JP2004134474A

JP2004134474A - Method for inspecting position detector, position detector, aligner, and aligning method

Info

Publication number: JP2004134474A
Application number: JP2002295511A
Authority: JP
Inventors: Ayako Nakamura; 中村　綾子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for inspecting the optical state of a part substantially identical to the detection field of view of a position detector with high accuracy when a two-dimensional mark for positional detection is detected. <P>SOLUTION: An inspection mark CM has a first pattern CM1 and a second pattern CM2 arranged apart with spacing of a specified distance from the center O thereof. The first pattern and the second pattern have a reference pattern and a measurement pattern of different arrangement. The position detector detects the position of the reference pattern and the position of the measurement pattern, and the optical state of the position detector is inspected based on the relative relation between the position of the reference pattern and the position of the measurement pattern thus detected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置の検査方法、位置検出装置、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程で用いる露光装置に搭載される位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、回路パターンをウェハ上に露光するための露光装置には、マスクのパターンと既に回路パターンの形成されているウェハの各露光領域との相対位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、高精度のアライメントが必要とされるようになってきている。
【０００３】
従来、この種のアライメント装置として、特開平４−６５６０３号公報、特開平４−２７３２４６号公報等に開示されているように、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。この撮像方式のアライメント装置の検出系は、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系の位置検出装置とも呼ばれている。ＦＩＡ系の位置検出装置では、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上のアライメントマーク（ウェハマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハマークの位置検出を行う。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−６５６０３号公報
【特許文献２】
特開平４−２７３２４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の位置検出装置において、たとえばコマ収差が結像光学系に残存していると、撮像面上に形成されるウェハマーク像は理想結像の場合に比べて位置ずれして検出されるため、位置検出誤差が発生し易い。また、製造誤差などにより結像光学系の光軸に対して結像開口絞りが位置ずれ（以下、「光軸ずれ」という）している場合にも、ウェハマーク像が非対称に歪むため、位置検出誤差が発生し易い。そこで、所定のパターンが形成された検査用基板を用いて位置検出装置の結像光学系に残存するコマ収差や光軸ずれを検査し、検査結果に基づいて結像光学系を光学調整したり位置検出結果を補正したりする技術が知られている。
【０００６】
ところで、従来のウェハマークとして、ウェハのＸ方向に沿った位置を検出するためのＸ方向一次元マークと、ウェハのＹ方向に沿った位置を検出するためのＹ方向一次元マークとが独立的に形成されていた。ここで、Ｘ方向一次元マークはＸ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンであり、Ｙ方向一次元マークはＹ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓパターンである。
【０００７】
この場合、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２つの一次元マークにより位置検出用マークとしてのウェハマークを構成しているので、Ｘ方向一次元マークとＹ方向一次元マークとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができない。その結果、Ｘ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＸ方向に沿った位置を検出した後に、Ｙ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＹ方向に沿った位置を検出する必要があり、位置検出のスループットが低かった。
【０００８】
そこで、位置検出のスループットを向上させる（位置検出時間を短縮する）ための位置検出用マークとして、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークが種々提案されている。このような二次元マークからなる位置検出用マークを用いる場合、位置検出装置の検査に際して、位置検出用二次元マークを検出する視野とほぼ同じ視野部分の光学状態を高精度に検査することが必要になる。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、位置検出用二次元マークを検出する際の位置検出装置の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態を高精度に検査することのできる検査方法を提供することを目的とする。また、本発明の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を提供することを目的とする。さらに、本発明の高精度な位置検出装置を用いて、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、検査用マークが形成された検査用基板を用いて位置検出装置の光学状態を検査する方法において、
前記検査用マークは、前記検査用マークの中心から第１方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第１方向に周期性を有する第１パターンと、前記中心から前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記所定距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第２方向に周期性を有する第２パターンとを備え、
前記第１パターンは、第１基準パターンと、該第１基準パターンと構造形態の異なる第１計測パターンとを有し、
前記第２パターンは、第２基準パターンと、該第２基準パターンと構造形態の異なる第２計測パターンとを有し、
前記位置検出装置により、前記第１基準パターンの位置、前記第１計測パターンの位置、前記第２基準パターンの位置、および前記第２計測パターンの位置を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した前記第１基準パターンの位置と前記第１計測パターンの位置との相対関係および前記第２基準パターンの位置と前記第２計測パターンの位置との相対関係に基づいて前記位置検出装置の光学状態を検査する検査工程とを含むことを特徴とする検査方法を提供する。
【００１１】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が互いに異なる。あるいは、前記第１基準パターンと前記第１計測パターンとの間および前記第２基準パターンと前記第２計測パターンとの間において、一方が段差パターンであり他方が明暗パターンであることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された高段差パターンであり、前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された低段差パターンである。あるいは、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ対称に形成された対称パターンであり、前記第１計測パターンおよび前記第２計測パターンは、ライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ非対称に形成された非対称パターンであることが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１基準パターン、前記第１計測パターン、前記第２基準パターンおよび前記第２計測パターンのうちの少なくとも１つのパターンにおいて、各ライン部は少なくとも２本のセグメントラインを有する。また、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンにおいて、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法とスペース部のピッチ方向に沿った幅寸法とがほぼ等しいことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、第１形態の検査方法により得られた検査結果に基づいて光学調整された光学系を備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１５】
本発明の第３形態では、第１形態の検査方法により得られた検査結果に基づいて位置検出結果を補正することを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１６】
本発明の第４形態では、マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光装置において、前記感光性基板の位置を検出するための第２形態または第３形態の位置検出装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第５形態では、マスク上に形成された所定のパターンを感光性基板上に転写するための露光方法において、第２形態または第３形態の位置検出装置を用いて、前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる検査方法の対象である位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成されたウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【００１９】
本実施形態では、半導体素子を製造するための露光装置において感光性基板の位置を検出するためのＦＩＡ系の位置検出装置に対して本発明を適用している。なお、図１では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００２０】
図示の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージ３０上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００２１】
なお、ウェハＷは、ウェハホルダ３１を介して、Ｚステージ３２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。Ｚステージ３２は、ステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に沿ってＺ方向に駆動されるように構成されている。Ｚステージ３２はさらに、ＸＹステージ３３上に支持されている。ＸＹステージ３３は、同じくステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。
【００２２】
前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そこで、位置検出すべき物体であるウェハＷには、図２に模式的に示すようなウェハマーク（位置検出用マーク）ＷＭが形成されている。ウェハマークＷＭの位置を検出し、ひいてはウェハＷの位置を検出するのに、本実施形態の位置検出装置が使用される。
【００２３】
図２を参照すると、本実施形態の位置検出用マークすなわちウェハマークＷＭは、その中心Ｏ１からＸ方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＸ方向に周期性を有するＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと、中心Ｏ１からＹ方向に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＹ方向に周期性を有するＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂとにより構成されている。
【００２４】
具体的には、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂは、Ｙ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＸ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。また、Ｙ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂは、Ｘ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＹ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。
【００２５】
再び図１を参照すると、本実施形態にかかる位置検出装置は、波長帯域幅の広い照明光（たとえば５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）を供給するための光源１を備えている。光源１として、ハロゲンランプのような光源を使用することができる。光源１から供給された照明光は、リレー光学系（不図示）を介して、光ファイバーのようなライトガイド２の入射端に入射する。ライトガイド２の内部を伝搬して、その射出端から射出された照明光は、たとえば円形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り３を介して制限された後、コンデンサーレンズ４に入射する。
【００２６】
コンデンサーレンズ４を介した照明光は、照明すべき物体であるウェハＷの露光面と光学的にほぼ共役に配置された照明視野絞り５を介して、照明リレーレンズ６に入射する。照明リレーレンズ６を介した照明光は、ハーフプリズム７を透過した後、第１対物レンズ８に入射する。第１対物レンズ８を介した照明光は、反射プリズム９の反射面で図中下方に（−Ｚ方向に）反射された後、ウェハＷ上に形成されたウェハマークＷＭを照明する。
【００２７】
このように、光源１、ライトガイド２、照明開口絞り３、コンデンサーレンズ４、照明視野絞り５、照明リレーレンズ６、ハーフプリズム７、第１対物レンズ８および反射プリズム９は、ウェハマークＷＭを照明するための照明光学系を構成している。照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光（回折光を含む）は、反射プリズム９および第１対物レンズ８を介して、ハーフプリズム７に入射する。ハーフプリズム７で図中上方に（＋Ｚ方向に）反射された光は、第２対物レンズ１０を介して、指標板１１上にウェハマークＷＭの像を形成する。
【００２８】
指標板１１を介した光は、リレーレンズ系（１２，１３）を介して、撮像素子としてのＣＣＤ１４に入射する。なお、リレーレンズ系（１２，１３）の平行光路中には、結像開口絞り１５が配置されている。このように、反射プリズム９、第１対物レンズ８、ハーフプリズム７、第２対物レンズ１０、指標板１１、リレーレンズ系（１２，１３）、および結像開口絞り１５は、照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。
【００２９】
また、ＣＣＤ１４は、結像光学系を介して形成されたマーク像を光電検出するための光電検出器を構成している。こうして、ＣＣＤ１４の撮像面には、マーク像が指標板１１の指標パターン像とともに形成される。ＣＣＤ１４からの出力信号は、信号処理系１６に供給される。さらに、信号処理系１６において信号処理（波形処理）により得られたウェハマークＷＭの位置情報は、主制御系３５に供給される。主制御系３５は、信号処理系１６からのウェハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系３４に出力する。
【００３０】
ステージ制御系３４は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ３３を適宜駆動し、ウェハＷのアライメントを行う。主制御系３５には、たとえばキーボードのような入力手段３６を介して、照明開口絞り３に対する指令や結像開口絞り１５に対する指令が供給される。主制御系３５は、これらの指令に基づき、駆動系１７を介して照明開口絞り３を駆動したり、駆動系１８を介して結像開口絞り１７を駆動したりする。
【００３１】
また、主制御系３５は、入力手段３６を介した指令に基づいて、第２対物レンズ１０やリレーレンズ１２を駆動する。なお、本実施形態では、照明開口絞り３や結像開口絞り１５、第２対物レンズ１０やリレーレンズ１２を自動制御しているが、これらの制御を手動で行っても良い。本実施形態では、所定の検査用マークが形成された検査用基板を用いて、位置検出装置の光学状態を検査する。
【００３２】
図３は、本実施形態の検査方法で用いられる検査用基板に形成された検査用マークの構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、本実施形態の検査用マークＣＭは、その中心ＯからＸ方向（第１方向）に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＸ方向に周期性を有する第１パターンＣＭ１ａおよびＣＭ１ｂと、中心ＯからＹ方向（第２方向）に沿って所定距離だけ間隔を隔てて配置されてＹ方向に周期性を有する第２パターンＣＭ２ａおよびＣＭ２ｂとにより構成されている。
【００３３】
また、第１パターンＣＭ１ａおよびＣＭ１ｂは、中心Ｏを中心として外側に配置された第１基準パターンＳＰ１ａおよびＳＰ１ｂと、中心Ｏを中心として内側に配置された第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂとにより構成されている。一方、第２パターンＣＭ２ａおよびＣＭ２ｂは、中心Ｏを中心として外側に配置された第２基準パターンＳＰ２ａおよびＳＰ２ｂと、中心Ｏを中心として内側に配置された第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂとにより構成されている。
【００３４】
具体的には、第１パターンＣＭ１（ＣＭ１ａ，ＣＭ１ｂ）を構成するパターンＳＰ１ａ，ＭＰ１ａ，ＭＰ１ｂ，ＳＰ１ｂは、Ｙ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＸ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。また、第２パターンＣＭ２（ＣＭ２ａ，ＣＭ２ｂ）を構成するパターンＳＰ２ａ，ＭＰ２ａ，ＭＰ２ｂ，ＳＰ２ｂは、Ｘ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＹ方向に沿って所定のピッチで配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。
【００３５】
