JPH07142346A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】投影露光装置においてアライメント時にオフア
クシス・アライメント系のフォーカス位置合せをスルー
プットの低下を抑えて行う。 【構成】投影光学系の光軸に平行な方向にウェハを位置
決めする高さ調整手段と、投影光学系の投影視野内でウ
ェハのフォーカス計測を行うフォーカス位置検出手段
と、ウェハの傾斜量を測定する手段と、ウェハの傾斜
量、アライメントマークの配置情報とウェハ上の任意の
点のフォーカス位置に基づいてオフアクシス・アライメ
ント系のフォーカス位置にマークを合せるための高さ調
整手段の移動量を算出する演算手段を備えて、オフアク
シス・アライメント系のフォーカス位置合せを可能にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置に関し、
特に半導体ウエハや液晶表示素子用プレート等の基板を
アライメントするために、基板上に形成されたアライメ
ントマークをオフ・アクシスのアライメントセンサーに
より検出する機能を備えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、マスク（以下、レチ
クルとする）のパターン像を投影光学系を介して感光材
が塗布された基板（以下ウェハとする）上の被露光領域
（ショット領域）に投影露光する投影露光装置が使用さ
れている。

【０００３】従来の投影露光装置では、投影光学系の投
影視野内においてウェハの投影光学系の光軸に平行な方
向の位置（フォーカス位置）を検出するフォーカス位置
検出手段と、投影光学系の光軸に平行な方向にウェハを
上下させてフォーカス位置に投影光学系の結像面を合わ
せる高さ調整手段を含めたオートフォーカス機構が必須
のものである。最近では、投影光学系の高解像化のため
焦点深度が浅くなり、ウエハ面の凹凸、又は傾斜による
ウエハの露光領域内での解像度、及び投影像の線幅の均
一性の低下が問題になってきた。このため、露光位置ご
とに、ウエハの傾斜量を測定し、その傾斜を補正する機
構（オートレベリング機構）が提案されている。例え
ば、水平位置検出装置（オートレベリング機構）として
は特開昭58−113706号公報に開示されているように、斜
入射方式のコリメータ型のレベリング検出系と斜入射方
式の焦点検出系とを一体に組み合わせたものが知られて
いる。 ところで、近年、より高集積度のＩＣを製造す
るために露光光の波長を短波長化し、高解像を達成しよ
うとする傾向があり、例えば、露光光としてＫｒＦエキ
シマレーザー光（波長λ＝２４８．５ｎｍ）を用いるこ
とが検討されている。このＫｒＦエキシマレーザー光を
用いた投影露光装置の場合、露光光と異なる波長のアラ
イメント光によりＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で
レチクルとウエハとのアライメント（位置合わせ）を行
うものとしても、その露光波長に近い適当な波長のアラ
イメント光の光源がない。そのため、露光波長とアライ
メント光の波長とが大きく異なり、色収差を良好に補正
したアライメント光学系を実現するのは実際上困難であ
る。

【０００４】また、エキシマレーザー光自体を用いてア
ライメントをするにしても、フォトレジストが露光され
ること、またエキシマレーザー自体がパルス光源で、パ
ルス毎の出力のばらつきが大きく精度上問題のあること
などから解決しなければならない点が多い。このような
ことから、遠紫外の光源を用いた投影露光装置において
は、投影光学系から一定間隔だけ離して配置され、専ら
ウエハ上のマーク（アライメントマーク）を検出する顕
微鏡を用いた、オフ・アクシス方式のマーク検出系（ア
ライメントセンサー）が有効である。オフ・アクシス方
式のアライメントセンサーであれば、露光波長や検出方
法に関する制約はほとんど無くなり、高い再現性のアラ
イメントが期待できるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オフアクシス方式のアライメントセンサーを備えた投影
露光装置に於いては、露光位置（投影光学系の被露光領
域）のみでオートフォーカス(フォーカス位置合せ）及
びオートレベリング（ウェハ傾斜補正）を行う機構にな
っている。そのため、表面傾斜のあるウェハなどをアラ
イメントする場合、図５に示すようにアライメントマー
ク位置でフォーカスをかけないでマーク位置検出を行う
と、アライメントセンサー２７のベストフォーカス位置
６３に対してウェハＷの表面がずれた位置にくる事があ
る。そして、このまま計測を行うと、テレセンなどの影
響で精度の劣化を引きおこす。また、アライメントマー
クをフォーカス計測検出位置６２に移動させアライメン
トマーク位置にてアライメントセンサー２７のベストフ
ォーカス位置にフォーカスを合せてからアライメントセ
ンサー２７のマーク検出位置にアライメントマークを持
っていくとフォーカス計測位置６２とアライメントセン
サーのマーク検出位置６４の間をステージが移動するた
めスループットの低下となってしまうという問題があっ
た。本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、スループットを低下させることなくフォーカスの
位置ずれによる精度劣化をなくすことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する手段】第１の手段は、投影光学系の光
軸に平行な方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段
（Ｚステージ１７）と、投影光学系の投影視野内におい
てウェハＷの投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカ
ス位置を計測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサ
ー）と、投影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェ
ハステージ（ＸＹステージ１８）上に載置されたウェハ
Ｗの傾斜量を求める傾斜量測定手段（ＡＦセンサー、Ｘ
Ｙステージ１８、制御装置１４）と、投影光学系の投影
視野から所定間隔だけ離して配設されたマーク検出系
（アライメントセンサー２７）によってマークを検出す
るようにウェハステージを位置決めする際、予めフォー
カス位置検出手段によって求められたウェハＷ上の任意
の位置におけるフォーカス位置、傾斜量測定手段により
求められたウェハ傾斜量、及びウェハＷ上のマークの配
置情報（ＸＹ座標）に基づいて、マークとマーク検出系
との間隔を所定の値にするのに必要な高さ調整手段の移
動量を算出する演算手段とを備えて、マーク検出系のマ
ーク検出時のフォーカス合せを可能とした。

