JP2002182369A - フォトマスク、露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトマスクのアライメントマークから光が
漏れるのを防止する。 【解決手段】 フォトマスクは、透明なマスク基板３４
にクロム（Ｃｒ）層３５を成膜し、その一部を除去して
アルミ（Ａｌ）層を成膜することによりマーク要素ｒｍ
１〜ｒｍ６を形成し、更にその上に二酸化クロム（Ｃｒ
Ｏ_２）層３６を成膜することにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法、位
置合わせ方法、露光方法、デバイス製造方法、デバイ
ス、位置検出装置、露光装置、及びフォトマスクに関
し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄
膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのフォト
リソグラフィ工程で用いられる位置検出方法、位置合わ
せ方法、露光方法、デバイス製造方法、デバイス、位置
検出装置、露光装置、及びフォトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等のデバイス
製造においては、露光装置を用いてフォトマスクやレチ
クル（以下、これらを総称する場合にはマスクと称す
る）に形成された微細なパターンの像を投影光学系を介
してフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウェ
ハやガラスプレート等の基板上に転写することが繰り返
し行われる。露光装置としては例えばステップ・アンド
・リピート方式の縮小投影型露光装置（所謂ステッパ）
やステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いら
れることが多い。上記パターンの像の転写を行う際に
は、基板の位置と転写されるレチクルに形成されたパタ
ーンの像の位置とを精密に合わせる必要がある。

【０００３】近年、特に半導体素子の製造においては、
形成されるパターンが微細になっており、所望の性能を
有する半導体素子を製造するために位置合わせの精度向
上が要求されている。基板及びレチクルにはその位置情
報を検出するためのマークが形成されており、露光装置
はこれらのマークの位置情報を検出することによってレ
チクル及び基板の位置情報を検出する位置情報検出装置
を備える。この位置情報検出装置を用いて基板及びレチ
クルの位置情報を検出する場合の検出方式は種々案出さ
れているが、代表的なものとして投影光学系を介して基
板上のマークの位置情報を検出するＴＴＬ（スルー・ザ
・レンズ）方式、投影光学系を介することなく直接基板
上のマークの位置情報を検出するオフ・アクシス方式、
及び投影光学系を介して基板とレチクルとを同時に観察
し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式等がある。

【０００４】次に、上述した各方式の位置情報検出装置
の内、ＴＴＲ方式の位置情報検出装置について簡単に説
明する。図１０は、ＴＴＲ方式の位置情報検出装置を用
いてレチクル及び基板の位置情報を検出する様子及び得
られる信号波形を示す図である。図１０に示したよう
に、レチクル１００は例えば水晶で形成されたレチクル
基板１０１を有し、その一面には検出ビーム１０６を遮
光するクロム（Ｃｒ）層１０２と二酸化クロム（ＣｒＯ
_２）層１０３とが形成される。レチクル１００には、ク
ロム層１０２及び二酸化クロム層１０３の一部をエッチ
ング等により除去してレチクルアライメントマーク１０
４と開口部１０５とが形成されている。

【０００５】レチクルアライメントマーク１０４はレチ
クル１００の位置情報を検出するために形成され、開口
部１０５はレチクル１００上に照射される検出ビーム１
０６を透過させて基板１０７を照明するとともに、基板
１０７からの反射光を透過させるために形成されてい
る。また、基板１０７上には基板１０７の位置情報を検
出するための基板アライメントマーク１０８が形成さ
れ、更に基板１０７の上面全面にはフォトレジスト１０
９が塗布されている。尚、図１０では、レチクル１００
と基板１０７との間に配置される投影光学系は図示を省
略している。

