【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、位置検出装置に関し、
特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ用プレート等の基
板をアライメントする際、基板上に形成されたアライメ
ントマークを光電検出する位置検出装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device,
In particular, the present invention relates to a position detecting device that photoelectrically detects an alignment mark formed on a substrate when aligning a substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal display plate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ウェハやプレート等の位置合わせ
（アライメント）においては、それら基板上の所定位置
に形成されたアライメントマークを、顕微鏡対物レンズ
を介して光電検出する方式が一般的であった。この光電
検出方式にも大別して２種類があり、レーザビーム等の
スポットでマークを相対走査し、マークで生じる散乱光
や回折光をフォトマルチプライヤやフォトダイオード等
で受光する光ビーム走査方式と、一様に照明されたマー
クの拡大像をテレビカメラ（ビジコン管やＣＣＤ等）で
撮像し、その画像信号を利用する方式とがある。いずれ
の場合にも、得られる光電信号は、波形処理され、マー
クの中心位置が求められる。2. Description of the Related Art Conventionally, in alignment of wafers and plates, a method of photoelectrically detecting an alignment mark formed at a predetermined position on a substrate through a microscope objective lens has been generally used. . There are roughly two types of photoelectric detection systems, a light beam scanning system in which a mark is relatively scanned by a spot such as a laser beam, and scattered or diffracted light generated in the mark is received by a photomultiplier or a photodiode. There is a method in which an enlarged image of a uniformly illuminated mark is captured by a television camera (such as a vidicon tube or a CCD) and the image signal is used. In either case, the obtained photoelectric signal is subjected to waveform processing to determine the center position of the mark.
【０００３】これらのマーク位置を検出する方式として
は、特開昭６１−１２８１０６号公報、特開昭５７−１
４２６１２号公報等に開示された技術が知られている。
これらの従来技術では、主に以下の２つの理由で走査ビ
ーム、又はマーク照明光として単色光を使っている。
投影型露光装置（ステッパー）において、投影光学系を
介してウェハマークを検出する形式では、投影光学系の
大きい色収差を避けるために単一波長の照明光、又はレ
ーザビームを使う。高輝度、高分解能の検出を行うべ
く微小スポットに集光するために単色のレーザビームを
使う。As a method of detecting these mark positions, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-128106 and Japanese Patent Application Laid-Open
A technique disclosed in Japanese Patent No. 42612 is known.
In these conventional techniques, monochromatic light is used as a scanning beam or mark illumination light mainly for the following two reasons.
In a projection type exposure apparatus (stepper), in a type in which a wafer mark is detected via a projection optical system, a single wavelength of illumination light or a laser beam is used to avoid large chromatic aberration of the projection optical system. A monochromatic laser beam is used to focus on a minute spot for high-brightness, high-resolution detection.
【０００４】このように、単色照明光（又はビーム）を
使うと、比較的Ｓ／Ｎ比が大きくとれるが、露光装置で
扱うウェハでは、通常ウェハ全面に０．５μｍ〜２μｍ
程度の厚みでフォトレジスト層が形成されているため、
ここに干渉縞が生じ、マーク位置検出時に誤検出の原因
になっていた。そこで近年、レジストによる干渉現象を
低減させるために、照明光の多波長化、あるいは広帯域
化が提案されるようになった。As described above, when the monochromatic illumination light (or beam) is used, a relatively large S / N ratio can be obtained.
Because the photoresist layer is formed with a thickness of about
Interference fringes are generated here, causing erroneous detection when detecting the mark position. Therefore, in recent years, in order to reduce the interference phenomenon due to the resist, it has been proposed to increase the wavelength of the illumination light or increase the bandwidth thereof.
【０００５】例えば、撮像方式の走査装置において照明
光源にハロゲンランプ等を用いて、その照明光の波長帯
域幅を３００ｎｍ程度（レジストへの感光域を除く）に
すると、レジストの表面とウェハの表面とで反射した光
同志の干渉性がほとんどなくなり、鮮明な画像検出が可
能になる。従って、撮像方式では照明光を白色化（広帯
域化）するとともに、結像光学系を色消ししておくだけ
で、レジストに影響されない極めて高精度な位置検出装
置が得られることになる。For example, when a halogen lamp or the like is used as an illuminating light source in an imaging type scanning apparatus and the wavelength bandwidth of the illuminating light is set to about 300 nm (excluding a resist-sensitive area), the surface of the resist and the surface of the wafer The coherence between the light beams reflected by the and is almost eliminated, and a clear image can be detected. Therefore, in the imaging method, an extremely high-precision position detection device that is not affected by the resist can be obtained by simply whitening the illumination light (widening the band) and achromatizing the imaging optical system.
【０００６】このような装置を備えた投影露光装置の一
例を図１２を参照して説明する。この図１２に示すよう
に投影露光装置は、ホルダー１１に固定されているレチ
クルＲ上のパターン領域ＰＡを、投影レンズ１０を介し
てウェハＷ（又はガラスプレート）上に投影露光するも
のである。そして、露光の際には、パターン領域ＰＡの
中心とウェハＷ上のショット領域の中心を重ね合わせ
（アライメント）する必要がある。An example of a projection exposure apparatus having such an apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the projection exposure apparatus projects and exposes a pattern area PA on a reticle R fixed to a holder 11 onto a wafer W (or a glass plate) via a projection lens 10. At the time of exposure, it is necessary to overlap (align) the center of the pattern area PA with the center of the shot area on the wafer W.
【０００７】このため、ウェハＷはステージ５上に載置
され、ステージ５を２次元的に移動させることによっ
て、レチクルＲとウェハＷとの重ね合わせを行う。この
ステージ５の移動は、ウェハＷ上に設けられたウェハマ
ークＭＸｎの基準座標系上での位置を検出し、その位置
情報に基づいて行われる。このウェハマークＭＸｎは、
図１３（Ａ）に示すように、それぞれ複数本の線状パタ
ーンを並べたマルチパターンとなっている。これらのマ
ルチパターンは、ウェハＷ上のショット領域Ｓｎのまわ
りに設けられたスクライブラインＳＣＬ上に設けられて
いる。For this reason, the wafer W is placed on the stage 5, and the reticle R and the wafer W are superposed by moving the stage 5 two-dimensionally. The movement of the stage 5 is performed based on the position of the wafer mark MXn provided on the wafer W on the reference coordinate system, and based on the position information. This wafer mark MXn is
As shown in FIG. 13A, a multi-pattern is obtained by arranging a plurality of linear patterns. These multi patterns are provided on a scribe line SCL provided around the shot area Sn on the wafer W.
【０００８】このウェハマークＭＸｎを検出するのが位
置検出装置の光学系であり、図１２ではオフアクシス方
式のアライメント系として簡単に示してある。図１２に
おいて、ハロゲンランプ１からの照明光はファイバー２
を透過後、レンズ系３、ハーフミラー４、レンズ７を経
てプリズム９で反射されてウェハＷをほぼ垂直に照射す
る。ウェハＷからの反射光は、同じ経路を戻ってプリズ
ム９、レンズ７を介してハーフミラー４で反射され、レ
ンズ８によって指標板１３上に結像される。この指標板
１３には指標マーク３０ａ、３０ｂが形成されている。
この指標マーク３０ａ、３０ｂは、図１３（Ａ）に示す
ようにＹ方向に伸びた直線状パターンがＸ方向に所定の
間隔で並設された２本のパターンで構成されている。An optical system of the position detecting device detects the wafer mark MXn, and is simply shown as an off-axis type alignment system in FIG. In FIG. 12, the illumination light from the halogen lamp 1 is
Then, the light is reflected by the prism 9 through the lens system 3, the half mirror 4, and the lens 7, and irradiates the wafer W almost vertically. The reflected light from the wafer W returns along the same path, is reflected by the half mirror 4 via the prism 9 and the lens 7, and is imaged on the index plate 13 by the lens 8. On the index plate 13, index marks 30a and 30b are formed.
As shown in FIG. 13A, the index marks 30a and 30b are composed of two patterns in which linear patterns extending in the Y direction are juxtaposed at predetermined intervals in the X direction.
【０００９】この指標板１３は、レンズ７とレンズ系８
によってウェハＷとほぼ共役に配置されている。従っ
て、ウェハＷ上のウェハマークＭＸｎの像は、指標板１
３上に結像され、リレー系１４、１５、ミラー１６を介
してこのウェハマークＭＸｎの像と指標マーク３０ａ、
３０ｂの像とが、ＣＣＤカメラ等の撮像素子１７に結像
する。そして撮像素子１７からの画像信号に基づいて、
指標板１３上の指標マーク３０ａ、３０ｂとウェハマー
クＭＸｎとの位置関係（位置ずれ）を主制御系１００が
検出する。指標マークを用いるのは、撮像素子１７によ
る画像のスキャン開始位置がドリフトする為である。な
お、ここでは図示していないが、レンズ系３内のウェハ
Ｗとほぼ共役な位置に照明視野絞りが設けられており、
この視野絞りはウェハＷ上での照明領域を規定する。The index plate 13 includes a lens 7 and a lens system 8.
Are arranged almost conjugate with the wafer W. Therefore, the image of the wafer mark MXn on the wafer W is
3, the image of the wafer mark MXn and the index mark 30a via the relay systems 14, 15 and the mirror 16.
The image of 30b forms an image on the image sensor 17 such as a CCD camera. Then, based on the image signal from the image sensor 17,
The main control system 100 detects the positional relationship (misalignment) between the index marks 30a, 30b on the index plate 13 and the wafer mark MXn. The index mark is used because the position at which the image sensor 17 starts scanning an image drifts. Although not shown here, an illumination field stop is provided at a position substantially conjugate with the wafer W in the lens system 3.
The field stop defines an illumination area on the wafer W.
【００１０】ここで、撮像素子１７で観察されるこの照
明領域に相当する部分の様子を図１３（Ａ）に示す。ウ
ェハＷ上の照明領域は、ウェハマークＭＸｎに対応する
領域ＳＡ２とウェハマークＭＸｎ近傍での指標板１３上
の指標マーク３０ａ、３０ｂに実質的に対応する領域Ｓ
Ａ１、ＳＡ３とで構成されている。この領域ＳＡ１、Ｓ
Ａ３にまで広げてこの照明領域を規定しているのは、こ
の領域ＳＡ１、ＳＡ３のウェハからの戻り光を利用して
指標板１３上のマーク３０ａ、３０ｂを透過照明してい
るからである。FIG. 13A shows a state of a portion corresponding to the illumination area observed by the image pickup device 17. The illumination area on the wafer W includes an area SA2 corresponding to the wafer mark MXn and an area S substantially corresponding to the index marks 30a and 30b on the index plate 13 near the wafer mark MXn.
