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JPH10106937A - Position detecting method, its equipment and projection aligner - Google Patents

Position detecting method, its equipment and projection aligner

Info

Publication number
JPH10106937A
JPH10106937A JP8275410A JP27541096A JPH10106937A JP H10106937 A JPH10106937 A JP H10106937A JP 8275410 A JP8275410 A JP 8275410A JP 27541096 A JP27541096 A JP 27541096A JP H10106937 A JPH10106937 A JP H10106937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mark
position detection
dimensional image
detecting
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8275410A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Shiraishi
直正 白石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP8275410A priority Critical patent/JPH10106937A/en
Publication of JPH10106937A publication Critical patent/JPH10106937A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to detect the position of a position detection mark with high precision when rotation error is generated between the fixing position of a two-dimensional image sensing element and the position detection mark. SOLUTION: Two-dimensional image sensing signals of a wafer mark WM and index marks 52a, 52b which are imaged on an image surface 70 of a CCD are devided into (n) (=5), in the direction (an arrow VS) perpendicular to the raster scan direction (an arrow HS) of a CCD, and integrated in the arrow VS direction in each divided region. Positions of the wafer marks WM and the index marks 52a, 52b in each divided region are measured on the basis of the integrated signal, and measured values of the respective mark positions are statistically processed. Thereby the final mark position can be detected with high precision.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法及び
その装置並びに投影露光装置に係り、更に詳しくは、半
導体ウエハ等の基板や基板を保持するステージ等の表面
に形成された位置検出マークを検出する位置検出方法及
びその装置並びにこの位置検出装置を備えた投影露光装
置に関する。本発明に係る位置検出方法及びその装置
は、特に、半導体素子、撮像素子(CCD等)、液晶表
示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の製造工程内のフォトリ
ソグラフィ工程でマスクパターンを感光性の基板上に露
光する際に、その基板上等に形成された位置検出マーク
を検出するアライメントセンサに使用して好適なもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting method and apparatus, and a projection exposure apparatus, and more particularly, to a position detecting mark formed on a surface of a substrate such as a semiconductor wafer or a stage for holding the substrate. The present invention relates to a position detection method and apparatus for detecting the position, and a projection exposure apparatus having the position detection apparatus. The position detecting method and the position detecting apparatus according to the present invention are particularly applicable to a method in which a mask pattern is formed on a photosensitive substrate in a photolithography process in a manufacturing process of a semiconductor device, an imaging device (such as a CCD), a liquid crystal display device, or a thin film magnetic head. It is suitable for use as an alignment sensor for detecting a position detection mark formed on a substrate or the like at the time of exposure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子等を製造するため
のフォトリソグラフィ工程(マスクパターンのレジスト
像を基板上に形成する工程)では、マスクとしてのレチ
クルのパターンを投影光学系を介してフォトレジストが
塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に露光す
る投影露光装置(ステッパー等)、あるいはレチクルの
パターンを直接ウエハ上に転写するプロキシミティ方式
による露光装置等が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a photolithography process (a process of forming a resist image of a mask pattern on a substrate) for manufacturing a semiconductor device or the like, a reticle pattern as a mask is exposed to a photoresist through a projection optical system. There is used a projection exposure apparatus (stepper or the like) for exposing a wafer (or a glass plate or the like) coated with, or an exposure apparatus by a proximity method for directly transferring a reticle pattern onto the wafer.

【0003】例えば、半導体素子を製造するには、ウエ
ハ上に多数層の回路パターンを所定の位置関係で積み重
ねて形成する必要があり、上述した投影露光装置等を用
いて2層目以降の回路パターンをウエハ上に露光する際
に、露光に先立ってレチクルとウエハの各ショット領域
内の回路パターンの位置合わせ(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、
ウエハ上にはそれまでの工程中で位置検出マークとして
のアライメントマ−ク(ウエハマ−ク)が形成されてお
り、投影露光装置に装着されているアライメントセンサ
によってそのアライメントマ−クの位置を検出すること
により、ウエハ上の各ショット領域内の回路パターンの
正確な位置を検出できるようになっている。
For example, in order to manufacture a semiconductor device, it is necessary to form a multi-layer circuit pattern on a wafer in a predetermined positional relationship by stacking the circuit patterns. When exposing a pattern on a wafer, it is necessary to perform high-precision alignment (alignment) of a reticle and a circuit pattern in each shot area of the wafer prior to exposure. To do this alignment,
An alignment mark (wafer mark) is formed on the wafer as a position detection mark during the previous process, and the position of the alignment mark is detected by an alignment sensor mounted on the projection exposure apparatus. By doing so, an accurate position of the circuit pattern in each shot area on the wafer can be detected.

【0004】従来のアライメントセンサとしては、ア
ライメントマークの近傍にレーザビームを照射かつ走査
(スキャン)して、その散乱・回折光の強度変化に基づ
いてマーク位置を検出するレーザビームスキャン式セン
サと、アライメントマークの近傍に単色光又はブロー
ドバンド光(広帯域光)を照射して検出光学系を介して
その像を撮像し、その撮像信号に基づいてマーク位置を
検出する結像式センサの2種類が主流である。
As a conventional alignment sensor, there is provided a laser beam scanning type sensor which irradiates and scans (scans) a laser beam near an alignment mark and detects a mark position based on a change in intensity of scattered / diffracted light; There are two main types of imaging sensors that irradiate monochromatic light or broadband light (broadband light) in the vicinity of the alignment mark, take an image of the image through a detection optical system, and detect the mark position based on the image signal. It is.

【0005】但し、上述したのレーザビームスキャン
式センサにおいては、使用される検出光束が単色のレー
ザビームであることに伴って、ウエハ表面とその上に塗
布されたフォトレジスト表面との間で多重干渉が生じ、
マークの検出位置に大きな誤差が生じる恐れがあるた
め、今後は、検出光束としてブロードバンド光を使用す
る結像式センサが主流になるものと予想される。
However, in the above-described laser beam scanning type sensor, since the detection light beam used is a monochromatic laser beam, a multiplexing occurs between the surface of the wafer and the surface of the photoresist applied thereon. Interference occurs,
Since a large error may occur in the mark detection position, it is expected that an imaging sensor using broadband light as a detection light beam will become mainstream in the future.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来のの
結像式センサにおいては、撮像素子として一般にCCD
( Charge Coupled Device:固体撮像素子)や撮像管が
使用されている。これらの撮像素子では、水平走査を繰
り返しながら順次垂直走査を行うラスタースキャン方式
によって2次元像を撮像しているため、その撮像信号に
基づく位置検出はラスタースキャン方向(水平走査方
向)について行う方が好適であり、一般に検出方向はそ
のように設定されている。このため、アライメントマー
クの位置検出は、マーク位置の検出方向(以下、「計測
方向」と称する)をラスタースキャン方向と一致させて
撮像信号を取り込み、かつその計測方向と直交する方向
(以下、「非計測方向」と称する)については撮像信号
を積算し、すなわち、2次元信号を1次元信号に積算
し、その1次元信号に基づいてマークの位置検出を行っ
ていた。
In such a conventional imaging sensor, a CCD is generally used as an image pickup device.
(Charge Coupled Device: solid-state imaging device) and an imaging tube are used. In these imaging devices, a two-dimensional image is captured by a raster scan method in which vertical scanning is sequentially performed while repeating horizontal scanning. Therefore, position detection based on the imaging signal is preferably performed in a raster scanning direction (horizontal scanning direction). It is preferred and the detection direction is generally set as such. For this reason, the position detection of the alignment mark is performed in such a manner that the detection direction of the mark position (hereinafter, referred to as “measurement direction”) coincides with the raster scan direction to capture an image signal, and the direction perpendicular to the measurement direction (hereinafter, “ In this case, the imaging signal is integrated, that is, the two-dimensional signal is integrated into the one-dimensional signal, and the position of the mark is detected based on the one-dimensional signal.

【0007】上述したように、2次元の撮像信号を1次
元信号に積算処理する場合は、信号のS/N比が向上し
たり、信号の処理時間の短縮化が図れるというメリット
がある反面、計測方向とラスタースキャン方向とがずれ
た場合には、アライメントマーク位置の検出誤差が生じ
るというデメリットがある。
As described above, when integrating a two-dimensional image pickup signal into a one-dimensional signal, there is an advantage that the S / N ratio of the signal can be improved and the signal processing time can be shortened. When the measurement direction and the raster scan direction deviate from each other, there is a disadvantage that an alignment mark position detection error occurs.

【0008】すなわち、計測方向とラスタースキャン方
向とがずれた場合(例えば、アライメントマークに対し
て撮像素子の取り付け位置が角度θだけずれた場合)
は、撮像素子のラスタースキャンによって取り込まれた
撮像信号をこれと直交する方向に積算して1次元信号と
すると、少しずつ位相がずれたほぼ同じ波形から成る撮
像信号(例えば、正弦波のような信号)が加算された状
態となるため、積算信号のコントラストが低下すること
からマーク位置の検出誤差が生じ易くなる。
That is, when the measurement direction and the raster scan direction are shifted (for example, when the mounting position of the image sensor is shifted by an angle θ with respect to the alignment mark).
When an image signal captured by a raster scan of an image sensor is integrated in a direction orthogonal to the image to form a one-dimensional signal, an image signal having substantially the same waveform slightly shifted in phase (for example, a sinusoidal wave) Signals) are added, and the contrast of the integrated signal is reduced, so that a mark position detection error easily occurs.

