JPS62171125A - 露光装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は半導体ウェハ等の露光装置に関し、特にステ・
ノブ・アンド・リピート方式等のようにマスクによる転
写像に対してウェハ等を２次元的に移動させて露光する
装置に関する。

（発明の音量） この種の装置のうち、現在主に稼動しているものは縮小
投影型露光装置と呼ばれるものである。

これはレチクルに形成された回路パターンやマーク等を
投影レンズを介してウェハ上に投影転写するものである
。ウェハを露光する装置の場合、ウェハ上にすでに形成
された回路パターンとレチクルのパターンの投影像とを
正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合わせのため
に、多くの装置は投影レンズを介してウェハ上の露光シ
ョット毎に形成されたアライメントマークの位置検出を
行なうスルーザレンズ（ＴＴＬ）方式のアライメント光
学系を備え、所謂グイ・パイ・ダイアライメントが可能
となっている。この方式には、レチクル上のアライメン
トマークとウェハ上のアライメントマークとの両方を同
時に見るＯＮ　　Ａｘｉｓ　ＴＴＬアライメント方式と
、ウェハ上のアライメントマークのみを見る０ＦＦ−Ａ
ｘｉｓ　ＴＴＬアライメント方式との２つがあるが、い
ずれの場合もアライメント用の照明光、又は走査ビーム
は単一波長（Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザの特
定の発振波長スペクトル、あるいは水銀放電灯のｇ線、
ｉ［等のうちの単一スペクトル）であった。

しかしながら、ウェハ表面にはフォトレジスト層が塗布
されており、またそのウェハ地下がポリシリコン層等で
あると、ポリシリコン層は高屈折率で光を通すため、フ
ォトレジストの塗布状態及びポリシリコン層の形成状態
に応じてアライメント用の光は干渉や散乱を受ける。こ
のためアライメントマークからの光情報（正反射光、エ
ツジ散乱光等）が変調を受けて正確な位置検出がしばし
ば困難になるといった欠点があった。

そこで投影レンズを介してウェハ上のマークを検出する
際、アライメント用の照明光として異なる波長の複数本
のスペクトルを同一のマークに対して照射し、各スペク
トルで照明したときの光電信号を比較することによって
、干渉等の影響を低減させてアライメントマークの位置
検出を行なうことが知られている。しかしながらこの場
合、投影レンズは露光用の波長スペクトルに対して色収
差が調整されて設計されているので、その他の波長スペ
クトルを用いると、色収差のためウェハ側又はレチクル
側で結像位置（共役関係）がずれてくる。このためアラ
イメント光学系の構成が複雑になることはさけられなか
つた。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、アライメント光学系の簡単
化を計るとともに、レジストによる干渉の影響、ウェハ
等の基板上の透明層やアルミ層の粗面等による散乱現象
を軽減させたグイ・パイ・ダイアライメントが可能なス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置を得ることを
目的とする。

（発明の概要） 本発明においては、マスク（レチクルと同義）の転写像
から一定距離したけ離れた位置でウェハ等の被露光基板
上の露光ショット毎に形成されたアライメントマークを
検出可能なアライメント光学手段（２０，２０ｘ、　　
２０　ｙ）を設ける。このアライメント光学手段は投影
型露光装置の場合は投影光学系（２）の一部又は全部を
一切介することなく基板上のマークを検出するように構
成し、アライメント用の光（照明光や走査ビーム）は干
渉の影響や散乱現象を受けることがないように所定の波
長帯域幅を有するように定、められる。そしてこのアラ
イメント光学手段でウェハ上の全ショット領域のマーク
が検出できるように、ウェハを載置して２次元移動する
ステージの少なくとも一次元方向のストロークを、ウェ
ハの寸法（直径Ｄ）と一定距離りとの和（Ｌ＋Ｄ）以上
に定めることを技術的要点としている。

（実施例） 第１図は本発明の実施例による露光装置の概略的な構成
を示す斜視図である。第１図において、Ｘ方向とＹ方向
とに２次元移動するステージ１上には露光すべきウェハ
Ｗが載置される。このステージ１はステップアンドリピ
ート方式でウェハＷ上の感光層にレチクルＲの回路パタ
ーンＰｒの投影レンズ２による投影像を露光するように
移動制御される。レチクルＲは回路パターンＰｒの中心
点に投影レンズ２の光軸ＡＸが通るようにレチクルステ
ージ３に保持される。レチクルステージ３はＸ方向、Ｙ
方向及び回転方向（以下θ方向とする）に微動可能であ
る。またレチクルＲには投影レンズ２によって投影し得
る位置に３つのアライメントマークｓｘ、ｓｙ、ｓθが
設けられている。

