JPH11251218A - Position detecting method and apparatus, and exposure apparatus provided with the apparatus - Google Patents
Position detecting method and apparatus, and exposure apparatus provided with the apparatusInfo
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- JPH11251218A JPH11251218A JP10049099A JP4909998A JPH11251218A JP H11251218 A JPH11251218 A JP H11251218A JP 10049099 A JP10049099 A JP 10049099A JP 4909998 A JP4909998 A JP 4909998A JP H11251218 A JPH11251218 A JP H11251218A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウエハマークが低段差である場合であって
も、高精度にその位置を検出し、アライメントを行う。
【解決手段】 ウエハ上のウエハマークMKX1,MK
Y1とウエハアライメントセンサ内の指標板上の指標マ
ークIMX1,IMX2,IMY1,IMY2とを照明
して撮像素子の撮像面に形成される投影像の撮像信号を
生成する。撮像信号のウエハマーク部のオフセットWI
と指標マーク部のオフセットKIとが等しくなるように
指標マークを照明する照明光の光量を調整する。指標マ
ークを構成する互いに線幅の異なるマーク19a〜19
cの像に対応した撮像信号のピークSXa〜SXcのう
ち振幅が所定の範囲内にあるピークより指標マークの中
心位置X2を求める。ウエハマークMKX1の中心位置
X1の指標マークの中心位置X2に対する位置ずれ量を
検出する。
(57) [Problem] To detect a position of a wafer mark with high accuracy and perform alignment even when a wafer mark has a low step. SOLUTION: Wafer marks MKX1 and MK on a wafer are provided.
By illuminating Y1 and the index marks IMX1, IMX2, IMY1 and IMY2 on the index plate in the wafer alignment sensor, an image signal of a projection image formed on the image plane of the image sensor is generated. Offset WI of wafer mark part of imaging signal
The amount of illumination light for illuminating the index mark is adjusted so that the offset KI of the index mark becomes equal to the offset KI of the index mark. Marks 19a to 19 having different line widths forming index marks
From the peaks SXa to SXc of the imaging signal corresponding to the image c, the center position X2 of the index mark is obtained from the peak whose amplitude is within a predetermined range. A positional shift amount of the center position X1 of the wafer mark MKX1 with respect to the center position X2 of the index mark is detected.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の基板上
の被検マークの位置を検出するための位置検出方法及び
装置に関し、特に半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜
磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程
で使用される露光装置に備えられて、ウエハ等の基板上
のアライメントマークを光電検出するアライメントセン
サに使用して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting method and apparatus for detecting the position of a test mark on a substrate such as a wafer, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, or the like. For use in an alignment sensor for photoelectrically detecting an alignment mark on a substrate such as a wafer.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、半導体素子等を製造する際に使
用されるステッパー等の投影露光装置においては、マス
クとしてのレチクル上に形成された回路パターンの像
を、感光基板としてのウエハ(又はガラスプレート等)
上の各ショット領域にそれまでの工程で形成されている
パターン上に、高い重ね合わせ精度で転写するために、
レチクルとウエハの各ショット領域とを高精度に位置合
わせするためのアライメント機構が備えられている。2. Description of the Related Art For example, in a projection exposure apparatus such as a stepper used for manufacturing a semiconductor device or the like, an image of a circuit pattern formed on a reticle as a mask is transferred to a wafer (or glass) as a photosensitive substrate. Plate etc.)
In order to transfer with high overlay accuracy on the pattern formed in the previous steps in each shot area above,
An alignment mechanism is provided for positioning the reticle and each shot area of the wafer with high accuracy.
【0003】このアライメント機構の主要部が、レチク
ル上のアライメントマーク(レチクルマーク)の位置を
検出するレチクルアライメント顕微鏡と、ウエハ上のア
ライメントマーク(ウエハマーク)の位置を検出するア
ライメントセンサとである。また、ウエハマーク用のア
ライメントセンサとしては、特開平2−54103号公
報に示されているような、ウエハマーク検出用の専用の
光学系を使用し、露光位置と異なる位置でウエハマーク
の位置を検出するオフ・アクシス方式で広帯域の照明光
を用いる画像処理方式のアライメントセンサが多用され
ている。このアライメントセンサには、指標マークが設
けられており、アライメントの前に、アライメントセン
サの検出中心位置(指標マークの中心位置)と露光中心
位置(レチクルのパターン像の中心位置)との距離を計
測するベースライン計測が予め行われていた。そして、
指標マークの中心位置とウエハマークの中心位置との位
置ずれ量を計測し、その位置ずれ量にベースライン量を
加えて補正を行い、その補正結果に基づいてウエハを位
置決めして露光を行っていた。The main parts of this alignment mechanism are a reticle alignment microscope for detecting the position of an alignment mark (reticle mark) on a reticle, and an alignment sensor for detecting the position of an alignment mark (wafer mark) on a wafer. Further, as an alignment sensor for a wafer mark, a dedicated optical system for detecting a wafer mark is used as disclosed in JP-A-2-54103, and the position of the wafer mark is set at a position different from the exposure position. An image processing type alignment sensor that uses broadband illumination light in an off-axis type to be detected is often used. This alignment sensor is provided with an index mark, and measures the distance between the detection center position of the alignment sensor (the center position of the index mark) and the exposure center position (the center position of the reticle pattern image) before alignment. Baseline measurement was performed in advance. And
The amount of misalignment between the center position of the index mark and the center position of the wafer mark is measured, a baseline amount is added to the amount of misalignment, correction is performed, and the wafer is positioned and exposed based on the correction result. Was.
【0004】また、従来のウエハマークは段差が500
nm程度以上であるものがほとんどであり、アライメン
トセンサには開口数(N.A.)が0.2〜0.3程度
の結像光学系を備えることで十分な精度が得られてい
た。また、指標マークは、アライメントセンサの計測安
定性がアライメント精度に大きく影響するため、アライ
メントセンサの光学系中で、撮像面までの像のリレー数
の少ない位置に設けられていた。A conventional wafer mark has a step of 500.
In most cases, the alignment sensor has an imaging optical system having a numerical aperture (NA) of about 0.2 to 0.3, and sufficient accuracy has been obtained. In addition, since the measurement stability of the alignment sensor greatly affects the alignment accuracy, the index mark is provided in the optical system of the alignment sensor at a position where the number of relays of the image to the imaging surface is small.
【0005】また、指標マークをウエハからの戻り光で
照射する場合には、ウエハ表面が荒れていると、指標マ
ークからの検出光にウエハ表面の荒れによるフレア等に
起因するノイズが含まれるため、指標マークの検出精度
が悪化する。また、指標マークと共役なウエハ面は、パ
ターンを形成してはならないパターン禁止帯とする必要
があり、ウエハの有効利用面積が小さくなるという問題
があった。このような問題を解決するために、特開平5
−326375号公報、又は特開平6−77116号公
報に示されているように、ウエハ上のウエハマークを照
明する照明系とは別に指標マークを照明する照明系を別
途設ける方法が提案されている。In the case where the index mark is irradiated with return light from the wafer, if the surface of the wafer is rough, the detection light from the index mark includes noise due to flare or the like due to the roughness of the wafer surface. However, the detection accuracy of the index mark is deteriorated. Further, the wafer surface conjugate with the index mark needs to be a pattern forbidden zone in which a pattern must not be formed, and there is a problem that the effective use area of the wafer is reduced. To solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in JP-A-326375 or JP-A-6-77116, a method has been proposed in which an illumination system for illuminating an index mark is provided separately from an illumination system for illuminating a wafer mark on a wafer. .
【0006】また、従来は露光波長以外の光束でウエハ
上の各ショット領域に付設されたウエハマークの位置を
検出し、ウエハマークを検出するための光学系の一部と
して投影光学系を使用するTTL(スルー・ザ・レン
ズ)方式も併用して使用されていた。Conventionally, a projection optical system is used as a part of an optical system for detecting the position of a wafer mark attached to each shot area on a wafer with a light beam other than the exposure wavelength and detecting the wafer mark. The TTL (through-the-lens) method was also used in combination.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来のア
ライメントセンサでは、オフ・アクシス方式の他にTT
L方式も併用して使用されており、ウエハマークは段差
が500nm程度以上であるものがほとんどで、開口数
(N.A.)が0.2〜0.3程度の結像光学系でウエ
ハマークを検出するのに十分な精度が得られていた。As described above, in the conventional alignment sensor, in addition to the off-axis method, TT
The L method is also used in combination, and most of the wafer marks have a step of about 500 nm or more, and the wafer mark is formed by an imaging optical system having a numerical aperture (NA) of about 0.2 to 0.3. Accuracy sufficient to detect the mark was obtained.
【0008】しかしながら、近年では0.25〜0.1
μm程度の解像度が要求されるようになり、それに応え
るべく露光も水銀ランプのi線等からKrF、又はAr
F等のエキシマレーザ光に短波長化しつつあり、開口数
を例えば0.7以上とした投影光学系が要求されてい
る。このような投影光学系を製造するのに使用できるレ
ンズ硝材としては、現在のところ蛍石や石英しか適当な
ものがないとされているが、レンズ硝材として蛍石や石
英を用いた投影光学系では、露光光と異なるアライメン
ト用のレーザ光や広帯域波長(530〜800nm程
度)の光に対しては収差が残存するため、TTL方式の
位置検出装置(アライメントセンサ)を使用することは
困難となる。However, in recent years, 0.25 to 0.1
A resolution of about μm is required, and in order to respond to the demand, exposure is performed using KrF or Ar from an i-line of a mercury lamp or the like.
The wavelength of excimer laser light such as F is becoming shorter, and a projection optical system having a numerical aperture of, for example, 0.7 or more is required. At present, only fluorite or quartz is considered to be suitable as a lens glass material that can be used to manufacture such a projection optical system. In this case, since aberration remains for an alignment laser beam different from the exposure light or a light beam having a broadband wavelength (about 530 to 800 nm), it is difficult to use a TTL type position detection device (alignment sensor). .
【0009】また、アライメントセンサの対物光学系に
おいても、アライメント精度を高めるために、開口数を
例えば0.4〜0.6程度まで高めることが要求されて
いる。また、CMP(Chemical Mechanical Polishing:
化学機械的研磨)技術等における平坦化プロセスによ
り、ウエハマークも30〜500nm程度まで低段差化
される可能性がある。しかし、ウエハマークを低段差化
した場合、ウエハマークを検出する際のウエハマークの
像のコントラストが低下し、ウエハマークの中心位置を
正確に検出できなくなる恐れがある。[0009] Also, in the objective optical system of the alignment sensor, it is required to increase the numerical aperture to, for example, about 0.4 to 0.6 in order to increase the alignment accuracy. In addition, CMP (Chemical Mechanical Polishing:
There is a possibility that the level of the wafer mark may be reduced to about 30 to 500 nm by a flattening process such as a chemical mechanical polishing technique. However, when the level of the wafer mark is reduced, the contrast of the image of the wafer mark when detecting the wafer mark is reduced, and the center position of the wafer mark may not be accurately detected.