ここで、第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂは、ウェハマークＷＭのＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。また、第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂは、ウェハマークＷＭのＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。すなわち、検査用マークＣＭにおける計測パターンＭＰ（ＭＰ１ａ，ＭＰ１ｂ，ＭＰ２ａ，ＭＰ２ｂ）は、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭと一致している。
【００３６】
一方、第１基準パターンＳＰ１ａおよびＳＰ１ｂは第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂとは異なる構造形態を有し、第２基準パターンＳＰ２ａおよびＳＰ２ｂは第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂとは異なる構造形態を有する。具体的には、基準パターンＳＰ（ＳＰ１ａ，ＳＰ１ｂ，ＳＰ２ａ，ＳＰ２ｂ）と計測パターンＭＰとは、パターンの種別（段差タイプまたは明暗タイプ）、パターンの対称性、段差の大きさ、ライン部の線幅の大きさ、コントラストの大きさなどの観点について互いに異なる形態を有する。
【００３７】
ここで、段差タイプとは、凸部と凹部との繰り返しにより段差形状となっているパターンを指し、凸部および凹部を含めてマーク上の反射率はいかなるものであっても良い。すなわち、明暗差がある場合も含まれる。また、Ｓｉ（シリコン）以外の物質で形成されていてもかまわない。また、レジストのような透光性の物質がマーク上に存在していてもかまわない。その他、段差の凹部が透光性の物質で埋められているような場合も含まれる。段差タイプとは、上述した段差パターンの種類に関するものである。
【００３８】
また、明暗タイプとは、反射率の異なる物質を用いてライン部とスペース部とが構成されているものである。なお、明暗パターンを形成する際に２つの物質の領域の間に若干の段差が生じる場合もあるが、ライン部とスペース部とで反射率の異なるものを全般的に明暗パターンと呼ぶこととする。さらに、非対称なパターンとは、たとえば段差パターンの各凸部および各凹部に着目した際に、そのエッジ間の中心線に対して構造が対称でないことを意味している。たとえば表面が倒れていたり、片エッジが倒れていたり、中心線から外れた位置にくぼみや溝などがある場合である。
【００３９】
以下、本実施形態の検査用基板を用いた位置検出装置の検査方法を説明する。まず、位置検出装置における結像光学系のコマ収差の検査では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２として、たとえば明暗パターンを用いる。また、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２として、たとえばピッチ方向に沿って凹部の幅が凸部の幅よりも実質的に小さい（具体的には凸部の幅が凹部の幅の５倍以上であることが好ましい）、いわゆる細溝の段差パターンを用いる。ここで、明暗パターンからなる基準パターンＳＰはコマ収差に関して非常に鈍感なパターンであり、細溝の段差パターンからなる計測パターンＭＰはコマ収差に関して非常に敏感なパターンである。
【００４０】
こうして、結像光学系の光軸に沿って複数のＺ方向位置に検査用基板を配置して得られる複数のデフォーカス状態（必要に応じて結像光学系の物体面と検査用基板とが一致するフォーカス状態を含む）において、第１基準パターンＳＰ１の位置、第１計測パターンＭＰ１の位置、第２基準パターンＳＰ２の位置、および第２計測パターンＭＰ２の位置を検出する。そして、各デフォーカス状態における第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて、結像光学系のコマ収差を検査（計測）する。上述の検査を、複数のフォーカス位置について行い、上記相対関係のフォーカス依存性に基づいて検査を行うことも可能である。
【００４１】
本実施形態では、検査用基板を用いて得られたコマ収差の検査結果に基づいて、結像光学系を光学調整する。なお、結像光学系のコマ収差を調整するには、第２対物レンズ１０またはリレーレンズ１２中の少なくとも一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることが好ましい。あるいは、第１対物レンズ８またはリレーレンズ１３中の少なくとも一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることにより、結像光学系の低次コマ収差を調整することもできる。また、収差の調整方法は上述の方法に限定されることなく、他の方法であっても良い。たとえば、第１対物レンズ８、第２対物レンズ１０、リレーレンズ１２またはリレーレンズ１３中の少なくとも一部のレンズを交換する手法であっても良い。また、たとえば結像光学系の光学調整前または光学調整後におけるコマ収差の検査結果に基づいて位置検出結果を補正することもできる。
【００４２】
次に、位置検出装置における光軸ずれの検査では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２として、たとえば凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された（たとえばλ／８以上）高段差パターンを用いる。また、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２として、たとえば凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された（たとえばλ／１６以下）低段差パターンを用いる。波長λとしてはλ＝６３３ｎｍを用いることができる。ここで、高段差パターンからなる基準パターンＳＰは光軸ずれに関して非常に鈍感なパターンであり、低段差パターンからなる計測パターンＭＰは光軸ずれに関して非常に敏感なパターンである。
【００４３】
こうして、コマ収差の検査と同様に、第１基準パターンＳＰ１の位置、第１計測パターンＭＰ１の位置、第２基準パターンＳＰ２の位置、および第２計測パターンＭＰ２の位置を検出する。そして、第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて、結像光学系の光軸ずれを検査する。上述の検査を、複数のフォーカス位置について行い、上記相対関係のフォーカス依存性に基づいて検査を行うことも可能である。
【００４４】
本実施形態では、検査用基板を用いて得られた光軸ずれの検査結果に基づいて、結像光学系を光学調整する。結像光学系の光軸ずれを調整するには、駆動系１８を介して結像開口絞り１５を光軸に垂直な方向に微動させることが好ましい。また、光学系内にケラレ（光束が遮られること）がある場合やゴミがある場合なども検査することが可能であるので、このような場合には、レンズや部品等を交換することが可能である。また、たとえば結像光学系の光学調整前または光学調整後における光軸ずれの検査結果に基づいて位置検出結果を補正することもできる。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、二次元マークからなる位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭの全体と、検査用マークＣＭの一部（第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２）とが一致している（同じ配置および同じ構造形態を有する）。したがって、本実施形態にかかる位置検出装置の検査方法では、位置検出用マークとしての二次元ウェハマークＷＭを検出する際の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態（コマ収差、光軸ずれなど）を高精度に検査することができる。
【００４６】
その結果、本実施形態の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を実現することができる。また、本実施形態の高精度な位置検出装置を用いて、投影光学系ＰＬに対してレチクル（マスク）Ｒとウェハ（感光性基板）Ｗとを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法とスペース部のピッチ方向に沿った幅寸法とがほぼ等しいこと（すなわちデューティ比が約５０％であること）が好ましい。この構成により、基準パターンＳＰが結像光学系の収差に対して非常に鈍感なパターンになるので、位置検出装置の光学状態をさらに高精度に検査することが可能になる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１基準パターンＳＰ１の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および第２基準パターンＳＰ２の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて光学状態を検査している。しかしながら、これに限定されることなく、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２に代えて、あるいは第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２に加えて、たとえば図３に示すように中心Ｏを中心とした矩形状（または正方形状）の基準パターンＳＰ０を用い、基準パターンＳＰ０の位置と第１計測パターンＭＰ１の位置との相対関係および基準パターンＳＰ０の位置と第２計測パターンＭＰ２の位置との相対関係に基づいて光学状態を検査することもできる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、位置検出装置の光学状態として、結像光学系のコマ収差や光軸ずれを検査しているが、これに限定されることなく、たとえば結像光束内の透過率均一性のような他の光学状態を検査することもできる。これに関連して、本実施形態では、コマ収差の検査に際して明暗パターンからなる基準パターンＳＰおよび細溝の段差パターンからなる計測パターンＭＰを用い、光軸ずれの検査に際して高段差パターンからなる基準パターンＳＰおよび低段差パターンからなる計測パターンＭＰを用いているが、これに限定されることなく、検査すべき光学状態の種類に応じて、構造形態の異なる様々なパターンを用いることができる。また、基準パターンＳＰ０は上述のように矩形状でも長方形状でも、あるいは４つのラインで構成されていても良い。
【００５０】
典型的には、たとえば後述の第２変形例で示すように、第１基準パターンＳＰ１と第１計測パターンＭＰ１との間および第２基準パターンＳＰ２と第２計測パターンＭＰ２との間において、ライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が互いに異なるように設定することが可能である。また、上述の実施形態のように、第１基準パターンＳＰ１と第１計測パターンＭＰ１との間および第２基準パターンＳＰ２と第２計測パターンＭＰ２との間において、一方が段差パターンであり他方が明暗パターンであるように設定することも可能である。
【００５１】
さらに、上述の実施形態のように、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２は凸部と凹部との段差が比較的大きく設定された高段差パターンであり、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２は凸部と凹部との段差が比較的小さく設定された低段差パターンであるように設定することも可能である。また、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２はライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ対称に形成された対称パターンであり、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２はライン部およびスペース部がパターンのピッチ方向に関してそれぞれ非対称に形成された非対称パターンであるように設定することも可能である。
【００５２】
ところで、本実施形態のウェハマークＷＭでは、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークの形態を有するので、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂとＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができ、ひいては高いスループットで位置検出を行うことができる。また、ウェハマークＷＭの中央に形成される正方形状または矩形状のスペースを利用して、ウェハマークＷＭが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する構成が可能である。
【００５３】
ウェハマークＷＭが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する構成の場合、高精度に測定された重ね合わせずれ量をオフセット量として位置検出装置の検出結果を高精度に補正することができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。さらに、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂの中心とＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂの中心とが一致しているので、たとえば特開平１０−１８９４４３号公報に開示されているように、位置検出装置の光学系に残存する収差の位置検出精度に対する影響を最小にすることができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。
【００５４】
図４は、本実施形態の第１変形例にかかるウェハマークの構成を模式的に示す図である。また、図５は、本実施形態の第１変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。図４を参照すると、第１変形例にかかる位置検出用マークとしてのウェハマークは、図２に示す実施形態のウェハマークと全体的に類似の構成を有する。しかしながら、第１変形例にかかるウェハマークでは、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２を構成する各ライン部がそのピッチ方向に所定のピッチで配列された３本のセグメントラインにより形成されている点が図２に示す実施形態のウェハマークと基本的に相違している。
【００５５】
このように、３本のセグメントラインを含むＬ／Ｓパターンにより１つのライン部を構成することにより、各セグメントラインの線幅が小さくても、３本のセグメントラインを含むライン部の幅寸法が比較的大きくなるので、図２に示す実施形態のウェハマークと同程度に高精度な位置検出が可能である。また、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂにおけるパターン密度並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂにおけるパターン密度が小さくなるので、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）手法による平坦化処理に際して、各パターンＷＭＸａやＷＭＸｂやＷＭＹａやＷＭＹｂの全体に亘るエロージョンが起こり難くなるという利点がある。
【００５６】
図５を参照すると、第１変形例にかかる検査用マークＣＭでは、中心Ｏを中心としてＸ方向に沿って内側に配置された第１計測パターンＭＰ１ａおよびＭＰ１ｂは、第１変形例にかかるウェハマークＷＭのＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。また、中心Ｏを中心としてＹ方向に沿って内側に配置された第２計測パターンＭＰ２ａおよびＭＰ２ｂは、第１変形例にかかるウェハマークＷＭのＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂと同じ配置および同じ構造形態を有する。
【００５７】
なお、第１変形例では、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２を構成する各ライン部が複数本のセグメントラインにより形成されているが、これに限定されることなく、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２に加えて第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２を構成する各ライン部も複数本のセグメントラインにより形成することができる。あるいは、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２を構成する各ライン部だけを、複数本のセグメントラインにより形成することもできる。
【００５８】
図６は、本実施形態の第２変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。図６を参照すると、第２変形例にかかる検査用マークＣＭでは、第１基準パターンＳＰ１および第２基準パターンＳＰ２としてライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が比較的大きなパターンを用い、第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２としてライン部のピッチ方向に沿った幅寸法が比較的小さなパターンを用いている。第２変形例にかかる検査用マークＣＭは、たとえば第１計測パターンＭＰ１および第２計測パターンＭＰ２と一致する位置検出マークに応じて使用される。
【００５９】
ところで、上述の実施形態（変形例も含む）では、検査用基板を用いて各パターンの位置を検出した後に、結像光学系の光軸に関して検査用基板を１８０度回転させた状態で各パターンの位置を再度検出することが好ましい。この方法により、検査用基板におけるパターンの製造誤差の影響を平均化効果で低減することができ、位置検出装置の光学状態をさらに高精度に検査することができる。また、上述の実施形態では、ウェハマークＷＭと同じ領域のパターンを計測パターンＭＰとしているが、ウェハマークＷＭがサーチ精度などの影響で視野中心に位置しなかった場合の影響を調べ、検査や調整あるいは補正などを行うために、計測パターンＭＰと基準パターンＳＰとを入れ換えたパターンを準備しても良い。これにより、ウェハマークＷＭと計測パターンとが一致している結果と、ウェハマークＷＭと基準パターンとが一致している結果とを得ることができ、コマ収差などの光学状態の視野内分布を検査することができる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、ウェハマークを落射照明しているが、これに限定されることなく、ウェハマークを透過照明する位置検出装置に本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、ウェハマークからの光に基づいてその像を形成する結像光学系を備えた位置検出装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般的にウェハマークからの光を導く光学系を備えた位置検出装置に対しても本発明を適用することもできる。
【００６１】
また、上述の実施形態にかかる露光装置では、露光用照明光として波長が１００ｎｍ以上の紫外光、例えばｇ線、ｉ線、及びＫｒＦエキシマレーザなどの遠紫外（ＤＵＶ）光、ＡｒＦエキシマレーザ、及びＦ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外（ＶＵＶ）光を用いることができる。なお、エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
【００６２】
さて、上記実施形態では露光用照明光の波長が１００ｎｍ以上に限定されないことは勿論である。例えば、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の基で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行なわれている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウェハとを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置も本発明の適用範囲に含まれるものである。なお、ＥＵＶ露光装置などでは、チャンバー内が真空になることをも想定してステージの駆動系を磁気浮上型リニアアクチュエータとし、チャック系にも静電吸着方式を用いることが好ましいが、露光波長が１００ｎｍ以上の光露光装置に於いては、エアフローによるステージ駆動系や吸着にバキュームを用いても構わない。