これらマークｓｘ、ｓｙ、ｓθの各投影像はｓｘ’。

ｓｙ’、ｓθ゛で示される。さらに光軸ＡＸの投影像面
との交点をＰｌとすると、マーク像ＳＸ′。

ｓｙ’、ｓθ゛は点Ｐ１から放射状に伸びた線パターン
として位置する。尚、レチクルＲ上のマークＳＸ、ＳＹ
、Ｓθは主にレチクルＲの装置に対するアライメント（
レチクルアライメント）時、ウェハＷ上のショット領域
毎に形成されたマークとのアライメント時、及び後述す
るベースライン計速時に使われる。従って第１図には示
していないが、レチクルＲの上方にはＯＮ　　Ａｘｉｓ
アライメント用の顕微鏡が各マークＳＸ、ＳＹ、Ｓθを
検出するように設けられている。

ところでステージ１のＸ方向の位置はレーザ干渉計４に
よって計測され、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計５によっ
て計測される。レーザ干渉計４の測定軸、すなわちレー
ザビームＢＸはステージ１上の移動鏡６に垂直に入射し
、レーザ干渉計５の測定軸、すなわちレーザビームＢＹ
はステージ１上の移動鏡７に垂直に入射する。

レーザビームＢＸは座標系ＸＹのＸ軸と平行であり、レ
ーザビームＢＹは座標系ＸＹＯＹ軸と平行であり、この
２つのビームＢＸ、ＢＹによってステージ１の移動座標
系が規定される。さらに２つのビームＢＸ、ＢＹの各中
心線を含む平面は投影レンズ２の結像面と一致し、その
中心線の交点はＰ、と一致する。また本実施例ではステ
ージ１の移動ストロークが従来のステッパーよりも大き
くなるので、ステージ１のヨーイングを検出して、座標
系ＸＹ内における投影像とウェハＷとの相対的な微小回
転誤差を補正するために、所謂差動干渉計を設ける。第
１図においては移動鏡６．７のそれぞれに対して差動干
渉計を設けであるが、どちらか一方のみでもよい。不図
示のレーザ光源からのレーザビームＢＬ、は干渉計とし
てのビームスプリッタ１０で分割され、一方はビームＢ
、となって移動鏡７に垂直に入射し、他方はミラー１１
で反射されたビームＢ２となって移動鏡７に垂直に入射
する。ビームＢ、とＢ２はＸ方向に関して一定の距離だ
け離れるように定められ、ビームＢ１の移動鏡７による
反射光とビームＢ２の移動鏡７による反射光とはビーム
スプリッタ１０で合成され、レシーバ１２に入射する。

このレシーバ１２は、ビームＢ、と８２との間における
移動鏡７の反射面のＸ軸に対する傾きを検出する。本来
移動額７の反射面はステージｌがＸ方向のみに移動する
際は、測定軸の位置でＹ方向の変位がないように高精度
な平面に作られている。ところがステージｌの走りはサ
ブミクロンのオーダではヨーイングが発生し得るので、
ビームＢ１とＢ２との間において移動鏡７がＸＹ面内で
傾いたように検出される。

移動鏡６に関しても同様に、レーザビームＢＬ２を２つ
に分割するビームスプリッタ１４とミラー１５とレシー
バ１６とによる差動干渉計が設けられ、ビームＢ３と８
４とを測定軸として移動鏡６のその点におけるＹ方向の
変位差を検出する。これによってステージ１のヨーイン
グ量が検出される。

さて本実施例ではＯＦ　Ｆ−Ａｘｉｓ方式でショット毎
のアライメントを行うために、アライメント光学系２０
が投影レンズ２に対して一定距離したけ離れて設けらて
いる。すなわちアライメント光学系２０の光軸ｆｆｘ（
検出中心）と投影レンズ２の光軸ＡＸとは距離したけ離
しておく。光軸７！ｘの投影結像面との交点をＢ２とす
ると、このＢ２はレーザ干渉計５の測定軸上に一致する
ように定められる。これは本発明において必ずしも必須
のことではないが、ウェハＷ上に形成されたアライメン
トマークの位置検出時のアツベ（Ａ　ｂｂｅ）誤差を最
小にするためには重要なことである。またアライメント
光学系２０は第１図では１つしか示していないが、アラ
イメントマークの検出方向に応じて２本以上設けてもよ
い。すなわちウェハＷ上の１つの露光ショット領域に付
随したＸ方向のマークとＹ方向のマークとを別々に検出
するようにしてもよい。そして本発明で重要なことは、
アライメント光学系２０によってウェハＷ上の露光すべ
き全てのショット領域のマークが検出でき、かつそのシ
ョソ）　ｆｌＪｒ域が全て投影レンズ２による投影像と
位置合わせされるようにステージ１の移動ストロークを
大きくしたことである。具体的にはウェハＷの直径と一
定距離りとの和で決まる値以上の移動ストロークに定め
る。従ってその移動ストローク分に対応して移動鏡６，
７の長さも定められる。