【0009】そこで、計測方向に対してラスタースキャ
ン方向を厳密に合わせ込むようにすれば良いが、撮像素
子の回転方向をアライメントマークの方向に全く誤差の
ないようにして装置に取り付けることは実際には困難で
あって、製造上ある程度の回転誤差が生じることは止む
を得ないことであった。
Therefore, the raster scan direction may be strictly aligned with the measurement direction. However, it is not actually possible to attach the image pickup device to the apparatus such that the rotation direction of the image pickup device has no error in the direction of the alignment mark. However, it is unavoidable that a certain degree of rotation error occurs in manufacturing.

【0010】上記のことに加え、ウエハ表面のレジスト
に塗布ムラ等があると、その影響でウエハ上に形成され
たウエハマークの反射率が場所によって変化するため、
従来のように撮像信号を全面で積算する全面積算信号を
用いてマーク位置を検出すると、反射率の高い部分に引
きずられて、検出誤差が生じるという不都合があった。
[0010] In addition to the above, if the resist on the wafer surface has coating unevenness or the like, the reflectance of the wafer mark formed on the wafer changes depending on the location due to the influence.
If the mark position is detected using the whole-area integration signal for integrating the imaging signal over the entire area as in the related art, there is an inconvenience that a detection error occurs due to being dragged to a portion having a high reflectance.

【0011】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、請求項1に記載の発明の目的
は、2次元撮像素子の取り付け方向と位置検出マークの
計測方向とが回転方向にずれていたり、位置検出マーク
の反射率に部分的なムラがあっても、その影響を受ける
ことなく位置検出マークの位置を高精度に検出すること
ができる位置検出方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned disadvantages of the related art, and an object of the present invention is to set a direction in which a two-dimensional image sensor is mounted and a direction in which a position detection mark is measured in a rotation direction. The present invention is to provide a position detection method capable of detecting the position of a position detection mark with high accuracy without being affected even if the position detection mark is shifted or the reflectance of the position detection mark has partial unevenness. .

【0012】請求項2及び3に記載の発明の目的は、状
況に応じた統計処理を行うことにより位置検出マークの
位置を一層高精度に検出することが可能な位置検出方法
を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a position detecting method capable of detecting the position of a position detecting mark with higher accuracy by performing statistical processing according to the situation. is there.

【0013】請求項4に記載の発明の目的は、2次元撮
像素子と位置検出マークとの回転方向のずれや、位置検
出マークの反射率のムラの影響を受けることなく位置検
出マークの位置を高精度に検出することができる位置検
出装置を提供することにある。
An object of the invention described in claim 4 is to determine the position of the position detection mark without being affected by the rotational direction shift between the two-dimensional image pickup device and the position detection mark and the unevenness of the reflectance of the position detection mark. An object of the present invention is to provide a position detecting device capable of detecting with high accuracy.

【0014】請求項5に記載の発明の目的は、指標マー
クと位置検出マークとの相対位置に基づいて位置検出マ
ークの位置を高精度に検出することができる位置検出装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a position detecting device capable of detecting the position of a position detection mark with high accuracy based on the relative position between the index mark and the position detection mark. .

【0015】請求項6に記載の発明の目的は、2次元撮
像素子と位置検出マークとの回転方向のずれや、位置検
出マークの反射率のムラの影響を受けることなく位置検
出マークの位置を高精度に検出することにより、結果的
にマスクパターン像と基板との重ねあわせ精度を向上さ
せることが可能な投影露光装置を提供することにある。
An object of the invention described in claim 6 is to determine the position of the position detection mark without being affected by the rotational direction shift between the two-dimensional image pickup device and the position detection mark or the unevenness of the reflectance of the position detection mark. An object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of improving the superposition accuracy of a mask pattern image and a substrate by detecting with high accuracy.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、位置検出マーク(WM,52a,52b)の所定の
計測方向の位置を検出する位置検出方法であって、前記
位置検出マーク(WM,52a,52b)に照明光(D
L)を照射して前記位置検出マーク(WM,52a,5
2b)の2次元像を形成せしめる第1工程と;前記2次
元像を2次元撮像素子(14)を用いて撮像する第2工
程と;前記2次元像の撮像信号(DSA)を、前記計測
方向とほぼ直交する非計測方向に複数分割し、かつ各分
割領域(A〜E)毎にそれぞれ前記非計測方向に積算
し、得られた前記各分割領域(A〜E)の積算信号に基
づいて各分割領域についての前記位置検出マーク(W
M,52a,52b)の位置をそれぞれ検出する第3工
程と;前記第3工程で得られた各分割領域(A〜E)に
ついての前記位置検出マーク(WM,52a,52b)
の位置検出値を統計処理して、最終的なマーク検出位置
を算出する第4工程とを含む。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a position detecting method for detecting a position of a position detecting mark (WM, 52a, 52b) in a predetermined measurement direction, wherein the position detecting mark (WM, 52a, 52b) is provided. WM, 52a, 52b) to the illumination light (D
L) to irradiate the position detection mark (WM, 52a, 5).
2b) a first step of forming a two-dimensional image; a second step of imaging the two-dimensional image using a two-dimensional image sensor (14); and measuring the image signal (DSA) of the two-dimensional image by the measurement. A plurality of divisions are made in a non-measurement direction that is substantially orthogonal to the direction, and integration is performed in the non-measurement direction for each of the divided areas (A to E), based on the obtained integrated signals of the divided areas (A to E). The position detection mark (W
M, 52a, 52b) for detecting the position of each of the divided areas (A to E) obtained in the third step (WM, 52a, 52b).
And a fourth step of statistically processing the position detection value of (i) to calculate a final mark detection position.

【0017】これによれば、位置検出マークに照明光を
照射して位置検出マークの2次元像を形成し、その2次
元像を2次元撮像素子を用いて撮像して、その撮像信号
を計測方向とほぼ直交する非計測方向の複数領域に分割
し、各分割領域の撮像信号を非計測方向にそれぞれ積算
した積算信号に基づいて各分割領域毎のマークの位置を
検出して、その検出した複数の位置検出値を統計処理す
ることによって、最終的な位置検出マークの位置が算出
される。
According to this, a two-dimensional image of the position detection mark is formed by irradiating the position detection mark with illumination light, the two-dimensional image is picked up using a two-dimensional image pickup device, and the image pickup signal is measured. Is divided into a plurality of regions in the non-measurement direction substantially orthogonal to the direction, and the position of the mark for each divided region is detected based on an integrated signal obtained by integrating the imaging signal of each divided region in the non-measurement direction. The final position of the position detection mark is calculated by statistically processing a plurality of position detection values.

【0018】2次元撮像素子の取り付け位置がずれて位
置検出マークとの相対的な位置関係が回転方向にずれた
場合は、従来のように計測方向の撮像信号を非計測方向
の全面で積算する全面積算信号を用いると、低コントラ
スト化するためマーク位置の検出が不正確になるおそれ
があるが、本発明では、撮像信号を非計測方向に複数分
割して、各分割領域毎に撮像信号を積算することによ
り、積算信号の低コントラスト化を回避することができ
る。また、位置検出マークの反射率が場所によって変化
する場合は、従来のように計測方向の撮像信号を非計測
方向に全て積算する全面積算信号を用いると、反射率の
高い方に引きずられてマークの検出位置がずれる可能性
があるが、本発明では撮像信号を非計測方向に複数分割
して、各分割領域毎にマーク位置を検出して、その複数
のマークの位置検出値を統計処理することにより、マー
クの反射率の高低の影響が分散されて、位置検出マーク
の検出誤差が少なくなり、高精度にマーク位置を検出す
ることが可能になる。
If the mounting position of the two-dimensional image sensor is shifted and the relative positional relationship with the position detection mark is shifted in the rotation direction, the imaging signal in the measurement direction is integrated over the entire surface in the non-measurement direction as in the related art. When the whole-area integrated signal is used, the detection of the mark position may be inaccurate due to the low contrast, but in the present invention, the image signal is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction, and the image signal is divided for each divided region. By performing the integration, it is possible to avoid lowering the contrast of the integrated signal. If the reflectivity of the position detection mark changes depending on the location, using a full integration signal that integrates all the imaging signals in the measurement direction in the non-measurement direction as in the past, the mark is dragged toward the one with the higher reflectance. However, in the present invention, the imaging signal is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction, the mark position is detected for each divided region, and the position detection values of the plurality of marks are statistically processed. Thus, the influence of the reflectivity of the mark is dispersed, the detection error of the position detection mark is reduced, and the mark position can be detected with high accuracy.

【0019】この場合において、撮像信号を非計測方向
に複数分割し、各分割領域毎の撮像信号を非計測方向に
積算して得られた複数の撮像信号に基づく位置検出マー
クの位置検出値の統計処理は、種々の処理方法が考えら
れるが、例えば請求項2に記載の発明の如く、第4工程
の統計処理として、複数の分割領域(A〜E)における
位置検出値を単純平均化処理するものであっても良い。
この場合には、複数の位置検出値が等価として扱われ、
これらを単純に平均化することにより、位置検出マーク
と2次元撮像素子とが相対的に回転方向に位置ずれして
も、良好なコントラストで位置検出マークの位置を高精
度に検出することができる。
In this case, the image pickup signal is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction, and the position detection value of the position detection mark based on a plurality of image pickup signals obtained by integrating the image pickup signals for each divided area in the non-measurement direction. Various processing methods are conceivable for the statistical processing. For example, as the statistical processing in the fourth step, the position detection values in a plurality of divided areas (A to E) are simply averaged as the statistical processing in the fourth step. You may do.
In this case, multiple position detection values are treated as equivalent,
By simply averaging these, even if the position detection mark and the two-dimensional image sensor are relatively displaced in the rotational direction, the position of the position detection mark can be detected with high contrast and with high accuracy. .