【0010】即ち、低段差化したウエハマーク、及び指
標マークの像を同じ撮像素子で撮像して得られる撮像信
号は、図7(a)に示すように、中央のウエハマークに
対応する部分の振幅が、その両側の指標マークに対応す
る部分の振幅より小さくなる。図7(a)において、横
軸は計測方向(X方向とする)の位置X、縦軸は位置X
での撮像信号SXAのレベルを表している。この際に、
ウエハマークの部分の振幅を大きくするために、撮像信
号SXAを所定のレベルを中心としてアナログで増幅す
ると、図7(b)の撮像信号SXBで示すように、撮像
信号SXB中の指標マーク部が飽和して波形の歪みが生
じてしまうため、指標マークの中心位置を高精度に検出
できなくなり、ひいてはアライメント精度が低下すると
いう不都合がある。That is, as shown in FIG. 7A, an image pickup signal obtained by picking up an image of a wafer mark and an index mark having a reduced level is obtained by the same image pickup device. The amplitude is smaller than the amplitude of the portion corresponding to the index mark on both sides. In FIG. 7A, the horizontal axis is the position X in the measurement direction (X direction), and the vertical axis is the position X.
Represents the level of the imaging signal SXA. At this time,
When the image signal SXA is amplified in an analog manner around a predetermined level in order to increase the amplitude of the wafer mark portion, as shown by the image signal SXB in FIG. Since the waveform is distorted due to saturation, the center position of the index mark cannot be detected with high accuracy, and the alignment accuracy is reduced.
【0011】また、指標マークの部分の撮像信号の飽和
を避けるためには、指標マークとウエハマークとを別々
の撮像素子で検出する方法も考えられるが、ウエハマー
クの投影像と指標マークの投影像とのコントラストやオ
フセットが大きく異なる場合に、各撮像素子の撮像信号
ごとにゲインやオフセットを調整する際に誤差を生じや
すいという不都合がある。In order to avoid the saturation of the image pickup signal at the index mark portion, a method of detecting the index mark and the wafer mark by separate image pickup devices is conceivable. However, the projection image of the wafer mark and the projection of the index mark are considered. When the contrast and the offset from the image are largely different, there is a disadvantage that an error easily occurs when adjusting the gain or the offset for each imaging signal of each imaging element.
【0012】本発明は斯かる点に鑑み、低段差のウエハ
マークであっても、高精度にその位置を検出できる位置
検出方法を提供することを第1の目的とする。本発明は
更に、種々の段差のウエハマークの位置をそれぞれ高精
度に検出できる位置検出方法を提供することを第2の目
的とする。また、本発明は、そのような位置検出方法を
実施できる位置検出装置及び露光装置を提供することを
も目的とする。In view of the foregoing, it is a first object of the present invention to provide a position detecting method capable of detecting a position of a wafer mark having a low step with high accuracy. It is a second object of the present invention to provide a position detecting method capable of detecting the positions of wafer marks at various steps with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a position detection device and an exposure device that can perform such a position detection method.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の位置検出
方法は、基板(4)上の被検マーク(MKX1,MKX
2)の像と所定の指標マーク(IMX1,IMX2)、
又はこの指標マーク(IMX1,IMX2)の像とを比
較することによって、その被検マーク(MKX1,MK
X2)の位置を検出する位置検出方法において、その指
標マーク(IMX1,IMX2)は、互いに異なる複数
のマーク(19a〜19c)を有し、その被検マーク
(MKX1,MKX2)の像に応じて、その複数のマー
ク(19a〜19c)の内から比較の基準となるマーク
を選択するものである。また、その互いに異なる複数の
マーク(19a〜19c)は、例えば互いに線幅の異な
る複数のマークであることが好ましい。According to a first position detecting method of the present invention, a mark (MKX1, MKX, MKX1, MKX) on a substrate (4) is detected.
2) image and predetermined index marks (IMX1, IMX2),
Alternatively, by comparing the image of the index mark (IMX1, IMX2) with the image of the test mark (MKX1, MK2).
In the position detection method for detecting the position of X2), the index marks (IMX1 and IMX2) have a plurality of marks (19a to 19c) different from each other, and according to the images of the test marks (MKX1 and MKX2). , A mark serving as a reference for comparison is selected from the plurality of marks (19a to 19c). Preferably, the plurality of different marks (19a to 19c) are, for example, a plurality of marks having different line widths.
【0014】斯かる本発明の第1の位置検出方法によれ
ば、検出される被検マークが高段差でその像の検出レベ
ル(振幅)が大きいときは、指標マーク(IMX1,I
MX2)を構成する複数のマーク(19a〜19c)の
像の内から太いマークの像を比較の基準として選択し、
その被検マークが低段差でその像の検出レベルが小さい
ときには細いマークの像を選択することにより、高精度
に種々の段差の被検マークの位置を検出することができ
る。According to the first position detecting method of the present invention, when the detected mark to be detected is at a high step and the detection level (amplitude) of the image is large, the index mark (IMX1, IMX1) is used.
MX2), the image of the thick mark is selected from among the images of the marks (19a to 19c) constituting the image as a reference for comparison,
When the test mark is a low step and the detection level of the image is low, by selecting a thin mark image, the positions of the test marks at various steps can be detected with high accuracy.
【0015】次に、本発明の第2の位置検出方法は、基
板(4)上の被検マーク(MKX2,MKY2)の像と
所定の指標マークの像(IMX1,IMX2,IMY
1,IMY2)とを比較することによって、その被検マ
ーク(MKX2,MKY2)の位置を検出する位置検出
方法において、その指標マーク(IMX1,IMX2,
IMY1,IMY2)は、この指標マークの像(IMX
1,IMX2,IMY1,IMY2)を所定の検出面
(31X,31Y)上に形成する対物光学系の解像限界
よりも細い線幅のマーク(19c)を有するものであ
る。Next, a second position detecting method according to the present invention uses an image of a test mark (MKX2, MKY2) and an image of a predetermined index mark (IMX1, IMX2, IMY) on a substrate (4).
1, IMY2), and in the position detecting method for detecting the position of the test mark (MKX2, MKY2), the index mark (IMX1, IMX2,
IMY1, IMY2) are images of this index mark (IMX
1, IMX2, IMY1, IMY2) on a predetermined detection surface (31X, 31Y). The mark (19c) has a line width smaller than the resolution limit of the objective optical system.
【0016】斯かる本発明の第2の位置検出方法によれ
ば、指標マークの像(IMX1,IMX2,IMY1,
IMY2)を所定の検出面(31X,31Y)上に形成
する対物光学系の解像限界よりも線幅の細い指標マーク
は、その像のコントラストが低い。そこで、被検マーク
(MKX2,MKY2)がその像のコントラストの低い
低段差の被検マークであっても、その線幅の細い指標マ
ークの像を比較の基準として選択することにより、高精
度に被検マーク(MKX2,MKY2)の位置を検出す
ることができる。According to the second position detecting method of the present invention, the image of the index mark (IMX1, IMX2, IMY1,
An index mark having a smaller line width than the resolution limit of the objective optical system that forms (IMY2) on the predetermined detection surface (31X, 31Y) has a low image contrast. Therefore, even if the test mark (MKX2, MKY2) is a test mark with a low contrast and a low step, the image of the index mark with a small line width is selected as a reference for comparison, thereby achieving high accuracy. The position of the test mark (MKX2, MKY2) can be detected.
【0017】なお、その対物光学系の開口数をNA、照
明光の平均波長をλとすると、レーリーの解像限界△は
次のようになり、指標マークの線幅は△より小さければ
よい。 △=λ/(2・NA) (1) 従って、仮に開口数NAを0.6、平均波長λを650
nmとすると、解像限界△はほぼ540nm(基板上の
投影像に換算した値)となり、同じ平均波長で開口数N
Aを0.4とすると、解像限界△はほぼ812nm(基
板上の投影像に換算した値)となる。If the numerical aperture of the objective optical system is NA and the average wavelength of the illumination light is λ, the Rayleigh resolution limit △ is as follows, and the line width of the index mark may be smaller than △. Δ = λ / (2 · NA) (1) Therefore, suppose that the numerical aperture NA is 0.6 and the average wavelength λ is 650.
nm, the resolution limit △ is approximately 540 nm (a value converted into a projected image on the substrate), and the numerical aperture N is the same at the same average wavelength.
If A is 0.4, the resolution limit △ is approximately 812 nm (a value converted into a projected image on the substrate).
【0018】また、その被検マークとその指標マークと
を互いに異なる照明系(25,27)により照明すると
共に、その被検マークの像及びその指標マークの像の検
出レベルに応じてその互いに異なる照明系(25,2
7)の相対的な照度を調整することが望ましい。この場
合、その被検マークの像とその指標マークの像との例え
ば平均的な検出レベルを等しくすることができ、その被
検マークの位置検出精度を向上させることができる。Further, the test mark and the index mark are illuminated by different illumination systems (25, 27), and different from each other in accordance with the detection levels of the image of the test mark and the image of the index mark. Lighting system (25, 2
It is desirable to adjust the relative illuminance of 7). In this case, for example, the average detection level of the image of the test mark and the image of the index mark can be equalized, and the position detection accuracy of the test mark can be improved.
【0019】また、その被検マークの像及びその指標マ
ークの像は同一の撮像素子(31X,31Y)の撮像面
上に投影され、その撮像素子の検出信号はその被検マー
クの像に対応する信号部が所定範囲の振幅となるように
利得制御、即ち、オートゲインコントロール(AGC)
され、この利得制御された検出信号を処理してその指標
マークの像に対するその被検マークの像の位置ずれ量を
検出することが望ましい。この場合、検出信号を利得制
御することにより、その被検マークが像のコントラスト
が低い低段差の被検マークであっても、高精度にその位
置を検出することができる。The image of the test mark and the image of the index mark are projected onto the image pickup surface of the same image pickup device (31X, 31Y), and the detection signal of the image pickup device corresponds to the image of the test mark. Gain control so that the signal portion to be controlled has a predetermined range of amplitude, that is, auto gain control (AGC).
