JPH07263321A

JPH07263321A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH07263321A
Application number: JP5632494A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: KR950034538A; JP3379200B2; US6219130B1; KR100400893B1; US6100987A

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハマーク上に波長別の透過率分布特性の
異なる感光材料又は被膜が配されている場合でも、その
ウエハマークの位置を正確に検出する。【構成】光ファイバ２１から射出された照明光を波長
選択フィルタ板２２、ＮＤフィルタ板２３、コリメータ
レンズ系２４、及び対物レンズ３０等を介してウエハマ
ーク３２Ｘ上に照射し、ウエハマーク３２Ｘからの反射
光を、対物レンズ３０、ビームスプリッター２５、結像
レンズ系３３等を介して指標板３４上に導き、指標板３
４上の指標マーク及びウエハマークの像を撮像素子３９
Ｘ上にリレーする。ウエハＷ上のフォトレジストの吸収
帯を避けるように、波長選択フィルタ板２２を介して照
明光の波長帯を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出装置に関し、
特に半導体素子や液晶ディスプレイ等をフォトリソグラ
フィ工程で製造する際に使用される露光装置において、
半導体素子やガラスプレート等の基板上のアライメント
マークの位置をフォトレジスト等の感光材料を通して光
電検出するアライメント装置に適用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ステッパー、又はステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置のような露光装置において
は、転写用のパターンが形成されたレチクル（又はフォ
トマスク等）と、フォトレジストが塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等）との位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行うためのアライメント装置が設けられ
ている。斯かるアライメントを高精度に行うためには、
先ずウエハ上のアライメントマーク（ウエハマーク）の
位置を正確に検出する必要がある。

【０００３】これに関して、露光及びその後のプロセス
等によりウエハの表面の荒れの程度が変化すると共に、
ウエハ上の層（レイア）によってウエハマークと周辺の
下地との段差が異なる場合があるため、単一のアライメ
ント系で全てのウエハマークの位置を正確に検出するの
は困難である。そこで、従来より用途に応じて次のよう
なアライメント系が使用されている。

【０００４】ＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメン
ト）方式のアライメント系：これはレーザビームをウエ
ハマークに照射し、回折・散乱された光を利用してその
ウエハマークの位置を計測する系であり、従来より種々
のプロセスウエハに幅広く使用されているものである。ＦＩＡ（Field Image Alignment ）系：これはハロゲ
ンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明した
ウエハマークの拡大像を撮像素子（ビジコン管やＣＣ
Ｄ）で撮像し、得られた撮像信号を画像処理して位置計
測を行うセンサであり、アルミニウム層やウエハ表面の
非対称なマークの計測に効果的である。ＦＩＡ系は例え
ば特開平４−２７３２４６号公報に開示されている。

【０００５】ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignm
ent ）系：これは回折格子状のウエハマークに、周波数
を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した
２つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相からウエハ
マークの位置情報を検出するセンサである。このＬＩＡ
系は、低段差のウエハマークや表面荒れの大きいウエハ
に効果的であり、ＬＩＡ系の検出原理は、特開昭６２−
５６８１８号公報、特開平２−１１６１１６号公報等に
開示されている。

【０００６】従来は、このような種々のアライメント系
を用途に応じて使い分けていた。また、露光装置で扱う
ウエハでは、通常ウエハ全面に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、アラ
イメント用の照明光又はレーザビームとして単色光を使
用すると、その単色光による干渉縞が生じ、これがウエ
ハマークの位置検出時に誤検出の原因となる。そこで、
フォトレジストによる干渉現象を低減させるために、ア
ライメント用の照明光は多波長化、あるいは広帯域化が
行われている。

【０００７】例えば撮像方式であるＦＩＡ系において、
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（フォトレジストへの感光域
を除く）にすると、フォトレジストの表面とウエハの表
面とで反射した光同士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、ＦＩＡ系では照明
光を白色化（広帯域化）すると共に、結像光学系を色消
ししておくだけで、フォトレジスト層に影響されずに極
めて高精度に位置検出を行うことができる。

【０００８】この場合、フォトレジストとして、従来は
露光波長域である紫色〜紫外域以外の光に対して透過率
が高いものが使用されていたため、アライメント用の照
明光としてはフォトレジストを感光させないように赤色
〜近赤外の波長帯の光が主に使われていた。そのため、
その照明光の波長幅を例えば３００ｎｍとした場合で
も、６５０ｎｍ付近を中心波長として露光波長に近い波
長はフォトレジストへの感光を避けるため使わないよう
にしていた。

【０００９】また、例えばＬＩＡ系においても、互いに
波長の異なる複数対のレーザビームを回折格子状のウエ
ハマークに照射することにより、フォトレジスト層にお
ける薄膜干渉の影響を低減させる技術が提案されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のア
ライメント系では、赤色〜近赤外の波長域内でアライメ
ント用の照明光又はレーザビームの帯域幅を広げるか、
又は多色化することにより、フォトレジスト層での干渉
の影響を低減させていた。ところが、最近例えばカラー
液晶パネル等を製造する際に、赤色〜近赤外の波長域内
でも透過率が小さいフォトレジストが使用される場合が
生ずると共に、赤色〜近赤外の波長域内で透過率が小さ
い被膜を通してウエハマークの位置を検出する必要が生
じている。

