JPH04181945A - 露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 - 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製造用に好適な露光装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、特にウェハと共役
関係にある撮像手段との相対的位置合わせをウェハ面上
に設けたアライメントマークの３次元構造に基づくレジ
スト面の起伏形状を捉えることにより高精度に行うこと
のてきる露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方
法に間するものである。

（従来の技術） 近年、半導体素子の回路パターンの微細化の要求に伴い
、半導体素子製造用の露光装置においてはレチクルとウ
ェハとの高精度な相対的位置合わせが要求されている。

露光装置における位置合わせ方法の一つとして例えば特
願平２−１２７００５号で提案されている、所謂１次元
パターンマツチ検出方法というのがある。

第８図は特願平２−１２７００５号で提案されている１
次元パターンマツチ検出方法を利用した露光装置の要部
概略図である。同図ではレチクルＲと撮像装置８６との
位置関係は既に求められている。

照明装置８４から放射された露光光の波長と略等しい波
長の光束をミラー８３て反射させ、照明光学系８２で集
光し、偏光ビームスプリッタ−８１で、所定方向に振動
する偏光光束を反射させて対物レンズ８０に入射させて
いる。対物レンズ８０に入射した光束はミラー８１０て
反射し、そのうちレチクルＲの透過部を通過した光束は
投影光学系Ｊ１を介して（人／４板８１１も通過する。

）ウェハＷ面上の位置合わせ用のアライメントマーク（
「ウェハマーク」ともいう。）Ｗａを照明する。

投影光学系１１によりレチクルＲ面近傍に結像されたウ
ェハマーク像（Ｗａ′）をミラー８１０、対物レンズ８
０、偏光ビームスプリッタ−８１、そして検出光学系８
５により撮像装置８６の撮像面８６ａ上に結像させてい
る。尚、１１４は露光用の照明系であり、露光の際レチ
クルＲ面上を均一照明する。

第９図は第８図の撮像装置８６より得られたマーク像に
関する２次元電気信号に関する説明図である。

同図においてはレチクルの位置と撮像装置８６位置との
関係か予め求められている為、撮像装置の画面上でのウ
ェハ面上のアライメントマーク像の中心位置を決定すれ
ばレチクルとウェハの位置関係を決定することができる
。

第９図（Ａ）においてＷａ’は撮像面８６ａに形成され
たウェハマーク像である。撮像装置８６からの２次元電
気信号をＡ／Ｄ変換装置８７によって画素のＸＹアドレ
スに対応した２次元離散ディジタル信号列に変換した後
、積算装置８８ａによって所定の大きさの２次元窓９０
内でウェハマーク像Ｗａ′の長手方向（ｙ方向）に画素
積算して第９図（Ｂ）に示すような１次元離散電気信号
である積算信号ｔ　（ｘ）を得る。そして中心値演算装
Ｍ８８ｂによって次のようにしてウェハマークＷａの中
心位置を算出している。

まず第９図（Ｂ）に示すように積算信号ｔ（ｘ）に対し
て評価用の１次元窓９１を用意する。１次元窓９１内の
積算信号ｔ　’（ｘ　）に対してウェハマークＷａの断
面形状を考慮に入れた１次元パターンマツチングを行う
。その際に各点に対して最小自乗近似法によってマツチ
ングする積算信号とテンプレート（第９図（Ｃ）に示す
２次関数を使用したテンプレート）の差を最小にしだ後
に積算信号ｓ　（ｘ）とテンプレートとの差の絶対値の
１次元窓９１内の和の逆数とテンプレートと近似の際に
利用した幾何学的情報（２次関数の２次の係数の絶対値
）との積をもってその相関度とする。このときの積算信
号Ｓ　（Ｘ）としては例えば第１０図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）に示すようなものがあり、それに対応し
てテンプレートとして第１１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
。

（Ｄ）の実線部で示すものかある。

第８図に示す位置合わせにおいては相関度の最も高い値
を持つ点をもってウェハマークの位置合わせの為の中心
位置としている。このようにして求めたウェハマークの
中心に対して位置合わせ制御装置８９によフてＸＹステ
ージ１ｏを駆動させてレチクルＲとウェハＷとの位置合
ゎせを行っている。

