JPH10189443A - Mark for position detection, method and apparatus for detection of mark, and exposure device - Google Patents
Mark for position detection, method and apparatus for detection of mark, and exposure deviceInfo
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- JPH10189443A JPH10189443A JP32049697A JP32049697A JPH10189443A JP H10189443 A JPH10189443 A JP H10189443A JP 32049697 A JP32049697 A JP 32049697A JP 32049697 A JP32049697 A JP 32049697A JP H10189443 A JPH10189443 A JP H10189443A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出用マー
ク、マーク検出方法及びその装置並びに露光装置に係
り、更に詳しくは基板平面上に形成される位置検出用マ
ーク、このマークの検出方法及びその装置、並びにこの
マーク検出装置を基板の位置検出用として具備する露光
装置に関する。本発明に係る位置検出用マークは、例え
ば半導体素子等を製造するフォトリソグラフィ工程で使
用されるマスクパターンで感光性の基板を露光する露光
装置のマスクパターンと感光性の基板の位置合わせのた
め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 mark, a mark detecting method and apparatus therefor, and an exposure apparatus. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and an exposure apparatus including the mark detection apparatus for detecting a position of a substrate. The position detection mark according to the present invention is, for example, for aligning the photosensitive substrate with the mask pattern of an exposure apparatus that exposes a photosensitive substrate with a mask pattern used in a photolithography process for manufacturing a semiconductor element or the like. It is suitable for use.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像
素子（ＣＣＤ）又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイ
スを製造するためのフォトリソグラフィ工程では、転写
用のパターンが形成されたフォトマスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する）の像を、投影光学系
を介して、感光材（フォトレジスト）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」とい
う）上に投影する投影露光装置が使用されている。2. Description of the Related Art For example, in a photolithography process for manufacturing a micro device such as a semiconductor device, a liquid crystal display device, an image pickup device (CCD) or a thin film magnetic head, a photomask or a reticle (hereinafter referred to as a reticle) having a transfer pattern formed thereon. , A “reticle”) is projected through a projection optical system onto a wafer (hereinafter, referred to as a “wafer”) such as a wafer or a glass plate coated with a photosensitive material (photoresist). The device is being used.
【０００３】この種の投影露光装置においては、露光に
先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行う必要がある。このアライメントを行
うために、ウエハ上には以前のフォトリソグラフィ工程
で形成（露光転写）された位置検出用マーク（アライメ
ントマーク）が設けられており、このアライメントマー
クの位置を検出することで、ウエハ（又はウエハ上の回
路パターン）の正確な位置を検出することができる。In this type of projection exposure apparatus, it is necessary to perform high-precision alignment (alignment) between a reticle and a wafer prior to exposure. In order to perform this alignment, a position detection mark (alignment mark) formed (exposed and transferred) in the previous photolithography process is provided on the wafer. By detecting the position of the alignment mark, the wafer is detected. (Or the circuit pattern on the wafer) can be accurately detected.
【０００４】このウエハ上のマークは、完成後のマイク
ロデバイスの動作特性にとっては全く不要なものである
から、なるべく小さいことが望ましい。また、一般的に
はこれらのマークは、各種プロセスの完成後にマイクロ
デバイスを分離切断するための「きりしろ」である「ス
トリートライン」と呼ばれる、マイクロデバイス間の境
界領域に設定される。ストリートラインは、幅が７０〜
９０μｍ程度の帯状の領域であるので、マークの大きさ
はその短辺が７０μｍ以下であることが望ましい。Since the marks on the wafer are completely unnecessary for the operating characteristics of the micro device after completion, it is desirable that the marks be as small as possible. In general, these marks are set in a boundary area between microdevices called a "street line" which is a "margin" for separating and cutting the microdevice after completion of various processes. Street lines have a width of 70-
Since it is a band-like area of about 90 μm, it is desirable that the size of the mark has a short side of 70 μm or less.
【０００５】ウエハ上のマークの位置検出にはいくつか
の方法が実用化されているが、最近は、光学的なマーク
の像を検出しその像強度分布に基づいてマーク位置を検
出する画像検出が主流となっている。Several methods have been put into practical use for detecting the position of a mark on a wafer, but recently, image detection for detecting an image of an optical mark and detecting the mark position based on the image intensity distribution has been performed. Is the mainstream.
【０００６】また、上記位置合わせには極めて高い精度
が要求されるので、従来はマーク位置の検出に際し、直
交する２方向（Ｘ方向，Ｙ方向）についてそれぞれ専用
のマーク（Ｘマーク，Ｙマーク）を使用し、それらを順
次計測する方法が主流であった。これらのマーク（１次
元計測用マーク）としては、一般に計測方向に周期性を
有する、いわゆるラインアンドスペースパターンが使用
されていた。In addition, since extremely high accuracy is required for the above-described positioning, conventionally, when detecting a mark position, a dedicated mark (X mark, Y mark) is used in each of two orthogonal directions (X direction, Y direction). And the method of measuring them sequentially was the mainstream. As these marks (one-dimensional measurement marks), a so-called line and space pattern having periodicity in a measurement direction has been generally used.
【０００７】図８（Ａ）、（Ｂ）には、従来の１次元計
測用のマークの一例が示されている。図８（Ａ）のマー
クＭＸは、Ｘ方向の検出に使用するマークであり、図８
（Ｂ）のマークＭＹは、Ｙ方向の検出に使用するマーク
である。これらのマークＭＸ，ＭＹがペアで用いられ
（それらの位置関係には特別な限定はなかった）、先ず
一方のマークで一方の方向（Ｘ方向又はＹ方向）につい
て位置検出した後、もう一方のマークで残る一方向（Ｙ
方向又はＸ方向）について位置検出を行っていた。FIGS. 8A and 8B show an example of a conventional one-dimensional measurement mark. The mark MX in FIG. 8A is a mark used for detection in the X direction.
The mark MY in (B) is a mark used for detection in the Y direction. These marks MX and MY are used as a pair (there is no particular limitation on their positional relationship). First, one mark is detected in one direction (X direction or Y direction), and then the other is detected. One direction (Y
Direction or X direction).
【０００８】また、これらのマークは、前述の如くその
短辺の長さがストリートラインの幅（一般に７０μｍ〜
９０μｍ）以下であることが要求されるので、それぞれ
のマークの非検出方向（ＭＸのＹ方向，ＭＹのＸ方向）
も、この制約から一般に７０μｍ程度以下の幅に押さえ
られていた。Further, as described above, the length of the short side of each of these marks is the width of the street line (generally 70 μm to 70 μm).
90 μm) or less, the non-detection direction of each mark (Y direction of MX, X direction of MY)
Due to this limitation, the width was generally suppressed to about 70 μm or less.
【０００９】また、上記のマークの位置を検出するため
のマーク検出光学系は極めて高度な収差補正が要求され
る。この収差補正とは、光学系の設計上の収差補正にと
どまらず、レンズの偏芯や面精度などの加工上の誤差に
よる収差をも含んだものである。特に加工上の誤差につ
いては、これを完全に零にすることは困難であり、光学
系の組立後に、特定の「マーク検出位置」（検出エリア
内の、検出光学系の光軸近傍の１点）での残存収差を最
小とするような調整を行なうことで、検出時の残存収差
の影響を低減している。従って、マークを検出する位置
が上記の収差最小点からずれると、収差による検出誤差
が生じ、マークの検出精度は悪化することになる。In addition, the mark detection optical system for detecting the position of the mark requires extremely high aberration correction. This aberration correction includes not only aberration correction in design of the optical system but also aberration due to processing errors such as eccentricity and surface accuracy of the lens. In particular, it is difficult to completely reduce the processing error to zero, and after assembling the optical system, a specific “mark detection position” (one point near the optical axis of the detection optical system in the detection area) The effect of the residual aberration at the time of detection is reduced by performing the adjustment so as to minimize the residual aberration in (1). Therefore, if the position where the mark is detected deviates from the above-mentioned minimum aberration point, a detection error due to the aberration occurs, and the mark detection accuracy deteriorates.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術にあっては、位置検出のためのマーク検出はＸ方
向とＹ方向について別々に行なわれていたため、マーク
の検出に要する時間が長く、ひいては投影露光装置の処
理能力（スループット）を低下させるという不都合があ
った。However, in the above-mentioned prior art, since the mark detection for position detection is performed separately in the X direction and the Y direction, the time required for the mark detection is long, and as a result, There has been an inconvenience of reducing the processing capability (throughput) of the projection exposure apparatus.
【００１１】かかる点に鑑み、従来においてもＸ，Ｙ２
次元方向についての検出を同時に行なえる２次元マーク
も使用されていた。In view of this point, X, Y2
A two-dimensional mark that can simultaneously detect a dimension direction has also been used.
【００１２】図９には、ＸＹ両方向の検出用の２次元マ
ークの一例が示されている。この図９に示されるマーク
ＭＧは、それ自体に２次元の周期性を有するマークであ
る。但し、この図９から明らかな通り、マーク面積に対
するＸＹ各方向の位置検出に有効なマークエッジ（黒白
境界）は、その２次元の周期性のために一次元マーク
（ＭＸ，ＭＹ）に比べほぼ半減してしまう。そのため、
一次元マーク（ＭＸ，ＭＹ）と同程度の検出精度を得る
には、マーク面積を増大させる必要があるが、その場合
にはマークの一辺（又は短辺）の長さが前述のストリー
トライン幅より大きくなり（例えば図９の場合は１００
μｍ以上）、その一部がウエハ上の回路パターンにかか
ってしまうので、マーク形成位置の制約が大きくなって
しまうという不都合があった。FIG. 9 shows an example of a two-dimensional mark for detection in both the X and Y directions. The mark MG shown in FIG. 9 is a mark having two-dimensional periodicity itself. However, as is apparent from FIG. 9, the mark edge (black-white boundary) effective for detecting the position of the mark area in each of the XY directions is almost equal to the one-dimensional mark (MX, MY) due to its two-dimensional periodicity. Will be halved. for that reason,
In order to obtain the same detection accuracy as that of the one-dimensional mark (MX, MY), it is necessary to increase the mark area. In this case, the length of one side (or short side) of the mark is equal to the width of the street line. 9 (eg, 100 in the case of FIG. 9).
.mu.m or more), a part of which is applied to the circuit pattern on the wafer, so that there is an inconvenience that the restriction on the mark forming position is increased.
【００１３】一方、図１０に示されるような、Ｘ方向１
次元検出用マークＭａとＹ方向１次元検出用マークＭｂ
とを並べて配置した２次元マークＭｔを用いれば、マー
クの短辺をストリートラインの幅以下とすることは可能
である。On the other hand, as shown in FIG.
Dimension detection mark Ma and Y-direction one-dimensional detection mark Mb
It is possible to make the short side of the mark less than or equal to the width of the street line by using the two-dimensional mark Mt in which are arranged side by side.
