、パターンの微細化と共に厳しくなっており、これに伴い、アライメントマークの位置検出に対する要求精度も厳しくなってきている。そのような要求精度の高度化に応えるために考慮すべき点としては、様々なものがあるが、特に重要な点の1つに、結像式のアライメントセンサに対するウエハ上のアライメントマークのフォーカス位置がある。すなわち、上述したような結像式のアライメントセンサを用いたアライメントマークの位置検出に際しては、最良(ベスト)フォーカス位置でアライメントマークの検出を行うのが精度の観点から見れば望ましい。   Recently, the required accuracy for alignment (alignment) between the reticle and the wafer has become strict as the pattern becomes finer, and accordingly, the required accuracy for detecting the position of the alignment mark has also become strict. There are various points to be considered in order to meet the demand for higher precision, but one of the most important points is the focus position of the alignment mark on the wafer with respect to the imaging type alignment sensor. There is. In other words, when detecting the position of the alignment mark using the imaging type alignment sensor as described above, it is desirable from the viewpoint of accuracy to detect the alignment mark at the best (best) focus position.

そこで、従来より、結像式のアライメントセンサには、アライメントマークをその最良フォーカス位置に位置させるためのオートフォーカス機構が設けられている。このオートフォーカス機構では、まず、例えばスリットなどを介した照明光束、すなわち所定形状の像を結像するための結像光束を、アライメントセンサの対物レンズなどの検出光学系を介してウエハ上の被検面上に形成されたアライメントマークの近傍に照射する。そして、アライメントセンサの検出光学系を介したその結像光束の反射光束を、アライメントセンサの検出光学系の瞳共役位置に設けられた瞳分割プリズム等の光束分割部材によって左右に分割する。更に、この分割された2つの分割光束を、例えば1次元CCDによりなるラインセンサ等の撮像素子で受光する。これにより、2つの分割光束による所定形状の像が、その撮像素子の受光面に、ある間隔を置いて形成される。なお、この撮像素子の受光面は、アライメントセンサの検出光学系に対し、ウエハの被検面が合焦位置にある状態で、上記像の形状を規定するスリット等の位置と共役な位置となるように配置されており、その状態で、そのスリット像が撮像素子の受光面に結像するように設定されている。   Therefore, conventionally, an image forming type alignment sensor is provided with an autofocus mechanism for positioning the alignment mark at the best focus position. In this autofocus mechanism, first, an illumination light beam, for example, through a slit or the like, that is, an imaging light beam for forming an image of a predetermined shape is applied to a target on a wafer via a detection optical system such as an objective lens of an alignment sensor. Irradiate near the alignment mark formed on the surface. Then, the reflected light beam of the imaging light beam via the detection optical system of the alignment sensor is divided into left and right by a light beam splitting member such as a pupil splitting prism provided at the pupil conjugate position of the detection optical system of the alignment sensor. Further, the two divided luminous fluxes are received by an imaging element such as a line sensor formed by a one-dimensional CCD, for example. Thereby, an image having a predetermined shape by the two split light beams is formed at a certain interval on the light receiving surface of the image sensor. Note that the light receiving surface of the imaging element is a conjugate position with the position of a slit or the like that defines the shape of the image with respect to the detection optical system of the alignment sensor in a state where the surface to be tested of the wafer is in a focused position. In this state, the slit image is set so as to form an image on the light receiving surface of the image sensor.

この撮像素子に入射する反射光束は、上記光束分割部材によってテレセントリック性が崩されているため、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向にウエハが変位すると、撮像素子の受光面上に結像される2つのスリット像の間隔が変化する。このような性質を利用して、撮像素子の受光面における2つのスリット像の間隔を計測すれば、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向に関するウエハの被検面上のアライメントマークの位置(フォーカス位置)を検出することが可能となる。   The reflected light beam incident on the image sensor has its telecentricity destroyed by the light beam splitting member, so that if the wafer is displaced in the optical axis direction of the detection optical system of the alignment sensor, an image is formed on the light receiving surface of the image sensor. The interval between the two slit images changes. If the distance between the two slit images on the light receiving surface of the image sensor is measured using such properties, the position of the alignment mark (focus) on the surface to be tested of the wafer with respect to the optical axis direction of the detection optical system of the alignment sensor. Position) can be detected.

具体的には、このオートフォーカス機構では、各スリット像に対応する像強度分布の重心位置が求められ、2つのスリット像にそれぞれ対応する像強度分布の中心、例えば重心位置の間隔(以下、適宜、「2つのスリット像の間隔」と略述する)が計測される。ここで、アライメントセンサの検出光学系に対し、ウエハの被検面がその最良フォーカス位置に位置する場合に得られる2つのスリット像の間隔が既知(設計値)であるとすると、計測された2つのスリット像の間隔と、最良フォーカス位置での2つのスリット像の間隔との差が、アライメントセンサの検出光学系に対する被検面の最良フォーカス位置からのデフォーカス量に対応することとなる。   Specifically, in this autofocus mechanism, the centroid position of the image intensity distribution corresponding to each slit image is obtained, and the center of the image intensity distribution corresponding to each of the two slit images, for example, the interval between the centroid positions (hereinafter referred to as appropriate). , Abbreviated as “interval between two slit images”). Here, with respect to the detection optical system of the alignment sensor, if the distance between two slit images obtained when the test surface of the wafer is located at the best focus position is known (design value), the measured 2 The difference between the interval between the two slit images and the interval between the two slit images at the best focus position corresponds to the defocus amount from the best focus position of the test surface with respect to the detection optical system of the alignment sensor.

そこで、オートフォーカス機構は、計測された2つのスリット像の間隔と、最良フォーカス位置での2つのスリット像の間隔(例えば設計値として予め求められている既知の間隔)との差を求め、その差を実際のデフォーカス量に変換するための変換係数を用いて、アライメントセンサの検出光学系の最良フォーカス位置からのデフォーカス量を求め、求められたデフォーカス量に基づいて、アライメントセンサの検出光学系の光軸方向に関するウエハの位置を調整している(例えば、特許文献1〜4参照)。   Therefore, the autofocus mechanism obtains a difference between the measured interval between the two slit images and the interval between the two slit images at the best focus position (for example, a known interval obtained in advance as a design value). Using the conversion coefficient to convert the difference into the actual defocus amount, the defocus amount from the best focus position of the detection optical system of the alignment sensor is obtained, and the alignment sensor is detected based on the obtained defocus amount. The position of the wafer in the optical axis direction of the optical system is adjusted (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

ところで、このような所定の結像光束の照射位置(被計測領域)は、通常、検出対象となるアライメントマークが形成された領域の近傍のウエハW上のストリートライン上となるように設定されている。最近では、露光精度の高度化などのために、ストリートライン上においても、検出対象のアライメントマークの近傍に、様々なマーク(例えば、アライメントマークを、アライメントセンサの検出視野内に確実に位置させるために行われるサーチアライメント用のマークや、他のアライメントマーク)が多数形成されるようになってきている。この場合、上述したウエハW上の所定の結像光束の照射位置(すなわちスリット像が形成される位置)に、たまたま他のマークが設けられていることも考えられるため、それらのマークが、デフォーカス量の算出値に影響を与えるのではないかということが懸念されている。
特開平1−202708号公報 特開平6−214150号公報 特開平10−223517号公報 特開2001−257157号公報
By the way, the irradiation position (measurement area) of such a predetermined imaging light beam is usually set to be on a street line on the wafer W in the vicinity of the area where the alignment mark to be detected is formed. Yes. Recently, in order to improve exposure accuracy, various marks (for example, alignment marks, for example, in order to ensure that the alignment marks are positioned within the detection field of the alignment sensor, also on the street line, in the vicinity of the alignment mark to be detected). A large number of search alignment marks and other alignment marks) are formed. In this case, since it is conceivable that other marks happen to be provided at the irradiation position of the predetermined imaging light beam on the wafer W (that is, the position where the slit image is formed), these marks are There is a concern that it may affect the calculated value of the focus amount.
JP-A-1-202708 JP-A-6-214150 JP-A-10-223517 JP 2001-257157 A

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、検出光学系に対する被検面を精度良く検出することができる検出方法を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and a first object thereof is to provide a detection method capable of accurately detecting a surface to be detected with respect to a detection optical system.

また、本発明の第2の目的は、高精度な露光を実現することができる露光方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an exposure method capable of realizing highly accurate exposure.

また、本発明の第3の目的は、検出光学系に対する被検面を精度良く検出することができる検出装置を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a detection apparatus that can accurately detect a surface to be detected with respect to a detection optical system.

また、本発明の第4の目的は、高精度な露光を実現することができる露光装置を提供することにある。   A fourth object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of realizing highly accurate exposure.

また、本発明の第5の目的は、高集積度のデバイスを生産することができるデバイス製造方法を提供することにある。   A fifth object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of producing a highly integrated device.

上記課題を解決すべく、本発明者は、所定の結像光束の照射位置にマークが形成されていた場合に、そのマークがデフォーカス量の算出に対してどのような影響を及ぼしているかについての解析を行なった。以下に、その解析の結果について、図1(A)、図1(B)を参照して説明する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has examined how the mark affects the calculation of the defocus amount when a mark is formed at a predetermined imaging light beam irradiation position. Was analyzed. Hereinafter, the result of the analysis will be described with reference to FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B).

図1(A)には、上述の結像光束がウエハW上の不図示のウエハマーク周辺に照射されたときの様子が示されている。この図1(A)では、アライメントセンサの検出光学系(以下、単に、「検出光学系」と称する)の光軸方向に関するアライメントマークの位置(フォーカス位置)が、検出光学系のガウス像面(物体面に対し、検出光学系が有する唯一つの像面であり、その像面位置が、計測対象となるウエハマークの構造に依存して変動することが無い像面)に対応する位置を原点として、縦軸として示されており、この縦軸に沿って、上から、ウエハWが検出光学系のガウス像面よりも上側に位置する状態、ガウス像面(フォーカス位置が0)に位置する状態、ガウス像面よりも下側に位置する状態の3つの状態が模式的に示されている。   FIG. 1A shows a state in which the above-described imaging light beam is irradiated around a wafer mark (not shown) on the wafer W. In FIG. 1A, the position (focus position) of the alignment mark in the optical axis direction of the detection optical system of the alignment sensor (hereinafter simply referred to as “detection optical system”) is the Gaussian image plane ( The position corresponding to the object plane is the only image plane that the detection optical system has, and the position of the image plane does not vary depending on the structure of the wafer mark to be measured). The vertical axis indicates the state in which the wafer W is positioned above the Gaussian image plane of the detection optical system and the Gaussian image plane (focus position is 0) along the vertical axis. The three states of the state located below the Gaussian image plane are schematically shown.

また、ウエハWには、すでに回路パターン等が形成されており、図1(A)では、その回路パターン等の一例として、ウエハマークの一部としての下地パターンPt(ストリートライン上のマーク)が、代表的に示されている。下地パターンPtが形成されている部分は、他の部分に比べて反射率が高くなっている。ウエハWには、表面上に更にフォトレジスト層や反射防止膜などが形成されているが、図1(A)では、その図示が省略されている。また、ウエハWの表面の反射率は、このフォトレジストの下地の反射率と等価なので、以下では、この反射率を、適宜、「下地反射率」とも呼ぶものとする。   Further, a circuit pattern or the like is already formed on the wafer W. In FIG. 1A, as an example of the circuit pattern or the like, a base pattern Pt (a mark on a street line) as a part of the wafer mark is formed. Shown representatively. The portion where the base pattern Pt is formed has a higher reflectance than the other portions. A photoresist layer, an antireflection film, and the like are further formed on the surface of the wafer W, but the illustration thereof is omitted in FIG. Further, since the reflectance of the surface of the wafer W is equivalent to the reflectance of the background of the photoresist, this reflectance will be referred to as “underground reflectance” as appropriate below.

図1(A)に示されるように、ウエハWには、例えばスリット状の結像光束(所定の結像光束)として、実線の矢印で示されるように、右斜め上側から所定の入射角を有する斜入射光が入射している。この斜入射光により、ウエハWの表面上には、二点鎖線で示されるスリット像が形成される。   As shown in FIG. 1A, the wafer W has, for example, a slit-shaped imaging light beam (predetermined imaging light beam) having a predetermined incident angle from the upper right side as shown by a solid arrow. The oblique incident light having is incident. With this oblique incident light, a slit image indicated by a two-dot chain line is formed on the surface of the wafer W.

ウエハWで反射したこの結像光束の反射光束は、前述したように、検出光学系(対物レンズなど)を経て、前述したような光束分割部材で2つの分割光束に分割された後、スリット像として、撮像素子の受光面上に結像する。これにより、撮像素子から、2つの分割光束の像が結像したときの撮像素子の受光面上の光強度分布を表す信号が出力されるようになる。   As described above, the reflected light beam of the imaging light beam reflected by the wafer W is split into two split light beams by the light beam splitting member as described above through the detection optical system (objective lens, etc.), and then the slit image. As a result, an image is formed on the light receiving surface of the image sensor. As a result, a signal indicating the light intensity distribution on the light receiving surface of the image sensor when the image of the two split light beams is formed is output from the image sensor.

図1(B)には、ウエハWが図1(A)に示される3つの状態にあるときに、撮像素子から出力される光強度分布を示す信号の一例がそれぞれ示されている。図1(B)に示されるように、撮像素子から出力される信号には、2つのピークPA,PBが表れている。この2つのピークPA,PBは、前述の反射光束によるスリット像に対応しているので、以下では、これらを「スリット像PA,PB」と呼ぶものとする。このスリット像PA,PBは、そのスリット像間に鏡面を置いたときに、その鏡面に対して対称である(いわゆる鏡映対称性を有している)。 FIG. 1B shows an example of signals indicating the light intensity distribution output from the image sensor when the wafer W is in the three states shown in FIG. As shown in FIG. 1B, the signal output from the image sensor has two peaks P A and P B. Since these two peaks P A and P B correspond to the slit image formed by the reflected light beam, they are hereinafter referred to as “slit images P A and P B ”. The slit images P A and P B are symmetric with respect to the mirror surface when the mirror surface is placed between the slit images (having so-called mirror symmetry).

ここで、ウエハWが検出光学系のガウス像面に位置する場合に、この2つのスリット像PA,PBの間隔をdAとする。ウエハWが検出光学系のガウス像面よりもその検出光学系寄りに位置する場合には、その間隔はdAよりも大きいdUとなり、ウエハWが検出光学系のガウス像面よりも検出光学系から遠くなる方向に位置する場合には、dAよりも小さいdLとなる。また、特に図1(B)では図示が省略されているが、最良フォーカス位置にウエハマークが位置するときに、撮像素子の受光面の光強度分布に対応する信号に現れる2つのスリット像PA,PBの間隔d0が予め求められているものとする。 Here, when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system, the interval between the two slit images P A and P B is d A. When the wafer W is positioned on the detection optical system closer than Gaussian image plane of the detecting optical system, the interval is greater d U next than d A, detection optical than Gaussian image plane of the wafer W detection optical system When it is located in a direction far from the system, d L is smaller than d A. In particular although not shown in FIG. 1 (B) is omitted, when the wafer mark best focus position is located, the two slit images P A appearing in the signal corresponding to the light intensity distribution of the light-receiving surface of the imaging device , P B interval d 0 is obtained in advance.

前述したように、オートフォーカス機構は、各状態における2つのスリット像PA,PBの間隔dU,dA,dLとd0との差、例えばdU−d0にデフォーカス量への変換係数を乗ずることにより、ウエハWの被検面を最良フォーカス位置に位置させるための符号付きデフォーカス量を求めている(その符号は、dU,dA,dLとd0との大小関係によって決まる)。 As described above, the autofocus mechanism reduces the defocus amount to the difference between the distances d U , d A , d L and d 0 between the two slit images P A and P B in each state, for example, d U −d 0 . Is multiplied by the conversion coefficient to obtain a signed defocus amount for positioning the test surface of the wafer W at the best focus position (the sign is expressed by d U , d A , d L and d 0 ). It depends on the size relationship).

ところで、下地パターンPtと他の部分との反射率の違いにより、撮像素子の受光面に結像される2つのスリット像PA,PBの像強度分布は不均一となる。図1(B)では、下地パターンPtによってもたらされるスリット像PA,PBの像強度分布の不均一性が、スリット像PA,PB上の3つの突起として模式的に表されている。 By the way, the image intensity distribution of the two slit images P A and P B formed on the light receiving surface of the image sensor becomes non-uniform due to the difference in reflectance between the base pattern Pt and other portions. In FIG. 1B, the non-uniformity of the image intensity distribution of the slit images P A and P B caused by the base pattern Pt is schematically represented as three protrusions on the slit images P A and P B. .

また、図1(A)に示されるように、ウエハWのフォーカス位置に応じて、2点鎖線で示されるスリット像のウエハW上の結像位置は、ウエハWの表面上をずれていくが、下地パターンPtの位置は、ウエハWのフォーカス位置に関わらず、常に一定である。このため、ウエハWが検出光学系のガウス像面上に位置している場合に、右上から入射した斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光と、下地パターンPtの中心部からの反射光とが、互いに一致していたとしても、ウエハWが検出光学系のガウス像面よりも上側に位置している場合には、右上から入射した斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光(実線)と、下地パターンPtの中心部からの反射光(点線)とは、ウエハWがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面上に位置しているときよりも右側にずれる。そして、そのずれ方については、下地パターンPtの中心部からの反射光が、スリット像の中心部からの反射光の半分となる。また、ウエハWが検出光学系のガウス像面よりも下側に位置している場合には、斜入射光に対するスリット像の中心部からの反射光(実線)と、下地パターンPtの中心部からの反射光(点線)とは、ウエハWがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面上に位置しているときよりも、左側にずれる。そして、そのずれ方については、下地パターンPtの中心部からの反射光が、スリット像の中心部からの反射光の半分となる。   Further, as shown in FIG. 1A, the image formation position on the wafer W of the slit image indicated by the two-dot chain line is shifted on the surface of the wafer W in accordance with the focus position of the wafer W. The position of the base pattern Pt is always constant regardless of the focus position of the wafer W. For this reason, when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system, the reflected light from the center of the slit image and the reflection from the center of the base pattern Pt with respect to the obliquely incident light incident from the upper right. If the wafer W is positioned above the Gaussian image plane of the detection optical system even if the light is coincident with each other, the reflection from the central portion of the slit image with respect to the obliquely incident light incident from the upper right The light (solid line) and the reflected light (dotted line) from the central portion of the base pattern Pt are shifted to the right side when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor. And about the shift | offset | difference, the reflected light from the center part of the base pattern Pt becomes a half of the reflected light from the center part of a slit image. When the wafer W is positioned below the Gaussian image plane of the detection optical system, reflected light (solid line) from the center of the slit image with respect to oblique incident light and the center of the base pattern Pt. The reflected light (dotted line) is shifted to the left side when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor. And about the shift | offset | difference, the reflected light from the center part of the base pattern Pt becomes a half of the reflected light from the center part of a slit image.

このことから、撮像素子の受光面で結像される2つのスリット像PA,PBの像強度分布の形状は、検出光学系のガウス像面からのウエハWのフォーカス方向の位置ずれに応じて変形する。例えば、図1(B)に示されるように、ウエハWがその検出光学系のガウス像面に位置するときには、2つのスリット像PA,PBの3つの突起は、スリット像PA,PBの中心近辺に現れているが、ウエハWがそのガウス像面よりも上側(正側)に位置しているときには、2つのスリット像PA,PBの3つの突起は、スリット像PA,PB同士の鏡映対称性により、各スリット像に対しそのスリット像の中心から、スリット像PAについては右側に、スリット像PBについては左側にシフトするようになる。また、ウエハWが、検出光学系のガウス像面よりも下側(負側)に位置するときには、2つのスリット像PA,PBの3つの突起は、同じくスリット像PA,PB同士の鏡映対称性により、各スリット像に対しそのスリット像の中心から、スリット像PAについては左側に、スリット像PBについては右側にシフトするようになる。すなわち、ウエハWがアライメントセンサの検出光学系のガウス像面に位置しているときとそうでないときとでは、撮像素子の受光面で結像される2つのスリット像PA,PBの像強度分布の形状が異なったものとなる。 From this, the shape of the image intensity distribution of the two slit images P A and P B formed on the light receiving surface of the image sensor corresponds to the positional deviation in the focus direction of the wafer W from the Gauss image plane of the detection optical system. And deform. For example, as shown in FIG. 1B, when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system, the three projections of the two slit images P A and P B are slit images P A and P Although appearing in the vicinity of the center of B , when the wafer W is located on the upper side (positive side) of the Gaussian image plane, the three projections of the two slit images P A and P B are formed on the slit image P A. by reflection symmetry between P B, from the center of the slit images for each slit image, on the right side for the slit image P a, so that the shift to the left for slit image P B. The wafer W is, when positioned below the Gaussian image plane of the detecting optical system (negative side), two slit images P A, 3 one projection of P B, like slit image P A, P B to each other Due to the mirror symmetry, for each slit image, the slit image P A is shifted to the left side and the slit image P B is shifted to the right side from the center of the slit image. That is, when the wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor and when it is not, the image intensities of the two slit images P A and P B formed on the light receiving surface of the image sensor. The distribution shape is different.