この他薄膜計測装置かある。同装置ではウェハ面に垂直
方向からコヒーレントな光を入射してウェハ面上に塗布
された感光材薄膜とウェハ面とでのそれぞれの反射光に
よる干渉によってそのＭＮを計測している。

この他ウェハの表面形状を計測したり、薄膜の膜厚を計
測する従来の方法及び装置は露光装置と独立てあフたり
、位置合わせ装置との明確な情報伝達手段を持っていな
かったりしていた為、その計測値を位置合わせに反映し
ていなかフた。

更に複数の光のスポットを入射してその表面形状を計測
する方法及び装置は数ｍｍのオーダーの範囲のウニ八面
形状の為にウェハマーク近傍の数μｍオーターの範囲の
薄膜の微少な数十分の１μｍの歪みを計測できなかった
。

又、その光の入射方向はウェハマーク近傍を対象として
いなかった為、その入射方向はウェハマークに対して明
確に特別な方向が与えられていなかった。その為第１３
図（Ａ）、（Ｂンに示すように例えば位置合わせ方向（
Ｘ方向）に対してｚｘ平面での斜入射のように光線（Ｒ
ＡＹＩ及びＲＡＹ２）か入射することとなる。尚、同図
において１３２はレジスト、１３３はウェハである。

このことはレジスト表面１３１の形状に敏感となり　第
１３図（Ｂ）において２光線（ＲＡＹｌ、ＲＡＹ２）か
交わることとなり、光情報か乱れることとなる。又、ビ
ームのスポット径を細くしても斜入射の分だけ実効的な
経が増加し、十分の数μｍのオーターの実効的な径を細
くすることか困難となる。

一方、径内の光情報は積分される為、結果としてサブミ
クロンオーターの計測には適さない。

又、垂直入射による薄膜の膜厚計測においてはウニ八基
板が金属化合物の場合、高反射の為、干渉か起りにくく
、更に前述したのと同様の光の幾何光学的影響により光
はその光路長を変え数十分の１μｍオーダーの精度によ
る薄膜の膜厚計測はできなくなる。そのため表面形状を
とらえるためには斜入射であることが望まれる。

更にウェハのレリーフ状マーク形状は第１３図（Ａ）の
ように位置合わせ方向（Ｘ方向）に対してウェハ面内の
垂直方向（Ｘ方向）に同形である部分を有する。そのた
めレジストの塗布ムラもＸ方向に対して同形である。

このことよりウェハ上のマークに対する膜厚計“測の光
の入射角度はＸ方向に斜入射、Ｘ方向に垂直入射である
ことか望まれる。又、更にレジスト表面の起伏による反
射角度変化に依存しない為にレジスト面と表面形状計測
装置は光学的に共役であることか望まれる。

（発明が解決しようとする問題点） ウニ八面上のアライメントマーク（ウェハマーク）の像
はその面上に塗布されたレジストの塗布ムラやアライメ
ントマークの３次元構造の非対称性の影響を受けて歪ん
で観察されることか知られている。これによりアライメ
ントマークの位置検出を行なう際に測定誤差、所謂タマ
サレを起し、位置合わせ精度を低下させる原因となって
いる。

特に半導体素子製造工程において金属化合物をスパッタ
リング等を用いて蒸着した後のウニへ表面にレジストを
塗布する工程においてはアライメントマーク近傍のレジ
ストの塗布ムラによる起伏形状からくるタマサレが深刻
な問題点となっている。

一方、前記の金属化合物を蒸着する工程におけるレジス
ト層によるタマサレの原因は金属化合物の高反射率の為
、薄膜干渉や屈折率の波長依存性から生じるものに比較
してレジストの塗布ムラによる幾何光学的現象によるも
のの影響の方が大きい。

