JPH0254103A - 露光装置の位置合わせ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子、液晶素子等の製造に使われる露
光装置、特にステップアンドリピート（又はステップア
ンドスキャン）方式の露光装置における被露光基板の位
置合わせ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の露光装置では、マスク、又はレチクルと呼ばれ
る原版に描かれた回路パターンを、半導体ウェハのレジ
スト層に焼゛き付け、それを現像することで所望の回路
のレジストパターンを形成している。

一般に、半導体素子の製造では、数層〜十数層の回路パ
ターンを重ね合わせるため、ウェハ上にすでに形成され
た回路パターンと、これから露光すべき回路パターンの
光像とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合わ
せに必要な各種装置を、位置合わせ装置、あるいはアラ
イメント装置と呼んでいる。このアライメント装置は、
上述の重ね合わせ露光を行なう露光装置には必須のもの
であり、近年より高精度に高速処理ができるように改良
されてきている。またアライメント装置は大別して３つ
の要素技術から成り立っていると言える。その１つは、
ウェハ上に予め形成されたアライメント用のマークを光
学的に検出し、マークのプロフィールに応じた光電信号
を得るまでのアライメント光学系であり、他の２つはそ
の光電信号を適当なアルゴリズムで電気的に処理して、
アライメントマークの本来の位置に対するずれ量を求め
る信号処理系と、求めたずれ量に応じてウェハの位置、
もしくはマスク（又はレチクル）の位置を精密に位置補
正する位置決め機構である。

近年、これらの３つの要素技術、すなわち光学技術とし
てのアライメント光学系、電子技術（情報処理技術）と
しての信号処理系、そして精密機穢技術としての位置決
め機構とを有機的に高次元で組み合わせた縮小投影型露
光装置（ステッパー）が半導体製造工場で多用されるよ
うになった。

このステッパーは、レチクルの回路パターンの光像を高
解像力の投影レンズ（開口数０．３５〜０゜５）によっ
てウェハ上の部分領域（ショット領域と呼ぶ）に結像投
影するものであり、１回の露光ショットが例えば１５Ｘ
１５ｍ角程度であるため、ウェハを！！置するステージ
をＸＳｙ方向に２次元的にステッピングさせてウェハ全
面の露光を行なっている。このようなステッパーの場合
、それに組み込まれるアライメント光学系の実用的な形
態には大別して３つの方式がある。第１の方式は、レチ
クルに形成されたアライメントマークとウェハ上のアラ
イメントマークとを投影レンズを介して同時に観察（又
は検出）するＴ　Ｔ　Ｒ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅ　Ｒｅ
ｔｉｃｌｅ　）方式であり、第２の方式はレチクルのア
ライメントマークは全（検出しないで投影レンズを介し
てウェハ上のアライメントマークだけを検出するＴＴ　
Ｌ　（Ｔｈｒｏ＋ｉｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）方式であ
り、第３の方式は投影レンズから一定距離だけ離して別
設した顕微鏡対物レンズを介してウェハ上のアライメン
トマークだけを検出するオフ・アクシス（Ｏｆｆ−Ａｘ
ｉｓ）方式である。

上記、ＴＴＲ方式、ＴＴＬ方式では投影レンズを介して
ウェハのマークを検出する関係上、ウェハマークを照明
する照射光はコヒーレントなレーザビーム（単波長）か
露光に使われる水銀ランプのｇ線、又はｉ線のスペクト
ル（準単色）に限られていた。これは投影レンズの色収
差に起因しており、露光光（ｇ線、又はｉ線）に対して
最も収差がよくなるように設計されているからである。

このようなＴＴＲ方式は、例えば■特開昭５７−１３８
１３４号公報、■特開昭５７−１４２６１２号公報等に
開示され、ＴＴＬ方式は例えば■特開昭６０−１３０７
４２号公報、■特開昭６１−４４４２９号公報、■特開
昭６１−１２８１０６号公報等に開示されている。

一方、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式では、上述のような投影レ
ンズによる制限がないため、ウェハマークの照明光はど
のようなものであってもよいが、ウェハ上のレジスト層
を感光させないものが望ましい。このような０ｆｆ−Ａ
ｘｉｓ方式は、例えば■特開昭５６−１０２８２３号公
報、■特開昭５７−１９７２６号公報等に開示されてい
る。

一般に、ＴＴＲ方式、ＴＴＬ方式では投影レンズを介し
てウェハのマークを検出するので、ウェハ上のショット
配列の任意のショット領域に付随したマークを、ウェハ
ステージを移動させることで比較的自由に検出できる。

これに対して０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式では、ウェハステー
ジの移動ストロークの関係で、ウェハ上の予め定められ
たショット領域に付随したマーク（例えば、２〜３ケ所
マーク）のみを検出するのが普通であった。そこで、０
ｆｆＡｘｉｓ方式のアライメント光学系の照明光に関す
る利点を生かしつつ、ウェハ上の任意のショット領域の
マークを自由に検出するためには、ウエノ１ステージの
移動ストロークを大きくすればよいことになる。−船釣
なステッパーでは、ウエノ＼ステージの座標位置をレー
ザ光波干渉式測長器（干渉計）で計測するため、移動ス
トロークが大きくなることはウェハステージ上に固定さ
れる移動鏡（光学スコヤ）の大型化、及びウエノ１ステ
ージを載せるベース部の大型化を招くが、０ｆｆ−Ａｘ
ｉｓ方式の自由な照明形態によって得られるマーク検出
精度の向上の利点はすてがたいものがある。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上述のように、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式においてもウエノ
＼ステージの移動ストロークを大きくしておけば、ウェ
ハ上の任意のショット領域に付随したマークを検出する
ことができるが、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント
光学系の配置、及びその照明形態によっては、マーク検
出に時間がかかることがある。　０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式
のアライメント光学系は投影レンズのパターン投影ｉ頁
域からは離れているため、ウニ／’１ステージがその距
離分だけ余計に移動すること、すなわち配置によって生
じるスルーブツト低下は本質的にさけられない。そこで
マーク検出時間をいかに短縮するかが問題となるが、上
述の各方式の従来技術■〜■、■であげたように、ウェ
ハ上のマークをレーザビームの集光したスポット光（ス
リット状）で相対走査し、マークのエツジからの散乱、
回折光を光電検出する方式が最もマー°り検出時間を短
くできる。この方式はレーザビームの高輝度性によって
実用上十分なＳ／Ｎ比でマーク検出ができるのであるが
、１つの大きな問題は、そのレーザビームが一般に単波
長であるため、ウェハ全面を１〜５μｍの厚さで被覆し
ているレジスト層によって薄膜干渉（多重干渉〕等の現
象が生じ、マークエツジからの散乱、回折光の光量分布
に思わぬ歪み（光電信号上の波形歪みと同義）を与える
ことである。この光量分布の歪みは、どのようなウェハ
でも生じるとは限らず、ウェハ下地やレジスト層の厚み
や種類によって異なり、歪みが生じた場合でもその歪み
方が様々に変化するのが普通であった。従って、このよ
うな単波長のレーザビーム、もしくは準単色（水銀ラン
プ等の輝線スペクトル等）を０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のア
ライメント光学系用のマーク照明光（スポット光、ある
いは均一照明光）として採用するだけでは、従来技術■
〜■、■に対して何ら利点がなく、ウェハステージの余
計な移動に伴なうスループット低下といった不都合のみ
が残ってしまう。

そこで０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のマーク照明光として、あ
る帯域幅（２０Ｑｎｍ程度）をもつブロードな波長分布
の光を用いると、上記レジスト層による悪影響が激減さ
れ、マーク検出精度が向上する。そのため０ｆｆ−Ａｘ
ｉｓ方式のアライメント光学系によって、ウェハ上の任
意位置のショット領域の複数に付随したマークの夫々を
、ブロードバンドの照明光のもとで検出すれば、かなり
高精度なアライメントが望める。

しかしながら先にも述べたように、単一波長又は準単色
の場合であっても、マークエツジからの光量分布には全
て歪みが生しるとは限らない点、あるいは多少歪みがあ
っても、マーク位置検出のアルゴリズムによって影響が
低減できる点等を考慮すると、全てのマーク検出をブロ
ードバンド照明の０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント
光学系にかえてしまうことは、歪みの生じていないウェ
ハ、又は歪みの影響の少ないウェハに対してもスルーブ
ツト低下を余儀な（していることになり、はなはだ不合
理である。

そこで本発明は、スルーブツト低下を極力少なくしつつ
、高精度なマーク位置検出が可能な位置合わせ装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段］ 本発明においては、レジスト層を介して基板上のアライ
メントマークを検出するアライメントセンサーとして、
第１のマーク位置検出手段と第２のマーク位置検出手段
との２つを設ける。

第１のマーク位置検出手段は、単波長もしくは準単色の
第１の光を基板上の第１マークに照射する送光系を含み
、第１マークの位置に関する第１位置情報（ＡＰ＋　、
ＡＰ！　、ＡＰ４等）を出力する。

第２のマーク位置検出手段は）ｌの光よりも広い波長分
布の第２の光を基板上の第２マークに照射する送光系を
含み、第２マークの位置に関する第２位置情報（ＡＰ、
）を出力する。

ここで第１マークと第２マークは基板上で同一のマーク
パターンを共用してもよいし、予め所定距離だけ離れた
専用のマークパターンにしてもよい。

そして、第１位置情報と第２位置情報との両方を用いて
、基板の全体的な位置を決定する位置決定手段（ＥＧＡ
演算ユニット５０２等）を設けるようにした。

この結果、基板上の露光すべき領域とマスク太のパター
ン領域とが相対的に位置合わせされる。

〔作　用〕

本発明では、レジスト層を通してウェハ等の基板上のマ
ークを検出するときに、単波長もしくは準単色の光を照
射すると、レジスト層の薄膜干渉によって、マークから
の反射光（散乱光、回折光、正反射光）が光学的に歪み
を受けて、マークの検出位置が微妙に変化してしまうと
いった点に着目し、この干渉の影響を受けにくい広帯域
波長の照明光を用いてマーク検出を行なうようにした。