【０００７】第２の手段は、投影光学系の光軸に平行な
方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段（Ｚステー
ジ１７）と、投影光学系の投影視野内においてウェハＷ
の投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカス位置を計
測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサー）と、投
影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェハステージ
上に載置されたウェハＷの傾斜量を求める傾斜量測定手
段（ＡＦセンサー、ＸＹステージ１８、制御装置１４）
と、ウェハＷの表面が前記投影光学系の光軸を基準にし
てウェハＷを傾斜させるウェハステージ上に配設された
基板傾斜補正手段（レベリングステージ１７ｌ）と、マ
ーク検出系によってマークを検出するようにウェハステ
ージを位置決めする際、傾斜量補正手段により求めた傾
斜量から基板傾斜補正手段によりウェハＷが投影光学系
の光軸に垂直になるように補正し、フォーカス位置検出
手段と高さ調整手段によりマークとマーク検出系との間
隔を所定の値になるようにウェハＷを上下させてから、
ウェハＷ上の位置合せ用のマークの位置をマーク検出系
で検出する動作を制御する制御手段とを有する投影露光
装置。

【０００８】第３の手段は、投影光学系の光軸に平行な
方向にウェハＷを位置決めする高さ調整手段（Ｚステー
ジ１７）と、投影光学系の投影視野内においてウェハＷ
の投影光学系の光軸に平行な方向のフォーカス位置を計
測するフォーカス位置検出手段（ＡＦセンサー）と、投
影光学系の光軸と垂直な面を基準としてウェハステージ
（ＸＹステージ１８）上に載置されたウェハＷの傾斜量
を求める傾斜量測定手段（ＡＦセンサー、ＸＹステージ
１８、制御装置１４）と、傾斜量測定手段により求めら
れたウェハＷの傾斜量と予め記憶されたウェハＷの傾斜
量の許容値とを比較する比較手段と、前記マーク検出系
によって前記マークを検出するように前記ステージを位
置決めする際、比較手段によって傾斜量測定手段により
求められたウェハＷの傾斜量が大きいと判断された時、
マークとマーク検出系との間隔を所定の値になるように
フォーカス位置検出手段と高さ調整手段を制御してウェ
ハＷを上下させる動作を行う制御手段（主制御系１４）
を備えた投影露光装置。

【０００９】

【作用】本発明の第１の手段では、ウェハＷの傾斜を調
べ、そして位置検出を行うマーク位置座標とウェハＷ上
の任意の位置におけるフォーカス位置に基づいてウェハ
Ｗを上下させてアライメントセンサー２７のフォーカス
位置にマークを合せる様にした。

【００１０】本発明の第２の手段では、予めウェハＷの
傾斜を補正して１度だけアライメントセンサー２７のフ
ォーカス位置に合せる事によって全てのアライメントマ
ークのフォーカス位置合せができる様にした。本発明の
第３の手段では、ウェハＷの傾斜量を調べてその傾斜量
が予め設定してある設定値より大きい時は傾斜量を補正
して、１度だけアライメントセンサー２７のフォーカス
位置に合せる事によって、全てのアライメントマークの
フォーカス位置合せができるようにした。