尚、第１図中で想像線で示したウェハＷの位置Ｗａ、Ｗ
ｂ、Ｗｃは、円形のウェハＷに内接する正方形を定めた
とき、その各コーナ一点に点Ｐ２を一致させた場合を示
し、実際のステージ１のストロークは図示の場合よりも
大きい。ところで、このように０ＦＦ−Ａｘｉｓ方式の
アライメント光学系２０を設ける場合、点Ｐ１とＰ２の
間隔（ベースライン量）を正確に求めておく必要がある
ので、ステージ１には基準マークＦＭが設けられている
。基準マークＦＭはアライメント光学系２０、又はレチ
クルＲのマークｓｘ、ｓｙ、ｓθを検出する不図示のＴ
ＴＬ％　０Ｎ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系（レチク
ルアライメント系等）のいずれによっても検出される。

この際、ＴＴＬ方式のアライメン系の照明光は投影レン
ズ２を通るので露光波長の光が好ましい。

第２図はアライメント光学系２０の具体的な構成を示す
光学配置図である。ここではウェハＷ上のＸ方向のアラ
イメントマークＭｘのみを検出する場合について説明す
る。ライトガイド２００はウェハＷ上のマークＭｘを照
明するための光を不図示の光源（タングステンランプ、
水銀放電灯、又はレーザ）から導いて射出する。光源と
してタングステンランプを用いる場合、射出する光の波
長は連続スペクトルとなる。またレーザ光源を使用する
場合は、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域中に数本の発
振スペクトルが存在するようなものを選ぶ。ライトガイ
ド２００からの光はリレー光学系２０１ａ、２０　ｌ　
ｂ、フィルター２０２、レンズ２０３を通り、ハーフミ
ラ−２０４で反射されて対物レンズ２０５に入射する。

ここでフィルター２０２はウェハＷ上に塗布されたフォ
トレジストＦＲを感光させないように、例えば５３０ｎ
ｍよりも短い波長域をカントするように定められる。従
って対物レンズ２０５を通ってウェハＷを正面する光は
５３０ｎｍよりも長い波長域で連続スペクトル、又は複
数本のスペクトルとなっている。尚、照明光として５３
０ｎｍ以下の短い波長をカットしたのは、ポジ型のフォ
トレジストとして０ＦＰＲ８００（商品名）の使用を想
定してのことである。

また対物レンズ２０５を射出した照明光は光軸ｌＸと平
行に均一な平行光となってウェハＷを照射する。さらに
照明光の波長帯域としては２００ｎｍ程度あることが好
ましい。

さて、ウェハＷの表面から生じた反射光（正反射光、散
乱光、回折光等）は対物レンズ２０５、ハーフミラ−２
０４を介して結像レンズ２．０６に入射し、ガラス等で
作られた指標板２０７の下面に結像する。この指標板２
０７には、ウェハＷ上のマークＭｘの拡大像、又は基準
マークＦＭの拡大像を挟み込むような関係で配置された
指標マーク２０８がクロム等で形成されている。

ここで対物レンズ２０５と結像レンズ２０６との両者に
よって所謂テレセンドリンク対物光学系が構成され、ウ
ェハＷ側と指標板２０７側とで主光線はともに光軸１ｘ
と平行になっている。またハーフミラ−２０４は、この
テレセンドリンク対物光学系の瞳位置に斜設されている
。そして指標板２０７上に形成されたマークＭｘ（又は
マークＦＭ）の像と、指標マーク２０８とは、結像レン
ズ２０９ａ、２０９ｂによるテレセンドリンク拡大光学
系を介してＩ最像管２１０の撮像面２１０ａ上に結像さ
れる。このテレセンドリンク拡大光学系の瞳位置には正
反射光をカットするための空間フィルター２１１が挿脱
可能に配置されている。