前述のように、ウエハWのデフォーカス量は、2つのスリット像PA,PBの重心位置の間隔によって算出される。したがって、検出光学系のガウス像面からのウエハWの位置ずれによる2つのスリット像PA,PBの変形は、2つのスリット像PA,PBの重心位置の算出に影響を与え、その変形が、検出されるデフォーカス量の検出誤差の要因となってしまう可能性がある。すなわち、図1(A)に示されるように、検出光学系のガウス像面からずれたときの2つのスリット像PA,PBの重心位置の間隔dU,dLは、いずれも、フォーカス計測の際のアライメントセンサの検出光学系のガウス像面からのウエハWの位置ずれに起因した下地パターンPtに依存する信号成分による誤差を含むようになり、間隔du,dLに基づく符号付きデフォーカス量の信頼性は、必ずしも高いものとはいえなくなる。また、このような2つのスリット像PA,PBの像強度分布の分布形状のデフォーカスによる変形は、ウエハW上への結像光束の照射位置が、ウエハWのフォーカス位置により異なるため、前もって照射位置を特定し、その下地パターンPtに依存する信号成分を予測することも非常に困難である。 As described above, the defocus amount of the wafer W is calculated based on the interval between the gravity center positions of the two slit images P A and P B. Therefore, the deformation of the two slit images P A and P B due to the positional deviation of the wafer W from the Gaussian image plane of the detection optical system affects the calculation of the centroid position of the two slit images P A and P B. The deformation may cause a detection error of the detected defocus amount. That is, as shown in FIG. 1A , the distances d U and d L between the center positions of the two slit images P A and P B when they deviate from the Gaussian image plane of the detection optical system are both focused. now it includes an error due to signal components which depends on the underlying pattern Pt due to positional deviation of the wafer W from the Gaussian image plane of the detecting optical system of the alignment sensor during measurement, signed based on the interval d u, d L The reliability of the defocus amount is not necessarily high. Further, the deformation due to the defocusing of the distribution shape of the image intensity distribution of the two slit images P A and P B is different because the irradiation position of the imaging light beam on the wafer W differs depending on the focus position of the wafer W. It is also very difficult to specify an irradiation position in advance and predict a signal component depending on the base pattern Pt.

本発明は、上述した解析結果によって得られた新規知見に基づいてなされたもので、以下のような構成を採用する。   The present invention has been made on the basis of the new findings obtained from the analysis results described above, and employs the following configuration.

請求項1に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域を位置させる第1工程と;前記第1工程を行った後に、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する第2工程と;前記第2工程の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する第3工程と;を含む検出方法である。   The invention according to claim 1 is a detection method for detecting a test surface of an object via a detection optical system, wherein a part of the test surface of the object is formed on a Gaussian image plane of the detection optical system. A first step of positioning a region; a second step of measuring a focus state of the region with respect to the detection optical system after performing the first step; and the detection optics based on a measurement result of the second step A third step of determining a focus position of the region with respect to the system.

これによれば、第1工程において、物体の被検面上の検出対象の領域を検出光学系のガウス像面上に位置させてから、検出光学系に対するその領域の合焦状態を計測するので、検出光学系に対するその領域のフォーカス状態の計測結果に含まれる、検出光学系のガウス像面からのその領域の位置ずれにより発生する誤差を低減することができる。これにより、そのフォーカス状態に基づいて、被検面上の検出対象となる領域の合焦位置を精度良く検出することができる。   According to this, in the first step, the detection target area on the object surface to be detected is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system, and then the focus state of the area with respect to the detection optical system is measured. In addition, it is possible to reduce an error caused by the positional deviation of the region from the Gaussian image plane of the detection optical system, which is included in the measurement result of the focus state of the region with respect to the detection optical system. Thereby, based on the focus state, the in-focus position of the region to be detected on the surface to be detected can be detected with high accuracy.

この場合、請求項2に記載の検出方法のごとく、前記第3工程は、前記第2工程の計測結果に基づいて、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置しているか否かを判別する判別工程と;前記判別工程において、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置していないと判別した場合には、前記検出光学系の光軸方向に関する前記検出光学系と前記領域との相対位置を調整して、前記領域を前記合焦位置に位置させる制御工程と;を含むこととすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 2, the third step determines whether or not the region is located at a focus position with respect to the detection optical system based on a measurement result of the second step. A discriminating step for discriminating; and in the discriminating step, when it is discriminated that the region is not located at a focus position with respect to the detection optical system, the detection optical system and the region in the optical axis direction of the detection optical system And a control step of adjusting the relative position to position the region at the in-focus position.

上記請求項1又は2に記載の検出方法において、請求項3に記載の検出方法のごとく、前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を、記憶装置に記憶させる第4工程と;前記被検面上の前記領域とは他の領域の前記検出光学系に対するフォーカス状態を計測する際には、前記第4工程で記憶された合焦位置に基づいて、前記他の領域を位置させる第5工程と;を更に含むこととすることができる。   In the detection method according to claim 1 or 2, as in the detection method according to claim 3, the in-focus position of the region with respect to the detection optical system determined in the third step is stored in a storage device. A fourth step; when measuring the focus state of the detection optical system in a region other than the region on the surface to be measured, based on the in-focus position stored in the fourth step, the other And a fifth step of positioning the region.

上記請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項4に記載の検出方法のごとく、前記第3工程を行った後、前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むこととすることができる。   In the detection method according to any one of claims 1 to 3, the detection optical system determined in the third step after performing the third step, as in the detection method according to claim 4. An imaging step of imaging the mark formed in the region via the detection optical system in a state where the region is located at a position different from the in-focus position with respect to can be included.

この場合、請求項5に記載の検出方法のごとく、前記撮像工程では、前記マークを撮像する際の前記領域の位置を、前記マークの撮像結果におけるコントラストが最大となる位置とすることとすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 5, in the imaging step, the position of the area when imaging the mark is set to a position where the contrast in the imaging result of the mark is maximized. Can do.

上記請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項6に記載の検出方法のごとく、前記第3工程を行った後、前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むこととすることができる。   In the detection method according to any one of claims 1 to 3, the detection optical system determined in the third step after performing the third step as in the detection method according to claim 6. It is possible to further include an imaging step of imaging the mark formed in the region via the detection optical system in a state where the region is positioned at the in-focus position with respect to.

請求項7に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する第1工程と;前記第1工程で検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第1信号及び前記表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を推定する第2工程と;前記推定された前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める第3工程と;を含む検出方法である。   The invention according to claim 7 is a detection method for detecting a test surface of an object via a detection optical system, and is a predetermined method for a measurement region in the vicinity of a partial region of the test surface of the object. A first step of irradiating the imaging light beam and detecting a signal corresponding to the reflected light beam from the measurement region; and only the surface shape of the measurement region included in the signal detected in the first step A second step of estimating at least one of a dependent first signal and a second signal independent of the surface shape; and based on at least one of the estimated first signal and second signal, the detection optical system A third step of obtaining a focus state of the measurement target area with respect to

これによれば、第1工程において、物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する。そして、第2工程において、第1工程で検出された信号に含まれる、被計測領域の表面形状に依存する第1信号及び表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を推定する。さらに、第3工程において、推定された第1信号及び第2信号の少なくとも一方に基づいて、検出光学系に対する領域の合焦状態を決定する。このようにすれば、検出光学系のガウス像面からの被計測領域の位置ずれに応じた第1信号と第2信号とのずれ方の違いに関わらず、検出光学系に対するその領域の合焦状態を、精度良く検出することが可能となる。   According to this, in the first step, a predetermined imaging light beam is irradiated to a measurement area in the vicinity of a part of the area to be measured of the object, and a signal corresponding to the reflected light beam from the measurement area is generated. To detect. In the second step, at least one of the first signal that depends on the surface shape of the measurement target area and the second signal that does not depend on the surface shape included in the signal detected in the first step is estimated. Further, in the third step, an in-focus state of the region with respect to the detection optical system is determined based on at least one of the estimated first signal and second signal. In this way, regardless of the difference between the first signal and the second signal in accordance with the positional deviation of the measurement area from the Gaussian image plane of the detection optical system, the area is focused on the detection optical system. It becomes possible to detect the state with high accuracy.

この場合、請求項8に記載の検出方法のごとく、前記第2工程に先立って、反射率がほぼ一様な基準面に対して前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を検出する第4工程を更に含み、前記第2工程では、前記第4工程で検出された信号を用いて、前記推定を行うこととすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 8, prior to the second step, the predetermined imaging light beam is irradiated onto a reference surface having a substantially uniform reflectance, and the reflection obtained by the irradiation. The method may further include a fourth step of detecting a signal corresponding to the light beam, and the estimation may be performed using the signal detected in the fourth step in the second step.

この場合、請求項9に記載の検出方法のごとく、前記第4工程では、前記検出光学系に対する前記基準面のフォーカス位置を順次変更しながら、前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を、前記フォーカス位置が変更される毎に検出し、前記第2工程では、前記第4工程で検出された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記第1工程で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第1信号を推定することとすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 9, in the fourth step, the predetermined imaging light beam is irradiated while sequentially changing the focus position of the reference surface with respect to the detection optical system, and A signal corresponding to the obtained reflected light beam is detected every time the focus position is changed. In the second step, a part of the plurality of signals detected in the fourth step is selected, and the selection is performed. The first signal can be estimated by dividing or subtracting the signal detected in the first step from the generated signal.

上記請求項7〜9のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項10に記載の検出方法のごとく、前記第2工程では、前記第1信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第1情報を求め、前記第2信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第2情報を求め、前記第1情報と前記第2情報とがほぼ所定の関係となるまで、前記推定を継続することとすることができる。   In the detection method according to any one of claims 7 to 9, as in the detection method according to claim 10, in the second step, the object to be detected with respect to the detection optical system is based only on the first signal. First information related to the focus state of the measurement region is obtained, second information relating to the focus state of the measurement target region with respect to the detection optical system is obtained based only on the second signal, and the first information and the second information are obtained. The estimation can be continued until the predetermined relationship is obtained.

この場合、請求項11に記載の検出方法のごとく、前記所定の関係は、前記第2情報が、前記第1情報の2倍となる関係であることとすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 11, the predetermined relationship may be a relationship in which the second information is twice the first information.

上記請求項7〜11のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項12に記載の検出方法のごとく、前記第3工程では、前記第1工程で検出された信号に対する前記第1信号又は前記第2信号の寄与度に応じて、前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方を選択し、選択された信号に基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求めることとすることができる。   The detection method according to any one of claims 7 to 11, wherein, as in the detection method according to claim 12, in the third step, the first signal with respect to the signal detected in the first step or Selecting at least one of the first signal and the second signal according to the degree of contribution of the second signal, and determining a focus state of the measurement target region with respect to the detection optical system based on the selected signal; can do.

この場合、請求項13に記載の検出方法のごとく、前記寄与度は、前記第1信号及び前記第2信号各々の振幅に関する情報を含むこととすることができる。   In this case, as in the detection method according to the thirteenth aspect, the contribution can include information on the amplitude of each of the first signal and the second signal.

この場合、請求項14に記載の検出方法のごとく、前記第1工程で検出された信号は、複数の撮像素子によって得られた輝度値を含み、前記寄与度は、前記第1信号及び前記第2信号各々の前記各輝度値の標準偏差と、前記第1工程で検出された信号の前記各輝度値の標準偏差との関係から求められることとすることができる。   In this case, as in the detection method according to claim 14, the signal detected in the first step includes a luminance value obtained by a plurality of image sensors, and the contribution degree includes the first signal and the first signal. It can be obtained from the relationship between the standard deviation of each luminance value of each of the two signals and the standard deviation of each luminance value of the signal detected in the first step.

上記請求項12〜14のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項15に記載の検出方法のごとく、前記第3工程では、前記第1工程で検出された信号に対する前記第1信号及び前記第2信号の寄与度に応じた重みを用いて、前記第1信号から求められたフォーカス状態と、前記第2信号から求められたフォーカス状態とを重み付け平均することとすることができる。   The detection method according to any one of claims 12 to 14, wherein, as in the detection method according to claim 15, in the third step, the first signal with respect to the signal detected in the first step and Using the weight according to the contribution degree of the second signal, the focus state obtained from the first signal and the focus state obtained from the second signal can be weighted averaged.

上記請求項7〜15のいずれか一項に記載の検出方法において、請求項16に記載の検出方法のごとく、前記第3工程を行った後、前記第3工程で求められたフォーカス状態に基づき決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する第5工程と;を更に含むこととすることができる。   In the detection method according to any one of claims 7 to 15, based on the focus state obtained in the third step after performing the third step as in the detection method according to claim 16. And a fifth step of imaging the mark formed in the region through the detection optical system in a state where the region is positioned at the determined focus position with respect to the detection optical system. be able to.

請求項17に記載の発明は、パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光方法であって、請求項4〜6、16のいずれか一項に記載の検出方法を用いて、前記移動体上のマークの位置情報を検出する工程と;前記検出結果に基づいて、前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する工程と;を含む露光方法である。   The invention described in claim 17 is an exposure method for transferring a pattern to an object held by a moving body, and using the detection method according to any one of claims 4 to 6 and 16, Detecting the position information of the mark on the moving body; and transferring the pattern to the object while controlling the position of the object held on the moving body based on the detection result. Is the method.

これによれば、請求項4〜6、16のいずれか一項に記載の検出方法によって良好に撮像されたマークの撮像結果に基づいて検出されたマークの位置情報を用いて、物体の位置制御を行いつつ転写を行うので、高精度な露光を実現することができる。   According to this, the position control of the object is performed using the position information of the mark detected based on the imaging result of the mark imaged well by the detection method according to any one of claims 4 to 6 and 16. Since the transfer is performed while performing high-precision exposure, high-precision exposure can be realized.

請求項18に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラフィ工程では、請求項17に記載の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。かかる場合には、請求項17に記載の露光方法によって露光が行われるため、露光精度が向上するので、高集積度のデバイスを生産することができる。   The invention described in claim 18 is a device manufacturing method including a lithography process, wherein the exposure is performed using the exposure method according to claim 17 in the lithography process. In such a case, since the exposure is performed by the exposure method according to the seventeenth aspect, the exposure accuracy is improved, so that a highly integrated device can be produced.

請求項19に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体と前記検出光学系との相対位置を調整する調整装置と;前記調整装置の調整により、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域が位置した状態で、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する計測装置と;前記計測装置の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する決定装置と;を備える検出装置である。   The invention according to claim 19 is a detection device for detecting a test surface of an object via a detection optical system, wherein the relative position between the object and the detection optical system in the optical axis direction of the detection optical system. An adjustment device for adjusting the focus of the region with respect to the detection optical system in a state where a partial region of the test surface of the object is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system by the adjustment of the adjustment device A detection device comprising: a measurement device that measures a state; and a determination device that determines an in-focus position of the region with respect to the detection optical system based on a measurement result of the measurement device.

これによれば、調整装置によって、物体の被検面上の少なくとも1つの領域を検出光学系のガウス像面上に位置させてから、検出光学系に対するその領域の合焦状態を計測装置によって計測するので、検出光学系のガウス像面からの被検面領域の位置ずれによる誤差を低減することができるようになるため、被検面上の検出対象となる領域を精度良く検出することができる。   According to this, at least one region on the surface to be measured of the object is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system by the adjusting device, and the focus state of the region with respect to the detection optical system is measured by the measurement device As a result, it is possible to reduce an error due to the displacement of the surface area to be detected from the Gaussian image plane of the detection optical system, so that the detection target area on the surface to be detected can be accurately detected. .

この場合、請求項20に記載の検出装置のごとく、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を記憶する記憶装置を更に備え、前記調整装置の調整により、前記被検面の前記領域とは異なる他の領域が、前記記憶装置に記憶された合焦位置に位置した状態で、前記計測装置が、前記検出光学系に対する前記他の領域のフォーカス状態を計測することとすることができる。   In this case, as in the detection device according to claim 20, the image processing apparatus further includes a storage device that stores a focus position of the region with respect to the detection optical system determined by the determination device. The measurement device measures the focus state of the other region with respect to the detection optical system in a state where another region different from the region of the inspection surface is located at the in-focus position stored in the storage device. It can be.

上記請求項19又は20に記載の検出装置において、請求項21に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとしても良いし、請求項22に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとしても良い。   The detection device according to claim 19 or 20, wherein, like the detection device according to claim 21, a position different from a focus position with respect to the detection optical system determined by the determination device by adjustment of the adjustment device. Furthermore, it is good also as an image pick-up device which picturizes the mark formed in the field in the state where the field is located via the detection optical system, and like the detection device according to claim 22, The mark formed in the region is imaged through the detection optical system in a state where the region is located at the in-focus position with respect to the detection optical system determined by the determination device by the adjustment of the adjustment device. An imaging device may be further provided.

請求項23に記載の発明は、物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する信号検出装置と;前記信号検出装置によって検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第1信号及び前記表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を推定する推定装置と;前記推定された前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める算出装置と;を備える検出装置である。   The invention as set forth in claim 23 is a detection device for detecting a test surface of an object via a detection optical system, and is predetermined for a measurement region in the vicinity of a partial region of the test surface of the object. A signal detection device that irradiates the imaging light beam and detects a signal corresponding to the reflected light beam from the measurement region; and only the surface shape of the measurement region included in the signal detected by the signal detection device An estimation device that estimates at least one of a first signal that depends and a second signal that does not depend on the surface shape; and for the detection optical system based on at least one of the first signal and the second signal that is estimated And a calculation device that obtains the focus state of the measurement area.

これによれば、信号検出装置によって検出された信号に含まれる、被計測領域の表面形状に依存する第1信号及びその表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を、推定装置によって推定し、その推定装置によって推定された第1信号及び第2信号の少なくとも一方に基づいて、検出光学系に対するその領域の合焦状態を決定装置によって決定する。このようにすれば、検出光学系のガウス像面から被計測領域の位置ずれに起因する第1信号と第2信号とずれ方の違いに関わらず、検出光学系に対するその領域のフォーカス状態を、精度良く検出することが可能となる。   According to this, at least one of the first signal that depends on the surface shape of the measurement target region and the second signal that does not depend on the surface shape included in the signal detected by the signal detection device is estimated by the estimation device, Based on at least one of the first signal and the second signal estimated by the estimation device, the focus state of the region with respect to the detection optical system is determined by the determination device. In this way, regardless of the difference between the first signal and the second signal due to the positional deviation of the measurement target area from the Gaussian image plane of the detection optical system, the focus state of the area with respect to the detection optical system is It becomes possible to detect with high accuracy.

この場合、請求項24に記載の検出装置のごとく、前記信号検出装置が、反射率がほぼ一様な基準面に対し、前記所定の結像光束を照射することによって得られる反射光束に応じた信号を、前記検出光学系に対する複数の異なるフォーカス位置に対応する信号として記憶する記憶装置を更に備え、前記推定装置は、前記記憶装置に記憶された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記信号検出装置で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第1信号を推定することとすることができる。   In this case, as in the detection device according to claim 24, the signal detection device responds to the reflected light beam obtained by irradiating the predetermined imaging light beam on the reference surface having a substantially uniform reflectance. A storage device that stores signals as signals corresponding to a plurality of different focus positions with respect to the detection optical system, and the estimation device selects a part of the plurality of signals stored in the storage device; The first signal can be estimated by dividing or subtracting the signal detected by the signal detection device with the selected signal.

上記請求項23又は24に記載の検出装置において、請求項25に記載の検出装置のごとく、前記調整装置の調整により、前記算出装置によって求められたフォーカス状態に基づいて決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることとすることができる。   25. The detection optical system according to claim 23 or 24, wherein, as in the detection apparatus according to claim 25, the detection optical system determined based on a focus state obtained by the calculation device by adjustment of the adjustment device. An image pickup apparatus for picking up an image of the mark formed in the region through the detection optical system in a state where the region is located at a focus position with respect to the image forming apparatus can be further provided.

請求項26に記載の発明は、パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光装置であって、請求項21、22、25のいずれか一項に記載の検出装置と;前記検出装置の撮像結果から得られる前記移動体上のマークの位置情報に基づいて前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する転写装置と;を備える露光装置である。   The invention described in claim 26 is an exposure apparatus for transferring a pattern to an object held by a moving body, and the detection apparatus according to any one of claims 21, 22, 25; An exposure apparatus comprising: a transfer device that transfers the pattern to the object while performing position control of the object held by the moving body based on the position information of the mark on the moving body obtained from the imaging result of is there.

これによれば、請求項21、22、25のいずれか一項に記載の検出装置を用いて、移動体とパターンとの位置合わせ用マーク、あるいは物体上に形成されたショット領域の位置合わせ用のマークなどを良好に撮像することができるので、例えば、その撮像結果から得られるマークの位置情報に基づいて移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、パターンを物体に転写すれば、高精度な重ね合わせ露光が可能となる。   According to this, using the detection device according to any one of claims 21, 22, and 25, for the alignment mark of the movable body and the pattern, or the alignment of the shot area formed on the object For example, if the pattern is transferred to the object while controlling the position of the object held by the moving body based on the position information of the mark obtained from the imaging result, High precision overlay exposure is possible.

請求項27に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラフィ工程では、請求項26に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。かかる場合には、請求項26に記載の露光装置によって露光が行われるため、露光精度が向上するので、高集積度のデバイスを生産することができる。   A twenty-seventh aspect of the present invention is a device manufacturing method including a lithography process, wherein exposure is performed using the exposure apparatus according to the twenty-sixth aspect in the lithography process. In such a case, since exposure is performed by the exposure apparatus according to the twenty-sixth aspect, the exposure accuracy is improved, and thus a highly integrated device can be produced.

《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を、図2〜図9に基づいて説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2には、本発明に係る検出方法、露光方法を実施するのに好適な第1の実施形態に係る露光装置100の概略構成が示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置100は、照明系10、レチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、物体としてのウエハWが搭載されるウエハステージWST、並びに装置全体を統括制御する主制御装置20等を備えている。   FIG. 2 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to the first embodiment suitable for carrying out the detection method and the exposure method according to the present invention. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus. The exposure apparatus 100 includes an illumination system 10, a reticle stage RST that holds a reticle R, a projection optical system PL, a wafer stage WST on which a wafer W as an object is mounted, a main controller 20 that performs overall control of the entire apparatus, and the like. I have.