It is desirable that the gain-controlled detection signal be processed to detect the amount of displacement of the image of the test mark with respect to the image of the index mark. In this case, by controlling the gain of the detection signal, it is possible to detect the position of the detection mark with high accuracy even if the detection mark is a low-level test mark having a low image contrast.
【0020】なお、その被検マークの像と指標マークの
像とを別々の撮像素子で検出する場合には、撮像素子の
検出信号をそれぞれ同じ条件で利得制御することによ
り、被検マークの像と指標マークの像とを同一の撮像素
子で検出する場合と同様の効果が得られる。また、被検
マークの像と指標マークの像とが同一の撮像素子の撮像
面上に投影した場合は、検出信号を利得制御した際に生
じる撮像素子の感度特性の変化の影響を受けない。ま
た、その指標マークを構成するマークをそれぞれ複数の
同一線幅の線状パターンより形成してもよい。この場
合、複数の線状パターンの各位置を平均化することによ
り、より高精度に指標マークの位置検出を行うことがで
き、ひいては高精度にアライメントを行うことができ
る。When the image of the test mark and the image of the index mark are detected by different image sensors, the gain of the detection signal of the image sensor is controlled under the same conditions, thereby obtaining the image of the test mark. The same effect as in the case where the image of the index mark and the image of the index mark are detected by the same image sensor is obtained. Further, when the image of the test mark and the image of the index mark are projected on the imaging surface of the same imaging device, there is no influence of the change in the sensitivity characteristic of the imaging device that occurs when the gain of the detection signal is controlled. Further, the marks constituting the index mark may be formed from a plurality of linear patterns having the same line width. In this case, by averaging the positions of the plurality of linear patterns, the position of the index mark can be detected with higher accuracy, and the alignment can be performed with higher accuracy.
【0021】一方、被検マークの像と指標マークの像と
を別々の撮像素子で検出した場合には、被検マークを検
出するための計測視野の大きさに左右されずに指標マー
クの大きさや配置を決定することができるという利点が
ある。次に、本発明の位置検出装置は、基板上の被検マ
ークの像(MKX2,MKY2)と所定の指標マークの
像(IMX1,IMX2,IMY1,IMY2)とを撮
像する撮像素子(31X,31Y)を備え、この撮像素
子(31X,31Y)の検出信号を処理してその指標マ
ーク(IMX1,IMX2,IMY1,IMY2)を基
準としてその被検マーク(MKX2,MKY2)の位置
を検出する位置検出装置において、その指標マーク(I
MX1,IMX2,IMY1,IMY2)は、互いに線
幅の異なる複数のマーク(19a〜19c)を有し、そ
の撮像素子(31X,31Y)の検出信号中のその被検
マークの像(MKX2,MKY2)に対応する部分のレ
ベルに応じて、その検出信号中のその複数のマーク(1
9a〜19c)に対応する部分から比較の基準となる部
分を選択する信号処理系(13)を設けたものである。On the other hand, when the image of the test mark and the image of the index mark are detected by different image sensors, the size of the index mark is not affected by the size of the measurement visual field for detecting the test mark. There is the advantage that the sheath arrangement can be determined. Next, the position detecting device of the present invention is an image pickup device (31X, 31Y) that picks up an image of a test mark (MKX2, MKY2) on a substrate and an image of a predetermined index mark (IMX1, IMX2, IMY1, IMY2). ) For detecting the position of the test mark (MKX2, MKY2) based on the index mark (IMX1, IMX2, IMY1, IMY2) by processing the detection signal of the image sensor (31X, 31Y). In the device, the index mark (I
MX1, IMX2, IMY1, IMY2) have a plurality of marks (19a to 19c) having different line widths, and the image (MKX2, MKY2) of the test mark in the detection signal of the image sensor (31X, 31Y). ) According to the level of the portion corresponding to the plurality of marks (1) in the detection signal.
A signal processing system (13) for selecting a reference portion for comparison from portions corresponding to 9a to 19c) is provided.
【0022】斯かる本発明の位置検出装置によれば、本
発明の第1の位置検出方法を実施できると共に、信号処
理系(13)により、指標マーク(IMX1,IMX
2,IMY1,IMY2)の像を形成する複数のマーク
(19a〜19c)に対応する部分から最適な部分を比
較の基準として選択することにより、高精度に被検マー
ク(MKX2,MKY2)の位置検出を行うことができ
る。また、低段差で像のコントラストの低い被検マーク
(MKX2,MKY2)を検出する際に、撮像素子(3
1X,31Y)の検出信号中の被検マーク部のレベルを
所定の範囲となるように利得制御する場合であっても、
検出信号のレベルがそれと同じ程度の範囲内にある指標
マークの像を比較の基準として選択することにより、高
精度に被検マークの指標マークに対する位置検出を行う
ことができる。According to the position detecting device of the present invention, the first position detecting method of the present invention can be carried out, and the index marks (IMX1, IMX) can be obtained by the signal processing system (13).
2, IMY1, IMY2), by selecting an optimum part as a reference for comparison from a plurality of marks (19a to 19c) forming an image, the position of the test mark (MKX2, MKY2) with high accuracy. Detection can be performed. Further, when detecting a test mark (MKX2, MKY2) having a low step and a low image contrast, the image sensor (3
1X, 31Y), the gain control is performed such that the level of the test mark portion in the detection signal falls within a predetermined range.
By selecting an image of the index mark whose level of the detection signal is within the same range as the reference as a reference for comparison, the position of the test mark with respect to the index mark can be detected with high accuracy.
【0023】次に、本発明の露光装置は、上記の本発明
の位置検出装置(5)と、位置合わせ用マーク(MKX
2,MKY2)が形成された基板(4)の位置決めを行
う基板ステージ(3)と、その基板(4)上にマスク
(9)のパターンを露光する露光部(1,8,10)と
を有する露光装置であって、その位置検出装置(5)に
よってその基板(4)上の位置合わせ用のマーク(MK
X2,MKY2)の位置を検出し、この検出結果に基づ
いてその基板(4)とそのマスク(9)との位置合わせ
を行うものである。Next, an exposure apparatus according to the present invention comprises a position detecting device (5) according to the present invention and a positioning mark (MKX).
A substrate stage (3) for positioning a substrate (4) on which (2, MKY2) is formed, and an exposure unit (1, 8, 10) for exposing a pattern of a mask (9) on the substrate (4). An exposure apparatus having an alignment mark (MK) on the substrate (4) by the position detection device (5).
X2, MKY2) is detected, and the position of the substrate (4) and the position of the mask (9) are adjusted based on the detection result.
【0024】斯かる本発明の露光装置によれば、本発明
の位置検出装置(5)を使用して、基板上の位置合わせ
用マーク(MKX2,MKY2)を位置を検出するた
め、位置合わせ用マークの低段差化が行われている場合
でも、基板(4)とマスク(9)との位置合わせを高精
度に行うことができる。また、本発明の位置検出装置
と、位置合わせ用マークが形成された基板の位置決めを
行う基板ステージと、その基板上にマスクのパターンを
露光する露光部とを、上記の機能を達成するように、電
気的、機械的、又は光学的に連結することで、本発明の
露光装置が組み上げられる。According to the exposure apparatus of the present invention, the position detecting mark (MKX2, MKY2) on the substrate is detected using the position detecting apparatus (5) of the present invention. Even when the mark is lowered, the alignment between the substrate (4) and the mask (9) can be performed with high accuracy. Further, the position detection device of the present invention, a substrate stage for positioning the substrate on which the alignment mark is formed, and an exposure unit for exposing a pattern of a mask on the substrate so as to achieve the above functions. By electrically, mechanically, or optically connecting, the exposure apparatus of the present invention is assembled.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発
明をステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に
備えられたオフ・アクシス方式のアライメントセンサに
適用したものである。図1は、本例で使用される投影露
光装置の概略構成を示し、この図1において、露光時に
は露光光源、照度分布均一化用のオプティカル・インテ
グレータ、レチクルブラインド、コンデンサレンズ系等
で構成された照明光学系10からの露光光ILで、マス
クとしてのレチクル9のパターン面のパターン領域が照
明される。その露光光ILとしては、水銀ランプのi線
(波長365nm)等の輝線、又はKrF(波長248
nm)、ArF(波長193nm)等のエキシマレー
ザ、もしくはF2 (波長157nm)レーザ等が使用で
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to an off-axis type alignment sensor provided in a step-and-repeat type projection exposure apparatus. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus used in the present embodiment. In FIG. 1, an exposure light source, an optical integrator for uniformizing the illuminance distribution, a reticle blind, a condenser lens system and the like are used at the time of exposure. The pattern area on the pattern surface of the reticle 9 as a mask is illuminated with the exposure light IL from the illumination optical system 10. As the exposure light IL, a bright line such as an i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp or KrF (wavelength 248)
nm), excimer lasers such as ArF (wavelength 193 nm), or F 2 (wavelength 157 nm) laser or the like can be used.
【0026】その露光光ILのもとで、レチクル9のパ
ターン像が両側(又はウエハ側に片側)テレセントリッ
クな投影光学系1を介して所定の倍率β(βは1/4,
1/5等)で、ウエハ4上の各ショット領域に投影され
る。ウエハ4の表面にはフォトレジストが塗布され、そ
の表面は投影光学系1の像面に合致するように保持され
ている。以下、投影光学系1の光軸AXに平行にZ軸を
取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に平行にX軸を
取り、図1の紙面に垂直にY軸を取って説明する。Under the exposure light IL, the pattern image of the reticle 9 passes through the telecentric projection optical system 1 on both sides (or one side on the wafer side) at a predetermined magnification β (β is 1/4,
1/5) and projected onto each shot area on the wafer 4. A photoresist is applied to the surface of the wafer 4, and the surface is held so as to match the image plane of the projection optical system 1. Hereinafter, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system 1, the X axis is taken parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG. explain.
【0027】レチクル9はレチクルステージ8上に保持
され、レチクルステージ8はレチクルベース8B上でレ
チクル9をX方向、Y方向、回転方向に位置決めする。
レチクルステージ8の2次元的な位置はレーザ干渉計7
によって計測され、この計測結果、及び主制御系11の
制御情報に基づいてステージ駆動部12がレチクルステ
ージ8の動作を制御する。The reticle 9 is held on the reticle stage 8, and the reticle stage 8 positions the reticle 9 on the reticle base 8B in the X, Y, and rotation directions.
The two-dimensional position of the reticle stage 8 is
The stage driving unit 12 controls the operation of the reticle stage 8 based on the measurement result and the control information of the main control system 11.