この空間フィルター２１１が光路中に存在するときはウ
ェハＷ上のマークＭｘ（又は基準マークＦＭ）の暗視野
像が撮像され、空間フィルター２１１が光路中にないと
きは明視野像が１最像される。

尚、第２図においてライトガイド２００から結像レンズ
２０３までの照明光学系中にはウェハＷ上での照明領域
を規定するための視野絞りが適宜設けられる。

第３図は撮像管２１０からの画像信号をブラウン管（Ｃ
ＲＴ）に表示させたときの各マークの見え方の一例を示
す図である。指標マーク２０８ａと２０８ｂとの間にマ
ークＭｘの像Ｍｘ’　が位置するようにウェハＷを位置
決めしたとき、マーク２０８ａと２０８ｂとのＸ方向の
中心位置Ｘｃに対して像Ｍ　ｘ　’　の中心位置ｘ３は
ΔＸだけＸ方向にずれているものとする。このずれ量Δ
Ｘが所謂アライメント誤差であり、ウェハＷのグローバ
ルアライメント後においてはウェハＷ上で±１μｍ以下
の微小量である。中心位置Ｘｃはマーク２０８ａの中心
ｘ１とマーク２０８ｂの中心ｘｔとの中点として求めら
れる。このようなマークを所定の走査領域２１０ｂ内に
位置させると、走査線ＳＬによる画像信号は第４図によ
うな波形になる。

ここでは空間フィルター２１１のない明視野検出の場合
について図示する。この第４図で縦軸は画像信号の大き
さくレベル）■を表し、横軸は位置（Ｘ）を表す。本実
施例の場合、第２図の構成からも明らかなように指標板
２０７はウェハＷ（又は基準マークＦＭが形成された板
）からの反射光によって照明されることになるので、位
置ｘｌ＋ｘ２においてマーク２０８ａ、２０８ｂのため
にレベル■はボトムになる。またマークＭｘについては
走査線ＳＬと直交する方向に平行に延びた２つの段差エ
ツジで光の散乱が生じるので、位置Ｅ、、Ｅ２において
ボトムとなる。位置ｘ３は位置Ｅ１とＥ２の中点として
検出され、位置Ｘｃは位置ｘ１とｘ２の中点として検出
されるので、アライメント誤差ΔＸは（１）式で表され
る。

このときステージ１のＸ方向の絶対的な位置はレーザ干
渉計４によって例えば０．０２μｍ程度の分解能で検出
されているので、ステージ１を現在位置から−ΔＸだけ
Ｘ方向に移動させればアライメントが達成されることに
なる。また基準マークＦＭのＹ方向に延びた線状パター
ンについてもウェハＷ上のマークＭｘと同様に検出可能
である。

さて、第２図のように構成されたアライメントセンサー
によればウェハＷへの照明光が単一波長スペクトルでは
ないため、干渉効果や散乱現象が低減される。そこで、
従来のこれらの現象について第５図〜第８図を用いて説
明する。第５図はＬＯＧＯ３構造のマークの断面形状を
示す。ここで１５０はシリコン（Ｓｉ）、１５１はポリ
シリコン（ｐｏｌｙ　　Ｓｉ）　、１５２は酸化シリコ
ン（ＳｉＯ□）であり、その上にフォトレジストＦＲが
塗布されている。一般にフォトレジストＦＲ１酸化シリ
コン１５２、ポリシリコン１５１は光透過性であるため
、単一波長λ。の光が照射されると、フォトレジストＦ
Ｒの表面での反射光、酸化シリコン１５０の表面での反
射光、ポリシリコン１５１の表面での反射光及びシリコ
ン１５０での反射光とが互いに干渉し、所謂干渉縞が発
生する。この干渉縞は画像信号の波形上著しく　Ｓ／Ｎ
比を低下させる。それは例えば第６図に示すように、マ
ークの段差エツジで発生するボトムＥ、、Ｅ２の他にそ
のボトムＥ１．Ｅ２と類似した多数のボトムＢ＋　、Ｂ
ｚ　、Ｂ：ｌ　、Ｂａ　　−・−−−−−が重畳して発
生するからである。このような信号波形から正確にボト
ムＥ＋、Ｅｚの位置を自動認識することはそれ程難しい
ことではないが、時間が著しく長くなるとともに誤検出
が発生しやすくなるといった問題を回避することができ
なかった。