前記照明系10は、例えば特開平6−349701号公報などに開示されるように、光源、フライアイレンズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変NDフィルタ、レチクルブラインド(固定レチクルブラインド及び可動レチクルブラインド)、及びダイクロイックミラー等(いずれも不図示)を含んで構成されている。この照明系10は、不図示の固定レチクルブラインド(走査開始時及び走査終了時には、固定レチクルブラインドに加え、可動レチクルブラインド)で規定されX軸方向(図2における紙面内左右方向)に細長く延びるレチクルR上の所定パターン状の照明領域を、露光用照明光(以下、「露光光」と略述する)ELによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、露光光ELとしては、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)やArFエキシマレーザ光(波長193nm)などの遠紫外光、あるいはF2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光などが用いられる。露光光ELとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線(g線、i線等)を用いることも可能である。 The illumination system 10 includes an illuminance uniformizing optical system including a light source, a fly-eye lens, a relay lens, a variable ND filter, a reticle blind (fixed reticle blind and A movable reticle blind), a dichroic mirror, and the like (both not shown). The illumination system 10 is a reticle that is defined by a fixed reticle blind (not shown) (movable reticle blind in addition to a fixed reticle blind at the start of scanning and at the end of scanning) and extends in the X-axis direction (left and right in the drawing in FIG. 2). A predetermined pattern-shaped illumination area on R is illuminated with substantially uniform illuminance by exposure illumination light (hereinafter abbreviated as “exposure light”) EL. Here, as the exposure light EL, far ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm) is used. . As the exposure light EL, it is also possible to use an ultraviolet bright line (g-line, i-line, etc.) from an ultra-high pressure mercury lamp.

前記レチクルステージRST上には、そのパターン面(図2における下面)に回路パターンPAが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系10の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここでは紙面直交方向であるY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能となっている。   On reticle stage RST, reticle R having a circuit pattern PA formed on its pattern surface (lower surface in FIG. 2) is fixed, for example, by vacuum suction. Reticle stage RST is XY perpendicular to the optical axis of illumination system 10 (corresponding to optical axis AX of projection optical system PL described later) by a reticle stage driving unit (not shown) including actuators such as a linear motor and a voice coil motor. It can be driven minutely in a plane and can be driven at a scanning speed designated in a predetermined scanning direction (here, the Y-axis direction which is a direction perpendicular to the paper surface).

レチクルステージRSTのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)16によって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計16からのレチクルステージRSTの位置情報は、主制御装置20に供給される。主制御装置20は、このレチクルステージRSTの位置情報に基づいて、不図示のレチクルステージ駆動部を介してレチクルステージRSTを駆動制御する。   The position of the reticle stage RST in the stage moving surface is always detected by a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 16 with a resolution of about 0.5 to 1 nm, for example. Position information of reticle stage RST from reticle interferometer 16 is supplied to main controller 20. Main controller 20 drives and controls reticle stage RST via a reticle stage drive unit (not shown) based on the position information of reticle stage RST.

前記投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図2における下方に配置され、その光軸AXの方向がZ軸方向とされている。投影光学系PLとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率(例えば1/5、1/4)を有する屈折光学系が用いられている。このため、照明光学系からの露光光ELによってレチクルRの照明領域が照明されると、このレチクルRを通過した露光光ELにより、投影光学系PLを介してその照明領域内のレチクルRの回路パターンPAの縮小像(部分倒立像)が、表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上に形成される。   The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 2, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction. As the projection optical system PL, for example, a birefringent optical system having a predetermined reduction magnification (for example, 1/5, 1/4) is used. For this reason, when the illumination area of the reticle R is illuminated by the exposure light EL from the illumination optical system, the circuit of the reticle R in the illumination area is passed through the projection optical system PL by the exposure light EL that has passed through the reticle R. A reduced image (partial inverted image) of the pattern PA is formed on the wafer W whose surface is coated with a resist (photosensitive agent).

前記ウエハステージWSTは、投影光学系PLの図2における下方で、不図示のベース上に配置され、リニアモータ等を含む不図示のウエハステージ駆動部によってXY方向(Z軸回りの回転を含む)に駆動可能となっており、Z軸方向及びXY面に対する傾斜方向への微小駆動も可能となっている。   Wafer stage WST is disposed on a base (not shown) below projection optical system PL in FIG. 2, and is moved in the X and Y directions (including rotation about the Z axis) by a wafer stage driving unit (not shown) including a linear motor and the like. And can be driven minutely in the Z-axis direction and the tilt direction with respect to the XY plane.

ウエハステージWSTのXY平面内での位置(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)は、ウエハレーザ干渉計システム(以下、「ウエハ干渉計」と略述する)18によって例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ウエハ干渉計18としては、Y軸に沿って干渉計ビームを照射するY干渉計と、X軸に沿って干渉計ビームを照射するX干渉計とが設けられており、ウエハステージWSTの移動位置を規定する静止座標系は、ウエハ干渉計18のY干渉計及びX干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。なお、ウエハ干渉計18のY干渉計及びX干渉計は、測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によって、ウエハステージWSTのθz回転(ヨーイング)、X軸回りの回転であるθx回転(ピッチング)、Y軸回りの回転であるθy回転(ローリング)も計測されている。   The position of wafer stage WST in the XY plane (including rotation around the Z axis (θz rotation)) is, for example, 0.5 to 1 nm by a wafer laser interferometer system (hereinafter abbreviated as “wafer interferometer”) 18. It is always detected with a resolution of the order. Wafer interferometer 18 includes a Y interferometer that irradiates an interferometer beam along the Y axis, and an X interferometer that irradiates the interferometer beam along the X axis, and the movement position of wafer stage WST. Is defined by the measurement axes of the Y and X interferometers of the wafer interferometer 18. Hereinafter, this stationary coordinate system is also referred to as a “stage coordinate system”. Note that the Y interferometer and the X interferometer of the wafer interferometer 18 are multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes, and these interferometers rotate the wafer stage WST around θz (yaw) and around the X axis. Θx rotation (pitching), and θy rotation (rolling), which is rotation around the Y axis, are also measured.

ウエハステージWSTのステージ座標系における位置情報(又は速度情報)は主制御装置20に供給され、主制御装置20は、ウエハステージWSTの位置情報に基づいて、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージWSTを制御する。   Position information (or speed information) of wafer stage WST in the stage coordinate system is supplied to main controller 20, and main controller 20 passes a wafer stage drive unit (not shown) based on the position information of wafer stage WST. Controls wafer stage WST.

この主制御装置20の制御により、ウエハステージWSTは、走査方向(Y軸方向)の移動のみならず、ウエハW上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させるため、走査方向に直交する非走査方向(X軸方向)にも移動可能となっており、これにより、ウエハW上の各ショット領域を走査(スキャン)露光する動作と、次ショット領域の露光のための走査開始位置(加速開始位置)まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が可能となる。   Under the control of main controller 20, wafer stage WST performs not only movement in the scanning direction (Y-axis direction) but also a plurality of shot areas on wafer W to be positioned in an exposure area conjugate with the illumination area. It is also possible to move in a non-scanning direction (X-axis direction) orthogonal to the direction, and thereby, an operation for scanning (scanning) exposing each shot area on the wafer W and scanning for exposure of the next shot area. A step-and-scan operation that repeats the movement to the start position (acceleration start position) becomes possible.

更に、ウエハステージWST上には、多数のピンによって平坦度良くウエハWを真空吸着あるいは静電吸着により保持するためのウエハホルダ25が設けられている。また、ウエハステージWST上には、基準マーク板40が固定されている。この基準マーク板40の表面は、ウエハホルダ25に保持されたウエハWの表面とほぼ同じ高さに設定されている。この基準マーク板40の表面には、後述する複数の計測用マーク、いわゆるベースライン計測用の基準マーク、及びレチクルアライメント用の基準マークその他のマークが形成されている。   Furthermore, a wafer holder 25 is provided on wafer stage WST for holding wafer W by vacuum suction or electrostatic suction with a high degree of flatness using a large number of pins. A reference mark plate 40 is fixed on wafer stage WST. The surface of the reference mark plate 40 is set at substantially the same height as the surface of the wafer W held by the wafer holder 25. On the surface of the reference mark plate 40, a plurality of measurement marks to be described later, a so-called baseline measurement reference mark, a reticle alignment reference mark, and other marks are formed.

更に、レチクルRの上方に、投影光学系PLを介してレチクルR上のレチクルマークと基準マーク板40のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系(以下、「RA検出系」と略述する)RA1,RA2が設けられている。これらのRA検出系RA1,RA2の検出信号は、主制御装置20に供給されるようになっている。この場合、レチクルRからの検出光をそれぞれのRA検出系RA1,RA2に導くためのプリズムから成る偏向ミラー50A,50Bが移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置20からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー50A,50Bが退避される。なお、RA検出系RA1,RA2と同等の構成は、例えば特開平7−176468号公報等に開示されているのでここでは詳細な説明を省略する。   Further, a TTR (Through The Reticle) alignment system using light having an exposure wavelength for simultaneously observing the reticle mark on the reticle R and the mark on the reference mark plate 40 via the projection optical system PL above the reticle R. A pair of reticle alignment detection systems (hereinafter abbreviated as “RA detection system”) RA1 and RA2 are provided. The detection signals of these RA detection systems RA1 and RA2 are supplied to the main controller 20. In this case, the deflection mirrors 50A and 50B composed of prisms for guiding the detection light from the reticle R to the respective RA detection systems RA1 and RA2 are movably arranged, and when the exposure sequence is started, the main controller 20 , The deflecting mirrors 50A and 50B are retracted by a mirror driving device (not shown). The configuration equivalent to the RA detection systems RA1 and RA2 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176468, and detailed description thereof is omitted here.

更に、この露光装置100は、オフアクシス方式のアライメントセンサ14を備えている。このアライメントセンサ14は、所定の波長幅を有する照明光(アライメント光)を、基準マーク板40上のマーク、あるいはウエハW上のアライメントマークに照射し、それらのマークの像と、基準マーク板40及びウエハWと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、対物レンズ等によって撮像素子(CCD等)の受光面上に結像する。そして、その結果として得られる撮像信号が主制御装置20に出力され、主制御装置20にてその撮像信号に所定の画像処理が施され、前記指標マークの中心に対するマークの位置情報が算出される。   The exposure apparatus 100 further includes an off-axis alignment sensor 14. The alignment sensor 14 irradiates illumination light (alignment light) having a predetermined wavelength width to a mark on the reference mark plate 40 or an alignment mark on the wafer W, and an image of the mark and the reference mark plate 40. The image of the index mark on the index plate arranged in a plane conjugate with the wafer W is formed on the light receiving surface of the image sensor (CCD or the like) by an objective lens or the like. Then, the imaging signal obtained as a result is output to the main control device 20, and the main control device 20 performs predetermined image processing on the imaging signal to calculate the position information of the mark with respect to the center of the index mark. .

アライメントセンサ14は、図3に示されるように、筺体130、該筺体130の外部に設けられた光源103、該光源103から射出されるアライメント光ALを筺体130に導くライトガイド104、前記筺体130内においてライトガイド104からの光の出射方向に順次配置されたコンデンサレンズ105、シャッタ106B、視野絞り板106A、レンズ系107、第1ビームスプリッタ108、該第1ビームスプリッタ108にて反射された光の進行方向(−X側)に配置された対物レンズ109、第1ビームスプリッタ108の+X側に順次配置されたレンズ系111、第2ビームスプリッタ112、該第2ビームスプリッタ112の+Z側に順次配置されたマーク検出系124、第2ビームスプリッタ112の+X側に配置された遮光板113、該遮光板113の後方(+X側)に配置されたフォーカス検出系123等を備えている。   As shown in FIG. 3, the alignment sensor 14 includes a housing 130, a light source 103 provided outside the housing 130, a light guide 104 that guides alignment light AL emitted from the light source 103 to the housing 130, and the housing 130. The condenser lens 105, the shutter 106 </ b> B, the field stop plate 106 </ b> A, the lens system 107, the first beam splitter 108, and the light reflected by the first beam splitter 108 are sequentially arranged in the light emission direction from the light guide 104. Objective lens 109 arranged in the traveling direction (−X side), lens system 111 arranged sequentially on the + X side of the first beam splitter 108, second beam splitter 112, and sequentially on the + Z side of the second beam splitter 112. Placed on the + X side of the placed mark detection system 124 and the second beam splitter 112 The light shielding plate 113 are provided with the placed focus detection system 123 or the like to the rear of the light shielding plate 113 (+ X side).

前記光源103としては、ここではハロゲンランプを用いることとしている。これは、ハロゲンランプの出射光の波長帯域が500〜800nmなので、ウエハWの上面に塗布されたフォトレジストがこの出射光により感光することがなく、波長帯域が前述のように広帯域であり、ウエハWの表面上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。   Here, a halogen lamp is used as the light source 103. This is because the wavelength band of the emitted light of the halogen lamp is 500 to 800 nm, the photoresist applied on the upper surface of the wafer W is not exposed to the emitted light, and the wavelength band is wide as described above. This is because the influence of the wavelength characteristic of the reflectance on the surface of W can be reduced.

前記視野絞り板106Aは、図4(A)に示されるように、円板状部材から成り、その中心部は、ほぼ正方形状の計測用開口OPが形成され、その計測用開口OPの外側に互いの長手方向が直交する2つのスリット状開口SO1,SO2が形成されている。従って、アライメント光が視野絞り板106Aを照明することにより、ウエハW上には、計測用開口OP及びパターン開口SO1,SO2の像が、それぞれ形成される(図6参照)。また、視野絞り板106Aの光路手前に設けられたシャッタ106Bは、アライメント光ALの光路を制限する機能を有し、後述するように、計測対象のアライメントマークのウエハW上の位置に応じてアライメント光ALの所定パターン開口SO1,SO2への入射が選択的に制限されるようになっている。 As shown in FIG. 4A, the field stop plate 106A is made of a disk-shaped member, and a substantially square measurement opening OP is formed at the center thereof, and outside the measurement opening OP. Two slit-like openings SO 1 and SO 2 whose longitudinal directions are orthogonal to each other are formed. Accordingly, the alignment light illuminates the field stop plate 106A, whereby images of the measurement opening OP and the pattern openings SO 1 and SO 2 are formed on the wafer W (see FIG. 6). The shutter 106B provided in front of the optical path of the field stop plate 106A has a function of limiting the optical path of the alignment light AL. As will be described later, alignment is performed according to the position of the alignment mark to be measured on the wafer W. Incidence of the light AL to the predetermined pattern openings SO 1 and SO 2 is selectively limited.

前記第2ビームスプリッタ112にて反射された光の光路上に配置される前記マーク検出系124は、指標板120、レンズ系121、及び撮像部122等を含んで構成されている。   The mark detection system 124 disposed on the optical path of the light reflected by the second beam splitter 112 includes an index plate 120, a lens system 121, an imaging unit 122, and the like.

前記指標板120は、合焦状態では、対物レンズ109とレンズ系111との合成系に関してウエハWの表面と共役に配置されるとともに、レンズ系121に関して撮像部122の受光面と共役に配置されている。この指標板120では、透明板の表面にクロム層等で指標マークが形成され、その指標マークが形成された中央部以外の部分は遮光部となっている。なお、指標マークは、ウエハW上のX軸方向又はY軸方向と共役な方向の位置基準となっている。   In the in-focus state, the index plate 120 is disposed in a conjugate manner with the surface of the wafer W with respect to the synthesis system of the objective lens 109 and the lens system 111, and is disposed in a conjugate manner with the light receiving surface of the imaging unit 122 with respect to the lens system 121. ing. In the indicator plate 120, an indicator mark is formed of a chromium layer or the like on the surface of the transparent plate, and a portion other than the central portion where the indicator mark is formed is a light shielding portion. The index mark is a position reference in a direction conjugate with the X-axis direction or the Y-axis direction on the wafer W.

前記撮像部122は、例えば2次元CCD等からなり、その受光面に結像されたアライメントマークの像及び上記指標マークの投影像を撮像して光電変換する。また、光電変換により得られた画像信号を主制御装置20へ向けて出力する。   The imaging unit 122 is made of, for example, a two-dimensional CCD, and captures and photoelectrically converts an alignment mark image formed on the light receiving surface and a projected image of the index mark. In addition, an image signal obtained by photoelectric conversion is output to the main controller 20.

一方、前記第2ビームスプリッタ112を通過した光の光路上に配置される前記遮光板113は、図4(B)に示されるように、透明板の中央部に遮光のための矩形領域113aからなる遮光部が設けられており、該遮光部113aによって入射する光の一部(すなわち、計測用開口OPから射出され、ウエハWの表面にて反射された光)が遮光されるようになっている。その一方で、この遮光板113の遮光領域113aの周囲を透過した光は、フォーカス検出系123に入射する。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, the light shielding plate 113 disposed on the optical path of the light that has passed through the second beam splitter 112 is formed from a rectangular region 113a for light shielding at the center of the transparent plate. A part of the incident light (that is, light emitted from the measurement opening OP and reflected by the surface of the wafer W) is shielded by the light shielding part 113a. Yes. On the other hand, the light transmitted around the light shielding region 113 a of the light shielding plate 113 enters the focus detection system 123.

前記フォーカス検出系123は、反射板114A,114B、該反射板114A,114Bにてそれぞれ反射された光の光路後方(+Z側)に配置された反射板115A,115B、該反射板115A、115Bにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系116、瞳分割ミラー117、レンズ系118、及びラインセンサ119を含んで構成されている。   The focus detection system 123 includes reflection plates 114A and 114B, reflection plates 115A and 115B disposed on the rear side (+ Z side) of the light reflected by the reflection plates 114A and 114B, and reflection plates 115A and 115B. The lens system 116 includes a lens system 116, a pupil division mirror 117, a lens system 118, and a line sensor 119 that are sequentially arranged behind the optical path of the reflected light.

この場合、反射板114A,114Bは、図5(A),図5(B)に示されるように配置されている。すなわち、反射板114A,114Bは、図5(B)に示されるように、それぞれが+Z方向から見て重なり合わないように配置され、−X方向から見た状態では、視野絞り板106Aのパターン開口SO1,SO2から射出される照明光束(IL1,IL2)に対応して配置されている。 In this case, the reflectors 114A and 114B are arranged as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). That is, as shown in FIG. 5B, the reflectors 114A and 114B are arranged so as not to overlap each other when viewed from the + Z direction, and when viewed from the −X direction, the pattern of the field stop plate 106A. They are arranged corresponding to the illumination light beams (IL 1 , IL 2 ) emitted from the openings SO 1 and SO 2 .

瞳分割ミラー117は、2面が180度に近い鈍角で山型に形成されたプリズムから成り、その2面が反射面に仕上げられている。本第1の実施形態においては、反射面とされた2面の交線(山の稜線)が入射光の光軸と交差し、その光軸をほぼ90度横に振るように傾けて配置されている。ラインセンサ119は、1次元CCD等から構成されている。   The pupil splitting mirror 117 is composed of prisms formed in a mountain shape with an obtuse angle close to 180 degrees on the two surfaces, and the two surfaces are finished as reflecting surfaces. In the first embodiment, the intersection line (mountain ridgeline) of the two surfaces that are the reflecting surfaces intersects the optical axis of the incident light, and is tilted so that the optical axis is swung sideways by approximately 90 degrees. ing. The line sensor 119 is composed of a one-dimensional CCD or the like.

なお、アライメントセンサ14の筺体130の対物レンズ109の−X側近傍には、アライメント光ALの光路を90°折り曲げ、Z軸方向に沿って、ウエハWの表面に導くためのプリズムミラー110が設けられている。   A prism mirror 110 for bending the optical path of the alignment light AL by 90 ° and guiding it to the surface of the wafer W along the Z-axis direction is provided near the −X side of the objective lens 109 of the housing 130 of the alignment sensor 14. It has been.

このように構成されたアライメントセンサ14の作用を説明すると、光源103からのアライメント光ALは、ライトガイド104を介して筺体130内の所定位置まで導かれる。ライトガイド104の射出端から射出されたアライメント光ALは、コンデンサレンズ105を介して視野絞り板106Aに入射し、ウエハWに照射される照明光束(結像光束)の形状が規定される。   The operation of the alignment sensor 14 configured in this way will be described. The alignment light AL from the light source 103 is guided to a predetermined position in the housing 130 through the light guide 104. The alignment light AL emitted from the exit end of the light guide 104 enters the field stop plate 106A via the condenser lens 105, and the shape of the illumination light beam (imaging light beam) irradiated onto the wafer W is defined.

視野絞り板106Aを通過したアライメント光ALの光束は、レンズ系107を介して第1ビームスプリッタ108で反射され、対物レンズ109を通過した後、筺体130から射出される。そして、この出射された光束は、プリズムミラー110によって反射され、例えばウエハWに形成されているウエハマークの近傍に照射される。シャッタ106Bが照明光を遮光しない場合には、ウエハWが、前述の計測用開口OPを通過したほぼ正方形の形状を有する照明光束MLと、前述のSO1,SO2をそれぞれ通過した照明光束(結像光束)IL1,IL2とによって照明されることとなるが、通常、シャッタ106Bは、照明光束IL1,IL2のいずれか一方を遮光する。例えば、図6に示されるように、照明光束MLがウエハマークAM1に照射され、照明光束IL1がストリートラインSL上に照射され、照明光束IL2がショット領域SA上に照射されている場合を考える。この場合、シャッタ106Bは、後述するフォーカス計測に悪影響を及ぼさないように、照明光束IL1だけを透過させ、照明光束IL2を遮光する。すなわち、図6に示される例においては、これら照明光束IL1の照射領域が、後述するフォーカス計測のための被計測領域となる(照明光束IL2の照射領域の方がストリートライン上であるときには、当然照明光束IL2の照射領域が被計測領域となる)。 The light beam of the alignment light AL that has passed through the field stop plate 106A is reflected by the first beam splitter 108 through the lens system 107, passes through the objective lens 109, and is then emitted from the housing 130. Then, the emitted light beam is reflected by the prism mirror 110 and irradiated, for example, in the vicinity of a wafer mark formed on the wafer W. In the case where the shutter 106B does not block the illumination light, the wafer W has an illumination beam ML having a substantially square shape that has passed through the measurement opening OP, and an illumination beam (that has passed through the SO 1 and SO 2 described above). Illuminated by the imaging light beams IL 1 and IL 2 , the shutter 106B normally shields one of the illumination light beams IL 1 and IL 2 . For example, as shown in FIG. 6, the illumination light beam ML is irradiated to the wafer marks AM1, a case where the illumination light beam IL 1 is irradiated onto the street line SL, the illumination light beam IL 2 is irradiated onto the shot area SA Think. In this case, the shutter 106B transmits only the illumination light beam IL 1 and blocks the illumination light beam IL 2 so as not to adversely affect the focus measurement described later. That is, in the example shown in FIG. 6, the irradiation region of the illumination light beam IL 1 becomes a measurement target region for focus measurement described later (when the irradiation region of the illumination light beam IL 2 is on the street line). , the irradiation region of the illumination light beam IL 2 becomes the measurement region naturally).