【００１１】即ち、例えばカラー液晶パネルを製造する
工程には、フォトレジストとして赤色、緑色、青色、又
は黒色等に着色されたフォトレジスト（以下、「カラー
レジスト」と呼ぶ）を使用する場合があると共に、赤
色、緑色、又は青色等のカラーフィルタを使用する場合
もある。このようにカラーレジスト又はカラーフィルタ
を使用する場合でも、重ね合わせ露光を行うときには、
カラーレジスト又はカラーフィルタの下のウエハマーク
の位置を検出する必要がある。

【００１２】しかしながら、アライメント系からの照明
光として赤色〜近赤外の光を使用するときに、例えば青
レジスト又は青色フィルタを使用する場合には、赤色〜
近赤外の光が吸収されてしまうため、位置検出ができな
いという不都合がある。従って、従来のように赤色〜近
赤外の光をアライメント用の光として使用する場合に
は、使用されるカラーレジスト又はカラーフィルタの色
によっては吸収が起こり、ウエハマークの位置検出がで
きないという不都合が生ずる。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、感光性の基板上
の位置合わせ用のマーク上に波長選択性を有する膜、即
ち波長別の透過率分布特性の異なる感光材料又は被膜が
配されている場合でも、その位置合わせ用のマークの位
置を正確に検出できる位置検出装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出装置は、例えば図１に示すように、マスクパターン
（Ｒ）を感光材料が塗布された基板（Ｗ）上に露光する
露光装置に設けられ、その基板上に形成された位置合わ
せ用のマーク（３２Ｘ）の位置を波長選択性を有する膜
（青レジスト、又は青色フィルタ等）を介して検出する
装置において、その基板上の位置合わせ用のマーク（３
２Ｘ）にその波長選択性を有する膜を通して位置検出用
の光を照射する送光系（２０，２１，２４，２５，３
０，３１）と、その波長選択性を有する膜の波長別の透
過率特性（分光感度）に応じて位置合わせ用のマーク
（３２Ｘ）に照射される位置検出用の光の波長域を調整
する波長可変手段（２２，２６）と、位置合わせ用のマ
ーク（３２Ｘ）からの光を検出する受光系（３１，３
０，２５，３３〜３９Ｘ）と、を有し、その受光系から
出力される光電変換信号に基づいて位置合わせ用のマー
ク（３２Ｘ）の位置を検出するものである。

【００１５】この場合、複数の波長選択性を有する膜の
波長別の透過率特性を記憶した記憶手段（２９）と、基
板（Ｗ）上に配されている波長選択性を有する膜の種類
を入力する入力手段（１８）と、を設け、この入力手段
から入力された膜の種類について記憶手段（２９）に記
憶されている波長別の透過率特性に基づいて、マニュア
ル方式で波長可変手段（２２，２６）がその位置検出用
の光の波長域を調整するようにしてもよい。

【００１６】また、その受光系から出力される光電変換
信号の強度を検出する光強度検出手段（４１）と、波長
可変手段（２２，２６）を介してその位置合わせ用のマ
ークに照射される光の波長域を種々に変えた場合に、光
強度検出手段（４１）で検出される強度に基づいてその
波長選択性を有する膜に適したその位置検出用の光の波
長域を求める制御手段（１６）と、を設け、この制御手
段により求めた波長域の光を波長可変手段（２２，２
６）を介して自動的に選択するようにしてもよい。

【００１７】また、波長可変手段（２２，２６）は、そ
の波長選択性を有する膜の波長別の透過率特性に応じて
その位置合わせ用のマークに照射される位置検出用の光
の強度をも調整することが望ましい。

【００１８】また、本発明の第２の位置検出装置は、例
えば図１に示すように、マスクパターン（Ｒ）を感光材
料が塗布された基板（Ｗ）上に転写する露光装置に設け
られ、基板（Ｗ）上に形成された位置合わせ用のマーク
（３２Ｘ）の位置を波長選択性を有する膜を介して検出
する装置において、基板（Ｗ）上の位置合わせ用のマー
ク（３２Ｘ）に、その露光装置で使用される複数の波長
選択性を有する膜のそれぞれを透過する広帯域の光を照
射する送光系（２０，２１，２４，２５，３０，３１）
と、位置合わせ用のマーク（３２Ｘ）からの光を検出す
る受光系（３１，３０，２５，３３〜３９Ｘ）と、基板
（Ｗ）上の波長選択性を有する膜の種類に応じて、その
受光系から出力される光電変換信号の強度を変化させる
調整手段（２３，２７）と、を有し、その受光系から出
力される光電変換信号に基づいて位置合わせ用のマーク
（３２Ｘ）の位置を検出するものである。

【００１９】この場合、その調整手段の一例は、その送
光系から照射される広帯域の光の内、基板（Ｗ）上の波
長選択性を有する膜を透過可能な波長域の光に対するそ
の波長選択性を有する膜の透過率に応じて、基板（Ｗ）
に照射されるその広帯域の光の強度を変化させる光強度
可変手段（２８）を有するものである。

