JP2001057326A

JP2001057326A - 位置計測方法、位置計測装置および露光装置並びに露光方法

Info

Publication number: JP2001057326A
Application number: JP11230911A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakajima; 伸一中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】振動やドリフトの影響を排除して、被計測物
体の位置を高精度に計測する。【解決手段】被計測物体２６の像と指標２４の像とを
用いて被計測物体２６の位置を計測する位置計測方法で
あって、一体的に構成した撮像部３１により、被計測物
体２６の像信号と指標２４の像信号とを分離し、分離し
た信号をそれぞれ個別に受像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等の製造工程において、フォトマスクのパター
ン像を感光基板上に投影露光する露光装置および露光方
法、そして露光された位置や上記フォトマスクの描画精
度を計測する位置計測方法並びに位置計測装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子の製造にあた
っては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以
下、レチクルという）に形成された微細なパターンの像
をフォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウェハや
ガラスプレート等の感光基板（以下、ウェハという）上
に投影露光することが行われている。レチクルのパター
ンは、例えば、ステップ・アンド・リピート方式の露光
装置を用い、レチクルとウェハとを高精度に位置合わせ
（アライメント）して、ウェハ上に既に形成されている
パターンに重ね合わせて投影露光される。このアライメ
ントに精度に対する要求は、パターンの微細化と共に厳
しくなってきており、アライメントには、様々な工夫が
なされている。

【０００３】レチクルのアライメントには露光光を用い
るものが一般的である。この種のアライメント方式とし
ては、露光光をレチクル上に描画されたアライメントマ
ークに照射し、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライメン
トマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測
するＶＲＡ（ＶｉｓｕａｌＲｅｔｉｃｌｅＡｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）方式などが知られている。

【０００４】ウェハのアライメント方式としては、特開
昭６０−１３０７４２号に示されるような、レーザ光を
ウェハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、
そのマークにより回折または散乱された光を用いてマー
ク位置を検出するＬＳＡ（ＬａｓｅｒＳｔｅｐＡｌ
ｉｇｎｍｅｎｔ）方式、特開平４−６５６０３号に示さ
れるような、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、ＣＣＤカメラなどで撮像したアライ
メントマークの画像データを画像処理してマーク位置を
計測するＦＩＡ（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅＡｌｉｇｎ
ｍｅｎｔ）方式、あるいは特開昭６１−２０８２２０号
や特開昭６１−２１５９０５号に示されるような、ウェ
ハ上の回折格子状のアライメントマークにピッチ方向に
対照的に傾斜した２つのコヒーレントビームを照射し、
発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライ
メントマークの位置を計測するＬＩＡ（ＬａｓｅｒＩ
ｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）
方式等がある。

【０００５】これらの光学式アライメントにおいては、
まずレチクル上のアライメントマークを検出、処理し、
位置座標を計測する。次に、ウェハ上のアライメントマ
ークを検出、処理し、位置座標を計測することで、重ね
合わされるショットの位置を求める。それらの結果を基
に、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるよう
に、ウェハをウェハステージによって移動させてレチク
ルのパターン像を投影露光する。

【０００６】ところで、上記のＦＩＡ方式の計測では、
従来、複数の光学素子により、ＣＣＤカメラ等の撮像部
とウェハとの間にウェハの表面と共役になる面を形成
し、この共役面に指標を配置することで、ウェハ上の被
計測物体であるアライメントマークと指標との相対位置
ずれ量を計測し、計測した位置ずれ量を用いてウェハの
アライメントを行っていた。

【０００７】ところが、この場合、一つの画像内に指標
とアライメントマークが存在することになるので視野が
狭くなるとともに、ゲイン調整に制限ができ、アライメ
ント時の照明条件によってはアライメントマークをほと
んど検出できないという問題があった。加えて、指標と
アライメントマークとが離間しているので、どちらか一
方の近傍のみでゆらぎ等が発生すると正確な位置ずれ量
を計測できないという問題があった。

【０００８】そこで、上記の不都合を解消する手段とし
て、図６に示すような位置計測装置が用いられている。
この図に示す位置計測装置２１は、コンデンス光学系等
の光学素子２２内にハーフミラー２３および指標２４が
設けられるとともに、このハーフミラー２３を介してウ
ェハ（基板）Ｗに向けて白色光等の可視光を照射するハ
ロゲンランプ等の光源２５ａ、および指標２４へ向けて
赤外光を照射するＬＥＤ等の光源２５ｂ（図６では一つ
のみ図示）が設けられるものである。なお、指標２４
は、赤外光の光路内の像面に配置されている。

【０００９】そして、赤外光で照射された指標２４の像
信号と、可視光で照射されたウェハＷ上のアライメント
マーク（被計測物体）２６の像信号とは、リレーレンズ
等の光学素子２７を通過して、光を波長分離するダイク
ロイックミラー（分離部）２８に入射する。ダイクロイ
ックミラー２８は、可視光を反射し、且つ赤外光を透過
するため、図７（ａ）に示す指標２４の像信号は指標用
ＣＣＤカメラ２９で受像され、図７（ｂ）に示すアライ
メントマーク２６の像信号はマーク用ＣＣＤカメラ３０
で受像される。各ＣＣＤカメラ２９、３０の位置は予め
求められているので、ＣＣＤカメラ２９、３０で受像し
た像信号に所定の演算処理を施すことで、両像信号の位
置関係、すなわち、指標２４とアライメントマーク２６
との相対位置ずれ量を計測することができる。