【0020】あるいは、上記の第4工程の統計処理とし
て、請求項3に記載の発明の如く、各分割領域(A〜
E)の前記非計測方向の位置に応じて対応する位置検出
値に重みを付けて複数の位置検出値を平均する加重平均
化処理を行っても良い。通常、位置検出マークは、両端
近傍においてマークの変形に伴う計測誤差が生じ易いこ
とから、例えば中心部に比べて両端近傍の重み付けを小
さくすることによって、位置検出マークの変形等による
検出誤差の発生を防止することができる。もちろん、重
み付けの例はこれに限定されず、マーク等の状況に応じ
て種々の重み付けを行った後、平均化するものであって
も良い。
Alternatively, as the statistical processing in the fourth step, each of the divided areas (A to A)
The weighted averaging process of averaging a plurality of position detection values by weighting the corresponding position detection values according to the position in the non-measurement direction in E) may be performed. In general, a position detection mark is likely to cause a measurement error due to the deformation of the mark in the vicinity of both ends. Therefore, for example, by making the weight in the vicinity of both ends smaller than that in the center, the detection error due to the deformation of the position detection mark or the like is generated. Can be prevented. Of course, the example of weighting is not limited to this, and various types of weighting may be performed in accordance with the status of the mark or the like, and then averaging may be performed.

【0021】請求項4に記載の発明は、試料(W)上と
該試料(W)を保持するステージ(18)の少なくとも
一方に形成された位置検出マーク(WM,52a,52
b)の所定の計測方向の位置を検出する位置検出装置で
あって、前記位置検出マーク(WM,52a,52b)
に照明光(DL)を照射して前記位置検出マークの2次
元像を形成せしめる結像光学系(12)と;前記2次元
像を撮像する2次元撮像素子(14)と;前記2次元像
の撮像信号(DSA)を、前記計測方向とほぼ直交する
非計測方向に複数分割し、かつ各分割領域(A〜E)毎
にそれぞれ前記非計測方向に積算する信号処理手段(1
6)と;前記信号処理手段(16)により得られた前記
各分割領域(A〜E)の積算信号に基づいて各分割領域
についての前記位置検出マーク(WM,52a,52
b)の位置をそれぞれ検出する検出手段(16)と;前
記検出手段(16)で検出された各分割領域(A〜E)
についての前記位置検出マーク(WM,52a,52
b)の位置検出値を統計処理して、最終的なマーク検出
位置を演算する演算手段(16)とを有する。
According to a fourth aspect of the present invention, a position detection mark (WM, 52a, 52a) formed on at least one of the sample (W) and the stage (18) holding the sample (W).
b) a position detection device for detecting a position in a predetermined measurement direction, wherein the position detection mark (WM, 52a, 52b)
An imaging optical system (12) for irradiating the illumination light (DL) with the light to form a two-dimensional image of the position detection mark; a two-dimensional image sensor (14) for capturing the two-dimensional image; and the two-dimensional image Signal processing means (1) for dividing the imaging signal (DSA) into a plurality of non-measurement directions substantially orthogonal to the measurement direction, and integrating each of the divided areas (A to E) in the non-measurement direction.
6) and the position detection marks (WM, 52a, 52) for each divided area based on the integrated signal of each of the divided areas (A to E) obtained by the signal processing means (16).
detecting means (16) for respectively detecting the position of b); each of the divided areas (A to E) detected by the detecting means (16)
The position detection marks (WM, 52a, 52
(b) statistically processing the position detection value to calculate a final mark detection position.

【0022】これによれば、結像光学系により位置検出
マークに照明光が照射され位置検出マークの2次元像が
形成されると、その2次元像が2次元撮像素子により撮
像され、信号処理手段でその撮像信号が非計測方向に複
数分割されて、各分割領域毎の撮像信号が非計測方向に
積算される。検出手段により各分割領域毎の積算信号に
基づいて位置検出マークの位置がそれぞれ検出され、演
算手段によりそれらの位置検出マークの位置検出値が統
計処理され、最終的なマーク検出位置が演算される。
According to this, when the position detecting mark is irradiated with illumination light by the image forming optical system and a two-dimensional image of the position detecting mark is formed, the two-dimensional image is picked up by the two-dimensional image pickup device and the signal processing is performed. The image signal is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction by means, and the image signals for each divided region are integrated in the non-measurement direction. The position of the position detection mark is detected by the detection unit based on the integrated signal for each divided area, the position detection value of the position detection mark is statistically processed by the calculation unit, and the final mark detection position is calculated. .

【0023】このため、2次元撮像素子の取り付け位置
がずれるなどして、2次元撮像素子と位置検出マークと
の相対的位置関係が回転方向にずれた場合には、撮像信
号を複数に分割してそれぞれの領域における位置検出マ
ークの位置が検出され、演算手段により各分割領域のマ
ークの位置検出値が統計処理されることから、積算信号
が低コントラスト化するのが回避される。また、位置検
出マークの反射率が部分的に変化する場合であっても、
撮像信号を非計測方向に複数分割し、各分割領域単位の
積算信号を用いてマーク位置を検出するため、一領域内
におけるマーク反射率の変化の度合を小さくすることが
でき、各分割領域毎に正確なマーク位置が検出されて、
それらの位置検出値が統計処理されるので、マーク位置
の検出誤差が小さくなって高精度なマーク位置検出が可
能になる。
For this reason, when the relative positional relationship between the two-dimensional image sensor and the position detection mark is shifted in the rotational direction due to a shift in the mounting position of the two-dimensional image sensor, the image signal is divided into a plurality of signals. Thus, since the position of the position detection mark in each area is detected and the position detection value of the mark in each divided area is statistically processed by the calculating means, the contrast of the integrated signal is prevented from lowering. Further, even when the reflectance of the position detection mark partially changes,
Since the imaging signal is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction and the mark position is detected using the integrated signal of each divided area, the degree of change in the mark reflectivity within one area can be reduced, and each divided area can be reduced. The exact mark position is detected at
Since the position detection values are statistically processed, the detection error of the mark position is reduced, and the mark position can be detected with high accuracy.

【0024】請求項5に記載の発明は、試料(W)上に
形成された位置検出マーク(WM,52a,52b)の
所定の計測方向の位置を検出する位置検出装置であっ
て、前記試料(W)上に照明光(DL)を照射して前記
位置検出マークの2次元像を形成する第1結像光学系
(30,32,34,36,38,40,42,44,
46,48)と;前記位置検出マーク(WM)の2次元
像の形成面または該形成面と共役な面に配置され、指標
マーク(52a,52b)が形成された指標板(52)
と;前記指標板(52)に照明光を照射して前記指標マ
ークの2次元像を形成する第2結像光学系(50,5
6,58,60,62)と;前記位置検出マーク(W
M)の2次元像と前記指標マーク(52a,52b)の
2次元像とを撮像する2次元撮像素子(14)と;前記
2次元撮像素子(14)からの撮像信号(DSA)を、
前記計測方向とほぼ直交する非計測方向に複数分割し、
かつ、該複数分割した領域毎に前記非計測方向に積算し
た積算信号を出力する信号処理手段(16)と;前記積
算信号に基づいて、前記指標マーク(52a,52b)
に対する前記分割した領域毎の前記位置検出マーク(W
M)の位置を検出する検出手段(16)と;前記検出手
段(16)が検出した前記分割した領域毎の前記位置検
出マーク(WM)の位置を統計処理して、前記位置検出
マーク(WM)の位置を演算する演算手段(16)とを
有する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a position detecting device for detecting a position of a position detection mark (WM, 52a, 52b) formed on a sample (W) in a predetermined measurement direction, wherein (W) irradiating illumination light (DL) on the first imaging optical system (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 44) for forming a two-dimensional image of the position detection mark.
46, 48); an indicator plate (52) which is arranged on a surface on which a two-dimensional image of the position detection mark (WM) is formed or a surface conjugate to the surface and on which indicator marks (52a, 52b) are formed.
A second imaging optical system (50, 5) for irradiating the index plate (52) with illumination light to form a two-dimensional image of the index mark;
6, 58, 60, 62); and the position detection mark (W
M) and a two-dimensional image sensor (14) for capturing a two-dimensional image of the index mark (52a, 52b); and an imaging signal (DSA) from the two-dimensional image sensor (14).
Divided into a plurality of non-measurement directions substantially orthogonal to the measurement direction,
A signal processing means (16) for outputting an integrated signal integrated in the non-measurement direction for each of the plurality of divided areas; and the index marks (52a, 52b) based on the integrated signal.
, The position detection mark (W
M) detecting means for detecting the position of the position detection mark (WM) for each of the divided areas detected by the detection means (16); And (16) for calculating the position.