【００２０】

【作用】斯かる本発明の第１の位置検出装置によれば、
通常の半導体素子等を製造する場合には、感光材料とし
て通常の赤色〜近赤外で透過率が大きいフォトレジスト
が使用され、それ以外には位置検出用の光を吸収する恐
れのある膜は使用されない。そこで、波長可変手段（２
２，２６）では、位置合わせ用のマークに照射される光
の波長域を通常の赤色〜近赤外域に設定する。一方、例
えばカラー液晶ディスプレイ等を製造する場合で、感光
材料として青色で透過率が大きく赤色付近では透過率が
小さいフォトレジスト（青レジスト）が使用される場
合、又は青色フィルタを通して位置合わせ用のマーク
（３２Ｘ）の位置を検出する必要がある場合には、波長
可変手段（２２，２６）では、位置合わせ用のマークに
照射される光の波長域を青色付近に設定する。これによ
り、位置検出用の光により感光材料を感光させることな
く、且つ位置合わせ用のマークの位置を正確に検出でき
る。

【００２１】この場合、波長選択性を有する膜の波長別
の透過率特性の判別方法には、マニュアルでオペレータ
が膜の種類を入力する方法の他に、位置検出用の光の波
長を変えた場合に位置合わせ用のマークから戻される光
の強度を検出し、例えばその戻される光の強度が最大に
なるように自動的に波長域を設定する方法がある。ま
た、波長可変手段が位置検出用の光の強度をも調整する
場合には、受光手段で受光される光の強度を最適化で
き、より高いＳＮ比で位置検出を行うことができる。

【００２２】また、本発明の第２の位置検出装置によれ
ば、予めこの位置検出装置が装着される露光装置は、基
板（Ｗ）上に例えば２種類のカラーレジスト（青レジス
ト、又は緑レジスト等）の何れかが塗布される場合に対
する専用機としておく。そして、送光系からはそれら２
種類のカラーレジストの透過率が高い波長帯を含む広帯
域の照明光を基板（Ｗ）上の位置合わせ用のマークに照
射する。この場合、実際に基板（Ｗ）上に塗布されてい
るカラーレジストの種類に応じて反射光の光強度が変化
するため、調整手段を用いて受光系からの光電変換信号
の強度を最適化する。これにより、その位置合わせ用の
マーク上にそれら２種類のカラーレジストの何れが配さ
れている場合でも、その位置合わせ用のマークの位置を
正確に検出できる。

【００２３】また、受光系からの光電変換信号の強度の
最適化には、電気系で処理する方式と、基板上の光透過
性を有する膜の透過率に応じて光強度自体を変化させる
方式とがあるが、光強度可変手段により光強度を変化さ
せる方式では、波長選択性を有する膜の透過率が大きく
異なる場合でも容易に対応できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による位置検出装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本実施例は、投影露光
装置のアライメント系に本発明を適用したものである。
図１は、本実施例の投影露光装置を示し、この図１にお
いて、露光時には照明光学系１１からの露光光ＩＬが、
レチクルホルダ１２上に固定されているレチクルＲ上の
パターン領域ＰＡを均一な照度で照明し、そのパターン
領域ＰＡ内のパターンが投影光学系ＰＬを介して、フォ
トレジストが塗布されたウエハＷ（又はガラスプレー
ト）上の各ショット領域に投影露光される。このような
露光に先だって、パターン領域ＰＡの中心とウエハＷ上
の露光対象とするショット領域の中心との重ね合わせ
（アライメント）を正確に行う必要がある。

【００２５】ウエハＷはウエハステージ１３上に載置さ
れている。投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、
Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１
の紙面に垂直にＹ軸を取る。このとき、ウエハステージ
１３は、ウエハＷをＺ方向に微動させるＺステージ、ウ
エハＷの傾斜角を調整するレベリングステージ、及びウ
エハＷをＸ方向及びＹ方向に位置決めするＸＹステージ
等から構成されている。ウエハステージ１３上にはＬ字
型の移動鏡１４が固定され、移動鏡１４及び外部のレー
ザ干渉計１５によりウエハステージ１３のＸ座標及びＹ
座標が常時計測され、計測された座標が主制御系１６に
供給され、主制御系１６は供給された座標値等に基づい
て、駆動系１７を介してウエハステージ１３の移動座標
等を制御する。主制御系１６には、オペレータがフォト
レジストの種類等の情報や、各種コマンドを入力するた
めのキーボード１８が接続されている。

【００２６】また、ウエハＷ上の各ショット領域の位置
を検出するために、各ショット領域に位置合わせ用のＸ
軸用のウエハマーク、及びＹ軸用のウエハマークが付設
されている。図１では代表的に１つのＸ軸用のウエハマ
ーク３２Ｘのみを図示している。そして、露光前に、各
ウエハマークのレーザ干渉計１５により計測された座標
で定まるステージ座標系での座標をアライメント系１９
により検出し、これにより検出された座標値に基づいて
対応するショット領域の位置合わせ（アライメント）が
行われる。

【００２７】本実施例のウエハマーク３２Ｘは、Ｘ方向
に所定ピッチで形成された凹凸のライン・アンド・スペ
ースパターン（マルチパターン）であり（図２参照）、
Ｙ軸のウエハマークは、そのウエハマーク３２Ｘを９０
°回転させた形状である。これらのウエハマークはそれ
ぞれ、ウエハＷ上の各ショット領域の回りに設けられた
スクライブライン上に設けられている。