【0028】一方、ウエハ4はウエハホルダ(不図示)
上に吸着保持され、ウエハホルダは試料台3上に固定さ
れ、試料台3はウエハステージ2上に固定されている。
ウエハステージ2は、試料台3のZ方向の位置(フォー
カス位置)及び傾斜角を制御すると共に、試料台3のX
方向及びY方向へのステッピングや高精度な位置決めを
行う。そのため、試料台3の側面は移動鏡としてのミラ
ー面になっており、そのミラー面に対向するようにレー
ザ干渉計6が配置され、レーザ干渉計6によって試料台
3の位置が計測されている。この計測結果、及び主制御
系11の制御情報に基づいて、ステージ駆動部12がウ
エハステージ2を駆動する。On the other hand, the wafer 4 is a wafer holder (not shown).
The wafer holder is held by suction on the wafer stage, and the wafer holder is fixed on the sample stage 3, and the sample stage 3 is fixed on the wafer stage 2.
The wafer stage 2 controls the position (focus position) and the tilt angle of the sample table 3 in the Z direction, and controls the X
Stepping in the direction and the Y direction and high-precision positioning are performed. Therefore, the side surface of the sample stage 3 is a mirror surface as a movable mirror, and the laser interferometer 6 is arranged so as to face the mirror surface, and the position of the sample stage 3 is measured by the laser interferometer 6. . The stage drive unit 12 drives the wafer stage 2 based on the measurement result and the control information of the main control system 11.
【0029】露光時にはウエハ4上の一つのショット領
域へのレチクル9のパターン像の露光が終わると、ウエ
ハステージ2を介してウエハ4上の次のショット領域を
投影光学系1の露光領域に移動して、レチクル9のパタ
ーン像を露光するという動作がステップ・アンド・リピ
ート方式で繰り返されて、ウエハ4上の各ショット領域
への露光が行われる。また、投影光学系1の像面をウエ
ハ4の表面に合わせ込むために、投影光学系1の下方に
は露光領域に位置するウエハ4の表面のZ方向の位置
(フォーカス位置)を計測するための斜入射オートフォ
ーカス装置(不図示)が設置されている。At the time of exposure, when the exposure of the pattern image of the reticle 9 onto one shot area on the wafer 4 is completed, the next shot area on the wafer 4 is moved to the exposure area of the projection optical system 1 via the wafer stage 2. Then, the operation of exposing the pattern image of the reticle 9 is repeated in a step-and-repeat manner, and each shot area on the wafer 4 is exposed. In order to align the image plane of the projection optical system 1 with the surface of the wafer 4, a position (focus position) in the Z direction of the surface of the wafer 4 located in the exposure area is measured below the projection optical system 1. The oblique incidence autofocus device (not shown) is installed.
【0030】さて、重ね合わせ露光を行う場合には、予
めレチクル9とウエハ4の各ショット領域とのアライメ
ントを高精度に行っておく必要がある。そのため、レチ
クル9のパターン面のパターン領域の近傍にはアライメ
ント用のレチクルマーク(不図示)が形成され、レチク
ルマークの上方にレチクルアライメント用のレチクル顕
微鏡(不図示)が配置されている。また、投影光学系1
の側面には、ウエハ4上の各ショット領域に付設された
アライメント用のウエハマークの位置を検出するための
オフ・アクシス方式で且つ画像処理方式のアライメント
センサ5が配置され、アライメントセンサ5の撮像信号
が画像処理装置13に供給されている。When performing the overlay exposure, it is necessary to perform high-precision alignment between the reticle 9 and each shot area of the wafer 4 in advance. Therefore, a reticle mark (not shown) for alignment is formed near the pattern area on the pattern surface of the reticle 9, and a reticle microscope (not shown) for reticle alignment is arranged above the reticle mark. Further, the projection optical system 1
An alignment sensor 5 of an off-axis system and an image processing system for detecting the position of an alignment wafer mark attached to each shot area on the wafer 4 is arranged on the side surface of the sensor 4. The signal is supplied to the image processing device 13.
【0031】また、ウエハステージ2上に基準マーク
(不図示)が設けられ、レチクル9の投影光学系1によ
る投影像の中心(露光中心)と、アライメントセンサ5
内の指標板19(図2参照)上の指標マークの中心と、
ウエハ4上で共役な点(検出中心)との距離(ベースラ
イン)を計測するのにその基準マークが使用される。そ
して、アライメントセンサ5を介して指標マークの中心
位置とウエハマークの中心位置との位置ずれ量を計測
し、画像処理装置13はその位置ずれ量を主制御系11
に供給する。主制御系11は、その位置ずれ量をウエハ
ステージ2の座標に加算して得られるウエハマークの座
標にベースライン量を加えて補正を行い、その補正結果
に基づいてウエハを位置決めして露光を行う。A reference mark (not shown) is provided on the wafer stage 2, and the center (exposure center) of the image projected by the projection optical system 1 on the reticle 9 and the alignment sensor 5
The center of the index mark on the index plate 19 (see FIG. 2)
The fiducial mark is used to measure a distance (base line) from a conjugate point (detection center) on the wafer 4. Then, the image sensor 13 measures the amount of misalignment between the center position of the index mark and the center position of the wafer mark via the alignment sensor 5, and the image processing device 13 uses the main control system 11
To supply. The main control system 11 performs a correction by adding a base line amount to the coordinates of the wafer mark obtained by adding the positional deviation amount to the coordinates of the wafer stage 2, positions the wafer based on the correction result, and performs exposure. Do.
【0032】次に、本例の投影露光装置のアライメント
センサ5について説明する。図2は、本例のアライメン
トセンサ5を示し、この図2において、ウエハ4上の検
出対象のウエハマークMK1を照明するための光源27
は、ハロゲンランプからの照明光を、楕円鏡により集光
した後、照明光が500〜800nm程度の波長帯域と
なるようにフィルタリングする構成となっている。そし
て、光源27からの照明光は、ランダムに束ねられた光
ファイバ束26により照度分布が均一化された後に、レ
ンズ24,22を経て遮光スリット20上を均一に照明
する。遮光スリット20を透過した照明光はレンズ18
を経てハーフミラー16によりて偏向されて下方に向か
い、ダイクロイックミラー15を透過して、第1対物レ
ンズ14を介して、ウエハ4の表面上のウエハマークM
K1を照明する。Next, the alignment sensor 5 of the projection exposure apparatus of this embodiment will be described. FIG. 2 shows the alignment sensor 5 of the present embodiment. In FIG. 2, a light source 27 for illuminating a wafer mark MK1 to be detected on the wafer 4 is shown.
Has a configuration in which illumination light from a halogen lamp is collected by an elliptical mirror, and then filtered so that the illumination light has a wavelength band of about 500 to 800 nm. The illumination light from the light source 27 uniformly illuminates the light-shielding slit 20 via the lenses 24 and 22 after the illuminance distribution is uniformed by the randomly bundled optical fiber bundle 26. The illumination light transmitted through the light shielding slit 20 is
Is deflected by the half mirror 16 and travels downward, passes through the dichroic mirror 15 and passes through the first objective lens 14 to the wafer mark M on the surface of the wafer 4.
Illuminate K1.
【0033】なお、ウエハマークMK1は段差が500
nm程度の高段差マークであるが、本例では段差が50
0nm〜30nm程度の低段差化されたウエハマークM
K2も高精度に位置検出を行うことができる。ウエハ4
からの反射光は再び第1対物レンズ14、ダイクロイッ
クミラー15、及びハーフミラー16を透過し、第2対
物レンズ33によりウエハ4の表面と共役な位置に配置
されたCCD型の2次元の撮像素子31Yの撮像面にウ
エハマークMK1の像を形成する。また、第2対物レン
ズ33と撮像素子31Yとの間のハーフミラー30で偏
向された光は同様に、ウエハ4の表面と共役な位置に配
置されたCCD型の2次元撮像素子31Xの撮像面にも
ウエハマークMK1の像を形成する。本例の第1対物レ
ンズ14、及び第2対物レンズ33よりなる結像光学系
の開口数は、一例として0.3〜0.6程度の範囲内で
不図示の開口絞りによって可変となっている。The wafer mark MK1 has a step of 500.
It is a high step mark of about nm, but in this example, the step is 50
Wafer mark M having a low level difference of about 0 nm to 30 nm
K2 can also perform position detection with high accuracy. Wafer 4
Is transmitted again through the first objective lens 14, the dichroic mirror 15, and the half mirror 16, and is reflected by the second objective lens 33 at a position conjugate with the surface of the wafer 4 to provide a CCD type two-dimensional image sensor. An image of the wafer mark MK1 is formed on the imaging surface of 31Y. Similarly, the light deflected by the half mirror 30 between the second objective lens 33 and the image sensor 31Y is the image pickup surface of the CCD type two-dimensional image sensor 31X disposed at a position conjugate with the surface of the wafer 4. Also, an image of the wafer mark MK1 is formed. The numerical aperture of the imaging optical system including the first objective lens 14 and the second objective lens 33 of this example is variable by an aperture stop (not shown) within a range of about 0.3 to 0.6 as an example. I have.
【0034】一方、指標マークを照明するための発光ダ
イオード(LED)25からの波長850nm程度の準
単色光とみなせる照明光は、レンズ23,21を経て指
標マークが付設された指標板19を照明する。なお、発
光ダイオード25の光量は、画像処理装置13の制御の
もとで光量制御装置28により調整自在となっている。
指標板19を透過した照明光は、レンズ17を経てダイ
クロイックミラー15により上方に偏向され、ハーフミ
ラー16を透過した後、第2対物レンズ33によりウエ
ハ面と共役な位置にある撮像素子31X,31Yの撮像
面上に指標マークの像を投影する。また、撮像素子31
X、31Yはそれぞれウエハ4上でX方向、Y方向に対
応する方向を画素の走査方向(読み出し方向)としてお
り、撮像素子31X,31Yからは、それぞれ撮像信号
SX,SYが画像処理装置13に供給されている。な
お、指標マークを撮像素子31X,31Yの撮像面に直
接形成してもよい。これらの要素を前述の機能を達成す
るように、電気的、機械的、又は光学的に連結すること
で、本例の投影露光装置が組み上げられる。On the other hand, the illumination light from the light emitting diode (LED) 25 for illuminating the index mark, which can be regarded as quasi-monochromatic light having a wavelength of about 850 nm, illuminates the index plate 19 provided with the index mark via the lenses 23 and 21. I do. The light amount of the light emitting diode 25 is adjustable by a light amount control device 28 under the control of the image processing device 13.