【００１１】

【実施例】図１は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図１において、超高圧の水銀ランプ１から発生
した露光光ＩＬ１は楕円鏡２で反射してその第２焦点で
一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、
オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）及び
開口絞り（σ絞り）等を含む照明光学系３に入射する。
また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モータ５によっ
て露光光ＩＬ１の光路の閉鎖及び開放を行うシャッター
（例えば４枚羽根のロータリーシャッター）４を配置す
る。尚、露光光ＩＬ１としては、水銀ランプ１等の輝線
（ｉ線等）の他に、ＫｒＦエキシマレーザ若しくはＡｒ
Ｆエキシマレーザ等のレーザ光、又は金属蒸気レーザや
ＹＡＧレーザの高調波等を用いても構わない。 照明光
学系３から射出されたウエハのレジスト層を感光させる
波長域の露光光ＩＬ１は、その大部分がビームスプリッ
ター６を透過し、この透過光が第１リレーレンズ７、可
変視野絞り（レチクルブラインド）８及び第２リレーレ
ンズ９を通過してミラー１０に至り、ここでほぼ垂直に
下方に反射された後、メインコンデンサーレンズ１１を
通過してレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照
度で照明する。レチクルブラインド８の配置面はレチク
ルＲのパターン形成面と共役関係（結像関係）にある。

【００１２】レチクルＲは、モータ１５によって投影光
学系１６の光軸方向に微動可能で、且つ水平面内で２次
元的な移動及び微小回転が可能なレチクルステージ１２
に載置されている。レチクルステージ１２の端部にはレ
ーザ光波干渉測長器（干渉計）１３からのレーザビーム
を反射する移動鏡１３ｍが固定されており、レチクルス
テージ１２の２次元的な位置は干渉計１３によって、例
えば0.01μｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル
Ｒ上にはレチクルアライメント系（不図示）が配置さ
れ、これらレチクルアライメント系は、レチクルＲの外
周付近に形成された２組のアライメントマークを検出す
るものである。レチクルアライメント系からの検出信号
に基づいてレチクルステージ１２を微動させることで、
レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一
致するように位置決めされる。 さて、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡを通過した露光光ＩＬ１は、両側テレセ
ントリックな投影光学系１６に入射し、投影光学系１６
はレチクルＲの回路パターンの投影像を１／５に縮小し
て、表面にフォトレジスト層が形成され、その表面が投
影光学系１６の結像面とほぼ一致するように保持された
ウエハＷ上の１つのショット領域に重ね合わせて投影
（結像）する。

【００１３】図３はウエハＷ上にウエハＷ上の座標系
（ｘ，ｙ）に沿って配列されたショット領域ＥＳ１〜Ｅ
ＳＮを示し、各ショット領域ＥＳｉに隣接するストリー
トラインにはそれぞれＸ方向用のウエハマークＭｘｉ及
びＹ方向用のウエハマークＭｙｉが形成されている。ウ
エハマークＭｘｉはＸ方向に所定ピッチで配列されたマ
ルチマークであり、ウエハマークＭｙｉはＹ方向に所定
ピッチで配列されたマルチマークである。また、本例で
は、アライメントを例えばエンハンスト・グローバル・
アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式でアライ
メントを行う。このＥＧＡ方式では、それらショット領
域ＥＳｉから予め選択されたショット領域（以下、「サ
ンプルショット」という）ＳＡ１〜ＳＡ９についてのみ
オフ・アクシスのアライメントセンサーでウエハマーク
の位置を検出し、その検出結果を統計処理することによ
り、全てのショット領域の計算上の配列座標を算出し、
この配列座標に基づいて位置合わせを行う。

【００１４】図１に戻り、ウエハＷは、微小回転可能な
ウエハホルダ（不図示）に真空吸着され、このホルダを
介してＺステージ１７上に載置され、Ｚステージ１７は
ＸＹステージ１８上に載置されている。装置全体の動作
を制御する主制御系１４は、モータ２１によりＸＹステ
ージ１８をステップ・アンド・リピート方式で駆動する
ことにより、ウエハＷを２次元移動させ、Ｚステージ１
７によりウエハＷを投影光学系１６の光軸に平行なＺ方
向に位置決めする。Ｚステージ１７内には、ウエハＷの
傾斜量補正（レベリング）を行うレベリングステージ１
７ｌも組み込まれている。ウエハＷ上の１つのショット
領域に対するレチクルＲの転写露光が終了すると、ウエ
ハステージＷＳ内のＸＹステージ１８によりウエハＷは
次のショット位置までステッピングされる。Ｚステージ
１７の端部には干渉計２０からのレーザビームを反射す
る移動鏡２０ｍが固定され、Ｚステージ１７の２次元的
な位置は干渉計２０によって、例えば0.01μｍ程度の分
解能で常時検出される。