【０００６】図１０に示したレチクル１００及び基板１
０７の位置情報を検出する際には、まず、基板１０７上
に形成された基板アライメントマーク１０８がレチクル
１００に形成された開口部１０５を介して観察されるよ
うにレチクル１００と基板１０７との相対位置関係を調
整する。次に、検出ビーム１０６をレチクル１００上に
照射したときのレチクル１００による反射光を検出器で
受光するとともに、レチクル１００を透過した検出ビー
ム１０６が図示しない投影光学系を介して基板１０７上
に照射されて生ずる反射光を検出器で受光する。ここ
で、検出器によって受光される基板１０７の反射光は、
図示しない投影光学系及びレチクル１００に形成された
開口１０５を透過したものである。検出器で受光された
反射光は光電変換されて検出信号として出力され、この
検出信号に基づいてレチクル１００の位置情報と基板１
０７の位置情報とが検出される。

【０００７】図１０において、符号１１０が付された曲
線が図示したレチクル１００と基板１０７とを用いたと
きに得られる検出信号の一例を示す信号波形である。こ
の信号波形１１０は検出ビーム１０６が高い反射率を有
するレチクルアライメントマーク１０４が形成されてい
る箇所１１１と、レチクルアライメントマーク１０４以
外であって、レチクル基板１０１にクロム層１０２及び
二酸化クロム層１０３が形成されている箇所１１２にお
いて高い信号強度を有する。一方、レチクル１００に形
成された開口部１０５においては、検出ビーム１０６が
基板１０７で散乱されるため信号強度が弱くなるが、基
板アライメントマーク１０８が形成されている箇所１１
３の信号強度は高くなる。

【０００８】ここで、基板アライメントマーク１０８が
形成されている箇所１１３の信号強度よりもレチクルア
ライメントマーク１０４が形成されている箇所１１１の
信号強度が高い。これは、基板アライメントマーク１０
８の反射率はレチクルアライメントマーク１０４の反射
率よりも一般的に低く、基板アライメントマーク１０８
による反射光が投影光学系を通過していることに起因す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＴＴＲ方式
の位置情報検出装置は、図示しない投影光学系を通過さ
せて基板１０７上に検出ビーム１０６を照射し、更に投
影光学系を介した基板アライメントマーク１０８の反射
光を受光している。投影光学系はレチクル１００に形成
された図示しないパターンの像を基板１０７上に転写す
る際に歪みが生じないよう、色収差を含めた各種の収差
や像面歪みが最小となるよう設計されている。このた
め、投影光学系を介して基板１０７の位置情報を検出す
るＴＴＲ方式の位置情報検出装置は、投影光学系を介す
ることにより生ずる検出誤差を防止するために、検出ビ
ーム１０６の波長は露光ビームの波長とほぼ同一に設定
される。従って、レチクル１００及び基板１０７の位置
情報を検出する際に、検出ビーム１０６が照射される箇
所のフォトレジスト１０９が感光されることになる。

【００１０】図１０に示した例では開口１０５、間隙１
１５、及び間隙１１６を含んでウェハ上に投影される領
域（以下、禁止帯と称する）１２０に検出ビーム１０６
が照射されるため、かかる禁止帯１２０内にデバイスの
パターンを形成することはできない。従来は基板アライ
メントマーク１０８の周囲に広い禁止帯１２０を設定し
なければならず無駄が多いという問題があった。かかる
無駄が多いと、例えば半導体素子の製造の場合を例に挙
げると一枚の基板から得られる半導体素子の数が減少す
るため、製造コストの上昇を招くことになる。

【００１１】また、位置情報の検出の前に行われるレチ
クル１００と基板１０７との相対的な位置合わせの際
に、開口１０５、間隙１１５、及び間隙１１６が禁止帯
１２０内に配置されれば検出ビーム１０６を照射しても
禁止帯１２０内部が露光されるだけであるが、位置合わ
せの精度が悪く、開口１０５、間隙１１５、及び間隙１
１６の何れかが禁止帯１２０の外部に配置された場合に
は、検出ビーム１０６の照射により、例えば配線等のパ
ターンが形成される箇所を露光してしまう虞があるとい
う問題があった。