The illumination light transmitted through the index plate 19 is deflected upward by the dichroic mirror 15 through the lens 17 and transmitted through the half mirror 16, and then, by the second objective lens 33, the imaging devices 31 </ b> X and 31 </ b> Y at positions conjugate with the wafer surface. Project the image of the index mark on the image pickup surface of. Also, the image sensor 31
In X and 31Y, the directions corresponding to the X direction and the Y direction on the wafer 4 are defined as the pixel scanning direction (readout direction). Supplied. Note that the index marks may be formed directly on the imaging surfaces of the imaging elements 31X and 31Y. By electrically, mechanically, or optically connecting these elements so as to achieve the above-described functions, the projection exposure apparatus of this embodiment is assembled.
【0035】次に、アライメントを行う際のウエハマー
クの指標マークに対する位置ずれ量の検出方法について
説明する。なお、簡単のためX方向のアライメントのみ
について説明を行い、Y方向のアライメントについての
説明を省略する。なお、検出対象が高段差のウエハマー
クMK1である場合、図2の結像光学系(14,33)
の開口数は例えば0.3程度に設定される。Next, a method of detecting the amount of misalignment of the wafer mark with respect to the index mark when performing alignment will be described. For simplicity, only the alignment in the X direction will be described, and the description of the alignment in the Y direction will be omitted. When the detection target is the wafer mark MK1 having a high step, the imaging optical system (14, 33) shown in FIG.
Is set, for example, to about 0.3.
【0036】図3(a1)は、図2においてウエハマー
クMK1を照明する光源27を使用したときのウエハ4
上での撮像素子31Xによる観察視野内のウエハマーク
MK1を示し、この図3(a1)において、図2の遮光
スリット20は、ウエハ4上の検出領域でスリット像2
0Vとなって視野を制限するものとなっており、ウエハ
マークMK1はX方向に凹凸のライン・アンド・スペー
スパターンを配置したX軸のウエハマークMKX1と、
それをY方向に挟むようにY方向に凹凸のライン・アン
ド・スペースパターンを配置したY軸のウエハマークM
KY1と、から構成されている。ウエハマークMKX1
はX方向の位置検出に使用され、このウエハマークMK
X1は、Y方向に伸びた5本の凹の線状パターンがX方
向にほぼ一定のピッチで配列された格子状のマルチパタ
ーンとなっている。FIG. 3 (a1) shows the wafer 4 when the light source 27 for illuminating the wafer mark MK1 is used in FIG.
3A shows the wafer mark MK1 in the observation field of view by the imaging element 31X. In FIG. 3A, the light-shielding slit 20 in FIG.
0V to limit the field of view, and the wafer mark MK1 includes an X-axis wafer mark MKX1 on which an uneven line and space pattern is arranged in the X direction;
A Y-axis wafer mark M having an uneven line and space pattern arranged in the Y direction so as to sandwich it in the Y direction
KY1. Wafer mark MKX1
Is used for position detection in the X direction.
X1 is a lattice-shaped multi-pattern in which five concave linear patterns extending in the Y direction are arranged at a substantially constant pitch in the X direction.
【0037】同様に、2箇所のウエハマークMKY1
は、それぞれX方向に伸びた3本の凹の線状パターン
(バーマーク)がY方向にほぼ一定のピッチで配列され
た格子状のマルチパターンとなっている。また、図2の
撮像素子31Xの撮像面には、X方向、及びY方向に対
応する方向に画素(ピクセル)が配列されており、その
走査方向はX方向となっている。Similarly, two wafer marks MKY1
Is a lattice-shaped multi-pattern in which three concave linear patterns (bar marks) each extending in the X direction are arranged at a substantially constant pitch in the Y direction. On the imaging surface of the imaging element 31X in FIG. 2, pixels are arranged in directions corresponding to the X direction and the Y direction, and the scanning direction is the X direction.
【0038】撮像素子31Xでは、図3(a1)のサン
プリング領域VSA内の像の各画素での光電信号をX方
向に対応する方向(以下、これも「X方向」と呼ぶ)に
読み出す。それによって得られる撮像信号SXは、ウエ
ハマークMKX1が高段差のバーマークであるため、そ
のバーマーク1本について1つのボトム(最小値)にな
る。また、1本の走査線だけではS/N比の点で不利で
あるため、画像処理装置13では、サンプリング領域V
SA内に入る複数のX方向への走査によって得られる撮
像信号のオフセット、及びゲインを後述のように補正し
た後、得られる撮像信号を加算平均して、画像信号を得
る。この平均化処理により、ウエハ4表面の荒れ等によ
るノイズ成分の影響が低減される。そして、この平均化
された画像信号を画素間で補間して適当なスライスレベ
ルSLで2値化し、2値化された画像信号の走査方向
(X方向)の中心をウエハマークMKX1のX方向の位
置とみなす。ここで、一例としてスライスレベルSLは
各バーマークに対応する信号部分毎に求められる。In the image sensor 31X, the photoelectric signal at each pixel of the image in the sampling area VSA in FIG. 3A is read out in the direction corresponding to the X direction (hereinafter also referred to as the "X direction"). The imaging signal SX obtained thereby has one bottom (minimum value) for each bar mark because the wafer mark MKX1 is a bar mark with a high step. Further, since only one scanning line is disadvantageous in terms of the S / N ratio, the image processing apparatus 13 uses the sampling area V
After correcting the offsets and gains of the imaging signals obtained by scanning in a plurality of X directions within the SA as described below, the obtained imaging signals are averaged to obtain an image signal. By this averaging process, the influence of noise components due to the roughness of the surface of the wafer 4 and the like is reduced. Then, the averaged image signal is interpolated between pixels to be binarized at an appropriate slice level SL, and the center of the binarized image signal in the scanning direction (X direction) is set in the X direction of the wafer mark MKX1. Consider position. Here, as an example, the slice level SL is obtained for each signal portion corresponding to each bar mark.
【0039】図3(b1)は、図3(a1)のサンプリ
ング領域VSA内の或る1列の画素より得られる撮像信
号SXを示し、この図3(b1)において、横軸は対応
するウエハ上でのX方向の位置を表す。本例では、ウエ
ハマークMKX1が5本の高段差のバーマークから構成
されており、領域Aで計5個のボトム波形が得られる。
なお、ウエハマークを構成するバーマークの本数は、5
本に限られず、検出精度の向上を図るため、本数を増や
してもよい。逆に、ウエハ面の荒れが少ないようなとき
は、本数を4本以下としてもよい。FIG. 3 (b1) shows an image pickup signal SX obtained from a certain column of pixels in the sampling area VSA of FIG. 3 (a1). In FIG. 3 (b1), the horizontal axis represents the corresponding wafer. Represents the position in the X direction above. In this example, the wafer mark MKX1 is composed of five bar marks with high steps, and a total of five bottom waveforms are obtained in the area A.
The number of bar marks constituting a wafer mark is 5
The number is not limited to the number, and the number may be increased in order to improve the detection accuracy. Conversely, when the roughness of the wafer surface is small, the number may be four or less.
【0040】図3(a2)は、図2において指標板19
を照明する発光ダイオード25を使用したときに撮像素
子31Xの観察視野で検出される指標マークを示し、こ
の図3(a2)において、指標板19は、中央部がクロ
ムにより遮光されており、遮光スリット20のクロム面
とガラス面とが反転した基板にX軸の指標マークIMX
1,IMX2、及びY軸の指標マークIMY1,IMY
2が付設されたものとなっている。また、X軸の指標マ
ークIMX1は、互いに線幅の異なる複数のY方向に伸
びた矩形の遮光膜よりなるマーク19a〜19cをX方
向に配列したものであり、指標マークIMX2と対にな
っている。また、Y軸の指標マークIMY1,IMY2
は、X軸の指標マークIMX1,IMX2を90°回転
したマークである。各マーク19a〜19cの線幅は、
外側のマーク19aが最も太く、内側のマーク19cが
最も細くなっている。FIG. 3A2 shows the index plate 19 in FIG.
3A shows an index mark detected in the observation field of view of the image sensor 31X when the light emitting diode 25 for illuminating is used. In FIG. 3 (a2), the index plate 19 is shielded from light at the center by chrome. X-axis index mark IMX is provided on the substrate where the chrome surface and the glass surface of slit 20 are reversed.
1, IMX2, and Y-axis index marks IMY1, IMY
2 is attached. Also, the X-axis index mark IMX1 is formed by arranging in the X direction marks 19a to 19c formed of a plurality of rectangular light-shielding films extending in the Y direction and having different line widths, and is paired with the index mark IMX2. I have. Also, index marks IMY1 and IMY2 on the Y axis
Are marks obtained by rotating the X-axis index marks IMX1 and IMX2 by 90 °. The line width of each mark 19a to 19c is
The outer mark 19a is the thickest, and the inner mark 19c is the thinnest.
【0041】なお、指標マークIMX1,IMX2,I
MY1,IMY2はクロム膜のような遮光膜より形成さ
れているものに限られず、照明光を遮光、又は反射する
ものであればよい。図3(b2)は、図3(a2)のサ
ンプリング領域VSA内の像を撮像素子31Xで撮像し
て、或る1列の画素から読み出した撮像信号SXを示
し、この図3(b2)において、横軸はウエハ上に換算
したX方向の位置を表し、線幅の異なるマーク19a〜
19cにそれぞれ対応したピークSXa〜SXcが現れ
ている。ここで、マーク19a〜19cは互いに線幅が
異なるため、対応する像のコントラストも異なり、ピー
クSXa〜SXcの大きさは線幅が狭くなるに従って小
さくなっている。The index marks IMX1, IMX2, I
MY1 and IMY2 are not limited to those formed of a light-shielding film such as a chrome film, but may be any as long as they shield or reflect illumination light. FIG. 3B2 shows an image signal SX obtained by capturing an image in the sampling area VSA of FIG. 3A2 with the image sensor 31X and reading out from a certain column of pixels. , The horizontal axis represents the position in the X direction converted on the wafer, and marks 19a to 19c having different line widths.
Peaks SXa to SXc respectively corresponding to 19c appear. Here, since the marks 19a to 19c have different line widths, the contrasts of the corresponding images are also different, and the sizes of the peaks SXa to SXc become smaller as the line width becomes narrower.