【００１４】しかしながら、図１０に示されるＭｔの如
きマークでは、検出精度に問題がある。すなわち、前述
の如く、特定の「マーク検出位置」（検出エリア内の、
検出光学系の光軸近傍の１点）での残存収差を最小とす
るような調整が行なわれていることから、マークＭｔ
を、ＸＹの２方向について同時に検出するに際しては、
一方の方向の検出用マーク、例えばＹ方向検出用マーク
Ｍｂ（又はＸ方向検出用マークＭａ）を光軸近傍に配置
すると、他方の方向のマークＭａ（又はマークＭｂ）は
光軸から離れた位置となり、位置検出値は光学系の残存
収差の悪影響を受け（これについては、後の実施形態の
説明中で本発明との比較のため更に詳述する）、検出誤
差が増大するという不都合があった。However, a mark such as Mt shown in FIG. 10 has a problem in detection accuracy. That is, as described above, the specific “mark detection position” (in the detection area,
Since the adjustment has been performed to minimize the residual aberration at one point near the optical axis of the detection optical system), the mark Mt
Are simultaneously detected in the two directions of XY,
When a mark for detection in one direction, for example, a mark Mb for Y-direction detection (or a mark Ma for X-direction detection) is arranged near the optical axis, the mark Ma (or mark Mb) in the other direction is positioned away from the optical axis. The position detection value is adversely affected by the residual aberration of the optical system (this will be described in more detail later in the description of the embodiment for comparison with the present invention), and there is a disadvantage that a detection error increases. Was.
【００１５】本発明は、上記のような事情の下になされ
たもので、請求項１に記載の発明の目的は、マーク検出
時間を短縮することができ、しかも検出光学系の残存収
差の影響を殆ど受けることなく高精度な位置検出を可能
にする位置検出用マークを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to shorten the mark detection time and to reduce the influence of residual aberration of the detection optical system. It is an object of the present invention to provide a position detection mark which enables high-accuracy position detection without substantially receiving the mark.
【００１６】また、請求項２に記載の発明の目的は、請
求項１に記載の発明の目的に加え、一層高精度なマーク
位置検出を可能にする位置検出用マークを提供すること
にある。Another object of the present invention is to provide a position detecting mark which enables more accurate mark position detection, in addition to the object of the present invention.
【００１７】また、請求項３に記載の発明の目的は、上
記各発明の目的に加え、マークサイズの要求に応えうる
位置合わせマークを提供することにある。A third object of the present invention is to provide an alignment mark which can meet a demand for a mark size, in addition to the objects of the above-mentioned inventions.
【００１８】また、請求項４に記載の発明の目的は、マ
ーク検出時間を短縮するとともに、検出光学系の残存収
差の影響を受けることなく高精度にマーク位置検出を行
なうことができるマーク検出方法を提供することにあ
る。A fourth object of the present invention is to provide a mark detection method capable of shortening a mark detection time and detecting a mark position with high accuracy without being affected by residual aberration of a detection optical system. Is to provide.
【００１９】また、請求項５に記載の発明の目的は、マ
ーク検出時間を短縮するとともに、検出光学系の残存収
差の影響を受けることなく高精度にマーク位置検出を行
なうことができるマーク検出装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a mark detecting apparatus capable of shortening a mark detecting time and detecting a mark position with high accuracy without being affected by residual aberration of a detecting optical system. Is to provide.
【００２０】また、請求項６に記載の発明の目的は、ス
ループットの向上を図ることができると共に高精度な重
ね合わせ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。It is another object of the present invention to provide an exposure apparatus capable of improving the throughput and realizing high-accuracy overlay.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板（Ｗ）上に形成され、所定の第１軸方向（例え
ばＹ軸方向）とこれに直交する第２軸方向（例えばＸ軸
方向）の前記基板（Ｗ）の位置を検出するための位置検
出用マークであって、その中心部近傍に配置された前記
第１軸方向に周期性を有する第１パターン（Ｍ１）と；
前記第１パターン（Ｍ１）の前記第２軸方向の両側近傍
にそれぞれ配置された第２軸方向に周期性を有する第２
パターン（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）とを有する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, which is formed on a substrate (W) and has a predetermined first axial direction (for example, Y-axis direction) and a second axial direction (for example, orthogonal to). A position detection mark for detecting the position of the substrate (W) in the X-axis direction), a first pattern (M1) having periodicity in the first axis direction disposed near the center thereof; ;
A second pattern having periodicity in the second axis direction, which is disposed near both sides of the first pattern (M1) in the second axis direction.
(M2a, M2b).
【００２２】これによれば、第１パターンが形成された
マーク領域の所定の基準点（例えば第１パターンの中
心）に検出光学系の検出中心を一致させた状態で、すな
わち第１パターンを検出光学系の収差最小位置で検出す
ると同時に、第２パターンをその収差最小位置に対称な
２箇所で位置検出して平均化することにより、検出光学
系の残存収差の影響を殆ど受けず、高精度にその位置検
出用マークの第１軸方向と第２軸方向の位置を検出する
ことが可能になる。従って、マーク検出時間を短縮する
ことができ、しかも検出光学系の残存収差の影響を殆ど
受けることなく高精度な位置検出が可能になる。According to this, the first pattern is detected while the detection center of the detection optical system is aligned with a predetermined reference point (for example, the center of the first pattern) of the mark area where the first pattern is formed. At the same time as detecting at the minimum aberration position of the optical system, by detecting and averaging the position of the second pattern at two positions symmetrical to the minimum aberration position, the second pattern is hardly affected by the residual aberration of the detection optical system and has high accuracy. Thus, the position of the position detection mark in the first axis direction and the second axis direction can be detected. Therefore, the mark detection time can be shortened, and the position can be detected with high accuracy without being affected by the residual aberration of the detection optical system.
【００２３】この場合において、第１パターンと第２パ
ターンのそれぞれの周期は、請求項２に記載の発明の如
く、６μｍ〜１６μｍ程度にすることが望ましい。これ
は、位置検出用マークは通常フォトリソグラフィ工程に
より段差マークとして基板上に形成されるので、周期が
６μｍより小さいと、マーク形成のプロセスによりマー
クが埋まることがあり、また、１６μｍより大きいと、
通常マーク検出に用いられる撮像素子（ＣＣＤ）の画面
上で取り込めるマークの本数が少なくなり過ぎて検出精
度が劣化することになるからである。従って、パターン
の周期を６μｍ〜１６μｍ程度にした場合には、上記の
ような不都合がなく、一層高精度なマーク位置検出が可
能になる。In this case, it is desirable that the period of each of the first pattern and the second pattern is about 6 μm to 16 μm. This is because the position detection mark is usually formed on the substrate as a step mark by a photolithography process. Therefore, if the period is smaller than 6 μm, the mark may be filled by the mark forming process.
This is because the number of marks that can be captured on the screen of an imaging device (CCD) used for normal mark detection becomes too small, and the detection accuracy is degraded. Therefore, when the period of the pattern is set to about 6 μm to 16 μm, the above-described inconvenience is not caused, and the mark position can be detected with higher accuracy.
【００２４】また、これらの場合において、請求項３に
記載の発明の如く、前記第１パターンとその両側の第２
パターンとが形成されたマーク領域の短辺の長さが５０
μｍ〜７０μｍ程度であることが望ましい。これは、通
常位置検出用マークは、前述した如く、幅７０〜９０μ
ｍ程度のマイクロデバイス間の帯状境界領域（ストリー
トライン）に設定されるが、このストリートラインを切
断するダイシングソーの幅は最大７０μｍ程度であるこ
とを考慮すると、マーク領域の短辺の長さを７０μｍ以
下にすることが望ましく、また、このようにするとスト
リートライン内に位置検出用マークを容易に形成できる
ので、そのマーク形成位置に殆ど制約を受けることがな
いからである。一方、マーク領域の短辺の長さが５０μ
ｍより小さくなると、マークの面積が小さくなり過ぎて
位置検出精度の劣化を招くので、マーク領域の短辺の長
さは５０μｍ以上ある方が良いからである。従って、マ
ーク領域の短辺の長さを５０μｍ〜７０μｍ程度にした
場合には、マークサイズの要求にも充分応えることが可
能になる。In these cases, the first pattern and the second patterns on both sides of the first pattern are provided.
The length of the short side of the mark area where the pattern is formed is 50
It is desirable that it is about μm to 70 μm. This is because the normal position detection mark has a width of 70 to 90 μm as described above.
m is set in a band-like boundary region (street line) between microdevices. Considering that the width of a dicing saw for cutting this street line is up to approximately 70 μm, the length of the short side of the mark region is set to This is because it is preferable that the thickness be equal to or less than 70 μm. In addition, since the position detection mark can be easily formed in the street line, the mark formation position is hardly restricted. On the other hand, the length of the short side of the mark area is 50 μm.
If it is smaller than m, the area of the mark becomes too small and the position detection accuracy is deteriorated. Therefore, it is better that the length of the short side of the mark area is 50 μm or more. Therefore, when the length of the short side of the mark area is set to about 50 μm to 70 μm, it is possible to sufficiently meet the requirements for the mark size.
【００２５】請求項４に記載の発明は、基板（Ｗ）上に
形成された請求項１ないし３のいずれか一項に記載の位
置検出用マークの所定の第１軸方向（例えばＹ軸方向）
とこれに直交する第２軸方向（例えばＸ軸方向）の位置
を検出するマーク検出方法であって、所定の検出中心近
傍のマーク領域から前記位置検出用マークの前記第１軸
方向の位置を検出するとともに、前記検出中心から前記
第２軸方向の両側に所定間隔離れたそれぞれのマーク領
域から前記位置検出用マークの前記第２軸方向の位置を
検出することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a position detecting mark formed on a substrate (W) in a predetermined first axis direction (for example, a Y axis direction). )
And a mark detection method for detecting a position in a second axis direction (for example, an X axis direction) orthogonal to the mark. And detecting the position of the position detection mark in the second axis direction from each mark area separated by a predetermined distance from both sides of the detection center in the second axis direction.
【００２６】これによれば、例えば請求項１ないし３の
いずれか一項に記載の位置検出用マークを基板上に形成
した場合に、この位置検出用マークを構成する第１パタ
ーンが形成されたマーク領域の所定の基準点（例えば第
１パターンの中心）にマーク検出光学系の検出中心を一
致させた状態で、第１パターンを検出光学系の収差最小
位置で検出するとともに、第２パターンをその収差最小
位置に対称な２箇所で位置検出して平均化することによ
り、検出光学系の残存収差の影響を殆ど受けず、高精度
にその位置検出用マークの第１軸方向と第２軸方向の位
置を検出することが可能になる。従って、マーク検出時
間を短縮することができ、しかも検出光学系の残存収差
の影響を殆ど受けることなく高精度にマーク位置検出を
行なうことが可能になる。According to this, for example, when the position detecting mark according to any one of claims 1 to 3 is formed on a substrate, the first pattern constituting the position detecting mark is formed. While the detection center of the mark detection optical system is aligned with a predetermined reference point (for example, the center of the first pattern) of the mark area, the first pattern is detected at the minimum aberration position of the detection optical system, and the second pattern is detected. By detecting and averaging the positions at two points symmetrical to the minimum position of the aberration, the position detection mark is accurately influenced by the first axis and the second axis of the position detection mark with little influence from the residual aberration of the detection optical system. The position in the direction can be detected. Accordingly, the mark detection time can be shortened, and the mark position can be detected with high accuracy without being substantially affected by the residual aberration of the detection optical system.