ところが、ウェハ上の全てのマーク検出を、このような
広帯域波長の照明光をもつアライメントセンサーで行な
うことは、マーク検出の精度は向上するものの、一般に
はスルーブツト的に不利になる。

特に投影型露光装置では、投影光学系を介してウェハマ
ークを検出する場合、色収差のために広帯域波長の照明
光は使えず、投影光学系の外に別設したアライメントセ
ンサー（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式）にならざるを得ない、
このため、０ｆｆ−Ａｘｉｓのアライメントセンサーで
マーク検出を行なうためのウェハの移動等が必要不可欠
であり、その分スループットの低下が生じる０本発明で
は、ウェハ上の検出すべき複数のマークのうちいくつか
についてのみ、第２のマーク位置検出手段を使うように
したので、スルーブツト低下は小さく押えられることに
なる。

〔実　施　例〕

第１図は本発明の実施例による投影型露光装置の構成と
、それに組み込まれる位置合わせ（アライメント）装置
の構成とを示す。露光用の照明光（水銀ランプからのｇ
線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パ
ルス光）ＩＬはコンデンサーレンズＣＬを介してレチク
ルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度分布で照射する。

パターン領域ＰＡを通って照明光ＩＬは、例えば両側（
片側でもよい）テレセントリックな投影レンズＰＬに入
射し、ウェハＷに達する。ここで投影レンズＰＬは照明
光ＩＬの波長に関して最良に収差補正されており、その
波長のもとでレチクルＲとウェハＷとは互いに共役にな
っている。また照明光ＩＬはケーラ照明であり、投影レ
ンズＰＬの瞳ＢＰ内の中心に光源像として結像されてい
る。さて、レチクルＲは２次元に微動可能なレチクルス
テージＲ３に保持され、レチクルＲは、その周辺に形成
されたレチクルアライメントマークがミラー１６、対物
レンズ１７、マーク検出系１８から成るレチクルアライ
メント系で検出されることによって、投影レンズＰＬの
光軸ＡＸに関して位置決めされる。一方、ウェハＷは、
駆動系１３によって２次元移動するウェハステージＳＴ
上に載置され、ウェハステージＳＴの座標値は干渉計１
２により逐次計測される。ステージコントローラ１４は
干渉計１２からの座標計測値等に基づいて駆動系１３を
制御してウェハステージＳＴの移動や位置決めを制御す
る。ウェハステージＳＴ上には後述のベースライン計測
等で使用する基準マークＦＭが設けられる。

そして本実施例では、第１のマーク位置検出手段として
働＜ＴＴＬ方式の７ライメント光学系が設けられている
。レーザ光源１からのビームＬＢはＨｅ−Ｎｅレーザ等
の赤色光で、ウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性
である。このビームＬＢはシリンドリカルレンズ等を含
むビーム整形光学系２を通り、ミラー３ａ、レンズ系４
、ミラー３ｂ、ビームスプリッタ５を介して対物レンズ
６に入射する。対物レンズ６から射出したビームＬＢは
、レチクルＲの下方に４５°に斜設されたミラー７で反
射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行
に入射する。そして、ビームＬＢは投影レンズＰＬの瞳
ＥＰの中心を通ってウェハＷを垂直に照射する。ここで
ビームＬＢはビーム整形光学系２の働きで対物レンズ６
と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状の
スポット光ＳＰ、となって集光している。そして投影レ
ンズＰＬは、このスポット光ＳＰ、をウェハＷ上にスポ
ットＳＰとして再結像する。またミラー７はレチクルＲ
のパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レン
ズＰＬの視野内にあるように固定される。従ってウェハ
Ｗ上にできるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン
領域ＰＡの投影像の外側に位置する。このスポット光Ｓ
ＰによってウェハＷ上のマークを検出するには、ウェハ
ステージＳＴをスポット光ＳＰに対して水平移動させる
。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークか
らは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポ
ット光ＳＰの相対位置により光量が変化していく。これ
らの光情報は、ビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投
影レンズＰＬ、ミラー７、対物レンズ６、及びビームス
プリッタ５で反射されて、受光素子８に達する。受光素
子８の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な面
ＥＰ’　に位置され、マークからの正反射光に対して不
感領域をもち、散乱光や回折光のみを受光する。

ここでウェハＷ上のマークからの光情報の瞳ＥＰ（又は
瞳像面ＥＰ’　）上での分布を第２図（Ｂ）に示す。瞳
ＥＰの中心にＸ方向にスリット状に伸びた正反射光Ｄ０
の上下（Ｘ方向）には、それぞれ正の１次回折光＋Ｄ２
．２次回折光＋Ｄ。

と、負の１次回折光−り６．２次回折光−Ｄ２が並び、
正反射光り、の左右（Ｘ方向）にはマークエツジからの
散乱光Ｄｒが位置する。これは先に述べた特開昭６１−
１２８１０６号公報に詳しく述べられているので詳しい
説明は省略するが、回折光±ＤＩ、±Ｄ２はマークが回
折格子マークのときにのみ生じる。そこで受光素子８は
、第２図（Ｃ）に示すように、瞳像面ＢＰ’内で４つの
独立した受光面８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに分割され、受
光面８ａ、８ｂが散乱光Ｄｒを受光し、受光面８ｃ、８
ｄが回折光±ＤＩ、±Ｄ２を受光するように配列される
。尚、投影レンズＰＬのウェハ側の開口数（Ｎ、Ａ、）
が大きく、回折格子マークから発生する３次回折光も瞳
ＥＰを通る場合は、受光面８ｃ、８ｄはその３次元も受
光するような大きさにするとよい。このような受光素子
８からの各光電信号は干渉計１２からの位置計測信号Ｐ
ＤＳとともに、ＬＳＡ　（レーザステップアライメント
）演算ユニット９に入力し、マーク位置の情報Ａ　Ｐ　
＋が作られる。ＬＳＡ演算ユニット９は、スポット光Ｓ
Ｐに対してウェハマークを走査したときの受光素子８か
らの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサン
プリングして記憶し、その波形を解析することによって
マークの中心がスポット光中心と一致したときのウェハ
ステージＳＴの座標位置として、情報Ａ　Ｐ　＋を出力
する。

以上において、レーザ光源１、ビーム整形光学系２、ミ
ラー３　ａ、３　ｂルンズ系４、ビームスプリッタ５、
対物レンズ６、ミラー７、受光素子８、ＬＳＡ演算ユニ
ット９、及び投影レンズＰＬが、ウェハＷに対する第１
のマーク位置検出手段を構成する。また第２図中のＴＴ
Ｌ方式のアライメント光学系の光路中に示した実線は、
ウェハＷとの結像関係を表わし、破線は瞳ＢＰとの共役
関係を表わす。

次に、第２のマーク位置検出手段としての０ｆｆＡｘｉ
ｓ方式のアライメント系を説明する。

ハロゲンランプ２０から発生した光は、コンデンサーレ
ンズ２１によってオプチカルファイバー２２の一端面に
集光される。ファイバー２２を通った光は、レジスト層
の感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフ
ィルター２３を通って、レンズ系２４を介してハーフミ
ラ−２５に達する。ここで反射された照明光は、ミラー
２６でほぼ水平に反射された後、対物レンズ２７に入射
し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レン
ズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム（
ミラー）２日で反射されてウェハＷを垂直に照射する。

ここでは図示していないが、ファイバー２２の射出端か
ら対物レンズ２７までの光路中には、適当な照明視野絞
りが対物レンズ２７に関してウェハＷと共役な位置に設
けられる。

また対物レンズ２７はテレセンドリンク系とし、その開
口絞り（瞳と同じ）の面２７ａには、ファイバー２２の
射出端の像が形成され、ケーラー照明が行なわれる。対
物レンズ２７の光軸はウェハＷ上では垂直となるように
定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置
のずれが生じないようになっている。

さて、ウェハＷからの反射光は対物レンズ２日、ハーフ
ミラ−２５を通り、レンズ系２９によって指標板３０に
結像される。この指標板３０は対物レンズ２７とレンズ
系２９とによってウェハＷと共役に配置され、第２図（
Ａ）に示すように矩形の透明窓内に゛、Ｘ方向ｂｙ方向
の夫々に伸びた直線状の指標マーク３０ａ、３０ｂ、３
０ｃ、３０ｄを有する。従って、ウェハＷのマークの像
は指標板３０の透明窓内に結像され、このウェハマーク
像と指標マーク３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄとは、
リレー系３、３３、ミラー３２を介してＣＣＤカメラ等
の撮像素子３４に結像する。撮像素子３４からのビデオ
信号はＦＩＡ（フィールド・イメージ・アライメント）
演算ユニット３５に、干渉計１２からの位置計測信号Ｐ
ＤＳとともに入力する。ＦＩＡ演算ユニット３５は指標
マーク３０ａ〜３０ｄに対するマーク像のずれを、ビデ
オ信号の波形に基づいて求め、位置計測信号ＰＤＳによ
って表わされるウェハステージＳＴの停止位置から、ウ
ェハマークの像が指標マーク３０ａ〜３０ｄの中心に正
確に位置したときのウェハステージＳＴのマーク中心検
出位置に関する情報Ａ　Ｐ　ｚを出力する。

以上の構成で、フィルター２３を通ったウェハＷの照明
光は、ウェハＷ上のマークを含む局所領域（ショット領
域よりも小さい）をほぼ均一な照度で照明し、波長域は
２００ｒ＋ｎ程度の幅に定められる。