【００１５】また、Ｚステージ１７上にはベースライン
計測時等で用いられる基準マークが形成されたガラス基
板よりなる基準部材１９が、その表面の高さがウエハＷ
の露光面の高さとほぼ一致するように設けられている。
本例では、Ｚステージ１７でＺ方向の位置を変えて、基
準部材１９上の基準マークを後述のオフ・アクシスのア
ライメントセンサー２７で観測し、撮像された基準マー
ク像のコントラストが最も高くなる位置から、そのアラ
イメントセンサー２７のベストフォーカス位置を求め
る。その基準部材１９上の基準マークとしては、ウエハ
マークと同様のマルチマーク等が使用できる。

【００１６】また、基準部材１９上の基準マークの位置
をアライメントセンサー２７により検出し、次にＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式の観察系（不図示）により
投影光学系１６を介してその基準マークの位置を検出す
ることにより、投影光学系１６の光軸とアライメントセ
ンサー２７の光軸とのずれ量であるベースライン量を求
める。アライメントセンサー２７でウエハＷ上の或るウ
エハマークの位置を検出し、その検出結果にそのベース
ライン量を加算することにより、そのウエハマークの属
するショット領域を投影光学系１６による露光フィール
ド内に位置合わせすることができる。

【００１７】図１に示すように、投影光学系１６の結像
特性を調整するための結像特性補正部２２も設けられて
いる。本実施例における結像特性補正部２２は、投影光
学系１６を構成する一部のレンズエレメント、特にレチ
クルＲに近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ
素子等の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対し
て平行移動又は傾斜）することで、投影光学系１６の結
像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正する
ものである。これに関して、投影光学系１６の結像特
性、例えば結像面の位置（焦点位置）は、周囲の大気
圧、温度、及び投影光学系１６に対する露光光の照射時
間（正確には露光光吸収に伴う熱蓄積量）等によっても
変化する。同様に、アライメントセンサー２７のベスト
フォーカス位置も大気圧及び温度により変化する。

【００１８】そこで、投影光学系１６とアライメントセ
ンサー２７との中間位置に環境センサー２３を配置し、
この環境センサー２３で大気圧及び温度を常時計測し、
計測結果を主制御系１４に供給する。主制御系１４は、
大気圧及び温度の計測結果より、予め実験的に求めてあ
る計算式を用いて、投影光学系１６の結像特性の変化量
及び結像面の位置の変化量を求め、並行してアライメン
トセンサー２７のベストフォーカス位置の変化量を求め
る。投影光学系１６の結像特性の変化については、主制
御系１４は結像特性補正部２２によって補正を行う。ま
た、投影光学系１６の結像面の位置の変化及びアライメ
ントセンサー２７のベストフォーカス位置の変化に対し
ては、後述のように主制御系１４はＺステージ１７を動
作させて露光時及びマーク位置検出時でそれぞれウエハ
Ｗのフォーカス位置を独立に設定することにより対応す
る。主制御系１４は、フォーカス計測値やフォーカス計
測したＸＹ座標、そしてウェハＷの傾斜補正を行うかど
うかの判断に使用する傾斜量の許容値を記憶する事が可
能となっている。

【００１９】また、ビームスプリッター６で反射された
露光光ＩＬ１を集光レンズ２４を透過して光電検出器２
５で受光し、光電検出器２５の光電変換信号を主制御系
１４に供給する。予め光電検出器２５での受光量とウエ
ハＷの露光面での露光エネルギーとの関係が求められて
おり、主制御系１４は光電検出器２５の光電変換信号を
積算することによりウエハＷの積算露光量をモニターす
ることができ、これにより露光時間の制御を行う。同時
にその積算露光量から、投影光学系１６を通過する露光
光の光量も分かるため、主制御系１４は光電検出器２５
の光電変換信号の積算結果より、投影光学系１６の結像
特性の変化量及び投影光学系１６の結像面の位置の変化
量を求め、上述の方法で補正を行う。

【００２０】また、本例の投影露光装置には、ウエハＷ
の露光面の位置を計測するためのＡＦセンサーが設けら
れている。そのＡＦセンサー、Ｚステージ１７及び主制
御系１４によりオートフォーカスが行われる。図１に示
すように、ＡＦセンサーは投影光学系１６の側面に配置
された送光系４２ａ及び受光系４２ｂより構成されてい
る。