【００２７】請求項５に記載の発明は、基板（Ｗ）上に
形成された位置検出用マークの所定の第１軸方向（例え
ばＹ軸方向）とこれに直交する第２軸方向（例えばＸ軸
方向）の位置を検出するマーク検出装置であって、前記
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の位置検出用マ
ーク（ＭＰ）が形成された基板（Ｗ）を搭載して基準平
面内を移動可能な基板ステージ（１８）と；前記位置検
出用マーク（ＭＰ）を光電検出する画像処理方式のマー
ク検出系（ＡＳ）と；前記マーク検出系（ＡＳ）により
検出された検出信号を処理することにより、前記位置検
出用マークの第１軸方向及び前記第２軸方向の位置を求
める画像処理装置（１６）とを有する。According to a fifth aspect of the present invention, the position detecting mark formed on the substrate (W) has a predetermined first axial direction (for example, Y-axis direction) and a second axial direction (for example, X-axis direction) orthogonal thereto. 4. A mark detection device for detecting a position in an axial direction), comprising a substrate (W) on which a position detection mark (MP) according to any one of claims 1 to 3 is formed, mounted on a reference plane. A substrate stage (18) movable in the interior; a mark detection system (AS) of an image processing system for photoelectrically detecting the position detection mark (MP); and a detection signal detected by the mark detection system (AS). An image processing device (16) for performing processing to determine the position of the position detection mark in the first axis direction and the second axis direction.
【００２８】これによれば、基板ステージ上に請求項１
ないし３のいずれか一項に記載の位置検出用マークが形
成された基板が搭載されているので、マーク検出系によ
り基板ステージの静止状態にて、位置検出用マークを光
電検出することが可能になる。また、このようにしてマ
ーク検出系により位置検出用マークが光電検出される
と、画像処理装置ではこの検出信号を処理することによ
り、位置検出用マークの第１軸方向及び第２軸方向の位
置を求める。このため、位置検出用マークの２次元方向
の位置を基板ステージを止めた状態で、換言すれば１回
の検出により求めることが可能になる。また、マーク検
出系によるマークの検出の際に、位置検出用マークを構
成する第１パターンの中心にその検出系を構成する検出
光学系の検出中心を一致させて第１パターンを検出光学
系の収差最小位置で検出するとともに、第２パターンを
その収差最小位置に対称な２箇所で位置検出して平均化
することにより、検出光学系の残存収差の影響を殆ど受
けず、高精度にその位置検出用マークの第１軸方向と第
２軸方向の位置を検出することが可能になる。According to this, the first aspect is provided on the substrate stage.
Since the substrate on which the position detection mark according to any one of the above items 3 is formed is mounted, the position detection mark can be photoelectrically detected by the mark detection system while the substrate stage is stationary. Become. When the position detection mark is photoelectrically detected by the mark detection system in this manner, the image processing apparatus processes the detection signal to thereby determine the position of the position detection mark in the first axis direction and the second axis direction. Ask for. For this reason, the position of the position detection mark in the two-dimensional direction can be obtained in a state where the substrate stage is stopped, in other words, by one detection. Further, when the mark is detected by the mark detection system, the center of the first pattern forming the position detection mark is made to coincide with the detection center of the detection optical system forming the detection system, and the first pattern is detected by the detection optical system. By detecting at the minimum aberration position and detecting and averaging the position of the second pattern at two points symmetrical to the minimum aberration position, the position of the second pattern can be accurately detected with little influence from the residual aberration of the detection optical system. It is possible to detect the position of the detection mark in the first axis direction and the second axis direction.
【００２９】請求項６に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して
感光材が塗布された基板（Ｗ）上に投影露光する露光装
置であって、前記請求項５に記載のマーク検出装置を前
記基板（Ｗ）の位置検出用として具備することを特徴と
する。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for projecting and exposing an image of a pattern formed on a mask (R) onto a substrate (W) coated with a photosensitive material via a projection optical system (PL). Wherein the mark detection device according to claim 5 is provided for detecting the position of the substrate (W).
【００３０】これによれば、従来の１次元マークを用い
る場合に比べて基板上の位置検出用マークの検出時間を
短縮することが可能になるとともに、マーク検出系を構
成する検出光学系の残存収差の影響を殆ど受けず、高精
度にその位置検出用マークの第１軸方向と第２軸方向の
位置を検出することが可能になることから、結果的にス
ループットの向上、アライメント精度の向上による重ね
合わせ精度の向上を図ることが可能になる。According to this, it is possible to shorten the detection time of the position detecting mark on the substrate as compared with the case of using the conventional one-dimensional mark, and to keep the detection optical system constituting the mark detecting system. Since it is possible to detect the position of the position detecting mark in the first axis direction and the second axis direction with high accuracy without being substantially affected by aberration, the throughput and the alignment accuracy are improved as a result. Can improve the overlay accuracy.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図７に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
7 will be described with reference to FIG.
【００３２】図１には、本発明に係る位置検出装置を、
オフ・アクシス方式のアライメントセンサとして備えた
一実施形態に係る投影露光装置１００が示されている。
この投影露光装置１００は、ステップ・アンド・リピー
ト方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパー）であ
る。FIG. 1 shows a position detecting apparatus according to the present invention.
A projection exposure apparatus 100 according to one embodiment provided as an off-axis type alignment sensor is shown.
The projection exposure apparatus 100 is a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (a so-called stepper).
【００３３】この投影露光装置１００は、照明系ＩＯＰ
と、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステ
ージＲＳＴと、レチクルＲに形成されたパターンの像を
感光材（フォトレジスト）が塗布された基板としてのウ
エハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持
して２次元平面（ＸＹ平面内）を移動する基板ステージ
としてのＸＹステージ２０と、ＸＹステージ２０を駆動
する駆動系２２と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏイ
ンターフェース等を含んで構成されるミニコンピュータ
（又はマイクロコンピュータ）から成り装置全体を統括
制御する主制御装置２８とを備えている。The projection exposure apparatus 100 includes an illumination system IOP
A reticle stage RST for holding a reticle R as a mask, a projection optical system PL for projecting an image of a pattern formed on the reticle R onto a wafer W as a substrate coated with a photosensitive material (photoresist), It includes an XY stage 20 as a substrate stage that moves on a two-dimensional plane (within the XY plane) while holding the wafer W, a drive system 22 that drives the XY stage 20, a CPU, a ROM, a RAM, an I / O interface, and the like. And a main controller 28 which is composed of a minicomputer (or microcomputer) and controls the entire apparatus.
【００３４】前記照明系ＩＯＰは、光源（水銀ランプ又
はエキシマレーザ等）と、フライアイレンズ、リレーレ
ンズ、コンデンサレンズ等から成る照明光学系とから構
成されている。この照明系ＩＯＰは、光源からの露光用
の照明光ＩＬによってレチクルＲの下面（パターン形成
面）のパターンを均一な照度分布で照明する。ここで、
露光用照明光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ線等の輝
線、又はＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザ光等が用い
られる。The illumination system IOP includes a light source (a mercury lamp or an excimer laser) and an illumination optical system including a fly-eye lens, a relay lens, a condenser lens, and the like. The illumination system IOP illuminates a pattern on the lower surface (pattern forming surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution by exposure illumination light IL from a light source. here,
As the illumination light for exposure IL, a bright line such as an i-line of a mercury lamp, or an excimer laser beam such as KrF or ArF is used.
【００３５】レチクルステージＲＳＴ上には不図示の固
定手段を介してレチクルＲが固定されており、このレチ
クルステージＲＳＴは、不図示の駆動系によってＸ軸方
向（図１における紙面直交方向）、Ｙ軸方向（図１にお
ける紙面左右方向）及びθ方向（ＸＹ面内の回転方向）
に微小駆動可能とされている。これにより、このレチク
ルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レ
チクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐとほぼ一
致する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメ
ント）できるようになっている。図１では、このレチク
ルアライメントが行われた状態が示されている。A reticle R is fixed on the reticle stage RST via fixing means (not shown). The reticle stage RST is driven by a driving system (not shown) in the X-axis direction (perpendicular to the plane of FIG. 1) and in the Y direction. Axial direction (left-right direction in FIG. 1) and θ direction (rotation direction in XY plane)
Can be finely driven. Thus, reticle stage RST can position reticle R (reticle alignment) in a state where the center of the pattern of reticle R (reticle center) substantially matches optical axis AXp of projection optical system PL. FIG. 1 shows a state in which this reticle alignment has been performed.
【００３６】投影光学系ＰＬは、その光軸ＡＸｐがレチ
クルステージＲＳＴの移動面に直交するＺ軸方向とさ
れ、ここでは両側テレセントリックで、所定の縮小倍率
β（βは例えば１／５）を有するものが使用されてい
る。このため、レチクルＲのパターンとウエハＷ上のシ
ョット領域との位置合わせ（アライメント）が行われた
状態で、照明光ＩＬによりレチクルＲが均一な照度で照
明されると、パターン形成面のパターンが投影光学系Ｐ
Ｌにより縮小倍率βで縮小されて、フォトレジストが塗
布されたウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域にパターンの縮小像が形成される。The projection optical system PL has its optical axis AXp in the Z-axis direction orthogonal to the plane of movement of the reticle stage RST. In this case, the projection optical system PL is telecentric on both sides and has a predetermined reduction magnification β (β is, for example, １ ／). Things are used. For this reason, if the reticle R is illuminated with uniform illuminance by the illumination light IL in a state where the pattern of the reticle R and the shot area on the wafer W are aligned (aligned), the pattern on the pattern forming surface is changed. Projection optical system P
L, the image is projected on the wafer W coated with the photoresist, and a reduced image of the pattern is formed in each shot area on the wafer W.
【００３７】前記ＸＹステージ２０は、実際には不図示
のベース上をＹ軸方向に移動するＹステージと、このＹ
ステージ上をＸ軸方向に移動するＸステージとで構成さ
れているが、図１ではこれらが代表的にＸＹステージ２
０として示されている。このＸＹステージ２０上にウエ
ハテーブル１８が搭載され、このウエハテーブル１８上
に不図示のウエハホルダを介して真空吸着等によってウ
エハＷが保持されている。The XY stage 20 is actually a Y stage that moves on a base (not shown) in the Y axis direction.
An X stage is configured to move on the stage in the X axis direction. In FIG.
Shown as zero. A wafer table 18 is mounted on the XY stage 20, and a wafer W is held on the wafer table 18 by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown).
【００３８】前記ウエハテーブル１８は、ウエハＷを保
持するウエハホルダをＺ軸方向に微小駆動させるもの
で、Ｚステージとも称される。この、ウエハテーブル１
８の一端部上面には、移動鏡２４が設けられており、こ
の移動鏡２４にレーザビームを投射して、その反射光を
受光することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ面内の
位置を計測するレーザ干渉計２６が移動鏡２４の反射面
に対向して設けられている。なお、実際には、移動鏡は
Ｘ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交
する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応
してレーザ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計
とＹ方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられてい
るが、図１ではこれらが代表して移動鏡２４、レーザ干
渉計２６として図示されている。従って、以下の説明で
はレーザ干渉計２６によって、ウエハテーブル１８のＸ
Ｙ座標が計測されるものとする。The wafer table 18 minutely drives a wafer holder for holding the wafer W in the Z-axis direction, and is also called a Z stage. This wafer table 1
A movable mirror 24 is provided on the upper surface of one end of the mirror 8, and a laser beam is projected on the movable mirror 24 and the reflected light is received to measure the position of the wafer table 18 in the XY plane. A laser interferometer 26 is provided to face the reflecting surface of the movable mirror 24. Actually, the moving mirror is provided with an X moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the X axis and a Y moving mirror having a reflecting surface orthogonal to the Y axis. Although an X laser interferometer for measuring the direction position and a Y laser interferometer for measuring the Y direction position are provided, these are representatively shown as a movable mirror 24 and a laser interferometer 26 in FIG. Therefore, in the following description, the X-ray
It is assumed that the Y coordinate is measured.