【００１２】更に、図１０に示したように、レチクル１
００及び基板１０７の位置情報は、レチクルアライメン
トマーク１０４の反射光と基板アライメントマーク１０
８の反射光との合成光を検出器で検出し、その検出結果
に基づいて検出している。レチクルアライメントマーク
１０４はその反射率が大幅に変化することは殆ど無い
が、基板１０７の表面の反射率及び基板アライメントマ
ーク１０８の反射率は基板１０７の処理工程に応じて変
化する。特に、基板１０７の表面に金属膜が形成された
場合にはグレインと称される表面凹凸が生ずることが多
いため、検出された信号を解析することができず、アラ
イメントに失敗する（十分な精度でアライメントできな
い、全くアライメントできない場合を含む）ことがあ
り、このような場合に、そのまま各種の処理を続行する
ことは不良品を量産してしまうなど、被害が拡大するこ
とになるので、避けるべきである。

【００１３】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、基板の位置情報を検出する際
に用いられるマークの周囲に設けられる禁止帯を削減す
るとともに、該禁止帯以外の箇所を露光する虞を少なく
することを目的とする。また、アライメントに失敗した
場合に、被害を最小限に抑制しつつ高効率的に処理を続
行できるようにすることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施形
態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、本
発明の構成又は各構成要件は、これら参照符号によって
拘束されるものに限定されない。

【００１５】本発明の第１の観点によれば、所定パター
ン（ＰＡ）とアライメントマーク（ＲＡＭ）とが形成さ
れたフォトマスク（Ｒ）であって、前記アライメントマ
ークは、第１の反射率を有する第１遮光部（３５，Ｃ
ｒ）で形成された下地領域（３８）上に、前記第１反射
率とは異なる第２反射率を有する第２遮光部（Ａｌ）で
ラインパターン（ｒｍ１−ｒｍ６）が形成されたフォト
マスクが提供される（請求項１参照）。

【００１６】このフォトマスクのアライメントマーク
（ＲＡＭ）に検出ビームが照射された際に、検出ビーム
の一部が該アライメントマークを透過してしまうことが
防止される。

【００１７】上記本発明のフォトマスクにおいて、前記
アライメントマークとして、前記下地領域上に複数の前
記ラインパターン（ｒｍ１−ｒｍ６）が周期的に形成さ
れており、且つ前記複数のラインパターンの間に透過部
（３７）が配置されているものを採用することができる
（請求項２参照）。この場合において、前記第２反射率
は前記第１反射率よりも高く設定することができる（請
求項３参照）。また、前記第１遮光部をクロム（Ｃｒ）
で形成し、前記第２遮光部をアルミニウム（Ａｌ）で形
成することができる（請求項４参照）。

【００１８】本発明の第２の観点によれば、第１マーク
（ＲＡＭ）を備えたマスク（Ｒ）上に形成された所定パ
ターン（ＰＡ）を露光ビーム（ＥＬ）で照明することに
より、投影光学系（ＰＬ）を介して、第２マーク（ＷＡ
Ｍ）を備えた基板（Ｗ）上に転写する露光装置であっ
て、前記第１マークは、第１の反射率を有する第１遮光
部（３５，Ｃｒ）で形成された下地領域（３８）上に、
前記第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２遮光
部（Ａｌ）でラインパターン（ｒｍ１−ｒｍ６）が形成
されたラインパターン領域（ＴＰ１，ＴＰ２）と、透過
部が形成された透過領域（３７）とを有し、前記第１マ
ーク上に検出ビーム（ＩＬ１）を照射すると共に、前記
第１マークの前記透過領域及び前記投影光学系を介して
前記第２マーク上に前記検出ビームを照射する照射系
（１００）と、前記検出ビームの照射により前記第１マ
ークの前記ラインパターン領域で発生したビームを受光
すると共に、前記検出ビームの照射により前記第２マー
クで発生したビームを前記投影光学系及び前記透過領域
を介して受光する受光系（１００）と、前記第１マーク
の前記ラインパターンに対応する第１信号と、前記第２
マークに対応する第２信号とに基づいて、前記マスクと
前記基板との相対位置関係を求める演算部（２２）とを
有する露光装置が提供される（請求項５参照）。