A1 and SA3. These areas SA1, S
The reason why the illumination area is defined as extending to A3 is that the marks 30a and 30b on the index plate 13 are transmitted and illuminated using the return light from the wafer in the areas SA1 and SA3.
【００１１】従って、指標マーク３０ａ、３０ｂを照明
する光に他のマークや回路パターンからのノイズ成分が
混入しないように、領域ＳＡ１、ＳＡ３は回路パターン
もマークも形成されていない領域となっており、通常は
鏡面状に加工されている。以下領域ＳＡ１、ＳＡ３のよ
うな回路パターンもマークも形成されていない領域を禁
止帯と呼ぶことにする。Therefore, the areas SA1 and SA3 are areas where neither circuit patterns nor marks are formed so that the light illuminating the index marks 30a and 30b is not mixed with noise components from other marks or circuit patterns. Usually, it is mirror-finished. Hereinafter, an area in which neither a circuit pattern nor a mark is formed, such as the areas SA1 and SA3, will be referred to as a forbidden zone.
【００１２】次に、このときのウェハアライメントマー
クＭＸｎ、指標マーク３０ａ、３０ｂに対応する撮像素
子１７からのビデオ信号を、図１３（Ｂ）に示す。ここ
で、縦軸はビデオ信号の強度を表し、横軸はステージ５
の走査位置を表している。図１３（Ｂ）に示すように、
撮像素子１７からのビデオ信号は、指標マーク３０ａ、
３０ｂ位置やウェハマークＭＸｎのエッジに対応する位
置（画素位置）でボトムとなる信号波形となる。また、
Ｙ方向にもウェハアライメントマーク，指標マークが設
けられているものとし、撮像素子１８はＹ方向のマーク
を検出する。Next, FIG. 13B shows a video signal from the image sensor 17 corresponding to the wafer alignment mark MXn and the index marks 30a and 30b at this time. Here, the vertical axis represents the intensity of the video signal, and the horizontal axis represents the stage 5
Represents the scanning position. As shown in FIG.
The video signal from the image sensor 17 is divided into index marks 30a,
The signal waveform becomes the bottom at the position 30b or the position (pixel position) corresponding to the edge of the wafer mark MXn. Also,
It is assumed that a wafer alignment mark and an index mark are also provided in the Y direction, and the image sensor 18 detects the mark in the Y direction.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、指標板１３上の指標マーク３０ａ，３０ｂ
の照明光にウェハ表面からの戻り光を用いている。この
ため、フレア等によりウェハＷ上の表面が荒れている
と、指標マーク３０ａ，３０ｂからの検出光にウェハ表
面の荒れによるノイズ成分を含むこととなる。例えば、
図１４に示すように、指標マーク３０ａ，３０ｂに対応
する撮像素子１７からのビデオ信号成分にノイズ成分が
混入すると、検出信号からの指標マーク３０ａ，３０ｂ
の判断が難しく、正確な位置検出ができない場合があ
る。In the prior art as described above, the index marks 30a, 30b on the index plate 13 are used.
The return light from the wafer surface is used as the illumination light. For this reason, if the surface on the wafer W is rough due to flare or the like, the detection light from the index marks 30a and 30b includes a noise component due to the rough surface of the wafer. For example,
As shown in FIG. 14, when a noise component is mixed in a video signal component from the image sensor 17 corresponding to the index marks 30a and 30b, the index marks 30a and 30b from the detection signal are mixed.
Is difficult to determine, and accurate position detection may not be possible.
【００１４】ここで、ウェハマークＭＸｎはマルチパタ
ーンにより構成されているので、マークＭＸｎに対応す
る信号は、平均化処理を行うことで検出精度の劣化を抑
えることができる。しかしながら、ウェハＷ上における
指標マーク３０ａ，３０ｂに対応する禁止帯（ＳＡ１、
ＳＡ３）は、ウェハＷ上の有効利用面積を制限するた
め、できるだけ小さくしたいという制約がある。このた
め、指標マークをあまり多くのパターンから構成させる
ことができず、その結果、平均化効果が小さくなり指標
マーク３０ａ，３０ｂに対応する信号波形部分は、ウェ
ハ表面の光学特性の影響をうけて、ノイズ成分に埋もれ
てしまうことがある。この結果、指標マーク３０ａ，３
０ｂの検出精度が劣化することより、ウェハマークＭＸ
ｎの位置検出精度が劣化するという問題点があった。Here, since the wafer mark MXn is composed of a multi-pattern, the signal corresponding to the mark MXn can be averaged to suppress the deterioration of the detection accuracy. However, the forbidden zones (SA1, SA1) corresponding to the index marks 30a, 30b on the wafer W
In SA3), there is a restriction that the effective use area on the wafer W should be reduced as much as possible. For this reason, the index mark cannot be composed of too many patterns. As a result, the averaging effect is reduced, and the signal waveform portions corresponding to the index marks 30a and 30b are affected by the optical characteristics of the wafer surface. , May be buried in noise components. As a result, the index marks 30a, 3
0b detection accuracy deteriorates, the wafer mark MX
There is a problem that the position detection accuracy of n is deteriorated.
【００１５】また、ウェハ上のウェハマークＭＸｎ近傍
を指標マークに対応した禁止帯にしなければならないの
で、ウェハ上のマーク領域ＳＡ（ウェハマークＭＸｎ＋
禁止帯）が必然的に大きくなる（ウェハの有効利用面積
が小さくなる）という不都合があった。Since the vicinity of the wafer mark MXn on the wafer must be a forbidden zone corresponding to the index mark, the mark area SA on the wafer (wafer mark MXn +
Forbidden zone) is inevitably increased (effective use area of the wafer is reduced).
【００１６】本発明は、このような従来の問題点を鑑み
てなされたもので、ウェハ表面が荒れている場合にも良
好な位置検出精度を達成することと、ウェハ上のマーク
領域を小さく（ウェハの有効面積を大きく）することを
目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and achieves good position detection accuracy even when the wafer surface is rough, and reduces the mark area on the wafer ( (To increase the effective area of the wafer).
【００１７】[0017]
【課題を解決する為の手段】上記目的達成のために本発
明では、基板（Ｗ）上に形成された第１マーク（ＭＸ
ｎ、ＭＹｎ）を照明し、該第１マークの像を撮像手段
（１７，１８）で検出し、該撮像手段からの信号に基づ
いて該第１マークの位置に関する情報を検出する検出装
置に、第２マーク（２２ａ〜２２ｄ、３０ａ、３０ｂ）
が形成された反射面を備えた反射部材（２０、２０ａ、
２０ｂ）と、照明された該基板からの反射光の実質的な
影響を与えずに、該反射面上の該第２マークを照明する
反射部材照明系（１、２、３、ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、４、
２６、２８、２９、２６ａ、４ｂ）と、該反射面上で反
射された光を該撮像手段に導き、該第２マークの像を、
該撮像手段の受光面上に結像させる結像光学系（１５、
１６）とを設け、該撮像手段から出力された該第１マー
クの像に対応した画像信号、及び該第２マークの像に対
応した画像信号に基づいて、該位置に関する情報の検出
を行うよう構成した。また本発明では、マスク（Ｒ）上
のパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装置に、該基
板上に形成された第１マーク（ＭＸｎ、ＭＹｎ）が照明
されることにより発生した該第１マークの像を検出する
撮像手段（１７，１８）と、該基板を位置合わせするた
めに用いられる第２マーク（２２ａ〜２２ｄ、３０ａ、
３０ｂ）が形成された反射面を含む反射部材（２０、２
０ａ、２０ｂ）と、照明された該基板からの反射光の影
響を与えずに、該反射面上の前記第２マークを照明する
反射部材照明系（１、２、３、ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、４、
２６、２８、２９、２６ａ、４ｂ）とを設け、該撮像手
段は、該反射面上で反射した光により発生した該第２マ
ークの像を検出するとともに、該第１マークの像に対応
した画像信号、及び該第２マークの像に対応した画像信
号を出力し、該露光装置が、該画像信号に基づいて前記
基板の位置合わせを行うよう構成した。また本発明で
は、マスク（Ｒ）上のパターンを基板（Ｗ）上に転写す
る露光装置に使用される露光方法であって、該基板上に
形成された第１マーク（ＭＸｎ、ＭＹｎ）を含む該基板
上の第１領域を照明し、該基板を位置合わせするために
用いられる第２マーク（２２ａ〜２２ｄ、３０ａ、３０
ｂ）が形成された反射面を備える反射部材（２０、２０
ａ、２０ｂ）の、該第２マークを含む該反射面上の第２
領域を、前記照明された前記基板からの反射光の実質的
な影響を与えずに照明し、前記照明により発生した第１
マークの像と、前記照明により該反射面上で反射して発
生した第２マークの像とを光電的に検出し、該検出結果
に基づいて前記基板の位置合わせを行うこととした。な
お上記では、参考のために実施例の符号を付して各構成
要件の説明をしたが、本発明はこの実施例に限られるも
のではない。In order to achieve the above object, according to the present invention, a first mark (MX) formed on a substrate (W) is formed.
n, MYn), an image of the first mark is detected by imaging means (17, 18), and a detection device for detecting information on the position of the first mark based on a signal from the imaging means includes: Second mark (22a to 22d, 30a, 30b)
Reflection member (20, 20a,
20b) and a reflector illumination system (1,2,3, GA, GB, GB) for illuminating the second mark on the reflective surface without substantially affecting the illuminated reflected light from the substrate. GC, 4,
26, 28, 29, 26a, 4b) and the light reflected on the reflection surface is guided to the imaging means, and the image of the second mark is
An imaging optical system (15,
16), the information regarding the position is detected based on the image signal corresponding to the image of the first mark and the image signal corresponding to the image of the second mark output from the imaging unit. Configured. Further, in the present invention, the first mark (MXn, MYn) formed on the substrate is exposed to an exposure device that transfers a pattern on the mask (R) onto the substrate (W). Imaging means (17, 18) for detecting an image of one mark; and second marks (22a to 22d, 30a,
The reflecting member (20, 2, 2) including the reflecting surface on which 30b) is formed.
0a, 20b) and a reflecting member illumination system (1, 2, 3, GA, GB, GC) for illuminating the second mark on the reflecting surface without affecting the illuminated reflected light from the substrate. 4,
26, 28, 29, 26a, 4b), and the imaging means detects the image of the second mark generated by the light reflected on the reflection surface and corresponds to the image of the first mark. An image signal and an image signal corresponding to the image of the second mark are output, and the exposure device is configured to perform the alignment of the substrate based on the image signal. Further, in the present invention, there is provided an exposure method used for an exposure apparatus for transferring a pattern on a mask (R) onto a substrate (W), the method including a first mark (MXn, MYn) formed on the substrate. A second mark (22a-22d, 30a, 30) is used to illuminate a first area on the substrate and to align the substrate.
b) a reflecting member (20, 20) having a reflecting surface formed with
a, 20b) on the reflective surface including the second mark.