【００２８】これらウエハマークの位置を検出するのが
アライメント系であり、本実施例では、オフ・アクシス
方式で、且つＦＩＡ系、即ち画像処理方式のアライメン
ト系１９が使用される。図１において、ハロゲンランプ
２０からの照明光は光ファイバ２１を介してアライメン
ト系１９内に導かれ、光ファイバ２１の一端から射出さ
れた照明光が、波長選択フィルタ板２２及びＮＤフィル
タ板２３を経てコリメータレンズ系２４に入射する。波
長選択フィルタ板２２は、円板にそれぞれ透過する波長
帯が異なる複数の干渉フィルタを埋め込んだ構成であ
り、その円板を駆動モータ２６で回転することにより、
光ファイバ２１から射出される照明光中の所望の波長域
の光を選択できるようになっている。

【００２９】また、ＮＤフィルタ板２３は、円板に透過
率が所定範囲でほぼ連続的に変化する光学フィルタを形
成したものであり、その円板を駆動モータ２７を介して
回転することにより、波長選択フィルタ板２２を透過し
て来た照明光の強度を所定の範囲で所望の割合に減衰さ
せることができる。駆動モータ２６及び２７の回転角を
制御するのがアライメント光調整系２８であり、アライ
メント光調整系２８には主制御系１６、及びメモリ２９
が接続されている。メモリ２９には、多数のフォトレジ
ストの種類毎の波長別の透過率（分光感度）の情報、及
び色フィルタ等の波長別の透過率の情報が格納されてい
る。

【００３０】コリメータレンズ系２４によりほぼ平行光
束になった照明光ＡＬは、ハーフプリズム２５、対物レ
ンズ７を経てプリズムミラー３１で反射されてウエハＷ
上のウエハマーク３２Ｘ付近をほぼ垂直に照射する。ウ
エハマーク３２Ｘからの反射光は、入射時と同じ経路を
辿ってプリズムミラー３１、及び対物レンズ３０を介し
てハーフプリズム２５に戻り、ハーフプリズム２５で反
射された光が、結像レンズ３３を介して指標板３４上に
ウエハマーク３２Ｘの像を結像する。即ち、指標板３４
は対物レンズ３０と結像レンズ３３に関してウエハＷと
ほぼ共役に配置されている。この指標板３４上にはＸ軸
の指標マーク３５Ｘ、及びＹ軸の指標マーク（不図示）
が形成されている。Ｘ軸の指標マーク３５Ｘは、図２
（ａ）に示すようにＹ方向に伸びた２本の直線状パター
ンをＸ方向に所定の間隔で２組配列したものであり、こ
の指標マーク３５Ｘの間にＸ軸のウエハマーク３２Ｘの
像３２ＸＰが結像される。

【００３１】図１に戻り、指標板３４を透過した光が、
リレーレンズ系３６、リレーレンズ系３７、及びハーフ
プリズム３８を介して、２次元ＣＣＤ等からなるＸ軸の
撮像素子３９Ｘ、及びＹ軸の撮像素子３９Ｙ上にそれぞ
れ指標マーク、及びウエハマークの像を結像する。撮像
素子３９Ｘ及び３９Ｙの撮像信号ＳＸ及びＳＹがアライ
メント制御系４０に供給され、アライメント制御系４０
では、撮像素子３９Ｘの撮像信号にＳＸ基づいてＸ軸の
ウエハマーク３２Ｘの位置検出を行い、撮像素子３９Ｙ
の撮像信号に基づいて、Ｙ軸のウエハマークの位置検出
を行う。この位置検出の結果が主制御系１６に供給され
る。

【００３２】具体的に位置検出動作につき説明すると、
撮像素子３９Ｘによる指標板３４上の観察画像４２Ｘ
は、図２（ａ）に示すように、Ｘ方向に細長く、その観
察視野４２Ｘ内に指標マーク３５Ｘに挟まれた形でウエ
ハマークの像３２ＸＰが結像されている。これに関し
て、図１のコリメータレンズ系２４内のウエハＷとほぼ
共役な位置に照明視野絞り（不図示）が設けられ、この
照明視野絞りによりウエハＷ上での照明領域、即ち図２
（ａ）の観察画像４２Ｘが規定される。この際に、撮像
素子３９Ｘ内の走査線の方向はＸ方向に設定され、撮像
素子３９Ｘから出力される撮像信号ＳＸは、図２（ｂ）
に示すように、指標マーク３５Ｘ及びウエハマークの像
３２ＸＰに対応した信号となる。そこで、例えば適当な
閾値でその撮像信号ＳＸを２値化し、２値化された信号
より指標マーク３５Ｘに対するウエハマークの像３２Ｘ
ＰのＸ方向へのずれ量が求められる。そして、主制御系
１６内でそのずれ量にそのときのウエハステージ１３の
Ｘ座標を加算することにより、ウエハマーク３２ＸのＸ
座標が検出される。同様にＹ軸のウエハマークのＹ座標
も検出される。