【００３９】レーザ干渉計２６の計測値は主制御装置２
８に供給され、主制御装置２８ではこのレーザ干渉計２
６の計測値をモニタしつつ、駆動系２２を介してＸＹス
テージ２０を駆動することにより、ウエハテーブル１８
が位置決めされる。この他、不図示のフォーカスセンサ
の出力も主制御装置２８に供給されており、主制御装置
２８では、フォーカスセンサの出力に基づいて駆動系２
２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向（フォーカス
方向）に駆動する。すなわち、このようにしてウエハテ
ーブル１８を介してウエハＷがＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に
位置決めされる。The measured value of the laser interferometer 26 is stored in the main controller 2
The main controller 28 controls the laser interferometer 2
By driving the XY stage 20 via the drive system 22 while monitoring the measurement value of the
Is positioned. In addition, the output of a focus sensor (not shown) is also supplied to the main controller 28, and the main controller 28 controls the drive system 2 based on the output of the focus sensor.
Then, the wafer table 18 is driven in the Z-axis direction (focus direction) via the interface 2. That is, the wafer W is positioned in the three axes of X, Y, and Z via the wafer table 18 in this manner.
【００４０】また、ウエハテーブル１８上には、その表
面がウエハＷの表面と同じ高さになるような基準板ＦＰ
が固定されている。この基準板ＦＰの表面には、いわゆ
るベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各
種の基準マークが形成されている。On the wafer table 18, a reference plate FP whose surface is the same as the surface of the wafer W is provided.
Has been fixed. On the surface of the reference plate FP, various reference marks including a reference mark used for so-called baseline measurement or the like are formed.
【００４１】更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬの
側面に、ウエハＷに形成された位置検出用マークを検出
するマーク検出系としてのオフ・アクシス方式のアライ
メントセンサＡＳが設けられている。このアライメント
センサＡＳとしては、画像処理方式の結像式アライメン
トセンサが用いられている。Further, in this embodiment, an off-axis type alignment sensor AS as a mark detection system for detecting a position detection mark formed on the wafer W is provided on a side surface of the projection optical system PL. As the alignment sensor AS, an imaging type alignment sensor of an image processing system is used.
【００４２】図２には、このアライメントセンサＡＳの
構成が詳細に示されている。このアライメントセンサＡ
Ｓは、図２に示されるように、ウエハＷの表面に形成さ
れた位置検出用マークＭＰ（これについては、後に詳述
する）やアライメントセンサＡＳの検出中心を決める基
準となる後述する指標板５２に形成された指標マークに
対してそれぞれ照明光を照射し、位置検出用マークＭＰ
と指標マークの２次元像を形成する検出光学系１２と、
それらの２次元像を撮像する２次元撮像素子としてのＣ
ＣＤ１４等を含んで構成されている。FIG. 2 shows the configuration of the alignment sensor AS in detail. This alignment sensor A
As shown in FIG. 2, S is a position detection mark MP (which will be described in detail later) formed on the surface of the wafer W and an index plate, which will be described later, which serves as a reference for determining the detection center of the alignment sensor AS. Illumination light is applied to each of the index marks formed on the reference mark 52, and the position detection mark MP
And a detection optical system 12 for forming a two-dimensional image of the index mark,
C as a two-dimensional imaging device for capturing those two-dimensional images
It is configured to include a CD 14 and the like.
【００４３】前記検出光学系１２は、光源３０、コンデ
ンサーレンズ３２、波長選択素子３４、照明視野絞り３
６、リレーレンズ３８、照明開口絞り４０、ビームスプ
リッタ４２、対物レンズ４４、結像開口絞り４６、結像
レンズ４８、ビームスプリッタ（合成プリズム）５０、
指標板５２、リレーレンズ５４、光源５６、コンデンサ
ーレンズ５８、指標照明視野絞り６０、レンズ６２等を
含んで構成されている。ここで、この検出光学系１２の
構成各部についてその作用とともに説明する。The detection optical system 12 includes a light source 30, a condenser lens 32, a wavelength selection element 34, and an illumination field stop 3.
6, relay lens 38, illumination aperture stop 40, beam splitter 42, objective lens 44, imaging aperture stop 46, imaging lens 48, beam splitter (synthetic prism) 50,
It includes an index plate 52, a relay lens 54, a light source 56, a condenser lens 58, an index illumination field stop 60, a lens 62 and the like. Here, each component of the detection optical system 12 will be described together with its operation.
【００４４】光源３０は、ブロードバンドな照明光（広
帯域光）を発するハロゲンランプ等により構成される。
これは、画像処理方式のアライメントセンサの場合、単
色光を光源として用いると、ウエハＷの表面に塗布され
たフォトレジストの薄膜干渉等の影響によりマーク画像
の検出が確実に行えない場合もあり得るので、非干渉性
の光を発する光源を用いることとしたのである。従っ
て、レジストの薄膜干渉等の影響が殆どないような場合
には、光源としてレーザ光を発するレーザ光源を用いて
も良い。The light source 30 is constituted by a halogen lamp or the like which emits broadband illumination light (broadband light).
This is because, in the case of an alignment sensor of an image processing method, if monochromatic light is used as a light source, it may be impossible to reliably detect a mark image due to the influence of thin film interference of a photoresist applied to the surface of the wafer W. Therefore, a light source that emits incoherent light is used. Therefore, in the case where there is almost no influence of the thin film interference of the resist or the like, a laser light source that emits a laser beam may be used as the light source.
【００４５】光源３０を発したブロードバンドな照明光
（広帯域光）は、コンデンサーレンズ３２及び波長選択
素子（シャープカットフィルタ又は干渉フィルタ等）３
４を経て照明視野絞り３６に入射される。The broadband illumination light (broadband light) emitted from the light source 30 is supplied to a condenser lens 32 and a wavelength selection element (a sharp cut filter or an interference filter) 3.
Then, the light is incident on the illumination field stop 36 through 4.
【００４６】波長選択素子３４は、ウエハＷ上に塗布さ
れたフォトレジスト（例えば、３６５ｎｍ又は２４８ｎ
ｍのものの光に対して感光性を有するもの）に対して非
感光な波長域（例えば波長５５０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の
光束のみを透過させるものである。但し、本実施形態に
係るアライメントセンサＡＳをフォトレジストで覆われ
ていない基板の位置検出用として用いる場合は、感光を
防ぐ必要がないため、露光波長に近い短波長の光束を使
用することもできる。例えば、ウエハ上に形成された回
路パターンと、その上にマスクパターン像を転写して露
光、現像処理した後のレジストパターンとの重ね合わせ
誤差を検出する装置として適用する場合などがある。The wavelength selecting element 34 is formed of a photoresist (for example, 365 nm or 248 nm) applied on the wafer W.
It transmits only a light beam in a wavelength range (for example, a wavelength of 550 nm to 750 nm) that is insensitive to m light. However, when the alignment sensor AS according to the present embodiment is used for detecting the position of a substrate that is not covered with a photoresist, it is not necessary to prevent exposure, so that a light beam having a short wavelength close to the exposure wavelength can be used. . For example, there is a case where the present invention is applied as an apparatus for detecting an overlay error between a circuit pattern formed on a wafer and a resist pattern after transferring and exposing and developing a mask pattern image thereon.
【００４７】照明視野絞り３６の透過部を透過した照明
光ＤＬは、リレーレンズ３８を経て照明開口絞り４０に
入射され、ビームスプリッタ４２で鉛直下方に向けて反
射された後、ビームスプリッタ４２のウエハＷ側に配置
された対物レンズ４４を介してウエハＷ上に形成された
位置検出用マークＭＰを含む照明領域を照射する。The illumination light DL transmitted through the transmission part of the illumination field stop 36 enters the illumination aperture stop 40 via the relay lens 38 and is reflected vertically downward by the beam splitter 42. The illumination area including the position detection mark MP formed on the wafer W is irradiated via the objective lens 44 arranged on the W side.
【００４８】位置検出用マークＭＰは、後述する図３に
示されるような平面形状のマークである。但し、ウエハ
Ｗ上では平面的なマークではなく、マーク部とそれ以外
とが段差を形成する段差状マークとして形成されている
ことが多い。The position detection mark MP is a mark having a planar shape as shown in FIG. However, on the wafer W, the mark portion and other portions are often formed as step-like marks that form a step, instead of a planar mark.
【００４９】照明視野絞り３６は、ウエハＷの表面（位
置検出用マークＭＰ）と実質的に共役（結像関係）とな
っているため、照明視野絞り３６の透過部の形状、大き
さに応じてウエハＷ上での照明領域を制限することがで
きる。Since the illumination field stop 36 is substantially conjugate (imaging relationship) with the surface of the wafer W (the position detection mark MP), it depends on the shape and size of the transmitting portion of the illumination field stop 36. Thus, the illumination area on the wafer W can be limited.
【００５０】ウエハＷ上の位置検出用マークＭＰを含む
照明領域で反射された光束は、対物レンズ４４とビーム
スプリッタ４２を透過して結像開口絞り４６に至る。そ
して、この結像開口絞り４６を透過した光束は、結像レ
ンズ４８により集光され、ビームスプリッタ５０を透過
して指標板５２上に位置検出用マークＭＰの像が形成さ
れる。The light beam reflected by the illumination area including the position detection mark MP on the wafer W passes through the objective lens 44 and the beam splitter 42 and reaches the image forming aperture stop 46. The light beam transmitted through the image forming aperture stop 46 is condensed by the image forming lens 48, transmitted through the beam splitter 50, and an image of the position detection mark MP is formed on the index plate 52.
【００５１】指標板５２の所定位置には、Ｘ方向のマー
ク位置検出の基準となる指標マーク５２ａ，５２ｂと、
Ｙ方向のマーク位置検出の基準となる指標マーク５２
ｃ，５２ｄの計４個の指標マークが、それぞれ結像光学
系１２の光軸ＡＸａを挟み込む様に設けられている（但
し、図２ではＸ方向の指標マーク５２ａ，５２ｂのみ図
示、図４参照）。これにより、このアライメントセンサ
ＡＳは、位置検出用マークのＸ，Ｙ両方向の同時位置検
出に適するようになっている。At predetermined positions of the index plate 52, index marks 52a and 52b serving as references for detecting a mark position in the X direction are provided.
Index mark 52 serving as a reference for detecting a mark position in the Y direction
A total of four index marks c and 52d are provided so as to sandwich the optical axis AXa of the imaging optical system 12 (however, only the index marks 52a and 52b in the X direction are shown in FIG. 2, see FIG. 4). ). Thus, the alignment sensor AS is suitable for simultaneous detection of the position detection mark in both the X and Y directions.