【００２１】図２は、図１のＡＦセンサーを拡大して示
し、この図２において、ＡＦセンサーは送光系４２ａ
（照明系４３〜集光対物レンズ４５）と受光系４２ｂ
（集光対物レンズ４６〜光電検出器５０）とより構成さ
れ、送光系４２ａにおいて、照明系４３の前面にはスリ
ットパターンよりなる開口パターンが形成されている。
その開口パターンを通過した検出光（例えばウエハＷ上
のフォトレジストに対して非感光性の光）ＩＬ３が、ミ
ラー４４及び集光対物レンズ４５を介して投影光学系１
６の光軸ＡＸに斜めに入射し、投影光学系１６の投影視
野内のウエハＷの露光面（又は基準部材１９の表面等）
に照射され、その露光面上にスリットパターン像が結像
投影される。そして、その露光面で反射された検出光
が、受光系４２ｂの受光対物レンズ４６、傾斜角可変の
ミラー４７、結像レンズ４８及び振動スリット４９を経
て光電検出器５０の受光面のスリット状の開口上にスリ
ットパターン像を再結像する。その開口を通過した光を
光電変換して得た検出信号が主制御系１４内で振動スリ
ット４９の駆動信号で同期整流されて、フォーカス信号
が得られる。

【００２２】この場合、ウエハＷの露光面でのスリット
パターン像の長手方向は図２の紙面に垂直な方向であ
り、ウエハＷの露光面がＺ方向に変位すると、光電検出
器５０の受光面でのスリットパターン像はＸ方向に変位
する。従って、光電検出器５０から出力されるフォーカ
ス信号は、所定の範囲内でウエハＷの露光面のフォーカ
ス位置に対してほぼリニアに変化する信号になるため、
そのフォーカス信号からウエハＷの露光面のフォーカス
位置を検出することができる。また、受光系４２ｂ内の
ミラー４７を図２の紙面に垂直な軸を中心に回転するこ
とにより、光電検出器５０の受光面でのスリットパター
ン像の位置がＸ方向に変位する。主制御系１４が、駆動
部５１によってミラー４７の傾斜角を設定する。後述の
ように、投影光学系１６の最良結像面のＺ方向の位置
（結像面の位置）を求めたときに、例えばウエハＷの露
光面をその結像面の位置に設定した状態で、ミラー４７
を傾斜させて、光電検出器５０の受光面の開口の中心に
スリットパターン像の中心を合致させる。これはフォー
カス信号を例えばゼロクロス点に設定することを意味す
るが、これによりＡＦセンサーのキャリブレーションが
行われる。

【００２３】次に、図１の投影光学系１６の側面には、
プリズムミラー２６と共に、オフ・アクシス方式のアラ
イメントセンサー２７が配置されている。このアライメ
ントセンサー２７において、ハロゲンランプ２８からの
照明光ＩＬ２は集光レンズ２９により光ファイバー３０
に入射し、光ファイバー３０の他端から射出された照明
光ＩＬ２は、レンズ系３１、ハーフプリズム３２及び対
物レンズ３３を介してプリズムミラー２６に入射し、プ
リズムミラー２６で反射された照明光がウエハＷ上のウ
エハマークをほぼ垂直に照射する。 ウエハＷ上のウエ
ハマークからの反射光は同じ経路を戻ってプリズムミラ
ー２６、対物レンズ３３を介してハーフプリズム３２に
達し、ハーフプリズム３２で反射された光が、結像レン
ズ３４を経て指標板３５上にウエハマークの像を結像す
る。この指標板３５にはＸ方向用の指標マーク３５ａ，
３５ｂ（図４参照）及びＹ方向用の指標マークが形成さ
れている。この指標マーク３５ａ，３５ｂは図４に示す
ように、Ｙ方向と共役な方向に伸びた直線状パターンが
Ｘ方向と共役な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。

【００２４】図１において、この指標板３５は対物レン
ズ３３と結像レンズ３４とによってウエハＷとほぼ共役
に配置される。従って、ウエハＷ上のウエハマークの像
は指標板３５上に結像され、指標板３５からの光がリレ
ー系３６、ミラー３７、リレー系３８及びハーフプリズ
ム３９を介して、それぞれ２次元ＣＣＤカメラ等よりな
る撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面に達する。撮像素
子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面にはそれぞれウエハマーク
の像と指標マークの像とが結像される。そして、撮像素
子４０Ｘ及び４０Ｙからの撮像信号に基づいて、信号処
理系４１が指標板３５上の指標マークとウエハマークと
の位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量を主制御系１４
に供給する。この際に、撮像素子４０Ｘの走査線の方向
はＸ方向と共役であり、撮像素子４０Ｙの走査線の方向
はＹ方向と共役である。そこで、図３のＸ方向用のウエ
ハマークＭｘｉの位置検出は撮像素子４０Ｘの撮像信号
に基づいて行い、Ｙ方向用のウエハマークＭｙｉの位置
検出は撮像素子４０Ｙの撮像信号に基づいて行う。この
ように指標マークを用いるのは撮像素子４０Ｘ及び４０
Ｙ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。