上記、ハロゲンランプ２０から符号順にＦＩＡ演算ユニ
ット３５までの部材によって、第２のマーク位置検出手
段が構成される。また、対物レンズ２７、レンズ系２９
、リレー系３、３３によるテレセントリック結像光学系
には波長帯域２００ｎｍ程度の光が通るため、当然、そ
れに対応した色収差の補正を行なっておく必要があるが
、それには顕微鏡レンズの色消し技術をそのまま利用す
ればよい。

さらに、対物レンズ２７のウェハ側の開口数（Ｎ、　Ａ
、）は投影レンズＰＬの開口数よりも小さくしておくと
よい、これは対物レンズ２７、レンズ系２９で決まる拡
大倍率が比較的太き（、なおかつ色収差補正も必要なこ
とから、対物レンズ２７の開口数を現在の一般的な投影
レンズの開口数、約０．４５〜０．５と同等、もしくは
それ以上にした場合に、対物レンズ２７の作動路Ｍ（ウ
ェハ面までの間隔）をある程度確保するとしても、対物
レンズ径が大口径になることをさけられる点で有利であ
る０本実施例ではプリズム２日によって、対物レンズ２
７の観察視野域を投影レンズＰＬの鏡筒下面に一部もぐ
り込ませ、極力投影レンズＰＬの視野に近づけている。

−触にこの種のステッパーには、投影レンズＰＬの結像
面とウェハＷ表面との間隔（ズレ）を精密に検出するフ
ォーカスセンサーと、ウェハＷ上のショット領域の面と
、投影レンズＰＬの結像面との相対的な傾きを検出する
レベリングセンサーとが設けられている。このフォーカ
スセンサーやレベリングセンサーは、投影レンズＰＬの
投影視野が存在するウェハＷ上に斜めから赤外域の光束
を照射し、その反射光の受光位置のずれを求めて、フォ
ーカスとレベリングを行なうように構成されている。そ
こで対物レンズ２７を介してウェハＷ上のマークを観察
するとき、スルーブツトを考慮すると、ウェハＷ上のマ
ークを対物レンズ２７の観察視野内にもたらした時点で
、フォーカスセンサーを働らかせて、ピント調整（ウェ
ハステージＳＴに組み込まれたＺステージの上下動）を
行なうのがよい。しかしながら、フォーカスセンサーが
ウェハＷ表面を検出している領域と、対物レンズ２７の
観察視野とはずれているため、仮りにその２つの間でウ
ェハＷが微小な凹凸やそりをもっているものとすると、
開口数の大きな対物レンズ２７に関しては正確なピント
調整が行われないことになる。しかしながら、対物レン
ズ２７の開口数を投影レンズの開口数の１／２〜２／３
程度にしておくと、実用上の焦点深度は大きくなり、ウ
ェハの微小な凹凸やそりに対してほとんど影響を受けず
にマーク観察ができる。また開口数を小さくした場合は
、対物レンズ２７の光軸のウェハＷとの垂直性、所謂テ
レセン性が多少悪化した′としても、観察視野内の部分
的な位置（例えば中心と４隅等）の夫々で像質が急激に
変化することがない点でも有利である。

尚、第１図中の構成で、ＴＴＬ方式のアライメント系（
１１２，３ａ、３ｂ、４．５．６．７．８）は、１組し
か示していないが紙面と直交する方向にもう１組が設け
られ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。こ
れら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸ＡＸに
向かっている。

また、第１図中の構成で、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアラ
イメント系の検出中心（指標板３０の中心）は投影レン
ズ中心から離れているので干渉計１２の計測位置と投影
レンズ中心とを結ぶ直線、すなわち測長軸（測長ビーム
中心線）上に設けることによってアツベ誤差（ステージ
の傾きによる軸外エラー）を最小限に抑えている。ここ
では１組しか示していないが、例えば特開昭５６−１０
２８２３号公報に示されているようにＸ測長軸とＹ測長
軸の上にそれぞれ１＆ｕずつのアライメント系が設けら
れている。

但し、光学系の配置問題でアライメント系を前記各測長
軸上に設けられない場合や、１組の光学系でｘｙ両方同
のマークを観察する場合はアツベ誤差が大きく、精度が
十分に得られなくなる。そこでそのような構成のときは
、ステージＳＴの傾き（ｘｙ平面内での微小回転）を計
測するステージ傾き角計測センサー（ヨーイングセンサ
ー）をステージに取付けてアライメント時のアツベ誤差
を補正演算によって取除く手段を用いれば良い。

すなわちアツベ誤差を含む方向のマーク検出位置をステ
ージＳＴのヨーイング量に基づいて補正すればよい。ま
たアライメント実行時はウェハ組合せの為のグローバル
アライメントと、高精度にアライメントするファインア
ライメントを行う必要がある。このグローバルアライメ
ントに関しては例えば特開昭６０−４３０７４２号公報
に開示されているようにＴＴＬアライメント系と０ｆｆ
−Ａｘｉｓアライメント系を混用する方法がある。本実
施例の装置では、通常は処理速度の速いＴＴＬアライメ
ント系によってウェハ上の３ケ所、又は２ケ所のマーク
を検出してグローバルアライメントを行うシーケンスを
採る。しかしながらウェハ下地やレジスト層の厚みや種
類によってアライメントが正常に行なわれない場合（特
にマーク検出がうまくいかない場合）もあるので、０ｆ
ｆ−Ａｘｉｓ方式の広帯域幅の照明波長を用いたアライ
メント系を使ってグローバルアライメントを実行するよ
うにシーケンスを切換える手段が設けられている。この
場合、ＴＴＬ方式のアライメント系でグローバルアライ
メントするときのマーク検出時間、マーク検出信号の大
きさや歪み等を判定して、シーケンスを切替える。

次に、ＴＴＬ方式のアライメント系、０ｆｆ−＾ｘｉｓ
方式のアライメント系、及びステージコントローラ１４
等を統括ＷＩ御する主制御系５０について説明する。

主制御系５０は干渉計１２からの位置情報ＰＤＳを常時
人力しているものとする。アライメント（ＡＬＧ）デー
タ記憶部５０１は、ＬＳＡ演算ユニット９からのマーク
位置情報ＡＰ、と、ＦＩＡ演算ユニット３５からのマー
ク位置情報ＡＰ、との両方を入力可能となっている。

ＥＧＡ　（エンハンスメント・グローバル・アライメン
ト）演算ユニット５０２は、ＡＬＧデータ記憶部５０１
に記憶された各マーク位置情報に基づいて、統計的な演
算手法によりウェハ上の実際のショット配列座標値を算
出するもので、その算出結果はシーケンスコントローラ
５０６に送られる。詳しくは特開昭６１−４４４２９号
公報に開示されている。

露光（ＥＸＰ）シッットマップデータ部５０３は、ウェ
ハ上の露光すべきショット配列座標値の設計値を格納し
、この設計値はＥＣＡ演算ユニット５０２と、シーケン
スコントローラ５０６に送られる。アライメント（ＡＬ
Ｇ）シゴットマップデータ部５０４は、ウェハ上のアラ
イメントすべきショット配列座標値（設計値）を格納し
、この座標値はＥＧＡ演算ユニット５０２とシーケンス
コントローラ５０６へ送られる。補正データ部５０５に
は、アライメント用の各種データ、あるいは露光ショッ
トに対する位置決めの補正用のデータ等が格納され、こ
れら補正データは、ＡＬＧデータ記憶部５０１やシーケ
ンスコントローラ５０６へ送られる。シーケンスコント
ローラ５０６は上記各データに基づいて、アライメント
時やステップアンドリピート方式の露光時のウェハステ
ージＳＴの移動を＃御するための一連の手順を決定する
。

以上、主制御系５０の動作について詳しくは後述する。

さて、第３図はウェハＷ上の１つのショット類ＪＪＩｉ
Ｓｎと、ウェハ上の７ライメントマ一クＭＸｎ。

ＭＹｎとの配置関係を示す図で、１つのショット領域Ｓ
ｎ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ＭＸｎ、ＭＹｎが形成されている。ＳＣはショッ）ｔ
Ｊ域Ｓｎの中心点で露光時には投影レンズＰＬの光軸Ａ
Ｘ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、Ｘ方向の夫々に伸びた線ＣＸ、Ｃ
Ｙ上に位置する。マークＭＸｎはＸ方向の位置検出に使
われ、マークＭＹｎはＸ方向の位置検出に使われ、それ
ぞれ複数本の線条パターンを平行に並べたマルチマーク
となっている。

第４図（Ａ）はマークＭＸｎの拡大図であり、Ｘ方向に
伸びた５本の線条パターンＰ　＋　、Ｐ　ｚ、Ｐ３、Ｐ
４、ＰＳがＸ方向にほぼ一定のピッチで配列されている
。第４図（Ｂ）はそのマークＭＸｎのＸ方向の断面構造
を示し、ここでは５本の線状パターンＰ１〜Ｐ、はウェ
ハＷの下地から突出した凸状に形成され、その上面はレ
ジスト層ＰＲでｙＩＪ′Ｉ！されている。第３図にも示
したように、シｇ７ＨＭ域Ｓｎの中心ＳＣを通るｙ軸と
平行な線Ｃｘは、マークＭＸｎの中央の線条パターンＰ
３の幅中心を通るものとする。尚、マークＭＹｎに関し
ても同様で、５本の線条パターンから成り、中央の線状
パターンの中心線が線ＣＹと一致している。

本実施例では、このようなマークＭＸｎ、ＭＹｎをＴＴ
Ｌ方式のアライメント系と０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアラ
イメント系とで共通に検出する。

第５図（Ａ）は０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系
の撮像素子３４によって検出されるマークＭＸｎの様子
を示し、第５図（Ｂ）はそのときの画像信号の波形を示
す、第５図（Ａ）に示すように、検出すべきマークＭＸ
ｎを指標板３０の指標マーク３０ａ、３０ｂの間に位置
決めし、そのときのウェハステージＳＴの精密な位ＩＸ
Ａを求めておく。