第７図（Ａ）、（Ｂ）はこのときの現象を示す光路図で
ある。第７図（Ａ）はウニへの位置合わせ用のアライメ
ントマーク近傍の断面図である。

図中７１はウェハ、７０はレジスト、７３は空気層であ
る。７２は観察光のうちの一光線の光路を示している。

７５はアライメントマークの溝部である。レジスト表面
７０ａの局所的変化（起伏形状）によって光線７２の屈
折方向か大きく変化している。

ウニ八表面７１ａの反射率か大きいときにおいてはレジ
スト表面７０ａでの反射光とウェハ表面７１ａでの反射
光との干渉効果は幾何光学的効果に比較して十分小さい
と考えられる。

第７図（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する観察光の光強度の
分布説明図である。レジスト表面７０ａの局所的変化に
伴ってアライメントマーク像が横ズレを起して観察され
ている。

このことは照明光の白色化、あるいは照明光の波長の適
正化によっては取り除けない。従フてレジスト表面７０
ａの起伏形状を計測し、そのタマサレ量を予測すること
か重要となってくる。

他方、金属化合物に対する明視野のアライメントマーク
像の形状は金属化合物の反射率が高い為に一般的に従来
の技術て述へた第１０図（Ｃ）に対応する光分布のみを
考慮しておけばよい。

本発明はウニ八面上のアライメントマーク近傍における
レジスト表面に起伏形状（３次元形状）に基つくダマサ
レをピッチの異なる２つの格子パターンより得られるモ
アレ縞（輪形状像）を用いることにより補正し、アライ
メントマークの位置を不要なノイズ光を除去し、高精度
に検出することかでき、それにより高精度の位置合わせ
を可能とした露光装置及びそれを用いた半導体素子の製
造方法の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の露光装置は、レジストが塗布されたウェハ上の
レリーフ状マークの位置検出を光学的に行ない、該位置
検出に基づいて該ウェハ上のパターンをマスクの回路パ
ターンに対して位置合わせし、該回路パターンを介して
該ウェハ上のパターンを被うレジストを露光する露光装
置において、前記レリーフ状マークを被うレジストの表
面形状を検出する表面形状検出手段と、該表面形状検出
手段からの信号に基づいて前記位置検出時に発生する誤
差を検出する誤差検出手段とを有し、該誤差検出手段か
らの誤差を補正して前記位置合わせを行なうことを特徴
としている。

又、半導体素子の製造方法としては、レジストが塗布さ
れたウェハ上のレリーフ状マークの位置検出を光学的に
行ない、該位置検出に基づいて該ウェハ上のパターンを
マスクの回路パターンに対して位置合わせし、該回路パ
ターンを介して該ウェハ上のパターンを被うレジストを
露光し、該ウェハ上のレジストを現像し、該ウェハから
半導体素子を製造する方法において、前記レリーフ状マ
ークを被うレジストの表面形状を検出し、該表面形状に
基づいて前記位置検出時に発生する誤差を補正して前記
位置合わせを行なうことを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部概略図５である。同図
においてＲはレチクルであり、その面上には電子回路パ
ターンか形成されている。又レチクルＲはレチクルステ
ージＲ１に支持されている。１１４は露光用の照明系で
あり、超高圧水銀灯、コンデンサーレンズ、シャッター
等を有し、露光の際にはレチクルＲ面上を均一照明して
いる。１１は投影レンズ（露光光学系）であり、レチク
ルＲ面上のパターンをウェハＷ面上に縮少投影（例えば
１１５〜１／１ｏ倍）している。１゜はウェハステージ
であり、その面上に載置したウェハＷをｘ、ｙ、ｚ方向
に駆動している。

本実施例では以上のような各要素によりレチクルＲ面上
のパターンをウェハＷ面上に投影露光している。

尚、ウェハＷ面上には後述する位置合わせ用のアルミニ
ウムから成るレリーフ型のウェハマーク（アライメント
マーク）Ｗａか形成されている。

又レチクルＲで露光装置本体（例えば撮像手段１１０）
とは既に位置決められている。

次に本実施例においてウェハＷと露光装置本体例えば撮
像手段１１０との位置合わせを行なう為の各要素につい
て説明する。尚、第１図において投影レンズ１１の光軸
方向をＸ軸、紙面左右方向をｙ軸、紙面垂直方向をＸ軸
としている。