Illuminating a region without substantially affecting the reflected light from the illuminated substrate;
An image of the mark and an image of the second mark generated by being reflected on the reflecting surface by the illumination are photoelectrically detected, and the substrate is aligned based on the detection result. In the above description, the constituent elements are described with reference numerals of the embodiment for reference, but the present invention is not limited to this embodiment.
【００１８】[0018]
【作用】本発明では、基板を位置合わせするために用い
られる第２マークを反射面上に備えた反射部材を使用
し、基板からの反射光の影響無く該第２マークを照明す
る構成としているので、基板表面の荒れ等の影響を受け
ないものとなっている。According to the present invention, a reflecting member having a second mark used for aligning a substrate on a reflecting surface is used, and the second mark is illuminated without being affected by light reflected from the substrate. Therefore, it is not affected by roughness of the substrate surface or the like.
【００１９】また、結像光学系では、基板表面から戻っ
てくる光を、例えば絞り等によって一定領域（第１マー
クを含む）に制限し、指標板から戻ってくる光を第２マ
ークを含む一定領域に制限すると共に、かつ第１マーク
からの戻り光を妨げない領域に規定する。ここで、基板
からの戻り光による結像位置は撮像素子の被検出面であ
り、反射型の指標板は基板と共役であるため、第１マー
クと第２マークとからの戻り光の光路を合成することに
より、その光路上の同じ位置に合成像が形成される。こ
のため、被検出面上に結像された合成像から相対位置が
検出され、この基板（の第１マーク）の位置検出が行わ
れる。In the imaging optical system, light returning from the substrate surface is limited to a certain area (including the first mark) by, for example, a diaphragm, and light returning from the index plate includes the second mark. The area is limited to a certain area, and is defined as an area that does not hinder return light from the first mark. Here, the image formation position due to the return light from the substrate is the surface to be detected of the image sensor, and the reflective index plate is conjugate to the substrate, so the optical path of the return light from the first mark and the second mark is changed. By combining, a combined image is formed at the same position on the optical path. Therefore, the relative position is detected from the composite image formed on the detection surface, and the position of (the first mark of) the substrate is detected.
【００２０】尚、指標マーク用の第２照明系は、第１照
明系とは別個独自に構成されたものでも良いが、基板の
第１マークを照明するための光源から射出された照明光
を、その光路中で分離することで第１照明系と第２照明
系とを構成し、この照明光を直接用いる構成としてもよ
い。この場合、反射型の指標板を基板からの戻り光の光
路上にない位置に設け、基板への照明光の光路上に設け
たハーフミラー等を使うことで、単一の光源で反射型指
標板をも照明できるものとなる。The second illumination system for the index mark may be configured separately from the first illumination system. However, the illumination light emitted from the light source for illuminating the first mark on the substrate may be used. Alternatively, the first illumination system and the second illumination system may be configured by being separated in the optical path, and the illumination light may be directly used. In this case, the reflective index plate is provided at a position not on the optical path of the return light from the substrate, and a half mirror or the like provided on the optical path of the illuminating light to the substrate is used. The plate can also be illuminated.
【００２１】[0021]
【実施例】次に、本発明の一実施例に係る位置検出装置
を備えた投影露光装置の構成を図１を参照にして説明す
る。図１において、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡの
像は、投影レンズ１０を介してウェハＷ上（のショット
領域）に結像投影される。ウェハＷは、Ｘ，Ｙ方向にス
テップアンドリピート方式で移動するステージ５上に載
置され、ステージ５の座標位置はレーザ干渉計ＩＦＸ，
ＩＦＹで計測される。レチクルＲは、パターン領域ＰＡ
の両脇に設けられたレチクルアライメントマークＲＭ
１，ＲＭ２を、レチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１，Ｒ
Ａ２に対して位置決めすることで、装置（投影レンズ１
０の光軸ＡＸ）に対してアライメントされる。Next, the configuration of a projection exposure apparatus having a position detecting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, an image of a pattern area PA on a reticle R is formed and projected on (a shot area of) a wafer W via a projection lens 10. The wafer W is mounted on a stage 5 that moves in the X and Y directions in a step-and-repeat manner, and the coordinate position of the stage 5 is determined by a laser interferometer IFX,
It is measured by IFY. The reticle R has a pattern area PA
Reticle alignment marks RM provided on both sides of
1 and RM2 with reticle alignment microscopes RA1 and R
By positioning with respect to A2, the device (projection lens 1
0 (optical axis AX).
【００２２】さて、本実施例による装置は、ここではウ
ェハＷ上のウェハマークＭＸｎ，ＭＹｎをオフ・アクシ
ス方式で検出するウェハアライメントセンサーに対して
適用される。このウェハアライメントセンサーは、投影
レンズ１０の下部直近に配置されたプリズム状のミラー
９、対物レンズ７、リレーレンズ１９，２１、絞り２
５、ハーフミラー４、レンズ系２６、回転偏光板２８、
反射型共役指標板２０、結像レンズ１５、ハーフミラー
１６及びＣＣＤ２次元撮像素子１７，１８等によって構
成される。The apparatus according to the present embodiment is applied to a wafer alignment sensor that detects wafer marks MXn and MYn on a wafer W by an off-axis method. The wafer alignment sensor includes a prism-shaped mirror 9, an objective lens 7, relay lenses 19 and 21, an aperture 2
5, half mirror 4, lens system 26, rotating polarizer 28,
It comprises a reflective conjugate index plate 20, an imaging lens 15, a half mirror 16, and CCD two-dimensional imaging devices 17, 18, and the like.
【００２３】さらに、照明光学系は、ハロゲンランプ、
光輝度多色ＬＥＤ等の白色光源で構成される光源１と、
この光源１からの広帯波長の光（ただし、ウェハＷの感
光域はカットされている。）を導く光ファイバ２、コン
デンサレンズ３、照明視野絞りＧＡ、全反射ミラーＧ
Ｂ、レンズ系ＧＣ等で構成されている。ここで、光源１
からの照明光はハーフミラー４で分割されてウェハＷ並
びに反射型指標板２０に導かれると共に、これらからの
戻り光（反射光）もハーフミラー４で同一光路上に合成
されて撮像素子１７，１８等に導かれる。従って、ウェ
ハＷ（のウェハマーク）並びに反射型指標板２０（の指
標マーク）を照明する個々の照明光は、ハーフミラー４
で分割された後は各々独自の照明光であり、他方の影響
を受けることはない。Further, the illumination optical system includes a halogen lamp,
A light source 1 composed of a white light source such as a light-brightness multicolor LED;
An optical fiber 2, a condenser lens 3, an illumination field stop GA, and a total reflection mirror G for guiding light of a wide band wavelength (the photosensitive area of the wafer W is cut) from the light source 1.
B, a lens system GC and the like. Here, light source 1
Is split by the half mirror 4 and guided to the wafer W and the reflective index plate 20, and the return light (reflected light) from these is combined on the same optical path by the half mirror 4 to form the image pickup device 17, 18 and so on. Therefore, the individual illumination light for illuminating the wafer W (the wafer mark) and the reflective index plate 20 (the index mark) is reflected by the half mirror 4
After being divided by, the illumination light is unique, and is not affected by the other.
【００２４】以上の構成において、反射型指標板２０、
絞り２５、及びＣＣＤ１７，１８の撮像面の各々は、ウ
ェハＷと略共役に配置されている。ここで、図２に示す
ように反射型指標板２０には、２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄのような形状にクロム面が形成されており、
その中に指標マーク２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが
クロム未蒸着マークとして形成されている。そして、Ｃ
ＣＤ１７，１８では、ウェハＷ上のウェハマークＭＸ
ｎ，ＭＹｎの像と指標板２０上の指標マーク２２ａ〜２
２ｄの像とを同時に撮像する。In the above configuration, the reflective index plate 20,
The aperture 25 and the imaging planes of the CCDs 17 and 18 are each arranged substantially conjugate with the wafer W. Here, as shown in FIG. 2, 23a, 23b, 23
The chrome surface is formed in a shape like c, 23d,
The index marks 22a, 22b, 22c, 22d are formed therein as chromium non-evaporated marks. And C
For the CDs 17 and 18, the wafer mark MX on the wafer W
n, MYn and index marks 22a-2 on index plate 20
The 2d image is captured simultaneously.
【００２５】また、照明光学系の光ファイバー２の射出
端面は、２次光源像として対物レンズ７とレンズ系ＧＣ
との間の瞳面（開口絞り位置）にリレーされ、ウェハＷ
に対してケーラー照明を行う。更に、視野絞りＧＡは、
対物レンズ７とレンズ系ＧＣとの合成系によってウェハ
Ｗと共役になっており、視野絞りＧＡのアパーチャ像が
ウェハＷ上に投影されることになる。尚、本実施例で
は、少なくとも対物レンズ７、結像レンズ１５の夫々に
対して色消しがなされており、色収差による結像特性の
劣化を押さえている。The exit end face of the optical fiber 2 of the illumination optical system is connected to the objective lens 7 and the lens system GC as a secondary light source image.
Is relayed to the pupil plane (aperture stop position) between
To Koehler lighting. Further, the field stop GA is
The composite system of the objective lens 7 and the lens system GC is conjugate with the wafer W, and the aperture image of the field stop GA is projected on the wafer W. In this embodiment, at least each of the objective lens 7 and the imaging lens 15 is achromatized to suppress the deterioration of the imaging characteristics due to chromatic aberration.
【００２６】さて、ウェハＷ（のウェハマークＭＸｎ，
ＭＹｎ）からの戻り光は、同じ光路を戻ってハーフミラ
ー４で反射された後、ハーフミラー１６によってＸ軸ア
ライメント用のＣＣＤ１７とＹ軸アライメント用のＣＣ
Ｄ１８上に再投影される。従って、ウェハマークＭＸ
ｎ、ＭＹｎのマーク像は、それぞれＣＣＤ１７，１８上
に投影される。ただし、ＣＣＤ１７と１８とは水平走査
線方向が互いに９０°になるように設定されているもの
とする。Now, the wafer mark MXn of the wafer W (
The return light from MYn) returns to the same optical path and is reflected by the half mirror 4, and then is reflected by the half mirror 16 on the CCD 17 for X-axis alignment and the CC for Y-axis alignment.
Reprojected onto D18. Therefore, the wafer mark MX
The mark images of n and MYn are projected on CCDs 17 and 18, respectively. However, it is assumed that the CCDs 17 and 18 are set so that the horizontal scanning line directions are at 90 ° to each other.