【００６３】
ところで、投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系（例えば液晶ブィスプレイ製造用露光装置など）を用いても良い。また、プロキシミティ方式の走査型露光装置、例えばＸ線が照射される円弧状照明領域に対してマスクとウェハとを一体に相対移動するＸ線露光装置などにも本発明を適用できる。また、上述のような放射光の代わりに、電子線を用いてパターン転写を行うＥＢ（エレクトロン・ビーム）露光装置などにも本発明を適用できる。さらに、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウェハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。また、レチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００６４】
さらに、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の位置検出を行っているが、これに限定されることなく、位置検出すべき一般的な物体に形成された物体マークの位置検出、たとえば特開平６−５８７３０号公報、特開平７−７１９１８号公報、特開平１０−１２２８１４号公報、特開平１０−１２２８２０号公報、および特開２０００−２５８１１９号公報などに開示される重ね合わせ精度測定装置やパターン間寸法測定装置に本発明を適用することもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の検査方法では、二次元マークからなる位置検出用マークと検査用マークの一部とが一致しているので、位置検出用マークを検出する際の検出視野とほぼ同じ視野部分の光学状態（コマ収差、光軸ずれなど）を高精度に検査することができる。
【００６６】
したがって、本発明の検査方法により得られる検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を実現することができる。また、本発明の検査方法により得られた検査結果に基づいて光学調整または補正された高精度な位置検出装置を用いて、投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる検査方法の対象である位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成されたウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態の検査方法で用いられる検査用基板に形成された検査用マークの構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の第１変形例にかかるウェハマークの構成を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態の第１変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。
【図６】本実施形態の第２変形例にかかる検査用マークの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　ハロゲンランプ
２　ライトガイド
３　照明開口絞り
５　照明視野絞り
７　ハーフプリズム
８　第１対物レンズ
９　反射プリズム
１０　第２対物レンズ
１１　指標板
１４　ＣＣＤ
１５　結像開口絞り
１６　信号処理系
３０　レチクルステージ
３１　ウェハホルダ
３２　Ｚステージ
３３　ＸＹステージ
３４　ステージ制御系
３５　主制御系
３６　キーボード
ＣＭ　検査用マーク
ＳＰ　基準パターン
ＭＰ　計測パターン
ＩＬ　露光用照明系
Ｒ　レチクル
ＰＡ　パターン領域
ＰＬ　投影光学系
Ｗ　ウェハ
ＷＭ　ウェハマーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection method for a position detection device, a position detection device, an exposure device, and an exposure method. More specifically, the present invention relates to a position detection device mounted on an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a micro device such as a semiconductor device, an imaging device, a liquid crystal display device, and a thin film magnetic head.
[0002]
[Prior art]
Generally, when manufacturing a device such as a semiconductor element, a plurality of circuit patterns are formed on a wafer (or a substrate such as a glass plate) on which a photosensitive material is applied. For this reason, an exposure apparatus for exposing a circuit pattern on a wafer includes an alignment apparatus for performing relative alignment (alignment) between a mask pattern and each exposure area of a wafer on which a circuit pattern has already been formed. Provided. In recent years, with the miniaturization of the line width of a circuit pattern, high-precision alignment has been required.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of alignment apparatus, an alignment apparatus of an off-axis type and an imaging type has been known as disclosed in JP-A-4-65603 and JP-A-4-273246. The detection system of this imaging type alignment apparatus is also called a FIA (Field Image Alignment) system position detection apparatus. In an FIA type position detecting device, an alignment mark (wafer mark) on a wafer is illuminated with light having a wide wavelength bandwidth emitted from a light source such as a halogen lamp. Then, an enlarged image of the wafer mark is formed on the imaging device via the imaging optical system, and the obtained imaging signal is subjected to image processing to detect the position of the wafer mark.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-4-65603
[Patent Document 2]
JP-A-4-273246
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described position detection device, for example, if coma remains in the imaging optical system, the wafer mark image formed on the imaging surface is detected with a position shift compared to the case of ideal imaging, Position detection errors are likely to occur. Further, even when the imaging aperture stop is misaligned with respect to the optical axis of the imaging optical system due to a manufacturing error or the like (hereinafter referred to as “optical axis misalignment”), the wafer mark image is asymmetrically distorted. Detection errors are likely to occur. Therefore, a coma aberration and an optical axis shift remaining in the imaging optical system of the position detection device are inspected using the inspection substrate on which the predetermined pattern is formed, and the imaging optical system is optically adjusted based on the inspection result. A technique for correcting a position detection result is known.
[0006]
By the way, as a conventional wafer mark, an X-direction one-dimensional mark for detecting the position of the wafer along the X direction and a Y-direction one-dimensional mark for detecting the position of the wafer along the Y direction are independent. Was formed. Here, the X-direction one-dimensional mark is an L / S (line and space) pattern having a periodicity along the X-direction, and the Y-direction one-dimensional mark is an L / S having a periodicity along the Y-direction. It is a pattern.
[0007]
In this case, since two independent one-dimensional marks each having periodicity in the X direction and the Y direction constitute a wafer mark as a position detection mark, the X-direction one-dimensional mark and the Y-direction one-dimensional mark are used. Cannot be simultaneously captured in the detection field of view of the position detection device. As a result, after the position of the wafer along the X direction is detected by photoelectrically detecting the light from the X-direction one-dimensional mark, the position of the wafer along the Y direction is detected by photoelectrically detecting the light from the Y-direction one-dimensional mark. Needs to be detected, and the throughput of position detection is low.
[0008]
Therefore, various two-dimensional marks having periodicity in the X and Y directions have been proposed as position detection marks for improving the throughput of position detection (reducing the time for position detection). When using a position detecting mark composed of such a two-dimensional mark, it is necessary to inspect the optical state of the visual field portion almost the same as the visual field for detecting the position detecting two-dimensional mark with high accuracy when inspecting the position detecting device. become.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problem, and can accurately inspect an optical state of a visual field portion substantially the same as a detection visual field of a position detection device when detecting a two-dimensional mark for position detection. It is intended to provide an inspection method. It is another object of the present invention to provide a high-accuracy position detection device optically adjusted or corrected based on the inspection result obtained by the inspection method of the present invention. Further, an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good exposure by aligning a mask and a photosensitive substrate with high accuracy with respect to a projection optical system, for example, using the highly accurate position detection apparatus of the present invention. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, according to a first embodiment of the present invention, there is provided a method of inspecting an optical state of a position detecting device using an inspection substrate on which an inspection mark is formed,
The inspection mark is arranged at a predetermined distance from the center of the inspection mark at a predetermined distance in the first direction, and has a first pattern having periodicity in the first direction, and a first pattern extending from the center in the first direction. And a second pattern having a periodicity in the second direction, the second pattern being arranged at an interval of the predetermined distance along a second direction perpendicular to the second direction,
The first pattern has a first reference pattern and a first measurement pattern having a different structural form from the first reference pattern,
The second pattern has a second reference pattern and a second measurement pattern having a different structural form from the second reference pattern,
A detection step of detecting the position of the first reference pattern, the position of the first measurement pattern, the position of the second reference pattern, and the position of the second measurement pattern by the position detection device;
The position is determined based on a relative relationship between the position of the first reference pattern and the position of the first measurement pattern detected in the detection step and a relative relationship between the position of the second reference pattern and the position of the second measurement pattern. An inspection step of inspecting an optical state of the detection device.
[0011]
According to a preferred aspect of the first aspect, a width along a pitch direction of a line portion between the first reference pattern and the first measurement pattern and between the second reference pattern and the second measurement pattern. The dimensions are different from each other. Alternatively, it is preferable that, between the first reference pattern and the first measurement pattern and between the second reference pattern and the second measurement pattern, one is a step pattern and the other is a light and dark pattern.