本実施例ではＸ方向の位置合わせを例にとり示している
が、Ｘ方向についても全く同様である。

１８は光源手段であり、露光光の波長とは異なる波長の
光束を放射している。光源手段１８からの光束はミラー
１９で反射され、照明光学系１６で集光されて格子パタ
ーンＧ１を照明している。

格子パターンＧ１は第２図（Ａ）に示すように格子方向
かＸ方向に延ひた透過領域と不透過領域より成るピッチ
λ１の複数の格子より成り、遮光板（不図示）によって
囲まれている。１４は補正光学系であり、投影レンズと
の使用波長の差に基つく収差補正を行ない、格子パター
ンＧ１とウェハＷの表面とが光学的に共役関係となるよ
うにしている。１３は光路変換用のミラーであり、補正
光学系１４からの光束を投影レンズ１１に導光している
。

本実施例では光源手段１８からの光束をミラー１９て反
射させ、照明光学系１６て集光した後、格子パターンＧ
ｌを照明している。そして格子パターンＧ１からの光束
を補正光学系１４、ミラー１３そして投影レンズ１１を
介してウェハＷのウェハマークＷａ面上に入射させてい
る。

このとき格子パターンＧ１とウェハＷ面上とは共役関係
となっている為にウェハマークＷａ面上に格子パターン
Ｇ１の像か重なって形成される。

第４図はウェハＷ面上のウェハマークＷａへの照明光束
の入射光路状態を示した概略図である。

同図に示すように投影レンズ１１（不図示）からの光束
４１は格子パターンＧ１の格子方向と平行な面内（ｘｚ
面内）に対し垂直に入射し、格子方向と垂直な面内（ｙ
ｚ面内）に対しては所定の角度θで斜入射している。

格子パターンＧ１はウェハマークＷａ面上に格子方向か
Ｘ方向と平行となるように投影されている。尚、４２は
ウェハマークＷａからの正反射光、４３は光束４１の同
位相面を模式的に示している。

第３図（Ａ）はこのときのウェハＷ面上におけるウェハ
マーク像Ｗａ′と格子パターンＧ１の像との関係を示し
ている。同図に示すように一般にウェハマークＷａ面上
の傾城の格子パターンＧ１の像はレジスト表面の起伏形
状に応じて変形して形成されている。

第１図に戻り、ウェハマークＷａ面上に投影された格子
パターンＧｌの像からの反射光束は投影レンズ１１、ミ
ラー１２を介して対物レンズ１５によって格子パターン
６２面上に第３図（Ａ）に示すような格子パターン像を
形成する。格子パターンＧ２は第２図（Ｂ）に示すよう
に格子方向かＸ方向に延びた透過領域と不透過領域より
成る格子パターンＧ１のどツチλ１とは異なるピッチλ
２の複数の格子より成っている。

１７は撮像光学系てあり、格子パターンＧ２面を撮像手
段１１０に結像している。この結果ウェハＷ面と撮像手
段１１０とは光学系（投影レンズ１１、対物レンズ１５
そして撮像光学系１７）を介して共役関係となっている
。

第３図（Ｂ）はこのときの撮像手段１１０面上に形成さ
れる格子パターンＧ１と格子パターンＧ２とから発生す
るモアレ縞（輪形状）３３とウェハマーク像Ｗａ′とを
示している。同図に示すようにウェハマーク像Ｗａ−面
上のレジスト面上の点Ｐ１と点Ｐ２との表面変化（起伏
形状）の差分に対応して変形されたモアレ縞３３が撮像
手段１１０面上に形成されている。