第７図はアルミ（Ａβ）層１５５の表面を凸状のマーク
部１５６に形成した場合であり、アルミ層の表面にはア
ルミの粒子１５３がランダムに形成されて粗面となって
いる。そしてこのようなアルミ層１５５の上にフォトレ
ジストＦＲが塗布されている。単一波長λ。の光がこの
マーク部１５６を照射すると、段差エツジ以外に粒子１
５３からも著しい散乱光が発生する。このため明視野検
出する場合、画像信号は例えば第８図に示すように波形
歪みが太き（なりＳ／Ｎ比も低下してしまう。すなわち
本来のエツジ位置に対応したボ１−ムＥ、、Ｅ２がシャ
ープではなくなり、バンクグラウンドによるボトムが多
数発生してしまう。このような信号波形も処理が難しく
、従来のアライメント装置のうち、単一波長の光を使う
ものでは、シリコン（Ｓｉ）上のレジストパターンのみ
のアライメント精度よりも劣っていた。

ところが本発明の実施例のように照明光の波長に帯域幅
をもたせるか、又は複数の波長スペクトルを同時に照射
させることによって、上記干渉効果や散乱現象は低減さ
れ、信号波形の歪みやＳ／Ｎ比は大幅に改善され得る。

次に本実施例の全体的な動作について説明する。

まずレチクルＲを第１図に示すようにレチクルステージ
３の上に載置した後、レチクルアライメント系を用いて
マークｓｘ、ｓｙ、ｓθ等を検出して、レチクルＲが光
軸（露光中心）ＡＸに対して所定の位置にくるようにレ
チクルステージ３を位置決めする。次に第９図に示すよ
うなウェハＷをプリアライメントした後、ウェハステー
ジ１上の所定位置に載置する。このとき、ウェハＷ上に
は回路パターンとアライメント用の各種マークとを含む
ショットＷ域ＳＡがすでに形成されているものとする。

ショット領域ＳＡはウェハＷ上の配列座標（直交系）に
従ってマトリックス状に配置されている。そしてこの状
態では、ウェハＷ上の配列座標系とウェハステージ１の
レーザ干渉系４゜５により規定される測定座標系とはプ
リアライメントの精度で対応しており、高々±３０μｍ
程度である。そこでウェハＷ上の特定の位置に形成され
たグローバルアライメント用のマークｗｃｙ。

ＷＯ６，ＷＧｘを例えば特開昭５６−１０２８２３号公
報に開示されているようなアライメント顕微鏡で検出す
る。このアライメント顕微鏡の検出中心の位置はウェハ
ステージ１の測定座標系において正確に測定されている
ので、マークｗｃｙ。

ＷＯ６，ＷＧｘを検出することによってショット領域Ｓ
Ａの配列座標系とウェハステージ１の測定座標系とは±
１μｍ以内の精度で対応付けられる。

この際、ウェハステージ１上にウェハＷのみを微小量だ
け回転させるθテーブルが組み込まれている場合は、マ
ークＷＧｙとマークＷＧθとを、ウェハステージ１のＹ
方向の位置を変えずに検出することによりウェハＷの回
転誤差を求め、その誤差が補正されるようにθテーブル
を回転させる。

以上でウェハＷのグローバルアライメントが終了する。

次にウェハステージ１を模擬的なステップ・アンド・リ
ヒート方式で移動させて、ウェハＷ上の各ショット領域
ＳＡに付随したイーチ・ショットアライメント（以下Ｅ
ＳＡとする）用のマークＭＸ、Ｍｙ、Ｍθをアライメン
ト光学系２０で検出する。この場合２のアライメント光
学系２０がＸ方向アライメント用とＹ方向アライメント
用とで別々に設けられ、Ｘ方向のマーク検出点とＹ方向
のマーク検出点とが大きく離れているときは、まずＸ方
向のアライメントマークＭｘについてのみ、各ショット
領域ＳＡ毎に、その位置を順次検出して記憶していく。

すなわちＸ方向アライメント用のアライメント光学系２
０の検出中心Ｐ２が順次マークＭｘとほぼ一致する（第
３図のようにマーク２０８ａ、２０８ｂに挟まれる）よ
うにウェハステージ１をステッピングさせ、ステッピン
グさせたウェハステージ１の現在位置をアライメント誤
差Δχ分だけ補正した位置をショットアドレス値Ｘｓ’
　　として順次記憶していく。ただし、この際第１図に
示すようにＸ方向アライメント用の光学系２０が中心Ｐ
Ｉから距離りだけＹ方向に離れているときは、Ｘ方向の
マークＭｘを検出するときに、ウェハステージ１のＸ方
向へのヨーイングによってアツベ（Ａ　ｂｂｅ）誤差が
発生し得る。このアツベ誤差ΔＸａｂは（２）式で表さ
れる。