【００２５】図１では図示していないが、レンズ系３１
内のウエハＷとほぼ共役な位置に照明視野絞りが設けら
れている。この視野絞りはウエハＷ上での照明領域を規
定する。ハーフプリズム２６の直下に図３のサンプルシ
ョットＳＡ１に付設されたＸ方向用のウエハマークＭｘ
ｊがある場合に、図１の撮像素子４０Ｘで観察されるそ
の照明領域に相当する部分の様子を図４（ａ）に示す。
ウエハＷ上の照明領域５５は、ウエハマークＭｘｊに対
応する領域５５ｃとウエハマークＭｘｊ近傍での指標板
３５上の指標マーク３５ａ，３５ｂに実質的に対応する
領域５５ａ，５５ｂとで構成されている。この領域５５
ａ，５５ｂ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５５ａ，５５ｂのウエハからの戻り光を利
用して指標板３５上の指標マーク３５ａ，３５ｂを透過
照明しているからである。 従って、指標マーク３５
ａ，３５ｂ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５５ａ，５５
ｂ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５
５ａ，５５ｂ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。 このときの
ウエハマークＭｘｊ、指標マーク３５ａ，３５ｂに対応
する撮像素子４０Ｘからの撮像信号ＳＸを図４（ｂ）に
示す。ここで、縦軸は信号の強度を表し、横軸は図１の
ＸＹステージ１８のＸ方向の走査位置を表している。図
４（ｂ）に示すように、撮像素子４０Ｘからの撮像信号
は、指標マーク３５ａ，３５ｂ位置やウエハマークＭｘ
ｊ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方向にもウエハアライメント
マーク，指標マークが設けられており、撮像素子４０Ｙ
はＹ方向のマークを検出する。

【００２６】ここで、本発明における第１の実施例につ
いて説明する。通常のアライメントシーケンスは、３個
のショット領域（サーチショット）をマーク位置検出し
て、±２μｍ程度に粗く追い込むサーチアライメントを
行った後、±０．１μｍ程度以下に追い込むファインア
ライメントを行う。この時、サーチアライメントの前に
ＡＦセンサーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォ
ーカス位置を求め、フォーカス位置を求めたその数点の
ＸＹ座標位置とから最小二乗法などを利用してウェハＷ
のＺ方向（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に
対する傾斜量を測定する。

【００２７】ウェハＷの傾斜量を求めるためのフォーカ
ス計測位置は、ウェハＷ上の任意の３点で計測すれば求
められるが、例えばサーチアライメントを行う３個のシ
ョット領域の各ショット中心で行なってもよく、又、サ
ーチショットのマーク位置（ＭｘｉまたはＭｙｉ）上で
計測してもかまわない。サーチアライメント及び／また
はファインアライメントを行う際は、アライメントマー
クのＸＹ座標、測定した傾斜量、及び傾斜量測定時に求
めたフォーカス位置からＺステージを上下させてアライ
メントマークをアライメントセンサー２７のベストフォ
ーカス位置付近でマーク位置検出を行う様にすればよ
い。

【００２８】サーチアライメント時にフォーカス位置合
せをアライメントマーク位置で行ってマーク位置検出を
行い、その時に計測したフォーカス位置により傾斜量を
求めておき、ファインアライメント時にその傾斜量に合
せてＺステージを上下させてマーク位置検出を行うこと
にしてもよい。また、前もってマーク位置にてフォーカ
ス計測したショットがファインアライメントショットと
重なっている場合にはそのショットのフォーカス位置を
記憶しておき、傾斜量に応じてＺステージを移動させる
のではなくその記憶しておいたフォーカス位置にＺステ
ージを移動させるだけでマーク位置検出を行なうように
することも可能である。

【００２９】さらに、本発明における第２の実施例につ
いて説明する。ウェハＷの傾斜量を測定する方法は第１
の実施例と同様にサーチアライメントの前にＡＦセンサ
ーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォーカス位置
を求め、フォーカス位置を求めたその数点のＸＹ座標位
置とから最小二乗法などを利用してウェハＷのＺ方向
（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に対する傾
斜量を測定する。