本実施例では撮像手段１１０面上でピント信号か得られ
るように格子パターンＧｌ、Ｇ２のどツチ＾１．λ２を
光学的倍率を考慮して決定している。

ここでモアレ・トポクラフィーを使用したモアレ縞につ
いて簡単に説明する。今、観察光学系の倍率を簡単の為
に１とする。ウェハマークＷａの近傍Ｐ１の格子パター
ンの投影像を簡単にの形で、書き表わす。ここてρ。は
初期位置、ρ（ｘ、ｙ）は変調成分で、レジストの起伏
に依存する関数である。このときウェハマークＷａの近
傍Ｐ２の格子パターンの投影像は ２　π １　＋　ｃ　ｏ　ｓ　（−ｘ＋ρｏ　′）λ　２ と書ける。ρ。′は初期位置である。

このとき２つの波の積１　（ｘ）ρ。＝ρ。′＝０てか
つ、λ１勾λ２、ρ（ｘ、ｙ）か緩和な関数であること
に注意すると となる。又、一般に撮像手段１１０面上での光学的分解
能と撮像手段１１０の画素解像度は異なっている。

高周波であり、光学的には分解するように光学設計がな
されるか撮像手段においては分解されなくともよい。

本実施例ではそのような撮像手段を使用している。従っ
て、その強度は に比例する。又１画素かピッチλ１に比べて粗くないと
きにはフィルターを掛けてλ１のピッチ回りの成分を落
としてもよい。ここていっそアレ縞とは（λ１）２／（
λ１−λ２）のピッチ廻りの成分のことである。但し、
これは既知の＾１及びλ２と、変調成分の差に依存して
いる。変調成分はレジスト起伏の変化差に依存している
。

本実施例では光源手段から１８から撮像手段１１０に至
る各要素で表面形状検出手段を構成している。

撮像手段１１０に結像された干アレ像はＡ／Ｄ変換器１
１１によって量子化され、誤差検出手段としての画像解
析装置１１２に送られる。画像解析装置１１２ては処理
窓３８を設定し、ｙ軸方向に積算される。第３図（Ｃ）
はこのときの積算データの説明図である。

同図については基準のＸ座標を正確に与える為に従来公
知の１次元パターンマツチングによって位置合わせを行
なう。その位置を仮中心としてＸｏとする。本実施例で
は位置合わせ後にウェハマークＷａ近傍のレジスト表面
の起伏形状を以下の方法で決定している。

即ちウェハマークＷａの仮の中心位置Ｘ。回りに対して
処理窓３４，３５，３６．３７を設定し、Ｘ軸方向に積
算を行う。このときｙ軸方向に高周波カットのフィルタ
ーをかけても良い。第３図（Ｄ）はこのときの積算され
たデータの説明図である。

第５図（Ｄ）、（Ｃ）、（Ｂ）、（Ａ）は各々処理窓３
４，３５，３６．３７に対応して得られる波形である。

ここで処理窓３４，３５．３６はウェハマークＷａ近傍
、処理窓３７はウェハマークＷａより十分層れた場所で
の格子パターンかＸ方向に略安定すると思われる領域で
ある。このようにして得られた波形（第５図（Ａ）〜（
Ｄ）に対して画像処理、例えば高速フーリエ変換を行な
い位相変化を求めている。

処理窓３７に対応する第５図（Ａ）の位相に対して第５
図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の位相［０゜２πコの変化か
レジスト表面のＸ方向の起伏形状の変化である。

実際には細かく処理窓を分割し、位相とＸ方向との関係
を調べる。このときの結果を第６図に示す。但し第３図
（Ｃ）において領域３９に対応するところにはデータか
ない。

次に第６図で得られたデータを基に第３図（Ｃ）から得
られたウェハマークＷａの仮り中心位置Ｘ。を画像解析
装置内に設けた補正手段により補−正する方法について
説明する。

先の第７図て述へたようにレジスト表面のＸＺ平面での
曲率と微分絶対値によってタマサレは起こる為、第６図
で示すように得られた計測値をスプライン関数で補間し
、曲線ｖ　（ｘ）（［０゜２π］の値をとる。）とする
。そしてその値に対してウェハマークＷａ位置に対応す
る第６図の領域６０（仮中心位置Ｘ。の回りに対してウ
ェハマークＷａの線幅の１．５倍程度内の領域）におい
て２次関数近似を行ない、このときの２次の係数なｇと
する。