[0012]
According to a preferred aspect of the first aspect, the first reference pattern and the second reference pattern are high step patterns in which a step between a convex portion and a concave portion is set to be relatively large, and the first measurement pattern The second measurement pattern is a low step pattern in which the step between the convex portion and the concave portion is set to be relatively small. Alternatively, the first reference pattern and the second reference pattern are symmetric patterns in which a line portion and a space portion are respectively formed symmetrically with respect to a pattern pitch direction, and the first measurement pattern and the second measurement pattern It is preferable that the line portion and the space portion are asymmetric patterns formed asymmetrically with respect to the pattern pitch direction.
[0013]
According to a preferred aspect of the first aspect, in at least one of the first reference pattern, the first measurement pattern, the second reference pattern, and the second measurement pattern, each line portion has at least two lines. With book segment lines. In the first reference pattern and the second reference pattern, it is preferable that a width dimension of the line portion along the pitch direction is substantially equal to a width dimension of the space portion along the pitch direction.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a position detecting device comprising an optical system optically adjusted based on an inspection result obtained by the inspection method of the first aspect.
[0015]
According to a third embodiment of the present invention, there is provided a position detecting device which corrects a position detection result based on an inspection result obtained by the inspection method of the first embodiment.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate, wherein the second or third aspect for detecting the position of the photosensitive substrate is provided. An exposure apparatus comprising a position detection device is provided.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for transferring a predetermined pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate, the method comprising the steps of: And an exposure method characterized by detecting a position of the exposure light.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including a position detection device that is an object of an inspection method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a wafer mark formed on a wafer which is an object whose position is to be detected by the position detection device of FIG.
[0019]
In the present embodiment, the present invention is applied to an FIA type position detecting device for detecting a position of a photosensitive substrate in an exposure device for manufacturing a semiconductor element. In FIG. 1, the Z axis is parallel to the optical axis AX0 of the projection optical system PL of the exposure apparatus, the X axis is a direction parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Z axis is The Y-axis is set in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 in a vertical plane.
[0020]
The illustrated exposure apparatus includes an exposure illumination system IL for illuminating a reticle R as a mask (projection master) with appropriate exposure light. The reticle R is supported substantially parallel to the XY plane on the reticle stage 30, and a circuit pattern to be transferred is formed in the pattern area PA. The light transmitted through the reticle R reaches the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL, and a pattern image of the reticle R is formed on the wafer W.
[0021]
The wafer W is supported on the Z stage 32 via the wafer holder 31 substantially in parallel with the XY plane. The Z stage 32 is configured to be driven by the stage control system 34 in the Z direction along the optical axis AX0 of the projection optical system PL. The Z stage 32 is further supported on an XY stage 33. The XY stage 33 is also configured to be driven two-dimensionally by the stage control system 34 in an XY plane perpendicular to the optical axis AX0 of the projection optical system PL.
[0022]
As described above, in the exposure apparatus, it is necessary to optically align (align) the pattern area PA on the reticle R and each exposure area on the wafer W prior to the projection exposure. Therefore, a wafer mark (a mark for position detection) WM as schematically shown in FIG. 2 is formed on the wafer W which is an object to be position-detected. The position detecting device of the present embodiment is used to detect the position of the wafer mark WM, and thus the position of the wafer W.
[0023]
Referring to FIG. 2, the position detection mark or wafer mark WM of the present embodiment is arranged at a predetermined distance from the center O1 along the X direction and has an X direction pattern WMXa having periodicity in the X direction. And WMXb, and Y-direction patterns WMYa and WMYb which are arranged at a predetermined distance from the center O1 in the Y-direction and have periodicity in the Y-direction.
[0024]
More specifically, the X-direction patterns WMXa and WMXb are L / S patterns formed by arranging three rectangular line portions elongated in the Y direction at a predetermined pitch in the X direction. It is. Further, the Y-direction patterns WMYa and WMYb are L / S patterns formed by arranging three rectangular line portions elongated in the X direction at a predetermined pitch in the Y direction.
[0025]
Referring to FIG. 1 again, the position detection device according to the present embodiment includes a light source 1 for supplying illumination light having a wide wavelength bandwidth (for example, 530 nm to 800 nm). As the light source 1, a light source such as a halogen lamp can be used. Illumination light supplied from the light source 1 is incident on an incident end of a light guide 2 such as an optical fiber via a relay optical system (not shown). Illumination light propagating inside the light guide 2 and emitted from the exit end thereof is restricted via the illumination aperture stop 3 having, for example, a circular opening (light transmitting portion), and is then transmitted to the condenser lens 4. Incident.
[0026]
The illumination light passing through the condenser lens 4 is incident on the illumination relay lens 6 via the illumination field stop 5 that is arranged almost optically conjugate with the exposure surface of the wafer W that is the object to be illuminated. The illumination light via the illumination relay lens 6 passes through the half prism 7 and then enters the first objective lens 8. The illumination light having passed through the first objective lens 8 is reflected downward (in the −Z direction) in the drawing on the reflection surface of the reflection prism 9 and then illuminates the wafer mark WM formed on the wafer W.
[0027]
Thus, the light source 1, the light guide 2, the illumination aperture stop 3, the condenser lens 4, the illumination field stop 5, the illumination relay lens 6, the half prism 7, the first objective lens 8, and the reflection prism 9 illuminate the wafer mark WM. And an illumination optical system for performing the operation. The reflected light (including the diffracted light) from the wafer mark WM with respect to the illumination light enters the half prism 7 via the reflecting prism 9 and the first objective lens 8. The light reflected upward (in the + Z direction) in the figure by the half prism 7 forms an image of the wafer mark WM on the index plate 11 via the second objective lens 10.
[0028]
The light passing through the index plate 11 is incident on a CCD 14 as an image sensor via a relay lens system (12, 13). An image forming aperture stop 15 is arranged in the parallel optical path of the relay lens system (12, 13). As described above, the reflecting prism 9, the first objective lens 8, the half prism 7, the second objective lens 10, the index plate 11, the relay lens system (12, 13), and the image forming aperture stop 15 serve as a wafer mark for the illumination light. An image forming optical system for forming a mark image based on the reflected light from the WM is configured.
[0029]
Further, the CCD 14 constitutes a photoelectric detector for photoelectrically detecting a mark image formed via an imaging optical system. Thus, a mark image is formed on the imaging surface of the CCD 14 together with the index pattern image of the index plate 11. An output signal from the CCD 14 is supplied to a signal processing system 16. Further, the position information of the wafer mark WM obtained by the signal processing (waveform processing) in the signal processing system 16 is supplied to the main control system 35. The main control system 35 outputs a stage control signal to the stage control system 34 based on the position information of the wafer mark WM from the signal processing system 16.
[0030]
The stage control system 34 appropriately drives the XY stage 33 in accordance with the stage control signal to perform alignment of the wafer W. For example, a command for the illumination aperture stop 3 and a command for the imaging aperture stop 15 are supplied to the main control system 35 via input means 36 such as a keyboard. The main control system 35 drives the illumination aperture stop 3 via the drive system 17 and drives the imaging aperture stop 17 via the drive system 18 based on these commands.