撮像素子３４はマークＭＸｎの５本の線条バターンＰ１
〜Ｐ、と指標マーク３０ａ、３０ｂとの像を走査線ＳＬ
に沿って電気的に走査する。このとき、例えば１本の走
査線だけではＳ／Ｎ比の点で不利なので、破線で示した
ビデオサンプリング領域ＶＳＡ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
毎に加算平均するとよい。第５図（Ｂ）に示すように画
像信号には、両側に指標マーク３、Ｏａ、３０ｂの夫々
に対した立上りと立下りの波形部分があり、これらの位
置（画素上の位置）ＸＲ，、ＸＲ，を求め、その中点位
置ＸＲ，を求める。

一方、１影素子３４はマークＭＸｎの明視野像を光電検
出しているため、５本の線状パターンＰ〜Ｐ、の夫々の
左右の段差エツジでは光の散乱によって対物レンズ２７
へ戻る光が極端に減少する。このため、線状パターンＰ
、〜Ｐ、の夫々の左エツジ、右エツジは黒い線のように
撮像される。

従って画像信号上の波形は、左エツジ、右エツジに対応
した位置でボトムＢＬ、　、ＢＲ，・・・・・・ＢＬｓ
　、ＢＲｓ　となる。

ＦＩＡ演算ユニット３５は、このような波形に基づいて
マークＭＸｎ（パターンＰ１〜ｐｓ）の中心（線ＣＸ）
のＸ方向の位置Ｘｍを計算する。

さらに詳しく述べるなら、ＦＩＡ演算ユニット３５はパ
ターンＰ１〜Ｐ、の夫々の中心位置を左、右のエツジ位
置（ボトムＢＬｎ、ＢＲｎ）に基づいて算出した後、５
本の線状パターンＰ１〜Ｐ。

の各位置を加算して５で割ると、中心となるべきＸ方向
のマーク位置が検出される。

そしてＦＩＡ演算ユニット３５は、先に求めておいた位
置ＸＲ，とマーク計測位置Ｘｍとの差ΔＸ　＝　Ｘ　Ｒ
ｏ　　Ｘ　ｍを算出し、ウェハステージＳＴ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Ａ　Ｐ　ｔとして出力する。

ところで第１図では、撮像素子３４が１つしか示されて
いない、ＣＣＤ等の固体撮像素子では水平走査方向、垂
直走査方向とも同じ画素密度にすることは可能であるが
、−船釣には水平走査方向に関する画像信号を取り込ん
で処理することが簡単である。そこで第６図に示すよう
に、指標板３０の後のリレーレンズ３１から撮像素子ま
での光路をビームスプリッタ、又は切り替え（可動）ミ
ラー３２゛で２つに分け、それぞれの光路にリレーレン
ズ３３ｘ、３３ｙを設け、マークＭＸｎを指標マーク３
０ａ、３０ｂとともに撮像する撮像素子３４ｘと、マー
クＭ　Ｙ　ｎを指標マーク３０ｃ、３０ｄとともに撮像
する撮像素子３４ｙとを設ける。撮像素子３４ｘ、３４
ｙの水平走査方向は互いに直交する方向に配置される。

このようにすれば、マークＭＸｎ、ＭＹｎはそれぞれ同
一の分解能で検出される。もちろん、１つの撮像素子で
、水平方向と垂直方向の走査線の夫々からマークＭｘｎ
、ＭＹｎの夫々に対応した画像信号波形を作り出しても
よい。また単一の撮像素子の場合に、指標板３０以後の
撮像光路中にイメージローテークを設け、マークＭＸｎ
とＭＹｎとで像を９０゜回転させてもよい。

さらにＦＩＡ演算ユニット３５内には、マークＭＸｎＳ
ＭＹｎに対応した画像信号波形のボトムＢＬｎＳＢＲｎ
を高速に検出するため、所定のスライスレベルで画素単
位で２値化する回路も設けられている。例えば第７図に
示すように、任意のスライスレベルＳ　Ｖ＋　、Ｓ　Ｖ
ｚ　、Ｓ　Ｖｓのうちのいずれか１つを用いて、ボトム
波形ＢＬｎ、ＢＲｎを２値化し、その２値化変形の老香
方向（Ｘ方向、又はＸ方向）の中心からボトム位置ＸＢ
ｎを求める。スライスレベルＳ■１はボトム波形の上方
部分に合わされ、スライスレベルＳｖ２は中腹部分に合
わされ、スライスレベルＳ■、は下方部分に合わされる
。そして、どのスライスレベルを選ぶかは、ウェハプロ
セスやウェハ下地等によって経験的に決められる。

次にＴＴＬ方式のアライメント系のスポット光ＳＰによ
るマーク検出の様子を第８図、第９図を参照して説明す
る。第８図（Ａ）はウェハ上のショット領域Ｓｎに付随
して設けられた従来の回折格子マークＭＫとスポット光
ＳＰとの配置を示し、第８図（Ｂ）はＸ方向に伸びたス
ポット光ＳＰと、マークＭＫとを相対的にＸ方向に走査
したときの回折光の強度分布を示す０回折格子マークＭ
Ｋは微小な矩形パターン（凸又は凹）をデユーティ比１
：１でＸ方向に一定ピッチで形成したものであり、マー
クＭＫのＸ方向の幅はスポット光ＳＰの幅とほぼ等しく
定められている。スポット光ＳＰがマークＭＫと重なる
と、レーザスポット光の波長と格子定数とによって、第
８図（Ａ）の紙面と垂直で、かつＸ方向に広がった面内
に所定の回折角で高次回折光が発生する。この回折光は
、スポット光ＳＰの照射部分内に、スポット光の長手方
向に一定ピッチの段差エツジをもつ周期構造パターンが
存在するときに発生するため、掻めてＳＺＮ比がよい、
従って、この回折光から得られた光電信号波形は、スポ
ット光ＳＰの幅方向の強度分布（例えばガウス分布）と
近似した波形となり、第８図（Ｂ）のように適当なスラ
イスレベルＳＶ４で２値化することで、比較的高精度に
Ｘ方向のマーク中心位置を特定できる。しかしながら、
その反面、格子要素として微小矩形パターンが採用され
るため、ウェハプロセスによる変形が生じがちである。

一方、第９１１ｍ　（Ａ）に示すようなマルチマークＭ
Ｘｎを、スリット状のスポット光ＳＰで走査する場合は
、回折格子の場合と異なり、Ｘ方向に伸びた線条パター
ンの左右のエツジで発生する散乱光を光電検出すること
になる。この場合、スポット光ＳＰのＸ方向の幅は、線
条パターンの幅よりも狭く、例えば１／２以下である。

このマルチマークＭＸｎ　（ＭＹｎも同様）は、スポッ
ト光ｓｐの長手方向と平行に連続して伸びたエツジを検
出するように使うため、エツジの伸びた方向（Ｘ方向）
では散乱光発生の平滑化（平均化）が行なわれる。各エ
ツジからの散乱光の分布は第９図（Ｃ）に示すように、
−本の線条パターンの左右でピークＰＫ＋　、ＰＫ＋’
・・・・・・ＰＫ、、ＰＫＳ’となり、これらピーク波
形ＰＫｎ、ＰＫｎ’　のＸ方向の位置を演算上で平均化
すれば、マークＭＸｎの中心位置が求まる。ところが、
このようなエツジ散乱光を検出する方式では、スポット
光ＳＰがレーザ光（単波長）であることから、第９図（
Ｂ）に示すように線条パターンのエツジ付近のレジスト
層ＰＲの厚みムラによって、散乱光の発生方向を不均一
なものにすること、単波長であることからレジスト層Ｐ
Ｒによる干渉（薄膜干渉）によって散乱光の受光光量自
体がみかけ上大きく変動を受ける等の現象が認められて
いる。このため第９図（Ｃ）にも示すように、各エツジ
でのピーク波形は、かならずしも全てきれいに揃ったも
のではなくなり、むしろ複雑な波形になることが多い。

このような波形の処理は必ずしも簡単ではないが、さほ
ど難しいものではない。このような波形に対する問題は
、上述のようにエツジ散乱光の発生位置がレジスト層Ｐ
Ｒの厚みムラの影響を受けて、みかけ上計測方向にシフ
トしやすいことである。

このことは、マークＭＸｎの中心位置の決定に大きな誤
差をもたらす、これは、はとんどの場合、スポット光Ｓ
Ｐを単波長にしたことによる干渉が原因である。これに
対して第５図でも示したように照明光をブロードバンド
の波長分布にすれば、レジスト層での干渉は発生せず、
段差エツジでの散乱光、正反射光の発生は極めてずなお
である。

尚、スポット光ＳＰでマークＭＸｎ　（又はＭＹｎ）を
相対走査したときの光電信号波形は、全てが第９図（Ｃ
）のように歪むとはかぎらず、プロセスの異なるウェハ
では比較的きれいな場合もあり、また同一プロセスのウ
ェハでもレジスト層の厚み管理でウェハ毎に異なること
もあり、さらに同しウェハ内でも中央部と周辺部とで波
形が異なってくることもある。

また、第８図、第９図に示した信号波形は、ＬＳＡ演算
ユニット９内の波形メモリに、干渉計１２からの位置計
測パルス（例えば０．０２μｍ毎）に応答してデジタル
サンプリングの手法により記憶される。

次に本実施例の代表的なアライメントシーケンスを説明
する。ここでは高いスループットと、高いアライメント
精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアライ
メント（ＥＧＡ）方式について説明するが、詳細につい
ては特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているの
で、その原理についてはここでは藺単に説明する。