【００２７】前述のマーク検出の為の光学系は、深度を
深くする為と、信号波形の処理が楽になる様にＣＣＤ１
７までの光学系の開口数（Ｎ．Ａ.)を小さくしてある。
また、ウェハＷの荒れ部分の影響を小さくするために、
つまり、グレイン等によるウェハ表面荒れ部分からのノ
イズ信号成分を小さくし、マークエッジ部分からの信号
を良好に検出するために、照明系のσ値を大きくしてい
る。このσ値は、０．８〜１．０程度が望ましく、マー
クの段差やマーク形状、或いはウェハ表面の荒れ具合に
応じて可変としてもよい。The optical system for the above-described mark detection has a CCD 1 for increasing the depth and for facilitating signal waveform processing.
The numerical aperture (NA) of the optical system up to 7 is reduced.
In order to reduce the influence of the rough portion of the wafer W,
That is, the σ value of the illumination system is increased in order to reduce the noise signal component from the rough portion of the wafer surface due to the grain and the like and to detect the signal from the mark edge portion satisfactorily. This σ value is desirably about 0.8 to 1.0, and may be variable according to the step of the mark, the mark shape, or the roughness of the wafer surface.
【００２８】一例として低段差マークを検出する場合に
ついて説明する。この場合、σ値が大きすぎるとマーク
そのものも良好に検出できなくなってしまう。このた
め、例えばσ値を０．８程度に調整して、ウェハ表面荒
れ部分からのノイズ成分を小さくするとともに低段差マ
ークに対しても良好にマークを検出できるようにすれば
よい。尚、σ値の可変幅は０．８〜１．０に限定される
ものではなく、マークやウェハの荒れの状態により定め
られる。As an example, a case where a low step mark is detected will be described. In this case, if the σ value is too large, the mark itself cannot be detected well. For this reason, for example, the σ value may be adjusted to about 0.8 to reduce the noise component from the rough portion of the wafer surface and to detect the low step mark satisfactorily. Note that the variable width of the σ value is not limited to 0.8 to 1.0, but is determined by the state of the mark or the roughness of the wafer.
【００２９】また、本実施例の装置では、ステージ５上
に基準マークＦＭが設けられ、ウェハアライメントセン
サー内の指標板２０上の指標マークのウェハＷへの投影
点と、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークＲＭ
１，ＲＭ２の投影点との間の距離 (ベースライン) を計
測するのに使われる。さらに、主制御系１００は、装置
全体を統括的に制御しており、ステージ５の制御はステ
ージコントローラ５２を介して行われる。In the apparatus of this embodiment, the reference mark FM is provided on the stage 5, and the projection point of the index mark on the index plate 20 in the wafer alignment sensor onto the wafer W and the reticle alignment on the reticle R Mark RM
It is used to measure the distance (baseline) between the projection points of RM1 and RM2. Further, the main control system 100 controls the entire apparatus as a whole, and the control of the stage 5 is performed via the stage controller 52.
【００３０】次に、図３を参照して、ＣＣＤ１７，１８
からのビデオ信号の処理回路について説明する。ＣＣＤ
１７，１８は、２次元撮像素子であり、水平走査方向と
垂直走査方向とに画素（ピクセル）が配列されるが、本
実施例のＣＣＤ１７，１８では、ウェハＷ上のマークの
エッジを横切る方向を水平走査方向に一致させるものと
する。Next, referring to FIG.
Will be described. CCD
Reference numerals 17 and 18 denote two-dimensional image sensors, in which pixels are arranged in a horizontal scanning direction and a vertical scanning direction. In the CCDs 17 and 18 of the present embodiment, the directions crossing edges of marks on the wafer W. In the horizontal scanning direction.
【００３１】さて、ＣＣＤ１７，１８からは、水平同期
信号と垂直同期信号とが混合したコンポジットビデオ信
号が得られる。このビデオ信号は、周波数フィルターや
ＡＧＣ等の前処理回路４０を介してアナログ−デジタル
変換器（ＡＤＣ）４２に送られる。一方、ＣＣＤ１７，
１８からのビデオ信号は、同期信号分離回路やクロック
発生回路等を含む制御回路４４にも送られる。この制御
回路４４は、ＣＣＤ１７，１８の水平同期信号に基づい
て、１画素の電気走査（読み出し走査）あたり１つのク
ロックパルスとなるようなクロック信号ＣＬを出力す
る。このクロック信号ＳＣＬは、ＣＣＤ１７，１８の電
気的走査が１フレーム中でのサンプリング範囲（水平走
査線の垂直方向の本数）になったか否かを検出する比較
部４６と、ＡＤＣ４２の出力データを記憶するためのメ
モリ（ＲＡＭ）４３に対してアドレス値を出力するアド
レスカウンタ４８とに送られる。従って、ＲＡＭ４３内
には、ＣＣＤ１７，１８の所定の水平走査線から指定さ
れた本数分だけのデジタル波形データが記憶される。Ｒ
ＡＭ４３内の波形データは、プロセッサー５０によって
管理されるアドレスバスＡ−ＢＵＳとデータバスＤ−Ｂ
ＵＳとによってプロセッサー５０に読み込まれ、所定の
波形処理演算が行われる。以上により主制御系１００が
構成される。そして、プロセッサー５０のアドレスバス
Ａ−ＢＵＳとデータバスＤ−ＢＵＳには、ステージ５を
制御するためのステージコントローラ５２がつながれ、
このコントローラ５２は干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹの座標計
測値を入力してステージＳＴの駆動モータ５４を制御す
る。From the CCDs 17 and 18, a composite video signal in which a horizontal synchronizing signal and a vertical synchronizing signal are mixed is obtained. This video signal is sent to an analog-to-digital converter (ADC) 42 via a pre-processing circuit 40 such as a frequency filter and an AGC. On the other hand, CCD 17,
The video signal from 18 is also sent to a control circuit 44 including a synchronization signal separation circuit, a clock generation circuit, and the like. The control circuit 44 outputs a clock signal CL such that one clock pulse is generated per electric scan (readout scan) of one pixel based on the horizontal synchronization signals of the CCDs 17 and 18. The clock signal SCL stores the output data of the ADC 42 and the comparator 46 for detecting whether or not the electrical scanning of the CCDs 17 and 18 is within the sampling range (the number of horizontal scanning lines in the vertical direction) in one frame. To an address counter 48 which outputs an address value to a memory (RAM) 43 for performing the operation. Therefore, in the RAM 43, digital waveform data for the designated number from the predetermined horizontal scanning lines of the CCDs 17 and 18 is stored. R
The waveform data in the AM 43 includes an address bus A-BUS and a data bus DB managed by the processor 50.
The data is read into the processor 50 by the US and a predetermined waveform processing operation is performed. The main control system 100 is configured as described above. A stage controller 52 for controlling the stage 5 is connected to the address bus A-BUS and the data bus D-BUS of the processor 50.
The controller 52 inputs the coordinate measurement values of the interferometers IFX and IFY and controls the drive motor 54 of the stage ST.
【００３２】図１に示したマーク位置検出手段としての
主制御系１００は、図３に示した部材４０〜５０を含む
ものであり、図１の符号ＷＳＣはコントローラ５２への
制御信号を表し、これは図３のＡ−ＢＵＳ、Ｄ−ＢＵＳ
に対応している。また、図１中の符号ＲＳＣは、不図示
のレチクルステージをコントロールするためのバスライ
ンを表している。The main control system 100 as the mark position detecting means shown in FIG. 1 includes the members 40 to 50 shown in FIG. 3, and the symbol WSC in FIG. 1 represents a control signal to the controller 52. This is A-BUS, D-BUS in FIG.
It corresponds to. Reference symbol RSC in FIG. 1 represents a bus line for controlling a reticle stage (not shown).
【００３３】さて、図４はウェハＷ上の１つのショット
領域Ｓｎと、ウェハ上のアライメントマークＭＸｎ、Ｍ
Ｙｎとの関係を示す図で、１つのショット領域Ｓｎの４
辺はスクライブラインＳＣＬで囲まれ、スクライブライ
ンＳＣＬの直交する２辺の夫々の中心部分にマークＭＸ
ｎ、ＭＹｎが形成されている。ここで、ＳＣはショット
領域Ｓｎの中心点で、露光時には投影レンズＰＬの光軸
ＡＸが通る。そして、マークＭＸｎ、ＭＹｎの夫々は、
中心ＳＣを原点にＸ方向、Ｙ方向の夫々に伸びた線Ｃ
Ｘ、ＣＹ上に位置する。FIG. 4 shows one shot region Sn on the wafer W and the alignment marks MXn and M on the wafer.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship with Yn, in which 4 of one shot area Sn;
The sides are surrounded by a scribe line SCL, and marks MX are provided at the center portions of two orthogonal sides of the scribe line SCL.
n and MYn are formed. Here, SC is the center point of the shot area Sn, and the optical axis AX of the projection lens PL passes during exposure. Each of the marks MXn and MYn is
Lines C extending in the X and Y directions with the center SC as the origin
It is located on X, CY.
【００３４】上記のように形成されたマークＭＸｎは、
Ｘ方向の位置検出に使われ、このマークＭＸｎはＹ方向
に伸びた５本の線状パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、
Ｐ５がＸ方向にほぼ一定のピッチＰ（デューティ１：
１）で配列された格子状のマルチパターンである。さら
に、マークＭＹｎについても同様で、Ｘ方向に伸びた線
状パターンがＹ方向にほぼ一定のピッチＰで配列された
格子状のマルチパターンである。The mark MXn formed as described above is
The mark MXn is used for position detection in the X direction, and the mark MXn has five linear patterns P1, P2, P3, P4,
P5 has a substantially constant pitch P (duty 1:
This is a grid-like multi-pattern arranged in 1). The same applies to the mark MYn, which is a lattice-like multi-pattern in which linear patterns extending in the X direction are arranged at a substantially constant pitch P in the Y direction.
【００３５】次に、図２の反射型共役指標板２０につい
て詳しく説明する。指標板２０はガラス等の光透過性部
材からなる平板であって、クロム面２３ａ〜２３ｄを有
している。クロム面２３ａ〜２３ｄは、ガラス面上にク
ロム等を蒸着して作ったものであり、それぞれの中に、
３本の細線をクロム未蒸着部で形成し、指標マーク２２
ａ〜ｄとしている。ここで、指標マーク２２ａと２２ｂ
はＸ方向に並設され、２２ｃと２２ｄはＹ方向に並設さ
れている。そして、Ｘ方向のアライメントの際には、２
つの指標マーク２２ａ，２２ｂの間にマークＭＸｎを挟
み込んだ状態で位置検出が行われ、同様にＹ方向のアラ
イメントの際には、２つの指標マークＭＹｎを挟み込ん
だ後に位置検出が行われる。Next, the reflection type conjugate index plate 20 of FIG. 2 will be described in detail. The indicator plate 20 is a flat plate made of a light transmitting member such as glass, and has chrome surfaces 23a to 23d. The chrome surfaces 23a to 23d are formed by evaporating chrome or the like on a glass surface.