[0031]
Further, the main control system 35 drives the second objective lens 10 and the relay lens 12 based on a command via the input means 36. In the present embodiment, the illumination aperture stop 3, the imaging aperture stop 15, the second objective lens 10, and the relay lens 12 are automatically controlled. However, these controls may be performed manually. In the present embodiment, the optical state of the position detecting device is inspected by using an inspection substrate on which a predetermined inspection mark is formed.
[0032]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an inspection mark formed on an inspection substrate used in the inspection method of the present embodiment. Referring to FIG. 3, the inspection mark CM of the present embodiment is arranged at a predetermined distance from the center O along the X direction (first direction) and has a first pattern having periodicity in the X direction. It is composed of CM1a and CM1b and second patterns CM2a and CM2b that are arranged at a predetermined distance from the center O in the Y direction (second direction) and have periodicity in the Y direction.
[0033]
Further, the first patterns CM1a and CM1b are composed of first reference patterns SP1a and SP1b disposed outside the center O as a center and first measurement patterns MP1a and MP1b disposed inside the center O as a center. ing. On the other hand, the second patterns CM2a and CM2b are composed of the second reference patterns SP2a and SP2b arranged outside with the center O as the center, and the second measurement patterns MP2a and MP2b arranged inside with the center O as the center. ing.
[0034]
Specifically, the patterns SP1a, MP1a, MP1b, and SP1b constituting the first pattern CM1 (CM1a, CM1b) are formed by forming three rectangular line portions elongated in the Y direction along the X direction. Is an L / S pattern configured by arranging at a pitch of. Further, the patterns SP2a, MP2a, MP2b, SP2b constituting the second pattern CM2 (CM2a, CM2b) are formed by forming three rectangular line portions elongated in the X direction at a predetermined pitch in the Y direction. This is an L / S pattern formed by arranging.
[0035]
Here, the first measurement patterns MP1a and MP1b have the same arrangement and the same structural form as the X-direction patterns WMXa and WMXb of the wafer mark WM. The second measurement patterns MP2a and MP2b have the same arrangement and the same structure as the Y-direction patterns WMYa and WMYb of the wafer mark WM. That is, the measurement pattern MP (MP1a, MP1b, MP2a, MP2b) in the inspection mark CM matches the wafer mark WM as the position detection mark.
[0036]
On the other hand, the first reference patterns SP1a and SP1b have different structural forms from the first measurement patterns MP1a and MP1b, and the second reference patterns SP2a and SP2b have different structural forms from the second measurement patterns MP2a and MP2b. More specifically, the reference pattern SP (SP1a, SP1b, SP2a, SP2b) and the measurement pattern MP are defined as a pattern type (step type or light / dark type), pattern symmetry, step size, line width. In terms of the size of the image, the size of the contrast, and the like.
[0037]
Here, the step type refers to a pattern having a stepped shape due to repetition of a convex portion and a concave portion, and any reflectance on the mark including the convex portion and the concave portion may be used. That is, the case where there is a difference in brightness is also included. Further, it may be formed of a substance other than Si (silicon). Further, a translucent substance such as a resist may be present on the mark. In addition, the case where the concave portion of the step is filled with a light-transmitting substance is also included. The step type relates to the type of the step pattern described above.
[0038]
The light-dark type is one in which the line portion and the space portion are formed using substances having different reflectances. Note that when a light-dark pattern is formed, a slight level difference may occur between two material regions. However, a pattern having different reflectances in a line portion and a space portion is generally referred to as a light-dark pattern. . Further, an asymmetric pattern means that, for example, when attention is paid to each convex portion and each concave portion of the step pattern, the structure is not symmetric with respect to the center line between the edges. For example, the surface may fall down, one edge may fall down, or a dent or a groove may be located at a position off the center line.
[0039]
Hereinafter, an inspection method of the position detection device using the inspection substrate of the present embodiment will be described. First, in the inspection of coma aberration of the imaging optical system in the position detection device, for example, a light and dark pattern is used as the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2. Further, as the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2, for example, the width of the concave portion is substantially smaller than the width of the convex portion along the pitch direction (specifically, the width of the convex portion is 5 times the width of the concave portion). It is preferable to use a so-called narrow groove step pattern. Here, the reference pattern SP composed of the light and dark patterns is a pattern that is very insensitive to coma aberration, and the measurement pattern MP composed of the step pattern of the narrow groove is a pattern that is extremely sensitive to coma aberration.
[0040]
In this manner, a plurality of defocused states obtained by disposing the inspection substrate at a plurality of Z-direction positions along the optical axis of the imaging optical system (the object surface of the imaging optical system and the inspection substrate In this case, the position of the first reference pattern SP1, the position of the first measurement pattern MP1, the position of the second reference pattern SP2, and the position of the second measurement pattern MP2 are detected. Then, based on the relative relationship between the position of the first reference pattern SP1 and the position of the first measurement pattern MP1 and the relative relationship between the position of the second reference pattern SP2 and the position of the second measurement pattern MP2 in each defocus state. Inspect (measure) the coma aberration of the imaging optical system. The above-described inspection may be performed for a plurality of focus positions, and the inspection may be performed based on the focus dependency of the relative relationship.
[0041]
In the present embodiment, the imaging optical system is optically adjusted based on the inspection result of the coma aberration obtained using the inspection substrate. In order to adjust the coma of the imaging optical system, it is preferable to move at least a part of the second objective lens 10 or the relay lens 12 in a direction perpendicular to the optical axis. Alternatively, low-order coma of the imaging optical system can be adjusted by moving at least a part of the first objective lens 8 or the relay lens 13 in a direction perpendicular to the optical axis. Further, the method of adjusting the aberration is not limited to the above-described method, and may be another method. For example, a method of replacing at least a part of the first objective lens 8, the second objective lens 10, the relay lens 12, or the relay lens 13 may be used. Further, for example, the position detection result can be corrected based on the inspection result of the coma aberration before or after the optical adjustment of the imaging optical system.
[0042]
Next, in the inspection of the optical axis shift in the position detecting device, as the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2, for example, a height in which the step between the convex portion and the concave portion is set relatively large (for example, λ / 8 or more) A step pattern is used. In addition, as the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2, for example, a low step pattern in which a step between a convex portion and a concave portion is set to be relatively small (for example, λ / 16 or less) is used. As the wavelength λ, λ = 633 nm can be used. Here, the reference pattern SP composed of a high step pattern is a pattern that is very insensitive to optical axis deviation, and the measurement pattern MP composed of a low step pattern is a pattern that is very sensitive to optical axis deviation.
[0043]
Thus, the position of the first reference pattern SP1, the position of the first measurement pattern MP1, the position of the second reference pattern SP2, and the position of the second measurement pattern MP2 are detected in the same manner as the inspection of the coma aberration. Then, based on the relative relationship between the position of the first reference pattern SP1 and the position of the first measurement pattern MP1, and the relative relationship between the position of the second reference pattern SP2 and the position of the second measurement pattern MP2, Inspect the optical axis for deviation. The above-described inspection may be performed for a plurality of focus positions, and the inspection may be performed based on the focus dependency of the relative relationship.