【００３０】このウェハＷの傾斜量をレベリングによっ
て取り除き、マーク位置検出を行う前に１度、ウェハＷ
上の任意の位置でフォーカスをアライメントセンサー２
７のベストフォーカス位置に合せておけば、すべてのア
ライメントショットにおいて、それぞれのマーク位置検
出前にフォーカス合せを行う事なく、マーク位置検出を
行うことができる様になる。 ウェハ傾斜量の補正は、
サーチアライメント時に計測したフォーカス位置により
ウェハ傾斜量を求め、ファインアライメント前にレベリ
ングにより補正を行なってもよく、または、逆にサーチ
アライメントショットの３個のショットにおいてフォー
カス位置だけ最初に計測し、ウェハＷの傾斜量を求め、
レベリングを行なった後にサーチアライメントを行なっ
てもよい。

【００３１】傾斜を取り除いたあとにアライメントセン
サー２７のベストフォーカス位置にＺステージを上下さ
せることで、フラットな状態のウエハをアライメントセ
ンサー２７のベストフォーカス位置に合わせることがで
き、アライメントマーク毎にフォーカスを合せることな
くマーク位置検出をすることが可能となる。アライメン
トセンサー２７のベストフォーカス面にウェハ位置合せ
する時は、アライメントセンサー２７のベストフォーカ
ス面と投影光学系１６のベストフォーカス面が異なる場
合、ＡＦセンサーの傾斜角可変のミラー４７をフォーカ
スをかけた時にアライメントセンサー２７のベストフォ
ーカス面にウェハＷがＺ方向に移動するように傾斜させ
てからフォーカスをかけることにしてもよい。また、投
影光学系１６のベストフォーカス面にウェハＷを合せ、
予め計測しておいたアライメントセンサー２７のベスト
フォーカス面と投影光学系１６のベストフォーカス面の
差だけＺステージ１７を上下させてもよい。いずれにし
てもＡＦセンサーを使用してアライメントセンサー２７
のベストフォーカス面にウェハＷの露光面が移動できれ
ばよい。

【００３２】次に、本発明における第３の実施例につい
て説明する。ウェハＷの傾斜量を測定する方法は第１、
第２の実施例と同様にサーチアライメントの前にＡＦセ
ンサーにてウェハＷ上の数点（３点以上）のフォーカス
位置を求め、フォーカス位置を求めたその数点のＸＹ座
標位置とから最小二乗法などを利用してウェハＷのＺ方
向（投影光学系１６の光軸ＡＸに平行な方向）に対する
傾斜量を測定する。

【００３３】その傾斜量が予め主制御系１４に定めてあ
る設定値以上であれば、そのウェハＷはすべてのアライ
メントショットにてフォーカスをかける毎ショットフォ
ーカスモードでマーク位置検出を行い、設定値以下であ
ればマーク位置検出時にフォーカスをかけないノンフォ
ーカスモードでマーク位置検出を行う様にする。ノンフ
ォーカスモードで行う場合は再びウェハＷのセンター付
近のショットでフォーカスをかけなおしてもいいし、フ
ォーカス計測を行なった最後のショットのフォーカスに
あわせてもいい。またはフォーカス計測をした平均値に
Ｚステージをあわせてもよい。毎ショットフォーカスモ
ードで行う場合、前もってフォーカスを測ったショット
がファインアライメントショットと重なっている場合に
は、そのショットはフォーカス計測した値を記憶してお
いて、その値を使ってもよい。傾斜を求めるかわりにＺ
ステージのレンジ（そのウェハのＺ方向の範囲）を求め
て判断してもよい。傾斜やレンジの判断基準となる設定
値は、そのセンサのテレセン値や要求する精度から決め
ていくといい。

【００３４】この第３の実施例は前に述べてある第１・
第２の実施例において合せて適用させることも可能であ
る。第１の実施例では、傾斜量が設定値以上であれば傾
斜量に合せてマーク位置がアライメントセンサー２７の
ベストフォーカス位置付近にくるようにＺステージを上
下させ、設定値以下の場合、アライメントセンサー２７
のベストフォーカス位置に合せる動作を行なわない。ま
た、第２の実施例に適用する場合は、傾斜量が予め記憶
されてた設定値以上であれば傾斜量を補正するように
し、設定値以下であれば傾斜量を補正せずアライメント
マーク位置でフォーカスを合せることをしないでマーク
位置検出を行う。 なお、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、アライメントショット
の全てででフォーカス計測をしないので、スループット
をあまり低下させることなくウェハを高精度でアライメ
ントすることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す構
成図である。