【００１０】この位置計測装置２１では、指標２４を光
路内に設けているので、ＣＣＤカメラ２９、３０や光学
系の振動などが精度に影響を与えることを防ぐことがで
き、また指標２４とアライメントマーク２６の像信号を
波長分離しているので、各ＣＣＤカメラ２９、３０では
視野の確保、ゲイン設定の自由度が向上している。そし
て、指標２４とアライメントマーク２６とが接近して配
置されており、ゆらぎ等が発生しても双方に同様に影響
を与えるため、双方の相対位置関係の誤差が少ない状態
で計測可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の位置計測方法、位置計測装置および露光
装置並びに露光方法には、以下のような問題が存在す
る。指標２４の像信号とアライメントマーク２６の像信
号とを波長分離しているため、ＣＣＤカメラ等の撮像手
段が複数必要になり、コストアップや設置スペースの増
大になってしまう。また、撮像手段を複数設けることに
より、波長分離後（ダイクロイックミラー２８と各カメ
ラ２９、３０との間）の光路毎にカメラ振動やドリフト
が発生する可能性がある。この場合、一方のＣＣＤカメ
ラにのみカメラ振動やドリフトが発生すると、指標２４
とアライメントマーク２６との相対位置ずれ量を正確に
計測できないことになり、位置決め精度および露光精度
に影響を及ぼす虞があった。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、振動やドリフトの影響を排除して、被計測
物体の位置を高精度に計測できる位置計測方法、位置計
測装置、および計測された被計測物体に基づいてマスク
のパターンを基板に露光する露光装置並びに露光方法を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図５に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明の位置計測
方法は、被計測物体（２６）の像と指標（２４）の像と
を用いて被計測物体（２６）の位置を計測する位置計測
方法であって、一体的に構成した撮像部（３１）によ
り、被計測物体（２６）の像信号と指標（２４）の像信
号とを分離し、分離した信号をそれぞれ個別に受像する
ことを特徴とするものである。

【００１４】従って、本発明の位置計測方法では、被計
測物体（２６）の像信号と指標（２４）の像信号とを分
離し、分離した信号をそれぞれ個別に受像する撮像部
（３１）が一体的に構成されているので、信号を分離し
た後、受像するまでの信号路の距離を短くできる。その
ため、振動やドリフトが発生しても双方が受ける影響の
差を低減することが可能になり、受像した像信号に含ま
れる誤差を相殺することができる。

【００１５】また、本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）
のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光方法において、
マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少なくともどちらか一方
の位置を、請求項１から６のいずれか一項に記載の位置
計測方法により計測することを特徴とするものである。

【００１６】従って、本発明の露光方法では、振動やド
リフトが発生してもマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少な
くともどちらか一方の位置を高精度に計測することが可
能になる。そのため、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少
なくともどちらか一方を高精度に位置決めすることが可
能になり、マスク（Ｒ）のパターンを基板に高精度に露
光することができる。特に、基板（Ｗ）に露光された前
層のパターンの位置を計測し、この計測結果に基づいて
基板（Ｗ）を位置決めすることにより、パターンの重ね
合わせ精度を高めることができる。

【００１７】そして、本発明の位置計測装置は、被計測
物体（２６）の像と指標（２４）の像とを用いて被計測
物体（２６）の位置を計測する位置計測装置（１７）で
あって、被計測物体（２６）の像信号と指標（２４）の
像信号とを分離する分離部（２８）と、分離部（２８）
で分離された被計測物体（２６）の像信号を受像する第
１受像部（３３）と、分離部（２８）で分離された指標
（２４）の像信号を受像する第２受像部（３４）とが一
体的に構成された撮像部（３１）を備えることを特徴と
するものである。

【００１８】従って、本発明の位置計測装置では、分離
部（２８）と第１受像部（３３）と第２受像部（３４）
とが一体的に構成されているので、信号を分離した後、
受像するまでの信号路の距離、すなわち分離部（２８）
と第１受像部（３３）との間の距離、および分離部（２
８）と第２受像部（３４）との間の距離、さらに第１受
像部（３３）、第２受像部（３４）間の距離を短くでき
る。そのため、振動やドリフトが発生しても双方が受け
る影響の差を低減することが可能になり、受像した像信
号に含まれる誤差を相殺することができる。

【００１９】さらに、本発明の露光装置は、マスク
（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光装置
（１）において、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少なく
ともどちらか一方の位置を計測する装置として、請求項
８から１４のいずれか一項に記載の位置計測装置（１
７）が配設されていることを特徴とするものである。