【００３３】また、図２（ｂ）において、撮像信号ＳＸ
には、信号の平均的なレベルが所定の一定のレベルにな
るようにオートゲインコントロール（ＡＧＣ）が施され
ている。この場合、指標マーク３５Ｘを用いるのは、撮
像素子３９Ｘによる画像の走査開始位置が諸条件により
ドリフトする恐れがある為である。更に、本実施例で
は、撮像素子３９Ｘ及び３９Ｙから出力される撮像信号
ＳＸ及びＳＹをレベル検出部４１に供給する。レベル検
出部４１では、撮像信号ＳＸ及びＳＹの平均値を個別に
検出し、これら平均値のデータを主制御系１６に供給す
る。撮像信号３９Ｘ及び３９Ｙはオートゲインコントロ
ールでレベルが制御されているため、ウエハマークから
の反射光の光量がオートゲインコントロールにより制御
可能な範囲外になったときに、そのレベル検出部４１で
検出される平均値が変化する。

【００３４】次に、本実施例の動作につき説明する。一
例として、カラー液晶パネルの３色の色フィルタを青レ
ジストのような着色されたフォトレジスト（カラーレジ
スト）を使って作る場合を説明する。カラーレジストの
色としては、赤、緑、青、又は黒が考えられる。例えば
赤レジストを使用する場合には、図１においてウエハＷ
の代わりに液晶基板が配置され、この液晶基板上に赤レ
ジストを塗布し、所定の窓部以外の赤レジストを露光及
び現像プロセスにより除去して、所望の窓部のみに赤色
フィルタを残すような使用方法が考えられる。他の色の
カラーレジストについても同様である。また、このよう
にカラー液晶パネルを製造する場合でも、液晶基板上の
各層に位置合わせ用のマーク（これも「ウエハマーク」
と呼ぶ）が形成され、そのウエハマークの位置をカラー
レジストを介して検出する必要がある。

【００３５】この場合、図１のメモリ２９内には、赤レ
ジスト、緑レジスト、青レジスト、及び黒レジストのそ
れぞれについて波長別の透過率の情報が格納されてい
る。具体的に可視域（波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）及
び近赤外（波長７５０ｎｍ〜１０００ｎｍ）の波長域を
例えば１０ｎｍ単位で分割して得られた各波長区分につ
いて、それぞれ平均的な透過率のデータが格納されてい
る。以下、このような波長区分別の平均的な透過率分布
を透過率の分光感度と呼ぶ。

【００３６】このような使用方法において、赤レジスト
については、通常のフォトレジストと同様に赤色の波長
域の光を透過させるので問題はない。即ち、オペレータ
がキーボード１８から主制御系１６に対して、赤レジス
トが使用されていることを伝えると、主制御系１６はア
ライメント光調整系２８に対して、赤レジスト用に照明
光ＡＬの波長域、及び強度を調整するように指令する。
これに応じて、図１のアライメント光調整系２８では、
メモリ２９内の赤レジストの波長対透過率特性より、赤
色の波長域の光が使用できることを認識し、駆動モータ
２６を介して波長選択フィルタ板２２を回転させること
により、光ファイバ２１の射出面に赤色の光を通過させ
る干渉フィルタを設置する。

【００３７】その後、レベル検出部４１で検出された撮
像信号ＳＸの平均値のデータが主制御系１６に供給され
る。この平均値が所定の規格値範囲より小さいか、又は
大きい場合には、主制御系１６はアライメント光調整系
２８に対して照明光ＡＬの光量を調整するように指令を
発する。これに応じて、アライメント光調整系２８は、
駆動モータ２７を介してＮＤフィルタ板２３を回転させ
ることにより、波長選択フィルタ板２２を透過した照明
光の光量を適正化する。これにより、高いＳＮ比で、且
つ高精度にウエハマーク（ウエハマーク３２Ｘに相当す
るマーク）の位置検出が行われる。

【００３８】この場合、アライメント系１９は、青色〜
近赤外の波長帯で収差が小さくなるように各レンズ系の
収差補正を行っておく。これにより照明光の波長を切り
換えてもウエハマークの像が鮮明に撮像素子３９Ｘ及び
３９Ｙ上に結像される。但し、それでも対物レンズ３０
及びレンズ系３３よりなる結像系の軸上色収差が問題に
なる場合には、波長帯別の軸上色収差の情報もメモリ２
９内に格納しておき、この軸上色収差の情報を主制御系
１６に供給する。そして、主制御系１６が、その軸上色
収差を相殺するように、ウエハステージ１３内のＺステ
ージの高さを調整することにより、軸上色収差の影響を
低減させることができる。

【００３９】この軸上色収差に関連して、例えば所定の
基準波長に関して対物レンズ３０をウエハ側にテレセン
トリックにしておいても、他の波長ではテレセントリッ
ク性が崩れてしまう恐れがある。このように使用する波
長によりテレセントリック性が崩れる場合には、予めそ
の崩れ量をメモリ２９内に記憶させておく。そして、軸
上色収差を補正するため、Ｚステージを介してウエハＷ
のＺ方向の位置を変えた場合には、そのテレセントリッ
ク性の崩れ分だけウエハマークの計測された位置を補正
するようにする。これにより、常に高精度に位置検出を
行うことができる。