このときｇ／Ｉｇ＋がダマサレの方向付けを示す。つま
り曲率を見る。又Ｖ　（ｘ）の微分絶対値を取り、ｄ　
（ｘ）とする。ｄ　（ｘ）の値は第６図（Ｃ）の曲線の
ように成っている。ｄ　（ｘ）において過当にｄ（ｘ）
の上下（例えば領域内の最大最小に対して８０％以上、
２０％以下）を切断した後に重心を計算し、ｄｏとする
と ｄｘ＝　　α　・　ｇ／Ｉｇｌ−ｄｏ　　　　　　　−
−−・　（］ンがタマサレ量となる。このとき ｘ　１　＝ｘｏ　−ｄｘ　　　　　　　　・・＝（２）
がタマサレのないウェハマークＷａの中心位置である。

ここでＸｌをレチクルとの位置関係に換算し、制御装置
１１３によフてｘＹＺステージ１０を駆動し、位置合わ
せを終る。その後、露光を行なう。但し、αは実験で決
められるパラメータ、仮中心位置Ｘ。は第３図（Ｃ）を
使用し、従来の例て述へた１次パターンマツチングを利
用した中心値である。αの定性的なイメージは以下の通
りである。第７図において入射光を第７図上下方向く即
ちｘｙ平面に対して垂直方向）に限る。レジストの塗布
ムラの角度θ＜＜１　（ｒａｄ）のとき λ　１ θ　＃　　ｔａｎθ　４　　ｄ（ｘ）−Ｌａｎ　　θ　
・　−−・　−−（３）４　π に対応する。θは第４図の入射角である。λ１は（倍率
を考慮に入れた）ウェハ面上のスケールで見た実効的な
格子Ｇ１のどツチλ１の値である。

第７図のダマサレ量はほぼ １　　λ１ （１−−ン−ｄｘ−−ｘ　　　Δ　、−ｔａｎ　　　θ
　　　　　　　　　　−−−−（４）ｎ２π となる。ここでｎはレジストの屈折率である。

（ｎ句１．６８）Δ１は第７図で与えられるレジスト厚
である。各点に対してこのように計算されるので １　　　　　　　７丁 α　勾　（１−−）　　・Δ　１　・ｔａｎ　　　θ　
□　　　　　　　　　　・・　・・　（５ンｎ２π となる。しかし乍ら実際にはウニへの段差厚Δ２の効果
、観察光学系（対物レンズ１５や撮像光学系）のＮＡな
と多くのパラメータを含むため実験により決定する方が
実際的である。決定方法はレジスト塗布後と前のウェハ
マークからの光学情報によってｄｘを決定し、レジスト
塗布後の上記ｄｏとによって式（１）の関係より求める
。

一般にアライメントマーク形状が類似し、装置が同一の
場合 ・・・・・・（６） の関係となる。従っである条件てαを決定すれば簡単に
他のレジスト厚Δ１．ウェハの段差厚Δ２の場合も容易
に計算できる。

このようにして本実施例では表面形状検出手段によりウ
ェハに設けたアライメントマーク面上近傍のレジスト表
面の起伏形状を求め、得られた結果より位置検出時に発
生する誤差を誤差検出手段で求め、この誤差検出手段か
らの信号を用いて補正手段により位置合わせ計測の補正
を行ない高精度な位置合わせを行なっている。

第１２図に本実施例における位置合わせに関するフロー
チャート図を示す。尚、第１図に示す実施例では位置合
わせ用の光束を投影レンズを介しているが、投影レンズ
を介さすに行なっても良い。

又、本実施例ではモアレ・トポグラフィ−法を使用した
例を示したか、他の干渉法を使用してウェハマークのｙ
方向側にＸ方向と略平行な干渉縞を形成して、その干渉
縞の分布からレジスト表面の起伏形状を求め、位置合わ
せ計測値の補正を行なっても良い。

例えばコヒーレント光を参照光と試験光にわけて、本実
施例第４図のように試験光を入射させた後に参照光と干
渉させ、その光の光路差による干渉縞の位相の変化から
レジスト塗布ムラを計測してもよい。