ウエハWの表面で反射された照明光束ML,IL1,IL2の反射光は、先ほど進行してきた光路を逆に進行し、プリズムミラー110、対物レンズ109を介して第1ビームスプリッタ108に再度入射する。この第1ビームスプリッタ108を透過した照明光束ML,IL1,IL2は、レンズ系111を介して第2ビームスプリッタ112に入射する。 The reflected light of the illumination light beams ML, IL 1 , and IL 2 reflected on the surface of the wafer W travels in the reverse direction of the optical path that has traveled previously, and again passes through the prism mirror 110 and the objective lens 109 to the first beam splitter 108. Incident. The illumination light beams ML, IL 1 , and IL 2 that have passed through the first beam splitter 108 are incident on the second beam splitter 112 via the lens system 111.

この第2ビームスプリッタ112で反射された光のうち、照明光束MLは、指標板120及びレンズ系121を介して、撮像部122の受光面にて受光される。これにより、撮像部122の受光面には、ウエハマークの反射像及び上記指標マークの投影像が結像される。そして、それらの像に対応する光が撮像部122によって光電変換され、この光電変換により得られた撮像信号は、主制御装置20へ出力される。そして、主制御装置20では、ウエハWに関するX軸方向又はY軸方向における位置情報が、その撮像信号から検出される指標とウエハマークの位置関係とそのときのウエハ干渉計18の出力とに基づいて、前述したステージ座標系におけるウエハマークのX座標又はY座標として求められる。   Of the light reflected by the second beam splitter 112, the illumination light beam ML is received by the light receiving surface of the imaging unit 122 via the index plate 120 and the lens system 121. Thereby, a reflected image of the wafer mark and a projected image of the index mark are formed on the light receiving surface of the imaging unit 122. Then, light corresponding to these images is photoelectrically converted by the imaging unit 122, and an imaging signal obtained by this photoelectric conversion is output to the main controller 20. In the main controller 20, positional information regarding the wafer W in the X-axis direction or the Y-axis direction is based on the index detected from the imaging signal, the positional relationship between the wafer marks, and the output of the wafer interferometer 18 at that time. Thus, it is obtained as the X coordinate or Y coordinate of the wafer mark in the stage coordinate system described above.

一方、第2ビームスプリッタ112を透過した照明光束ML,IL1,IL2は、遮光板113に入射する。この遮光板113は、ウエハWからの照明光束MLの反射光束を遮光する。 On the other hand, the illumination light beams ML, IL 1 , and IL 2 transmitted through the second beam splitter 112 enter the light shielding plate 113. The light shielding plate 113 shields the reflected light beam of the illumination light beam ML from the wafer W.

そして、遮光板113を透過したウエハWからの2つの照明光束IL1,IL2(の反射光束)は、その光路上に配置されたフォーカス検出系123を構成する反射板114A,114Bにより反射される。この場合、反射板114Aには、照明光束IL1の反射光束が入射し、反射板114Bには、照明光束IL2の反射光束が入射する(図5(A)参照)。 Then, the two illumination light beams IL 1 and IL 2 (the reflected light beams) from the wafer W transmitted through the light shielding plate 113 are reflected by the reflection plates 114A and 114B constituting the focus detection system 123 disposed on the optical path. The In this case, the reflected light beam of the illumination light beam IL 1 is incident on the reflection plate 114A, and the reflected light beam of the illumination light beam IL 2 is incident on the reflection plate 114B (see FIG. 5A).

反射板114A,114Bにて反射された照明光束IL1,IL2(の反射光束)は、反射板115A,115Bにてそれぞれ再度反射され、レンズ系116を介して瞳分割ミラー117に入射する。ここで、瞳分割ミラー117においては、入射された2つの光(照明光IL1,IL2)がそれぞれ2つの光束に分割されるようになっており、分割された計4つの光束は、ラインセンサ119上に結像される。これにより、ラインセンサ119上に、照明光束IL1 による像(瞳分割ミラー117で分割された2つの像)と、照明光束IL2による像(瞳分割ミラー117で分割された2つの像)の合計4つの像が結像されることになる。図7(A)〜図7(C)には、照明光束IL2の2つの像がラインセンサ上に結像された状態が代表的に示されている。 The illumination light beams IL 1 and IL 2 (the reflected light beams) reflected by the reflection plates 114A and 114B are reflected again by the reflection plates 115A and 115B, and enter the pupil division mirror 117 through the lens system 116. Here, in the pupil division mirror 117, the two incident lights (illumination lights IL 1 and IL 2 ) are each divided into two luminous fluxes, and the total of the four luminous fluxes divided is a line. An image is formed on the sensor 119. Thereby, on the line sensor 119, an image by the illumination light beam IL 1 (two images divided by the pupil division mirror 117) and an image by the illumination light beam IL 2 ( two images divided by the pupil division mirror 117) are obtained. A total of four images are formed. FIGS. 7A to 7C representatively show a state where two images of the illumination light beam IL 2 are formed on the line sensor.

ここで、ウエハWの表面上の検出対象(すなわちアライメントマーク)の位置がアライメントセンサ14の最良焦点面と一致している場合(すなわちアライメントマークが最良フォーカス位置に位置している場合)には、ラインセンサ119上に結像される照明光IL2の2つの像の間隔(像の重心位置の間隔)が、図7(B)に示されるように距離d0となるように設定されている。このとき、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の最良焦点面よりも低い(−Z側)位置にある場合には、図7(A)に示されるようにラインセンサ119よりも光路前方の位置に焦点を有することとなるため、2つの像の重心位置間の距離としては、図7(B)の距離d0よりも短い距離dLがラインセンサ119によって計測されることが分かる。一方、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の最良焦点面よりも高い(+Z側)位置にある場合には、図7(C)に示されるようにラインセンサ119の後方の位置に焦点を有するため、2つの像の重心位置間の距離としては、図7(B)の距離d0よりも長い距離dUがラインセンサ119によって計測されることが分かる。 Here, when the position of the detection target (that is, the alignment mark) on the surface of the wafer W coincides with the best focal plane of the alignment sensor 14 (that is, when the alignment mark is positioned at the best focus position), The distance between the two images of the illumination light IL 2 imaged on the line sensor 119 (the distance between the center positions of the images) is set to be a distance d 0 as shown in FIG. 7B. . At this time, when the surface of the wafer W is at a position (−Z side) lower than the best focal plane of the alignment sensor 14, as shown in FIG. 7A, it is at a position in front of the optical path from the line sensor 119. Since it has a focal point, it can be seen that the distance d L shorter than the distance d 0 in FIG. 7B is measured by the line sensor 119 as the distance between the centroid positions of the two images. On the other hand, when the surface of the wafer W is at a position higher (+ Z side) than the best focal plane of the alignment sensor 14, it has a focal point at a position behind the line sensor 119 as shown in FIG. It can be seen that the distance d U longer than the distance d 0 in FIG. 7B is measured by the line sensor 119 as the distance between the centroid positions of the two images.

このように、ウエハWの位置によりラインセンサ119における計測結果が異なることから、基準となる最良焦点面にウエハWがある場合の2つの像の距離d0の値を、基準値として後述する記憶装置60に記憶しておけば、主制御装置20は、記憶装置60に記憶された基準値を読み出し、その基準値d0と計測された値との差に基づいて(その差をデフォーカス量変換係数に乗じることによって)、ウエハWの表面のデフォーカス量を検出することができる。 Thus, since the measurement result in the line sensor 119 differs depending on the position of the wafer W, the value of the distance d 0 between the two images when the wafer W is at the reference best focal plane is stored as a reference value later. by storing the device 60, the main controller 20 reads out the reference value stored in the storage device 60, the reference value d 0 and based on a difference between the measured value (amount of defocus and the difference By multiplying the conversion factor), the defocus amount of the surface of the wafer W can be detected.

なお、他方の照明光束IL1を用いたウエハWの表面のデフォーカス量も上記と同様にして計測することができる。 The defocus amount on the surface of the wafer W using the other illumination light beam IL 1 can also be measured in the same manner as described above.

その後、ラインセンサ119は、その受光面に結像された像を撮像して光電変換する。光電変換された電気信号は、主制御装置20に向けて出力される。   Thereafter, the line sensor 119 captures an image formed on the light receiving surface and performs photoelectric conversion. The photoelectrically converted electric signal is output toward the main controller 20.

上述したように、照明光束IL1、又は照明光束IL2の反射光によりラインセンサ119の受光面に形成された像の受光面内での位置に関して、前記記憶された基準値d0(ラインセンサ119上の合焦時の照明光束IL1、又は照明光束IL2の像の間隔)に対する横ずれ量及び横ずれの発生方向から、ウエハマークのZ軸方向の位置ずれ(位置ずれ方向と位置ずれ量、すなわち符号付きデフォーカス量)が計測可能となる。 As described above, the stored reference value d 0 (line sensor) with respect to the position in the light receiving surface of the image formed on the light receiving surface of the line sensor 119 by the reflected light of the illumination light beam IL 1 or the illumination light beam IL 2. From the lateral displacement amount and the direction of occurrence of lateral displacement with respect to the illumination light beam IL 1 or the image interval of the illumination light beam IL 2 at the time of focusing on 119, the wafer mark's Z-axis position displacement (position displacement direction and displacement amount), That is, the signed defocus amount) can be measured.

露光装置100には、更に、投影光学系PLの最良結像面に向けて複数の所定パターン像を形成するための結像光束を光軸AX方向に対して斜め方向より供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハWの表面での各反射光束を、それぞれ所定パターンを介して受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系PLを支える支持部(図示省略)に固定されている。この多点フォーカス検出系としては、例えば特開平6−283403号公報に開示されるものと同様の構成のものが用いられ、主制御装置20は、走査露光等の際には、この多点フォーカス検出系からのウエハWの位置情報に基づいてウエハステージWSTをZ方向及び傾斜方向に駆動する。なお、同公報に記載の多点フォーカス検出系は、ウエハW上の露光領域だけでなく、走査方向のウエハWの起伏を先読みする機能等を有しているが、それらの機能は有していなくても良く、また、照射光学系によって照射される光束の形状は、平行四辺形その他の形状であっても良い。   The exposure apparatus 100 further supplies an imaging light beam for forming a plurality of predetermined pattern images toward the best imaging surface of the projection optical system PL from an oblique direction with respect to the optical axis AX direction (not shown). An oblique incidence type multi-point focus detection system comprising an optical system and a light receiving optical system (not shown) that receives each reflected light beam of the imaging light beam on the surface of the wafer W through a predetermined pattern is a projection optical system. It is fixed to a support portion (not shown) that supports the system PL. As this multipoint focus detection system, one having the same configuration as that disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-283403 is used, and the main controller 20 performs this multipoint focus during scanning exposure or the like. Wafer stage WST is driven in the Z direction and the tilt direction based on the position information of wafer W from the detection system. The multi-point focus detection system described in the publication has not only the exposure area on the wafer W but also a function of pre-reading the undulations of the wafer W in the scanning direction. The shape of the light beam irradiated by the irradiation optical system may be a parallelogram or other shapes.

主制御装置20は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され(すなわち、CPU及びメインメモリを備えている)、装置の構成各部を統括して制御する。また、主制御装置20には、記憶装置60が接続されている。主制御装置20は、記憶装置60に対し、データを書き込んだり、記憶されているデータを読み出したりすることができるようになっている。   The main control device 20 includes a microcomputer or a workstation (ie, includes a CPU and a main memory), and controls each component of the device in an integrated manner. Further, a storage device 60 is connected to the main controller 20. The main control device 20 can write data to the storage device 60 and read stored data.

次に、上述のようにして構成された本第1の実施形態の露光装置100によりウエハWに対して第2層目(セカンドレイヤ)以降の層の露光を行う際における一連の動作について、主制御装置20内のCPUの処理アルゴリズムを示す図8等のフローチャートに沿って、かつ適宜他の図面を参照して説明する。なお、ここでは、ウエハW上への1層目の露光がすでに終了しており、2層目以降の露光を行うものとして説明する。また、説明を簡略化するために、ウエハW上にすでに形成されているレイヤを元工程レイヤとして、以下、単に「元工程」と呼び、今回の露光処理工程において形成するレイヤを現工程レイヤ(現行レイヤ)として、以下、単に「現工程」と呼ぶ。   Next, a series of operations when the exposure apparatus 100 according to the first embodiment configured as described above performs exposure of the second layer (second layer) and subsequent layers on the wafer W will be described. The processing algorithm of the CPU in the control device 20 will be described with reference to a flowchart of FIG. Here, it is assumed that the exposure of the first layer on the wafer W has already been completed and the second and subsequent layers are exposed. In order to simplify the description, a layer already formed on the wafer W is referred to as a source process layer, hereinafter simply referred to as a “source process”, and a layer formed in the current exposure process is referred to as a current process layer ( Hereinafter, this is simply referred to as “current process”.

図8に示されるように、ステップ201において、まず、不図示のレチクルローダを用いて、レチクルステージRST上にレチクルRをロードする。このレチクルRのロード後、レチクルアライメント及びオフアクシス方式のアライメント検出系であるアライメントセンサ14のベースライン計測を行う。   As shown in FIG. 8, in step 201, a reticle R is first loaded on a reticle stage RST using a reticle loader (not shown). After loading of the reticle R, baseline measurement of the alignment sensor 14 which is a reticle alignment and off-axis alignment detection system is performed.

具体的には、ステップ203において、レチクル干渉計16及びウエハ干渉計18の計測結果に基づいて、ウエハステージWST上の基準マーク板40に形成された例えば4対のレチクルアライメント用基準マーク(以下、「第1基準マーク」と略述する)のうちの所定の一対の第1基準マークと、これに対応するレチクルR上のレチクルマークの像とを同時に観察可能な位置に、レチクルステージ駆動部及びウエハステージ駆動部(ともに不図示)を介して、レチクルステージRST、ウエハステージWSTを移動させる。   Specifically, in step 203, based on the measurement results of the reticle interferometer 16 and the wafer interferometer 18, for example, four pairs of reticle alignment reference marks (hereinafter referred to as the reference marks) formed on the reference mark plate 40 on the wafer stage WST. A reticle stage driving unit and a reticle stage driving unit at a position where a predetermined pair of first reference marks and a corresponding image of the reticle mark on the reticle R can be simultaneously observed. The reticle stage RST and wafer stage WST are moved via a wafer stage drive unit (both not shown).

次に、レチクルアライメント検出系RA1,RA2を用いて、前記所定の一対の第1基準マークに対応する一対のレチクルマークの像の位置ずれ量を計測する。   Next, using the reticle alignment detection systems RA1 and RA2, the amount of positional deviation of the image of the pair of reticle marks corresponding to the predetermined pair of first reference marks is measured.

次いで、基準マーク板40とレチクルRとを、投影倍率比でY軸方向に同期してステップ移動することによって、順次他の3対の基準マークに対するレチクルマーク像の位置ずれ量を計測する。   Next, the reference mark plate 40 and the reticle R are moved stepwise in synchronization with the Y-axis direction at the projection magnification ratio, thereby sequentially measuring the positional deviation amount of the reticle mark image with respect to the other three pairs of reference marks.

そして、これら4対のレチクルマークの位置ずれ量から、基準マーク板40ひいてはウエハステージWSTに対するレチクルRの投影像の位置ずれ量のオフセット、回転角、及び走査方向の角度ずれ等を算出し、この算出結果をメインメモリに記憶する。なお、このレチクルアライメント動作は、特開平7−176468号公報などに詳細に開示されている。   Then, from the positional deviation amounts of these four pairs of reticle marks, the offset of the positional deviation amount of the projected image of the reticle R with respect to the reference mark plate 40 and consequently the wafer stage WST, the rotation angle, the angular deviation in the scanning direction, etc. are calculated. The calculation result is stored in the main memory. This reticle alignment operation is disclosed in detail in JP-A-7-176468.

上記のレチクルアライメント終了後、ステップ205において、アライメントセンサ14の真下に基準マーク板40が位置するようにウエハステージWSTを移動させ、基準マーク板40上の第1基準マークとは異なる第2基準マークのアライメントセンサ14の検出中心(前述の指標(マーク)の中心)に対する位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量の検出結果及び前述のレチクルアライメント結果と、このときのウエハ干渉計18の計測値と、設計上のベースラインと、第1基準マークと第2基準マークとの位置関係とに基づいてアライメントセンサ14のいわゆるベースラインを算出する。   After the above reticle alignment, in step 205, wafer stage WST is moved so that fiducial mark plate 40 is positioned directly below alignment sensor 14, and a second fiducial mark different from the first fiducial mark on fiducial mark plate 40 is obtained. The amount of positional deviation with respect to the detection center of the alignment sensor 14 (the center of the above-mentioned index (mark)) is detected, the detection result of this positional deviation amount and the above-mentioned reticle alignment result, and the measurement value of the wafer interferometer 18 at this time Based on the design baseline and the positional relationship between the first reference mark and the second reference mark, a so-called baseline of the alignment sensor 14 is calculated.

次に、ステップ207において、不図示のウエハローダを介して、ウエハステージWST上へのウエハロードを実行する。ここでは、1ロットの先頭のウエハWがロードされる。なお、このとき、ウエハW上の元工程において形成されたショット領域の配列によって規定されるウエハ座標系(配列座標系)が、不図示のプリアライメント装置によって予めある程度までステージ座標系に一致するように、ウエハステージWST上のウエハWの向きが調整されているものとする。   Next, in step 207, wafer loading onto wafer stage WST is executed via a wafer loader (not shown). Here, the first wafer W of one lot is loaded. At this time, the wafer coordinate system (array coordinate system) defined by the array of shot regions formed in the original process on the wafer W is made to coincide with the stage coordinate system to some extent by a pre-alignment apparatus (not shown). Further, it is assumed that the orientation of the wafer W on the wafer stage WST is adjusted.

次に、ウエハアライメントのサブルーチン209を実行する。図9には、サブルーチン209のフローチャートが示されている。図9に示されるように、まず、ステップ301において、内部に備えられたカウンタの値(以下、「カウンタ値n」と略述する)nを1に初期化する。そして、ステップ303において、元工程でウエハW上にすでに形成されている複数のショット領域のうち、予め選択された特定の複数のショット領域(サンプルショット)にそれぞれ付設されたウエハマークのうち、1番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ14の検出光学系の検出視野内(図3のプリズムミラー110の下方)に位置するように、ウエハステージWSTを移動させる。これにより、1番目のウエハマークが形成されている領域が、被検面の検出対象の領域となる。   Next, a wafer alignment subroutine 209 is executed. FIG. 9 shows a flowchart of the subroutine 209. As shown in FIG. 9, first, in step 301, a counter value (hereinafter abbreviated as “counter value n”) n provided therein is initialized to 1. In step 303, 1 out of the wafer marks respectively attached to the specific shot areas (sample shots) selected in advance among the plurality of shot areas already formed on the wafer W in the original process. Wafer stage WST is moved so that the second wafer mark to be measured is positioned within the detection field of the detection optical system of alignment sensor 14 (below prism mirror 110 in FIG. 3). Thereby, the area where the first wafer mark is formed becomes the detection target area of the test surface.

次に、ステップ305において、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面に位置するように、不図示のウエハステージ駆動部を介してウエハステージWSTをZ軸方向に移動させる。なお、アライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面に相当する位置は、設計上の位置として予め求められているものとする。   Next, in step 305, wafer stage WST is moved in the Z-axis direction via a wafer stage drive unit (not shown) so that the surface of wafer W is positioned on the Gaussian image plane of the detection optical system of alignment sensor 14. Note that the position corresponding to the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor 14 is determined in advance as a design position.

次のステップ307において、フォーカス計測を行う。具体的には、光源103に発光を指示するとともに、ラインセンサ119から、1番目のウエハマーク近傍の被計測領域に対する像強度分布に対応する信号が検出され、その信号に対応するピクセルデータのデータ列、すなわち像強度分布データ列が、ラインセンサ119から送られてくるのを待つ。なお、ここで、1番目のウエハマークが図6に示されるウエハマークAM1であったとすると、主制御装置20は、光源103に発光を指示するとともに、シャッタ106Bを駆動し、視野絞り板106Aの開口SO1を開放状態に設定し、開口SO2を遮蔽状態に設定する。したがって、ラインセンサ119の受光面には、照明光束IL1の反射光束だけが結像されるようになる。このように、ウエハマークを検出するためにフォーカスを計測する際には、照明光束IL1の照射領域と、照明光束IL2の照射領域のどちらがストリートライン上に位置しているかを、そのウエハマークとショット領域との位置関係に基づいて予め求めておき、ストリートライン上に照射される照明光束のみが、ウエハWに到達するように、シャッタ106Bを駆動する。なお、以降、フォーカスを計測する際には、シャッタ106Bを駆動し、視野絞り板106Aの開口SO1,SO2のいずれか一方を遮蔽状態に設定する動作を含め、上述した動作と同じであるため、以下では、フォーカス計測動作の詳細な説明を省略する。 In the next step 307, focus measurement is performed. Specifically, the light source 103 is instructed to emit light, and a signal corresponding to the image intensity distribution for the measurement target region near the first wafer mark is detected from the line sensor 119, and pixel data corresponding to the signal is detected. It waits for a line, that is, an image intensity distribution data string to be sent from the line sensor 119. Here, assuming that the first wafer mark is wafer mark AM1 shown in FIG. 6, main controller 20 instructs light source 103 to emit light and drives shutter 106B, so that field stop plate 106A The opening SO 1 is set to an open state, and the opening SO 2 is set to a shielding state. Therefore, only the reflected light beam of the illumination light beam IL 1 is imaged on the light receiving surface of the line sensor 119. As described above, when the focus is measured to detect the wafer mark, it is determined whether the irradiation region of the illumination light beam IL 1 or the irradiation region of the illumination light beam IL 2 is located on the street line. The shutter 106B is driven so that only the illumination light beam irradiated on the street line reaches the wafer W, obtained in advance based on the positional relationship between and the shot area. In the following, when measuring the focus, the operation is the same as described above, including the operation of driving the shutter 106B and setting one of the openings SO 1 and SO 2 of the field stop plate 106A to the shielding state. Therefore, in the following, detailed description of the focus measurement operation is omitted.