【００４０】また、アライメント系１９の倍率色収差に
ついては、例えばアライメント系１９の観察領域内の基
準点と露光中心との間隔（ベースライン）を求める際に
キャリブレーションを行うことができる。具体的に、ウ
エハステージ１３上の所定の基準マーク（不図示）を各
カラーレジストに対応する波長の光で照明した状態でそ
れぞれベースラインを求め、この計測結果を各カラーレ
ジスト毎に記憶しておけばよい。また、予め倍率色収差
を計測しておき、データとして記憶しておいてもよい。

【００４１】次に、緑レジスト、又は青レジストを使用
する場合については、通常のアライメント用の照明光で
ある赤色光をかなり吸収してしまうため、波長帯を切り
換える必要がある。具体的に、青レジストを使用する場
合には、アライメント光調整系２８は波長選択フィルタ
板２２を回転させて、青色の光を透過させる干渉フィル
タを光ファイバ２１の射出端に設置する。これにより、
その青レジストにより照明光ＡＬが吸収されなくなり、
ウエハマークからの反射光が十分な光量で撮像素子３９
Ｘに達する。また、青色の照明光の光量が少ない場合に
は、ＮＤフィルタ板２３の透過率を大きくしてやればよ
い。緑レジストを使用する場合も、同様に緑色の光を照
明光ＡＬとして使用すればよい。

【００４２】以上の動作により、赤レジスト、緑レジス
ト、又は青レジストの何れを使用する場合でも、ウエハ
マークの位置を正確に検出できる。しかも、それらカラ
ーレジストを透過する波長帯以外の光が遮光されている
ため、アライメント用の照明光ＡＬによりカラーレジス
ト自体が感光されることがない。また、各カラーレジス
トの透過率が大きい波長帯の幅は広く、波長選択フィル
タ板２２上の対応する干渉フィルタの透過波長域も或る
程度の幅を有するため、カラーレジストにおける薄膜干
渉の影響も低減されている。

【００４３】次に、黒レジストを使用する場合には、可
視光全体で透過率が小さいため、その黒レジストを感光
させない範囲で、波長選択フィルタ板２２を介して照明
光ＡＬの波長帯を広くする。更に、レベル検出部４１で
検出される撮像信号の平均値が規格内に収まるようにＮ
Ｄフィルタ板２３を介して照明光ＡＬの光量を大きくす
る。また、黒レジストの種類によって、近赤外の波長帯
に通過領域がある場合には、波長選択フィルタ板２２に
よりその近赤外光を選択してもよい。

【００４４】更に、黒レジストを使用する際に、照明光
の光量を特に強くするような場合には、予め例えばハロ
ゲンランプ２０と光ファイバ２１との間にシャッタを設
けておき、そのシャッタで照明光ＡＬを遮光しておいて
もよい。また、図１の投影露光装置ではどのカラーレジ
ストに対しても対応できるようにメモリ２９内に全ての
カラーレジストの透過率の分光感度が記憶されている
が、１台の投影露光装置ではそれぞれ１つの色のカラー
レジストのみを使用して露光を行うように決めておき、
各投影露光装置の波長選択フィルタ板２２には、対応す
るカラーレジスト用の干渉フィルタのみを装着しておく
ようにしてもよい。これにより構成が簡略化される。

【００４５】更に、第１の投影露光装置では例えば青レ
ジスト又は緑レジストの何れにも対応できるようにして
おき、別の第２の投影露光装置では赤レジスト又は黒レ
ジストの何れにも対応できるようにしておくというよう
に、各投影露光装置で異なる１組のカラーフィルタに対
応できるようにしておいてもよい。又は、第１の投影露
光装置で例えば青レジスト、緑レジスト又は赤レジスト
の何れにも対応できるようにしておき、第２の投影露光
装置では黒レジストのみに対応できるようにしておいて
もよい。更に、第１の投影露光装置で例えば青レジスト
のみに対応できるようにしておき、第２の投影露光装置
では、緑レジスト、赤レジスト又は黒レジストの何れに
も対応できるようにしておいてもよい。

【００４６】次に、上述実施例では例えばオペレータか
ら入力されたフォトレジストの種類に応じて波長選択フ
ィルタ板２２の設定が行われているが、以下のように自
動的に波長選択フィルタ板２２内から最適な干渉フィル
タを選択するようにしてもよい。このように自動的に選
択するためには、例えば１ロットのウエハの先頭のウエ
ハの最初のウエハマークの位置検出を行う際に、先ずＮ
Ｄフィルタ板２３における透過率を中程度（５０％程
度）にした状態で、波長選択フィルタ板２２を回転させ
て照明光ＡＬの波長帯を次第に変化させる。そして、レ
ベル検出部４１で検出される撮像信号の平均値をモニタ
して、その平均値が最大となるときに選択された波長帯
の光を波長選択フィルタ板２２で選択する。次に、ＮＤ
フィルタ板２３を回転させて、撮像信号ＳＸ又はＳＹの
平均レベルを適正レベルに設定する。