【0025】これによれば、第1結像光学系では、位置
検出マークに照明光を照射して位置検出マークの2次元
像を形成する。これとともに、第2結像光学系では、指
標マークが形成された指標板に照明光を照射して指標マ
ークの2次元像を形成する。そして、2次元撮像素子で
は、これらの2次元像を同時に撮像する。このように、
位置検出マークと指標マークとは、それぞれ固有の光学
系を用いてマークの2次元像が個別に形成されるため、
マーク同士が重畳しないように2次元撮像素子の撮像面
に結像させることが可能となり、それぞれのマーク位置
を確実に検出することができる。また、2次元撮像素子
により撮像した撮像信号は、信号処理手段により非計測
方向に複数分割されて、各分割領域毎の撮像信号が非計
測方向に積算され、検出手段によって各分割領域の積算
信号に基づく各分割領域における位置検出マーク及び指
標マークのそれぞれの位置が検出され、演算手段によっ
て各分割領域の位置検出マークの位置検出値が統計処理
され、最終的なマーク位置が求められる。
According to this, the first imaging optical system irradiates the position detection mark with illumination light to form a two-dimensional image of the position detection mark. At the same time, the second imaging optical system forms a two-dimensional image of the index mark by irradiating the index plate on which the index mark is formed with illumination light. The two-dimensional image sensor simultaneously captures these two-dimensional images. in this way,
Since the two-dimensional images of the position detection mark and the index mark are individually formed using their own optical systems,
It is possible to form an image on the imaging surface of the two-dimensional imaging device so that the marks do not overlap each other, and it is possible to reliably detect the position of each mark. Further, the image signal picked up by the two-dimensional image sensor is divided into a plurality of parts in the non-measurement direction by the signal processing means, and the image signals for each divided area are integrated in the non-measurement direction. , The respective positions of the position detection mark and the index mark in each divided area are detected, and the calculation means statistically processes the position detection values of the position detection marks in each divided area to obtain the final mark position.

【0026】このため、2次元撮像素子の取り付け位置
がずれたり、位置検出マークの反射率が場所によって異
なる場合はもちろん、位置検出マークとオフ・アクシス
方式に用いられるベースライン計測の基準となる指標マ
ークとが回転方向にずれた場合でも、検出誤差が少なく
なり、位置検出マークの位置を高精度に検出することが
可能になる。
For this reason, not only when the mounting position of the two-dimensional image pickup device is displaced or the reflectance of the position detection mark differs depending on the place, but also the position detection mark and an index serving as a reference for baseline measurement used in the off-axis method. Even when the mark is displaced in the rotation direction, the detection error is reduced, and the position of the position detection mark can be detected with high accuracy.

【0027】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(CCr)を感光材が塗布され
た基板(W)上に転写する投影露光装置であって、請求
項4又は5に記載の位置検出装置(10)を前記基板上
に形成された位置検出マークの検出用として具備する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus for transferring an image (CCr) of a pattern formed on a mask (R) onto a substrate (W) coated with a photosensitive material. A position detection device (10) according to 4 or 5 is provided for detecting a position detection mark formed on the substrate.

【0028】これによれば、請求項4又は5に記載の位
置検出装置が前記基板上に形成された位置検出マークの
検出用として投影露光装置に具備されているため、当該
位置検出装置と位置検出マークとが回転方向に相対的に
位置ずれしたり、位置検出マークの反射率が部分的に変
化しても、その影響を受けることなく高精度にマーク位
置を検出することができ、結果的にマスクパターン像と
基板との重ねあわせ精度を向上させることが可能にな
る。
According to this, since the position detecting device according to claim 4 is provided in the projection exposure apparatus for detecting the position detecting mark formed on the substrate, the position detecting device and the position detecting device can be used. Even if the detection mark is relatively displaced in the rotational direction or the reflectivity of the position detection mark is partially changed, the mark position can be detected with high accuracy without being affected by the change. In addition, it is possible to improve the overlay accuracy of the mask pattern image and the substrate.

【0029】[0029]

【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4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.
A description will be given with reference to FIG.

【0030】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 device 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).

【0031】この投影露光装置100は、マスクとして
のレチクルRを露光用照明光で照明する照明系IOP
と、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試料としてのウ
エハW上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを不図
示のウエハホルダを介して保持するステージとしての試
料台18と、試料台18が搭載されXY2次元平面内を
X軸方向(図1における紙面左右方向)及びこれに直交
するY軸方向(図1における紙面直交方向)に移動可能
なXYステージ20と、ウエハWに形成された位置検出
マークとしてのアライメントマーク(ウエハマーク)を
検出するオフ・アクシス方式のアライメントセンサOF
Aと、このアライメントセンサOFAからの撮像信号を
処理する信号処理系16と、試料台18上に載置された
移動鏡24と、該移動鏡24にレーザビームを照射し、
その反射光を受光して試料台18のXY面内の位置を計
測するレーザ干渉計26と、XYステージ20を駆動す
る駆動系22と、CPU(中央演算処理装置)、ROM
( Read Only Memory )、RAM( Random Access Memor
y )等を含んで構成されたミニコンピュータ(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 for illuminating a reticle R as a mask with illumination light for exposure.
A reticle stage RST for holding a reticle R;
A projection optical system PL for projecting an image of the pattern formed on the reticle R onto a wafer W as a sample, a sample stage 18 as a stage for holding the wafer W via a wafer holder (not shown), and a sample stage 18 are mounted. The XY stage 20 is movable in the X-axis direction (left-right direction in FIG. 1) and in the Y-axis direction (perpendicular direction in FIG. 1) perpendicular to the XY two-dimensional plane, and a position detected on the wafer W is detected. Off-axis type alignment sensor OF for detecting alignment mark (wafer mark) as mark
A, a signal processing system 16 for processing an imaging signal from the alignment sensor OFA, a moving mirror 24 mounted on a sample stage 18, and irradiating the moving mirror 24 with a laser beam.
A laser interferometer 26 for receiving the reflected light and measuring the position of the sample table 18 in the XY plane, a drive system 22 for driving the XY stage 20, a CPU (Central Processing Unit), and a ROM
(Read Only Memory), RAM (Random Access Memor)
y), etc., and a main controller 28 for controlling the entire apparatus as a whole.

【0032】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CCr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 (such as a mercury lamp or an excimer laser), a fly-eye lens, a relay lens,
And an illumination optical system including a condenser lens and the like. The illumination system IOP illuminates the pattern CCr on the lower surface (pattern formation surface) of the reticle R with uniform illumination distribution by the illumination light IL for exposure from the 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.

【0033】レチクルRは、レチクルステージRST上
に不図示の固定手段により固定されており、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、Y軸方向、及びθ方向(2次元平面内の回転方向)
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CCrの中
心(レチクルセンタ)が投影光学系PLの光軸とほぼ一
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。
The reticle R is fixed on a reticle stage RST by fixing means (not shown). The reticle stage RST is driven by a driving system (not shown) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ-direction (two-dimensional plane). Direction of rotation)
Can be finely driven. Thereby, reticle stage RST can position reticle R (reticle alignment) in a state where the center (reticle center) of pattern CCr of reticle R substantially coincides with the optical axis of projection optical system PL. FIG. 1 shows a state in which this reticle alignment has been performed.

【0034】投影光学系PLは、その光軸AX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、レチクルのパターンCCr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CCrが投影光
学系PL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 AX in the Z-axis direction orthogonal to the moving surface of the reticle stage RST.
Here, both sides are telecentric and a predetermined reduction magnification β
(Β is, for example, 1 /) is used.
For this reason, if the reticle R is illuminated with uniform illuminance by the illumination light IL in a state where the reticle pattern CCr and the shot area on the wafer W are aligned (aligned), the pattern CCr on the pattern forming surface is obtained. Is reduced by the projection optical system PL at the reduction magnification β, projected onto the wafer W coated with the photoresist, and a reduced image of the pattern is formed in each shot area on the wafer W.

【0035】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。前記試料台18は、Xステージ上に搭載さ
れ、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。
The XY stage 20 is actually a Y stage that moves on a base (not shown) in the Y axis direction.
And an X stage that moves on the stage in the X axis direction. The sample stage 18 is mounted on an X stage and minutely drives a wafer holder that holds the wafer W in the Z-axis direction, and is also called a Z stage.

【0036】そして、ウエハWは、この試料台18上に
不図示のウエハホルダを介して固定されている。また、
試料台18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、試料台18のXY面内の
位置を計測する前記レーザ干渉計26がこの移動鏡24
の反射面に対向して設けられている。なお、移動鏡24
は、実際には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、試料台
18のXY座標が計測されるものとする。
The wafer W is fixed on the sample table 18 via a wafer holder (not shown). Also,
A movable mirror 24 is provided on the upper surface of one end of the sample table 18, and the position of the sample table 18 in the XY plane is projected by projecting a laser beam onto the movable mirror 24 and receiving the reflected light. The laser interferometer 26 to be measured is
Are provided so as to face the reflection surfaces of the first and second mirrors. The movable mirror 24
Is actually 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. Correspondingly, the laser interferometer is also used for measuring the position in the X direction. An X laser interferometer and a Y laser interferometer for position measurement in the Y direction are provided, but these are shown as a movable mirror 24 and a laser interferometer 26 in FIG. Therefore, in the following description, it is assumed that the XY coordinates of the sample stage 18 are measured by the laser interferometer 26.

【0037】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
テージを駆動することにより、試料台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、この主制御装置28で
は、このフォーカスセンサの出力に基づいて駆動系22
を介して試料台18をZ軸方向(フォーカス方向)に駆
動する。すなわち、このようにして試料台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 values of the laser interferometer 26 are stored in the main controller 2
The main controller 28 controls the laser interferometer 2
The sample stage 18 is positioned by driving the XY stage via the drive system 22 while monitoring the measurement value of No. 6. In addition, the output of a focus sensor (not shown) is also supplied to the main controller 28. The main controller 28 controls the drive system 22 based on the output of the focus sensor.
The sample stage 18 is driven in the Z-axis direction (focus direction) via the. That is, the wafer W is positioned in the three axes of X, Y, and Z via the sample table 18 in this manner.

【0038】試料台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、ベースライン計測(投
影光学系PLの光軸AXとアライメントセンサOFAの
検出中心Rf4 との間隔の計測)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。
A reference plate FP is fixed on the sample table 18 so that its surface is at the same height as the surface of the wafer W. On the surface of the reference plate FP, various reference marks including a reference mark used for baseline measurement (measurement of the distance between the optical axis AX of the projection optical system PL and the detection center Rf4 of the alignment sensor OFA) are formed. ing.