【００５２】上記指標マーク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，
５２ｄは、以下に述べる指標板照明系１３によって照明
されるようになっている。指標板照明系１３は、発光ダ
イオード（ＬＥＤ）等の光源５６、コンデンサーレンズ
５８、指標照明視野絞り６０、レンズ６２等により構成
されている。この指標板照明系１３からの照明光が、ビ
ームスプリッタ５０で反射された後、指標マーク５２
ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを含む部分領域のみを照明
するように、指標照明視野絞り６０の透過部の形状が設
定されている。The index marks 52a, 52b, 52c,
52d is illuminated by an index plate illumination system 13 described below. The index plate illumination system 13 includes a light source 56 such as a light emitting diode (LED), a condenser lens 58, an index illumination field stop 60, a lens 62, and the like. After the illumination light from the index plate illumination system 13 is reflected by the beam splitter 50, the index mark 52
The shape of the transmitting portion of the index illumination field stop 60 is set so as to illuminate only a partial region including a, 52b, 52c, and 52d.
【００５３】また、これと反対に前記照明視野絞り３６
の透過部の形状は、これらの指標マーク５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄを含む部分領域を照明しないように
（遮光するように）設定されている。このため、位置検
出用マークＭＰと指標マーク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，
５２ｄの２次元像は、それぞれ別個に形成することがで
きることから、両マークの２次元像が重畳して形成され
ることが無くなって、それぞれのマーク位置を確実かつ
高精度に検出することが可能になる。On the contrary, the illumination field stop 36
The shape of the transmission part of these index marks 52a, 52
It is set so that the partial area including b, 52c, and 52d is not illuminated (light is shielded). For this reason, the position detection mark MP and the index marks 52a, 52b, 52c,
Since the two-dimensional images of 52d can be formed separately, the two-dimensional images of both marks do not overlap and are formed, and the position of each mark can be reliably and accurately detected. become.
【００５４】指標板５２上に形成された位置検出用マー
クＭＰと指標マーク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの
２次元像は、それぞれリレーレンズ５４によってＣＣＤ
１４に集光され、ＣＣＤ１４の撮像面にそれぞれ結像さ
れる。The two-dimensional images of the position detection mark MP and the index marks 52 a, 52 b, 52 c, 52 d formed on the index plate 52 are formed by a relay lens 54 using a CCD.
The light is condensed on the CCD 14, and forms an image on the imaging surface of the CCD 14.
【００５５】上述のようにしてアライメントセンサＡＳ
が形成され、このアライメントセンサＡＳ（具体的には
ＣＣＤ１４）からの撮像信号ＤＳは、次段の画像処理装
置１６に供給され、この画像処理装置１６は、ＣＣＤ１
４からの撮像信号に基づいて位置検出用マークＭＰと指
標板２５上の指標マーク５２ａ，５２ｂの像の間隔（又
は位置検出用マークＭＰと指標マーク５２ｃ，５２ｄの
間隔）に基づいてウエハＷ上の位置検出用マークＭＰの
位置（指標中心を基準とする相対位置）を検出し、主制
御装置２８に伝える。As described above, the alignment sensor AS
Is formed, and an image pickup signal DS from the alignment sensor AS (specifically, the CCD 14) is supplied to an image processing device 16 in the next stage, and the image processing device 16
4 on the wafer W based on the distance between the image of the position detection mark MP and the index marks 52a and 52b on the index plate 25 (or the distance between the position detection mark MP and the index marks 52c and 52d). Of the position detection mark MP (relative position based on the center of the index) is transmitted to the main controller 28.
【００５６】次に、ウエハＷ上に形成された本発明に係
る位置検出用マークの一例を図３を参照して説明する。
この図３に示されるマークＭＰは、マーク形成領域のＸ
軸方向（第２軸の方向）の中央部に配置されたＹ軸方向
（第１軸方向）の周期性を有する第１パターンとしての
第１マークＭ１と、この第１マークＭ１のＹ軸方向に直
交するＸ軸方向の両側に配置されたＸ軸方向に周期性を
有する第２パターンとしての一対の第２マークＭ２ａ，
Ｍ２ｂとから構成されている。第１マークＭ１はＹ軸方
向の位置計測に用いられ、第２マークＭ２ａ，Ｍ２ｂ
は、Ｘ軸方向の位置検出に用いられる。マークＭ１，Ｍ
２ａ，Ｍ２ｂのピッチは、例えば１２μｍ（６μｍライ
ンアンドスペース）程度である。Next, an example of the position detecting mark according to the present invention formed on the wafer W will be described with reference to FIG.
The mark MP shown in FIG.
A first mark M1 as a first pattern having a periodicity in the Y-axis direction (first axis direction) disposed at a central portion in the axial direction (direction of the second axis), and a Y-axis direction of the first mark M1 A pair of second marks M2a as a second pattern having a periodicity in the X-axis direction,
M2b. The first mark M1 is used for position measurement in the Y-axis direction, and the second marks M2a and M2b
Is used for position detection in the X-axis direction. Mark M1, M
The pitch between 2a and M2b is, for example, about 12 μm (6 μm line and space).
【００５７】もちろん、マークＭ１，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの
ピッチは１２μｍに限定されるものではなく、より微細
なピッチとすることも可能である。ただし、あまり微細
なピッチでは、マイクロデバイスの製造プロセス上の平
坦化工程により平坦化され、マークＭ１，Ｍ２ａ，Ｍ２
ｂが消失してしまう可能性がある。このため、マークＭ
１，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂのピッチは６μｍ以上であることが
望ましい。また、マークＭ１，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂのピッチ
をより大きな値とすることも可能であるが、ピッチが大
きいとストリートラインの領域内に配置できるマークＭ
１，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの本数が減少し、平均化効果が得に
くくなる。このため、マークＭ１，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂのピ
ッチは１６μｍ程度以下であることが望ましい。位置検
出用マークには、先に説明したように、短辺の長さがス
トリートラインの幅（一般に７０から９０μｍ）以下で
あることが要求されるが、図３に示される通り、本発明
に係る位置検出用マークＭＰは、ＸＹいずれか一方のマ
ーク幅を（図３ではＹ軸方向のマーク幅を）、７０μｍ
程度以下に押さえることができる。残る１方向について
の長さは、従来の１次元マークに比べ多少増大するが、
前述のストリートラインに関しては、長さ方向の制約は
無いため全く問題にはならない。Of course, the pitch of the marks M1, M2a, M2b is not limited to 12 μm, but can be a finer pitch. However, if the pitch is too fine, the marks M1, M2a, M2 are flattened by a flattening step in the manufacturing process of the microdevice.
b may be lost. Therefore, the mark M
It is desirable that the pitch between 1, M2a and M2b be 6 μm or more. The pitch of the marks M1, M2a, and M2b can be set to a larger value. However, if the pitch is large, the mark M that can be arranged in the area of the street line can be set.
1, M2a and M2b are reduced in number, and it is difficult to obtain an averaging effect. For this reason, it is desirable that the pitch of the marks M1, M2a, M2b is about 16 μm or less. As described above, the position detection mark is required to have a short side length equal to or less than the width of the street line (generally 70 to 90 μm). As shown in FIG. The position detection mark MP has a mark width of either XY (the mark width in the Y-axis direction in FIG. 3) of 70 μm.
It can be suppressed below. The length in the remaining one direction is slightly increased compared to the conventional one-dimensional mark,
Regarding the above-mentioned street line, there is no restriction in the length direction, so there is no problem at all.
【００５８】ここで、本実施形態に係る投影露光装置１
００により、上記位置検出用マークＭＰを検出する方法
について、図４を参照して説明する。Here, the projection exposure apparatus 1 according to this embodiment
00, a method of detecting the position detection mark MP will be described with reference to FIG.
【００５９】本実施形態においては、前述した指標板５
２上には、図４に示されるように、Ｘ方向について指標
マーク５２ａ，５２ｂ、Ｙ方向について指標マーク５２
ｃ，５２ｄの計４個の指標マークが、それぞれ位置検出
光学系１２の光軸ＡＸａを挟み込む様に設けられてい
る。In this embodiment, the index plate 5 described above is used.
As shown in FIG. 4, the index marks 52a and 52b in the X direction and the index marks 52 in the Y direction
A total of four index marks c and 52d are provided so as to sandwich the optical axis AXa of the position detection optical system 12, respectively.
【００６０】位置検出の際には、位置検出用マークＭＰ
の中心が検出光学系１２の光軸ＡＸａとほぼ合致するよ
うにウエハＷがラフに位置合わせされてセットされる。
そのラフな位置合わせの精度は不図示のサーチアライメ
ント機構の精度によるが、現状のサーチアライメント機
構の精度によれば、最悪でも±１μｍ程度には位置合わ
せできる。At the time of position detection, the position detection mark MP
The wafer W is roughly aligned and set so that the center of the wafer W substantially coincides with the optical axis AXa of the detection optical system 12.
The accuracy of the rough alignment depends on the accuracy of a search alignment mechanism (not shown). However, according to the current accuracy of the search alignment mechanism, the alignment can be performed to ± 1 μm at worst.
【００６１】このラフな位置合わせの結果、撮像素子１
４上に形成される位置検出用マークＭＰと指標板５２上
の指標５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの像の位置関係
は図４のようになるが、画像処理装置１６は、これらの
像のうち破線の長方形で囲んだＸ方向検出領域ＤＸの画
像と同じく破線の長方形で囲んだＹ方向検出領域ＤＹの
画像とを画像処理し、検出領域ＤＸの画像からは指標マ
ーク５２ａ，５２ｂとマークＭ２ａ、Ｍ２ｂの位置関係
を検出し、検出領域ＤＹの画像からは指標マーク５２
ｃ，５２ｄとマークＭ１の位置関係（相対位置）を検出
する。指標マーク５２ａ，５２ｂとマークＭ２ａ、Ｍ２
ｂの相対位置が、すなわち位置検出用マークＭＰのＸ方
向の検出値であり、指標マーク５２ｃ，５２ｄとマーク
Ｍ１の位置関係（相対位置）が、位置検出用マークＭＰ
のＹ方向の検出値である。As a result of this rough alignment, the image sensor 1
The positional relationship between the position detection mark MP formed on the index plate 4 and the images of the indices 52a, 52b, 52c and 52d on the index plate 52 is as shown in FIG. Image processing is performed on the image of the X-direction detection region DX surrounded by the dashed rectangle and the image of the Y-direction detection region DY also surrounded by the dashed rectangle, and from the image of the detection region DX, index marks 52a and 52b and marks M2a, The positional relationship of M2b is detected, and an index mark 52 is obtained from the image of the detection area DY.
The positional relationship (relative position) between c and 52d and the mark M1 is detected. Index marks 52a, 52b and marks M2a, M2
b, that is, the detection value of the position detection mark MP in the X direction, and the positional relationship (relative position) between the index marks 52c and 52d and the mark M1 is the position detection mark MP.
In the Y direction.
【００６２】指標マーク５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２
ｄと、マークＭ１、Ｍ２ａ，Ｍ２ｂのそれぞれの位置検
出には、従来一般に使用されているような検出アルゴリ
ズム、例えばスライス法や相関法を用いればよい。ま
た、Ｘ方向検出領域ＤＸ中の画像には、Ｘ方向の検出に
は無関係のＹ方向検出マークＭ１の像も含んでいるが、
画像処理装置１６中の検出アルゴリズムの設定により、
Ｘ方向の位置検出の際には、指標５２ａ，５２ｂの像と
マークＭ２ａ，Ｍ２ｂの像のみを処理するようにすれば
よい。すなわち、Ｘ方向検出領域ＤＸ中の画像において
はマークＭ１部分のコントラスト変化は、Ｘ方向検出用
マークＭ２ａ，Ｍ２ｂ部分のコントラスト変化に比べて
小さく（およそ半分程度）、従ってマークＭ１部分の信
号強度はマークＭ２ａ，Ｍ２ｂ部分の信号強度に比べて
そのレベルが低くくなるので、例えばスライスレベルを
このレベルより高く設定する等の設定が考えられる。Index marks 52a, 52b, 52c, 52
For detecting the positions of d and the marks M1, M2a, and M2b, a detection algorithm generally used in the related art, for example, a slice method or a correlation method may be used. Further, the image in the X-direction detection area DX includes an image of the Y-direction detection mark M1 irrelevant to the detection in the X-direction,
By setting the detection algorithm in the image processing device 16,
When detecting the position in the X direction, only the images of the indices 52a and 52b and the images of the marks M2a and M2b may be processed. That is, in the image in the X direction detection area DX, the change in contrast at the mark M1 is smaller (about half) than the change in contrast at the X direction detection marks M2a and M2b. Since the level is lower than the signal intensity of the marks M2a and M2b, setting such as setting the slice level higher than this level can be considered.