Three fine lines are formed in the chromium non-evaporated part, and the index mark 22 is formed.
a to d. Here, the index marks 22a and 22b
Are arranged side by side in the X direction, and 22c and 22d are arranged side by side in the Y direction. In the case of alignment in the X direction, 2
Position detection is performed with the mark MXn sandwiched between the two index marks 22a and 22b. Similarly, during alignment in the Y direction, position detection is performed after sandwiching the two index marks MYn.
【００３６】この指標板２０では、ハロゲンランプ等の
光源１からの照明光が、クロム面２３ａ〜２３ｄで反射
されるので、指標２２ａ〜２２ｄの画像信号をこの反射
光から得ることとなり、ウェハＷからの戻り光を使う必
要がない。また、回転偏光板２８によって指標板２０へ
の照明光量を適切に調整可能となっている。そして、絞
り２５を通過したウェハＷからの戻り光と反射型指標板
２０からの戻り光とは、ハーフミラー４、レンズ１５を
経てハーフミラー１６によってＸ軸アライメント用のＤ
ＤＣ１７とＹ軸アライメント用のＣＣＤ１８上に再投影
される。In the index plate 20, the illumination light from the light source 1 such as a halogen lamp is reflected by the chrome surfaces 23a to 23d, so that the image signals of the indexes 22a to 22d are obtained from the reflected light. There is no need to use return light from Further, the amount of illumination on the index plate 20 can be appropriately adjusted by the rotating polarizing plate 28. The return light from the wafer W and the return light from the reflective index plate 20 that have passed through the stop 25 are passed through the half mirror 4 and the lens 15 to the half mirror 16 for X-axis alignment.
The image is re-projected on DC 17 and CCD 18 for Y-axis alignment.
【００３７】従って、指標マーク２２ａ〜２２ｄのマー
ク像は、それぞれＣＣＤ１７，１８上に投影される。な
お、クロム面２３ａ〜２３ｄは照明光を反射するもので
あればよく、クロムで形成されているものに限らない。
また絞り２５は、指標２２ａ〜２２ｄ及びクロム面２３
ａ〜２３ｄに相対する部分を吸収遮光し、その他の部分
に相対する照明光（その他の部分を通過する照明光）の
みを選択する絞りとする。Accordingly, the mark images of the index marks 22a to 22d are projected on the CCDs 17 and 18, respectively. Note that the chrome surfaces 23a to 23d only need to reflect illumination light, and are not limited to those formed of chrome.
The aperture 25 is provided with the indicators 22a to 22d and the chrome surface 23.
A portion that absorbs and blocks portions corresponding to a to 23d is used as an aperture to select only illumination light corresponding to other portions (illumination light passing through other portions).
【００３８】こうして得られるビデオ信号波形の一例を
図５に示す。図５（Ａ）は、指標マーク２２ａ，２２ｂ
にウェハマークＭＸｎを挟み込んだ様子を示し、ウェハ
マークＭＸｎの中心Ｘｍと指標マーク２２ａ，２２ｂの
中心Ｘｃとがわずかにずれている状態を仮定している。
図５（Ｂ）は、そのときの画像信号の波形を示す。ここ
で、縦軸はビデオ信号強度を表し、横軸はステージの走
査位置を表す。FIG. 5 shows an example of the video signal waveform thus obtained. FIG. 5A shows the index marks 22a and 22b.
Shows a state in which the wafer mark MXn is sandwiched therebetween, and it is assumed that the center Xm of the wafer mark MXn and the center Xc of the index marks 22a and 22b are slightly shifted.
FIG. 5B shows the waveform of the image signal at that time. Here, the vertical axis represents the video signal intensity, and the horizontal axis represents the scanning position of the stage.
【００３９】この状態で、ずれ量ΔＸを算出するのが主
制御系１００である。この際、図５（Ａ）に示すよう
に、検出すべきマークＭＸｎを指標板１３の指標マーク
２２ａ，２２ｂの間に位置決めし、そのときのウェハス
テージ５の精密な位置ＸＡの情報を主制御系１００内の
ＲＡＭ４３に記憶しておく。In this state, the main control system 100 calculates the deviation amount ΔX. At this time, as shown in FIG. 5A, the mark MXn to be detected is positioned between the index marks 22a and 22b of the index plate 13, and the information of the precise position XA of the wafer stage 5 at that time is mainly controlled. It is stored in the RAM 43 in the system 100.
【００４０】さて、ＣＣＤ１７では、マークＭＸｎの５
本の線状パターンＰ１〜Ｐ５と指標マーク２２ａ，２２
ｂとの像を走査線ＳＬに沿って電気的に走査する。そし
て、図５（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ１７の水平走査線
ＳＬに沿って得られるビデオ信号波形は、広帯域照明光
を使ってレジスト層での干渉現象を低減させているた
め、パターンＰ１〜Ｐ５の各エッジ位置でのみボトム
（極小値）になる。In the CCD 17, the mark MXn 5
Book linear patterns P1 to P5 and index marks 22a, 22
The image b is electrically scanned along the scanning line SL. Then, as shown in FIG. 5B, the video signal waveform obtained along the horizontal scanning line SL of the CCD 17 uses the broadband illumination light to reduce the interference phenomenon in the resist layer. It becomes the bottom (minimum value) only at each edge position of P5.
【００４１】図５（Ｂ）で、指標マーク２２ａ，２２ｂ
はそれぞれ微細な３本のバーマークであるため、そのバ
ーマーク１本について１つのボトム波形になる。このた
め、ウェハマークＭＸｎ（マルチパターンＰ１〜Ｐ５）
の各エッジ位置で、計１０個のボトム波形が得られる。In FIG. 5B, index marks 22a and 22b
Are three fine bar marks, and each bar mark has one bottom waveform. Therefore, the wafer mark MXn (multi patterns P1 to P5)
At each edge position, a total of 10 bottom waveforms are obtained.
【００４２】ここで、プロセッサ５０は、このような原
信号波形をＲＡＭ４３内に一時的に取り込む。このとき
プロセッサ５０は、例えば１本の走査線だけではＳ／Ｎ
比の点で不利なので、前述の如くビデオサンプリング領
域ＶＳＡｘ内に入る複数の水平走査線によって得られる
画像信号のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平均し
て平均波形データを作る。さらに、プロセッサ５０では
この平均波形データにスムージング処理を施す。このス
ムージングは、平均波形データを数値フィルターを通す
ことによって行われる。Here, the processor 50 temporarily fetches such an original signal waveform into the RAM 43. At this time, for example, the processor 50 performs S / N with only one scanning line.
Since it is disadvantageous in terms of the ratio, as described above, the average waveform data is created by averaging the levels of the image signals obtained by a plurality of horizontal scanning lines entering the video sampling area VSAx for each pixel in the horizontal direction. Further, the processor 50 performs a smoothing process on the average waveform data. This smoothing is performed by passing the average waveform data through a numerical filter.
【００４３】次に、プロセッサ５０では、この平均波形
データを適当なスライスレベルで画素単位に２値化し、
２値化波形の走査方向（Ｘ方向）の中心から、指標マー
ク２２ａ，２２ｂの中心位置Ｘｃ、及びマークＭＸｎ
（パターンＰ１〜Ｐ５）のＸ方向の中心位置Ｘｍを計算
する。ここで、スライスレベルは各エッジに対応する信
号部分ごとに求められ、波形処理上の各サンプリングポ
イントは、ＣＣＤカメラの水平画素番地に対応している
とともに、ＲＡＭ４３のアドレスとも一義的に対応して
いる。Next, the processor 50 binarizes the average waveform data at an appropriate slice level in pixel units.
From the center in the scanning direction (X direction) of the binarized waveform, the center position Xc of the index marks 22a and 22b and the mark MXn
The center position Xm of the (patterns P1 to P5) in the X direction is calculated. Here, the slice level is obtained for each signal portion corresponding to each edge, and each sampling point in the waveform processing corresponds to the horizontal pixel address of the CCD camera and also uniquely corresponds to the address of the RAM 43. I have.
【００４４】この際、指標板２０の指標マーク２２ａ〜
２２ｄは、ウェハＷからの戻り光とは無関係に照明され
ているので、指標マーク２２ａ，２２ｂに対する信号波
形は常に安定して良好なもの（コントラストが一定）と
なる。このため、高精度に指標マーク位置を検出するこ
とが可能となる。また、ウェハマークＭＸｎからの信号
については、ウェハＷの表面荒れによるノイズ成分の影
響を平均化処理により低減させている。ここで、指標マ
ーク２２ａ〜２２ｄは、ウェハＷ上に禁止帯等を設ける
必要がなく存在する為、個々の本数を増やすことも可能
であり、指標マークの検出に際しても平均化処理を行う
ことで検出精度の向上を図ることが可能である。At this time, the index marks 22a to 22
Since 22d is illuminated independently of the return light from the wafer W, the signal waveforms for the index marks 22a and 22b are always stable and good (contrast is constant). Therefore, it is possible to detect the index mark position with high accuracy. In the signal from the wafer mark MXn, the influence of the noise component due to the surface roughness of the wafer W is reduced by the averaging process. Here, since the index marks 22a to 22d do not need to be provided with a forbidden band or the like on the wafer W, the number of individual marks can be increased, and the averaging process is also performed when detecting the index marks. It is possible to improve the detection accuracy.
【００４５】そして、プロセッサ５０は、位置Ｘｃと位
置Ｘｍとの差ΔＸ＝Ｘｃ−Ｘｍを算出し、前述のウェハ
ステージが位置決めされたときの位置ＸＡと差ΔＸとを
加えた値をマーク位置情報（アライメント情報）として
算出する。さらに、ステージコントローラ５４は、この
マーク位置情報に基づいてモータ５４を制御し、ステー
ジ５を所定位置に移動させる（アライメントする）。Then, the processor 50 calculates a difference ΔX = Xc−Xm between the position Xc and the position Xm, and calculates a value obtained by adding the position XA when the wafer stage is positioned and the difference ΔX to the mark position information. (Alignment information). Further, the stage controller 54 controls the motor 54 based on the mark position information to move the stage 5 to a predetermined position (alignment).
【００４６】一方、マークＭＹｎについても同様にし
て、指標マーク２２ｃ，２２ｄの間にマークＭＹｎを挟
み込み、プロセッサ５０では指標マーク２２ｃ，２２ｄ
の中心ＹｃとマークＭＹｎの中心Ｙｍとの差ΔＹ、及び
マーク位置情報を算出し、ステージ５の移動を制御す
る。ここで、上記の説明では、指標板２０上にＸ方向用
とＹ方向用の２組の指標マーク群が形成され、夫々から
の結像光束を２つのＣＣＤ１７，１８で受光するもので
あったが、Ｘ方向用とＹ方向用のアライメント光学系を
対物レンズから別個に配置し、指標板２０もＸ方向用と
Ｙ方向用とで別体としてもよい。On the other hand, for the mark MYn, the mark MYn is sandwiched between the index marks 22c and 22d in the same manner.