【００１９】マスクと基板との相対位置を検出する際
に、不要な検出ビームが第１マークを透過して基板上に
照射されることがないので、第２マークの周囲に設けら
れる禁止帯を削減することができるとともに、検出時に
不用意に第２マーク以外の箇所を露光する虞を少なくす
ることができる。

【００２０】上記本発明の露光装置において、特に限定
されないが、前記ラインパターン領域上には複数の前記
ラインパターンが周期的に形成され、且つ前記透過領域
は前記複数のラインパターンの間に配置されており、前
記第２反射率は前記第１反射率よりも高いことが望まし
い（請求項６参照）。また、前記検出ビームとして、前
記露光ビームとほぼ同一の波長を有するものを採用し、
前記演算部で求められた前記相対位置関係に基づいて、
前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行う位
置合わせ装置を更に設けて、前記位置合わせ装置による
位置合わせ後に、前記露光ビームを前記マスク上に照射
して、前記所定パターンを前記基板上に転写するように
してもよい（請求項７参照）。

【００２１】本発明の第３の観点によると、第１マーク
（ＲＡＭ）を備えたマスク（Ｒ）上に形成された所定パ
ターン（ＰＡ）を露光ビーム（ＥＬ）で照明することに
より、投影光学系（ＰＬ）を介して、第２マーク（ＷＡ
Ｍ）を備えた基板（Ｗ）上に転写する露光装置であっ
て、前記露光ビームとほぼ同一の波長をもつ検出ビーム
（ＩＬ１）を、前記第１マーク上に、及び前記投影光学
系を介して前記第２マーク上に照射し、該検出ビームの
照射により前記第１マークで発生したビームを受光し、
且つ前記第２マークで発生したビームを前記投影光学系
を介して受光するアライメントセンサ（１００）と、前
記アライメントセンサから受け取った前記第１マークに
対応する第１信号及び前記第２マークに対応する第２信
号を、所定の解析アルゴリズムに従って解析し、前記マ
スクと前記基板との相対位置関係を検出する演算部（２
２）と、前記演算部での前記相対位置関係の検出が不調
であった場合には、前記相対位置関係の検出が不調であ
ったことを示すと共に、前記基板上の、前記検出ビーム
が照射された領域が露光されたことを示す警告動作を行
う警告部（１５０）と、を有する露光装置が提供される
（請求項８参照）。

【００２２】この発明によれば、第１信号及び第２信号
の解析にあたり、ある解析アルゴリズムによる解析に失
敗した場合に、前述の所定の警告動作を行うようにして
いる。従って、そのまま通常の処理が続行されることに
よって不良品が量産されるということを回避することが
可能であり、不良品の発生を最小限に抑制しつつ高効率
的に処理を続行することができるようになる。

【００２３】この場合において、前記相対位置関係の検
出が不調であった場合には、前記所定の解析アルゴリズ
ムを他の解析アルゴリズムに変更した上で前記アライメ
ントセンサからの前記信号を前記演算部で解析せしめる
第１の処理と、前記アライメントセンサとは異なるアラ
イメントセンサを用いて前記相対位置関係の検出を実行
する第２の処理とのうちの少なくとも一方の処理を行う
ようにするとよい（請求項９参照）。

【００２４】本発明の第４の観点によると、第１マーク
（ＲＡＭ）を備えたマスク（Ｒ）上に形成された所定パ
ターン（ＰＡ）を露光ビーム（ＥＬ）で照明することに
より、投影光学系（ＰＬ）を介して、第２マーク（ＷＡ
Ｍ）を備えた基板（Ｗ）上に転写する露光方法であっ
て、前記第１マークは、第１の反射率を有する第１遮光
部（３５，Ｃｒ）で形成された下地領域（３８）上に、
前記第１反射率とは異なる第２反射率を有する第２遮光
部（Ａｌ）でラインパターン（ｒｍ１−ｒｍ６）が形成
されたラインパターン領域（ＴＰ１，ＴＰ２）と、透過
部が形成された透過領域（３７）とを有し、前記第１マ
ーク上に検出ビーム（ＩＬ１）を照射すると共に、前記
第１マークの前記透過領域及び前記投影光学系を介して
前記第２マーク上に前記検出ビームを照射し、前記検出
ビームの照射により前記第１マークの前記ラインパター
ン領域で発生したビームを受光すると共に、前記検出ビ
ームの照射により前記第２マークで発生したビームを前
記投影光学系及び前記透過領域を介して受光し、前記第
１マークの前記ラインパターンに対応する第１信号と、
前記第２マークに対応する第２信号とに基づいて、前記
マスクと前記基板との相対位置関係を求めるようにした
露光方法が提供される（請求項１０参照）。