【００２０】従って、本発明の露光装置では、振動やド
リフトが発生してもマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少な
くともどちらか一方の位置を高精度に計測することが可
能になる。そのため、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との少
なくともどちらか一方を高精度に位置決めすることが可
能になり、マスク（Ｒ）のパターンを基板に高精度に露
光することができる。特に、基板（Ｗ）に露光された前
層のパターンの位置を計測し、この計測結果に基づいて
基板（Ｗ）を位置決めすることにより、パターンの重ね
合わせ精度を高めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の位置計測方法、位
置計測装置および露光装置並びに露光方法の第１の実施
の形態を、図１および図２を参照して説明する。ここで
は、例えば、位置計測装置をウェハ上のアライメントマ
ークを計測するウェハ・アライメントセンサとする場合
の例を用いて説明する。これらの図において、従来例と
して示した図６および図７と同一の構成要素には同一符
号を付し、その説明を簡略化する。

【００２２】図２は、本発明の露光装置１の概略構成図
である。超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源２
から射出された照明光は、反射鏡３で反射されて露光に
必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ４に
入射する。波長選択フィルタ４を透過した照明光は、フ
ライアイインテグレータ５によって均一な強度分布の光
束に調整されてレチクルブラインド６に到達する。レチ
クルブラインド６は、開口Ｓの大きさを変化させて照明
光によるレチクル（マスク）Ｒ上の照明領域を設定する
ものである。

【００２３】レチクルブラインド６の開口Ｓを通過した
照明光は、反射鏡７で反射されてレンズ系８に入射す
る。このレンズ系８によってレチクルブラインド６の開
口Ｓの像がレチクルステージ２０上に保持されたレチク
ルＲ上に結像され、レチクルＲの所望領域が照明され
る。なお、これら波長選択フィルタ４、フライアイイン
テグレータ５、レチクルブラインド６、レンズ系８によ
り照明光学系が構成される。レチクルＲの照明領域に存
在するショットパターンまたはアライメントマーク（被
計測部）の像は、レジストが塗布されたウェハＷ上に投
影光学系９によって結像される。これにより、ウェハＷ
上の特定領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

【００２４】ウェハＷは、ウェハステージ１０上に真空
吸着されて保持されている。ウェハステージ１０は、投
影光学系９の光軸と垂直で互いに直交する方向へ移動可
能な一対のブロックを重ね合わせた構造を有している。
また、ウェハステージ１０は、モータ等の駆動手段１１
により駆動されることでステージ移動座標系内での当該
ウェハステージ１０の位置、すなわち、投影光学系９の
露光視野と重なるウェハＷ上のショット位置が位置決め
される。

【００２５】ステージ移動座標系内におけるウェハステ
ージ１０の位置は、該ウェハステージ１０に固定された
移動鏡１２に向けてレーザ光を射出するレーザ干渉計１
３で検出される。レーザ干渉計１３の測定値は、ステー
ジ制御系１４に出力される。ステージ制御系１４は、そ
の情報に基づいてステージ駆動手段１１を制御する。ま
た、ステージ制御系１４から主制御系１５にレーザ干渉
系１３の測定値の情報が出力されている。主制御系１５
は、出力された情報に基づいてステージ制御系１４を制
御する。

【００２６】この露光装置１には、レチクルＲとウェハ
Ｗとの位置合わせを行うための、例えばＴＴＲ（スルー
・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメントセンサ
１６およびオフアクシス方式のウェハ・アライメントセ
ンサ（位置計測装置）１７が備えられている。ＴＴＲ方
式のレチクル・アライメントセンサ１６のアライメント
方式としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を使用するＬＳＡ方
式およびＬＩＡ方式、または露光光を使用する露光光ア
ライメント方式が望ましい。

【００２７】特に、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）、Ａｒ
Ｆ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ用の投影光学系９
を採用した場合には、Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長とＫｒ
Ｆ、ＡｒＦエキシマレーザの波長とが大きく異なるの
で、投影光学系９の色収差の関係で露光光アライメント
方式が好ましい。また、露光光アライメント方式を使う
とオフセットを考慮する必要がなく、いわゆるベースラ
インを管理する必要がない。

【００２８】レチクル・アライメントセンサ１６は、レ
チクルＲに形成されたアライメントマークと投影光学系
９とを介して観察される基準マーク部材１８上の基準マ
ークまたはウェハＷとの位置関係（ずれ量）を計測す
る。露光光アライメント方式では、撮像素子（ＣＣＤ）
を用いてモニタに表示することで、その位置関係を直接
的に観察できる。基準マーク部材１８は、ウェハステー
ジ１０上に固定され、ウェハＷの表面と同じ高さに形成
されたマークを有している。そして、このマークを計測
することにより、上記両アライメントセンサ１６、１７
の基準位置を決定することができる。

【００２９】オフアクシス方式のウェハ・アライメント
センサ１７のアライメント方式としては、ＦＩＡ方式、
ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式または露光光を使用する露光光
アライメント方式を適用できる。ウェハ・アライメント
センサ１７には、ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式ではＳＰＤ等
の光電変換素子を使用し、ＦＩＡ方式ではＣＣＤカメラ
等の撮像素子を使用する。これらの方式のうち、本実施
の形態ではＦＩＡ方式を採用している。