Of the center Yc of the mark MYn and the center Ym of the mark MYn, and the mark position information are calculated, and the movement of the stage 5 is controlled. Here, in the above description, two sets of index marks for the X direction and the Y direction are formed on the index plate 20, and the imaging light flux from each of them is received by the two CCDs 17 and 18. However, the alignment optical systems for the X direction and the Y direction may be separately arranged from the objective lens, and the index plate 20 may be separate for the X direction and the Y direction.
【００４７】また、高コントラストを得ようとしてマー
クのＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）幅を細くして
いくと、マークが解像の限界を越えてしまい、コントラ
ストが低下してくる。逆に、Ｌ／Ｓ幅が大きいと、マー
クが大きくなり平均化効果も小さくなる。そこで、図６
（Ａ）に示すように、マークのピッチは変えずにＬ／Ｓ
のデューティ比を変えていったパターンを、マークＭＸ
ｎ，ＭＹｎとして用いてもよい。When the L / S (line and space) width of a mark is reduced in order to obtain a high contrast, the mark exceeds the resolution limit and the contrast is reduced. Conversely, if the L / S width is large, the mark will be large and the averaging effect will be small. Therefore, FIG.
As shown in (A), L / S without changing the pitch of the mark
The pattern that changed the duty ratio of the mark MX
n and MYn.
【００４８】先に示したデューティ１：１のパターンで
は、立ち上がりと立ち下がりのエッジが暗部として検出
されるので、１つのマークから２つの信号が、図５
（Ｂ）のようにででくる。しかし、デューティ１：１の
ままＬ／Ｓを狭くしてマークのライン部とスペース部を
解像限界以下にすると、両エッジ部からの信号波形上の
ボトムがくっついてしまう。そこで、ピッチは変えずに
Ｌ／Ｓのデューティ比を変えると、図６（Ｂ）のような
１本のバーマークに対して１つのボトム波形の得られる
信号となり、コントラストの高いマーク信号が得られ
る。尚、図６（Ａ）のパターンは、デューティを１：３
にした場合を示し、図６（Ｂ）の縦軸はビデオ信号強度
を表し、横軸はステージの走査位置を表す。In the above-described pattern with a duty of 1: 1, the rising and falling edges are detected as dark portions, so that two signals are output from one mark in FIG.
It comes out like (B). However, if the L / S is narrowed while the duty is 1: 1 and the line portion and the space portion of the mark are made equal to or less than the resolution limit, the bottoms of the signal waveforms from both edge portions will stick together. Therefore, if the duty ratio of L / S is changed without changing the pitch, a signal with one bottom waveform is obtained for one bar mark as shown in FIG. 6B, and a mark signal with high contrast is obtained. Can be In the pattern of FIG. 6A, the duty is 1: 3.
In FIG. 6B, the vertical axis represents the video signal intensity, and the horizontal axis represents the scanning position of the stage.
【００４９】また、図６では通常のＸ，Ｙが独立したマ
ークを用いているが、図７（Ａ）に示すような、枡目状
のＸ，Ｙ共用マークＭＸＤを用い、Ｘ，ＹマークがＣＣ
Ｄ１７の撮像領域ＶＳＡｘとＣＣＤ１８の撮像領域ＶＳ
Ａｙとで同時に計測できるようにして、スループットの
向上を図ることも可能である。このように、図６に示す
ようなデューティの異なるパターンでＸ，Ｙ共用マーク
ＭＸＤをつくると、図５に示すようなデューティ１：１
の幅の広いマルチパターンでＸ，Ｙ共用マークを作る場
合に比べてスペース的に有利である。このときの信号波
形を図７（Ｂ）、（Ｃ）に示す。ここで、図７（Ｂ）、
（Ｃ）の縦軸はビデオ信号強度を表し、横軸はステージ
の走査位置を表す。In FIG. 6, the normal X and Y marks use independent marks. However, as shown in FIG. 7A, a grid-shaped X and Y shared mark MXD is used, and the X and Y marks are used. Is CC
D17 imaging area VSAx and CCD 18 imaging area VS
Ay can be measured at the same time to improve the throughput. As described above, when the X and Y shared marks MXD are formed with patterns having different duties as shown in FIG. 6, a duty ratio of 1: 1 as shown in FIG.
This is advantageous in terms of space as compared with the case where the X and Y shared marks are formed by a multi-pattern having a wide width. FIGS. 7B and 7C show signal waveforms at this time. Here, FIG.
The vertical axis of (C) represents the video signal intensity, and the horizontal axis represents the scanning position of the stage.
【００５０】次に、前述のごとく図１に示したオフ・ア
クシス方式のウェハアライメントセンサーをＥ．Ｇ．
Ａ．（エンハンスト・グローバル・アライメント）に利
用する場合について説明する。Ｅ．Ｇ．Ａ．は、最小二
乗近似による統計的演算処理を使ったアライメント手法
であり、詳しくは特開昭６１−４４４２９号公報、又は
特開昭６２−８４５１６号公報に開示されているので、
ここでは詳細な演算方法についての説明は省略する。Next, as described above, the off-axis type wafer alignment sensor shown in FIG. G. FIG.
A. (Enhanced Global Alignment) will be described. E. FIG. G. FIG. A. Is an alignment method using a statistical calculation process based on least squares approximation, which is disclosed in detail in JP-A-61-44429 or JP-A-62-84516.
Here, the description of the detailed calculation method is omitted.
【００５１】この場合、図７のようなＸ，Ｙ共用マーク
ＭＸＤを利用して、図８のようにチップパターンの左右
又は上下にこのマークを設け、特開昭６２−８４５１６
号公報に開示されているような方法でＥ．Ｇ．Ａ．のた
めのマーク検出をＸ，Ｙ方向の夫々に実行すると、左右
又は上下のＹ軸アライメント結果のオフセットは、ウェ
ハ、又はチップのローテーションであり、左右または上
下のＸ軸アライメントのオフセットは、ウェハ、又はチ
ップの倍率誤差となる。In this case, this mark is provided on the left and right or upper and lower sides of the chip pattern as shown in FIG. 8 using the X and Y shared mark MXD as shown in FIG.
In a manner such as that disclosed in US Pat. G. FIG. A. When the mark detection is performed in the X and Y directions respectively, the offset of the left-right or up-down Y-axis alignment result is the rotation of the wafer or chip, and the offset of the left-right or up-down X-axis alignment is Or it becomes a magnification error of the chip.
【００５２】従って、これによってチップローテーショ
ン、チップ倍率を補正しながら精度の高いアライメント
を行うことができる構成になっている。さらに、チップ
周辺２ヵ所に設けられたウェハアライメントマークを用
いてＥ．Ｇ．Ａ．を行えば、アライメント測定精度に対
する平均化効果が従来の２倍となり、アライメント精度
の大幅な向上が可能となる。尚、ここでは図８のＮｏ．
１〜８までのショット領域を使ってＥ．Ｇ．Ａ．を行う
ものとする。Accordingly, the configuration is such that highly accurate alignment can be performed while correcting the chip rotation and the chip magnification. Further, E.C.E. is performed using wafer alignment marks provided at two locations around the chip. G. FIG. A. Is performed, the averaging effect on the alignment measurement accuracy is twice that of the conventional one, and the alignment accuracy can be greatly improved. It should be noted that here, the No. of FIG.
Using shot areas from 1 to 8, E.P. G. FIG. A. Shall be performed.
【００５３】このＥ．Ｇ．Ａ．のためのマークを検出す
る際、プロセスの影響によるウェハマークの変形等によ
り、ショット領域によってはマークをうまく検出できな
い場合がある。この場合には、他のショット領域のマー
クで代替処理すればよい。その一例として、スループッ
トを重視する場合について説明する。Ｎｏ．１〜８まで
のショット領域をその番号順に計測するものとした場
合、例えば、Ｎｏ．４のショット領域でマークが良好に
検出できなかったとする。この場合には、Ｎｏ．４から
Ｎｏ．５のショット領域へ向かうベクトル上のショット
領域のうち、Ｎｏ．４のショット領域に隣接したＮｏ．
４ａのショット領域のマークを計測するようにすればよ
い（図中）。This E. G. FIG. A. When detecting a mark for a shot, the mark may not be detected properly depending on the shot area due to deformation of the wafer mark due to the influence of the process. In this case, the substitute processing may be performed using a mark in another shot area. As an example, a case where importance is placed on throughput will be described. No. When the shot areas 1 to 8 are measured in the order of their numbers, for example, It is assumed that a mark could not be detected properly in the shot area No. 4. In this case, No. 4 to No. 4. Among the shot areas on the vector going to the shot area of No. 5, No. 5 No. 4 adjacent to the shot area of No. 4
The mark of the shot area 4a may be measured (in the figure).
【００５４】また、Ｎｏ．４ａのショット領域でもマー
クが良好に検出できなかった場合には、Ｎｏ．４からＮ
ｏ．５のショット領域へ向かうベクトルと直交する方向
のベクトル上のショット領域のうちＮｏ．４ａに隣接す
るショット領域Ｎｏ．４ｂのマークを計測するようにす
ればよい（図中）。これは次に計測すべきショット領
域Ｎｏ．５を挟んで、ショット領域Ｎｏ．４に対して反
対側にあるショット領域を選択しないようにすることを
意味している。In addition, No. If the mark could not be detected well even in the shot area of No. 4a, No. 4 to N
o. No. 5 among the shot areas on the vector in the direction orthogonal to the vector directed to the shot area of No. 5 4a adjacent to the shot area No. The mark 4b may be measured (in the figure). This is the shot area No. to be measured next. 5 with the shot area No. This means that a shot area on the opposite side to No. 4 is not selected.
【００５５】このような条件によって代替のショット領
域を選択すれば、最もスループットを高く維持したま
ま、良好なマーク検出が可能となる。以上は、スループ
ットを重視する場合について述べたが、この代替ショッ
トの選択は重視する条件に応じて定められる。If an alternative shot area is selected under such conditions, good mark detection can be performed while maintaining the highest throughput. In the above, the case where the throughput is emphasized has been described. However, the selection of the substitute shot is determined according to the condition of the importance.
【００５６】また、一般にＣＣＤカメラでは、ウェハ表
面に対して反射型指標板２０のクロム面２３ａ〜２３ｄ
が明るすぎる場合は、ウェハマークからの検出光に対し
て指標マークからの検出光の強度が大きく異なり、ＣＣ
Ｄユニット内のＡＧＣ（オートゲインコントロール）回
路が働く。このため、指標マークからの検出光のコント
ラストが十分に得られず、指標マークを検出することが
できなくなってしまう場合がある。In general, in a CCD camera, the chrome surfaces 23a to 23d of the reflection type
Is too bright, the intensity of the detection light from the index mark differs greatly from the detection light from the wafer mark, and CC
The AGC (auto gain control) circuit in the D unit works. For this reason, the contrast of the detection light from the index mark may not be sufficiently obtained, and the index mark may not be detected.