【0039】アライメントセンサOFA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。このアライメントセンサOFA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マークと
してのウエハマークWMやアライメントセンサOFAの
検出中心Rf4 を決める基準となる指標板52に形成さ
れた指標マーク52a,52bに対してそれぞれ照明光
を照射し、ウエハマークWMと指標マーク52a,52
bの2次元像を形成する結像光学系(第1結像光学系と
第2結像光学系とを含む)としての検出光学系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。
As the alignment sensor OFA, an image processing type imaging alignment sensor is used. As shown in FIG. 2, the alignment sensor OFA is formed on an index plate 52 serving as a reference for determining a wafer mark WM as a position detection mark formed on the surface of the wafer W and a detection center Rf4 of the alignment sensor OFA. The index marks 52a and 52b are respectively illuminated with illumination light, and the wafer mark WM and the index marks 52a and 52b are illuminated.
a detection optical system 12 as an imaging optical system (including a first imaging optical system and a second imaging optical system) for forming a two-dimensional image of b;
C as a two-dimensional imaging device for capturing those two-dimensional images
It is configured to include a CD 14 and the like.

【0040】上述した検出光学系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36、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50、指標板52、
リレーレンズ54、光源56、コンデンサーレンズ5
8、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, an illumination field stop 36, a relay lens 38, an illumination aperture stop 40, a beam splitter 42, an objective lens 44, and an imaging aperture stop 46. ,
An imaging lens 48, a beam splitter 50, an index plate 52,
Relay lens 54, light source 56, condenser lens 5
8, 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.

【0041】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.

【0042】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.

【0043】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OFA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 OFA according to the present embodiment is used for detecting the position of a substrate that is not covered with 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.

【0044】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
ウエハマークWMを含む照明領域を照射する。
The illumination light DL transmitted through the transmission portion of the illumination field stop 36 is incident on the illumination aperture stop 40 via the relay lens 38 and is reflected vertically downward by the beam splitter 42, and then is reflected by the wafer of the beam splitter 42. The illumination area including the wafer mark WM formed on the wafer W is irradiated via the objective lens 44 arranged on the W side.

【0045】上記の照明視野絞り36は、ウエハWの表
面(ウエハマークWM)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 (wafer mark WM), 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.

【0046】ウエハW上のウエハマークWM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上にウエハマークWMの像が形成される。
ここまでが、第1結像光学系の説明である。
The light beam reflected by the illumination area including the wafer mark WM 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, passes through the beam splitter 50, and forms an image of the wafer mark WM on the index plate 52.
The above is the description of the first imaging optical system.

【0047】指標板52の所定位置には、指標マーク5
2a,52bが形成されている。この指標マーク52
a,52bは、以下に述べる第2結像光学系としての指
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6
0、レンズ62等により構成されている。この指標板照
明系13からの照明光は、ビームスプリッタ50で反射
されて指標マーク52a,52bを含む部分領域のみが
照明されるように、指標照明視野絞り60の透過部の形
状が設定されている。
At a predetermined position of the index plate 52, an index mark 5
2a and 52b are formed. This index mark 52
a and 52b are illuminated by an index plate illumination system 13 as a second imaging optical system described below.
The index plate illumination system 13 includes a light source 56 such as a light emitting diode (LED), a condenser lens 58, and an index illumination field stop 6.
0, a lens 62 and the like. The shape of the transmitting part of the index illumination field stop 60 is set so that the illumination light from the index plate illumination system 13 is reflected by the beam splitter 50 and only a partial area including the index marks 52a and 52b is illuminated. I have.

【0048】また、逆に上述した第1結像光学系におけ
る照明視野絞り36の透過部の形状は、これらの指標マ
ーク52a,52b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、ウエハ
マークWMと指標マーク52a,52b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、2つの
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。
Conversely, the shape of the transmitting portion of the illumination field stop 36 in the first image forming optical system described above is set so as not to illuminate (shield) the partial area including these index marks 52a and 52b. Have been. Therefore, a two-dimensional image of the wafer mark WM and the index marks 52a and 52b is
Since the two marks can be formed separately, the two-dimensional images of the two marks do not overlap with each other, and the position of each mark can be detected reliably and with high accuracy.

【0049】指標板52上に形成されたウエハマークW
Mと指標マーク52a,52bの2次元像は、それぞれ
リレーレンズ54によってCCD14に集光され、CC
D14の撮像面にそれぞれ結像される。
The wafer mark W formed on the index plate 52
The two-dimensional images of M and the index marks 52a and 52b are respectively condensed on the CCD 14 by the relay lens 54,
An image is formed on the imaging surface of D14.

【0050】以上説明したように、光源30〜リレーレ
ンズ54により検出光学系12が形成されており、この
検出光学系12とCCD14とによってアライメントセ
ンサOFAが形成されている。そして、上記CCD14
からの撮像信号DSAは、次段のアライメント信号処理
系16に供給される。上述したアライメントセンサOF
A、アライメント信号処理系16及び主制御装置28と
によって、本発明に係る位置検出装置10が構成されて
いる。
As described above, the detection optical system 12 is formed by the light source 30 to the relay lens 54, and the detection optical system 12 and the CCD 14 form the alignment sensor OFA. Then, the CCD 14
Is supplied to an alignment signal processing system 16 at the next stage. The alignment sensor OF described above
A, the alignment signal processing system 16 and the main controller 28 constitute the position detecting device 10 according to the present invention.

【0051】次に、図3及び図4を用いて本発明の特徴
的な構成部分であるアライメント信号処理系16及び主
制御装置28についてその作用とともに説明する。
Next, the operation of the alignment signal processing system 16 and the main controller 28, which are characteristic components of the present invention, will be described with reference to FIGS.

【0052】図3には、図2中のCCD14の撮像面7
0上に形成された指標マーク52a,52bとウエハマ
ークWMの2次元像が示されている。このときのCCD
14のラスタースキャン方向は、図3中の撮像面70に
おいて正確に紙面の左右方向(図3中の矢印HS方向)
であるものとする。
FIG. 3 shows an image pickup surface 7 of the CCD 14 shown in FIG.
A two-dimensional image of the index marks 52a and 52b and the wafer mark WM formed on 0 is shown. CCD at this time
The raster scan direction 14 is exactly the right-left direction of the paper on the imaging surface 70 in FIG. 3 (the direction of the arrow HS in FIG. 3).
It is assumed that

【0053】これに対して、ウエハマークWMと指標マ
ーク52a,52bの位置の計測方向は、上記したラス
タースキャン方向からウエハマークWMはθ1 だけ、指
標マーク52a,52bはθ2 だけ回転している。すな
わち、CCD14は、ウエハマークWMに対して回転誤
差θ1 、指標マーク52a,52bに対して回転誤差θ
2 でアライメントセンサOFAに取り付けられているも
のとする(図3及び図4では、θ1 =θ2 の場合を示し
たが、ウエハマークWMと指標マーク52a,52bの
回転方向や回転誤差が異なっている場合はθ1 ≠θ2 と
なる)。
On the other hand, in the measurement direction of the positions of the wafer mark WM and the index marks 52a and 52b, the wafer mark WM is rotated by θ1 and the index marks 52a and 52b are rotated by θ2 from the above-described raster scan direction. That is, the CCD 14 has a rotation error θ1 with respect to the wafer mark WM and a rotation error θ with respect to the index marks 52a and 52b.
It is assumed that the wafer mark WM is attached to the alignment sensor OFA in FIG. 2 (FIGS. 3 and 4 show the case where θ1 = θ2, but the rotation direction and rotation error of the wafer mark WM and the index marks 52a and 52b are different. In this case, θ1 ≠ θ2).

【0054】このような状況において、図2に示される
本実施形態のアライメント信号処理系16では、CCD
14から供給される撮像信号DSAを図3中の矢印HS
で示されるラスタースキャン方向(位置検出マークとの
関係で回転誤差がある場合は、ほぼ計測方向となる)と
直交する図3中の矢印VS方向(ほぼ非計測方向とな
る)にn分割し(nは2以上の整数である)、各分割領
域における撮像信号を矢印VS方向に積算するようにす
る。具体的には、図3に示されるように、CCD14の
撮像面70における撮像信号を矢印VS方向の破線位置
でそれぞれ区切って、A〜Eまでの5つの領域に分割
し、各領域内の撮像信号を矢印VS方向に積算するよう
に信号処理される。
In such a situation, the alignment signal processing system 16 of this embodiment shown in FIG.
The imaging signal DSA supplied from the line 14 is indicated by an arrow HS in FIG.
Is divided into n in the arrow VS direction (almost a non-measurement direction) in FIG. n is an integer of 2 or more), and the imaging signals in each divided area are integrated in the direction of the arrow VS. Specifically, as shown in FIG. 3, the imaging signal on the imaging surface 70 of the CCD 14 is divided into five regions A to E by dividing the imaging signal at broken line positions in the direction of the arrow VS, and the imaging in each region is performed. Signal processing is performed so that the signal is integrated in the direction of the arrow VS.

【0055】図4の(A)〜(E)には、図3に示され
るA〜Eの各分割領域毎の撮像信号を矢印VS方向に積
算した積算信号が示され、各図の横軸はCCD14のラ
スタースキャン方向(矢印HS方向)の位置(時間)で
あり、縦軸は積算信号の強度が示されている。
FIGS. 4A to 4E show integrated signals obtained by integrating the image pickup signals for each of the divided areas A to E shown in FIG. 3 in the direction of the arrow VS. Indicates the position (time) of the CCD 14 in the raster scan direction (the direction of the arrow HS), and the vertical axis indicates the intensity of the integrated signal.