【００６３】ここで、指標板５２上の指標マーク５２
ａ，５２ｂの間隔は、マークＭＰを挟み込むのに十分な
長さとする。一方、指標マーク５２ｃ，５２ｄの間隔
は、マークＭ１を挟み込むだけの長さとしても良い。但
し、実際問題としては、ウエハＷ上に形成する半導体素
子の設計によってはＸ方向に伸びるストリートライン上
にではなく、Ｙ方向に伸びるストリートライン上にマー
クＭＰを形成する必要もあり、この場合には、図３のマ
ークＭＰを９０度回転したマークを使用することになる
ので、指標マーク５２ｃ，５２ｄの間隔も、９０度回転
したマークＭＰを挟み込むのに十分な長さとしておくこ
とが望ましい。Here, the index mark 52 on the index plate 52
The interval between a and 52b is set to be long enough to sandwich the mark MP. On the other hand, the interval between the index marks 52c and 52d may be set to a length only to sandwich the mark M1. However, as a practical matter, depending on the design of the semiconductor element formed on the wafer W, it is necessary to form the mark MP not on the street line extending in the X direction but on the street line extending in the Y direction. Uses a mark obtained by rotating the mark MP of FIG. 3 by 90 degrees, and it is desirable that the interval between the index marks 52c and 52d is also long enough to sandwich the mark MP that is rotated by 90 degrees.
【００６４】本実施形態に係るアライメントセンサＡＳ
を構成する検出光学系１２は、組立時の調整で、光軸Ａ
Ｘａの位置で残存収差が最小となるように調整される。
従って、図４中のＹ方向検出マークＭ１は、残存収差の
最も少ない位置で位置検出されるため、収差による位置
検出誤差を殆ど受けない。一方、Ｘ方向検出マークＭ２
ａ，Ｍ２ｂの検出は、光軸ＡＸａから離れた位置で行わ
れるので、それらの検出位置には残存収差による検出誤
差が生じることになる。しかし、これら２つのマークＭ
２ａ，Ｍ２ｂは、光軸ＡＸａに対して対称に配置されて
いるので、収差による悪影響もほぼ対称であり、２つの
マークＭ２ａ，Ｍ２ｂの検出値を平均化することによ
り、残存収差の影響を殆どキャンセルすることができ
る。このため、本実施形態においては、残存収差による
検出誤差が殆ど生じない位置検出系を実現することがで
きる。これは、図３に示されるマークＭＰを９０度回転
したマークを使用する場合でも同様である。The alignment sensor AS according to the present embodiment
The detection optical system 12 constituting the optical axis A
The adjustment is performed so that the residual aberration is minimized at the position Xa.
Therefore, the Y-direction detection mark M1 in FIG. 4 is detected at the position where the residual aberration is the least, so that the position detection error due to the aberration is hardly received. On the other hand, the X direction detection mark M2
Since the detection of a and M2b is performed at a position distant from the optical axis AXa, a detection error due to residual aberration occurs at those detection positions. However, these two marks M
Since 2a and M2b are arranged symmetrically with respect to the optical axis AXa, adverse effects due to aberrations are also substantially symmetrical. By averaging the detection values of the two marks M2a and M2b, the effects of residual aberrations are almost eliminated. Can be canceled. For this reason, in the present embodiment, it is possible to realize a position detection system in which a detection error due to residual aberration hardly occurs. This is the same even when a mark obtained by rotating the mark MP shown in FIG. 3 by 90 degrees is used.
【００６５】次に、本実施形態の投影露光装置１００に
より、従来の１次元位置検出用マークの位置を検出する
場合について図５を用いて説明する。Next, a case where the position of a conventional one-dimensional position detecting mark is detected by the projection exposure apparatus 100 of this embodiment will be described with reference to FIG.
【００６６】この場合にも、まず従来のＸ方向１次元位
置検出用マークＭＸを、その中心が検出光学系１２の光
軸ＡＸａとほぼ合致するようにウエハＷをラフに位置合
わせする。そして、Ｘ方向検出領域ＤＸの画像に基づい
て、位置検出用マークＭＸのＸ方向の位置を検出する。
Ｙ方向の位置検出用マークＭＹの検出についても、同様
に位置検出用マークＭＹをＹ方向検出領域ＤＹの画像に
基づいて位置検出すればよい。これらのマークを検出す
る場合も光軸ＡＸａ近傍の領域で行なうため残存収差の
影響を受けない高精度な位置検出が可能である。従っ
て、上記２次元検出用マークＭＰを検出する位置検出系
１２を全く変更することなく、従来の１次元マークの位
置を高精度に検出することが可能である。In this case as well, first, the wafer W is roughly aligned so that the center of the conventional X-direction one-dimensional position detection mark MX substantially coincides with the optical axis AXa of the detection optical system 12. Then, the position of the position detection mark MX in the X direction is detected based on the image of the X direction detection area DX.
Regarding the detection of the position detection mark MY in the Y direction, the position detection mark MY may be similarly detected based on the image of the Y direction detection area DY. Since these marks are also detected in a region near the optical axis AXa, highly accurate position detection that is not affected by residual aberrations is possible. Therefore, the position of the conventional one-dimensional mark can be detected with high accuracy without changing the position detection system 12 for detecting the two-dimensional detection mark MP at all.
【００６７】次に、上述したマークＭＰの位置検出との
比較のため、図６を参照して、図１０に示される従来の
２次元検出用マークＭｔの位置検出について説明する。
このマークＭｔを、ＸＹの２方向について同時に検出す
るためには、指標板（ここでは、便宜上指標板５３とす
る）上に４つの指標マーク（ここでは指標マーク５３
ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄとする）を図６に示される
ように配置すればよいが、マークＭｔの検出に際して
は、Ｙ方向検出用マークＭｂを光軸ＡＸａ近傍に配置さ
せると、Ｘ方向検出用マークＭａは光軸ＡＸａから離れ
た位置となり、位置検出値は光学系の残存収差の悪影響
を受ける。Next, for comparison with the above-described position detection of the mark MP, the conventional position detection of the two-dimensional detection mark Mt shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG.
In order to simultaneously detect the mark Mt in the two directions of XY, four index marks (here, the index marks 53) are provided on an index plate (here, the index plate 53 for convenience).
a, 53b, 53c, and 53d) may be arranged as shown in FIG. 6. However, when the mark Mt is detected, if the Y-direction detection mark Mb is arranged near the optical axis AXa, the X-direction detection is performed. The use mark Ma is located at a position distant from the optical axis AXa, and the position detection value is adversely affected by residual aberration of the optical system.
【００６８】また、ストリートラインの方向性の都合に
より、図１０のマークＭｔを９０度回転したマークＭｒ
を使用する場合についても、図７に示されるように、Ｘ
方向検出用マークＭｃを光軸ＡＸａ近傍に配置すると、
Ｙ方向検出用マークＭｄは光軸ＡＸａから離れた位置と
なり、同様に残存収差の悪影響を受けることになる。Also, due to the directionality of the street line, the mark Mr obtained by rotating the mark Mt of FIG.
Is also used, as shown in FIG.
When the direction detection mark Mc is arranged near the optical axis AXa,
The Y direction detection mark Md is located at a position distant from the optical axis AXa, and is similarly adversely affected by residual aberration.
【００６９】これに対し、本発明に係るマークＭＰの場
合には、前述の如く、検出光学系１２の残存収差の悪影
響を殆ど受けずに高精度なＸＹ２方向についての同時検
出が可能である。On the other hand, in the case of the mark MP according to the present invention, high-precision simultaneous detection in the X and Y directions can be performed with almost no adverse effect of the residual aberration of the detection optical system 12, as described above.
【００７０】なお、上記の説明では、検出光学系１２の
残存収差を最小にする位置は、検出光学系の光軸位置で
あるとしたが、マーク検出の中心位置（指標マーク５２
ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの中心位置）が、光軸ＡＸ
ａからずれている場合には、マーク検出の中心位置にお
いて残存収差が最小となるように調整することが望まし
い。In the above description, the position where the residual aberration of the detection optical system 12 is minimized is the optical axis position of the detection optical system.
a, 52b, 52c, 52d) is the optical axis AX
In the case of deviation from a, it is desirable to adjust so that the residual aberration is minimized at the center position of the mark detection.
【００７１】次に、上述のようにして構成された投影露
光装置の露光時の動作の流れを簡単に説明する。Next, the flow of the operation of the projection exposure apparatus constructed as described above during exposure will be briefly described.
【００７２】ウエハＷが不図示のウエハローダによりウ
エハテーブル１８上にロードされると、不図示のサーチ
アライメント機構によりウエハＷの大まかな位置検出
（サーチアライメント）が行なわれる。このサーチアラ
イメントは、具体的には、例えばウエハＷの外形を基準
として、あるいは、ウエハＷ上のサーチアライメントマ
ークを検出することにより行われるが、本実施形態にお
いてもサーチアライメントは従来と同様にして行われる
ので、その詳細な説明は省略する。When the wafer W is loaded on the wafer table 18 by a wafer loader (not shown), a rough position detection (search alignment) of the wafer W is performed by a search alignment mechanism (not shown). The search alignment is specifically performed based on, for example, the outer shape of the wafer W or by detecting a search alignment mark on the wafer W. In this embodiment, the search alignment is performed in the same manner as in the related art. Since it is performed, a detailed description thereof will be omitted.
【００７３】次に、重ね合わせ露光に先立って、ウエハ
Ｗ上の位置検出用マークを検出するアライメントセンサ
ＡＳの検出中心（前述した指標マークの中心）と投影光
学系ＰＬの中心（通常は、レチクルパターンの中心であ
るレチクルセンタに一致）との位置関係を計測するベー
スライン計測が行われる。具体的には、次の通りであ
る。Next, prior to the overlay exposure, the detection center of the alignment sensor AS for detecting the position detection mark on the wafer W (the center of the aforementioned index mark) and the center of the projection optical system PL (usually a reticle) Baseline measurement is performed to measure the positional relationship with the reticle center, which is the center of the pattern. Specifically, it is as follows.