【００５７】このような場合には、本実施例にかかる指
標マーク２２ａ〜２２ｄの他に、指標マークＭを併設す
るとよい。この指標マークＭは、従来のようにウェハＷ
からの反射光によって照明される指標マークであり、こ
の指標マークＭをクロム面２３ａ〜２３ｄ近傍に相当す
る一定領域以外の照明領域内に配置する。そして、ウェ
ハＷの反射率と指標板２０の反射率の差に応じて、指標
マーク２２ａ〜２２ｄを使うか、併設した指標マークＭ
を使うかを選択するようにすればよい。この選択は、例
えばＡＧＣ回路が働いて指標マーク２２ａ〜２２ｄが検
出できなかった場合には、指標マークＭからの検出光を
使うようにプロセッサ５０が選択するようにすればよ
い。In such a case, an index mark M may be provided in addition to the index marks 22a to 22d according to the present embodiment. This index mark M indicates that the wafer W
The index mark M is illuminated by the reflected light from the chromium surface, and the index mark M is arranged in an illumination area other than a fixed area corresponding to the vicinity of the chrome surfaces 23a to 23d. Depending on the difference between the reflectance of the wafer W and the reflectance of the index plate 20, the index marks 22a to 22d are used or the index marks M
You can choose to use. For this selection, for example, when the AGC circuit operates and the index marks 22a to 22d cannot be detected, the processor 50 may select to use the detection light from the index mark M.
【００５８】さらに、図１に示したオフ・アクシス方式
のアライメントセンサーを、ウェハＷのグローバルアラ
イメントに利用する場合について説明する。この種のス
テッパーでは、一般にウェハのオリエンテーションフラ
ットを検出して機械的にウェハＷを位置決め（プリアラ
イメント）してステージＳＴ上に載置するが、その状態
では２０μｍ〜１００μｍ程度のプリアライメント誤差
が存在する。グローバルアライメントは、そのプリアラ
イメント誤差を見込んでウェハ上のグローバルアライメ
ント用のマークをサーチし、ウェハ上の実際のショット
配列と設計上のショット配列とを±１μｍ程度の誤差範
囲内に対応付ける作業である。Further, a case will be described in which the off-axis type alignment sensor shown in FIG. 1 is used for global alignment of the wafer W. In this type of stepper, generally, an orientation flat of a wafer is detected and the wafer W is mechanically positioned (pre-aligned) and mounted on the stage ST. In this state, a pre-alignment error of about 20 μm to 100 μm exists. I do. Global alignment is a process of searching for a global alignment mark on a wafer in anticipation of the pre-alignment error, and associating an actual shot arrangement on the wafer with a designed shot arrangement within an error range of about ± 1 μm. .
【００５９】従って、ＣＣＤカメラを用いてグローバル
アライメントする場合、設計値でステージＳＴを位置決
めしても、プリアライメント誤差が大きいとＣＣＤカメ
ラの撮像範囲内にグローバルマークが存在しないことも
起こり得る。そこで、ＣＣＤカメラでウェハ面を撮像し
て、ウェハＷをグローバルアライメントする場合には、
ウェハ面をＣＣＤで観察してはウェハを一定量ずらして
いくグローバル・サーチが必要となる。そのために、例
えば図７（Ａ）に示すＣＣＤ１７、１８の撮像面上の透
明領域ＶＰＡｘ，ＶＰＡｙを用いる。この領域ＶＰＡ
ｘ，ＶＰＡｙは、ＣＣＤ１７、１８の撮像面上の予め定
められた位置に存在するから、領域ＶＰＡｘ，ＶＰＡｙ
を走査する走査線の位置や本数も予めわかっている。Therefore, when global alignment is performed using a CCD camera, even if the stage ST is positioned at a design value, if the pre-alignment error is large, a global mark may not exist within the imaging range of the CCD camera. Therefore, when imaging the wafer surface with a CCD camera and globally aligning the wafer W,
Observing the wafer surface with a CCD requires a global search to shift the wafer by a certain amount. For this purpose, for example, transparent areas VPAx and VPAy on the imaging surfaces of the CCDs 17 and 18 shown in FIG. 7A are used. This area VPA
Since x and VPAy exist at predetermined positions on the imaging surfaces of the CCDs 17 and 18, the regions VPAx and VPAy
The position and the number of scanning lines for scanning are also known in advance.
【００６０】また、ウェハ上のグローバルマークが、ス
トリートラインＳＣＬ内に形成されているものとする。
このグローバルマークは、ストリートラインＳＣＬの伸
びる方向に沿って平行に並べられた３本の格子状マーク
から成る。ここで、設計値に従ってウェハステージ５を
最初に位置決めしたとき、指標板２０の透明領域ＶＰＡ
がグローバルマークを取り込んでいるものとする。この
とき、プロセッサ５０は、領域ＶＰＡｘ，ＶＰＡｙ内の
走査線の複数本に対応したビデオ信号を加算平均し、波
形データをＲＡＭ４３内に記憶する。It is assumed that the global mark on the wafer is formed in the street line SCL.
This global mark is composed of three grid-like marks arranged in parallel along the direction in which the street line SCL extends. Here, when the wafer stage 5 is first positioned according to the design value, the transparent area VPA of the index plate 20 is set.
Has incorporated the global mark. At this time, the processor 50 adds and averages video signals corresponding to a plurality of scanning lines in the regions VPAx and VPAy, and stores the waveform data in the RAM 43.
【００６１】次に、この最初に取り込んだ波形データを
解析して、グローバルマークかどうかを認識する。認識
のアルゴリズムとしては、例えば特開昭６０−１１４９
１４号公報に開示された手法が応用できる。すなわち、
グローバルマークの設計上の配置関係に最も近い状態の
波形位置を捜し出す。Next, the first fetched waveform data is analyzed to determine whether it is a global mark. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-1149 discloses a recognition algorithm.
The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 14 can be applied. That is,
The waveform position closest to the design relationship of the global mark is found.
【００６２】このグローバルアライメントを行う際に、
グローバルアライメントのための透明領域を大きくとり
たい場合がある。このような場合は、例えば指標板２０
のクロム面（２３ｃ，２３ｄ）、指標マーク（２２ｃ，
２２ｄ）の中心を、図９のように撮像領域内の中心を通
るＹ方向の線分上からずらして配置すればよい。このよ
うにすると透明領域が大きくとれるので、グローバルサ
ーチ時のスループットが向上する。また、図１０に示す
ようにクロム面（２３ｃ，２３ｄ）と指標マーク（２２
ｃ，２２ｄ）の一部を透明領域部分まで広げてグローバ
ルアライメント時に使用するようにしてもよい。また、
同時に指標板２０のクロム面（２３ａ，２３ｂ）、指標
マーク（２２ａ，２２ｂ）の中心を、撮像領域内の中心
を通るＸ方向の線分上からずらして配置してもよい。When performing this global alignment,
In some cases, it is necessary to make a transparent area large for global alignment. In such a case, for example, the index plate 20
Chrome surface (23c, 23d), index mark (22c,
The center of 22d) may be shifted from the line segment in the Y direction passing through the center in the imaging region as shown in FIG. In this way, a large transparent area can be obtained, so that the throughput at the time of global search is improved. Further, as shown in FIG. 10, the chrome surface (23c, 23d) and the index mark (22
A portion of c, 22d) may be extended to the transparent region and used for global alignment. Also,
At the same time, the centers of the chrome surfaces (23a, 23b) and the index marks (22a, 22b) of the index plate 20 may be shifted from the X-direction line segment passing through the center in the imaging region.
【００６３】また、指標とマークとを別々に取りこみ、
アライメントをする方法も考えられる。まず、指標２２
ａ，２２ｂの信号を取り込み、アライメントを行って指
標中心Ｘc を求める。次に、ウエハマークの信号を取り
込むが、この時、回転偏光板２８によって反射型指標板
２０の照明光は、すべて遮光されるようにしておく。ま
た、絞り２５は可動としておき、光路から外しておく。
このようにすることで、ウエハＷの信号取り込み領域を
大きくすることができる。これは、グローバルアライメ
ントで使用するほかに、ファインアライメントのアライ
メントマークが指標２２ａと指標２２ｂの指標間距離よ
り大きい時などに有効である。Also, the index and the mark are separately taken,
An alignment method is also conceivable. First, the index 22
The signals of “a” and “22b” are fetched, and alignment is performed to determine the index centerXc . Next, the signal of the wafer mark is taken in. At this time, all the illumination light of the reflective index plate 20 is shielded by the rotating polarizer 28. Also, the diaphragm 25 is movable and is removed from the optical path.
By doing so, the signal capturing area of the wafer W can be enlarged. This is effective when the alignment mark of the fine alignment is larger than the distance between the indices 22a and 22b in addition to the use in the global alignment.
【００６４】また、特開昭６３−２８３１２９号公報に
示すようなレチクルＲ上のダイ・バイ・ダイマークとウ
ェハＷ上の１ショット分のマークとを干渉式アライメン
ト方式を使ったＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）アライ
メント系で検出するシステムを備えたステッパーにおい
て、図１に示すように広帯域の照明光を使ったオフアク
シスアライメント系を設けて、ＴＴＲアライメント系で
アライメントされる格子マークと広帯域の照明光を使っ
たアライメント系で検出されるマークとを図６，図７に
示すようなデューティ比の異なるマルチマークで共用す
ることも可能である。Further, a TTR (through-the-the-art) using an interference type alignment method is used in which a die-by-die mark on a reticle R and a mark for one shot on a wafer W as disclosed in JP-A-63-283129. A reticle) A stepper equipped with a detection system using an alignment system is provided with an off-axis alignment system using broadband illumination light as shown in FIG. 1 so that a grating mark aligned with the TTR alignment system and a wideband illumination light are provided. It is also possible to share a mark detected by the alignment system using the multi-marks having different duty ratios as shown in FIGS.
【００６５】これらのマークを共用する干渉式アライメ
ント方式を使ったアライメント系では、レチクルＲを介
さないものであってもよい。ここで、干渉式アライメン
ト方式で図６、図７に示すようなデューティ比の異なる
マークを検出する場合には、±１次回折光と０、２次回
折光の検出も可能な構成なっているものとする。In an alignment system using an interference type alignment system that shares these marks, the alignment system may not use the reticle R. Here, in the case of detecting marks having different duty ratios as shown in FIGS. 6 and 7 by the interference type alignment method, it is configured to be able to detect ± 1st-order diffracted light and 0th and 2nd-order diffracted lights. I do.