ＥＧＡ方式では、ウェハＷ上の複数（３〜９）個のショ
ット領域ＳｎのマークＭＹｎ、、ＭＸｎの位置を計測し
、その計測値に基づいて、ウェハＷのステージＳＴの走
り座標系、すなわち干渉計１２によって規定されるｘｙ
座標系内での微小回転誤差θ、ウェハ上のショット配列
（又はステージＳＴの走り）の直行度Ｗ、ウェハの線形
な微小伸縮によるスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙ、そして
、ウェハのｘ、ｙ方向の微小位置ずれ、すなわちオフセ
ット誤差○Ｘ、Ｏｙの夫々に関するパラメータを最小二
乗近位により求める。そしてそれら各パラメータを介在
として設計上のショット配列座標を実際に露光すべきシ
ョット配列座標（ウェハステージＳＴのステッピング位
置座標）に変換して、ウェハ上の各ショット領域Ｓｎヘ
レチクルＲのパターン領域ＰＡの像を重ね合わせ露光し
ていく。

ここで設計上のショット配列座標値を（Ｄｘｎ。

Ｄｙｎ）とし、実際のステッピングにより位置決めする
ウェハの座標値を（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）とすると次の（１
）式の関係がある。

ここでＡ、Ｏは変換行列とよばれるもので次の（２）、
（３）式に近似して表わされる。

そして、ウェハ上の複数のショット領域の各マークＭｘ
ｎ、Ｍｙｎの位置計測（サンプルアライメント）によっ
て得られた、そのショット領域の位置座標値を（Ｆｘｎ
、Ｆｙｎ）とすると、実際の露光すべき座標値（Ｆｘｎ
、Ｆｙｎ）と実測値（ＦｘｎＳＦｙｎ）との位置ずれ量
、すなわちアドレス誤差（Ｅｘｎ、、Ｅｙｎ）＝　（Ｆ
ｘｎ−Ｆｘｎ、Ｆｙｎ、Ｆｙｎ）が最小となるように、
変換行列Ａ、０の各パラメータの値を演算により決定す
る。こうして変換行列Ａ、Ｏの値が決まると、あとは先
の式（１）に基づいて、ウェハステージＳＴのステッピ
ング位１１ｉｆｆｉ（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）を求めて、そこ
にステージＳＴを位置決めして露光していけばよい。

尚、サフィックスのｎはウェハ上のショットの番号とす
る。

ここで第１図に示した主制御系５０に対応付けてみると
、設計上のショット配列座標値（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）はＥ
ＸＰＸヨシヨツトマツプデータ０３に記憶され、実測値
（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）を得るためのショット領域の座標値
（設計値）はＡＬＧシ胃ッヒツトマツプデー７部５０４
憶され、そして式（１）、（２）、（３）、及び変換行
列Ａ、　０を決定する最小二乗近恨の演算式はＥＧＡ演
算ユニット５０２に記憶される。

上記ＥＧＡ方式では、従来はＴ’ｌ’Ｌ方式のアライメ
ント系のスポット光（単波長）のみを使ってサンプルア
ライメントを行なっていたが、第９図で説明したように
、マーク位置計測に誤差を生じることがあるため、本実
施例ではブロードバンドの照明光を使った０ｆｆ−Ａｘ
ｉｓ方式のアライメント系でもサンプルアライメントを
実行する。そしてＥＧＡ方式の演算上のパラメータθ、
ｗ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｏｘ、Ｏｙのうちで単波長のスポット
光ＳＰの計測では精度が悪いと考えられるパラメータ、
特にスケーリングに関するパラメータＲｘ、Ｒｙを０ｆ
ｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系を使って求めた同様
のパラメータと入れ替えるようにした。

第１０図は、ウェハＷ上のサンプルアライメント用のシ
ョット領域ｓ、　、ｓ、　、ｓ、　、ｓ、　、ｓｓ、Ｓ
ｍ、Ｓｖ、Ｓｍの各配置を示し、各ショット領域Ｓ、〜
Ｓ、の夫々には、第３図で示したようなマークＭＸｎ、
ＭＹｎが形成されている。第１Ｏ図では代表してショッ
ト領域Ｓ１のマークＭＸＩ　、ＭＹ、のみを示すが、他
のショッＨＮ域Ｓ８〜Ｓｓについて同じである。ここで
は８個のサンプルアライメントショットを示すが、ＥＣ
Ａ方式で重要なのは、それら複数のサンプルショットの
配置が同一直線上にないようにすることである。

これは例えばサンプルショツト数が３個、４個程、魔と
少ないときには注意が必要である。また、第１０図から
も明らかなように、各サンプルショットの配列座標値が
ｘ、Ｘ方向でなるべく重複しないように振り分けておく
とよい０例えばショット領域Ｓ１のＸ座標値と一致する
ものはショット領域Ｓ、のみであり、ｙ座標値と一致す
るものは１つもない。

このようなサンプルシボ・ノド領域ｓ１〜Ｓ＠の座標値
は、ＡＬＧショットマツプデータ部５０４に記憶されて
いる。そこでシーケンスコントローラ５０６は、ウェハ
Ｗが粗（（例えば±２μｍ程Ｉｔ）ウェハステージＳＴ
上にアライメントされて載置された後、ＡＬＧショット
マツプデータ部５０４からサンプルアライメントのショ
ット領域Ｓ、〜Ｓ、の各座標値を入力し、それら座１（
＋！に基づいて、予めわかっているマークＭＸｎＳＭＹ
ｎのスポット光ＳＰに対する相対走査位置ヘウェハステ
ージＳＴを順次移動させる０通常のアライメントモード
では、ショット領域Ｓ１のマークＭＸ１を、Ｘ方向に伸
びたスポット光ＳＰでＸ方向に相対走査し、マークＭＹ
、をＸ方向に伸びたスポット光ＳＰでＸ方向に相対走査
する。そしてこの動作をショット領域Ｓ！からＳ＠まで
時計回りに順次実行していく。このときに得られた８組
の実測値（Ｆｘ＋　、Ｆ）’＋　）〜（Ｆｘｅ　、Ｆｙ
ｓ　）は、情報Ａ　Ｐ　＋　としてＡＬＧデータ記憶部
５０１に一時的に記憶される。

次に、シーケンスコントローラ５０６は、０ｆｆ−Ａｘ
ｉｓ方式のアライメント系の指標板３０の対物レンズ２
７等による投影位置に、上述の８つのショット領域８１
〜Ｓ、の各マークＭＸｎ、ＭＹｎが位置するようにステ
ージコントローラ１４を制御する。このとき本実施例で
は、先にも延べたようにＥＣＡ方式で算出すべきパラメ
ータのうちスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙに支配的に影響
するマークだけを選んで再度サンプルアライメントを実
行する。

スケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙは、ウェハＷのＸ方向とＸ
方向の線形伸縮（ｐｐｍオーダ）であるため、ここでは
例えばマークＭＹ！　、ＭＹ！　、ＭＸａ　、ＭＸｓ　
、ＭＹａ　、Ｍ’Ｙｖ　、ＭＸａ　、ＭＸ＋の８ケ所の
マークのみを選ぶ。すなわち第１０図において、ウェハ
Ｗを上方領域、下方領域、右方領域及び左方領域の４つ
のブロックに分けて考えたとき、スケーリング量Ｒｘは
Ｘ方向の伸縮であるから、左方と右方のブロックに含ま
れるショット領域Ｓ、５ＩＩＳＳ４、Ｓ、のＸ方向のマ
ークＭＸｎのみをサンプルアライメントし、スケーリン
グＩＲｙに関してはＸ方向の伸縮であるから、上方と下
方のブロックに含まれるショット領域Ｓｔ、Ｓｓ、５ｈ
ＳＳ？のＸ方向のマークＭＹｎのみをサンプルアライメ
ントする。

このように、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方弐の方式イメント系で
サンプルアライメントすべき各マーク位置の情報は、Ａ
ＬＣショットマツプデータ部５０４に予め記憶されてい
る。そこで、シーケンスコントローラ５０６は、補正デ
ータ部５０５に記憶されたＴＴＬ方式のアライメント系
のスポット光ＳＰと、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメ
ント系の検出中心（指標板３０の中心）とのウェハ面内
での相対距離（ベースライン量）の値と、先に求めたＴ
ＴＬ方式のアライメント系によるサンプルアライメント
位置の情報とに基づいて、上記８つのマークを順次指標
板３０の窓内に位置決めし、第５図（Ａ）、（Ｂ）に示
すように位置ずれ量を求めて各マークの位置を再計測す
る。このようにして計測されたＦｘ、は、情報ＡＰ、と
じてＦＩＡ演算ユニット３５からＡＬＧデータ記憶部５
０１に記憶される。

次にＥＧＡ演算ユニット５０２は、上述の式（２）、（
３）に基づいて各パラメータを決定する。ここで本実施
例では２通りの演算方式が可能である。１つは、ＴＴＬ
方式によるサンプルアライメント結果のみに基づいてパ
ラメータＲｘ５Ｒｙ、、ｗ５θ、Ｏｘ、Ｏｙを求めた後
、０ｆｆ−へｘｉｓ方式によるサンプルアライメント結
果を使ってスケーリング量Ｒｘ’　、Ｒｙ’　だけを単
独に求め、先に求めたスケーリング量Ｒｘ、Ｒｙと入れ
替える方式である。もう１つは、サンプルアライメント
結果の実測値の段格で入れ替えを行なっておき、パラメ
ータＲｘ、Ｒｙ、ｗ、　　θ、Ｏｘ、Ｏｙをそのまま求
める方式である。すなわち後者の場合、Ｒ）Ｉ・θ、Ｄ
＝Ｒｙ、、Ｅ＝Ｏｘ、Ｆ−Ｏｙとすると、 二の値によってＥＧＡ方式の演算を行なう。実際に各パ
ラメータを求める演算は、例えば特開昭６２−８４５１
６号公報に詳しく開示されているが、以下の各式で求ま
る。ここで変換行列Ａをとして、Ａ−Ｒｘ、Ｂ＝−Ｒｘ
　（ｗ十〇）、Ｃ＝＝と表わされ、この弐（４）、（５
）を解いてＡ、Ｂ、、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆを求める。