【００７４】 ウエハテーブル１８上に設けられた基
準板ＦＰを、投影光学系ＰＬを介したレチクルアライメ
ントマーク（図示省略）の投影像位置へ移動する。この
移動は、主制御装置２８により駆動系２２を介してＸＹ
ステージ２０を移動することにより行われる。前述の如
く、基準板ＦＰの表面はウエハＷの表面とほぼ同じ高さ
（光軸方向）となっており、その表面には基準マーク
（不図示）が形成されている。このとき、例えば、不図
示のレチクル顕微鏡により投影光学系ＰＬを介してレチ
クルアライメントマークと基準マークの相対位置が検出
される。The reference plate FP provided on the wafer table 18 is moved to a projection image position of a reticle alignment mark (not shown) via the projection optical system PL. This movement is performed by the main controller 28 via the drive system 22 in the XY direction.
This is performed by moving the stage 20. As described above, the surface of the reference plate FP has substantially the same height (in the optical axis direction) as the surface of the wafer W, and a reference mark (not shown) is formed on the surface. At this time, for example, the relative position between the reticle alignment mark and the reference mark is detected by a reticle microscope (not shown) via the projection optical system PL.
【００７５】また、このときのウエハテーブル１８の位
置は、ウエハテーブル１８上に設けられた移動鏡２４を
介してレーザ干渉計２６により計測され、この計測結果
は主制御装置２８に送られる。主制御装置２８はレーザ
干渉計２６の計測結果とレチクル顕微鏡から出力される
相対位置との和を、レチクル位置としてＲＡＭに記憶す
る。The position of the wafer table 18 at this time is measured by a laser interferometer 26 via a movable mirror 24 provided on the wafer table 18, and the measurement result is sent to a main controller 28. Main controller 28 stores the sum of the measurement result of laser interferometer 26 and the relative position output from the reticle microscope in the RAM as the reticle position.
【００７６】 次に、主制御装置２４は駆動系２２を
介してＸＹステージ２０と一体的にウエハテーブル１８
を駆動し、基準板ＦＰをアライメントセンサＡＳの検出
基準位置近傍に移動させる。そして、アライメントセン
サＡＳに内蔵された指標板５２上の指標の中心（検出中
心）と基準板ＦＰ上の基準マークとの相対位置関係を検
出する。この相対位置関係検出値と、このときのレーザ
干渉計２６の出力値（ウエハテーブル１８の位置）は、
主制御装置２８に送られ、当該主制御装置２８ではその
和をアライメントセンサの位置とし、さらに、上記レチ
クル位置とアライメントセンサ位置との差を「ベースラ
イン計測値」としてＲＡＭに記憶する。Next, the main controller 24 integrates the wafer table 18 with the XY stage 20 via the drive system 22.
To move the reference plate FP to the vicinity of the detection reference position of the alignment sensor AS. Then, a relative positional relationship between the center (detection center) of the index on the index plate 52 built in the alignment sensor AS and the reference mark on the reference plate FP is detected. The relative positional relationship detection value and the output value of the laser interferometer 26 (the position of the wafer table 18) at this time are:
The result is sent to the main controller 28, where the sum is used as the position of the alignment sensor, and the difference between the reticle position and the alignment sensor position is stored in the RAM as a "baseline measurement value".
【００７７】以上のベースライン計測シーケンスの後
に、ウエハＷへの重ね合わせ露光を開始する。すなわ
ち、ウエハＷ上の位置検出用マークＭＰを、アライメン
トセンサＡＳにより前述のようにして位置検出するが、
本実施形態では、前述の如く位置検出用マークＭＰの位
置をＸＹの２方向について同時に検出することが可能で
あるから、従来に比べこの位置計測を短時間で行なうこ
とができる。After the above baseline measurement sequence, the overlay exposure on the wafer W is started. That is, the position detection mark MP on the wafer W is detected by the alignment sensor AS as described above.
In the present embodiment, since the position of the position detection mark MP can be simultaneously detected in the two directions XY as described above, the position measurement can be performed in a shorter time than in the related art.
【００７８】そして、主制御装置２４ではこのときの位
置検出用マークと前述のアライメントセンサＡＳ内の指
標マーク中心との相対位置関係と、ウエハテーブル１８
の位置（レーザ干渉計２６の出力値）との和を、マーク
位置として認識する。In the main controller 24, the relative positional relationship between the position detecting mark at this time and the center of the index mark in the alignment sensor AS described above, and the wafer table 18
(The output value of the laser interferometer 26) is recognized as the mark position.
【００７９】続いて、主制御装置２４ではこのマーク位
置からベースライン量と位置検出用マークＭＰの設計座
標の和だけウエハＷ（即ちウエハテーブル１８）を、レ
ーザ干渉計２６の計測値に基づいて移動する。Subsequently, the main controller 24 moves the wafer W (that is, the wafer table 18) from the mark position by the sum of the baseline amount and the design coordinates of the position detection mark MP based on the measurement value of the laser interferometer 26. Moving.
【００８０】これにより、レチクルＲ上のパターンの投
影像と、ウエハＷ上の既存のパターンとは正確に位置合
わせされるので、この状態で露光を行いウエハＷにレチ
クルＲ上のパターンを投影転写する。Thus, since the projected image of the pattern on the reticle R and the existing pattern on the wafer W are accurately aligned, exposure is performed in this state, and the pattern on the reticle R is projected and transferred onto the wafer W. I do.
【００８１】このようにして、ウエハＷ上の各ショット
領域を順次レチクルパターンの像の投影位置に移動させ
つつ、露光（投影転写）を繰り返しおこなうことによ
り、ステップ・アンド・リピート方式の露光が行われ
る。As described above, the exposure (projection transfer) is repeatedly performed while sequentially moving each shot area on the wafer W to the projection position of the image of the reticle pattern, thereby performing the exposure of the step-and-repeat method. Will be
【００８２】以上説明したように、本実施形態に係る位
置検出用マークＭＰを用いる場合には、当該位置検出用
マークＭＰの検出をＸ方向とＹ方向について同時に行な
うことが可能となる上に、マークの短辺側の長さを一般
的なストリートラインの幅以下にすることができる。こ
のため、ウエハＷ上に位置検出用マーク用の領域を新た
に設けることなく２方向同時検出用のマークを配置する
ことが可能となる。そして、マーク位置検出時間の短縮
が図れるため、投影露光装置１００のスループットを向
上させることが可能となる。As described above, when the position detecting mark MP according to the present embodiment is used, the position detecting mark MP can be detected simultaneously in the X direction and the Y direction. The length of the short side of the mark can be less than the width of a general street line. For this reason, it is possible to arrange the marks for simultaneous detection in two directions without newly providing a region for the mark for position detection on the wafer W. Since the mark position detection time can be reduced, the throughput of the projection exposure apparatus 100 can be improved.
【００８３】また、マークＭＰ中のＸ軸方向，Ｙ軸方向
検出用のそれぞれのマークは、一方がアライメントセン
サＡＳの収差最小位置で位置検出され、他方がその収差
最小位置に対称な２ヵ所で位置検出され平均化されるの
で、検出光学系の残存収差による悪影響をほとんど受け
ず、高精度な位置検出が可能となる。従って、このマー
クＭＰの位置検出結果を用いて行なわれる上記露光の際
のレチクルＲ上のパターンの投影像と、ウエハＷ上の既
存のパターンとの位置合わせ（重ね合わせ）の高度を向
上させることが可能となる。One of the marks for detecting the X-axis direction and the Y-axis direction in the mark MP is detected at one position at the minimum aberration position of the alignment sensor AS, and the other at two positions symmetrical to the minimum aberration position. Since the position is detected and averaged, the position is detected with high accuracy without being substantially affected by the residual aberration of the detection optical system. Therefore, it is possible to improve the position alignment (overlay) between the projected image of the pattern on the reticle R and the existing pattern on the wafer W at the time of the above-described exposure performed using the position detection result of the mark MP. Becomes possible.
【００８４】なお、上記実施形態では、マークＭＰの位
置検出には、指標板５２上に形成した指標５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄを位置基準として使用したが、この
ような指標マークを用いずに、撮像素子１４の画素位置
そのもの（例えばＣＣＤの撮像ピクセル）自体を検出基
準として用いることも可能である。かかる場合には、図
２に示した位置検出系１２中の指標照明系５６〜６２は
省略することができる。In the above-described embodiment, the positions of the marks MP are detected by detecting the indices 52a, 52a formed on the index plate 52.
Although b, 52c, and 52d are used as position references, it is also possible to use the pixel position itself (for example, a CCD imaging pixel) of the image sensor 14 as a detection reference without using such an index mark. In such a case, the index illumination systems 56 to 62 in the position detection system 12 shown in FIG. 2 can be omitted.
【００８５】また、上記ステップ・アンド・リピート方
式の露光動作は、露光に先立って複数のショット内の各
位置検出用マークを検出し、それらの検出値を統計処理
して露光ショットの配列を決め、その配列に基づいて全
ショットの露光を行ういわゆるＥＧＡ（エンハンスト・
グローバル・アライメント）方式で行っても良く、ある
いはウエハＷ上の各ショット領域内の位置検出用マーク
を逐次検出してそのショットに重ね合わせ露光を行うい
わゆるダイ・バイ・ダイ方式で行なうようにしても良
い。In the exposure operation of the step-and-repeat method, prior to exposure, each position detection mark in a plurality of shots is detected, and the detected values are statistically processed to determine the arrangement of the exposure shots. A so-called EGA (Enhanced EGA) that exposes all shots based on the array
(Global alignment) method, or a so-called die-by-die method in which position detection marks in each shot area on the wafer W are sequentially detected and the shot is superimposed and exposed. Is also good.
【００８６】また、上記実施形態では、本発明に係る位
置検出用マーク及びマーク検出装置が、ステップ・アン
ド・リピート方式の投影露光装置に適用された場合につ
いて、説明したが、これに限らず、いわゆるステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置、その他の露光装
置にも本発明に係る位置検出用マーク及びマーク検出装
置は好適に適用できるものである。In the above embodiment, the case where the position detecting mark and the mark detecting device according to the present invention are applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this. So-called steps
The position detecting mark and the mark detecting device according to the present invention can be suitably applied to an AND scan projection exposure device and other exposure devices.
【００８７】さらに、本発明が適用される、ステップ・
アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スキャン方
式、及びミラープロジェクション方式などの露光装置で
使用する露光用照明光は、水銀ランプから発生する輝線
（例えばｇ線、ｉ線など）、エキシマレーザ（例えばＫ
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシ
マレーザ（波長１９３ｎｍ）、及びＦ2 エキシマレーザ
（波長１５７ｎｍ））、あるいはＹＡＧレーザ（又は金
属蒸気レーザ）の高調波などである。また、波長５〜１
５ｎｍ程度のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を用い
てもよい。さらに、本発明はＸ線露光装置や電子線露光
装置にも適用することができる。Further, the steps to which the present invention is applied
Exposure illumination light used in an exposure apparatus such as an AND-repeat method, a step-and-scan method, or a mirror projection method includes a bright line (for example, g-line or i-line) generated from a mercury lamp, an excimer laser (for example, K
rF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), and F 2 excimer laser (wavelength 157 nm)), or harmonics, etc. of a YAG laser (or metal vapor laser). In addition, wavelength 5-1
EUV (Extreme Ultra Violet) light of about 5 nm may be used. Further, the present invention can be applied to an X-ray exposure apparatus and an electron beam exposure apparatus.