【図２】図１のＡＦセンサーを示す構成図である。

【図３】実施例で露光対象とするウエハのショット配列
を示す平面図である。

【図４】（ａ）は撮像素子で観察されるウエハマーク及
び指標マークを示す図、（ｂ）は図４（ａ）に対応する
撮像信号を示す波形図である。

【図５】傾斜を持ったウェハのマーク位置検出時のアラ
イメントセンサーのベストフォーカス位置とウェハ面が
ずれていることを示す要部の側面図

【符号の説明】

１ 光源 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ １４ 主制御系 １６ 投影光学系 ２２ 結像特性補正部 ２３ 環境センサー ２５ 光電検出器 ＥＳ１〜ＥＳＮ ショット領域 Ｍｘｉ Ｘ方向用のウエハマーク Ｍｙｉ Ｙ方向用のウエハマーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
   指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
   光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
   基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
   隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
   れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
   系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
   基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
   マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
   めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
   において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
   のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
   と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
   ステージ上に載置された基板の傾斜量を求める傾斜量測
   定手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
   前記ステージを位置決めする際、予め前記フォーカス位
   置検出手段によって求められた前記基板上の任意の位置
   におけるフォーカス位置、前記傾斜量測定手段により求
   められた基板傾斜量、及び前記基板上のマークの配置情
   報に基づいて、前記マークと前記マーク検出系との間隔
   を所定の値にするのに必要な高さ調整手段の移動量を算
   出する演算手段とを備え、 前記マーク検出系のマーク検出時のフォーカス合せを可
   能とした投影露光装置。
2. 【請求項２】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
   指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
   光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
   基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
   隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
   れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
   系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
   基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
   マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
   めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
   において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
   のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
   と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
   ステージ上に載置された前記基板の傾斜量を求める傾斜
   量測定手段と、 前記基板の表面が前記投影光学系の光軸を基準にして前
   記基板を傾斜させる前記基板ステージ上に配設された基
   板傾斜補正手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
   前記ステージを位置決めする際、前記傾斜量補正手段に
   より求めた傾斜量から前記基板傾斜補正手段により前記
   基板が前記投影光学系の光軸に垂直になるように補正
   し、前記フォーカス位置検出手段と前記高さ調整手段に
   より前記マークと前記マーク検出系との間隔を所定の値
   になるように前記基板を上下させてから、前記基板上の
   前記位置合せ用のマークの位置を前記マーク検出系で検
   出する動作を制御する制御手段とを有する投影露光装
   置。
3. 【請求項３】 前記傾斜量測定手段により求められた前
   記基板の傾斜量と予め記憶された前記基板の傾斜量の許
   容値とを比較する比較手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
   前記ステージを位置決めする際、前記比較手段によって
   前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
   が大きい時、前記マークと前記マーク検出系との間隔を
   所定の値になるように前記フォーカス位置検出手段と前
   記高さ調整手段を制御して、前記基板を上下させる動作
   を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項第３項
   記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 マスク上のパターンを感光性の基板上の
   指定された被露光領域に投影する投影光学系と、該投影
   光学系の光軸に垂直な面内で前記基板の位置決めを行う
   基板ステージと、前記投影光学系の投影視野から所定間
   隔だけ離して配設され、前記基板上の所定位置に形成さ
   れた位置合わせ用のマークの位置を検出するマーク検出
   系とを有し、該検出されたマークの位置に基づいて前記
   基板ステージを移動させ前記基板上の被露光領域と前記
   マスクとの位置合わせを行う投影露光装置において、 前記投影光学系の光軸に平行な方向に前記基板を位置決
   めする高さ調整手段と、 前記投影光学系の投影視野内
   において前記基板の前記投影光学系の光軸に平行な方向
   のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出手段
   と、 前記投影光学系の光軸と垂直な面を基準として前記基板
   ステージ上に載置された基板の傾斜量を求める傾斜量測
   定手段と、 前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
   と予め記憶された前記基板の傾斜量の許容値とを比較す
   る比較手段と、 前記マーク検出系によって前記マークを検出するように
   前記ステージを位置決めする際、前記比較手段によって
   前記傾斜量測定手段により求められた前記基板の傾斜量
   が大きいと判断された時、前記マークと前記マーク検出
   系との間隔を所定の値になるように前記フォーカス位置
   検出手段と前記高さ調整手段を制御して前記基板を上下
   させる動作を行う制御手段を備えた投影露光装置。