【００３０】図１に示すように、ウェハ・アライメント
センサ１７は、可視光を照射する光源２５ａ、赤外光を
照射する光源２５ｂ、指標２４、光学素子２２、２７お
よびＣＣＤカメラ（撮像部）３１とから構成されてい
る。ＣＣＤカメラ３１は、函体３２の内部にダイクロイ
ックミラー２８と、第１撮像素子としてのマーク用ＣＣ
Ｄチップ（第１受像部）３３と、第２撮像素子としての
指標用ＣＣＤチップ（第２受像部）３４とを一体的に収
容する構成になっている。

【００３１】マーク用ＣＣＤチップ３３は、ダイクロイ
ックミラー２８で反射した可視光によりアライメントマ
ーク２６の像信号を受像するものである。指標用ＣＣＤ
チップ３４は、ダイクロイックミラー２８を透過した赤
外光により指標２４の像信号を受像するものである。

【００３２】これらレチクル・アライメントセンサ１６
およびウェハ・アライメントセンサ１７からの出力信号
は、アライメント制御系１９によって処理される。そし
て、アライメント制御系１９は、主制御系１５によって
制御されている。

【００３３】上記の構成のウェハ・アライメントセンサ
１７および露光装置１を用いてウェハＷをアライメント
する際には、光源２５ａからアライメント光（検知光）
として可視光をハーフミラー２３を介してアライメント
マーク２６に照射する。また、光源２５ｂからアライメ
ント光として赤外光を指標２４に照射する。アライメン
トマーク２６から反射される可視光と、指標２４から反
射（あるいは透過）される赤外光とは、空間的に混在し
た状態でＣＣＤカメラ３１に入射する。

【００３４】そして、入射した両アライメント光は、ダ
イクロイックミラー２８で波長により分離され、アライ
メントマーク２６の像信号がマーク用ＣＣＤチップ３３
で受像され、指標２４の像信号が指標用ＣＣＤチップ３
４で受像される。各ＣＣＤチップ３３、３４で受像した
像信号を画像処理して、マーク用ＣＣＤチップ３３を基
準とするアライメントマーク２６の位置と、指標用ＣＣ
Ｄチップ３４を基準とする指標２４の位置とを求め、こ
れらアライメントマーク２６、指標２４の位置と予め求
められている両ＣＣＤチップ３３、３４の位置とをアラ
イメント制御系１９で演算処理することで、アライメン
トマーク２６、指標２４の相対位置ずれ量を計測する。

【００３５】こうして求められた相対位置ずれ量に基づ
いてウェハＷのショット領域に、前工程で形成されたパ
ターンとレチクルＲ上のパターンとを正確に位置合わせ
する。ステージ制御系１４は、主制御系１５からアライ
メント結果を受け取り、その結果を基にしてステージ駆
動手段１１を制御し、ウェハＷを所定位置に移動させ
る。そして、レチクルＲの照明領域に存在するショット
パターンを、投影光学系９を介してウェハＷ上の特定領
域に露光する。

【００３６】本実施の形態の位置計測方法、位置計測装
置および露光装置並びに露光方法では、マーク用ＣＣＤ
チップ３３と指標用ＣＣＤチップ３４とが函体３２内に
一体的に収納されているので、両ＣＣＤチップ３３、３
４間の距離が短くなり、カメラ振動やドリフトが発生し
てもこれらの影響が両ＣＣＤチップ３３、３４に同等に
作用することになる。そのため、両ＣＣＤチップ３３、
３４が受像した像信号を演算処理した際に各像信号に含
まれる誤差を相殺することが可能になり、誤差を含まな
い高精度の相対位置ずれ量を計測することができる。

【００３７】また、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ３
１を一体的に構成することで、一台の撮像部で指標２４
とアライメントマーク２６との位置ずれ量を計測可能に
なるので、コストダウンおよび設置スペースの省スペー
ス化、すなわち露光装置１の小型化も実現できる。さら
に、ＣＣＤカメラ３１を一体的に構成することで、発熱
源も減少することになるので、露光装置１における熱ゆ
らぎ等の悪影響を抑制することもできる。

【００３８】図３および図４は、本発明の位置計測方
法、位置計測装置および露光装置並びに露光方法の第２
の実施の形態を示す図である。これらの図において、図
１および図２に示す第１の実施の形態の構成要素と同一
の要素については同一符号を付し、その説明を省略す
る。第２の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが異
なる点は、ＣＣＤカメラの構成である。

【００３９】図３に示すように、ＣＣＤカメラ３１は、
複数のピクセル（画素）が配列されたＣＣＤチップ３５
と、このＣＣＤチップ３５にピクセル毎に異なる分光特
性を与えるフィルター（分離部）３６とを函体３２の内
部に収容した構成になっている。図４に示すように、フ
ィルター３６は、可視光を遮光して赤外光を透過させる
可視光カットフィルター（指標信号透過部）３６ａと、
赤外光を遮光して可視光を透過させる赤外光カットフィ
ルター（物体信号透過部）３６ｂとがピクセル毎に交互
に配列された格子状を呈している。

【００４０】そして、ＣＣＤチップ３５は、アライメン
ト光に対して可視光カットフィルター３６ａの光路後方
に配置された指標用ピクセル（第２受像部）３５ａと、
赤外光カットフィルター３６ｂの光路後方に配置された
マーク用ピクセル（第１受像部）３５ｂとが、各カット
フィルター３６ａ、３６ｂに対応するように交互に配列
された撮像素子を構成している。なお、このＣＣＤカメ
ラ３１は、カラーＣＣＤのＲ・Ｇ・Ｂ用の各フィルター
を可視光カットフィルター３６ａおよび赤外光カットフ
ィルター３６ｂに置換することにより製作可能である。