【0056】次に、本実施形態における主制御装置28
では、各分割領域毎の撮像信号を矢印VS方向に積算し
た図4の積算信号に基づき、例えば、同図(A)に示さ
れるように、所定のスライスレベルSLに対する積算信
号の各交点の座標位置を求める。ここでは、指標マーク
52a,52bとウエハマークWMの各分割領域(A〜
E)毎の積算信号に対するスライスレベルSLとの交点
の座標位置を求め、その座標位置から指標マーク52
a,52bとウエハマークWMのそれぞれの中心位置を
求めて、各分割領域における指標マークとウエハマーク
の位置とする。ここでは、図4に示されるように、マー
ク位置での反射率がそれ以外の部分に比べて低くなるよ
うなマークを使っているため、スライスレベルSLより
も低い強度の積算信号部分を用いて指標マーク52a,
52bとウエハマークWMの位置が検出される。このよ
うに、本実施形態では、所定のスライスレベルSLを使
って、各分割領域毎の積算信号から指標マークとウエハ
マークWMのそれぞれの位置を検出するスライス法が用
いられている。勿論、上記したスライス法以外にも、パ
ターンマッチング法やピーク検出法等を用いてマーク位
置を検出するようにしてもよい。
Next, main controller 28 in the present embodiment
Then, based on the integrated signal of FIG. 4 obtained by integrating the imaging signals of each divided area in the direction of the arrow VS, for example, as shown in FIG. 4A, the coordinates of each intersection of the integrated signal with respect to a predetermined slice level SL Find the position. Here, each divided area (A to A) of the index marks 52a and 52b and the wafer mark WM is used.
E) The coordinate position of the intersection with the slice level SL for each integrated signal is determined, and the index mark 52 is determined from the coordinate position.
The respective center positions of a and 52b and the wafer mark WM are obtained, and are set as the positions of the index mark and the wafer mark in each divided area. Here, as shown in FIG. 4, since a mark whose reflectance at the mark position is lower than that of other portions is used, an integrated signal portion having an intensity lower than the slice level SL is used. Index marks 52a,
52b and the position of the wafer mark WM are detected. As described above, in the present embodiment, the slicing method of detecting the positions of the index mark and the wafer mark WM from the integrated signal of each divided area using the predetermined slice level SL is used. Of course, the mark position may be detected using a pattern matching method, a peak detection method, or the like, other than the above-described slice method.

【0057】図3に示されるように、ウエハマークWM
の計測方向とCCD14のラスタースキャン方向(矢印
HS方向)との間にθ1 の回転誤差が生じている場合
は、図4に示されるように、各分割領域(A〜E)内の
ウエハマークWMの積算信号の波形がほぼ同じ形状をし
ていて、回転誤差θ1 に応じて積算信号の波形の位相が
ラスタースキャン方向に僅かずつずれたものとなる。す
なわち、図4では、任意の中心線CLと中央のウエハマ
ーク72(図3の7本あるウエハマークWMの端から4
番目の中央のマーク)の中心位置とを比較した場合に、
それぞれΔa〜ΔeのようにウエハマークWMの積算信
号の位相が少しずつずれていることがわかる。
As shown in FIG. 3, the wafer mark WM
If there is a rotation error of θ1 between the measurement direction of the CCD 14 and the raster scan direction of the CCD 14 (the direction of the arrow HS), as shown in FIG. 4, the wafer mark WM in each of the divided areas (A to E) is generated. Are substantially the same in shape, and the phase of the waveform of the integrated signal is slightly shifted in the raster scan direction in accordance with the rotation error θ1. That is, in FIG. 4, an arbitrary center line CL and a center wafer mark 72 (4 from the end of the seven wafer marks WM in FIG. 3).
Center mark).
It can be seen that the phase of the integrated signal of the wafer mark WM is slightly shifted as shown by Δa to Δe.

【0058】また、指標マークも上述したウエハマーク
WMの場合と同様であって、指標マーク52a,52b
から得られる指標中心は、指標マークの計測方向とラス
タースキャン方向(矢印HS方向)との間にθ2 の回転
誤差が生じている場合は、図4に示されるように、回転
誤差θ2 に応じて指標マーク52a,52bの積算信号
の位相がラスタースキャン方向に少しずつずれている。
The index marks are the same as in the case of the wafer mark WM described above, and the index marks 52a, 52b
When there is a rotation error of θ2 between the measurement direction of the index mark and the raster scan direction (the direction of the arrow HS), the index center obtained from is determined according to the rotation error θ2 as shown in FIG. The phases of the integrated signals of the index marks 52a and 52b are slightly shifted in the raster scan direction.

【0059】そこで、上述したように、CCD14のラ
スタースキャン方向とウエハマークWMあるいは指標マ
ークの計測方向との間に回転誤差θ1 ,θ2 が生じてい
る場合は、従来のようにCCD14の撮像面70上の撮
像信号を矢印VS方向(ほぼ非計測方向)に全面積算す
ると、得られる積算信号は図4の(A)〜(E)までの
信号を全て積算した信号と同じになるため、位相の少し
ずつずれた正弦波のような信号が加算された状態とな
り、積算信号のコントラストの低下が避けられない。
Therefore, as described above, if rotation errors .theta.1 and .theta.2 occur between the raster scan direction of the CCD 14 and the measurement direction of the wafer mark WM or the index mark, the imaging surface 70 of the CCD 14 as in the prior art. When the above imaging signal is totally integrated in the direction of the arrow VS (almost non-measuring direction), the obtained integrated signal becomes the same as the signal obtained by integrating all the signals of (A) to (E) in FIG. A signal such as a sine wave that is shifted little by little is added, and a decrease in the contrast of the integrated signal is inevitable.

【0060】その上、ウエハW表面のレジストに塗布ム
ラ等があった場合は、その影響で例えば図3中の分割領
域A,B部に相当する部分のウエハマークWの反射率が
低下し、逆に領域D,E部に相当する部分の反射率が高
くなると、従来のような全面積算信号に基づく位置検出
では、反射率の高い分割領域D,E部に引きずられて、
図4中のウエハマークWMの検出中心が左方向にずれて
しまい、検出誤差が生じ易くなる。
In addition, when the resist on the surface of the wafer W has coating unevenness, the reflectance of the wafer mark W corresponding to the divided areas A and B in FIG. Conversely, when the reflectance of the portion corresponding to the regions D and E becomes high, in the conventional position detection based on the total integrated signal, the position is dragged to the divided regions D and E having high reflectance,
The detection center of the wafer mark WM in FIG. 4 is shifted to the left, and a detection error easily occurs.

【0061】この点、本発明では、上述したように撮像
信号をほぼ非計測方向に5つの領域(A〜E)に分割し
て、各分割領域毎にそれぞれのマーク位置(ウエハマー
クと指標マーク)を検出した後、主制御装置28により
分割領域毎のマークの位置検出値を統計処理することに
よって、最終的なマーク位置を正確に検出できるように
している。このようにしてマーク位置検出を行うため、
例えば、ウエハマークWMの反射率が部分的に変化して
も検出誤差の影響を小さくすることが可能となり、常に
高い精度でウエハマークWMの位置を検出することが可
能となる。
In this respect, according to the present invention, as described above, the imaging signal is divided into five regions (A to E) substantially in the non-measurement direction, and each of the divided regions has a mark position (a wafer mark and an index mark). ), The main controller 28 statistically processes the detected position value of the mark for each divided area, so that the final mark position can be accurately detected. In order to detect the mark position in this way,
For example, even if the reflectance of the wafer mark WM partially changes, the influence of the detection error can be reduced, and the position of the wafer mark WM can always be detected with high accuracy.

【0062】上述した主制御装置28による統計処理と
しては、各分割領域毎のマークの位置検出値の和を分割
数で割って平均化することにより、最終的なウエハマー
クWMの位置を演算する単純平均化処理の他、前記分割
領域の両端近傍のウエハマークWMが変形し易いという
蓋然性に鑑みて、両端近傍の位置検出値よりもその他の
分割領域(例えば、中心部付近の分割領域)の方の位置
検出値の重み付けを大きくして平均化する加重平均化処
理などがある。この加重平均化処理の場合は、ウエハマ
ークの部分的な変形による影響を極力排除することがで
きる。
As the statistical processing by the main controller 28 described above, the final position of the wafer mark WM is calculated by dividing the sum of the detected position of the mark for each divided area by the number of divisions and averaging them. In addition to the simple averaging process, in view of the possibility that the wafer marks WM near both ends of the divided region are likely to be deformed, the position detection values near the both ends are more likely to be compared to the other divided regions (for example, divided regions near the center). There is a weighted averaging process for averaging by increasing the weight of the position detection value. In the case of this weighted averaging process, the influence of the partial deformation of the wafer mark can be eliminated as much as possible.

【0063】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、アライメント信号処理系16によって信号
処理手段が構成され、主制御装置28によって検出手段
と演算手段とが構成されている。
As is clear from the above description, in the present embodiment, the signal processing means is constituted by the alignment signal processing system 16, and the detection means and the arithmetic means are constituted by the main controller 28.

【0064】次に、本発明の位置検出装置をオフ・アク
シス方式の結像式センサとして搭載した上述の投影露光
装置100の露光動作について説明する。
Next, the exposure operation of the above-described projection exposure apparatus 100 in which the position detecting device of the present invention is mounted as an off-axis type imaging sensor will be described.