そして、さらに、Ｒｘ＝Ａ、Ｒｙ＝Ｄ、θ−Ｃ／Ｄ、ｗ
＝−Ｂ／Ａ−Ｃ／Ｄ、０ｘ＝Ｅ、Ｏｙ工Ｆを求めれば、
各パラメータが求まる。

上記式（４）、（５）でΣＦｘｎの実測値を含む加算演
算項は、本実施例では８個であり、実測値を入れ替えた
場合は、その値をそのまま使う。

また、第１の演算方式のように、パラメータＲｘ’　、
Ｒｙ’を、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式で検出した８個の実測
値で単独に求める場合は、上述の式（４）、（５）を用
いてパラメータＡ　（Ｒｘ）、Ｄ　（Ｒｙ）を算出すれ
ばよい。この場合、Ｘ方向のマークの実測値は、Ｆｘ、
’、Ｆｘ３’、Ｆｘ、’、Ｆｘａ’の４つであり、これ
らを式（４）の右辺のＦｘｎに代入し、Ｘ方向のマーク
の実測値はＦｙ２°、Ｆｙａｏ、Ｆ）’＆’、Ｆ）’？
’の４つであり、これらを式（５）の右１２２Ｆ　ｙ　
ｎに代入すればよい。そしてこうして求めたパラメータ
Ａ、Ｄを先にＴＴＬ方式の計測で求めたパラメータと入
れ替えればよい。

以上のようにして、変換行列Ａ、０が算出されると、こ
の値はＥＧＡ演算ユニット５０Ｌ、内に記憶され、さら
にＥＧＡ演算ユニット５０２は式（１）に基づいて、露
光すべきショット配列位置（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）を算出し
、その値を順次シーケンスコントローラ５０６に出力す
る。

これによって、シーケンスコントローラ５０６はステー
ジコントローラ１４にウェハステージＳＴのステッピン
グ制御の指令を出力する。このためウェハステージＳＴ
は、ウェハＷ上の各ショット領域Ｓｎが順次レチクルＲ
のパターン領域ＰＡの投影像と合致するようにステッピ
ングされ、重ね合わせ露光が行なわれる。

以上、本実施例では１枚のウェハに対してＴＴＬ方式０
ｆｆ−Ａｘｉｓ方式の両方を使うものとしたが、−Ｓに
同一プロセスを受けた多数枚のウェハ間では、スケーリ
ング量はほぼ同じ値を示すことが多い、そこで、１０ツ
ト（通常２５枚）分のウェハを連続して処理する場合、
はじめの数枚（３〜５枚程度）に対しては、ＴＴＬ方式
と０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式の両方を使って、本実施例のよ
うにスケーリング量の計測誤差を最小とするＥＧＡ方式
のシーケンスを採用し、それ以降のウェハ処理に対して
は、それまでに求めたスケーリング量Ｒｘ、Ｒｙの平均
値を固定値とし、他のパラメータ（０χ、Ｏｙ、θなど
）だけをＴＴＬ方式、又は０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のいず
れか一方のみを用いたサンプルアライメントで求めるよ
うにしてもよい。

さらに、あるウェハに対してＴＴＬ方式と０ｆｆＡｘｉ
ｓ方式との両方を使うことが予め決められている場合は
、第１０図に示したサンプルアライメントショット８１
〜Ｓ、のうち、マークＭＸＩ　、ＭＸｓ　、ＭＹａ　、
ＭＹｓ　、ＭＸｈ　、ＭＸＴ　　　ＭＹＩ、ＭＹ、はＴ
ＴＬ方式のアライメント系でサンプルアライメントして
ＥＧＡのパラメータＯｘ、Ｏｙ。

θ、Ｗのみの決定に用い、他のマークは０ｆｆ−Ａｘｉ
ｓ方式のアライメント系でサンプルアライメントして、
パラメータＲｘ、Ｒｙの決定に用いるように、計測すべ
きマークを予め分担させておいてもよい。

この場合は、ＥＣＡ方式のサンプルアライメントのトー
タルの計測時間はかなり短くなり、スループントの低下
が押えられる。

次に本発明の第２の実施例を第１１図を参照して説明す
る。本実施例では、ＥＧＡのサンプルアライメントのシ
ョットの決め方とアライメント系の使い方が第１の実施
例と異なる。

一般に、第１図に示したＴＴＬ方式のアライメント系と
０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系とをくらべると
、レチクルＲのパターン中心の投影点に対するスポット
光ＳＰの距離（ＴＴＬ系ベースライン）の微小変動の方
が、レチクルＲのパターン中心の投影点に対する指標板
３０の中心（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ系の光軸）の距離（Ｑ［
−Ａｘｉｓ系ヘースライン）の微変動よりも安定してい
る場合が多い。

そこで第１１図に示すように、ウェハＷ上の中心部に４
シヨツト、上下部、左右部の夫々に２シヨツトの計１２
ショットのサンプルアライメントショットＳ１〜Ｓ＋Ｚ
を設定する。そして、中心部の４つのショット領域Ｓ１
、Ｓｚ　、Ｓｓ　、３４の夫々に形成されたマークＭＸ
、　ＳＭＹ、　、ＭＸ。

、ＭＹｉ　、ＭＸ２　、ＭＹｚ　、ＭＸ４　、ＭＹ４は
］゛ＴＬ方式のアライメント系の単波長のスポット光で
位置計測を行ない、その結果からＥＧＡ方弐方式ラメー
タのうちオフセット誤差Ｏｘ、Ｏｙのみを算出する０次
に残りの８つのショット領域Ｓ。

〜Ｓ＋Ｚまでの各マークＭＸ、　、ＭＹ、〜ＭＸ、、、
ＭＹ、、は０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式の白色光照明のアライ
メント系で位置計測を行ない、その結果からＥＧＡ方式
の残りのパラメータＲｘ５Ｒｙ、ｗ、　θを算出する。

このようにすれば、オフセット誤差を比較的良好に保存
し得るウェハ中心部の複数マークを、レチクルＲに対す
るベースライン変動の安定しているＴＴＬ方式のアライ
メンＩ・系でサンプルアライメントするため、決定され
たパラメータ○ｘ、Ｏｙはかなり高精度なものになる。

さらにウェハＷの周辺に位置するショット領域Ｓ、〜Ｓ
ｌｆの各マークの計測情報からは、レジスト層の干渉に
よって計測誤差の生じやすいパラメータＲｘ、Ｒｙ、θ
、Ｗを、白色光（ブロードバンド）照明のアライメント
系を用いて求めているため、干渉の影響がなく、これら
パラメータＲｘ、Ｒｙ、ｗ、θも高精度なものになる。

次に、第１２図を参照して本発明の第３実施例を説明す
る。本実施例は、レチクルＲの上から投影レンズを介し
てウェハ面を検出するＴＴＲ（スルーザレチクル）方式
で、レチクルＲのマークＲＭとウェハマークとをスリッ
ト状のスポット光で同時に走査する形式のものである。

第１２図に示すように、レチクルＲのパターン領域ＰＡ
の最外周部（ウェハ上のスクライブラインに相当）には
、透明な窓状のマークＲＭが形成されている。このＴＴ
Ｒ方式のアライメント光学系は、全反射ミラー６０１対
物レンズ６、２焦点素子６２、リレーレンズ６３．６５
、ミラー６４、振動ミラー６６、ミラー駆動系６７、ビ
ームスプリッタ６日、リレー系６９．７０．偏光ビーム
スプリッタ７１、そして受光素子７２．７３で構成され
る。レーザ光源１と、ビーム整形光学系２とを通ったレ
ーザビームＬＢは、霧光波長よりも長い波長（例えばＡ
ｒイオンレーザ光）で２つの偏光成分を含んでいる。こ
のビームＬＢは、ビームスプリッタ６８で反射され、振
動ミラー６６で往復偏向され、リレーレンズ６５．６６
を通って２焦点素子６２に入射する。この２焦点素子６
２は水晶等の結晶物質と通常の光学ガラス（石英も可）
とを貼り合わせ、常光線と異常光線の夫々に対して異な
る屈折力を与えるものである。従って２焦点素子６２を
通過したビームＬＢは偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）のち
がいによって互いに異なった発散角（又は収れん角）で
テレセントリックな対物レンズ６１に入射する。対物レ
ンズ６１を水平に射出したビームはミラー６０で投影レ
ンズの光軸ＡＸと平行に折り曲げられ、レチクルＲに垂
直に入射する。

このときビームは偏光成分のちがいによって、方の偏光
成分、例えばＰ偏光のビームＬＢρはレチクルＲのマー
クＲＭの面内にスリット状スポット光ＳＰｒとなって結
像し、他方の偏光成分、例えばＳ偏光のビームＬＢｓは
レチクルＲの上方空間の面１ｗ内にスリット状スポット
光ＳＰｗとなって結像する。ここでレチクルＲのマーク
（パターン）面と面１ｗとの光軸方向の間隔は、ビーム
ＬＢの波長によって生じる投影レンズのレチクル側での
色収差量に等しくなるように定められている。第１２図
で、対物レンズ６１から射出するビームＬＢｐは実線で
示し、ビームＬＢｓは破線で示す、ここで、２焦点素子
６２の貼り合わせ面は、対物レンズ６１の前側焦点面、
すなわち投影レンズＰＬの瞳ＥＰと共役な面ＥＰ’　と
一致するように定められている。さらに振動ミラー６６
のビーム振れ原点と２焦点素子６２（瞳共役面ＥＰ’　
）とはリレーレンズ６３．６５に関して互いに共役に配
置される。ところでスポット光ＳＰｒは振動ミラー６６
の作用で一次元にマークＲＭを走査し、マークＲＭ（窓
のエツジ）からの散乱光、正反射光等は、ミラー６０、
対物レンズ６、２焦点素子６２、リレー系６３．６５、
振動ミラー６６、及びビームスプリッタ６８を通過して
、リレー系６９．７０に達する。スポット光ＳＰｒはＰ
偏光であるため、マークＲＭからの光情報も主にＰ偏光
であり、偏光ビームスプリンク７１でほぼ１００％が透
過して受光素子７２に至る。