【0042】図3(a3)は、同時にウエハマークMK
1と指標板19とを照明したときの撮像素子31Xの観
察視野を示し、この図3(a3)において、観察される
パターンは図3(a1)のパターンと図3(a2)のパ
ターンとが合成されたものとなる。図3(b3)は、図
3(a3)のサンプリング領域VSA内の像を撮像素子
31Xで撮像して得られる或る1列の画素上の撮像信号
SXを示し、この図3(b3)の撮像信号SXは、図3
(b1)の撮像信号と図3(b2)の撮像信号とが合成
されたものとなる。このように単純に合成したのみで
は、ウエハマークMKX1の撮像信号のオフセットWI
と指標マークIMX1,IMX2の撮像信号のオフセッ
トKIとは異なっているのが普通である。そこで、画像
処理装置13は、光量制御装置28を介して、ウエハマ
ークMKX1の検出領域の明部(オフセットWI)の照
度に指標マークIMX1,IMX2の検出領域の明部
(オフセットKI)の照度を合わせるように発光ダイオ
ード25の光量を調整する。なお、ウエハマークMKX
1の検出領域の明部の照度は、ウエハ4の反射率によっ
て異なるため、発光ダイオード25の光量調整は各ウエ
ハ毎に行う。図3(b4)は、発光ダイオード25の照
明光の照度を調整後の撮像信号SX1を示し、図3(a
4)は、それに対応する観察視野を示している。FIG. 3 (a3) shows the wafer mark MK at the same time.
FIG. 3 (a3) shows the observation field of view of the image sensor 31X when the light source 1 and the index plate 19 are illuminated. In FIG. 3 (a3), the patterns observed in FIG. 3 (a1) and FIG. It will be synthesized. FIG. 3 (b3) shows an image signal SX on a certain column of pixels obtained by imaging the image in the sampling area VSA of FIG. 3 (a3) with the image sensor 31X. The imaging signal SX is shown in FIG.
The image signal of (b1) and the image signal of FIG. 3 (b2) are synthesized. In this manner, the simple synthesis only results in the offset WI of the image signal of the wafer mark MKX1.
And the offsets KI of the image signals of the index marks IMX1 and IMX2 are usually different. Therefore, the image processing device 13 applies the illuminance of the bright portion (offset KI) of the detection region of the index marks IMX1 and IMX2 to the illuminance of the bright portion (offset WI) of the detection region of the wafer mark MKX1 via the light amount control device 28. The light amount of the light emitting diode 25 is adjusted to match. Note that the wafer mark MKX
Since the illuminance of the bright portion of the first detection area differs depending on the reflectance of the wafer 4, the light amount adjustment of the light emitting diode 25 is performed for each wafer. FIG. 3B4 shows the image pickup signal SX1 after adjusting the illuminance of the illumination light of the light emitting diode 25, and FIG.
4) shows the observation visual field corresponding thereto.
【0043】この図3(b4)において、撮像信号SX
1中でウエハマークMKX1に対応するA部の振幅は高
精度に位置検出ができる程度に大きいため、この撮像信
号SX1をアナログ/デジタル(A/D)変換した後、
図3(a4)のサンプリング領域VSAの像の非計測方
向(Y方向)に加算平均してデジタルの画像信号SX
1’を得る。その後、画像信号SX1’のA部の振幅の
中心にスライスレベルSLを設定して、A部がスライス
レベルSLを横切る座標を平均化することで、ウエハマ
ークの中心位置X1が求められる。In FIG. 3 (b4), the image pickup signal SX
In FIG. 1, since the amplitude of the portion A corresponding to the wafer mark MKX1 is large enough to detect the position with high accuracy, the image signal SX1 is subjected to analog / digital (A / D) conversion.
The digital image signal SX is obtained by averaging in the non-measurement direction (Y direction) of the image of the sampling area VSA in FIG.
Get 1 '. Thereafter, the slice level SL is set at the center of the amplitude of the portion A of the image signal SX1 ', and the coordinates at which the portion A crosses the slice level SL are averaged, whereby the center position X1 of the wafer mark is obtained.
【0044】次に、指標マークIMX1,IMX2に対
応する画像信号SX1’中で、A部に振幅が最も近いピ
ークSXbにおいて、振幅の中心に新たなスライスレベ
ルSLを設定して、2つのピークSXbがスライスレベ
ルSLを横切る座標を平均化することで指標マークの中
心位置X2が求められ、位置X2に対する位置X1の位
置ずれ量が求められて、主制御系11に供給される。Next, in the image signal SX1 'corresponding to the index marks IMX1 and IMX2, a new slice level SL is set at the center of the amplitude at the peak SXb closest to the portion A, and the two peaks SXb By averaging the coordinates that cross the slice level SL, the center position X2 of the index mark is obtained, the amount of displacement of the position X1 with respect to the position X2 is obtained, and supplied to the main control system 11.
【0045】次に、段差が500nm程度以下の低段差
のウエハマークを検出してアライメントを行う場合につ
いて、図4を参照して説明する。以下ではウエハマーク
の段差は、一例として30〜50nmであるとする。な
お、図4において図3に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明を省略する。図4(a1)は、図2に
おいてウエハ4上の別のレイヤの低段差のウエハマーク
MK2を検出する際の撮像素子31Xの観察視野内のパ
ターンを示し、ウエハマークMK2は、5本の凹部より
なるY方向に伸びたバーマークをX方向に一定ピッチで
配列したX軸のウエハマークMK2と、これを挟むよう
にそれぞれ3本の凹部よりなるX方向に伸びたバーマー
クをY方向に一定ピッチで配列した2個のY軸のウエハ
マークMKY2と、から構成されている。ウエハマーク
MK2の凹部の段差は30〜50nmであり、これに対
応して図2の結像光学系(14,33)の開口数は、一
例として0.4〜0.6程度に設定される。Next, a case where alignment is performed by detecting a wafer mark having a low level difference of about 500 nm or less will be described with reference to FIG. Hereinafter, it is assumed that the step of the wafer mark is 30 to 50 nm as an example. In FIG. 4, portions corresponding to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 4 (a1) shows a pattern in the observation field of view of the image sensor 31X when detecting the low level wafer mark MK2 of another layer on the wafer 4 in FIG. 2, and the wafer mark MK2 has five concave portions. An X-axis wafer mark MK2 in which bar marks extending in the Y direction are arranged at a constant pitch in the X direction, and a bar mark extending in the X direction consisting of three concave portions each sandwiching the mark are fixed in the Y direction. And two Y-axis wafer marks MKY2 arranged at a pitch. The step of the concave portion of the wafer mark MK2 is 30 to 50 nm, and the numerical aperture of the imaging optical system (14, 33) in FIG. 2 is set to about 0.4 to 0.6 as an example. .
【0046】また、図4(b1)は、図4(a1)のサ
ンプリング領域VSA内の像の撮像信号SXを示し、図
4(b1)において、ウエハマークMK2が低段差であ
るためそれに対応するB部のコントラストが図3(b
1)のA部に比べて低くなっている。また、撮像素子3
1XのX方向の1列の画素から得られる撮像信号SX
は、ウエハマークMKX2の各凹部の両側のエッジ位置
でボトム(最小値)になるため、10個のボトムが検出
される。また、図3の場合と同様に、発光ダイオード2
5の光量制御でウエハマークMKX2と指標マークIM
X1,IMX2とを同時に検出する際に得られる図4
(b3)の撮像信号SXのオフセットを調整し、図4
(b4)に示すような撮像信号SX1を生成する。FIG. 4 (b1) shows an image pickup signal SX of an image in the sampling area VSA of FIG. 4 (a1). In FIG. 4 (b1), since the wafer mark MK2 has a low step, it corresponds thereto. FIG. 3B shows the contrast of the portion B.
It is lower than section A of 1). Also, the image sensor 3
An imaging signal SX obtained from one row of pixels in the 1X X direction
Becomes the bottom (minimum value) at the edge positions on both sides of each concave portion of the wafer mark MKX2, so that ten bottoms are detected. Further, as in the case of FIG.
5 with the light quantity control, the wafer mark MKX2 and the index mark IM
FIG. 4 obtained when X1 and IMX2 are simultaneously detected.
By adjusting the offset of the imaging signal SX in (b3), FIG.
The imaging signal SX1 as shown in (b4) is generated.
【0047】このように、ウエハマークMKX2が低段
差である場合には、図4(b4)の撮像信号SX中でウ
エハマークMKX2に対応するB部のコントラストが低
く、中心位置を検出することが困難になる。また、ウエ
ハ4表面の荒れによるノイズ成分の影響が大きい場合に
は、ウエハマークMKX2の中心位置を検出することが
できなくなる。そこで、高精度にウエハマークMKX2
の中心位置を検出するため、図2の画像処理装置13内
のアナログのオートゲインコントロール(AGC)回路
において、撮像信号SX1のゲインを調整する。As described above, when the wafer mark MKX2 has a low step, the contrast of the portion B corresponding to the wafer mark MKX2 in the imaging signal SX of FIG. 4B is low, and the center position can be detected. It becomes difficult. If the influence of the noise component due to the roughness of the surface of the wafer 4 is large, the center position of the wafer mark MKX2 cannot be detected. Therefore, the wafer mark MKX2
In order to detect the center position of the image signal SX1, an analog auto gain control (AGC) circuit in the image processing apparatus 13 of FIG.
【0048】図5は、ゲイン調整前後の撮像信号を示
し、図5(a)に示す撮像信号SX1のゲインをB部が
飽和しない範囲で増大させて、図5(b)に示すような
撮像信号SX2を生成する。ここで、図5(b)の撮像
信号SX2は、図5(a)の撮像信号SX1を縦方向に
拡大したものとなっている。ゲインを調整することによ
り、ウエハマークMKX2に対応するB部の振幅の中央
にスライスレベルSLを設定することで、その中心位置
X1を高精度に求めることができる。FIG. 5 shows the image pickup signal before and after the gain adjustment. The gain of the image pickup signal SX1 shown in FIG. 5 (a) is increased within a range where the portion B does not saturate, and the image pickup signal shown in FIG. The signal SX2 is generated. Here, the imaging signal SX2 in FIG. 5B is obtained by enlarging the imaging signal SX1 in FIG. 5A in the vertical direction. By adjusting the gain and setting the slice level SL at the center of the amplitude of the portion B corresponding to the wafer mark MKX2, the center position X1 can be obtained with high accuracy.