【００４７】その後は、そのように設定した条件下でそ
のウエハ上の残りのウエハマークの位置検出、及び残り
のウエハのウエハマークの位置検出を行うようにする。
これにより、常に高いＳＮ比で、且つ高精度にウエハマ
ークの位置検出を行うことができる。なお、カラーレジ
ストやカラーフィルタの種類等をオペレータがキーボー
ド１８を介して主制御系１６に入力する代わりに、ウエ
ハ（又は液晶基板等）又はこのウエハを収納するカセッ
トに、そのウエハ上に配される波長選択性を有する膜の
透過率の分光特性に関する情報を識別コード（例えばバ
ーコード）の形で記録しておき、その識別コードを不図
示のバーコードリーダで読み取って、その透過率の分光
特性を自動的にアライメント光調整系２８に供給するよ
うにしてもよい。また、その識別コードには、ウエハの
名前だけを登録しておき、アライメント光調整系２８の
メモリ２９に、そのウエハ名に対応付けて、そのウエハ
上に配される波長選択性を有する膜の透過率特性を記録
しておくようにしてもよい。

【００４８】更に、図１の例ではカラーレジスト等の波
長選択性を有する膜の透過率特性に応じて波長選択フィ
ルタ板２２を回転して照明光の波長を切り換えている
が、その代わりに、例えば２種類以上のカラーレジスト
のそれぞれを透過できる波長帯を含む広帯域（多波長も
含む）の光を常時ウエハ上に照射しておくようにしても
よい。この場合には、ウエハ上のカラーレジストの種類
（透過する波長帯）に応じて撮像信号３９Ｘ，３９Ｙか
らの撮像信号ＳＸ，ＳＹの平均強度を所定の許容レベル
に収めるようにする。

【００４９】このように撮像信号ＳＸ，ＳＹの強度を調
整する方法としては、オートゲインコントロール（ＡＧ
Ｃ）により電気的に増幅度を変える方法、ウエハに照射
される広帯域（多波長を含む）の光の光源の発光パワー
を変化させる方法、又は図１のＮＤフィルタ板２３を用
いて撮像素子３９Ａ，３９Ｙに入射する光の強度を変化
させる方法等が考えられる。例えば上述の青レジスト及
び緑レジストの２種類のカラーレジストに対応可能な露
光装置では、青色及び緑色を含む広帯域（多波長を含
む）の光をウエハ上に照射し、青レジストに比べて緑レ
ジストの信号強度が極端に小さくなるような場合には、
緑レジストの使用が確認された時点で例えばウエハ上に
照射される広帯域の光の強度を大きくすればよい。この
ような構成の採用により、例えば図１における波長選択
フィルタ板２２を含む波長可変手段を省略でき、全体の
構成を簡略化できる。

【００５０】また、図１において、光強度可変手段とし
てＮＤフィルタ板２３は送光系中に設けられているが、
そのＮＤフィルタ板２３を例えばリレーレンズ系３７と
ハーフプリズム３８との間に設け、撮像素子３９Ｘ，３
９Ｙに入射する光の強度を変化させるようにしてもよ
い。更に、上述実施例では、一例としてカラー液晶パネ
ルの製造を行う場合について説明したが、それ以外に例
えばカラーＣＣＤ等を製造する工程にも本発明は全く同
様に適用できる。

【００５１】更に、上述実施例ではアライメント用の光
源としてハロゲンランプが使用されているが、それ以外
にＬＥＤ又はレーザダイオード等をも使用できる。ま
た、これらの光源に供給する電力を変えて照明光の強度
を調整してもよい。これに関連して、上述実施例ではハ
ロゲンランプを使用してアライメント用の照明光を広帯
域化しているが、その代わりにその照明光を多波長化し
てもよい。このとき、各波長毎に所定の幅（例えば±１
０〜±５０ｎｍ程度）を持たせることが望ましい。ま
た、アライメント用の光源を互いに出力波長の少なくと
も一部が異なる複数の光源より構成し、これら複数の光
源から広帯域又は多波長の光を取り出すようにしてもよ
い。

【００５２】また、上述実施例は、オフ・アクシス方式
のＦＩＡ系に本発明を適用したものであるが、本発明は
例えばＬＩＡ系、又はＬＳＡ方式のアライメント系にも
同様に適用できる。更に、ＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式のアライメント系、又はＴＴＲ（スルー・ザ・
レチクル）方式のアライメント系等にも適用できる。但
し、ＴＴＬ方式又はＴＴＲ方式では投影光学系ＰＬの色
収差が問題となりえるため、例えば投影光学系ＰＬの瞳
面（レチクルＲに対するフーリエ変換面）付近に収差補
正板、即ち使用されるアライメント用の照明光の波長幅
に対応した複数個の回折格子を設けた透明基板を配置し
て、それら回折格子により照明光に対する軸上、及び倍
率色収差を零、又は許容値以下に制御するようにしても
よい。この場合、例えば３種類のカラーレジストに対応
するためには、カラーレジストの色毎に分けられた３組
の回折格子がその透明基板上に形成される。

【００５３】このように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。

【００５４】

【発明の効果】本発明の第１の位置検出装置によれば、
位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）上に波長別の透
過率分布特性の異なる感光材料又は被膜が配されている
場合でも、このような波長選択性を有する膜で吸収され
ない波長域に位置検出用の光の波長域を設定することが
できる。従って、その位置合わせ用のマークからの反射
光が十分な光量で受光系に入射するため、その感光材料
を感光させることなく、その位置合わせ用のマークの位
置を正確に検出できる利点がある。