なお、ステップ307で計測されるデフォーカス量は、アライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面上にそのウエハマークの形成面を位置させた状態で計測されているので、ガウス像面からのずれによる誤差が低減された計測値となっている。   Note that the defocus amount measured in step 307 is measured with the wafer mark forming surface positioned on the Gaussian image surface of the detection optical system of the alignment sensor 14, and thus the deviation from the Gaussian image surface. This is a measurement value with reduced error due to.

そして、フォーカス検出系123のラインセンサ119から送られた像強度分布データ列を受信すると、その像強度分布データ列を用いて(例えばその鏡映対称性や並進対称性などを考慮して)、そのデータ列の2つのスリット像の重心位置の間隔(例えばこの間隔をdRとする)を検出し、これを合焦位置に関する情報とし、dR−d0にデフォーカス変換係数を乗ずることによって、デフォーカス量を算出する。 Then, when the image intensity distribution data string sent from the line sensor 119 of the focus detection system 123 is received, the image intensity distribution data string is used (for example, considering its mirror symmetry or translational symmetry). By detecting the center-of-gravity position interval between the two slit images in the data string (for example, this interval is d R ), and using this as information on the in-focus position, by multiplying d R −d 0 by the defocus conversion coefficient The defocus amount is calculated.

次のステップ309において、算出したデフォーカス量が所定範囲内であるか否か、すなわち合焦位置にあるかどうかを判断する。ここで合焦位置にあると判断した場合には、ステップ315に進み、合焦位置にないと判断した場合には、ステップ311に進む。ここでは、算出されたデフォーカス量が所定範囲内でなく、合焦位置になかったとして、ステップ311に進むものとする。   In the next step 309, it is determined whether or not the calculated defocus amount is within a predetermined range, that is, whether or not it is at the in-focus position. If it is determined that the lens is in the focus position, the process proceeds to step 315. If it is determined that the lens is not in the focus position, the process proceeds to step 311. Here, it is assumed that the calculated defocus amount is not within the predetermined range and is not in the in-focus position, and the process proceeds to step 311.

次のステップ311では、そのデフォーカス量だけ、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置を調整する。そして、次のステップ313において、再度ステップ307と同様にフォーカス計測を行い、そのときに得られる像強度分布データ列の2つのスリット像の重心位置の間隔dRを検出する。 In the next step 311, the position of wafer stage WST in the Z-axis direction is adjusted by the defocus amount. In the next step 313, focus measurement is performed again in the same manner as in step 307, and the distance d R between the centroid positions of the two slit images in the image intensity distribution data string obtained at that time is detected.

ステップ313実行後、又は、ステップ309において判断が肯定された場合には、ステップ315に移行する。ステップ315において合焦位置に関する情報として、ステップ307又はステップ313で取得された間隔dRを記憶装置60に記憶する。 After step 313 is executed or when the determination in step 309 is affirmative, the process proceeds to step 315. In step 315, the interval d R acquired in step 307 or step 313 is stored in the storage device 60 as information regarding the in-focus position.

次に、ステップ317において、1番目のウエハマークを撮像する。具体的には、光源103に発光を指示する。すると、アライメントセンサ14のマーク検出系124の撮像部122によって1番目のウエハマークが撮像され、その撮像信号が、主制御装置20に送られてくるので、その撮像信号とウエハ干渉計18から得られるウエハステージWSTの位置情報に基づいて、ウエハマークの位置情報(ステージ座標系におけるウエハマークのX座標又はY座標)を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置60に記憶する。   Next, in step 317, the first wafer mark is imaged. Specifically, the light source 103 is instructed to emit light. Then, the first wafer mark is imaged by the imaging unit 122 of the mark detection system 124 of the alignment sensor 14, and the imaging signal is sent to the main controller 20, so that the imaging signal and the wafer interferometer 18 are obtained. Based on the position information of the wafer stage WST, the position information of the wafer mark (X coordinate or Y coordinate of the wafer mark in the stage coordinate system) is detected, and the position information of the wafer mark is stored in the storage device 60.

ステップ319では、カウンタ値nを1だけインクリメントし(n←n+1)、次のステップ321では、n番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ14の検出光学系の検出視野内(図3のプリズムミラー110の下方)に位置するように、ウエハステージWSTを移動させる。これにて、2番目のウエハマークが形成されている領域が、被検面の検出対象の領域となる。   In step 319, the counter value n is incremented by 1 (n ← n + 1), and in the next step 321, the wafer mark to be measured nth is within the detection field of the detection optical system of the alignment sensor 14 (the prism mirror in FIG. 3). Wafer stage WST is moved so as to be positioned below (110). As a result, the region where the second wafer mark is formed becomes the detection target region of the test surface.

次のステップ323では、記憶装置60に記憶された、合焦位置に関する情報(間隔dR)に対応する位置に、n番目(ここでは、2番目)のウエハマークが、位置するように、ウエハステージWSTのZ軸方向の位置を調整する。 In the next step 323, the wafer is so positioned that the n-th (here, second) wafer mark is located at the position corresponding to the information (interval d R ) related to the in-focus position stored in the storage device 60. The position of stage WST in the Z-axis direction is adjusted.

そして、次のステップ325において、フォーカス計測を行う。具体的には、フォーカス検出系123のラインセンサ119から送られた像強度分布データ列を受信すると、その像強度分布データ列を用いて(例えばその鏡映対称性や並進対称性などを考慮して)、そのデータ列の2つのスリット像の重心位置の間隔(例えばこの間隔をdR'とする)を検出し、この間隔dR'とステップ315で記憶装置60に記憶されたdRとの差、dR'−dRにデフォーカス変換係数を乗ずることによって、符号付きデフォーカス量を算出する。そして、次のステップ327では、そのデフォーカス量に応じて、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置を調整する。 In the next step 325, focus measurement is performed. Specifically, when the image intensity distribution data string sent from the line sensor 119 of the focus detection system 123 is received, the image intensity distribution data string is used (for example, considering its mirror symmetry and translational symmetry). Te), 'detects the), the distance d R' distance of the center of gravity positions of the two slit images in the data sequence (for example, the distance d R and the d R stored in the storage device 60 at step 315 The signed defocus amount is calculated by multiplying the difference between d R ′ −d R by the defocus conversion coefficient. In the next step 327, the position of wafer stage WST in the Z-axis direction is adjusted according to the defocus amount.

次に、ステップ329において、n番目(ここでは2番目)のマークを撮像する。具体的には、光源103に発光を指示する。すると、アライメントセンサ14のマーク検出系124の撮像部122によって2番目のウエハマークが撮像され、その撮像信号が、主制御装置20に送られるので、その撮像信号とウエハ干渉計18から得られるウエハステージWSTに基づいて、ウエハマークの位置情報(ステージ座標系におけるウエハマークのX座標又はY座標)を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置60に記憶する。   Next, in step 329, the nth (here, second) mark is imaged. Specifically, the light source 103 is instructed to emit light. Then, the second wafer mark is imaged by the imaging unit 122 of the mark detection system 124 of the alignment sensor 14, and the imaging signal is sent to the main controller 20, so that the wafer obtained from the imaging signal and the wafer interferometer 18 is obtained. Based on the stage WST, position information of the wafer mark (X coordinate or Y coordinate of the wafer mark in the stage coordinate system) is detected, and the position information of the wafer mark is stored in the storage device 60.

次のステップ331では、計測対象のすべてのウエハマークの位置情報を取得したか否か、すなわちカウンタ値nが所定値nc(>3)を超えたか否かを判断する。ここで、判断が否定されれば、ステップ319に戻り、判断が肯定されれば、ステップ333に進む。ここでは、まだ2番目(n=2)のウエハマークの位置情報が取得されただけなので、判断は否定され、ステップ319に戻る。 In the next step 331, it is determined whether or not the position information of all the wafer marks to be measured has been acquired, that is, whether or not the counter value n has exceeded a predetermined value n c (> 3). If the determination is negative, the process returns to step 319, and if the determination is affirmative, the process proceeds to step 333. Here, since the position information of the second (n = 2) wafer mark has only been acquired, the determination is negative and the processing returns to step 319.

以降、ステップ331において、その判断が肯定されるまで、すなわち計測対象のすべてのウエハマーク(nc個のウエハマーク)の位置情報が取得されるまで、ステップ319→ステップ321→ステップ323→ステップ325→ステップ327→ステップ329→ステップ331が繰り返し実行される。なお、ステップ321で、ウエハW上の被検面(計測対象のウエハマークが形成された領域)の位置が、1番目のウエハマークを求める際に決定された合焦位置となるように調整しているため、この時点で、ウエハWは、合焦位置近傍にすでに位置していることになる。したがって、ステップ325では、ウエハステージWSTをZ軸方向に大幅に移動させる必要がなくなるので、フォーカス調整に要する時間を短縮することができる。 Thereafter, in step 331, until until the determination is affirmative, that is, the position information of all of the wafer mark to be measured (n c pieces of wafer marks) is obtained, step 319 → Step 321 → Step 323 → Step 325 → Step 327 → Step 329 → Step 331 is repeatedly executed. In step 321, the position of the test surface on the wafer W (the area where the measurement target wafer mark is formed) is adjusted to be the in-focus position determined when the first wafer mark is obtained. Therefore, at this time, the wafer W is already located in the vicinity of the in-focus position. Therefore, in step 325, it is not necessary to move wafer stage WST significantly in the Z-axis direction, so that the time required for focus adjustment can be shortened.

ステップ331で、判断が肯定されると、次のステップ333において、これまでに算出されたウエハマークの位置情報、すなわちウエハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭61−44429号公報などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を実行し、ウエハWの各ショット領域の配列座標系とステージ座標系との回転成分、スケーリング成分、オフセット成分、ステージ座標系のX軸とY軸の直交度成分等のパラメータを算出し、そのパラメータを所定の演算式に代入して、ウエハW上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合わせ位置を算出し、サブルーチン209の処理を終了する。   If the determination in step 331 is affirmative, in the next step 333, using the wafer mark position information calculated so far, that is, the position coordinates of the wafer mark, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429. The statistical calculation using the disclosed least square method is executed, and the rotation coordinate, the scaling component, the offset component of the array coordinate system and the stage coordinate system of each shot area of the wafer W, the X axis and the Y axis of the stage coordinate system Parameters such as the orthogonality component are calculated, the parameters are substituted into a predetermined arithmetic expression, the array coordinates of each shot area on the wafer W, that is, the overlay position, are calculated, and the processing of the subroutine 209 ends.

これにより、ウエハアライメントが終了し、その後、図8のステップ211において、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を行なう。   As a result, the wafer alignment is completed, and then, in step 211 of FIG. 8, a step-and-scan exposure operation is performed as follows.

この露光動作にあたって、ウエハアライメントの結果及びベースラインの計測結果に基づいて、ウエハ干渉計18の計測値をモニタしつつ、ウエハWのファーストショット(第1番目のショット領域)の露光のための走査開始位置(加速開始位置)にウエハステージWSTを移動させる。   In this exposure operation, scanning for exposure of the first shot (first shot area) of the wafer W while monitoring the measurement value of the wafer interferometer 18 based on the result of wafer alignment and the measurement result of the baseline. Wafer stage WST is moved to the start position (acceleration start position).

そして、不図示のレチクルステージ駆動部、ウエハステージ駆動部を介して、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとのY軸方向の走査を開始し、両ステージRST、WSTがそれぞれの目標走査速度に達すると、露光光ELによってレチクルRのパターン領域を照明し始め、走査露光を開始する。   Then, scanning of reticle stage RST and wafer stage WST in the Y-axis direction is started via a reticle stage driving unit and a wafer stage driving unit (not shown), and when both stages RST and WST reach their respective target scanning speeds. Then, illumination of the pattern area of the reticle R by the exposure light EL is started, and scanning exposure is started.

上記の走査露光時には、レチクルステージRSTのY軸方向の移動速度VrとウエハステージWSTのY軸方向の移動速度Vwとが投影光学系PLの投影倍率(例えば1/5)に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージRST及びウエハステージWSTを同期制御する。   At the time of the above scanning exposure, the movement speed Vr of reticle stage RST in the Y-axis direction and the movement speed Vw of wafer stage WST in the Y-axis direction have a speed ratio corresponding to the projection magnification (for example, 1/5) of projection optical system PL. The reticle stage RST and wafer stage WST are synchronously controlled so as to be maintained.

そして、レチクルRのパターン領域の異なる領域が露光光ELで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了すると、ウエハW上のファーストショットの走査露光が完了となる。これにより、レチクルRの回路パターンが投影光学系PLを介してファーストショットに縮小転写される。   Then, different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with the exposure light EL, and when the illumination of the entire pattern area is completed, the first shot scanning exposure on the wafer W is completed. As a result, the circuit pattern of the reticle R is reduced and transferred to the first shot via the projection optical system PL.

このようにして、ファーストショットの走査露光が終了すると、ウエハステージWSTをX、Y軸方向にステップ移動させ、セカンドショット(第2番目のショット領域)の露光のための走査開始位置(加速開始位置)に移動させる。そして、セカンドショットに対して上述した動作と同様の走査露光を実行する。   When the first shot scanning exposure is thus completed, wafer stage WST is moved stepwise in the X and Y axis directions, and a scanning start position (acceleration starting position) for exposure of the second shot (second shot area). ). Then, scanning exposure similar to the above-described operation is executed for the second shot.

このようにして、ウエハW上のm番目(mは自然数)のショット領域の走査露光とm+1番目のショット領域露光のためのステッピング動作とが繰り返し実行され、ウエハW上の全ての露光対象ショット領域にレチクルRの回路パターンが順次転写される。   In this manner, the scanning exposure of the m-th (m is a natural number) shot area on the wafer W and the stepping operation for the (m + 1) -th shot area exposure are repeatedly executed, and all the exposure target shot areas on the wafer W are executed. Then, the circuit pattern of the reticle R is sequentially transferred.

そして、ステップ213において、不図示のウエハローダを介して、ウエハWのアンロードを実行する。   In step 213, the wafer W is unloaded via a wafer loader (not shown).

そして、ステップ215において、露光対象となっているすべてのウエハ、例えば1ロットのウエハの現工程の露光が終了したか否かを判断する。まだ、露光すべきウエハが残っている場合には、その判断は否定され、処理はステップ207に戻る。そして、ステップ215において、露光対象となっている全てのウエハの露光の終了を確認するまで、ステップ207(ウエハロード)→サブルーチン209(ウエハアライメント)→ステップ211(露光)→ステップ213(ウエハのアンロード)→ステップ215(終了判断)の処理を繰り返し実行する。そして、ステップ215において、全てのウエハの露光を終了したと判断すると、一連の露光処理動作を終了する。   In step 215, it is determined whether or not the exposure of all wafers to be exposed, for example, one lot of wafers, has been completed in the current process. If there is still a wafer to be exposed, the determination is denied and the process returns to step 207. Then, in step 215, step 207 (wafer load) → subroutine 209 (wafer alignment) → step 211 (exposure) → step 213 (wafer unloading) until the completion of exposure of all wafers to be exposed is confirmed. Load) → Step 215 (end determination) is repeatedly executed. If it is determined in step 215 that exposure of all wafers has been completed, a series of exposure processing operations are terminated.

以上詳細に説明したように、本第1の実施形態の検出方法によれば、ステップ305において、ウエハWの表面上のウエハマークが形成された領域を、アライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面上に位置させてから、その検出光学系に対するウエハマークが形成された領域のフォーカス状態を検出するので、そのフォーカス状態の計測結果に含まれる、アライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面からのウエハマークが形成された面の位置ずれに起因する誤差を低減することができるので、ウエハW上のウエハマークが形成された領域のフォーカス状態(デフォーカス量)を精度良く検出することができる。   As described in detail above, according to the detection method of the first embodiment, in step 305, the region where the wafer mark is formed on the surface of the wafer W is displayed as a Gaussian image of the detection optical system of the alignment sensor 14. Since the focus state of the region where the wafer mark is formed with respect to the detection optical system is detected after being positioned on the surface, from the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor 14 included in the measurement result of the focus state Since the error due to the positional deviation of the surface on which the wafer mark is formed can be reduced, the focus state (defocus amount) of the region on the wafer W where the wafer mark is formed can be detected with high accuracy. .

また、本第1の実施形態では、ステップ307のフォーカスの計測結果に基づいて、ステップ309において、1番目のウエハマークが、アライメントセンサ14の検出光学系の合焦位置にないと判断した場合には、ステップ311において、ウエハステージWSTの位置を再度調整する。このようにすれば、ウエハマークが形成された領域を、アライメントセンサ14の合焦位置に確実に位置させることができるようになる。   In the first embodiment, when it is determined in step 309 that the first wafer mark is not at the in-focus position of the detection optical system of the alignment sensor 14 based on the focus measurement result in step 307. In step 311, the position of wafer stage WST is adjusted again. In this way, the region where the wafer mark is formed can be reliably positioned at the in-focus position of the alignment sensor 14.

また、2番目以降のウエハマークを検出する場合、それらのウエハマークが形成された領域は同じ被検面上で略同一平面にあるため、アライメントセンサ14の検出光学系に対する各領域の合焦位置は、ほぼ同一であるとみなすことができる。そこで、本第1の実施形態では、1番目のウエハマークにおける合焦位置dRをステップ315において記憶し、2番目以降のウエハマークが形成された領域の位置を、1番目のウエハマークが形成された領域の合焦位置に位置させる。このようにすれば、2番目以降のウエハマークが形成された領域の合焦位置を、効率良く迅速に検出することができる。 Further, when the second and subsequent wafer marks are detected, the regions where these wafer marks are formed are substantially on the same plane on the same test surface, so that the focus position of each region with respect to the detection optical system of the alignment sensor 14 Can be considered to be nearly identical. Therefore, in the first embodiment, the focus position d R in the first wafer mark is stored in step 315, and the first wafer mark forms the position of the area where the second and subsequent wafer marks are formed. It is located at the in-focus position of the marked area. In this way, the in-focus position of the area where the second and subsequent wafer marks are formed can be detected efficiently and quickly.

また、本第1の実施形態によれば、上述のようにして精度良く計測された合焦位置に基づいて、アライメントセンサ14によってウエハマークが撮像されるので、そのウエハマークの撮像結果を良好なものとすることができる。   Further, according to the first embodiment, since the wafer mark is imaged by the alignment sensor 14 based on the in-focus position measured with high accuracy as described above, the imaging result of the wafer mark is improved. Can be.

また、本第1の実施形態の露光方法によれば、上述した検出方法によって良好に撮像されたウエハマークの撮像結果に基づいて検出されたウエハマークの位置情報を用いて、ウエハWの位置制御を行いつつ転写を行うので、高精度な露光を実現することができる。   In addition, according to the exposure method of the first embodiment, the position control of the wafer W is performed using the position information of the wafer mark detected based on the imaging result of the wafer mark imaged favorably by the detection method described above. Since the transfer is performed while performing high-precision exposure, high-precision exposure can be realized.

なお、本第1の実施形態で、ステップ327において、ウエハマークを撮像する際には、ステップ315において記憶装置60に記憶された合焦位置に、ウエハマークを位置させたうえでそのウエハマークの撮像を行ったが、これには限定されず、その合焦位置を基準として、ウエハステージWSTをZ軸方向に順次移動させながら、マークを撮像し、異なるZ軸位置で得られた複数の撮像信号から、画像のコントラストが最大となる撮像信号を、そのマークの撮像結果として採用するようにしても良い。すなわち、マークは、ステップ315で記憶された合焦位置とは異なる位置(例えば、撮像コントラスト最大の位置)でウエハマークを撮像するようにしても良い。   In the first embodiment, when the wafer mark is imaged in step 327, the wafer mark is positioned at the in-focus position stored in the storage device 60 in step 315 and then the wafer mark is recorded. Although imaging was performed, the present invention is not limited to this. A plurality of imaging images obtained at different Z-axis positions by imaging the mark while sequentially moving wafer stage WST in the Z-axis direction with reference to the in-focus position. An imaging signal that maximizes the contrast of the image from the signal may be adopted as the imaging result of the mark. That is, the wafer mark may be imaged at a position different from the in-focus position stored in step 315 (for example, a position with the maximum imaging contrast).

また、ステップ303及びステップ305におけるウエハステージWSTの駆動を同時に行っても良いし、ステップ321及びステップ323におけるウエハステージWSTの駆動を同時に行っても良い。   Further, the driving of wafer stage WST in steps 303 and 305 may be performed simultaneously, or the driving of wafer stage WST in steps 321 and 323 may be performed simultaneously.

なお、基準マーク板40上に形成された基準マークを検出する際、すなわちステップ205のベースライン計測を実行する際にも、ステップ303〜ステップ317と同様の処理を実行すれば、その基準マークの撮像結果を良好なものとすることができ、結果的に高精度な露光を実現することができる。   Note that when the reference mark formed on the reference mark plate 40 is detected, that is, when the baseline measurement in step 205 is executed, if the same processing as in steps 303 to 317 is executed, the reference mark of the reference mark is detected. The imaging result can be improved, and as a result, highly accurate exposure can be realized.

これまでの説明から明らかなように、本第1の実施形態では、主制御装置20が、本発明の検出装置の調整装置、計測装置、及び決定装置に対応している。すなわち、主制御装置20のCPUが行う、ステップ305(図9)の処理によって調整装置が実現され、ステップ307(図9)の処理によって計測装置が実現され、ステップ309〜ステップ315(図9)の処理によって決定装置が実現されている。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論である。   As is apparent from the above description, in the first embodiment, the main control device 20 corresponds to the adjustment device, the measurement device, and the determination device of the detection device of the present invention. That is, the adjustment device is realized by the process of step 305 (FIG. 9) performed by the CPU of the main controller 20, the measurement device is realized by the process of step 307 (FIG. 9), and steps 309 to 315 (FIG. 9). The determination apparatus is realized by the above process. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this.