[0044]
In the present embodiment, the imaging optical system is optically adjusted based on the inspection result of the optical axis shift obtained using the inspection substrate. In order to adjust the optical axis shift of the imaging optical system, it is preferable to finely move the imaging aperture stop 15 via the drive system 18 in a direction perpendicular to the optical axis. In addition, it is possible to inspect when there is vignetting (interruption of the light beam) in the optical system or when there is dust. In such a case, it is possible to replace lenses and parts. It is. Also, for example, the position detection result can be corrected based on the inspection result of the optical axis shift before or after the optical adjustment of the imaging optical system.
[0045]
As described above, in the present embodiment, the entire wafer mark WM as a position detection mark composed of a two-dimensional mark and a part of the inspection mark CM (the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2) are formed. Coincide (having the same arrangement and the same structural form). Therefore, in the inspection method of the position detection device according to the present embodiment, the optical state (coma aberration, optical axis shift, and the like) of the field of view substantially the same as the detection field when detecting the two-dimensional wafer mark WM as the position detection mark is detected. Can be inspected with high accuracy.
[0046]
As a result, it is possible to realize a high-accuracy position detection device optically adjusted or corrected based on the inspection result obtained by the inspection method of the present embodiment. In addition, using the high-precision position detection device of the present embodiment, the reticle (mask) R and the wafer (photosensitive substrate) W are aligned with respect to the projection optical system PL with high accuracy, and favorable exposure is performed. be able to.
[0047]
In the present embodiment, in the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2, the width dimension of the line section along the pitch direction is substantially equal to the width dimension of the space section along the pitch direction (that is, the duty ratio). Is about 50%). With this configuration, the reference pattern SP is a pattern that is very insensitive to aberrations of the imaging optical system, so that the optical state of the position detection device can be inspected with higher accuracy.
[0048]
Also, in the present embodiment, the optical relationship is determined based on the relative relationship between the position of the first reference pattern SP1 and the position of the first measurement pattern MP1, and the relative relationship between the position of the second reference pattern SP2 and the position of the second measurement pattern MP2. Checking the condition. However, the present invention is not limited to this. Instead of the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2, or in addition to the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2, for example, as shown in FIG. , The relative relationship between the position of the reference pattern SP0 and the position of the first measurement pattern MP1, and the position of the reference pattern SP0 and the position of the second measurement pattern MP2. The optical state can be inspected based on the relative relationship of
[0049]
Further, in the present embodiment, as the optical state of the position detecting device, the coma aberration and the optical axis shift of the imaging optical system are inspected. However, the present invention is not limited to this. Other optical conditions, such as gender, can also be tested. In this regard, in the present embodiment, the reference pattern SP composed of a light and dark pattern and the measurement pattern MP composed of a step pattern of a narrow groove are used for inspection of coma aberration, and the reference pattern SP composed of a high step pattern is used for inspection of optical axis deviation. Although the measurement pattern MP including the SP and the low step pattern is used, the present invention is not limited to this, and various patterns having different structural forms can be used according to the type of optical state to be inspected. Further, the reference pattern SP0 may be rectangular or rectangular as described above, or may be formed of four lines.
[0050]
Typically, for example, as shown in a second modified example described later, a line portion is provided between the first reference pattern SP1 and the first measurement pattern MP1 and between the second reference pattern SP2 and the second measurement pattern MP2. Can be set so that the width dimensions along the pitch direction are different from each other. Further, as in the above-described embodiment, between the first reference pattern SP1 and the first measurement pattern MP1, and between the second reference pattern SP2 and the second measurement pattern MP2, one is a step pattern and the other is bright and dark. It is also possible to set it as a pattern.
[0051]
Further, as in the above-described embodiment, the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2 are high step patterns in which the step between the convex portion and the concave portion is set relatively large, and include the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern SP2. The measurement pattern MP2 can be set so as to be a low step pattern in which the step between the convex portion and the concave portion is set to be relatively small. Further, the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2 are symmetric patterns in which a line portion and a space portion are formed symmetrically with respect to the pattern pitch direction, respectively, and the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2 are line portions. It is also possible to set such that the space portions are asymmetric patterns formed asymmetrically with respect to the pitch direction of the pattern.
[0052]
By the way, since the wafer mark WM of the present embodiment has a form of a two-dimensional mark having periodicity in the X direction and the Y direction, the position detection device detects the X direction patterns WMXa and WMXb and the Y direction patterns WMYa and WMYb. The position can be detected simultaneously in the field of view, and the position can be detected with high throughput. Further, a configuration in which the wafer mark WM also serves as the outer mark of the overlay measurement mark by utilizing a square or rectangular space formed in the center of the wafer mark WM is possible.
[0053]
In the case where the wafer mark WM also serves as the outer mark of the overlay measurement mark, the detection result of the position detection device can be corrected with high accuracy by using the overlay displacement amount measured with high accuracy as an offset amount, and as a result, Highly accurate position detection can be performed. Further, since the centers of the X-direction patterns WMXa and WMXb coincide with the centers of the Y-direction patterns WMYa and WMYb, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. The influence of the remaining aberration on the position detection accuracy can be minimized, and thus, highly accurate position detection can be performed.
[0054]
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a wafer mark according to a first modification of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of an inspection mark according to a first modification of the present embodiment. Referring to FIG. 4, the wafer mark as the position detection mark according to the first modification has a configuration generally similar to the wafer mark of the embodiment shown in FIG. However, in the wafer mark according to the first modified example, each line portion constituting the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2 is formed by three segment lines arranged at a predetermined pitch in the pitch direction. This point is fundamentally different from the wafer mark of the embodiment shown in FIG.
[0055]
As described above, by forming one line portion by the L / S pattern including three segment lines, even if the line width of each segment line is small, the width of the line portion including three segment lines is reduced. Since the size is relatively large, position detection can be performed with as high accuracy as the wafer mark of the embodiment shown in FIG. In addition, since the pattern density in the X-direction patterns WMXa and WMXb and the pattern density in the Y-direction patterns WMYa and WMYb are reduced, the entirety of each of the patterns WMXa, WMXb, WMYa, and WMYb is subjected to planarization processing by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. This is advantageous in that erosion over a short distance does not easily occur.
[0056]