【００４１】上記の構成のウェハ・アライメントセンサ
１７では、アライメントマーク２６から反射される可視
光と、指標２４から反射（あるいは透過）される赤外光
とが空間的に混在した状態でＣＣＤカメラ３１に入射す
ると、赤外光カットフィルター３６ｂで赤外光が遮光さ
れ可視光が透過することでアライメントマーク２６の像
信号がマーク用ピクセル３５ｂで受像される。また、可
視光カットフィルター３６ａで可視光が遮光され赤外光
が透過することで指標２４の像信号が指標用ピクセル３
５ａで受像される。

【００４２】そして、各ピクセル３５ａ、３５ｂで受像
した像信号をアライメント制御系１９で画像処理して、
アライメントマーク２６の位置と指標２４の位置とをそ
れぞれ求め、求めた位置を演算処理することで、アライ
メントマーク２６、指標２４の相対位置ずれ量を計測す
る。ここでは、各ピクセル３５ａ、３５ｂが同一のＣＣ
Ｄチップ３５に配列されたものなので、互いの位置関係
を調整する必要がない。

【００４３】本実施の形態の位置計測方法、位置計測装
置および露光装置並びに露光方法では、上記第１の実施
の形態と同様の効果が得られることに加えて、一台のＣ
ＣＤチップ３５でアライメント光を分離し、アライメン
トマーク２６、指標２４の像信号を受像しているので、
各像信号の受像部が離間しておらず、カメラ振動やドリ
フトの影響の差をより低減できるとともに、位置計測装
置および露光装置をより小型化することが可能になる。
また、交互に配列されたピクセル３５ａ、３５ｂ毎にア
ライメントマーク２６および指標２４の像信号をそれぞ
れ受像することで各像間の相対位置関係を容易に計測す
ることができ、高精度の位置計測を実現することが可能
になる。

【００４４】なお、上記実施の形態では、可視光カット
フィルター３６ａと赤外光カットフィルター３６ｂとを
ピクセル毎に交互に配列する構成としたが、これに限定
されるものではなく、例えば２ピクセル毎やそれ以上の
ピクセル毎に配列する構成であってもよい。

【００４５】図５は、本発明の位置計測方法、位置計測
装置および露光装置並びに露光方法の第３の実施の形態
を示す図である。この図において、図３および図４に示
す第２の実施の形態の構成要素と同一の要素については
同一符号を付し、その説明を省略する。第３の実施の形
態と上記の第２の実施の形態とが異なる点は、フィルタ
ー３６およびＣＣＤチップ３５の構成である。

【００４６】すなわち、図５に示すように、フィルター
３６は、可視光カットフィルター３６ａと、赤外光を遮
光して可視光を透過させる赤外光カットフィルター３６
ｂとが一列毎に交互に配列された構成になっている。そ
して、ＣＣＤチップ３５も、可視光カットフィルター３
６ａに対して光路後方に配置された指標用ピクセル３５
ａと、赤外光カットフィルター３６ｂに対して光路後方
に配置されたマーク用ピクセル３５ｂとが、各カットフ
ィルター３６ａ、３６ｂに対応するように一列毎に交互
に配列された撮像素子を構成している。なお、図５に示
す一列毎ではなく、一行毎に交互に配列された撮像素子
としてもよい。

【００４７】本実施の形態の位置計測方法、位置計測装
置および露光装置並びに露光方法では、上記第２の実施
の形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、Ｃ
ＣＤチップ３５の多くが受像した信号を列毎に送信する
構成であることを考慮すると、上記第２の実施の形態で
は列毎に指標用ピクセル３５ａおよびマーク用ピクセル
３５ｂから出力された信号が混在することになり、両信
号を分離するという手間が必要であるが、本実施の形態
では、各ピクセル３５ａ、３５ｂ毎に送信された信号を
分離する必要がなく、効率的な信号処理を実施すること
が可能になる。

【００４８】なお、上記実施の形態において、本発明の
位置計測装置をウェハ・アライメントセンサ１７に適用
する構成としたが、これに限られることなく、例えばレ
チクルＲの位置を計測する際に用いられるレチクル・ア
ライメントセンサ１６にも適用可能である。さらに、ア
ライメントセンサに限定されるものではなく、例えばウ
ェハＷ上に層毎に形成された複数のパターンやマーク
（被計測部）を計測対象として、前記複数層の被計測部
の重ね合わせ誤差を計測する重ね合わせ計測装置にも適
用可能である。この場合、重ね合わせ誤差を高精度に計
測できるという効果が得られる。

【００４９】また、上記実施の形態では、アライメント
光として白色光等の可視光と赤外光とを用いる構成とし
たが、波長が異なればこれに限られるものではなく、他
の光源を用いてもよい。

【００５０】なお、本実施の形態の基板としては、半導
体デバイス用の半導体ウェハＷのみならず、液晶ディス
プレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用の
セラミックウェハ、あるいは露光装置で用いられるマス
クまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウェハ）
等が適用される。