《第2の実施形態》
次に、本発明の第2の実施形態を図10〜図13に基づいて説明する。この第2の実施形態では、本発明に係る検出方法、及び露光方法が、前述の第1の実施形態と同一若しくは同等の露光装置を用いて行われる。したがって、以下においては、重複記載を防止する観点から、これらの装置及びそれぞれの構成各部については第1の実施形態と同一の符号を用いるとともに、上記第1の実施形態と処理内容が異なる、図10に示されるサブルーチン209のウエハアライメントの処理についてのみ説明する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the detection method and the exposure method according to the present invention are performed using the same or equivalent exposure apparatus as that of the first embodiment. Therefore, in the following, from the viewpoint of preventing repeated description, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for these devices and the respective components, and the processing contents are different from those in the first embodiment. Only the wafer alignment process of the subroutine 209 shown in FIG.

サブルーチン209では、図10に示されるように、まず、ステップ401において、ロードされたウエハが、1ロットの1枚目であるか否かを判断する。その判断が肯定されるとサブルーチン403に進み、否定されるとステップ405に進む。ここでは、1枚目なので、その判断は肯定され、サブルーチン403に進む。   In the subroutine 209, as shown in FIG. 10, first, in step 401, it is determined whether or not the loaded wafer is the first one in one lot. If the determination is affirmed, the process proceeds to subroutine 403, and if the determination is negative, the process proceeds to step 405. Here, since it is the first sheet, the determination is affirmed and the process proceeds to subroutine 403.

サブルーチン403では、複数のフォーカス位置にそれぞれ対応する、フォーカス検出系123のラインセンサ119によって検出される信号と、その信号の2つのピークの間隔との対応関係を示すテーブルを作成する処理を行う。   In the subroutine 403, a process for creating a table indicating the correspondence between the signals detected by the line sensor 119 of the focus detection system 123 and the intervals between the two peaks corresponding to the plurality of focus positions is performed.

図11には、サブルーチン403のフローチャートが示されている。図11に示されるように、まず、ステップ501において、アライメントセンサ14のプリズムミラー110の真下に、ウエハW上の反射率が均一な領域(例えば、元工程においてパターンが形成されていない領域)が配置されるように、ウエハステージWSTを移動させる。   FIG. 11 shows a flowchart of the subroutine 403. As shown in FIG. 11, first, in step 501, an area having a uniform reflectance on the wafer W (for example, an area where no pattern is formed in the original process) is directly below the prism mirror 110 of the alignment sensor 14. Wafer stage WST is moved so as to be arranged.

次に、ステップ503において、アライメントセンサ14の焦点位置、すなわちアライメントセンサ14の検出光学系(プリズムミラー110、対物レンズ109等)の光軸方向に関するウエハWの基準位置としての所定位置Zc、焦点位置の計測範囲L、焦点位置の計測間隔ΔZを設定する。このサブルーチン403では、後述するように、ウエハWのZ軸方向に関する位置を、基準位置Zcを基準とした計測範囲Lの範囲内で、間隔ΔZだけ順次移動しながら、アライメントセンサ14のフォーカス検出系123のラインセンサ119によってその受光面上の像強度分布に対応する信号を各々の位置において検出させるが、ここでは、その基準位置と、計測範囲と、間隔とを設定するのである。この基準位置Zcとしては、例えばアライメントセンサ14の検出光学系に関する設計値や、シミュレーションによって求められた合焦位置などを設定することができるが、それらの位置に近い任意の位置を設定しても良い。また、合焦位置の計測範囲Lとしては、特に制限はないが、アライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面が含まれているのが望ましい。また、間隔ΔZについては、フォーカス検出系123のラインセンサ119の分解能等を考慮して設定するのが望ましい。   Next, in step 503, the focal position of the alignment sensor 14, that is, the predetermined position Zc as the reference position of the wafer W in the optical axis direction of the detection optical system (prism mirror 110, objective lens 109, etc.) of the alignment sensor 14, and the focal position. The measurement range L and the focus position measurement interval ΔZ are set. In this subroutine 403, as will be described later, the position of the wafer W in the Z-axis direction is sequentially moved by the interval ΔZ within the measurement range L with respect to the reference position Zc, and the focus detection system of the alignment sensor 14 is moved. The signal corresponding to the image intensity distribution on the light receiving surface is detected at each position by the 123 line sensor 119. Here, the reference position, the measurement range, and the interval are set. As the reference position Zc, for example, a design value related to the detection optical system of the alignment sensor 14 or a focus position obtained by simulation can be set, but any position close to these positions can be set. good. Further, the measurement range L of the focus position is not particularly limited, but it is preferable that the Gaussian image plane of the detection optical system of the alignment sensor 14 is included. The interval ΔZ is preferably set in consideration of the resolution of the line sensor 119 of the focus detection system 123 and the like.

ここでは、不図示の入力装置などを用いて所定位置Zc等が設定されるようになっていても良いし、装置パラメータとして、所定位置Zc等の値が予め記憶装置60に記憶されており、その装置パラメータを、主制御装置20が読み出すことによって所定位置Zc等が設定されるようになっていても良い。なお、本第2の実施形態の露光装置では、アライメントセンサ14は、その検出光学系の光軸方向に関して移動不可となっているため、アライメントセンサ14の検出光学系の光軸方向に関するウエハWの位置が定まれば、アライメントセンサ14とウエハマークとの相対位置が決定されるようになっている。   Here, the predetermined position Zc or the like may be set using an input device (not shown) or the like, and the value of the predetermined position Zc or the like is stored in the storage device 60 in advance as an apparatus parameter. A predetermined position Zc or the like may be set by reading out the apparatus parameters by the main controller 20. In the exposure apparatus of the second embodiment, since the alignment sensor 14 is not movable in the optical axis direction of the detection optical system, the wafer W in the optical axis direction of the detection optical system of the alignment sensor 14 is not affected. When the position is determined, the relative position between the alignment sensor 14 and the wafer mark is determined.

次のステップ505において、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置を、Zc―L/2に位置決めする。そして、ステップ507において、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置が、Zc+L/2を超えたか否かを判断する。ここでは、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置は、Zc+L/2を超えていないので(現在位置はZc―L/2)、判断は否定され、ステップ509に進む。   In the next step 505, the position of wafer stage WST in the Z-axis direction is positioned at Zc−L / 2. In step 507, it is determined whether or not the position of wafer stage WST in the Z-axis direction exceeds Zc + L / 2. Here, since the position of wafer stage WST in the Z-axis direction does not exceed Zc + L / 2 (current position is Zc−L / 2), the determination is negative and the routine proceeds to step 509.

次に、ステップ509において、フォーカス計測を行う。フォーカス検出系123のラインセンサ119から送られてきたウエハWの反射率が均一な面に対する反射光束の像強度分布に対応する信号は、ラインセンサ119の各撮像素子において検出されるピクセルデータ(輝度値)のデータ列(像強度分布データ列)を示している。主制御装置20は、この像強度分布データ列に基づいて、その像強度分布に形成される2つのピークの重心位置の間隔を検出し、その像強度分布データ列とその間隔とを対応付けて、記憶装置60に記憶する。   Next, in step 509, focus measurement is performed. The signal corresponding to the image intensity distribution of the reflected light beam with respect to the surface having the uniform reflectance of the wafer W sent from the line sensor 119 of the focus detection system 123 is pixel data (brightness) detected by each image sensor of the line sensor 119. Value) data string (image intensity distribution data string). Based on this image intensity distribution data sequence, main controller 20 detects the interval between the centroid positions of the two peaks formed in the image intensity distribution, and associates the image intensity distribution data sequence with the interval. And stored in the storage device 60.

次に、ステップ511に進み、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置を、ΔZだけ+Z側にずらし、ステップ507に戻る。   Next, proceeding to step 511, the position of wafer stage WST in the Z-axis direction is shifted to the + Z side by ΔZ, and the process returns to step 507.

以降、ステップ507において、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置が、Zc+L/2を超えたという判断が肯定されるまで、ステップ507→ステップ509→ステップ511が繰り返し実行され、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置がΔZだけ+Z側に変更させる毎に、ラインセンサ119によって検出される像強度分布データ列が、主制御装置20によって、そのデータ列に基づいて求められる2つのピークの重心位置の間隔に対応付けられて記憶装置60に記憶される。そして、ステップ507において、判断が肯定されると、ステップ513に進み、ステップ513において、記憶装置60に記憶された反射率が均一な面の像強度分布データ列とそのデータ列より求まる2つのピークの重心位置との対応関係をまとめてテーブル化し、サブルーチン403の処理を終了する。なお、以下では、記憶装置60に記憶されたデータ列を示す関数を像強度分布データ列関数G(N)と呼ぶ(図13(B)参照)。Nは、ラインセンサ119における各ピクセルの番号を示す自然数であり、G(N)は、ピクセルNにおける輝度値(ピクセルデータ)を表している。   Thereafter, in step 507, step 507 → step 509 → step 511 is repeatedly executed until it is determined that the position of wafer stage WST in the Z-axis direction exceeds Zc + L / 2, and Z-axis of wafer stage WST is executed. Each time the position related to the direction is changed by ΔZ to the + Z side, the image intensity distribution data string detected by the line sensor 119 is obtained by the main controller 20 based on the data string. And stored in the storage device 60. If the determination in step 507 is affirmative, the process proceeds to step 513. In step 513, two peaks obtained from the image intensity distribution data string of the surface having a uniform reflectance stored in the storage device 60 and the data string are obtained. The correspondence relationship with the barycentric position is collectively tabulated, and the process of subroutine 403 ends. Hereinafter, a function indicating a data sequence stored in the storage device 60 is referred to as an image intensity distribution data sequence function G (N) (see FIG. 13B). N is a natural number indicating the number of each pixel in the line sensor 119, and G (N) represents a luminance value (pixel data) in the pixel N.

図10に戻り、ステップ405において、カウンタ値nを1に初期化する。そして、ステップ407において、元工程でウエハW上にすでに形成されている複数のショット領域のうち、特定のショット領域(サンプルショット)にそれぞれ付設されたウエハマークのうち、n番目に計測するウエハマークが、アライメントセンサ14の検出光学系の検出視野内に位置するように、ウエハステージWSTを移動させる。ここでは、n=1なので、1番目に計測するウエハマークがアライメントセンサ14の検出光学系の検出視野内に位置するようになる。   Returning to FIG. 10, in step 405, the counter value n is initialized to 1. In step 407, of the plurality of shot areas already formed on the wafer W in the original process, the wafer mark to be measured n-th out of the wafer marks respectively attached to the specific shot areas (sample shots). However, the wafer stage WST is moved so as to be positioned within the detection visual field of the detection optical system of the alignment sensor 14. Here, since n = 1, the wafer mark to be measured first is located in the detection field of the detection optical system of the alignment sensor 14.

次に、フォーカス調整のサブルーチン409を実行する。図12には、サブルーチン409のフローチャートが示されている。サブルーチン409では、図12に示されるように、まず、ステップ601において、フォーカスを計測する。ここでは、n番目のウエハマークの近傍の被計測領域(例えば図6に示される照明光IL1,IL2のいずれか一方の照射領域)からの反射光束による像強度分布に対応する信号(ピクセルデータのデータ列、すなわち像強度分布データ列)が得られる。ここで、受信された像強度分布データ列を示す関数を像強度分布データ列関数F(N)とする(図13(A)参照)。 Next, a focus adjustment subroutine 409 is executed. FIG. 12 shows a flowchart of the subroutine 409. In the subroutine 409, as shown in FIG. 12, first, in step 601, focus is measured. Here, a signal (pixel) corresponding to an image intensity distribution by a reflected light beam from an area to be measured in the vicinity of the n-th wafer mark (for example, one of the illumination areas IL 1 and IL 2 shown in FIG. 6). A data string of data, that is, an image intensity distribution data string) is obtained. Here, a function indicating the received image intensity distribution data string is an image intensity distribution data string function F (N) (see FIG. 13A).

次のステップ603において、その像強度分布データ列関数F(N)のデータのばらつきを示す標準偏差σFを求める。そして、次のステップ605において、像強度分布データ列関数F(N)の2つのピークの重心位置の間隔dFを求め、その間隔に対応する反射率が均一な面の像強度分布データ列関数G(N)を、記憶装置60に記憶されたテーブルから読み出す。 In the next step 603, a standard deviation σ F indicating the data variation of the image intensity distribution data string function F (N) is obtained. In the next step 605, an interval d F between the centroid positions of the two peaks of the image intensity distribution data sequence function F (N) is obtained, and an image intensity distribution data sequence function of a surface having a uniform reflectance corresponding to the interval. G (N) is read from the table stored in the storage device 60.

そして、次のステップ607において、下地反射率を推定する。所定の結像光束をウエハマークの近傍の被計測領域に照射することにより得られる反射光束によって形成される像強度分布は、その結像光束によって形成される像の像強度分布(第2信号の成分)と、その結像光束が入射した検出対象の面の反射率(第1信号の成分)との積となる。したがって、検出対象(ここでは、ウエハW上のn番目のウエハマークが形成された領域)に対する像強度分布に関する情報と、反射率が均一である面に対する像強度分布に関する情報との違い、例えばそれらの比を算出すれば、その比から検出対象の反射率に関する情報を推定することができる。   Then, in the next step 607, the background reflectance is estimated. The image intensity distribution formed by the reflected light beam obtained by irradiating the measurement region near the wafer mark with a predetermined imaged light beam is the image intensity distribution (second signal of the second signal) of the image formed by the imaged light beam. Component) and the reflectance (first signal component) of the surface of the detection target on which the imaging light beam is incident. Therefore, the difference between the information regarding the image intensity distribution for the detection target (here, the region where the nth wafer mark is formed on the wafer W) and the information regarding the image intensity distribution for the surface having a uniform reflectance, for example, If the ratio is calculated, information on the reflectance of the detection target can be estimated from the ratio.

具体的には、ステップ607において、ステップ601で受信した像強度分布データ列関数F(N)の各データの値(輝度値)から、記憶装置60から読み出された像強度分布データ列関数G(N)を除算して得られる関数H(N)(=F(N)/G(N))を算出する。データ列関数H(N)の各データのうち、その値が所定値よりも低いデータについては、その値を0とする。この除算結果、すなわちデータ列関数H(N)は、検出対象となるウエハマーク周辺(被計測領域)の下地反射率に相当するデータ列(下地反射率データ列)として推定される。図13(A)には、ステップ601で受信した像強度分布データ列関数F(N)の一例が示されており、図13(B)には、ステップ605で記憶装置60から読み出された像強度分布データ列関数G(N)の一例が示されており、図13(C)には、図13(A)に示されるデータ列関数F(N)から、図13(B)に示されるデータ列関数G(N)で、ステップ607における除算を行ったときに求められる下地反射率データ列関数H(N)が示されている。なお、このステップ607では、推定された下地反射率データ列関数H(N)のデータのばらつきを示す標準偏差σHも算出しておく。 Specifically, in step 607, the image intensity distribution data sequence function G read from the storage device 60 from the data values (luminance values) of the image intensity distribution data sequence function F (N) received in step 601. A function H (N) (= F (N) / G (N)) obtained by dividing (N) is calculated. Among the data of the data string function H (N), the value is set to 0 for data whose value is lower than a predetermined value. The result of the division, that is, the data string function H (N) is estimated as a data string (background reflectance data string) corresponding to the background reflectance around the wafer mark to be detected (measured area). FIG. 13A shows an example of the image intensity distribution data sequence function F (N) received in step 601, and FIG. 13B shows the data read from the storage device 60 in step 605. An example of the image intensity distribution data sequence function G (N) is shown. FIG. 13C shows the data sequence function F (N) shown in FIG. 13A, and FIG. The base reflectance data string function H (N) obtained when the division in step 607 is performed is shown in the data string function G (N). In step 607, the standard deviation σ H indicating the variation in the data of the estimated background reflectance data string function H (N) is also calculated.

次のステップ609において、標準偏差の比σF/σHが、所定値以上であるか否かを判断する。その判断が肯定されれば、ステップ611に進み、否定されれば、ステップ619に進む。ここでは、判断が肯定されたものとして話を進める。 In the next step 609, it is determined whether or not the standard deviation ratio σ F / σ H is equal to or greater than a predetermined value. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 611, and if the determination is negative, the process proceeds to step 619. Here, the discussion proceeds assuming that the judgment is affirmed.

次のステップ611では、ステップ607で推定された下地反射率データ列関数H(N)に基づいて、2つのピークの重心位置の間隔dHを検出する。図13(C)に示されるように、下地反射率データ列関数H(N)の分布形状は、照明光束IL1,IL2のいずれかが照射されるウエハWの面の反射率に対応するものであり、明確な2つのピークを有する分布形状とはならない場合が多い(図13(A),図13(B)参照)。したがって、ここでは、統計的な演算処理を用いて、アライメントセンサ14のフォーカスを計測する。 In the next step 611, based on the background reflectance data string function H (N) estimated in step 607, the interval d H between the centroid positions of the two peaks is detected. As shown in FIG. 13C, the distribution shape of the base reflectance data sequence function H (N) corresponds to the reflectance of the surface of the wafer W irradiated with one of the illumination light beams IL 1 and IL 2. In many cases, the distribution shape does not have two distinct peaks (see FIGS. 13A and 13B). Therefore, here, the focus of the alignment sensor 14 is measured using statistical calculation processing.

例えば、図13(C)に示されるように、まず、壁W1、W2によって十分に広い幅が規定されたスコープを設定し、そのスコープを下地反射率データ列関数H(N)に対し紙面左右方向(N軸方向)に走査させていったときに、そのスコープの中心位置C0を中心としたスコープ内のデータ列の分布形状の鏡映対称度が最も高かったときの中心位置C0を、フォーカスを求めるための中心位置として決定する。そして、図13(C)中、決定された中心位置より左側のデータ列の重心位置と、中心位置より右側のデータ列の重心位置との間隔を、アライメントセンサ14のフォーカスに対応する間隔dHとして算出する。 For example, as shown in FIG. 13C, first, a scope having a sufficiently wide width is set by the walls W1 and W2, and the scope is set to the left and right sides of the paper with respect to the base reflectance data sequence function H (N). when went by scanning in a direction (N axis), the center position C 0 when mirror symmetry of the distribution shape of the data string in the scope with respect to the center position C 0 in its scope the highest The center position for determining the focus is determined. In FIG. 13C, the distance between the center of gravity of the data string on the left side of the determined center position and the center of gravity of the data string on the right side of the center position is the distance d H corresponding to the focus of the alignment sensor 14. Calculate as

次のステップ613において、主制御装置20は、2(dH−d0)とdG−d0との差が所定範囲内であるか否かを判断する。なお、ここで、dGとは、図13(B)に示されるように、ステップ605で読み出された像強度分布データ列関数G(N)に対応する間隔である。dH−d0を2倍するのは、図1(B)に示されるように、デフォーカスによる下地パターンPtに起因する反射率分布(第1信号)のN軸方向のずれに対し、結像光束による像(第2信号)のN軸方向のずれが2倍となるためで、下地反射率データ列関数H(N)から求められる間隔からデフォーカス量への変換係数は、像強度分布データ列関数G(N)から求められる2つのピークの重心位置の間隔からデフォーカス量への変換係数が2倍になると考えられるためである。ここで、判断が否定された場合には、ステップ615に移行し、判断が肯定された場合には、ステップ617に進む。ここでは、判断は否定され、ステップ615に移行するものとして説明を進める。 In next step 613, main controller 20 determines whether or not the difference between 2 (d H −d 0 ) and d G −d 0 is within a predetermined range. Here, d G is an interval corresponding to the image intensity distribution data string function G (N) read out in step 605, as shown in FIG. 13B. As shown in FIG. 1B, doubling d H −d 0 is a result of the deviation in the N-axis direction of the reflectance distribution (first signal) caused by the base pattern Pt due to defocusing. Since the deviation in the N-axis direction of the image (second signal) due to the image light flux is doubled, the conversion coefficient from the interval obtained from the base reflectance data string function H (N) to the defocus amount is the image intensity distribution. This is because the conversion coefficient from the interval between the centroid positions of two peaks obtained from the data string function G (N) to the defocus amount is considered to be doubled. If the determination is negative, the process proceeds to step 615. If the determination is positive, the process proceeds to step 617. Here, the determination is denied, and the description will proceed assuming that the process proceeds to step 615.

ステップ615では、間隔2(dH−d0)+d0に対応する像強度分布データ列関数G(N)を記憶装置60のテーブルから読み出す。そして、ステップ615を実行した後は、ステップ607に戻る。 In step 615, the image intensity distribution data string function G (N) corresponding to the interval 2 (d H −d 0 ) + d 0 is read from the table in the storage device 60. After executing Step 615, the process returns to Step 607.

以降、ステップ613において、判断が肯定されるまで、ステップ607→ステップ609→ステップ611→ステップ613→ステップ615の処理を繰り返し実行する。なお、このループ処理において、ステップ609で判断が否定された場合には、ステップ619に進む。   Thereafter, in step 613, the processing of step 607 → step 609 → step 611 → step 613 → step 615 is repeatedly executed until the determination is affirmed. In this loop process, if the determination in step 609 is negative, the process proceeds to step 619.

このようなループ処理を実行すれば、下地反射率データ列関数H(N)から検出される間隔dHがある値(すなわち真の下地反射率によって求められる間隔)に次第に収束するようになる。 When such a loop process is executed, the interval d H detected from the background reflectance data string function H (N) gradually converges to a certain value (that is, the interval determined by the true background reflectance).

ステップ613において、判断が肯定されると、ステップ617に移行し、そのときの関数H(N)から算出される2(dH−d0)に、デフォーカス量変換係数を乗ずることによってデフォーカス量を算出する。また、ステップ609において、判断が否定されると、ステップ619に進み、ウエハマークの周辺は、下地反射率はほぼ均一であったとして、ステップ601において現在選択されている像強度分布データ列関数G(N)を用いて、そのデータ列の2つのピークの重心位置の間隔dGを検出し、dG−d0にデフォーカス変換係数を乗ずることによってデフォーカス量を算出する。 If the determination in step 613 is affirmative, the process proceeds to step 617, where 2 (d H −d 0 ) calculated from the function H (N) at that time is multiplied by the defocus amount conversion coefficient to defocus. Calculate the amount. If the determination is negative in step 609, the process proceeds to step 619, where the background reflectance around the wafer mark is substantially uniform, and the image intensity distribution data string function G currently selected in step 601 is assumed. Using (N), the distance d G between the centroid positions of the two peaks in the data string is detected, and the defocus amount is calculated by multiplying d G −d 0 by the defocus conversion coefficient.