ΔＸａｂ＝　Ｌ−３ｉｎθｏ　　−・−・−−−−−−
−−（２）ここでθ。は差動干渉計のレシーバ１２又は
１６によって計測されるヨーイング量である。従ってマ
ークＭｘの点Ｐ１における計測位置はΔＸａｂだけ誤差
となっているのでＸ方向の真のショットアドレス値Ｘｓ
は（３）式で表される。

Ｘ５＝Ｘｓ’　　＋ΔＸａｂ　−−−−−−−−−−−
−−−−−（３）次にＹ方向のアライメントマークＭｙ
、又はＭθについて同様にＹ方向アライメント用の光学
系２０で順次位置検出を行う。この場合、Ｙ方向アライ
メント用の光学系２０が点Ｐ、を通るＸ軸と平行な線（
すなわちＸ方向の測定軸）上に検出中心点を有し、点Ｐ
１からＬだけＸ方向に離れている場合は、ウェハステー
ジ１のＹ方向へのヨーイングによってアツベ誤差ΔＹａ
ｂが発生し得る。従ってマークＭｙを検出したときのレ
ーザ干渉５によるＹ方向のショットアドレス値をＹＳ”
　とすると、Ｙ方向の真のショットアドレス値Ｙｓは（
４）式で表される。

Ｙｓ＝Ｙｓ’　　＋ΔＹａｂ＝Ｙｓ’　　＋Ｌ　−５ｉ
ｎ　θ。

−・−・−一−−−−−・−・−・−・−（４）そして
実際の露光のときには、記憶した真のショットアドレス
座標値（Ｘｓ、Ｙｓ）に対して距離りだけ補正した位置
にウェハステージ１を順次ステッピングさせればよい。

尚、ウェハＷ上の全てのショットＳＮ域ＳＡについて露
光前にショットアドレス値を求めるのは、スルーブツト
の点で好ましくないと判断された場合は、ウェハＷ上の
離ｔｌｋ的な数ケ所のショット領域ＳＡのみについてシ
ョットアドレス値を求め、その値をグローバルアライメ
ントの時点で規定されたショット位置の補正量として、
全ショット領域ＳＡの真のショットアドレス値を算出す
る方法（所謂ブロックアライメント、ゾーンアライメン
ト）でもよい。

ところで上記実施例では２つの別々のアライメント光学
系２０の配置が第１０図のような場合を想定していた。

この場合Ｘ方向アライメント用の光学系２０ｘとＹ方向
アライメント用の光学系２０ｙとは点Ｐ１からともにＬ
だけはなれているので、Ｘ方向とＹ方向との両マーク位
置計測でアツベ誤差が生じ、１つのショットアドレス座
標値（Ｘｓ、Ｙｓ）を決定するのに、ＸｓとＹｓとの両
方でΔＸａｂ、ΔＹａｂの補正が必要であった。

そこで第１１図に示すようにＸ方向アライメント用の光
学系２０ｘを測定軸ＢＸ上に配置し、Ｙ方向アライメン
ト用の光学系２０ｙを測定軸ＢＹ上に配置するようにす
れば、両方向のマーク位置検出時に理論的にはアツベ誤
差が発生しない。従って、Ｘ５＝ＸＳ’　、Ｙｓ＝Ｙｓ
’　　となり計測処理は簡単になるとともに、精度上不
安定な要素は存在しないことになる。ところが第１０図
の場合でも同様であるが、Ｘ方向とＹ方向とが別々のア
ライメント光学系で構成されていると、ウェハステージ
１はＸ方向とＹ方向との両方に移動ストロークを大きく
しておかなければならず、このことは移動鏡６．７の両
方の反射面の精度を長い寸法に渡ってともに高精度にし
なければならないことを意味し、製造しにくいものにな
ってしまう。

そこでアライメント光学系２０の対物レンズ２０５を共
用してＸ方向とＹ方向との２軸のアライメント光学系を
構成する。具体的には第２図において、例えば結像レン
ズ２０６と指標板２０７との間にハーフミラ−を設けて
ウェハＷからの反射光を２つに分け、その２つの反射光
束の一方に対してはＸ方向用の指標板、レンズ２０９ａ
、２０９ｂ及び撮像管を設け、他方に対してはＹ方向用
の指標板、レンズ２０９ａ、２０９ｂ及び撮像管を設け
るようにする。そしてこの２軸のアライメント光学系２
０を例えば第１２図に示すように測定軸ＢＹ上に検出中
心が位置するように配置する。