【0049】また、本例でも、その撮像信号SX2をA
/D変換して、図3(a4)のサンプリング領域VSA
でY方向に加算平均してデジタルの画像信号SX2を得
る。本例では画像信号SX2’の指標マークIMX1,
IMX2の太いマーク19a,19bに対応するピーク
SXa,SXbがAGC回路の出力部で飽和を起こして
しまうため、飽和した部分の信号に遅れが生じ、その部
分の画像信号SX2’に位置ずれが生じてしまう。そこ
で、振幅が飽和しない範囲内にあり指標マークIMX
1,IMX2中の最も細かいマーク19cに対応するピ
ークSXcを用いて、この両側のピークSXcの振幅の
中央にスライスレベルSLを設置して、2つのピークS
XcがスライスレベルSLを横切る座標の中心を、指標
マークIMX1,IMX2の中心位置X2として求め、
この位置X2に対するウエハマークMKX2の位置X1
の位置ずれ量を求めてアライメントを行う。Also in this example, the imaging signal SX2 is
/ D conversion to obtain the sampling area VSA in FIG.
The digital image signal SX2 is obtained by averaging in the Y direction. In this example, the index marks IMX1 and IMX1 of the image signal SX2 ′ are used.
Since the peaks SXa and SXb corresponding to the thick marks 19a and 19b of the IMX2 are saturated at the output of the AGC circuit, the signal of the saturated part is delayed, and the image signal SX2 'of the part is displaced. Would. Therefore, the index mark IMX is within the range where the amplitude is not saturated.
1 and IMX2, using a peak SXc corresponding to the finest mark 19c, setting a slice level SL at the center of the amplitude of the peak SXc on both sides, and setting two slices SL
The center of the coordinates where Xc crosses the slice level SL is determined as the center position X2 of the index marks IMX1 and IMX2,
Position X1 of wafer mark MKX2 with respect to this position X2
Alignment is performed by calculating the amount of positional deviation of.
【0050】このように、本例では、低段差のウエハマ
ークを検出する際に、AGC回路によりゲインを調整し
た場合であっても、指標マークとして線幅を変えること
によって像のコントラストが異なる複数のマーク19a
〜19cを用意しており、撮像信号の振幅が飽和しない
範囲内にある指標マークの中心位置を求めているため、
低段差マークであっても高精度にアライメントを行うこ
とができる。As described above, in this example, even when the gain is adjusted by the AGC circuit when detecting a wafer mark having a low level difference, a plurality of images having different image contrasts are obtained by changing the line width as the index mark. Mark 19a
Since the center position of the index mark within the range where the amplitude of the imaging signal is not saturated is obtained,
Alignment can be performed with high accuracy even for a low step mark.
【0051】また、指標マークを構成する複数のマーク
19a〜19cの像のそれぞれの計測方向の中心を合致
させるために、予め、それらの中心位置のオフセットを
計測しておき、アライメントを行う際には使用するマー
クに応じてそのオフセットを補正する必要がある。な
お、上記の実施の形態ではスライスレベル法で各マーク
の位置を求めているが、ウエハマーク、及び指標マーク
の各線幅のマークの像について、それぞれテンプレート
信号を用意して、パターンマッチング法で各マークの位
置を特定してもよい。In order to match the centers of the images of the marks 19a to 19c constituting the index marks in the respective measuring directions, the offsets of the center positions are measured in advance, and when the alignment is performed. Needs to correct the offset according to the mark used. In the above-described embodiment, the position of each mark is obtained by the slice level method. However, template images are prepared for each image of the mark of each line width of the wafer mark and the index mark, and each mark is obtained by the pattern matching method. The position of the mark may be specified.
【0052】なお、指標マークIMX1,IMX2を構
成する線幅の異なる複数のマーク19a〜19cの内の
最も細いマーク19cを、図2の結像光学系(17,3
3)の解像限界より狭い線幅のパターンとしてもよい。
この場合、そのパターン19cの像のコントラストは容
易に低段差マークの像程度に小さくなる。なお、本例で
は、指標マークIMX1,IMX2を異なる線幅のマー
ク19a〜19cにより構成することで、指標マークの
像のコントラストを変化させているが、各マーク19a
〜19cを同じ太さとして非計測方向(Y方向)に結像
光学系の解像度より細かい切り欠きを入れたり(内側の
マーク19c程多くの切り欠きを設ける)、クロム透過
率がそれぞれ異なる複数のマークから各マーク19a〜
19cを構成することでも、指標マークを構成する複数
のマーク相互のコントラストを変化させることができ
る。また、更に2次元の撮像素子31Xの代わりに、X
方向に細長い画素を配列した1次元のラインセンサ等を
用いる場合には、非計測方向の各マーク19a〜19c
の長さを変えてもよい。The thinnest mark 19c of the plurality of marks 19a to 19c having different line widths constituting the index marks IMX1 and IMX2 is connected to the imaging optical system (17, 3) of FIG.
A pattern having a line width smaller than the resolution limit of 3) may be used.
In this case, the contrast of the image of the pattern 19c easily becomes as small as the image of the low step mark. In this example, the index marks IMX1 and IMX2 are constituted by marks 19a to 19c having different line widths to change the contrast of the image of the index mark.
To 19c having the same thickness, making a notch finer than the resolution of the imaging optical system in the non-measurement direction (Y direction) (providing more notches as the inner mark 19c is provided), and a plurality of chrome transmittances different from each other. Each mark 19a ~ from the mark
By configuring the index mark 19c, the contrast between a plurality of marks constituting the index mark can be changed. Further, instead of the two-dimensional image sensor 31X, X
When a one-dimensional line sensor or the like in which pixels elongated in the direction are arranged is used, each mark 19a to 19c in the non-measurement direction is used.
May vary in length.
【0053】次に、本発明の実施の形態の他の例につい
て説明する。本例は上記の実施の形態に対して指標マー
クの構成を変更したものであり、図2において、指標板
19の代わりに指標板32を使用する。図6(a)は、
本例で使用される指標板32を照明した際の図2の撮像
素子31Xの指標板32上での観察視野を示し、この図
6(a)において、指標板32には、3本の遮光膜より
なる線状パターンが一定のピッチでX方向に対応する方
向に配列されたマルチパターン32a、及びマルチパタ
ーン32aに対して線幅が次第に狭くなるマルチパター
ン32b,32cが付設されており、X軸の一方の指標
マークIMX3は、このマルチパターン32a〜32c
から構成されている。そして、指標マークIMX3と対
称にX軸の他方の指標マークIMX4が設けられてい
る。同様に、Y方向のアライメント用として、Y方向に
対応する方向に配列されたマルチパターン32d〜32
fよりなる指標マークIMY3と、これに対称な指標マ
ークIMY4とが対になって設けられている。Next, another example of the embodiment of the present invention will be described. In this example, the configuration of the index marks is changed from the above-described embodiment. In FIG. 2, an index plate 32 is used instead of the index plate 19 in FIG. FIG. 6 (a)
FIG. 6 shows an observation field of view of the image sensor 31X of FIG. 2 on the index plate 32 when the index plate 32 used in the present example is illuminated. In FIG. A multi-pattern 32a in which linear patterns made of films are arranged at a constant pitch in a direction corresponding to the X direction, and multi-patterns 32b and 32c whose line widths gradually become smaller than the multi-pattern 32a are provided. The index mark IMX3 on one of the axes is formed by the multi patterns 32a to 32c.
It is composed of The other index mark IMX4 on the X axis is provided symmetrically with the index mark IMX3. Similarly, for alignment in the Y direction, multi-patterns 32d to 32d arranged in the direction corresponding to the Y direction
An index mark IMY3 composed of f and an index mark IMY4 symmetrical to the index mark IMY3 are provided as a pair.
【0054】図6(b)は、図6(a)のサンプリング
領域VSA内の像を撮像して得られる撮像信号SXを示
し、この図6(b)において、マルチパターン32a〜
32cに対応して、それぞれ次第にコントラストが低下
するように3つのボトムが形成されている。アライメン
トを行う際には、図4、及び図5の実施の形態と同様
に、振幅が飽和しない範囲内にある指標マーク部を選択
して、例えば各マルチパターン(32a〜32cの何れ
か)の信号が所定のスライスレベルを横切る位置を平均
化して位置検出を行うことにより、平均化効果で高精度
にアライメントを行うことができる。なお、マルチパタ
ーン32a〜32cを構成する線状パターンの本数は3
本に限られず、2本、又は4本以上でもよい。但し、そ
の本数を増やす場合には、平均化効果により検出精度が
向上し、より高精度にアライメントを行うことができ
る。FIG. 6B shows an image pickup signal SX obtained by picking up an image in the sampling area VSA of FIG. 6A. In FIG.
Three bottoms are formed corresponding to 32c so that the contrast gradually decreases. When the alignment is performed, similarly to the embodiment of FIGS. 4 and 5, an index mark portion within a range where the amplitude is not saturated is selected, and for example, each of the multi patterns (any one of 32a to 32c) is selected. By averaging the position where the signal crosses the predetermined slice level and performing position detection, alignment can be performed with high accuracy by the averaging effect. The number of linear patterns constituting the multi patterns 32a to 32c is three.
The number is not limited to two and may be two or four or more. However, when the number is increased, the detection accuracy is improved by the averaging effect, and alignment can be performed with higher accuracy.
【0055】なお、上記の実施の形態において、ベース
ライン計測時に使用するウエハステージ上の基準マーク
を指標マークと同様に、線幅の異なる複数のマークより
構成してもよい。この場合、撮像信号のゲイン、及びオ
フセットを調整して、例えば指標マークIMX1,IM
X2の各線幅のマーク19a〜19cに対してそれぞれ
最適な基準マークを選択してベースライン計測を行うこ
とにより、各線幅のマーク19a〜19cのそれぞれに
ついて、高精度なベースライン計測を行うことができ
る。In the above embodiment, the reference mark on the wafer stage used at the time of the baseline measurement may be composed of a plurality of marks having different line widths, like the index mark. In this case, the gain and offset of the imaging signal are adjusted to, for example, index marks IMX1, IMX
By selecting the optimum reference mark for each of the marks 19a to 19c of each line width of X2 and performing the baseline measurement, it is possible to perform the baseline measurement with high accuracy for each of the marks 19a to 19c of each line width. it can.
【0056】なお、本発明は、本例のようなステップ・
アンド・リピート方式の投影露光装置のみならず、近年
主流となってきているステップ・アンド・スキャン方式
の投影露光装置のアライメントセンサにも適用すること
ができる。また、本例では屈折光学系の投影光学系を有
した投影露光装置に本発明を適用したが、反射屈折光学
系や、X線を用いた反射光学系を用いた露光装置にも適
用できる。Note that the present invention provides a step
The present invention can be applied not only to an AND repeat type projection exposure apparatus, but also to an alignment sensor of a step-and-scan type projection exposure apparatus that has become mainstream in recent years. In the present embodiment, the present invention is applied to a projection exposure apparatus having a projection optical system of a refractive optical system. However, the present invention can be applied to an exposure apparatus using a catadioptric optical system or a reflection optical system using X-rays.