【００２５】マスクと基板との相対位置を検出する際
に、不要な検出ビームが第１マークを透過して基板上に
照射されることがないので、第２マークの周囲に設けら
れる禁止帯を削減することができるとともに、検出時に
不用意に第２マーク以外の箇所を露光する虞を少なくす
ることができる。

【００２６】上記本発明の露光方法において、特に限定
されないが、前記ラインパターン領域上には複数の前記
ラインパターンが周期的に形成され、且つ前記透過領域
は前記複数のラインパターンの間に配置されており、前
記第２反射率は前記第１反射率よりも高く設定されるこ
とが望ましい（請求項１１参照）。この場合において、
前記第１遮光部をクロム（Ｃｒ）で形成し、前記第２遮
光部をアルミニウム（Ａｌ）で形成することができる
（請求項１２参照）。また、前記検出ビームとして、前
記露光ビームとほぼ同一の波長を有するものを採用し、
前記求められた相対位置関係に基づいて、前記マスクと
前記基板との相対的な位置合わせを行い、前記位置合わ
せ後に、前記露光ビームを前記マスク上に照射して、前
記所定パターンを前記基板上に転写するようにできる
（請求項１３参照）。

【００２７】本発明の第５の観点によると、上記本発明
の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイ
スパターンに前記露光ビームを照射して、前記基板上に
転写する工程を含むデバイス製造方法が提供される（請
求項１４参照）。

【００２８】本発明の第６の観点によると、第１マーク
（ＲＡＭ）を備えたマスク（Ｒ）上に形成されたデバイ
スパターン（ＰＡ）を露光ビーム（ＥＬ）で照明するこ
とにより、投影光学系（ＰＬ）を介して、第２マーク
（ＷＡＭ）を備えた基板（Ｗ）上に転写してデバイスを
製造する方法であって、前記露光ビームとほぼ同一の波
長を持つ検出ビーム（ＩＬ１）を、前記第１マーク上
に、及び前記投影光学系を介して前記第２マーク上に照
射し、前記検出ビームの照射により、前記第１マークで
発生したビームをアライメントセンサ（１００）で受光
すると共に、前記第２マークで発生したビームを前記投
影光学系を介して前記アライメントセンサで受光し、前
記アライメントセンサから受け取った前記第１マークに
対応する第１信号及び前記第２マークに対応する第２信
号を、所定の解析アルゴリズムに従って解析して、前記
マスクと前記基板との相対位置関係を検出し、前記相対
位置関係の検出が不調であった場合には、前記相対位置
関係の検出が不調であったことを示すと共に、前記基板
上の、前記検出ビームが照射された領域が露光されたこ
とを示す警告動作を行うようにしたデバイス製造方法が
提供される（請求項１５参照）。