Referring to FIG. 5, in the inspection mark CM according to the first modified example, the first measurement patterns MP1a and MP1b arranged inside along the X direction with the center O as the center are the wafer marks according to the first modified example. It has the same arrangement and the same structural form as the X direction patterns WMXa and WMXb of the WM. Further, the second measurement patterns MP2a and MP2b arranged inside along the Y direction with the center O as the center have the same arrangement and the same structural form as the Y direction patterns WMYa and WMYb of the wafer mark WM according to the first modification. Have.
[0057]
In the first modified example, each line portion forming the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2 is formed by a plurality of segment lines. However, the present invention is not limited to this. In addition to the MP1 and the second measurement pattern MP2, each line portion forming the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2 can also be formed by a plurality of segment lines. Alternatively, only the respective line portions constituting the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2 can be formed by a plurality of segment lines.
[0058]
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of an inspection mark according to a second modification of the present embodiment. Referring to FIG. 6, in the inspection mark CM according to the second modification, the first reference pattern SP1 and the second reference pattern SP2 use a pattern having a relatively large width dimension along the pitch direction of the line portion. As the measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2, patterns whose width along the pitch direction of the line portion is relatively small are used. The inspection mark CM according to the second modification is used, for example, according to a position detection mark that matches the first measurement pattern MP1 and the second measurement pattern MP2.
[0059]
By the way, in the above-described embodiment (including the modified example), after detecting the position of each pattern using the inspection substrate, each pattern is rotated by 180 degrees with respect to the optical axis of the imaging optical system. Is preferably detected again. According to this method, the influence of the pattern manufacturing error on the inspection substrate can be reduced by the averaging effect, and the optical state of the position detection device can be inspected with higher accuracy. In the above-described embodiment, the pattern in the same area as the wafer mark WM is used as the measurement pattern MP. However, the influence when the wafer mark WM is not located at the center of the field of view due to the influence of search accuracy or the like is examined, and inspection and adjustment are performed. Alternatively, a pattern in which the measurement pattern MP and the reference pattern SP are interchanged may be prepared for performing correction or the like. As a result, a result in which the wafer mark WM matches the measurement pattern and a result in which the wafer mark WM matches the reference pattern can be obtained, and the distribution of optical states such as coma in the visual field can be inspected. can do.
[0060]
In the above embodiment, the wafer mark is illuminated by epi-illumination. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a position detection device that illuminates the wafer mark by transmission. Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the position detection device including the imaging optical system that forms an image based on light from a wafer mark, but is not limited thereto. In general, the present invention can also be applied to a position detecting device having an optical system for guiding light from a wafer mark.
[0061]
In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, ultraviolet light having a wavelength of 100 nm or more, such as g-line, i-line, deep ultraviolet (DUV) light such as KrF excimer laser, ArF excimer laser, F ₂ Vacuum ultraviolet (VUV) light such as a laser (wavelength 157 nm) can be used. Instead of the excimer laser, a harmonic of a solid-state laser such as a YAG laser having an oscillation spectrum at any one of wavelengths 248 nm, 193 nm, and 157 nm may be used. Further, a single-wavelength laser in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and yttrium), and a nonlinear optical crystal is used. Alternatively, a harmonic converted to ultraviolet light may be used.
[0062]
In the above embodiment, the wavelength of the illumination light for exposure is not limited to 100 nm or more. For example, in order to expose a pattern of 70 nm or less, EUV (Extreme Ultra Violet) light in a soft X-ray region (for example, a wavelength region of 5 to 15 nm) is generated using a SOR or a plasma laser as a light source, and the exposure wavelength ( An EUV exposure apparatus using an all-reflection reduction optical system designed on the basis of, for example, 13.5 nm) and a reflective mask is being developed. In this apparatus, a configuration in which scan exposure is performed by synchronously scanning the mask and the wafer using arc illumination can be considered, and such an apparatus is also included in the scope of the present invention. In an EUV exposure apparatus or the like, it is preferable that the stage drive system is a magnetic levitation type linear actuator, and that the chuck system uses an electrostatic attraction method, assuming that the inside of the chamber is evacuated. In a light exposure apparatus of 100 nm or more, vacuum may be used for a stage drive system by air flow or suction.
[0063]
Incidentally, the projection optical system may use not only a reduction system but also an equal magnification system or an enlargement system (for example, an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display). The present invention can also be applied to a proximity type scanning exposure apparatus, for example, an X-ray exposure apparatus that moves a mask and a wafer relative to an arcuate illumination area irradiated with X-rays. In addition, the present invention can be applied to an EB (electron beam) exposure apparatus that performs pattern transfer using an electron beam instead of the above-described radiation light. Furthermore, not only an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and the like, an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, and a device used for manufacturing a thin film magnetic head The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus that is used for manufacturing an imaging device (such as a CCD), and the like. Further, the present invention can be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a glass substrate, a silicon wafer, or the like in order to manufacture a reticle or a mask.
[0064]
Furthermore, in the above-described embodiment, the position of the photosensitive substrate in the exposure apparatus is detected. However, without being limited to this, the position of an object mark formed on a general object to be detected, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-58730, 7-71918, 10-122814, 10-122820, and 2000-258119 disclose an overlay accuracy measuring device. Also, the present invention can be applied to an apparatus for measuring a dimension between patterns.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, in the inspection method of the present invention, since the position detection mark composed of a two-dimensional mark and a part of the inspection mark coincide with each other, the detection field is substantially equal to the detection field of view when detecting the position detection mark. The optical state (coma aberration, optical axis shift, etc.) of the same field of view can be inspected with high accuracy.
[0066]
Therefore, it is possible to realize a high-accuracy position detection device optically adjusted or corrected based on the inspection result obtained by the inspection method of the present invention. In addition, using a high-precision position detecting device optically adjusted or corrected based on the inspection result obtained by the inspection method of the present invention, the mask and the photosensitive substrate are highly accurately aligned with respect to the projection optical system. And good exposure can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including a position detection device that is an object of an inspection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a wafer mark formed on a wafer which is an object whose position is to be detected by the position detection device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an inspection mark formed on an inspection substrate used in the inspection method of the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a wafer mark according to a first modification of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration of an inspection mark according to a first modification of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of an inspection mark according to a second modification of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Halogen lamp
2 Light guide
3 Illumination aperture stop
5. Illumination field stop
7 Half prism
8 First objective lens
9 Reflective prism
10 Second objective lens
11 Indicator board
14 CCD
15 Image aperture stop
16 Signal processing system
30 reticle stage
31 Wafer holder
32 Z stage
33 XY stage
34 Stage control system
35 Main control system
36 keyboard
CM inspection mark
SP reference pattern
MP measurement pattern
Illumination system for IL exposure
R reticle
PA pattern area
PL projection optical system
W wafer
WM wafer mark