一方、レチクルＲのマークＲＭの透明窓を通ったＳ偏光
のビームＬＢｓは投影レンズＰＬによってウェハ上にス
ポット光ＳＰｗの共役像（スポット光ＳＰｗ’　とする
）となって結像する。このときスポット光ＳＰｗ’　も
振動ミラー６６の作用でウェハマークを一次元に走査す
る。ウェハマークからの散乱光、正反射光、回折光はビ
ームＬＢｓの光路を元に戻り、マークＰＭの透明窓を透
過して、同様に偏光ビームスプリッタ７１まで戻る。

ウェハマークからの光情報は主にＳ偏光であるため、は
ぼ１００％が偏光ビームスプリッタ７１で反射して受光
素子７３に至る。

振動ミラーの駆動系６７は、スポット光ＳＰｒ、ＳＰｗ
”の単位走査量毎にアップダウンパルス信号を出力し、
それをＴＴＲ演算ユニット７５に出力する。ＴＴＲ演算
ユニット７５はそのアップダウンパルス信号に応答して
、受光素子７２．７３の夫々からの光電信号波形をデジ
タルサンプリングし、その２つの信号波形に基づいて、
レチクルＲのマークＲＭとウェハマーク（例えばＭＸｎ
。

ＭＹｎ、ＭＫ）との相対的な位置ずれ量を求める。

そして位置ずれ量とウェハステージＳＴの停止位置とに
基づいて、ウェハマークの実測値を求め、それを情報Ａ
　Ｐ　ｓとして第１図に示したＡＬＧデータ記憶部５０
１へ送る。

また、ビームスプリンタ６８に入射するビームＬＢをＳ
偏光成分のみに制限し、振動ミラー６６をバイパスさせ
てリレーレンズ６５に入射させるようにすると、第１図
で示したＴＴＬ方式のアライメント系と全く同様のマー
ク検出が可能となる。

すなわち、この場合は、静止したスポット光ＳＰｗ　（
ＳＰｗ’　）のみが作られるから、このスポット光ＳＰ
ｗ’　に対してウェハを走査し、受光素子７３からの光
電信号波形を干渉計１２からの位置パルス信号ＰＤＳに
応答してデジタルサンプリングする。この場合、スポッ
ト光ＳＰｗ’　とウェハマークの中心とが一致するウェ
ハステージＳＴの位置が、情報Ａ　Ｐ　ｓとしてＡＬＧ
データ記憶部５０１へ送られる。この方式では、第１の
実施例と全く同じシーケンスになることは明らかである
。

尚、第１２図において、受光素子７２．７３はともに瞳
共役面ＥＰ’　と共役に配置され、第２図（Ｃ）に示す
ような受光面の構成となっている。

またリレー系６９．７０の間には、像共役面Ｆ。が形成
され、ここにはレチクルＲのマークＲＭの像とウェハマ
ークの像とが同時に結像する。

本実施例のようなＴＴＲ方式のアライメント系を設ける
場合は、ＴＴＲ演算ユニット７５からのマーク位置情報
ＡＰ、を、第１図中に示したＬＳＡ演算ユニット９から
の情報ＡＰ、の代りに使えばよい。

以上、本実施例のＴＴＲ方式のアライメント系を第１図
のＴＴＬ方式のアライメント系の代りに組み込んだステ
ッパーでは、露光すべきショット領域とレチクルＲのパ
ターンＳＭｊＡＰＡとをほぼ重ね合わせた状態でアライ
メントするダイ・パイ・グイ・ライメント法も使えると
ともに、白色光照明の０ｆｆ−Ａｘｔｓ方式のアライメ
ント系と併用したＥＧＡ方式も使えるので、多様なアラ
イメントモードが自由に使えることになる。さらに２焦
点素子６２を瞳共役に配置して用いるため、ビームＬＢ
は露光波長よりも長い非感光波長を選ぶことができると
ともに、２つのスポット光ＳＰｒ、、ＳＰｗ同志の相対
的な横ずれはほとんど無視することができる。さらに、
ビームＬＢはレジスト層に対して吸収の少ない波長を選
べるため、ウェハ上でスポット光ＳＰｗ’がマーク検出
のために走査し始めた時点からのレジスト層の光学的な
特性（反射率、屈折率等）の変化がほとんど生じない。

従ってレジスト層の光学特性の変化によるマーク位置検
出の誤差は極めて少ない。

そこで、グイ・パイ・グイ方式でマーク検出するのに先
立って、ウェハ上のいくつかのショット領域に付随した
マークを０ｆｆ−Ａｘｔｓ方式の白色光アライメント系
で検出し、次に同じマークをＴＴＲ方式のスポット光Ｓ
Ｐｗ’　で検出し、その両方の検出方式で得られるマー
ク信号波形、あるいはマーク位置を比較して、単波長の
スポット光ＳＰＷ°で検出されるマーク位置の微小なオ
フセット誤差を主制御系５０の補正データ部５０５に予
め記憶する。そしてＴＴＲ方式のアライメント系でダイ
・パイ・ダイアライメントするとき、ウェハマークの位
置を補正データ部５０５の記憶値骨だけ補正して位置合
わせすればよい。このことは、ＴＴＬ方式のアライメン
ト系についても同様に適用できる。

第１３図は本発明の第４実施例による０ｆｆ−Ａｘｔｓ
方式のアライメント系の変形例を示す。第１図に示した
０ｆｆ−Ａｘｔｓ方式の系では、像検出のみを例示した
が、対物レンズ２７等を共用して、レーザスポットをウ
ェハ上へ投射することもできる。そこで第１図の構成に
おいて、ミラー２６をビームスプリッタ、又はダイクロ
インクミラー８０に変更する。そしてその後にリレーレ
ンズ８１、ビームスプリンタ８２、リレーレンズ８７、
受光素子８７から成る受光系と、レーザ光′ａ８６、シ
リンドリカルレンズを含むビーム整形光学系８５、ミラ
ー８４、レンズ系８３から成る送光系とを設ける。

ここで受光素子８７の受光面は正反射光、回折光、散乱
光を互いに独立に受光するように分割され、リレー系８
、８７によって対物レンズ２７の絞り面（前側焦点面）
２７ａと共役になるように配置される。そしてレーザ光
Ｒ８６からのレーザビームは、テレセントリックな対物
レンズ２７、プリズム２８を介して実線に示す光路に沿
ってウェハＷ上にスリット状のスポット光となって結像
する。

本実施例では、対物レンズ２７の軸上に静止したスポッ
ト光が形成されるため、ウェハマ−クＳＴをスキャンす
ることで、受光素子８８からウェハマークＭＸｎ、ＭＹ
ｎに対応した光電信号波形が得られる。

また、白色照明光はミラー８０を介して対物レンズ２７
へ入射するが、その使用波長帯域とレーザ光源８６から
のビームの波長とが重なっている場合は、どちらか一方
のみが点灯するようにシャッター等を設けて切り替えれ
ばよい。

本実施例は、ステッパーのなかでも投影レンズの光学性
能に多大な制限を受けているエキシマステッパー等の０
ｆｆ−Ａｘｉｓアライメント系として適している。

また、スポット光によるマーク検出位置と、白色光によ
る指標板３０とのマーク検出位置とがほぼ一致している
ため、スルーブツト上の低下はほとんどさけられるとい
った利点もある。もちろんスポット光の位置と指標マー
ク３０ａ〜３０ｄの位置との相対的な間隔は、予め基準
マークＦＭを用いて計測しておく必要がある。

以上、本発明の各実施例において、０ｆｆ−Ａｘｉｓ方
式のアライメント系に対しても、オートフォーカス系を
設けるようにしてもよいが、高コストになるため、投影
レンズＰＬに対するオートフォーカス系を用いて、ウェ
ハ上のマーク計測領域を焦点合わせした後、Ｚステージ
を固定したまま０ｆｆ−Ａｘｉｓ系の対物レンズ２７の
下に送り込むようにすればよい。このとき、第１１図に
示したショット配列の様に、周辺の４ケ所のショット領
域は、互いに隣接した２つずつ（例えばショットＳ、と
３６、又はショットＳ、とＳｓ）にしておくと、両方の
ショット領域は同じフォーカスで良いのでスルーブツト
が向上する。ただし、この場合レヘリングステージによ
ってウェハ表面を投影像面と平行にしておく必要がある
。また、Ｚステージの光軸方向の高さ位置を精密に読み
取るデジタルマイクロメータ等が組み込まれている場合
は、ＴＴＬ方式、又はＴＴＲ方式のアライメント系でウ
ェハ上のマークを検出する際にフォーカス合わせを行な
い、そのときのＺステージの高さ位置を記憶し、同一の
ショットのマークを０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメン
ト系で検出するとき、記憶したＺステージの高さ位置を
再現するようにオープン制御によりフォーカス合わせを
行なってもよい。さらに、単波長の照明光（スポット光
）の代りに、露光光と同じｇ線、ｉ線等の準単色光をス
リット板に照射し、その光によるスリット像を投影レン
ズを介してウェハ上に結像投影するアライメント系にし
ても全く同様である。