【００５１】露光装置１としては、レチクルＲとウェハ
Ｗとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、
ウェハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・
リピート方式の投影露光装置（ステッパー）の他に、レ
チクルＲとウェハＷとを同期移動してレチクルＲのパタ
ーンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の
走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；USP5,47
3,410）にも適用することができる。

【００５２】露光装置１の種類としては、ウェハＷに半
導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装
置に限られず、液晶表示素子製造用の露光装置や、薄膜
磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクルなど
を製造するための露光装置などにも広く適用できる。

【００５３】また、光源２として、超高圧水銀ランプか
ら発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．
ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電
子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、
電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型の
ランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タンタル（Ｔ
ａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導
体レーザ等の高周波などを用いてもよい。

【００５４】投影光学系９の倍率は、縮小系のみならず
等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学
系９としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる
場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する
材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折
系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型タイ
プのものを用いる）、また電子線を用いる場合には光学
系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を
用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状
態にすることはいうまでもない。また、投影光学系９を
用いることなく、レチクルＲとウェハＷとを密接させて
レチクルＲのパターンを露光するプロキシミティ露光装
置にも適用可能である。

【００５５】ウェハステージ１０やレチクルステージ２
０にリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参
照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上
型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁
気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ１
０、２０は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、
ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

【００５６】各ステージ１０、２０の駆動機構として
は、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
より各ステージ１０、２０を駆動する平面モータを用い
てもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットと
のいずれか一方をステージ１０、２０に接続し、磁石ユ
ニットと電機子ユニットとの他方をステージ１０、２０
の移動面側に設ければよい。

【００５７】ウェハステージ１０の移動により発生する
反力は、投影光学系９に伝わらないように、特開平８−
１６６４７５号公報（USP5,528,118）に記載されている
ように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃
がしてもよい。レチクルステージ２０の移動により発生
する反力は、投影光学系９に伝わらないように、特開平
８−３３０２２４号公報（US S/N 08/416,558）に記載
されているように、フレーム部材を用いて機械的に床
（大地）に逃がしてもよい。

【００５８】複数の光学素子から構成される照明光学系
２３および投影光学系９をそれぞれ露光装置本体に組み
込んでその光学調整をするとともに、レチクル・アライ
メントセンサ１６、ウエハ・アライメントセンサ１７を
取り付け、多数の機械部品からなるレチクルステージ２
０やウェハステージ１０を露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続し、アライメント制御系１９、ステージ
制御系１４、主制御系１５を取り付け、さらに総合調整
（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施の形
態の露光装置１を製造することができる。なお、露光装
置１の製造は、温度およびクリーン度等が管理されたク
リーンルームで行うことが望ましい。

【００５９】半導体素子や液晶表示素子等のデバイス
は、各デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この
設計ステップに基づいたレチクルＲを製作するステッ
プ、ウェハＷ、ガラス基板等を製作するステップ、前述
した実施の形態の露光装置１によりレチクルＲのパター
ンをウェハＷ、ガラス基板に露光するステップ、各デバ
イスを組み立てるステップ（ウェハＷの場合、ダイシン
グ工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、
検査ステップ等を経て製造される。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る位
置計測方法は、一体的に構成した撮像部により、被計測
物体の像信号と指標の像信号とを分離し、個別に受像す
る手順となっている。これにより、この位置計測方法で
は、分離した像信号を受像するまでの距離が短くなるこ
とで、カメラ振動やドリフトが発生してもこれらの影響
が両信号に対して同等に作用することになるため、各像
信号に含まれる誤差を相殺することが可能になり、誤差
を含まない高精度の相対位置ずれ量、すなわち被計測物
体の位置を高精度に計測できるという効果が得られる。
また、撮像部を一体的に構成することで、コストダウン
および設置スペースの省スペース化も実現できる。

【００６１】請求項２に係る位置計測方法は、被計測物
体の像信号と指標の像信号とを波長により分離する構成
となっている。これにより、この位置計測方法では、像
信号を受像した際の視野を確保できるとともに、ゲイン
設定の自由度が増すという効果が得られる。

【００６２】請求項３に係る位置計測方法は、分離した
被計測物体の像信号と指標の像信号とを異なる撮像素子
でそれぞれ受像する構成となっている。これにより、こ
の位置計測方法では、撮像素子間の距離が短くなること
で、カメラ振動やドリフトが発生してもこれらの影響が
各撮像素子で受像される像信号に対して同等に作用する
ことになるため、各像信号に含まれる誤差を相殺するこ
とが可能になり、誤差を含まない高精度の相対位置ずれ
量を計測できるという効果が得られる。

【００６３】請求項４に係る位置計測方法は、異なる波
長の像信号を透過し、透過した像信号を受像する画素を
複数配列した構成となっている。これにより、この位置
計測方法では、被計測物体の像信号と指標の像信号とを
接近した画素毎に受像することが可能になり、カメラ振
動やドリフトの影響の差をより低減できるとともに、装
置をより小型化できるという効果が得られる。

【００６４】請求項５に係る位置計測方法は、像信号の
波長に対応する画素を所定数毎に交互に配列した構成と
なっている。これにより、この位置計測方法では、各像
間の相対位置関係を容易に計測することができ、高精度
の位置計測を実現できるという効果が得られる。