この際、Ｙ方向（測定軸ＢＹ方向）のマーク位置検出に
おいてはアソへ誤差が発生しないが、Ｘ方向（測定軸Ｂ
Ｘ方向）のマーク位置検出においてはアツベ誤差が発生
する。従って点Ｐ１　とアライメント光学系２０の中心
との距離をＬとすると、真のショットアドレス値は（５
）、（６）式のように表される。

Ｘ５ｗＸ５’　　＋Ｌ−ｓｉｎ　θ、、−−−−−−−
−−−−−−−（５）Ｙｓ＝Ｙｓ’　　　　　　　　　
・−一−−−・−−−−一−−・−（６）このような構
成にするとウェハＷの直径をＤとしたときウェハステー
ジ１のＹ方向の移動ストロークはＬ＋Ｄ以上であり、Ｘ
方向の移動ストロークはＤ以上であればよいことがわか
る。すなわち移動鏡６のＹ方向の長さのみをＬ＋Ｄ以上
にしておけばよく、移動鏡７のＸ方向の長さについては
Ｄ以上であればよい。尚、ウェハＷをステージ１上に載
置するため、ウェハ載置面を投影レンズ２及びアライメ
ント光学系２０の直下から引き出して、ローディングポ
ジションに位置決めする分のストロークも必要である。

また第１２図にも示したように、レチクルＲ上のマーク
ＳＹ、Ｓθの各像ｓｙ’　、ｓθ゛の投影位置とアライ
メント光学系２０のＸ方向とＹ方向の中心位置との間隔
、所謂ベースライン量は設計上はＬではあるが、レチク
ルＲのアライメント誤差等を考えると、レーザ干渉計４
，５による分解能（０，０２μｍ）で検出できる程度に
変動する。

そこでウェハステージ１上の基準マークＦＭとマークＳ
Ｙ（又はＳθ）とがＴＴＬ　・０Ｎ−Ａｘｉｓ方式のア
ライメント系によって正確に重なり合って検出されるよ
うにウェハステージ１を位置決めし、そのときのウェハ
ステージ１のＹ方向の位置ｙＩを記憶する。次に基準マ
ークＦＭがアライメント光学系２０によって検出される
ようにウェハステージ１を位置決めし、そのときのウェ
ハステージ１のＹ方向の位置ｙ２を記憶する。そしてベ
ースライン量として！＋−ｙｚを算出して記憶する。こ
の値はレーザ干渉計の分解能で決まる精度で求められる
。もちろんＸ方向についてもマークＳｘとアライメント
光学系２０とのＸ方向のずれを検出して、そのずれ量を
Ｘ方向のベースライン量とすればよい。このときマーク
ＳＸの像ＳＸ″も、アライメント光学系２０のＸ方向の
検出中心も、測定軸ＢＸからずれているためアツベ誤差
が発生し得るが、これは差動干渉計によって求めたヨー
イング量θ。に基づいて容易に補正できる。

また第９図に示したようにショット領域ＳＡの中心ＣＣ
に対して回転対称な位置にマークＭｙ、Ｍθがある場合
は、アライメント光学系２０　（又は２０ｙ）によって
マークＭｙとＭθのＹ方向の位置を求め、その差を算出
することによってショッ）　６Ｍ域ＳＡ自体の配列座標
系（あるいはウェハステージ１の座標系）内での微小回
転誤差も求められる。そこで露光時にその微小回転誤差
（所謂チップローテーション）が補正されるようにウェ
ハＷをその分だけθテーブルによって回転させるか、あ
るいはレチクルステージ３に微小回転機構を設け、レチ
クルＲを露光ショット毎に回転補正させれば、さらに重
ね合わせ精度が向上する。

さらにウェハＷ上のＥＳＡ方式のマークＭｘ、Ｍｙ、Ｍ
θは、ＴＴ　Ｌ−ＯＮ　−Ａｘｉｓ方式のアライメント
系を用いてレチクルＲ上のマークＳＸ、ＳＹ、Ｓθとと
もに同時に観察（検出）できるような配置になっている
と、さらに好ましい。それはアライメント光学系２０で
アライメントを行った結果が正確だったか否かをただち
に確認できるからである。