又、本実施例においてはウェハ位置検出とレジスト塗布
ムラ検出を同時に行なったが時間的に隔っていても、そ
の効果には影響がない。又塗布ムラ検出とウェハ位置検
出を互いに別の光学系を使用して行なりでもいい。

本実施例では露光装置と表面形状検出手段とを同一装置
に設けた場合を示したが、二者を分離して表面形状検出
手段を露光装置外あるいは内に設置し、ウェハ内のウェ
ハマークの近傍の表面形状を計測した後に、そのデータ
を情報伝達手段をもって露光装置に伝達し、露光装置は
伝達されたデータを参照して位置合わせの補正をしても
よい。その場合、種々の表面形状検出手段が考えられる
。例えば十分細く（数分１μｍオーター）した光束を使
用して前述したチップレへリンクにおける表面形状計測
装置を使用しくウェハ又は光束を走査し）でもよい。但
し、その際、位置合わせ方向とは垂直方向に斜入射とし
、位置合わせ方向には垂直入射とする。

このとき例えば第１４図（Ａ）に示すように光束（ＲＡ
Ｙ３）をウェハ面で平行光となるようにし、第１４図（
Ｂ）のようにＸ方向の角度成分はＸ方向の光束（ＲＡＹ
３）のシフト及びＸ方向のレジスト膜のＸ方向の変位は
２方向のシフトになるようにし、ｚｘ平面に対応するζ
η平面上に例えば第１４図（Ｃ）に示すように撮像装置
を置いて、位置ｚｘに対応するζη平面上の受光するス
ポットＳｐから各点でのレジスト表面のＸ方向の傾き及
びＸ方向における２変位を計測してもよい。

その後、光束あるいはウェハをＸ方向に走査することに
よりＸ方向のレジスト表面１３１の起伏を計測してもよ
い。又、このとき更にほぼ同一光路の参照光とウェハ上
に斜入射て照射した光との干渉を利用して表面形状をと
らえてもよい。

又、位置合わせ精度によっては表面形状検出手段として
ウェハ面に垂直入射させる方式の薄膜計測装置を使用し
てもよい。この場合第１５図（Ａ）に示すようにレジス
トの表面１３１の起伏の角度成分の変化しない領域Ｒ１
及びＲ２の範囲を計測し、予め知られたウニ八段差の深
さΔ１と計測された厚さδ１．δ２によって第１５図（
Ｂ）に示すような線形近似を行ない、角度６１及びδ２
を算出する。この値よりタマサレ量を算出する。

第１７図でＰＰ２は受光素子、ＳｔｌとＳ、２は絞り、
ＣＬは合焦点のときウェハ面とｓｔｌとＳｔ２を光学的
に共役にするレンズ、ＬＳ２はレーザー光源、８Ｍ２は
ハーフミラ−で、矢印は光の進行方向をさす。

ウェハ面が合焦点のとき受光素子で得られる光量の計測
値が最大となり、非合焦点の時にはＳｔｌの絞りの像か
Ｓｔ２面上で結像できなくなり、較りＳｔ２の不透過部
分に光か遮断され受光素子の計測値か合焦点のときに比
較して小さくなる。これを共焦点法を利用した焦点合わ
せ装置と呼ぶ。ウェハを走査することによりウェハ面上
のレジストの表面形状を調べられることとなる。

又、上記同様の位置合わせ精度のときは例えばウェハ面
に垂直入射で共焦点方法を利用した焦点合わせ装置によ
ってレジスト表面形状をとらえてもよい。

更に第１６図のようにＬＳはレーザー光源、ＨＭはハー
フミラ−１ＰＰは受光素子、Ｍｌはミラーである装置に
おいて、レジスト１３２内でのレーザー光源ＬＳからの
光束の波長の変化によって実効的に光路長が変化するこ
とにより、ウェハで反射した光束とミラーＭ１で反射す
る参照光との干渉縞かおこる。このときレジスト１３２
の厚さ及びマーク形状によりマーク周辺の干渉縞とマー
ク中の干渉縞の変化か起こり、既知の深さΔ０とによっ
て膜厚及び表面形状を計測できる。