【００５５】また、複数の波長選択性を有する膜の波長
別の透過率特性を記憶した記憶手段と、基板上に配され
ている波長選択性を有する膜の種類を入力する入力手段
と、を設け、この入力手段から入力された膜の種類につ
いて記憶手段に記憶されている波長別の透過率特性に基
づいて、波長可変手段が位置検出用の光の波長域を調整
する場合には、マニュアル方式で正確に位置検出用の光
の波長帯を設定できる。

【００５６】一方、受光系から出力される光電変換信号
の強度を検出する光強度検出手段と、波長可変手段を介
して位置合わせ用のマークに照射される光の波長域を種
々に変えた場合に、光強度検出手段で検出される強度に
基づいて波長選択性を有する膜に適した位置検出用の光
の波長域を求める制御手段とを設けた場合、自動的に最
適な波長帯の位置検出用の光を選択できる。

【００５７】また、波長可変手段が、波長選択性を有す
る膜の波長別の透過率特性に応じて位置合わせ用のマー
クに照射される位置検出用の光の強度をも調整する場合
には、受光系で受光する光のＳＮ比を常に高く維持でき
る利点がある。本発明の第２の位置検出装置によれば、
予め基板上に配される可能性のある複数の波長選択性を
有する膜のそれぞれを透過する広帯域の光を基板上に照
射し、得られる光電変換信号の強度を調整しているた
め、位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）上に波長別
の透過率分布特性の異なる感光材料又は被膜が配されて
いる場合でも、その位置合わせ用のマークの位置を正確
に検出できる利点がある。

【００５８】また、波長選択性を有する膜の透過率に応
じて光強度可変手段を用いて光の強度を変化させる場合
には、波長選択性を有する膜の透過率が大きく変化する
場合でも、容易に且つ正確に位置合わせ用のマークの位
置を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置検出装置の一実施例が適用さ
れた投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】（ａ）は、図１の撮像素子３９Ｘにより観察さ
れる画像を示す図、（ｂ）は図２（ａ）の画像に対応す
る撮像信号を示す波形図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１３ウエハステージ１６主制御系１９アライメント系２０ハロゲンランプ２２波長選択フィルタ板２３ＮＤフィルタ板２４コリメータレンズ系２８アライメント光調整系３０対物レンズ３３結像レンズ系３６，３７リレーレンズ３９Ｘ，３９Ｙ撮像素子４０アライメント制御系４１レベル検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクパターンを感光材料が塗布された
基板上に露光する露光装置に設けられ、前記基板上に形
成された位置合わせ用のマークの位置を波長選択性を有
する膜を介して検出する装置において、前記基板上の位置合わせ用のマークに前記波長選択性を
有する膜を通して位置検出用の光を照射する送光系と、前記波長選択性を有する膜の波長別の透過率特性に応じ
て前記位置合わせ用のマークに照射される位置検出用の
光の波長域を調整する波長可変手段と、前記位置合わせ用のマークからの光を検出する受光系
と、を有し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記
位置合わせ用のマークの位置を検出することを特徴とす
る位置検出装置。
【請求項２】複数の波長選択性を有する膜の波長別の
透過率特性を記憶した記憶手段と、前記基板上に配され
ている波長選択性を有する膜の種類を入力する入力手段
と、を設け、該入力手段から入力された膜の種類について前記記憶手
段に記憶されている波長別の透過率特性に基づいて、前
記波長可変手段が前記位置検出用の光の波長域を調整す
ることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記受光系から出力される光電変換信号
の強度を検出する光強度検出手段と、前記波長可変手段によって前記位置合わせ用のマークに
照射される光の波長域を種々に変えた場合に、前記光強
度検出手段で検出される強度に基づいて前記波長選択性
を有する膜に適した前記位置検出用の光の波長域を求め
る制御手段と、を設け、該制御手段により求めた波長域の光を前記波長可変手段
を介して選択することを特徴とする請求項１記載の位置
検出装置。
【請求項４】前記波長可変手段は、前記波長選択性を
有する膜の波長別の透過率特性に応じて前記位置合わせ
用のマークに照射される位置検出用の光の強度をも調整
することを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装
置。
【請求項５】マスクパターンを感光材料が塗布された
基板上に転写する露光装置に設けられ、前記基板上に形
成された位置合わせ用のマークの位置を波長選択性を有
する膜を介して検出する装置において、前記基板上の位置合わせ用のマークに、前記露光装置で
使用される複数の波長選択性を有する膜のそれぞれを透
過する広帯域の光を照射する送光系と、前記位置合わせ用のマークからの光を検出する受光系
と、前記基板上の波長選択性を有する膜の種類に応じて、前
記受光系から出力される光電変換信号の強度を変化させ
る調整手段と、を有し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記
位置合わせ用のマークの位置を検出することを特徴とす
る位置検出装置。
【請求項６】前記調整手段は、前記送光系から照射さ
れる広帯域の光の内、前記基板上の波長選択性を有する
膜を透過可能な波長域の光に対する前記波長選択性を有
する膜の透過率に応じて、前記基板に照射される前記広
帯域の光の強度を変化させる光強度可変手段を有するこ
とを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。