ステップ617又はステップ619を実行した後は、ステップ621に移行し、ステップ621において、算出されたデフォーカス量だけ、ウエハステージWSTのZ軸方向に関する位置を調整する。そして、ステップ621実行後、サブルーチン409を終了する。   After step 617 or step 619 is executed, the process proceeds to step 621. In step 621, the position of wafer stage WST in the Z-axis direction is adjusted by the calculated defocus amount. Then, after executing step 621, the subroutine 409 is terminated.

図10に戻り、ステップ411において、マークを撮像する。ここで、主制御装置20は、撮像部122によって撮像されたウエハマークの撮像信号とウエハ干渉計18から得られるウエハステージWSTの位置情報とに基づいて、ウエハマークの位置情報(ステージ座標系におけるウエハマークのX座標又はY座標)を検出し、そのウエハマークの位置情報を記憶装置60に記憶する。   Returning to FIG. 10, in step 411, the mark is imaged. Here, main controller 20 determines the wafer mark position information (in the stage coordinate system) based on the wafer mark imaging signal imaged by imaging unit 122 and wafer stage WST position information obtained from wafer interferometer 18. The wafer mark X coordinate or Y coordinate) is detected, and the position information of the wafer mark is stored in the storage device 60.

ウエハマークの位置情報の取得が完了すると、次のステップ413に進み、nを1だけインクリメントする(n←n+1)。そして、ステップ415において、計測対象のすべてのウエハマークの位置情報を取得したか否か、すなわちカウンタnが所定値ncを超えたか否かを判断する。ここで、判断が否定されれば、ステップ407に戻り、判断が肯定されれば、ステップ417に進む。ここでは、まだ1番目(すなわちn=1)のウエハマークの位置情報が取得されただけなので、判断は否定され、ステップ407に戻る。 When the acquisition of the position information of the wafer mark is completed, the process proceeds to the next step 413, where n is incremented by 1 (n ← n + 1). Then, in step 415, whether acquired positional information of all of the wafer mark to be measured, i.e. the counter n it is determined whether more than a predetermined value n c. If the determination is negative, the process returns to step 407, and if the determination is positive, the process proceeds to step 417. Here, since only the position information of the first (ie, n = 1) wafer mark has been acquired, the determination is negative and the processing returns to step 407.

以降、ステップ415において判断が肯定されるまで、すなわち計測対象のすべてのウエハマーク(nC個のウエハマーク)の位置情報が取得されるまで、ステップ407→サブルーチン409→ステップ411→ステップ413→ステップ415の処理が繰り返し実行される。 Thereafter, step 407 → subroutine 409 → step 411 → step 413 → step until determination in step 415 is affirmed, that is, position information of all wafer marks (n C wafer marks) to be measured is acquired. The process 415 is repeatedly executed.

ステップ415で、判断が肯定されると、次のステップ417において、これまでに算出されたウエハマークの位置情報、すなわちウエハマークの位置座標を用いて、例えば特開昭61−44429号公報などに開示される最小自乗法を用いた統計演算を実行し、ウエハWの各ショット領域の配列座標系とステージ座標系との回転成分、スケーリング成分、オフセット成分、ステージ座標系のX軸とY軸の直交度成分等のパラメータを算出し、そのパラメータを所定の演算式に代入して、ウエハW上の各ショット領域の配列座標、すなわち重ね合わせ位置を算出し、サブルーチン209の処理を終了する。   If the determination in step 415 is affirmative, in the next step 417, using, for example, the position information of the wafer mark calculated up to now, that is, the position coordinates of the wafer mark, Japanese Patent Laid-Open No. 61-44429, etc. The statistical calculation using the disclosed least square method is executed, and the rotation coordinate, the scaling component, the offset component of the array coordinate system and the stage coordinate system of each shot area of the wafer W, the X axis and the Y axis of the stage coordinate system Parameters such as the orthogonality component are calculated, the parameters are substituted into a predetermined arithmetic expression, the array coordinates of each shot area on the wafer W, that is, the overlay position, are calculated, and the processing of the subroutine 209 ends.

サブルーチン209の終了後に行われる処理は、上記第1の実施形態における図8に示される処理とほぼ同様であるので、説明を省略する。   Since the processing performed after the end of the subroutine 209 is substantially the same as the processing shown in FIG. 8 in the first embodiment, description thereof is omitted.

これまでの説明から明らかなように、本第2の実施形態では、主制御装置20が、本発明の検出装置の推定装置、及び算出装置に対応している。すなわち、主制御装置20のCPUが行う、サブルーチン409(図12)のステップ607等の処理によって推定装置の機能が実現され、ステップ617、ステップ619(図12)等の処理によって算出装置の機能が実現されている。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論である。   As is apparent from the above description, in the second embodiment, the main control device 20 corresponds to the detection device estimation device and calculation device of the present invention. That is, the function of the estimation device is realized by the processing of the subroutine 409 (FIG. 12) such as step 607 performed by the CPU of the main control device 20, and the function of the calculation device is realized by the processing of step 617 and step 619 (FIG. 12). It has been realized. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this.

以上詳細に説明したように、本第2の実施形態によれば、図12のステップ601において、照明光束IL1,IL2のいずれかを、計測対象となるウエハマーク周辺の被計測領域に照射することにより得られる反射光束による像の像強度分布に対応する信号を検出し、ステップ607において、検出された信号に含まれる、被計測領域の反射率に依存する第1信号(像強度分布データ列関数H(N))を推定し、ステップ617又はステップ619において、推定された第1信号(像強度分布データ列関数H(N))か、第1信号を推定する際に第2信号として用いる像強度分布データ列関数G(N)に基づいて、アライメントセンサ14の検出光学系に対するウエハマークのデフォーカス量を算出する。このようにすれば、第1信号(像強度分布データ列関数H(N)に相当する信号)と第2信号(像強度分布データ列関数G(N)に相当する信号)とのデフォーカスに応じたN軸方向のずれ方の違いによらず、アライメントセンサ14の検出光学系に対するウエハマークが形成された領域のフォーカス状態(デフォーカス量)を、精度良く検出することが可能となる。 As described above in detail, according to the second embodiment, in step 601 of FIG. 12, one of the illumination light beams IL 1 and IL 2 is irradiated to the measurement area around the wafer mark to be measured. A signal corresponding to the image intensity distribution of the image obtained by the reflected light flux is detected, and in step 607, the first signal (image intensity distribution data depending on the reflectance of the measurement target area included in the detected signal is detected. Column function H (N)), and in step 617 or step 619, the estimated first signal (image intensity distribution data string function H (N)) is used as the second signal when estimating the first signal. Based on the image intensity distribution data string function G (N) to be used, the defocus amount of the wafer mark with respect to the detection optical system of the alignment sensor 14 is calculated. In this way, the first signal (signal corresponding to the image intensity distribution data sequence function H (N)) and the second signal (signal corresponding to the image intensity distribution data sequence function G (N)) are defocused. The focus state (defocus amount) of the region where the wafer mark is formed with respect to the detection optical system of the alignment sensor 14 can be accurately detected regardless of the corresponding difference in the N-axis direction.

また、本第2の実施形態では、図12のステップ607において、ウエハマークの周辺(被計測領域)の反射率データ列関数H(N)を推定し、その推定精度が所定レベル以上に達するまで(すなわち、ステップ613における判断が肯定されるまで)、被計測領域の下地反射率データ列関数H(N)の推定を繰り返し行う。そして、その推定精度が所定レベル以上になったとき(すなわち、関数H(N)から算出されるデフォーカス量が、関数G(N)から算出されるデフォーカス量の2倍となったとき)の下地反射率データ列関数H(N)を用いて、デフォーカス量を検出する。このようにすれば、照明光束IL1,IL2のいずれか一方による像が投影されるウエハマーク周辺の下地反射率が一様でなく、ウエハマークがアライメント14の検出光学系に対してデフォーカスすることによってラインセンサ119によって検出される像強度分布、すなわち関数F(N)の分布形状が変形していても、アライメントセンサ14の検出光学系に対するデフォーカス量を、精度良く検出することができるようになる。 In the second embodiment, in step 607 of FIG. 12, the reflectance data string function H (N) around the wafer mark (measurement area) is estimated until the estimation accuracy reaches a predetermined level or higher. (In other words, until the determination in step 613 is affirmed), the background reflectance data string function H (N) of the measurement target region is repeatedly estimated. When the estimation accuracy becomes a predetermined level or higher (that is, when the defocus amount calculated from the function H (N) becomes twice the defocus amount calculated from the function G (N)). The defocus amount is detected using the background reflectance data string function H (N). In this way, the substrate reflectance around the wafer mark on which the image of the illumination light beams IL 1 and IL 2 is projected is not uniform, and the wafer mark is defocused with respect to the detection optical system of the alignment 14. Thus, even when the image intensity distribution detected by the line sensor 119, that is, the distribution shape of the function F (N) is deformed, the defocus amount of the alignment sensor 14 with respect to the detection optical system can be accurately detected. It becomes like this.

なお、本第2の実施形態のように、ウエハマーク周辺の下地反射率の推定を行う場合には、上記第1の実施形態のように、被計測領域をアライメントセンサ14の検出光学系のガウス像面に位置させる必要はない。これは、被計測領域の位置がアライメントセンサ14の検出光学系の合焦位置からずれていたとしても、下地反射率の推定に基づいてデフォーカス量を精度良く検出することができるからである。   Note that when the background reflectance around the wafer mark is estimated as in the second embodiment, the measurement target area is a Gaussian of the detection optical system of the alignment sensor 14 as in the first embodiment. There is no need to position it on the image plane. This is because the defocus amount can be accurately detected based on the estimation of the background reflectance even if the position of the measurement target region is deviated from the focus position of the detection optical system of the alignment sensor 14.

また、本第2の実施形態では、前述の下地反射率データ列関数H(N)の推定を行う前に、図11に示されるサブルーチン403において、アライメントセンサ14の検出光学系とウエハW上の反射率均一面との相対位置を順次変更しながら、反射率均一面に対する像強度分布データ列関数G(N)を検出し、その関数G(N)から得られる2つのピークの重心位置の間隔と、その関数G(N)とが対応付けされたテーブルを作成しておく。そして、ステップ605では、推定に用いる関数G(N)を、そのテーブルに登録された複数の関数G(N)の中から選択する。このようにすれば、下地反射率データ列関数H(N)を推定する毎に、反射率が均一な面に対する像強度分布に対応する情報(すなわち関数G(N))を、逐一検出する必要がなくなるため、関数H(N)の推定に要する時間を短縮することが可能となる。   Further, in the second embodiment, before the above-described background reflectance data string function H (N) is estimated, in the subroutine 403 shown in FIG. While sequentially changing the relative position with the uniform reflectance surface, the image intensity distribution data string function G (N) for the uniform reflectance surface is detected, and the distance between the centroid positions of two peaks obtained from the function G (N) And a table in which the function G (N) is associated. In step 605, a function G (N) used for estimation is selected from a plurality of functions G (N) registered in the table. In this way, every time the background reflectance data string function H (N) is estimated, it is necessary to detect information corresponding to the image intensity distribution with respect to the surface having a uniform reflectance (that is, the function G (N)) one by one. Therefore, the time required for estimating the function H (N) can be shortened.

なお、本第2の実施形態では、ウエハW上のパターンが形成されていない面を用いてそのテーブルを作成したが、これには限らず、露光装置100の立ち上げ時あるいはメンテナンス時において、例えば鏡面加工された基準ウエハ等をアライメントセンサ14のプリズムミラー110の下に配置して、図11のステップ501〜ステップ513を実行して、そのテーブルを作成しておくようにしても良い。このようにすれば、一連の露光工程中でテーブルの作成を行わずに済むので、露光工程のスループットを向上させることができる。   In the second embodiment, the table is created using the surface on which the pattern on the wafer W is not formed. However, the present invention is not limited to this. For example, when the exposure apparatus 100 is started up or maintained, for example, A mirror-processed reference wafer or the like may be placed under the prism mirror 110 of the alignment sensor 14, and the table may be created by executing steps 501 to 513 in FIG. In this way, it is not necessary to create a table during a series of exposure processes, so that the throughput of the exposure process can be improved.

また、本第2の実施形態によれば、関数H(N)(反射率に依存する信号、すなわち第1信号)を推定したが、反射率に依存しない信号(第2信号)を推定するようにしても良い。   In addition, according to the second embodiment, the function H (N) (a signal dependent on the reflectance, that is, the first signal) is estimated, but a signal independent of the reflectance (second signal) is estimated. Anyway.

また、本第2実施形態の検出方法は、上記第1の実施形態の検出方法と同様に、図8のステップ205のベースライン計測等で、アライメントセンサ14により基準マーク等を検出する際にも適用することができる。この場合には、例えばステップ205を実行する前に、露光装置の立ち上げ時あるいはメンテナンス時において、例えば鏡面加工された基準ウエハ等をアライメントセンサ14のプリズムミラー110に下に配置して、サブルーチン403と同様の処理を実行して、反射率均一面像強度分布データ列関数G(N)が登録されたテーブルを作成するようにしておく必要がある。   Also, the detection method of the second embodiment is similar to the detection method of the first embodiment described above, even when a reference mark or the like is detected by the alignment sensor 14 in the baseline measurement of step 205 in FIG. Can be applied. In this case, for example, before executing step 205, when the exposure apparatus is started up or at the time of maintenance, for example, a mirror-finished reference wafer or the like is placed below the prism mirror 110 of the alignment sensor 14, and the subroutine 403 is executed. It is necessary to create a table in which the reflectance uniform plane image intensity distribution data string function G (N) is registered by executing the same processing as in FIG.

また、本第2の実施形態の露光方法によれば、ウエハW上に形成されたショット領域のウエハマークが形成された領域などをアライメントセンサ14の検出光学系の被検面とし、上述した本第2の実施形態の検出方法を用いて、ウエハマーク等の位置情報を精度良く検出することができるので、アライメントセンサ14の検出光学系の検出結果(ウエハマークの位置情報)に基づいてパターンをウエハWに転写すれば、高精度な重ね合わせ露光が可能となる。   Further, according to the exposure method of the second embodiment, an area on the wafer W where a wafer mark is formed is used as a test surface of the detection optical system of the alignment sensor 14, and the book described above. Since the position information of the wafer mark or the like can be detected with high accuracy by using the detection method of the second embodiment, the pattern is determined based on the detection result (position information of the wafer mark) of the detection optical system of the alignment sensor 14. If transferred onto the wafer W, highly accurate overlay exposure can be performed.

なお、本第2の実施形態では、ステップ613において、下地反射率データ列関数H(N)の推定を終了する条件を、関数H(N)から得られるdH−d0の2倍と、関数G(N)から得られるdG−d0との差が所定範囲内にあることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、推定されるH(N)からステップ607において毎回得られるdH−d0の収束度合によって、例えば前回と得られたdH−d0との差が所定範囲内となったとき、その推定処理を終了させるようにしても良い。 In the second embodiment, in step 613, the condition for ending the estimation of the background reflectance data string function H (N) is set to twice d H −d 0 obtained from the function H (N), Although the difference from d G −d 0 obtained from the function G (N) is within the predetermined range, the present invention is not limited to this. For example, when the difference between d H −d 0 obtained from the previous time and the obtained d H −d 0 falls within a predetermined range due to the degree of convergence of d H −d 0 obtained each time in step 607 from the estimated H (N), The estimation process may be terminated.

また、本第2の実施形態では、ステップ617において、関数H(N)(第1信号)からデフォーカス量を算出したが、関数H(N)の推定に用いられた関数G(N)(第2信号)からデフォーカス量を算出しても良い。また、ステップ619では、関数G(N)でなく、関数F(N)(ステップ601で検出された信号)からデフォーカス量を検出するようにしても良い。ステップ617において、デフォーカス量を検出する際にいずれの関数を用いるかは、関数H(N)及び関数G(N)の関数F(N)に対する寄与度に基づいて決定するようにしても良い。これらの寄与度は、関数G(N)及び関数H(N)の振幅やデータの標準偏差に基づいて考慮すれば良い。また、ステップ617では、関数G(N)の関数F(N)に対する寄与度に応じた重みを用いて、関数G(N)から求められた間隔(間隔dH)と、関数F(N)から求められた間隔(間隔dF)とを重み付け平均することによって、デフォーカス量を決定するようにしても良い。 In the second embodiment, the defocus amount is calculated from the function H (N) (first signal) in step 617, but the function G (N) ( The defocus amount may be calculated from the second signal). In step 619, the defocus amount may be detected from the function F (N) (the signal detected in step 601) instead of the function G (N). In step 617, which function is used when detecting the defocus amount may be determined based on the contribution of the function H (N) and the function G (N) to the function F (N). . These contributions may be considered based on the amplitude of the function G (N) and the function H (N) and the standard deviation of the data. In step 617, using the weight according to the contribution of the function G (N) to the function F (N), the interval (interval d H ) obtained from the function G (N) and the function F (N) The defocus amount may be determined by performing a weighted average with the interval (interval d F ) obtained from the above.

また、本第2の実施形態では、下地反射率データ列関数H(N)を、像強度分布データ列関数F(N)と反射率均一面像強度分布データ列関数G(N)との比によって求めたが、これには限定されず、関数F(N)と関数G(N)との差に基づいて、関数H(N)を推定するようにしても良い。   In the second embodiment, the background reflectance data string function H (N) is a ratio of the image intensity distribution data string function F (N) and the reflectance uniform plane image intensity distribution data string function G (N). However, the present invention is not limited to this, and the function H (N) may be estimated based on the difference between the function F (N) and the function G (N).

また、本第2の実施形態では、1ロットの1枚目のウエハWに対してだけ、記憶装置60に記憶されるテーブルを作成したが、これに限らず、ウエハWをロードする毎に、すなわちステップ401の判断を行わずに、ウエハ毎にテーブルを作成するようにしても良い。また、次のロットのウエハに対しては、テーブルを作成する処理を省略し、すでに記憶装置60に記憶されているテーブルを下地反射率データ列関数H(N)の推定に用いても良い。   In the second embodiment, the table stored in the storage device 60 is created only for the first wafer W in one lot. However, the present invention is not limited to this. That is, the table may be created for each wafer without performing the determination in step 401. Further, for the wafer of the next lot, the process of creating the table may be omitted, and the table already stored in the storage device 60 may be used for the estimation of the base reflectance data sequence function H (N).

また、本第2の実施形態では、記憶装置60内に作成されるテーブルにおいて、そのテーブルに登録される反射率均一面の像強度分布データ列関数G(N)は、離散的なZ位置で求められたデータ列から成る離散的な関数であるが、テーブルに登録されてない像強度分布データ列関数G(N)を補間により作成することも可能である。   In the second embodiment, in the table created in the storage device 60, the image intensity distribution data sequence function G (N) of the reflectance uniform surface registered in the table is a discrete Z position. It is also possible to create an image intensity distribution data string function G (N) that is a discrete function composed of the obtained data strings but not registered in the table by interpolation.

例えば、Z位置Zkと、ZkからΔZだけ離れたZ位置Zk+1の中間のZ位置Zk'の像強度分布データ列関数G(N)を求めたい場合には、Z位置Zkに対応する像強度分布データ列関数G(N)と、Z位置Zk+1に対応する像強度分布データ列関数G(N)とをテーブルから読み出し、同一番号(N)のデータ列に対応するそれぞれのデータ(輝度値)の平均を、その番号のデータとして有する関数を、Z位置Zk'の像強度分布データ列関数G(N)として、下地反射率データ列関数H(N)の推定に用いても良い。なお、Zkからの距離とZk+1からの距離の比に応じて補間すれば、中間位置Zk'だけでなく、Zkと、Zk+1との間のすべてのZ位置において、関数G(N)を求めることが可能である。 For example, if you want to find the Z position Z k, Z position away from the Z k by [Delta] Z Z k + 1 of the intermediate Z-position Z k 'image intensity distribution data string function G (N) is is, Z position Z The image intensity distribution data string function G (N) corresponding to k and the image intensity distribution data string function G (N) corresponding to the Z position Z k + 1 are read from the table, and the data string having the same number (N) is read. The function having the average of the corresponding data (luminance values) as the data of the number is set as the image intensity distribution data sequence function G (N) at the Z position Z k ′, and the background reflectance data sequence function H (N) It may be used for estimation. If interpolation is performed according to the ratio of the distance from Z k to the distance from Z k + 1 , not only at the intermediate position Z k ′ but also at all Z positions between Z k and Z k + 1 . The function G (N) can be obtained.

なお、上記各実施形態では、被検面からの反射光束を、光束分割部材を用いて分割することによって得られる像強度分布に基づいてフォーカス状態(デフォーカス量)を計測するオートフォーカス機構に本発明を適用する場合について述べたが、これには限定されず、被検面からの反射光束によってフォーカス状態を検出する装置であれば適用することが可能である。   In each of the above-described embodiments, the autofocus mechanism that measures the focus state (defocus amount) based on the image intensity distribution obtained by dividing the reflected light beam from the surface to be measured using the light beam dividing member. Although the case of applying the invention has been described, the present invention is not limited to this, and any apparatus that detects a focus state by a reflected light beam from a surface to be measured can be applied.