またアライメント光学系２０としては撮像管を用いた検
出方式以外に、フォトレジストを感光させない波長スペ
クトルを数本有するレーザ光をウェハＷ上でスポット光
にして相対走査（レーザスポットのスキャンあるいはウ
ェハステージの移動）する方式であっても同様の効果が
得られる。

レーザスポットそのものをスキャンとする方式ではアラ
イメント光学系内に基準となる指標マークが必要であり
、この指標マークとともにウェハＷ上のマークを同一の
レーザスポット光で走査する。

またレーザスポットを微小振動させてマークからの反射
光に応じた光電信号を同期検波する方式では、その振動
中心がアライメント光学系２０の検出中心である。さら
にレーザスポットを一切動かさず、ウェハステージ１を
走査して、マークからの反射光（散乱光、回折光等）に
応じた光電信号をレーザ干渉計４．５からの計測パルス
信号でサンプリングする方式では、レーザスポットその
ものの走査方向の中心が検出中心である。

また差動干渉針の構成は第１３図に示すようにレーザビ
ーム（測定軸）ＢＸを挟んで２本のレーザビームＢ３　
、Ｂ４が位置するようにすると、必要される移動鏡６の
Ｙ方向の長さは最小になる。

（発明の効果） 以上本発明によれば、オフ・アクシス（ＯＦ　Ｆ−Ａｘ
ｉｓ）方式でイーチ・ショット・アライメントが可能な
ように移動ステージのストロークを大きくしたので、被
露光基板の表面状態に見合った最適なアライメント光学
系を持たせることができる。このためフォトレジストに
よる干渉やマーク下地条件による散乱等の影響を受けに
（くなり、高精度のマーク検出が可能となる。さらに実
施例によればアライメント光学系は投影光学系の一部、
又は全部を一切使用していないので、従来のように投影
光学系のウェハ側のＮ、Ａ、（開口数）に制限されるこ
となく、大きくできる。例えばアライメント光学系の対
物側として、Ｎ、Ａ、を０．９５程度にすることも可能
である。このようにＮ。

Ａ、が大きくなると、結像光線の干渉効果は更に小さく
なる利点のみならず、高分解能が得られる。

そのため、マークのエツジの分解能が高くなるため、ア
ライメント信号（画像信号、光電信号）のＳ／Ｎ比も上
がり、検出精度が向上するといった利点がある。さらに
高Ｎ、Ａ、の対物レンズは焦点深度が小さく、マークの
ボトムとトップとを分離してピント合わせできるので、
例えばマークのボトムのみに対応したアライメントを行
うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による投影型露光装置の構成を
示す斜視図、第２図はオフ・アクシス方式、グイ・パイ
・ダイアライメント用のアライメント光学系の光学配置
図、第３図は奔≠！半セイライメントマークを用いたア
ライメント誤差の検出の様子を示す図、第４図はアライ
メント信号の波計図、第５図は干渉効果を説明するウェ
ハの断面図、第６図は第５図の場合のアライメント信号
の波形図、第７図は散乱現象を説明するウェハの断面図
、第８図は第７図の場合のアライメント信号の波形図、
第９図はウェハ上のショット配列とマーク配置を示す平
面図、第１０図はアライメント光学系の配置を示す平面
図、第１１図はアライメント光学系の他の配置を示す平
面図、第１２図はさらに他のアライメント光学系配置を
示す平面図、第１３図は差動干渉計の他の構成を示す平
面図である。 （主要部分の符号の説明）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成された原画パターンの転写像と被露
   光基板とを相対的に２次元移動させて、該被露光基板上
   の異なる領域の夫々に前記転写像を順次露光する装置に
   おいて、 前記転写像から一定距離Ｌだけ離れた位置で、前記被露
   光基板上の領域の夫々に形成されたアライメントマーク
   を検出可能なアライメント光学手段と； 前記被露光基板を保持して２次元移動するとともに、少
   なくとも一次元方向の移動ストロークを前記被露光基板
   の寸法と前記一定距離Ｌとの和で決まる値以上に定めた
   ２次元移動ステージとを備えたことを特徴とする露光装
   置。
2. （２）前記アライメント光学手段は、前記被露光基板の
   表面に所定の厚さで形成された感光層を介して前記アラ
   イメントマークを照明するための照明光学系を有し、該
   マーク照明用の光は前記感光層を含む基板の層構造によ
   って発生する干渉や散乱が低減されるように、所定の波
   長帯域幅を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の装置。
3. （３）前記照明光学系は、水銀放電灯、白熱灯、又は多
   波長レーザのいずれか１つを光源として備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。