【００２９】このデバイス製造方法において、前記相対
位置関係の検出が不調であった場合には、前記所定の解
析アルゴリズムを他の解析アルゴリズムに変更した上で
前記アライメントセンサからの前記信号を解析する第１
の処理と、前記アライメントセンサとは異なるアライメ
ントセンサを用いて前記相対位置関係の検出を実行する
第２の処理とのうちの少なくとも一方の処理を行うよう
にできる（請求項１６参照）。この場合において、前記
相対位置関係が不調であった場合には、前記検出ビーム
が照射された前記基板をテスト基板として用いて、前記
テスト基板に対する前記アライメントセンサの最適な解
析アルゴリズムの特定作業、または前記テスト基板に対
する最適なアライメントセンサの特定作業を行うように
してもよい（請求項１７参照）。また、前記最適な解析
アルゴリズム、または前記最適なアライメントセンサが
特定された後に、前記テスト基板上に塗布されている感
光物質を除去し、その後、前記テスト基板上に前記感光
物質を再度塗布して前記相対位置関係の検出を行うよう
にできる（請求項１８参照）。これらの場合において、
前記求められた相対位置関係に基づいて、前記マスクと
前記基板との相対的な位置合わせを行い、前記位置合わ
せ後に、前記露光ビームを前記マスク上に照射して、前
記デバイスパターンを前記基板上に転写するようにでき
る（請求項１９参照）。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に
係る露光装置の概略構成を示す図である。以下の説明に
おいては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、
このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係に
ついて説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が
紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対
して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座
標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定さ
れ、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

【００３１】図１に示した超高圧水銀ランプ１から発生
した露光ビームとしての露光光ＥＬは楕円鏡２で反射さ
れてその第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５に入射する。楕円鏡２の第２焦点の近傍には、
モータ４によって露光光ＥＬの光路の閉鎖及び開放を行
うシャッタ３が配置されている。尚、露光用の露光光Ｅ
Ｌとしては超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、ＫｒＦ
エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
（１９３ｎｍ）、若しくはＦ_２エキシマレーザ（１５７
ｎｍ）から射出されるレーザ光、又は金属蒸気レーザや
ＹＡＧレーザの高調波等を用いても良い。

【００３２】照明光学系５を射出したレジスト層を感光
させる波長域の露光光ＥＬは、その大部分がビームスプ
リッター６で反射された後、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に至る。そして、ミラー１０
でほぼ垂直下方に反射された露光光ＥＬは、コンデンサ
ーレンズ１１を介してマスクとしてのレチクルＲのパタ
ーン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。可変視野絞
り８はレチクルＲのパターン形成面と共役関係（結像関
係）にあり、不図示の駆動系により可変視野絞り８を構
成する複数枚の可動ブレードを開閉させて開口部の大き
さ、形状を変えることによって、レチクルＲの照明視野
を任意に設定することができる。

【００３３】レチクルＲは、モータ１２によって投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸
ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転可能なレチ
クルステージ１３上に載置されている。レチクルステー
ジ１３の端部にはレーザ干渉計１５からのレーザビーム
を反射する移動鏡１４が固定されており、レチクルステ
ージ１３の２次元的な位置はレーザ干渉計１５によっ
て、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されて
いる。

【００３４】レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した
露光光ＥＬは、例えば両側（片側でも良い。）テレセン
トリックな投影光学系ＰＬに入射して感光基板としての
ウェハＷ上の各ショット領域に投影される。ここで、投
影光学系ＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差
補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウェハ
Ｗとは互いに共役になっている。また、照明光ＥＬは、
ケラー照明であり、投影光学系ＰＬの瞳（図示省略）の
中心に光源像として結像されている。尚、投影光学系Ｐ
Ｌは複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の
硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の
光学材料から選択され、拡大倍率は、例えば１／５〜１
／４に設計されている。

【００３５】ウェハＷはウェハホルダ１６を介してウェ
ハステージ１７上に載置されている。ウェハホルダ１６
上には、ベースライン計測等で使用する基準部材１８が
設けられている。ウェハステージ１７は、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸに垂直な面内でウェハＷを２次元的に位置
決めするＸＹステージ、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平
行な方向（Ｚ方向）にウェハＷを位置決めするＺステー
ジ、ウェハＷを微小回転させるステージ、及びＺ軸に対
する角度を変化させてＸＹ平面に対するウェハＷの傾き
を調整するステージ等より構成されている。

【００３６】ウェハステージ１７の上面の一端にはＬ字
型の移動鏡１９が取り付けられ、移動鏡１９の鏡面に対
向した位置にレーザ干渉計２０が配置されている。図１
では簡略化して図示しているが、移動鏡１９はＸ軸に垂
直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有
する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計２
０は、Ｘ軸に沿って移動鏡１９にレーザビームを照射す
る２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡
１９にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計よ
り構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の
１個のレーザ干渉計により、ウェハステージ１７のＸ座
標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレー
ザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ１７のＸ
Ｙ平面内における回転角が計測される。