【0065】始めに、主制御装置28では、基準板FP
の表面に形成されたベースライン計測用の基準マークが
投影光学系PLの光軸AXの下に位置するように駆動系
22を介してXYステージ20を移動させる。このとき
のレーザ干渉計26の出力(試料台18の座標位置)
は、主制御装置28内に設けられた不図示のメモリ内に
記憶される。
First, in the main control device 28, the reference plate FP
The XY stage 20 is moved via the drive system 22 so that the reference mark for baseline measurement formed on the surface of the projection optical system PL is located below the optical axis AX of the projection optical system PL. Output of laser interferometer 26 at this time (coordinate position of sample stage 18)
Are stored in a memory (not shown) provided in main controller 28.

【0066】次に、主制御装置28は、基準板FPに形
成された基準マークがアライメントセンサOFAの下に
位置するように駆動系22を介してXYステージ20を
移動させる。そして、このときのアライメントセンサO
FAの出力(2次元像)とレーザ干渉計14の出力とが
主制御装置28内のメモリに記憶されて、ベースライン
計測(投影光学系PLの光軸AXとアライメントセンサ
OFAの検出中心との間隔の計測)が行われる。
Next, main controller 28 moves XY stage 20 via drive system 22 so that the reference mark formed on reference plate FP is located below alignment sensor OFA. And the alignment sensor O at this time
The output (two-dimensional image) of the FA and the output of the laser interferometer 14 are stored in a memory in the main controller 28, and are measured in the baseline (the position between the optical axis AX of the projection optical system PL and the detection center of the alignment sensor OFA). Interval measurement).

【0067】上述したアライメントセンサOFAで検出
される基準マークは、図3に示されるウエハマークWM
と同様の格子マークであって、その基準マークの位置検
出もウエハマークWMの場合と同様に、指標マークと基
準マークとの2次元像の撮像信号を図3の矢印VS方向
(ほぼ非計測方向)に5分割して(A〜E)、各分割領
域毎に撮像信号を積算して、各分割領域における指標マ
ークと基準マークとの位置検出がそれぞれ行われる。5
分割された各領域毎のマーク位置検出値は、そのときの
レーザ干渉計26の出力値と各分割領域における指標・
基準マーク間の距離とのそれぞれの和であって、各分割
領域毎のベースライン量として主制御装置28内のメモ
リ内に記憶される。
The reference mark detected by the above-described alignment sensor OFA is the wafer mark WM shown in FIG.
In the same manner as in the case of the wafer mark WM, the position of the reference mark is detected in the same manner as in the case of the wafer mark WM, and the imaging signal of the two-dimensional image of the index mark and the reference mark is converted into the direction of the arrow VS in FIG. ) Is divided into five (A to E), the imaging signals are integrated for each divided area, and the position detection of the index mark and the reference mark in each divided area is performed. 5
The mark position detection value for each of the divided areas is determined by comparing the output value of the laser interferometer 26 at that time with the index / index of each divided area.
The sum of the distance between the reference marks and the distance between the reference marks is stored in the memory of the main control device 28 as a baseline amount for each divided area.

【0068】次に、ウエハW上のウエハマークWMを検
出する場合は、上記と同様にアライメントセンサOFA
により撮像された撮像信号を図3の矢印VS方向に5分
割(A〜E)し、各分割領域内で矢印VS方向に積算し
て、それぞれの領域内におけるウエハマークWMの位置
検出がアライメント信号処理系16で行われる。そし
て、ウエハマークWMの各位置検出値は、そのときのレ
ーザ干渉26の出力値と指標・ウエハマーク間の距離と
のそれぞれの和から、上記記憶された各分各領域のベー
スライン量を引いた値となる。そして、これらのウエハ
マークWMの複数の位置検出値は、主制御装置28によ
り所定の統計処理(単純平均あるいは加重平均)がなさ
れて、最終的なウエハマーク位置が算出される。
Next, when detecting the wafer mark WM on the wafer W, the alignment sensor OFA
Is divided into five (A to E) in the direction of the arrow VS in FIG. 3 and integrated in the direction of the arrow VS in each divided area, and the position detection of the wafer mark WM in each area is performed by the alignment signal. The processing is performed by the processing system 16. Then, each detected position value of the wafer mark WM is obtained by subtracting the stored baseline amount of each area from the sum of the output value of the laser interference 26 at that time and the distance between the index and the wafer mark. Value. The main controller 28 performs predetermined statistical processing (simple average or weighted average) on the plurality of detected values of the wafer mark WM to calculate the final wafer mark position.

【0069】そして、主制御装置28は、上述したウエ
ハW上のウエハマークWMの検出位置に基づいて駆動系
22を制御してXYステージ20を駆動し、各露光領域
(ここでは半導体チップの形成領域)を投影光学系PL
の下に移動することによってウエハWに対する重ね合わ
せ露光を正確に行うことができる。
The main controller 28 drives the XY stage 20 by controlling the drive system 22 based on the detection position of the above-described wafer mark WM on the wafer W to drive each exposure area (here, the formation of a semiconductor chip). Area) projection optical system PL
, Overlay exposure on the wafer W can be accurately performed.

【0070】以上説明したように、本実施形態に係る位
置検出装置10を備えた投影露光装置100によると、
ウエハマークWM、指標マーク、あるいは基準板FP上
の基準マーク等の各種マークを2次元撮像素子(CCD
14等)を使って位置検出する場合に、2次元撮像素子
のラスタースキャン方向とマークの計測方向とが回転誤
差を持ってずれていたとしても、高精度にマーク位置を
検出することができ、重ね合わせずれの無い露光動作を
行うことが可能となる。
As described above, according to the projection exposure apparatus 100 including the position detecting device 10 according to the present embodiment,
Various marks such as a wafer mark WM, an index mark, or a reference mark on a reference plate FP are used for a two-dimensional imaging device (CCD).
14), the mark position can be detected with high accuracy even if the raster scan direction of the two-dimensional image sensor and the measurement direction of the mark are shifted with a rotation error. It is possible to perform an exposure operation without overlay displacement.

【0071】特に、ウエハWに対して重ね合わせ露光を
する際の前提となるベースライン計測では、基準マーク
の2次元撮像信号をラスタースキャン方向と直交方向に
複数分割し、各分割領域毎に基準マーク位置を検出し
て、各領域毎のベースライン量を持つようにしたため、
各種マーク同士で回転誤差が生じていても、常に適正な
マーク位置を検出することができる。
In particular, in the baseline measurement, which is a prerequisite for performing the overlay exposure on the wafer W, the two-dimensional imaging signal of the reference mark is divided into a plurality of parts in the direction orthogonal to the raster scan direction, and the reference Since the mark position is detected and the base line amount is set for each area,
Even if a rotation error occurs between various marks, an appropriate mark position can always be detected.

【0072】なお、上記実施形態では、本発明に係る位
置検出装置がオフ・アクシス方式の結像式センサに適用
される場合について説明したが、本発明の適用範囲がこ
れに限定されるものではなく、例えばTTL(Through
The Lens)方式の結像式アライメントセンサにも同様に
適応できることは勿論、投影露光装置用のアライメント
センサのみならず、種々の測定装置用の位置検出装置に
も同様に適用できるものである。
In the above embodiment, the case where the position detecting device according to the present invention is applied to an off-axis type imaging sensor has been described. However, the scope of the present invention is not limited to this. For example, TTL (Through
The present invention can be similarly applied not only to an alignment sensor for a projection exposure apparatus but also to a position detection apparatus for various measuring apparatuses in the same manner.

【0073】また、上記実施形態では、本発明の信号処
理手段がアライメント信号処理系16で実現され、検出
手段及び演算手段が主制御装置28によって実現される
ように説明したが、勿論これに限定されるものではな
く、信号処理手段及び検出手段がアライメント信号処理
系16で実現され、演算手段が主制御装置28で実現さ
れるものであったり、また、信号処理手段、検出手段及
び演算手段がアライメント信号処理系16で実現される
ものであっても良い。
In the above embodiment, the signal processing means of the present invention is realized by the alignment signal processing system 16, and the detecting means and the calculating means are realized by the main controller 28. However, the present invention is not limited to this. However, the signal processing means and the detection means are realized by the alignment signal processing system 16, and the calculation means is realized by the main controller 28. Also, the signal processing means, the detection means and the calculation means are It may be realized by the alignment signal processing system 16.

【0074】[0074]

【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、2次元撮像素子の取り付け方向と位置検
出マークの計測方向とが回転方向にずれていたり、位置
検出マークの反射率に部分的なムラがあっても、その影
響を受けることなく位置検出マークの位置を高精度に検
出することができる位置検出方法が提供される。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the mounting direction of the two-dimensional image sensor and the measurement direction of the position detection mark are deviated in the rotation direction, or the position detection mark is reflected. Provided is a position detection method capable of detecting the position of a position detection mark with high accuracy without being affected by partial unevenness in the rate.

【0075】請求項2及び3に記載の発明によれば、状
況に応じた統計処理を行うことにより位置検出マークの
位置を一層高精度に検出することが可能な位置検出方法
が提供される。
According to the second and third aspects of the present invention, there is provided a position detecting method capable of detecting the position of a position detecting mark with higher accuracy by performing statistical processing according to the situation.

【0076】請求項4に記載の発明によれば、2次元撮
像素子と位置検出マークとの回転方向のずれや、位置検
出マークの反射率のムラの影響を受けることなく位置検
出マークの位置を高精度に検出することができる位置検
出装置を提供することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the position of the position detection mark can be determined without being affected by the rotational direction shift between the two-dimensional image pickup device and the position detection mark and the unevenness of the reflectance of the position detection mark. It is possible to provide a position detecting device capable of detecting with high accuracy.