【００６６】また、以上とは別の実施例に係る検出系を
図１１に示す。この実施例では、反射型指標板２０を照
明する光源２９が、ウェハＷを照明する光源２とは別個
に設けられており、各々の照明系が独立して設けられて
いる。ここでは、説明を簡単にするため、指標マーク２
２ａ，２２ｂについてのみ説明する。FIG. 11 shows a detection system according to another embodiment different from the above. In this embodiment, a light source 29 for illuminating the reflective index plate 20 is provided separately from the light source 2 for illuminating the wafer W, and each illumination system is provided independently. Here, in order to simplify the explanation, the index mark 2
Only 2a and 22b will be described.
【００６７】ＬＥＤ等からなる光源２９からでた光は、
レンズ系２６，２６ａ、ハーフミラー４ｂを通り、反射
型指標板２０を照明するように配置されている。また、
指標板２０からの戻り光は、ハーフミラー４ａを介し
て、ＣＣＤ１７が撮像することにより、ウエハＷからの
戻り光に影響されることなく、指標マーク２２ａ，２２
ｂに対応した画像信号を得ることができる。この場合、
光源２９にＬＥＤを用いているので、回転偏光板２８を
使うことなく、照明光量の調整ができる。また、この系
においても、図１の系と同様に、ＬＥＤの光量を０と
し、絞り２５を可動としておくことで、指標とマークと
を別々にアライメントすることができる。The light emitted from the light source 29 such as an LED is
It is arranged so as to illuminate the reflective index plate 20 through the lens systems 26 and 26a and the half mirror 4b. Also,
The return light from the index plate 20 is imaged by the CCD 17 through the half mirror 4a, and is not affected by the return light from the wafer W.
An image signal corresponding to b can be obtained. in this case,
Since an LED is used as the light source 29, the amount of illumination light can be adjusted without using the rotating polarizer. Also, in this system, the index and the mark can be separately aligned by setting the light amount of the LED to 0 and keeping the diaphragm 25 movable, as in the system of FIG.
【００６８】以上の実施例で説明した広帯域の照明光を
使ったオフアクシスアライメント系においては、干渉ア
ライメント方式を組み込み、図６，図７に示すような線
状マークをアライメント時に共用することもできる。広
帯域照明光を使ったオフアクシスアライメント系に干渉
アライメント方式を組み込む系の一例としては、例えば
特開平２−５４１０３号公報に開示されているようなも
のがある。In the off-axis alignment system using the broadband illumination light described in the above embodiments, an interference alignment method can be incorporated, and a linear mark as shown in FIGS. 6 and 7 can be shared during alignment. . An example of a system incorporating an interference alignment system in an off-axis alignment system using broadband illumination light is disclosed in, for example, JP-A-2-54103.
【００６９】また、以上の実施例で図１に示すような広
帯域照明光を使ったアライメント系は投影レンズ１０を
介さないでマークを検出する系であったが、投影レンズ
１０を介してマークを検出する系にも以上の実施例を適
用できる。例えば、図１で対物レンズ７を収差補正用の
レンズとし、プリズム９からの光束が投影レンズ１０を
介してウェハＷ上を照明するような系とすればよい。In the above embodiment, the alignment system using the broadband illumination light as shown in FIG. 1 is a system for detecting a mark without passing through the projection lens 10. The above embodiments can be applied to a detection system. For example, in FIG. 1, the objective lens 7 may be a lens for correcting aberration, and the light beam from the prism 9 may illuminate the wafer W via the projection lens 10.
【００７０】[0070]
【発明の効果】以上のように本発明では、基板を位置合
わせするために用いられる第２マーク（指標マーク）を
反射面上に備えた反射部材を使用し、基板からの反射光
の影響無く該第２マークを照明する構成としているの
で、基板表面の荒れ等の影響を受けないものとすること
ができる。本発明では、第２マーク（指標マーク）の検
出に際し、基板表面からの反射光に影響されることがな
いので、基板表面が荒れている場合でも第２マーク（指
標マーク）の検出精度を劣化させることなく、良好な位
置検出並びにこれに基づくアライメントが可能となる。As described above, according to the present invention, a reflecting member provided with a second mark (index mark) used for aligning a substrate on a reflecting surface is used without any influence of light reflected from the substrate. Since the configuration is such that the second mark is illuminated, the second mark can be prevented from being affected by roughness of the substrate surface. In the present invention, the detection of the second mark (index mark) is not affected by the reflected light from the substrate surface, so that the detection accuracy of the second mark (index mark) is deteriorated even when the substrate surface is rough. Without this, good position detection and alignment based thereon can be performed.
【００７１】さらに、撮像素子の被検出面に形成される
各々のマークの像が別個の照明系に基づくものであるた
め、個々の像のコントラスト独自に調整できる。このた
め、個々の像を鮮明な状態に保ったまま合成像の検出を
行えるので、更に検出精度の向上を図ることができる利
点がある。Further, since the images of the respective marks formed on the detection surface of the image pickup device are based on different illumination systems, the contrast of each image can be adjusted independently. For this reason, since the composite image can be detected while keeping the individual images in a clear state, there is an advantage that the detection accuracy can be further improved.
【００７２】また、基板上に指標マーク位置に相当する
禁止帯を設ける必要がないので、基板上のマーク領域を
小さくすることができる。この為、基板上の有効利用面
積を拡張することができる利点がある。逆に、基板表面
が荒れている場合には、基板上の第１マーク自体の検出
精度も劣化するので、従来指標マーク用に設けていた禁
止帯の部分も基板のマーク領域として利用することで、
マーク領域の拡大や、指標マークの本数を増やすことに
より、例えば計測時のマルチマークの平均化効果が増大
し、検出精度の向上につながることとなる。Further, since it is not necessary to provide a forbidden band corresponding to the index mark position on the substrate, the mark area on the substrate can be reduced. For this reason, there is an advantage that the effective use area on the substrate can be expanded. Conversely, if the substrate surface is rough, the detection accuracy of the first mark itself on the substrate also deteriorates, so that the forbidden band portion conventionally provided for the index mark is also used as the mark area of the substrate. ,
By enlarging the mark area or increasing the number of index marks, for example, the effect of averaging multi-marks at the time of measurement increases, which leads to improvement in detection accuracy.
【図１】本発明の一実施例に係る位置検出装置を備えた
投影露光装置の概略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a projection exposure apparatus including a position detection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例に係る位置検出装置に使用す
る反射型の指標板上のクロム面と指標マークとの関係を
示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a chrome surface on a reflective index plate used in the position detecting device according to one embodiment of the present invention and an index mark.
【図３】本発明の一実施例に係る位置検出装置におい
て、ＣＣＤからの画像信号の処理を表すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram illustrating processing of an image signal from a CCD in the position detection device according to one embodiment of the present invention.
【図４】ウェハ上のショット領域の配置とアライメント
マークの配置を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an arrangement of shot areas and an arrangement of alignment marks on a wafer.
【図５】本発明の一実施例に係る位置検出装置における
ウェハマークとアライメントマークの合成像とその検出
状態を説明するものであり、（Ａ）はＣＣＤによるマー
ク検出の様子を示す説明図であり、（Ｂ）はＣＣＤから
得られる信号波形を示す線図である。5A and 5B are diagrams illustrating a composite image of a wafer mark and an alignment mark and a detection state of the alignment mark in the position detection device according to one embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B is a diagram showing a signal waveform obtained from the CCD.
【図６】本発明の他の実施例に係る位置検出装置におけ
るウェハマークとアライメントマークの合成像とその検
出状態を説明するものであり、（Ａ）はＣＣＤによるマ
ーク検出の様子を示す説明図であり、（Ｂ）はＣＣＤか
ら得られる信号波形を示す線図である。6A and 6B are views for explaining a composite image of a wafer mark and an alignment mark and a detection state of the image in a position detection device according to another embodiment of the present invention, and FIG. (B) is a diagram showing a signal waveform obtained from the CCD.
【図７】本発明の他の実施例に係る位置検出装置におけ
るウェハマークとアライメントマークの合成像とその検
出状態を説明するものであり、（Ａ）はＣＣＤによるマ
ーク検出の様子を示す説明図であり、（Ｂ），（Ｃ）は
ＣＣＤから得られる信号波形を示す線図である。7A and 7B are views for explaining a combined image of a wafer mark and an alignment mark and a detection state thereof in a position detection device according to another embodiment of the present invention. FIG. (B) and (C) are diagrams showing signal waveforms obtained from the CCD.
【図８】上記実施例において、サンプルアライメントさ
れるウェハ上のショット領域の配置とショット領域周辺
に配置されるアライメントマークとを示す説明図であ
る。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an arrangement of shot areas on a wafer to be sample-aligned and alignment marks arranged around the shot areas in the embodiment.
【図９】上記実施例において、指標板のクロム面、指標
マークの配置の変形例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing a modified example of the arrangement of the chrome surface of the index plate and the index marks in the embodiment.
【図１０】上記実施例において、指標板のクロム面、指
標マークの配置の他の変形例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing another modified example of the arrangement of the chromium surface of the index plate and the index marks in the embodiment.
【図１１】本発明の他の実施例に係る位置検出装置の概
略構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a position detection device according to another embodiment of the present invention.
【図１２】従来の位置検出系を備えた投影露光装置の概
略構成を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus having a conventional position detection system.
【図１３】上記従来例における位置検出に際し、（Ａ）
は撮像素子によるマーク検出の様子を示す説明図であ
り、（Ｂ）は撮像素子から得られる信号波形を示す線図
である。13A and 13B are diagrams for explaining position detection in the above-described conventional example.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how marks are detected by the image sensor, and FIG. 4B is a diagram showing signal waveforms obtained from the image sensor.
【図１４】ウェハ表面が荒れていた場合の従来の位置検
出系によるＣＣＤから得られる信号波形を示す線図であ
る。FIG. 14 is a diagram showing signal waveforms obtained from a CCD by a conventional position detection system when the wafer surface is rough.
１…光源、 ４、４ａ，４ｂ…ハーフミラー ７、８、９、１９、２１…レンズ系、 １７、１８…ＣＣＤ、 ２０、２０ａ、２０ｂ…反射型指標板 ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ，２２ｄ、３０ａ、３０ｂ…指
標マーク ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ，２３ｄ…クロム面 Ｒ…レチクル、 Ｗ…ウェハ ＰＡ…パターン領域、 ＭＸｎ，ＭＹｎ…ウェハアライメントマークDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 4, 4a, 4b ... Half mirror 7, 8, 9, 19, 21 ... Lens system, 17, 18 ... CCD, 20, 20a, 20b ... Reflection-type index plate 22a, 22b, 22c, 22d, 30a , 30b ... index marks 23a, 23b, 23c, 23d ... chrome surface R ... reticle, W ... wafer PA ... pattern area, MXn, MYn ... wafer alignment mark
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl.7 , DB name) H01L 21/027 G03F 9/00
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