【００６５】請求項６に係る位置計測方法は、像信号の
波長に対応する画素を一行毎または一列毎に交互に配列
した構成となっている。これにより、この位置計測方法
では、両像信号を分離する必要がなく、効率的な信号処
理を実施できるという効果が得られる。

【００６６】請求項７に係る露光方法は、マスクと基板
との少なくともどちらか一方の位置を請求項１から６の
いずれか一項に記載の位置計測方法で計測する手順とな
っている。これにより、この露光方法では、マスクと基
板との少なくともどちらか一方の位置を高精度に計測し
て位置決めすることが可能になり、パターンを精度良く
露光できるという効果が得られる。さらに、撮像部を一
体的に構成したので、露光装置の小型化が実現するとと
もに、発熱源も減少することになるので、露光装置にお
ける熱ゆらぎ等の悪影響を抑制でき、より高精度の露光
処理が実現するという効果も奏する。

【００６７】請求項８に係る位置計測装置は、分離部と
第１受像部と第２受像部とが一体的に構成された撮像部
を備える構成となっている。これにより、この位置計測
装置では、分離した像信号を受像するまでの距離が短く
なることで、カメラ振動やドリフトが発生してもこれら
の影響が両信号に対して同等に作用することになるた
め、各像信号に含まれる誤差を相殺することが可能にな
り、誤差を含まない高精度の相対位置ずれ量、すなわち
被計測物体の位置を高精度に計測できるという効果が得
られる。また、撮像部を一体的に構成することで、コス
トダウンおよび設置スペースの省スペース化も実現でき
る。

【００６８】請求項９に係る位置計測装置は、撮像部が
分離部、第１受像部、第２受像部を収容する筐体を備え
る構成となっている。これにより、この位置計測装置で
は、筐体内において、分離した像信号を受像するまでの
距離が短くなることで、カメラ振動やドリフトが発生し
てもこれらの影響が両信号に対して同等に作用すること
になるため、各像信号に含まれる誤差を相殺することが
可能になり、誤差を含まない高精度の相対位置ずれ量、
すなわち被計測物体の位置を高精度に計測できるという
効果が得られる。また、撮像部を一体的に構成すること
で、コストダウンおよび設置スペースの省スペース化も
実現できる。

【００６９】請求項１０に係る位置計測装置は、分離部
が像信号を波長により分離する構成となっている。これ
により、この位置計測装置では、像信号を受像した際の
視野を確保できるとともに、ゲイン設定の自由度が増す
という効果が得られる。

【００７０】請求項１１に係る位置計測装置は、分離さ
れた被計測物体の像信号を第１撮像素子が受像し、分離
された指標の像信号を第２撮像素子が受像する構成とな
っている。これにより、この位置計測装置では、撮像素
子間の距離が短くなることで、カメラ振動やドリフトが
発生してもこれらの影響が各撮像素子で受像される像信
号に対して同等に作用することになるため、各像信号に
含まれる誤差を相殺することが可能になり、誤差を含ま
ない高精度の相対位置ずれ量を計測できるという効果が
得られる。

【００７１】請求項１２に係る位置計測装置は、撮像部
が、第１受像部と第２受像部とが画素として複数配列さ
れた撮像素子を構成している。これにより、この位置計
測装置では、被計測物体の像信号と指標の像信号とを接
近した画素毎に受像することが可能になり、カメラ振動
やドリフトの影響の差をより低減できるとともに、装置
をより小型化できるという効果が得られる。

【００７２】請求項１３に係る位置計測装置は、第１受
像部と第２受像部とが所定素子数毎に交互に配列される
構成となっている。これにより、この位置計測装置で
は、各像間の相対位置関係を容易に計測することがで
き、高精度の位置計測を実現できるという効果が得られ
る。

【００７３】請求項１４に係る位置計測装置は、第１受
像部と第２受像部とを一行毎または一列毎に交互に配列
した構成となっている。これにより、この位置計測装置
では、両像信号を分離する必要がなく、効率的な信号処
理を実施できるという効果が得られる。構成となってい
る。

【００７４】請求項１５に係る露光装置は、マスクと基
板との少なくともどちらか一方の位置を計測する装置と
して請求項８から１４のいずれか一項に記載の位置計測
装置が配設される構成となっている。これにより、この
露光装置では、マスクと基板との少なくともどちらか一
方の位置を高精度に計測して位置決めすることが可能に
なり、パターンを精度良く露光できるという効果が得ら
れる。さらに、撮像部を一体的に構成したので、露光装
置の小型化が実現するとともに、発熱源も減少すること
になるので、露光装置における熱ゆらぎ等の悪影響を抑
制でき、より高精度の露光処理が実現するという効果も
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であっ
て、一体的に構成されたマーク用ＣＣＤチップ、指標用
ＣＣＤチップを有するウェハ・アライメントセンサの概
略構成図である。

【図２】本発明の露光装置の概略構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図であっ
て、フィルターおよびＣＣＤチップを有するウェハ・ア
ライメントセンサの概略構成図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図であっ
て、可視光カットフィルターと赤外光カットフィルター
とが交互に配列された配置図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図であっ
て、可視光カットフィルターと赤外光カットフィルター
とが一列毎に交互に配列された配置図である。