【0077】請求項5に記載の発明によれば、指標マー
クと位置検出マークとの相対位置に基づいて位置検出マ
ークの位置を高精度に検出することができる位置検出装
置を提供することができる。
According to the invention described in claim 5, it is possible to provide a position detecting device capable of detecting the position of the position detection mark with high accuracy based on the relative position between the index mark and the position detection mark. .

【0078】請求項6に記載の発明によれば、2次元撮
像素子と位置検出マークとの回転方向のずれや、位置検
出マークの反射率のムラの影響を受けることなく位置検
出マークの位置を高精度に検出することにより、結果的
にマスクパターン像と基板との重ねあわせ精度を向上さ
せることが可能な投影露光装置を提供することができ
る。
According to the sixth aspect of the present invention, the position of the position detection mark can be determined without being affected by the rotational direction shift between the two-dimensional image pickup device and the position detection mark and the unevenness of the reflectance of the position detection mark. By performing the detection with high accuracy, it is possible to provide a projection exposure apparatus capable of improving the overlay accuracy of the mask pattern image and the substrate as a result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一実施形態に係る投影露光装置の全体構成を概
略的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing an overall configuration of a projection exposure apparatus according to one embodiment.

【図2】図1の位置検出装置の構成の一例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a position detection device in FIG. 1;

【図3】図2中のCCDの撮像面上に形成された指標マ
ークとウエハマークの2次元像を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a two-dimensional image of an index mark and a wafer mark formed on an imaging surface of a CCD in FIG. 2;

【図4】(A)〜(E)は図3に示されるA〜Eの各分
割領域毎の撮像信号を矢印VS方向に積算した積算信号
の一例を示す図である。
4A to 4E are diagrams illustrating an example of an integrated signal obtained by integrating the imaging signals of each of the divided regions A to E illustrated in FIG. 3 in the direction of the arrow VS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 位置検出装置 12 検出光学系 14 CCD 16 アライメント信号処理系 30 光源 32 コンデンサーレンズ 34 波長選択素子 36 照明視野絞り 38 リレーレンズ 40 照明開口絞り 42 ビームスプリッタ 44 対物レンズ 46 結像開口絞り 48 結像レンズ 50 ビームスプリッタ 52a,52b 指標マーク 56 光源 58 コンデンサーレンズ 60 指標照明視野絞り 62 レンズ W ウエハ WM ウエハマーク OFA アライメントセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Position detection apparatus 12 Detection optical system 14 CCD 16 Alignment signal processing system 30 Light source 32 Condenser lens 34 Wavelength selection element 36 Illumination field stop 38 Relay lens 40 Illumination aperture stop 42 Beam splitter 44 Objective lens 46 Imaging aperture stop 48 Imaging lens 50 Beam splitter 52a, 52b Index mark 56 Light source 58 Condenser lens 60 Index illumination field stop 62 Lens W Wafer WM Wafer mark OFA Alignment sensor

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 位置検出マークの所定の計測方向の位置
を検出する位置検出方法であって、 前記位置検出マークに照明光を照射して前記位置検出マ
ークの2次元像を形成せしめる第1工程と;前記2次元
像を2次元撮像素子を用いて撮像する第2工程と;前記
2次元像の撮像信号を、前記計測方向とほぼ直交する非
計測方向に複数分割し、かつ各分割領域毎にそれぞれ前
記非計測方向に積算し、得られた前記各分割領域の積算
信号に基づいて各分割領域についての前記位置検出マー
クの位置をそれぞれ検出する第3工程と;前記第3工程
で得られた各分割領域についての前記位置検出マークの
位置検出値を統計処理して、最終的なマーク検出位置を
算出する第4工程とを含む位置検出方法。
1. A position detecting method for detecting a position of a position detection mark in a predetermined measurement direction, wherein a first step of irradiating the position detection mark with illumination light to form a two-dimensional image of the position detection mark. A second step of capturing the two-dimensional image using a two-dimensional image sensor; and dividing the imaging signal of the two-dimensional image into a plurality of non-measuring directions substantially orthogonal to the measuring direction, and for each divided region. A third step of respectively integrating the positions in the non-measurement direction and detecting the position of the position detection mark for each divided area based on the obtained integrated signal of each divided area; Statistically processing the position detection values of the position detection marks for each of the divided areas to calculate a final mark detection position.
【請求項2】 前記第4工程における統計処理は、前記
複数の分割領域についての位置検出値の単純平均化処理
であることを特徴とする請求項1に記載の位置検出方
法。
2. The position detecting method according to claim 1, wherein the statistical processing in the fourth step is a simple averaging processing of the position detection values for the plurality of divided areas.
【請求項3】 前記第4工程における統計処理は、前記
各分割領域の前記非計測方向の位置に応じて対応する位
置検出値に重みを付けて前記複数の位置検出値を平均す
る加重平均化処理であることを特徴とする請求項1に記
載の位置検出方法。
3. The statistical processing in the fourth step, wherein weighted averaging is performed on the position detection values corresponding to the positions of the respective divided areas in the non-measurement direction to average the plurality of position detection values. The method according to claim 1, wherein the processing is processing.
【請求項4】 試料上と該試料を保持するステージの少
なくとも一方に形成された位置検出マークの所定の計測
方向の位置を検出する位置検出装置であって、 前記位置検出マークに照明光を照射して前記位置検出マ
ークの2次元像を形成せしめる結像光学系と;前記2次
元像を撮像する2次元撮像素子と;前記2次元像の撮像
信号を、前記計測方向とほぼ直交する非計測方向に複数
分割し、かつ各分割領域毎にそれぞれ前記非計測方向に
積算する信号処理手段と;前記信号処理手段により得ら
れた前記各分割領域の積算信号に基づいて各分割領域に
ついての前記位置検出マークの位置をそれぞれ検出する
検出手段と;前記検出手段で検出された各分割領域につ
いての前記位置検出マークの位置検出値を統計処理し
て、最終的なマーク検出位置を演算する演算手段とを有
する位置検出装置。
4. A position detecting device for detecting a position in a predetermined measurement direction of a position detection mark formed on at least one of a sample and a stage for holding the sample, wherein the position detection mark is irradiated with illumination light. An imaging optical system for forming a two-dimensional image of the position detection mark; a two-dimensional image sensor for capturing the two-dimensional image; and a non-measurement signal for capturing the image signal of the two-dimensional image substantially orthogonal to the measurement direction. Signal processing means for dividing into a plurality of directions and integrating in the non-measurement direction for each divided area; and the position of each divided area based on an integrated signal of each divided area obtained by the signal processing means. Detecting means for respectively detecting the positions of the detection marks; and statistically processing the position detection values of the position detection marks for each of the divided areas detected by the detection means to obtain a final mark detection position. Position detecting device and a computing means for computing.
【請求項5】 試料上に形成された位置検出マークの所
定の計測方向の位置を検出する位置検出装置であって、 前記試料上に照明光を照射して前記位置検出マークの2
次元像を形成する第1結像光学系と;前記位置検出マー
クの2次元像の形成面または該形成面と共役な面に配置
され、指標マークが形成された指標板と;前記指標板に
照明光を照射して前記指標マークの2次元像を形成する
第2結像光学系と;前記位置検出マークの2次元像と前
記指標マークの2次元像とを撮像する2次元撮像素子
と;前記2次元撮像素子からの撮像信号を、前記計測方
向とほぼ直交する非計測方向に複数分割し、かつ、該複
数分割した領域毎に前記非計測方向に積算した積算信号
を出力する信号処理手段と;前記積算信号に基づいて、
前記指標マークに対する前記分割した領域毎の前記位置
検出マークの位置を検出する検出手段と;前記検出手段
が検出した前記分割した領域毎の前記位置検出マークの
位置を統計処理して、前記位置検出マークの位置を演算
する演算手段とを有することを特徴とする位置検出装
置。
5. A position detection device for detecting a position of a position detection mark formed on a sample in a predetermined measurement direction, wherein the position detection mark is irradiated on the sample by irradiating the sample with illumination light.
A first imaging optical system that forms a two-dimensional image; an index plate that is arranged on a surface on which the two-dimensional image of the position detection mark is formed or a surface conjugate to the formation surface and has an index mark formed thereon; A second imaging optical system that forms a two-dimensional image of the index mark by irradiating illumination light; a two-dimensional image sensor that captures a two-dimensional image of the position detection mark and a two-dimensional image of the index mark; Signal processing means for dividing an image signal from the two-dimensional image sensor into a plurality of non-measurement directions substantially orthogonal to the measurement direction, and outputting an integrated signal integrated in the non-measurement direction for each of the plurality of divided areas; And; based on the integrated signal,
Detecting means for detecting the position of the position detection mark for each of the divided areas with respect to the index mark; performing statistical processing on the position of the position detection mark for each of the divided areas detected by the detection means; A position detecting device comprising: a calculating means for calculating a position of the mark.
【請求項6】 マスクに形成されたパターンの像を感光
材が塗布された基板上に投影光学系を介して転写する投
影露光装置であって、 前記請求項4又は5に記載の位置検出装置を前記基板上
に形成された位置検出マークの検出用として具備する投
影露光装置。
6. A projection exposure apparatus for transferring, via a projection optical system, an image of a pattern formed on a mask onto a substrate coated with a photosensitive material, wherein the position detection apparatus according to claim 4 or 5. A projection exposure apparatus for detecting a position detection mark formed on the substrate.
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