【0057】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【0058】[0058]
【発明の効果】本発明の第1の位置検出方法によれば、
検出される被検マークの像のコントラストに応じて、最
適なコントラストの指標マークの像を比較の基準として
選択することにより、種々の段差の被検マークの位置を
それぞれ高精度に検出することができる。According to the first position detecting method of the present invention,
By selecting the image of the index mark having the optimum contrast as a reference for comparison in accordance with the contrast of the image of the test mark to be detected, it is possible to detect the positions of the test marks at various steps with high accuracy. it can.
【0059】次に、本発明の第2の位置検出方法によれ
ば、指標マークの像を所定の検出面上に形成する対物光
学系の解像限界よりも線幅が細い指標マークを有するた
め、被検マークがその像のコントラストの低い低段差の
被検マークであっても、その指標マークの像を比較の基
準として選択することにより、高精度に被検マークの位
置を検出することができる。Next, according to the second position detection method of the present invention, since the index mark having a line width smaller than the resolution limit of the objective optical system for forming an image of the index mark on a predetermined detection surface is provided. Even if the test mark is a test mark having a low contrast and a low step, the position of the test mark can be detected with high accuracy by selecting the image of the index mark as a reference for comparison. it can.
【0060】次に、本発明の位置検出装置によれば、本
発明の位置検出方法を実施できると共に、信号処理系に
より、指標マークの像を形成する複数のマークに対応す
る部分から最適な部分を比較の基準として選択すること
により、高精度に被検マークの位置検出を行うことがで
きる。また、低段差でその像のコントラストの低い被検
マークを検出する際に、撮像素子の検出信号を所定の範
囲の振幅となるように利得制御する場合には、飽和を起
こしていない指標マークの像を比較の基準として選択す
ることにより、高精度に被検マークの位置検出を行うこ
とができる。Next, according to the position detecting device of the present invention, the position detecting method of the present invention can be implemented, and the signal processing system can be used to select an optimum part from a part corresponding to a plurality of marks forming an image of the index mark. Is selected as a reference for comparison, the position of the test mark can be detected with high accuracy. In addition, when detecting a target mark having a low contrast and a low contrast of the image, when the gain control is performed so that the detection signal of the image sensor has a predetermined range of amplitude, an index mark that is not saturated is used. By selecting an image as a reference for comparison, the position of the test mark can be detected with high accuracy.
【0061】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の位置検出装置を使用して、基板上の位置合わせ用マー
クを検出することにより、その基板が低段差化プロセス
を経ている場合でも、基板とマスクとの位置合わせを高
精度に行うことができる。Further, according to the exposure apparatus of the present invention, by using the position detecting apparatus of the present invention to detect the alignment mark on the substrate, even if the substrate has gone through the step-difference process, The alignment between the substrate and the mask can be performed with high accuracy.
【図1】本発明の実施の形態の一例で使用される露光装
置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exposure apparatus used in an example of an embodiment of the present invention.
【図2】図1のアライメントセンサ5を示す概略構成図
である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an alignment sensor 5 of FIG.
【図3】高段差マークの位置検出を行う場合の撮像素子
の観察視野、及びそれに対応する撮像信号を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an observation field of view of an image sensor when detecting the position of a high step mark, and an image signal corresponding thereto.
【図4】低段差マークの位置検出を行う場合の撮像素子
の観察視野、及びそれに対応する撮像信号を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating an observation field of view of an image sensor when detecting the position of a low step mark, and an image signal corresponding thereto.
【図5】(a)は、図4(b4)の撮像信号を示す図、
(b)は図5(a)の撮像信号のゲインを増大させた撮
像信号を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the imaging signal of FIG. 4B4;
FIG. 5B is a diagram illustrating an image signal obtained by increasing the gain of the image signal in FIG.
【図6】本発明の実施の形態の他の例において使用され
るマルチマーク化された指標マーク、及びその像の撮像
信号を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a multi-marked index mark used in another example of the embodiment of the present invention, and an image pickup signal of the image.
【図7】従来の位置検出装置で低段差マークの位置検出
を行う場合の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a case where the position of a low step mark is detected by a conventional position detecting device.
1 投影光学系 4 ウエハ 5,アライメントセンサ 6,7 レーザ干渉計 9 レチクル 11 主制御系 12 ステージ駆動部 13 画像処理装置 15 ダイクロイックミラー 16 ハーフミラー 19,32 指標板 20 視野スリット 25 発光ダイオード 26 ランダムに束ねられたファイバ束 27 光源 31X,31Y 2次元の撮像素子 Reference Signs List 1 projection optical system 4 wafer 5, alignment sensor 6, 7 laser interferometer 9 reticle 11 main control system 12 stage drive unit 13 image processing device 15 dichroic mirror 16 half mirror 19, 32 index plate 20 field slit 25 light emitting diode 26 randomly Bundled fiber bundle 27 light source 31X, 31Y two-dimensional image sensor
Claims (8)
ーク、又は該指標マークの像とを比較することによっ
て、前記被検マークの位置を検出する位置検出方法にお
いて、 前記指標マークは、互いに異なる複数のマークを有し、
前記被検マークの像に応じて、前記複数のマークの内か
ら比較の基準となるマークを選択することを特徴とする
位置検出方法。1. A position detecting method for detecting a position of a test mark by comparing an image of a test mark on a substrate with a predetermined index mark or an image of the index mark, wherein the index mark is Has a plurality of different marks,
A position detection method, wherein a mark serving as a reference for comparison is selected from the plurality of marks according to an image of the test mark.
複数のマークであることを特徴とする位置検出方法。2. The position detection method according to claim 1, wherein the plurality of different marks are a plurality of marks having different line widths.
ークの像とを比較することによって、前記被検マークの
位置を検出する位置検出方法において、 前記指標マークは、該指標マークの像を所定の検出面上
に形成する対物光学系の解像限界よりも細い線幅のマー
クを有することを特徴とする位置検出方法。3. A position detecting method for detecting a position of the test mark by comparing an image of the test mark on a substrate with an image of a predetermined index mark, wherein the index mark is A position detection method comprising a mark having a line width smaller than a resolution limit of an objective optical system for forming an image on a predetermined detection surface.
法であって、 前記被検マークと前記指標マークとを互いに異なる照明
系により照明すると共に、前記被検マークの像及び前記
指標マークの像の検出レベルに応じて前記互いに異なる
照明系の相対的な照度を調整することを特徴とする位置
検出方法。4. The position detection method according to claim 1, wherein said mark to be detected and said index mark are illuminated by different illumination systems, and an image of said mark to be detected and said index. A position detecting method comprising: adjusting relative illuminance of said different illumination systems according to a detection level of a mark image.
出方法であって、 前記被検マークの像及び前記指標マークの像は同一の撮
像素子の撮像面上に投影され、前記撮像素子の検出信号
は前記被検マークの像に対応する信号部が所定範囲の振
幅となるように利得制御され、該利得制御された検出信
号を処理して前記指標マークの像に対する前記被検マー
クの像の位置ずれ量を検出することを特徴とする位置検
出方法。5. The position detection method according to claim 1, wherein the image of the test mark and the image of the index mark are projected on an imaging surface of the same imaging device. The detection signal of the image sensor is gain-controlled so that the signal portion corresponding to the image of the test mark has an amplitude within a predetermined range, and the gain-controlled detection signal is processed to perform the test on the image of the index mark. A position detection method, comprising detecting a position shift amount of a mark image.
出方法であって、 前記指標マークを構成するマークはそれぞれ複数の同一
線幅の線状パターンよりなることを特徴とする位置検出
方法。6. The position detection method according to claim 1, wherein each of the marks constituting the index mark comprises a plurality of linear patterns having the same line width. Detection method.
ークの像とを撮像する撮像素子を備え、該撮像素子の検
出信号を処理して前記指標マークを基準として前記被検
マークの位置を検出する位置検出装置において、 前記指標マークは、互いに線幅の異なる複数のマークを
有し、前記撮像素子の検出信号中の前記被検マークの像
に対応する部分のレベルに応じて、前記検出信号中の前
記複数のマークに対応する部分から比較の基準となる部
分を選択する信号処理系を設けたことを特徴とする位置
検出装置。7. An image pickup device for picking up an image of a test mark on a substrate and an image of a predetermined index mark, and processing a detection signal of the image pickup device to process the detection mark based on the index mark. In a position detection device that detects a position, the index mark has a plurality of marks having different line widths from each other, and according to a level of a portion corresponding to the image of the test mark in a detection signal of the imaging element, A position detecting device, comprising: a signal processing system for selecting a portion serving as a reference for comparison from portions corresponding to the plurality of marks in the detection signal.
わせ用マークが形成された基板の位置決めを行う基板ス
テージと、前記基板上にマスクのパターンを露光する露
光部と、を有する露光装置であって、 前記位置検出装置によって前記基板上の位置合わせ用の
マークの位置を検出し、該検出結果に基づいて前記基板
と前記マスクとの位置合わせを行うことを特徴とする露
光装置。8. An exposure apparatus comprising: the position detection device according to claim 7; a substrate stage for positioning a substrate on which a positioning mark is formed; and an exposure unit for exposing a pattern of a mask on the substrate. An exposure apparatus, wherein the position detection device detects the position of a mark for alignment on the substrate, and performs alignment between the substrate and the mask based on the detection result.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049099A JPH11251218A (en) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | Position detecting method and apparatus, and exposure apparatus provided with the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049099A JPH11251218A (en) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | Position detecting method and apparatus, and exposure apparatus provided with the apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251218A true JPH11251218A (en) | 1999-09-17 |
Family
ID=12821660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10049099A Withdrawn JPH11251218A (en) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | Position detecting method and apparatus, and exposure apparatus provided with the apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11251218A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139847A (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-17 | Nikon Corp | Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method |
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| JP2008277754A (en) * | 2007-03-01 | 2008-11-13 | Asml Netherlands Bv | Inspection method, device manufacturing method, inspection apparatus, substrate, mask, lithographic apparatus, and lithography cell |
| US7906258B2 (en) | 2007-03-14 | 2011-03-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photomask, photomask superimposition correcting method, and manufacturing method of semiconductor device |
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| JP2022128225A (en) * | 2021-02-22 | 2022-09-01 | キヤノン株式会社 | Metrology apparatus, lithographic apparatus, and method of manufacturing an article |
-
1998
- 1998-03-02 JP JP10049099A patent/JPH11251218A/en not_active Withdrawn
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