【図６】従来技術のウェハ・アライメントセンサの一
例を示す概略構成図である。

【図７】（ａ）は指標マークの平面図であり、（ｂ）
はアライメントマークの平面図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル（マスク）Ｗウェハ（基板）１露光装置１７ウェハ・アライメントセンサ（位置計測装置）２４指標２６アライメントマーク（被計測物体）２８ダイクロイックミラー（分離部）３１ＣＣＤカメラ（撮像部）３２函体３３マーク用ＣＣＤチップ（第１撮像部）３４指標用ＣＣＤチップ（第２撮像部）３５ＣＣＤチップ（撮像部）３５ａ指標用ピクセル（第２受像部）３５ｂマーク用ピクセル（第１受像部）３６フィルター（分離部）３６ａ可視光カットフィルター（指標信号透過部）３６ｂ赤外光カットフィルター（物体信号透過部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５ＣＦターム(参考） 2F065 AA06 AA20 BB01 BB27 CC20 CC25 DD02 DD11 DD14 FF04 FF42 FF51 GG04 GG21 GG24 HH13 JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL00 LL04 LL12 LL20 LL22 LL26 LL30 LL50 NN20 PP11 TT02 5F046 BA03 CC01 EA03 EA09 EB01 EB02 EB03 ED02 ED03 FA02 FA03 FA06 FA10 FA16 FA17 FB13 FC04 FC05 FC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被計測物体の像と指標の像とを用いて前
記被計測物体の位置を計測する位置計測方法であって、一体的に構成した撮像部により、前記被計測物体の像信
号と前記指標の像信号とを分離し、分離した信号をそれ
ぞれ個別に受像することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】請求項１記載の位置計測方法において、前記被計測物体の像信号と前記指標の像信号とを波長に
より分離することを特徴とする位置計測方法。
【請求項３】請求項２記載の位置計測方法において、分離した前記被計測物体の像信号と前記指標の像信号と
を、異なる撮像素子によりそれぞれ受像することを特徴
とする位置計測方法。
【請求項４】請求項１または２記載の位置計測方法に
おいて、それぞれが異なる波長の像信号を透過し、透過した像信
号を受像する画素を複数配列したことを特徴とする位置
計測方法。
【請求項５】請求項４記載の位置計測方法において、前記像信号の波長に対応する前記画素を、所定素子数毎
に交互に配列したことを特徴とする位置計測方法。
【請求項６】請求項４記載の位置計測方法において、前記像信号の波長に対応する前記画素を、一行毎または
一列毎に交互に配列したことを特徴とする位置計測方
法。
【請求項７】マスクのパターンを基板に露光する露光
方法において、前記マスクと前記基板との少なくともどちらか一方の位
置を、請求項１から６のいずれか一項に記載の位置計測
方法により計測することを特徴とする露光方法。
【請求項８】被計測物体の像と指標の像とを用いて前
記被計測物体の位置を計測する位置計測装置であって、前記被計測物体の像信号と前記指標の像信号とを分離す
る分離部と、該分離部で分離された前記被計測物体の像信号を受像す
る第１受像部と、前記分離部で分離された前記指標の像信号を受像する第
２受像部とが一体的に構成された撮像部を備えることを
特徴とする位置計測装置。
【請求項９】請求項８記載の位置計測装置において、前記撮像部は、前記分離部、前記第１受像部および前記
第２受像部を収容する函体を備えることを特徴とする
【請求項１０】請求項８または９記載の位置計測装置
において、前記分離部は、被計測物体の像信号と前記指標の像信号
とを波長により分離することを特徴とする位置計測装
置。
【請求項１１】請求項１０記載の位置計測装置におい
て、前記第１受像部は、波長分離された前記被計測物体の像
信号を受像する第１撮像素子であり、前記第２受像部は、波長分離された前記指標の像信号を
受像し、前記第１撮像素子とは異なる第２撮像素子であ
ることを特徴とする位置計測装置。
【請求項１２】請求項９または１０記載の位置計測装
置において、前記分離部は、前記被計測物体の像信号を透過する物体
信号透過部と、前記指標の像信号を透過する指標信号透
過部とを備え、前記撮像部は、前記物体信号透過部に対応して配置され
た前記第１受像部と、前記指標信号透過部に対応して配
置された前記第２受像部とがそれぞれ画素として複数配
列された撮像素子を構成することを特徴とする位置計測
装置。
【請求項１３】請求項１２記載の位置計測装置におい
て、前記第１受像部と前記第２受像部とが所定素子数毎に交
互に配列されていることを特徴とする位置計測装置。
【請求項１４】請求項１２記載の位置計測装置におい
て、前記第１受像部および前記第２受像部は、それぞれ一行
毎または一列毎に交互に配列されることを特徴とする位
置計測装置。
【請求項１５】マスクのパターンを基板に露光する露
光装置において、前記マスクと前記基板との少なくともどちらか一方の位
置を計測する装置として、請求項８から１４のいずれか
一項に記載の位置計測装置が配設されていることを特徴
とする露光装置。