Claims

In a method of inspecting the optical state of the position detection device using an inspection substrate on which an inspection mark is formed,
The inspection mark is arranged at a predetermined distance from the center of the inspection mark at a predetermined distance in the first direction, and has a first pattern having periodicity in the first direction, and a first pattern extending from the center in the first direction. And a second pattern having a periodicity in the second direction, the second pattern being arranged at an interval of the predetermined distance along a second direction perpendicular to the second direction,
The first pattern has a first reference pattern and a first measurement pattern having a different structural form from the first reference pattern,
The second pattern has a second reference pattern and a second measurement pattern having a different structural form from the second reference pattern,
A detection step of detecting the position of the first reference pattern, the position of the first measurement pattern, the position of the second reference pattern, and the position of the second measurement pattern by the position detection device;
The position is determined based on a relative relationship between the position of the first reference pattern and the position of the first measurement pattern detected in the detection step and a relative relationship between the position of the second reference pattern and the position of the second measurement pattern. An inspection step of inspecting an optical state of the detection device.

The width dimension along a pitch direction of a line portion between the first reference pattern and the first measurement pattern and between the second reference pattern and the second measurement pattern are different from each other. Item 1. The inspection method according to Item 1.

The one between the first reference pattern and the first measurement pattern and the second reference pattern and the second measurement pattern, one of which is a step pattern and the other of which is a light and dark pattern. The inspection method according to 1.

The first reference pattern and the second reference pattern are high step patterns in which a step between a convex portion and a concave portion is set relatively large,
The inspection method according to claim 1, wherein the first measurement pattern and the second measurement pattern are low step patterns in which a step between a convex portion and a concave portion is set to be relatively small.

The first reference pattern and the second reference pattern are symmetric patterns in which a line portion and a space portion are respectively formed symmetrically with respect to a pattern pitch direction,
The inspection method according to claim 1, wherein the first measurement pattern and the second measurement pattern are asymmetric patterns in which a line portion and a space portion are respectively formed asymmetrically with respect to a pattern pitch direction.

In at least one of the first reference pattern, the first measurement pattern, the second reference pattern, and the second measurement pattern, each line portion has at least two segment lines. Item 1. The inspection method according to Item 1.

7. The first reference pattern and the second reference pattern, wherein a width dimension of the line portion along the pitch direction is substantially equal to a width dimension of the space portion along the pitch direction. Or the inspection method according to claim 1.

A position detection device comprising an optical system optically adjusted based on an inspection result obtained by the inspection method according to claim 1.

A position detection device that corrects a position detection result based on an inspection result obtained by the inspection method according to claim 1.

In an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate,
An exposure apparatus comprising the position detection device according to claim 8 for detecting the position of the photosensitive substrate.

In an exposure method for transferring a predetermined pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate,
An exposure method comprising: detecting a position of the photosensitive substrate using the position detection device according to claim 8.