【００８８】また、マイクロデバイス、例えば半導体デ
バイスを製造するフォトリソグラフィ工程では、十数枚
のレチクルにそれぞれ描かれたパターンを半導体ウエハ
上に重ね合わせて転写する。このとき、各パターンは半
導体ウエハ上に積層される複数のレイヤ（層）の対応す
る１つに形成される。例えば、第１レチクルに描かれた
第１パターンを半導体ウエハ上の第１レイヤに形成した
後、第２レチクルに描かれた第２パターンがその第１パ
ターンに対して正確に重ね合わされるように、第１レイ
ヤ上の第２レイヤにその第２パターンが形成される。こ
のとき、第１パターンと第２パターンとを正確に重ね合
わせるために、第１レイヤに第１パターンとともに形成
されたアライメントマークの位置を検出し、この検出さ
れた位置に基づいて第２レチクルと半導体ウエハとを相
対移動する。これにより、第２パターンが第１パターン
に重ね合わされて第２レイヤ、即ちその上のフォトレジ
ストに転写される。従って、第１レチクルには第１パタ
ーンとともに、半導体ウエハと第２レチクル、即ち第１
レイヤに形成された第１パターンと第２パターンとのア
ライメントに用いられるアライメントマークも形成され
ている。以上の説明から明らかなように、本発明による
アライメントマーク（図３）は、マイクロデバイス（例
えば半導体デバイス、液晶ディスプレイ、撮像素子（Ｃ
ＣＤ）、薄膜磁気ヘッド）が形成される半導体ウエハや
ガラスプレートなどの基板に形成されるだけでなく、デ
バイスパターンが描かれるレチクル（マスク）にも形成
される。即ち、本発明のアライメントマークは、フォト
レジストが塗布される基板、及びその基板に転写される
デバイスパターンが形成されるレチクル（マスク）の両
方に適用できる。In a photolithography process for manufacturing a micro device, for example, a semiconductor device, patterns drawn on more than ten reticles are transferred onto a semiconductor wafer in a superimposed manner. At this time, each pattern is formed on a corresponding one of a plurality of layers (layers) stacked on the semiconductor wafer. For example, after a first pattern drawn on a first reticle is formed on a first layer on a semiconductor wafer, a second pattern drawn on a second reticle is accurately superimposed on the first pattern. The second pattern is formed on the second layer on the first layer. At this time, in order to accurately overlap the first pattern and the second pattern, the position of an alignment mark formed together with the first pattern on the first layer is detected, and the second reticle and the second reticle are detected based on the detected position. The semiconductor wafer is relatively moved. Thereby, the second pattern is superimposed on the first pattern and transferred to the second layer, that is, the photoresist thereon. Therefore, the semiconductor wafer and the second reticle, that is, the first reticle,
An alignment mark used for alignment between the first pattern and the second pattern formed on the layer is also formed. As is clear from the above description, the alignment mark (FIG. 3) according to the present invention can be used for a micro device (for example, a semiconductor device, a liquid crystal display, an image sensor (C
It is formed not only on a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate on which a CD) and a thin film magnetic head are formed, but also on a reticle (mask) on which a device pattern is drawn. That is, the alignment mark of the present invention can be applied to both a substrate on which a photoresist is applied and a reticle (mask) on which a device pattern to be transferred to the substrate is formed.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、マーク検出時間の短縮を図ることがで
き、しかも検出光学系の残存収差の影響を殆ど受けるこ
となく高精度な位置検出が可能になるという従来にない
優れた位置検出用マークを提供することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to shorten the mark detection time, and to achieve a high-precision measurement with little influence from the residual aberration of the detection optical system. It is possible to provide an excellent mark for position detection, which has not been heretofore possible, in which position detection can be performed.
【００９０】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１に記載の発明の効果に加え、一層高精度なマーク
位置検出が可能になる。According to the second aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect of the present invention, mark positions can be detected with higher accuracy.
【００９１】また、請求項３に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、マークサイズの要求にも応える
ことができるという効果もある。Further, according to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the above-mentioned respective inventions, there is also an effect that it is possible to respond to a request for a mark size.
【００９２】また、請求項４に記載の発明によれば、マ
ーク検出時間の短縮を図ることができるとともに、検出
光学系の残存収差の影響を受けることなく高精度にマー
ク位置検出を行なうことができるマーク検出方法が提供
される。According to the fourth aspect of the present invention, the mark detection time can be reduced, and the mark position can be detected with high accuracy without being affected by the residual aberration of the detection optical system. A possible mark detection method is provided.
【００９３】また、請求項５に記載の発明によれば、マ
ーク検出時間の短縮を図ることができるとともに、検出
光学系の残存収差の影響を受けることなく高精度にマー
ク位置検出を行なうことができるマーク検出装置を提供
することができる。According to the fifth aspect of the present invention, the mark detection time can be reduced, and the mark position can be detected with high accuracy without being affected by the residual aberration of the detection optical system. It is possible to provide a mark detection device capable of performing the above.
【００９４】また、請求項６に記載の発明によれば、ス
ループットの向上を図ることができるととともに高精度
な重ね合わせを実現することができる。Further, according to the invention described in claim 6, it is possible to improve the throughput and to realize high-accuracy superposition.
【図１】一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示
す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment.
【図２】図１のアライメントセンサＡＳの詳細な構成を
示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an alignment sensor AS of FIG. 1;
【図３】本発明に係る位置検出用マークの一例を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a position detection mark according to the present invention.
【図４】一実施形態に係る投影露光装置により図３の位
置検出用マークを検出する方法について説明するための
図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of detecting the position detection mark of FIG. 3 by the projection exposure apparatus according to one embodiment.
【図５】一実施形態の投影露光装置により、従来の１次
元位置検出用マークを検出する場合について説明するた
めの図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a case where a projection exposure apparatus according to one embodiment detects a conventional one-dimensional position detection mark.
【図６】従来の２次元検出用マークの位置検出について
説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining position detection of a conventional two-dimensional detection mark.
【図７】図６における従来の２次元検出用マークを９０
度回転したマークの位置検出の様子を示す図である。7 shows a conventional two-dimensional detection mark shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing how the position of a mark rotated by degrees is detected.
【図８】従来の１次元計測用のマークの一例を示す図で
あって、（Ａ）はＸ方向の検出に使用するマークを示す
図、（Ｂ）はＹ方向の検出に使用するマークを示す図で
ある。8A and 8B are diagrams illustrating an example of a conventional one-dimensional measurement mark, in which FIG. 8A illustrates a mark used for detection in an X direction, and FIG. 8B illustrates a mark used for detection in a Y direction. FIG.
【図９】従来のＸＹ両方向の検出用の２次元マークの一
例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional two-dimensional mark for detection in both XY directions.
【図１０】従来の２次元マークの他の例を示す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing another example of a conventional two-dimensional mark.
１６ 画像処理装置 １００ 投影露光装置 Ｗ ウエハ（基板） ＭＰ 位置検出用マーク Ｍ１ 第１マーク（第１パターン） Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ 第２マーク（第２パターン） ＡＳ アライメントセンサ（マーク検出系） ２０ ＸＹステージ（基板ステージ） ＰＬ 投影光学系 Reference Signs List 16 image processing apparatus 100 projection exposure apparatus W wafer (substrate) MP mark for position detection M1 first mark (first pattern) M2a, M2b second mark (second pattern) AS alignment sensor (mark detection system) 20 XY stage ( Substrate stage) PL projection optical system
Claims (6)
これに直交する第２軸方向の前記基板の位置を検出する
ための位置検出用マークであって、 その中心部近傍に配置された前記第１軸方向に周期性を
有する第１パターンと；前記第１パターンの前記第２軸
方向の両側近傍にそれぞれ配置された第２軸方向に周期
性を有する第２パターンとを有する位置検出用マーク。1. A position detection mark formed on a substrate for detecting a position of the substrate in a predetermined first axis direction and a second axis direction orthogonal to the predetermined first axis direction, the mark being disposed near a center portion thereof. A first pattern having a periodicity in the first axial direction; and a second pattern having a periodicity in the second axial direction, which is disposed near both sides of the first pattern in the second axial direction. Position detection mark.
のそれぞれの周期が６μｍ〜１６μｍ程度であることを
特徴とする請求項１に記載の位置検出用マーク。2. The position detection mark according to claim 1, wherein the period of each of the first pattern and the second pattern is about 6 μm to 16 μm.
ーンとが形成されたマーク領域の短辺の長さが５０μｍ
〜７０μｍ程度であることを特徴とする請求項１又は２
に記載の位置検出用マーク。3. The length of a short side of a mark area in which the first pattern and the second patterns on both sides thereof are formed is 50 μm.
3. The method according to claim 1, wherein the thickness is about 70 μm.
Mark for position detection described in.
所定の第１軸方向とこれに直交する第２軸方向の位置を
検出するマーク検出方法であって、 所定の検出中心近傍のマーク領域から前記位置検出用マ
ークの前記第１軸方向の位置を検出するとともに、前記
検出中心から前記第２軸方向の両側に所定間隔離れたそ
れぞれのマーク領域から前記位置検出用マークの前記第
２軸方向の位置を検出することを特徴とするマーク検出
方法。4. A mark detection method for detecting a position of a position detection mark formed on a substrate in a predetermined first axis direction and a second axis direction orthogonal thereto, the mark being located near a predetermined detection center. The position of the position detection mark in the first axis direction is detected from a region, and the second position of the position detection mark is detected from each mark region separated from the detection center by a predetermined distance on both sides in the second axis direction. A mark detection method characterized by detecting an axial position.
所定の第１軸方向とこれに直交する第２軸方向の位置を
検出するマーク検出装置であって、 前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載の位置検出
用マークが形成された基板を搭載して基準平面内を移動
可能な基板ステージと；前記基板ステージの静止状態に
て前記位置検出用マークを光電検出する画像処理方式の
マーク検出系と；前記マーク検出系により検出された検
出信号を処理することにより、前記位置検出用マークの
第１軸方向及び前記第２軸方向の位置を求める画像処理
装置とを有するマーク検出装置。5. A mark detection device for detecting a position of a position detection mark formed on a substrate in a predetermined first axis direction and a second axis direction orthogonal to the predetermined first axis direction, wherein A substrate stage mounted with a substrate on which the position detection mark according to any one of the claims is formed and movable in a reference plane; image processing for photoelectrically detecting the position detection mark when the substrate stage is stationary. A mark detection system, and an image processing apparatus for processing a detection signal detected by the mark detection system to obtain a position of the position detection mark in the first axis direction and the second axis direction. Detection device.
光学系を介して感光材が塗布された基板上に投影露光す
る露光装置であって、 前記請求項５に記載のマーク検出装置を前記基板の位置
検出用として具備することを特徴とする露光装置。6. An exposure apparatus for projecting and exposing an image of a pattern formed on a mask onto a substrate coated with a photosensitive material via a projection optical system, wherein the mark detection apparatus according to claim 5 is provided. An exposure apparatus provided for detecting a position of a substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32049697A JPH10189443A (en) | 1996-11-07 | 1997-11-06 | Mark for position detection, method and apparatus for detection of mark, and exposure device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-311410 | 1996-11-07 | ||
| JP31141096 | 1996-11-07 | ||
| JP32049697A JPH10189443A (en) | 1996-11-07 | 1997-11-06 | Mark for position detection, method and apparatus for detection of mark, and exposure device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189443A true JPH10189443A (en) | 1998-07-21 |
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ID=26566716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32049697A Withdrawn JPH10189443A (en) | 1996-11-07 | 1997-11-06 | Mark for position detection, method and apparatus for detection of mark, and exposure device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10189443A (en) |
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