このことを利用して表面形状を求めてもよい。

（発明の効果） 未発明によればウェハに設けたウェハマーク近傍におけ
るレジスト表面の起伏形状によるタマサレを前述した各
要素、特にピッチの異なる２つの格子パターンを利用す
ることにより、不要なノイズ光を除去することかでき、
ウェハと露光装置本体との高精度な位置合わせかてきる
露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法を達成
することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図（Ａ）
、（Ｂ）は第１図の一部分の概略図、第３図は本発明に
係るウェハマーク像の説明図、第４図は第１図のウェハ
への入射光束の光路説明図、第５図は本発明に係る格子
パターンにょるモアレ像の積算データの説明図、第６図
は本発明に係るウェハマークの中心位置補正の説明図、
第７図は第１図のウェハへの入射光束の光路説明図、第
８図は従来の位置合わせ装置における要部概略図、第９
図は従来のテンプレートを用いた信号処理の説明図、第
１０．第１１図は積算信号とテンプレートに係る信号の
説明図、第１２図は本発明に係るフローチャート図であ
る。第１３図〜第１５図は各々本発明において光束かレ
ジスト表面に入射したときのウェハ及び光束の光路図で
ある。第１６図は本発明における表面形状検出の他の一
実施例の説明図である。第１７図は本発明に係る他の一
実施例の一部分の説明図である。 図中、Ｒはレチクル、Ｗはウェハ、Ｗａはウェハマーク
、Ｇｌ、Ｇ２は各々格子パターン、１１は投影レンズ、
１２．１３はミラー、１４は補正光学系、１５は対物レ
ンズ、１６は照明光学系、１７は撮像光学系、１８は光
源手段、１１４は照明系、１１０は撮像装置、７ｏはレ
ジスト、７０ａはレジスト表面、７１はウェハ、７３は
空気層である。 第１図 第２図 第３図 第７図 位置　− 距　Ｏ 第９図 （Ｂ） 第１０図 （Ｃ）　　　　　　　（Ｄ） Ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　×第　　　１１
　　　　図　（Ａ） 第　１１　　　図（Ｂ） 第　　　　１１　　　図（Ｃ） 第　　　１１　　　　図　（Ｄ） 第１２図 ■ 第　１４　　図（Ａ） 第　１４　　図（Ｂ） 第　１４　　図（Ｃ） 第　１５　図（Ａ） 第　１５　図（Ｂ）１ 第１６図 １２ｔＪ５ 第１７図 ′Ｘ−１３３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レジストが塗布されたウェハ上のレリーフ状マー
   クの位置検出を光学的に行ない、該位置検出に基づいて
   該ウェハ上のパターンをマスクの回路パターンに対して
   位置合わせし、該回路パターンを介して該ウェハ上のパ
   ターンを被うレジストを露光する露光装置において、前
   記レリーフ状マークを被うレジストの表面形状を検出す
   る表面形状検出手段と、該表面形状検出手段からの信号
   に基づいて前記位置検出時に発生する誤差を検出する誤
   差検出手段とを有し、該誤差検出手段からの誤差を補正
   して前記位置合わせを行なうことを特徴とする露光装置
   。
2. （２）レジストが塗布されたウェハ上のレリーフ状マー
   クの位置検出を光学的に行ない、該位置検出に基づいて
   該ウェハ上のパターンをマスクの回路パターンに対して
   位置合わせし、該回路パターンを介して該ウェハ上のパ
   ターンを被うレジストを露光し、該ウェハ上のレジスト
   を現像し、該ウェハから半導体素子を製造する方法にお
   いて、前記レリーフ状マークを被うレジストの表面形状
   を検出し、該表面形状に基づいて前記位置検出時に発生
   する誤差を補正して前記位置合わせを行なうことを特徴
   とする半導体素子の製造方法。
3. （３）前記ウェハ上のレリーフ状マーク及びパターンは
   アルミニウムより形成されていることを特徴とする請求
   項２記載の半導体素子の製造方法。