また、上記各実施形態では、アライメントセンサ14として、FIA方式のアライメントセンサを用いたが、又は、レーザ光をウエハW上の点列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてマーク位置を検出するLSA(Laser Step Alignment)方式のアライメントセンサや、そのアライメントセンサと上記FIA方式とを適宜組み合わせたアライメントセンサにも本発明を適用することは可能である。また、例えばコヒーレントな検出光を被検面のマークに照射し、そのマークから発生する2つの回折光(例えば同次数)を干渉させて検出するアライメントセンサを、単独で、あるいは上記FIA方式、LSA方式などと適宜組み合わせたアライメントセンサに本発明を適用することは勿論可能である。   In each of the above-described embodiments, an FIA type alignment sensor is used as the alignment sensor 14, or a laser beam is irradiated onto the alignment mark in the form of a dot on the wafer W, and is diffracted or scattered by the mark. The present invention can also be applied to an LSA (Laser Step Alignment) type alignment sensor that detects a mark position using light, or an alignment sensor that appropriately combines the alignment sensor and the FIA method. Further, for example, an alignment sensor that irradiates a mark on the surface to be measured with a coherent detection light and causes two diffracted lights (for example, the same order) generated from the mark to interfere with each other may be used alone, or the FIA method, the LSA. Of course, the present invention can be applied to an alignment sensor appropriately combined with a method or the like.

また、上記各実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式のステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置(レチクルパターンの投影位置)に精度良く位置決めすることができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画領域に精度良く重ね合せて転写することができる。   In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a scanning stepper has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a stationary exposure apparatus such as a step-and-repeat stepper. In such a case, when performing static exposure, the wafer can be accurately positioned at the exposure position (reticle pattern projection position), and the reticle pattern is accurately superimposed and transferred onto a desired partition area on the wafer. can do.

なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系、並びにアライメントセンサ14を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。   An illumination optical system composed of a plurality of lenses, a projection optical system, and an alignment sensor 14 are incorporated in the exposure apparatus main body to perform optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage composed of a large number of mechanical parts are incorporated in the exposure apparatus main body. The exposure apparatus of the above-described embodiment can be manufactured by attaching and connecting wirings and pipes and further performing general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシン及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用することができる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、ホタル石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。   The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a device used for manufacturing a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an image sensor (CCD, etc.), an organic EL, a micromachine, and a DNA chip. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.

更に、本発明に係る検出方法は、露光装置に限らず、結像式の検出光学系を備えた装置であれば、適用が可能である。   Furthermore, the detection method according to the present invention is not limited to an exposure apparatus, but can be applied to any apparatus provided with an imaging type detection optical system.

《デバイス製造方法》
次に、上述した露光装置100をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
<Device manufacturing method>
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the exposure apparatus 100 described above in a lithography process will be described.

図14には、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図14に示されるように、まず、ステップ701(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ702(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ703(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。   FIG. 14 shows a flowchart of a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 14, first, in step 701 (design step), device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 702 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 703 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

次に、ステップ704(ウエハ処理ステップ)において、ステップ701〜ステップ703で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ705(デバイス組立てステップ)において、ステップ704で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ705には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。   Next, in step 704 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in steps 701 to 703, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like, as will be described later. Next, in step 705 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step 704. Step 705 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary.

最後に、ステップ706(検査ステップ)において、ステップ705で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。   Finally, in step 706 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and an endurance test of the device created in step 705 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.

図15には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図15において、ステップ711(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ712(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ713(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ714(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ711〜ステップ714それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。   FIG. 15 shows a detailed flow example of step 204 in the semiconductor device. In FIG. 15, in step 711 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step 712 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 713 (electrode formation step), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 714 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps 711 to 714 constitutes a pre-processing process at each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process at each stage.

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ715(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ716(露光ステップ)において、上記実施形態の露光装置100を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ717(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ718(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ719(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。   At each stage of the wafer process, when the above pre-process is completed, the post-process is executed as follows. In this post-processing step, first, in step 715 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 716 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer using the exposure apparatus 100 of the above embodiment. Next, in step 717 (developing step), the exposed wafer is developed, and in step 718 (etching step), the exposed member other than the portion where the resist remains is removed by etching. In step 719 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。   By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ716)において上記各実施形態の露光装置100が用いられるので、高精度な露光を実現することができる。この結果、より高集積度のデバイスの生産することが可能になる。   If the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus 100 of each of the above embodiments is used in the exposure step (step 716), so that highly accurate exposure can be realized. As a result, it becomes possible to produce a device with a higher degree of integration.

以上説明したように、本発明に係る検出方法及び装置は、物体の被検面を検出光学系を介して検出するのに適しており、本発明に係る露光方法及び装置は、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程に適しており、本発明に係るデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。   As described above, the detection method and apparatus according to the present invention are suitable for detecting the test surface of an object via the detection optical system, and the exposure method and apparatus according to the present invention include a semiconductor element, a liquid crystal The device manufacturing method according to the present invention is suitable for the production of micro devices.

図1(A)は、結合光束がウエハに照射されたときの様子の模式図であり、図1(B)は、3つのフォーカス状態において撮像素子で検出される像強度分布の一例を示す図である。FIG. 1A is a schematic diagram of a state when a combined light beam is irradiated on a wafer, and FIG. 1B is a diagram illustrating an example of an image intensity distribution detected by an image sensor in three focus states. It is. 本発明の一実施形態に係る露光装置を概略的に示す図である。1 is a drawing schematically showing an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2のアライメントセンサの内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the alignment sensor of FIG. 図4(A)は、視野絞り板を示す図であり、図4(B)は、遮光板を示す図である。4A is a diagram showing a field stop plate, and FIG. 4B is a diagram showing a light shielding plate. 図5(A)、図5(B)は、反射板の配置を説明するための図である。FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining the arrangement of the reflecting plates. ウエハマークAM1を計測している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is measuring wafer mark AM1. 図7(A)は、ウエハ表面が最良焦点面よりも低い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図であり、図7(B)は、ウエハ表面が最良焦点面にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図であり、図7(C)は、ウエハ表面が最良焦点面よりも高い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図である。FIG. 7A is a diagram illustrating an imaging state on the line sensor when the wafer surface is at a position lower than the best focal plane, and FIG. 7B is a diagram when the wafer surface is at the best focal plane. FIG. 7C is a diagram showing an imaging state on the line sensor when the wafer surface is at a position higher than the best focal plane. 露光処理工程における一連の動作における主制御装置内のCPUの処理アルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process algorithm of CPU in the main controller in a series of operation | movement in an exposure process process. 本発明の第1の実施形態におけるウエハアライメントのサブルーチンの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the subroutine of a wafer alignment in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるウエハアライメントの処理を示すサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine which shows the process of the wafer alignment in the 2nd Embodiment of this invention. テーブル作成処理のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the subroutine of a table creation process. フォーカス調整のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the subroutine of focus adjustment. 図13(A)は、ステップ601で受信した像強度分布データ列関数の一例を示す図であり、図13(B)は、ステップ605で記憶装置60から読み出された像強度分布データ列関数の一例を示す図であり、図13(C)は、推定された下地反射率データ列関数の一例を示す図である。FIG. 13A is a diagram illustrating an example of the image intensity distribution data sequence function received in step 601, and FIG. 13B is an image intensity distribution data sequence function read from the storage device 60 in step 605. FIG. 13C is a diagram illustrating an example of the estimated background reflectance data string function. 本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating embodiment of the device manufacturing method which concerns on this invention. 図14のステップ704の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of step 704 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

14…アライメントセンサ、20…主制御装置(調整装置、計測装置、決定装置、推定装置)、60…記憶装置、100…露光装置、103…光源、104…ライトガイド、105…コンデンサレンズ、106A…視野絞り板、106B…シャッタ、107…レンズ系、108…第1ビームスプリッタ、109…対物レンズ(検出光学系)、110…プリズムミラー、111…レンズ系、112…第2ビームスプリッタ、113…遮光板、119…ラインセンサ(計測装置、信号検出装置)、122…撮像部(撮像装置)、123…フォーカス検出系、124…マーク検出系、AM1…ウエハマーク、IL1,IL2…照明光束、EL…露光光、R…レチクル、RA1,RA2…レチクルアライメント検出系、W…ウエハ(物体)、WST…ウエハステージ(移動体)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Alignment sensor, 20 ... Main controller (Adjustment device, measuring device, determination device, estimation device), 60 ... Storage device, 100 ... Exposure device, 103 ... Light source, 104 ... Light guide, 105 ... Condenser lens, 106A ... Field stop plate, 106B ... Shutter, 107 ... Lens system, 108 ... First beam splitter, 109 ... Objective lens (detection optical system), 110 ... Prism mirror, 111 ... Lens system, 112 ... Second beam splitter, 113 ... Light shielding Plate, 119 ... Line sensor (measuring device, signal detection device), 122 ... Imaging unit (imaging device), 123 ... Focus detection system, 124 ... Mark detection system, AM1 ... Wafer mark, IL 1 , IL 2 ... Illumination beam, EL ... exposure light, R ... reticle, RA1, RA2 ... reticle alignment detection system, W ... wafer (object), WST ... Ehasuteji (mobile).

Claims (27)

物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、
前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域を位置させる第1工程と;
前記第1工程を行った後に、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する第2工程と;
前記第2工程の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する第3工程と;を含む検出方法。
A detection method for detecting a test surface of an object via a detection optical system,
A first step of locating a partial region of the test surface of the object on a Gaussian image plane of the detection optical system;
A second step of measuring a focus state of the region with respect to the detection optical system after performing the first step;
And a third step of determining a focus position of the region with respect to the detection optical system based on a measurement result of the second step.
前記第3工程は、
前記第2工程の計測結果に基づいて、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置しているか否かを判別する判別工程と;
前記判別工程において、前記領域が前記検出光学系に対する合焦位置に位置していないと判別した場合には、前記検出光学系の光軸方向に関する前記検出光学系と前記領域との相対位置を調整して、前記領域を前記合焦位置に位置させる制御工程と;を含むことを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
The third step includes
A discriminating step for discriminating whether or not the region is located at an in-focus position with respect to the detection optical system based on a measurement result of the second step;
If it is determined in the determining step that the region is not located at a focus position with respect to the detection optical system, the relative position between the detection optical system and the region with respect to the optical axis direction of the detection optical system is adjusted. And a control step of positioning the region at the in-focus position.
前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を、記憶装置に記憶させる第4工程と;
前記被検面上の前記領域とは他の領域の前記検出光学系に対するフォーカス状態を計測する際には、前記第4工程で記憶された合焦位置に基づいて、前記他の領域を位置させる第5工程と;を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の検出方法。
A fourth step of causing the storage device to store the in-focus position of the region with respect to the detection optical system determined in the third step;
When measuring the focus state with respect to the detection optical system in a region other than the region on the test surface, the other region is positioned based on the focus position stored in the fourth step. The detection method according to claim 1, further comprising: a fifth step.
前記第3工程を行った後、
前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出方法。
After performing the third step,
An imaging step of imaging the mark formed in the region via the detection optical system in a state where the region is positioned at a position different from the in-focus position with respect to the detection optical system determined in the third step. The detection method according to claim 1, further comprising:
前記撮像工程では、
前記マークを撮像する際の前記領域の位置を、前記マークの撮像結果におけるコントラストが最大となる位置とすることを特徴とする請求項4に記載の検出方法。
In the imaging step,
The detection method according to claim 4, wherein the position of the region when the mark is imaged is set to a position where the contrast in the imaging result of the mark is maximized.
前記第3工程を行った後、
前記第3工程で決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出方法。
After performing the third step,
The method further includes an imaging step of imaging the mark formed in the region through the detection optical system in a state where the region is positioned at the in-focus position with respect to the detection optical system determined in the third step. The detection method according to any one of claims 1 to 3.
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出方法であって、
前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する第1工程と;
前記第1工程で検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第1信号及び前記表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を推定する第2工程と;
前記推定された前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める第3工程と;を含む検出方法。
A detection method for detecting a test surface of an object via a detection optical system,
A first step of irradiating a measurement region near a partial region of the test surface of the object with a predetermined imaging light beam and detecting a signal corresponding to the reflected light beam from the measurement region;
A second step of estimating at least one of a first signal that depends only on a surface shape of the measurement target area and a second signal that does not depend on the surface shape, included in the signal detected in the first step;
And a third step of determining a focus state of the measurement target area with respect to the detection optical system based on at least one of the estimated first signal and the second signal.
前記第2工程に先立って、
反射率がほぼ一様な基準面に対して前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を検出する第4工程を更に含み、
前記第2工程では、前記第4工程で検出された信号を用いて、前記推定を行うことを特徴とする請求項7に記載の検出方法。
Prior to the second step,
A fourth step of irradiating the predetermined imaging light beam on a reference surface having a substantially uniform reflectivity and detecting a signal corresponding to the reflected light beam obtained by the irradiation;
The detection method according to claim 7, wherein in the second step, the estimation is performed using the signal detected in the fourth step.
前記第4工程では、
前記検出光学系に対する前記基準面のフォーカス位置を順次変更しながら、前記所定の結像光束を照射し、該照射によって得られる反射光束に応じた信号を、前記フォーカス位置が変更される毎に検出し、
前記第2工程では、前記第4工程で検出された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記第1工程で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第1信号を推定することを特徴とする請求項8に記載の検出方法。
In the fourth step,
While sequentially changing the focus position of the reference surface with respect to the detection optical system, the predetermined imaging light beam is irradiated, and a signal corresponding to the reflected light beam obtained by the irradiation is detected every time the focus position is changed. And
In the second step, by selecting a part of the plurality of signals detected in the fourth step, and by dividing or subtracting the signal detected in the first step by the selected signal, The detection method according to claim 8, wherein the first signal is estimated.
前記第2工程では、
前記第1信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第1情報を求め、
前記第2信号のみに基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態に関する第2情報を求め、
前記第1情報と前記第2情報とがほぼ所定の関係となるまで、前記推定を継続することを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の検出方法。
In the second step,
Obtaining first information related to a focus state of the measurement target region with respect to the detection optical system based only on the first signal;
Obtaining second information related to a focus state of the measurement target region with respect to the detection optical system based only on the second signal;
The detection method according to claim 7, wherein the estimation is continued until the first information and the second information have a substantially predetermined relationship.
前記所定の関係は、
前記第2情報が、前記第1情報の2倍となる関係であることを特徴とする請求項10に記載の検出方法。
The predetermined relationship is:
The detection method according to claim 10, wherein the second information has a relationship that is twice the first information.
前記第3工程では、
前記第1工程で検出された信号に対する前記第1信号又は前記第2信号の寄与度に応じて、前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方を選択し、
選択された信号に基づいて前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求めることを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項に記載の検出方法。
In the third step,
Selecting at least one of the first signal and the second signal according to the contribution of the first signal or the second signal to the signal detected in the first step;
The detection method according to claim 7, wherein a focus state of the measurement target area with respect to the detection optical system is obtained based on a selected signal.
前記寄与度は、前記第1信号及び前記第2信号各々の振幅に関する情報を含むことを特徴とする請求項12に記載の検出方法。   The detection method according to claim 12, wherein the contribution includes information related to amplitudes of the first signal and the second signal. 前記第1工程で検出された信号は、複数の撮像素子によって得られた輝度値を含み、
前記寄与度は、前記第1信号及び前記第2信号各々の前記各輝度値の標準偏差と、前記第1工程で検出された信号の前記各輝度値の標準偏差との関係から求められることを特徴とする請求項13に記載の検出方法。
The signal detected in the first step includes a luminance value obtained by a plurality of image sensors,
The contribution is obtained from a relationship between a standard deviation of each luminance value of each of the first signal and the second signal and a standard deviation of each luminance value of the signal detected in the first step. The detection method according to claim 13, characterized in that:
前記第3工程では、
前記第1工程で検出された信号に対する前記第1信号及び前記第2信号の寄与度に応じた重みを用いて、前記第1信号から求められたフォーカス状態と、前記第2信号から求められたフォーカス状態とを重み付け平均することを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載の検出方法。
In the third step,
Using the weight according to the contribution of the first signal and the second signal to the signal detected in the first step, the focus state obtained from the first signal and the second signal The detection method according to claim 12, wherein the focus state is weighted averaged.
前記第3工程を行った後、
前記第3工程で求められたフォーカス状態に基づき決定された前記検出光学系に対する合焦位置に前記領域を位置させた状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する第5工程と;を更に含むことを特徴とする請求項7〜15のいずれか一項に記載の検出方法。
After performing the third step,
The mark formed in the region is imaged through the detection optical system in a state where the region is positioned at a focus position with respect to the detection optical system determined based on the focus state obtained in the third step. The detection method according to any one of claims 7 to 15, further comprising: a fifth step.
パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光方法であって、
請求項4〜6、16のいずれか一項に記載の検出方法を用いて、前記移動体上のマークの位置情報を検出する工程と;
前記検出結果に基づいて、前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する工程と;を含む露光方法。
An exposure method for transferring a pattern onto an object held on a moving body,
Detecting the position information of the mark on the movable body using the detection method according to any one of claims 4 to 6, and 16;
And a step of transferring the pattern to the object while controlling the position of the object held by the moving body based on the detection result.
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程では、請求項17に記載の露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
In a device manufacturing method including a lithography process,
The device manufacturing method according to claim 17, wherein exposure is performed using the exposure method according to claim 17.
物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体と前記検出光学系との相対位置を調整する調整装置と;
前記調整装置の調整により、前記検出光学系のガウス像面上に前記物体の被検面の一部の領域が位置した状態で、前記検出光学系に対する前記領域のフォーカス状態を計測する計測装置と;
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を決定する決定装置と;を備える検出装置。
A detection device that detects a test surface of an object via a detection optical system,
An adjustment device for adjusting a relative position between the object and the detection optical system in the optical axis direction of the detection optical system;
A measuring device for measuring a focus state of the region with respect to the detection optical system in a state where a partial region of the test surface of the object is positioned on a Gaussian image plane of the detection optical system by adjustment of the adjustment device; ;
And a determination device that determines an in-focus position of the region with respect to the detection optical system based on a measurement result of the measurement device.
前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する前記領域の合焦位置を記憶する記憶装置を更に備え、
前記調整装置の調整により、前記被検面の前記領域とは異なる他の領域が、前記記憶装置に記憶された合焦位置に位置した状態で、前記計測装置が、前記検出光学系に対する前記他の領域のフォーカス状態を計測することを特徴とする請求項19に記載の検出装置。
A storage device that stores the in-focus position of the region with respect to the detection optical system determined by the determination device;
With the adjustment of the adjustment device, the measurement device is configured to move the other area with respect to the detection optical system in a state where another area different from the area of the test surface is located at the in-focus position stored in the storage device. The detection apparatus according to claim 19, wherein the focus state of the area is measured.
前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置とは異なる位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項19又は20に記載の検出装置。   With the adjustment of the adjustment device, the mark formed in the region is placed in a state different from the in-focus position with respect to the detection optical system determined by the determination device. The detection device according to claim 19, further comprising an imaging device for imaging via the imaging device. 前記調整装置の調整により、前記決定装置によって決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項19又は20に記載の検出装置。   The mark formed in the region is imaged through the detection optical system in a state where the region is located at the in-focus position with respect to the detection optical system determined by the determination device by the adjustment of the adjustment device. The detection device according to claim 19 or 20, further comprising an imaging device. 物体の被検面を、検出光学系を介して検出する検出装置であって、
前記物体の被検面の一部の領域近傍の被計測領域に対して所定の結像光束を照射し、前記被計測領域からの反射光束に応じた信号を検出する信号検出装置と;
前記信号検出装置によって検出された信号に含まれる、前記被計測領域の表面形状のみに依存する第1信号及び前記表面形状に依存しない第2信号の少なくとも一方を推定する推定装置と;
前記推定された前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方に基づいて、前記検出光学系に対する前記被計測領域のフォーカス状態を求める算出装置と;を備える検出装置。
A detection device that detects a test surface of an object via a detection optical system,
A signal detection device that irradiates a measurement region near a partial region of the test surface of the object with a predetermined imaging light beam and detects a signal corresponding to a reflected light beam from the measurement region;
An estimation device that estimates at least one of a first signal that depends only on the surface shape of the measurement target region and a second signal that does not depend on the surface shape, included in the signal detected by the signal detection device;
And a calculation device that calculates a focus state of the measurement target region with respect to the detection optical system based on at least one of the estimated first signal and second signal.
前記信号検出装置が、反射率がほぼ一様な基準面に対し、前記所定の結像光束を照射することによって得られる反射光束に応じた信号を、前記検出光学系に対する複数の異なるフォーカス位置に対応する信号として記憶する記憶装置を更に備え、
前記推定装置は、前記記憶装置に記憶された複数の信号のうちの一部を選択し、該選択された信号で、前記信号検出装置で検出された信号を除算又は減算することにより、前記第1信号を推定することを特徴とする請求項23に記載の検出装置。
The signal detection device sends a signal corresponding to a reflected light beam obtained by irradiating the predetermined imaging light beam to a reference surface having a substantially uniform reflectance at a plurality of different focus positions with respect to the detection optical system. A storage device for storing the corresponding signal;
The estimation device selects a part of the plurality of signals stored in the storage device, and divides or subtracts the signal detected by the signal detection device by the selected signal, thereby obtaining the first signal. The detection apparatus according to claim 23, wherein one signal is estimated.
前記調整装置の調整により、前記算出装置によって求められたフォーカス状態に基づいて決定された前記検出光学系に対する合焦位置に、前記領域が位置した状態で、前記領域に形成されたマークを、前記検出光学系を介して撮像する撮像装置を更に備えることを特徴とする請求項23又は24に記載の検出装置。   With the adjustment of the adjustment device, the mark formed in the region in the state where the region is located at the in-focus position with respect to the detection optical system determined based on the focus state obtained by the calculation device, The detection device according to claim 23 or 24, further comprising an imaging device for imaging through a detection optical system. パターンを、移動体に保持された物体に転写する露光装置であって、
請求項21、22、25のいずれか一項に記載の検出装置と;
前記検出装置の検出結果から得られる前記移動体上のマークの位置情報に基づいて前記移動体に保持された物体の位置制御を行いつつ、前記パターンを前記物体に転写する転写装置と;を備える露光装置。
An exposure apparatus for transferring a pattern to an object held on a moving body,
A detection device according to any one of claims 21, 22, 25;
A transfer device for transferring the pattern to the object while controlling the position of the object held by the moving body based on the position information of the mark on the moving body obtained from the detection result of the detecting device. Exposure device.
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
前記リソグラフィ工程では、請求項26に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
In a device manufacturing method including a lithography process,
27. A device manufacturing method, wherein exposure is performed using the exposure apparatus according to claim 26 in the lithography process.
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