また、各実施例で示した単波長の照明光によるアライメ
ント系はスリット状のスポット光としてマークを検出す
るものとしたが、これに限られるものではない。単波長
の照明光によってウェハ上のマークを含む局所領域を均
一照明し、その反射光を結像させてマーク像を作り、こ
のマーク像を光電検出する方式でも同様である。さらに
、単波長の照明光による別のアライメント方式として、
２重回折格子アライメント法においても同様に利用でき
る。このアライメント法は第１図に示したＴＴＬアライ
メント系、第１２図に示したＴＴＲアライメント系、も
しくは第１３図に示した。ｒｒ−Ａｘｉｓアライメント
系に組み込むことができるもので、詳しくは第１４図に
示された構成となる。

第１４図は、０ｆｆ−４ｘｉｓ方式のアライメント系に
組み込んだ場合の一例を示し、単波長の平行なレーザビ
ームＬＢ、は互いに異なる直線偏光成分を含み、周波数
シフター１００に入射する０周波数シフター１００は変
調周波数２１の高周波信号を入力し、ビームＬＢ、の２
つの直線偏光成分間に２ｆの周波数差を与えた平行なビ
ームＬＢ、を射出する。このビームＬＢ、はウオーラス
トンプリズム９０によって偏光成分により２方向に分割
され、それぞれビームＬＢｓ、、ＬＢｐとなってレンズ
系９１に入射する。そのビームＬＢｓ、ＬＢｐは系の瞳
（絞り）位置で一度収れんされた後レンズ系９２（第１
３図中の対物レンズ２７に相当）に入射し、互いに傾い
た平行なビームとしてウェハＷ上のマークＭＸｎを同時
に照射する。ウオーラストンプリズム９０はレンズ系９
、９２に関してウェハＷど共役に配置される。ただし、
そのままだと、ウェハＷ上に２方向から入射する２つの
ビームの偏光方向が異なり、ウヱハＷ上で干渉縞が生成
されない。そこで等価的に２つのビームを一方の偏光成
分に揃える人／２板９７を、例えばビームＬＢｐの光路
中に設け、他方の偏光成分のビームＬＢｓに変換する。

このようにすると、ウェハＷ上の同一位置を２方向から
照明する２つのビームはともにＳ偏光のビームＬＢｓと
なり、ビームＬＢｓの波長と互いの交差角とに応じて、
ウェハＷ上のマークＭＸｎ　（第４図のものがそのまま
使える）の線条パターンＰ１〜Ｐ、の配列方向に一次元
の干渉縞が生成される。第１５図は干渉縞の強度分布の
波形ＦＷとマークＭＸｎの線条パターンＰ、　、Ｐ、の
断面形状との関係を示す。

ここでは、波形ＦＷのＸ方向のピッチは格子ＰＰ２・・
・・・・のピッチの丁度２倍であるように設定する。こ
の干渉縞は、２方向からビーム間に２ｒの周波数差があ
るため、Ｘ方向に周波数２ｒで流れている。このため干
渉縞がマークＭＸｎを照射することから、マークＭＸｎ
からほぼ垂直方向に干渉光が発生し、それはレンズ系９
２を通り、軸上の小ミラー９３で反射され、瞳リレー系
９４を介して受光素子９５に達する。受光素子９５は周
波数２ｆで正弦波状に光！！変化する干渉光を受光し、
それに対応した光電信号をヘテロゲイン演算ユニット９
６へ出力する。ヘテロゲイン演算ユニット１００は、変
調周波数２ｒの原信号を基準信号として入力し、周波数
２ｆの光電信号の基準信号に対する位相差（±１８０°
以内）を求める。この位相差はマークＭＸｎの基準位置
に対するＸ方向の位置ずれ量、ここでは格子パターンＰ
、　、Ｐ。

・・・・・・の±１／２ピッチ以内の量に対応している
。

従ってヘテロゲイン演算ユニ・ント１００は、ウェハＷ
が停止しているときのウェハステージＳＴの位置情報Ｐ
ＤＳと、±１／２ピッチ以内のずれ量とに基づいてマー
クＭＸｎの精密な位置情報ＡＰ４を出力する。この情報
Ａ　Ｐ　４は単波長の光によるマーク位置計測値として
ＡＬＧデータ記憶部５０１に送られる。

尚、第１４図の構成をＴＴＬ方式に組み込む場合は、第
１図に示した対物レンズ６をレンズ系９２とし、第１図
中のスポット光５ＰｏＯ面が第１４図のウェハ面に対応
するように光学系を組めばよい。さらにＴＴＲ方式に組
み込む場合は、第１２図中の対物レンズ６１と２焦点素
子６２の対を、第１４図中の対物レンズ９２のかわりに
設け、第１４図中のウェハ面を、第１２図中の空間中の
面Ｉｗに対応させればよい、また２方向からウェハを照
射する２つのビーム間に周波数差をもたせないときは、
静止した干渉縞ＦＷとなり、このときはウェハを微動さ
せることになる。

以上のような２重回折格子アライメント法では、レーザ
ビームの可干渉性が使われるため、レジスト層での干渉
現象も先に説明したのと全く同様に生じ得るものである
。

〔発明の効果］ 以上、本発明によれば、１枚の基板に形成されたアライ
メントマークの複数を、単波長もしくは準単色の照明光
で照射して、マーク位置を検出し、さらにブロードバン
ドの照明光で照射してマーク位置を検出し、その両方の
検出結果を用いて基板の位置決め、位置合わせを行なう
ので、レジスト層の影響が低減され、極めて高いアライ
メント精度を得ることができる。

また、本発明は投影型露光装置に限らず、広く他の方式
、プロキシミティー、コンタクト方式の露光装置にもま
ったく同様に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図、第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第１図
の装置の各部の構成を示す図、第３図はウェハ上のショ
ット領域の配置を示す図、第４図（Ａ）、（Ｂ）はウェ
ハ上のマーク形状の平面と断面を示す図、第５図（Ａ）
、（Ｂ）は０ｆｆ−＾ｘｉｓ方式のアライメント系によ
るマーク検出の様子を示す図、第６図は撮像素子を２つ
設けた０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系の構成を
示す図、第７図は画像信号のボトムを検出する様子を示
す図、第８図（Ａ）、ＣＢ）はアライメントマークとし
て従来の回折格子マークをスポット光で走査したときの
光電信号波形の様子を示す図、第９図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）は第４図に示したマークをスポット光で走査した
ときの光電信号波形の様子を示す図、第１０図は第１の
実施例においてアライメントされるウェハ上のショット
領域の配列を示す図、第１１図は第２の実施例における
サンプルアライメントショットの配列を示す図、第１２
図は本発明の第３の実施例によるＴＴＲ方式のアライメ
ント系の構成を示す図、第１３図は本発明の第４の実施
例による０ｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系の構成
を示す図、第１４図は第５の実施例による２重回折格子
アライメント系の構成を示す図、第１５図は回折格子と
干渉縞の分布との様子を示す図である。 （主要部分の符号の説明） Ｒ・・・レチクル、ＰＬ・・・投影レンズ、Ｗ・・・ウ
ェハ、Ｂ　Ｐ　・・・瞳、ＭＸｎ、ＭＹｎ・ｗ−り、Ｓ
ｎ・・・ショット領域、８・・・受光素子、９・・・Ｌ
ＳＡＩＫユニット、２０・・・ハロゲンランプ、２３・
・・フィルター、２７・・・対物レンズ、３０・・・指
標板、３４・・・ＩＲ像素子、３５・・・ＦＩＡ演算ユ
ニット、 ＡＰ＋　、ＡＰｚ　、ＡＰ３　、ＡＰ４・・・マーク検
出位置情報、５０１・・・ＡＬＧデータ記憶部、５０２
・・・Ｅ　Ｇ　Ａ　／＊算ユニット出願人　　株式会社
　ニ　コ　ン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の波長域に感応するレジスト層を表面に有す
   る基板に、マスクのパターンを転写する露光装置におい
   て、 前記基板に単波長、もしくは準単色の第１の光を照射す
   るとともに、該第１の光で照射された前記基板上の第１
   マークを検出し、該検出結果に基づいて該第１マークの
   位置に関する第１の位置情報を出力する第１のマーク位
   置検出手段と；前記基板に前記第１の光よりも広い波長
   分布の第２の光を照射するとともに、該第２の光で照射
   された前記基板上の第２マークを検出し、該検出結果に
   基づいて該第２マークの位置に関する第２の位置情報を
   出力する第２のマーク位置検出手段と； 前記第１の位置情報と第２の位置情報の両方に基づいて
   、前記基板と前記マスクとの相対位置を決定する位置決
   定手段とを備えたことを特徴とする位置合わせ装置。
2. （２）前記露光装置は、前記マスクのパターンを前記基
   板上の複数のショット領域の夫々に結像投影するための
   投影光学系と、前記基板を保持して前記投影光学系のパ
   ターン投影像面に沿ってステップアンドリピート方式で
   ２次元移動するステージとを備え、前記第１のマーク位
   置検出手段は、前記投影光学系を介して前記基板上のシ
   ョット領域に対応して設けられた前記第１マークを光電
   検出する第１のアライメント光学系を有し、前記第２の
   マーク位置検出手段は、前記投影光学系から一定間隔だ
   け離して設けられ、前記基板上のショット領域に対応し
   て設けられた前記第２マークを光電検出する第２のアラ
   イメント光学系を有することを特徴とする請求項第１項
   記載の装置。
3. （３）前記位置決定手段は、前記複数のショット領域の
   夫々に対応して設けられた複数の第１マークの各々に応
   じた複数の第１位置情報と、前記複数のショット領域の
   夫々に対応して設けられた複数の第２マークのうちの少
   なくとも１ヶ所の第２マークに応じた少なくとも１つの
   第２位置情報とに基づいて、前記基板上の各ショット領
   域の配列位置を統計的演算により決定する演算手段を含
   むことを特徴とする請求項２項記載の装置。
4. （４）前記第１マークと第２マークを同一のマークパタ
   ーンで共用したことを特徴とする請求項第１項又は第３
   項記載の装置。