【００３７】ウェハステージ１７の２次元的な座標は、
レーザ干渉計２０によって例えば０．０１μｍ程度の分
解能で常時検出されており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の座
標によりウェハステージ１７のステージ座標系（静止座
標系）が定められる。即ち、レーザ干渉計２０により計
測されるウェハステージ１７の座標値が、ステージ座標
系上の座標値である。レーザ干渉計２０により計測され
たＸ座標、Ｙ座標、及び回転角を示す位置計測信号ＰＤ
Ｓは主制御系２２に出力される。主制御系２２は、供給
された位置計測信号ＰＤＳをモニタしつつウェハステー
ジ１７の位置を制御する制御信号をモータ２１へ出力す
る。また、主制御系２２はシャッタ３の開閉制御、露光
光の強度制御を行う。尚、主制御系２２の詳細な説明は
後述する。また、図１中には投影光学系ＰＬの結像特性
を調整できる結像特性補正部２３も設けられている。

【００３８】また、本実施形態の露光装置はＴＴＲ（Ｔ
ｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式のアライ
メント系３００を備えている。このアライメント系３０
０は、露光光ＥＬを分岐させて検出ビームＩＬ１として
使用する。アライメント系３００では、この検出ビーム
ＩＬ１を、レチクルＲに形成された第１マークとしての
レチクルアライメントマークＲＡＭと、投影光学系ＰＬ
を介して第２マークとしてのウェハアライメントマーク
ＷＡＭとに照射し、それぞれのマークから得られる反射
光を撮像素子によって撮像してレチクルＲとウェハＷと
の相対位置関係を検出する。即ちＴＴＲアライメント系
３００は、撮像方式のアライメントセンサである。

【００３９】図１１は、露光光源１から射出した露光ビ
ームＥＬを分岐させて検出ビームＩＬ１として使用する
ための構成を示す図である。露光光源１から射出したビ
ームは、図１にて既述した光学部材（図１１ではレチク
ルブラインド８のみを記載）を介して露光光（露光ビー
ム）ＥＬとして使用される。

【００４０】導光ミラー４００は、図１１の矢印のよう
に露光ビームＥＬの光路内に挿脱可能に設けられてい
る。ＴＴＲアライメント系３００を使用する際には、導
光ミラー４００が光路内（図１１の位置）に挿入され、
アライメント系３００が使用されない場合には、導光ミ
ラー４００は光路外に退避する。さて導光ミラーが光路
内に挿入された状態では、光源１から発生したビーム
は、ミラー４１０、回転拡散板４２０を介して光ファイ
バ４３０に導かれる。このように導光ミラー４００によ
り分岐されたビームが検出ビームＩＬ１となる。なお回
転拡散板４２０は、ＴＴＲアライメント系３００が使用
される際には回転し、アライメント系３００が使用され
ていない時には停止するように構成されている。この回
転拡散板４２０が回転することによりスペックルノイズ
が低減される。

【００４１】さて、光ファイバ４３０まで導かれたビー
ムは、この光ファイバ４３０によりＴＴＲアライメント
系３００まで導かれる。このように光ファイバ４３０で
導かれたビームが上述した検出ビームＩＬ１として、ア
ライメント系３００でＶＲＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｒｅｔｉｃ
ｌｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）サーチ計測やＶＲＡファイ
ン計測において使用される。なおＶＲＡサーチ計測（サ
ーチアライメント）とは、ＶＲＡサーチセンサ３０５を
用いて後述する図８のステップＳ２で行われる計測処理
動作であり、ＶＲＡファイン計測（ファインアライメン
ト）とは、ＶＲＡファインセンサ３０７を用いて後述す
る図８のステップＳ３で行われる処理動作である。

【００４２】ところで本実施形態では、露光光ＥＬを用
いて（分岐させて）検出ビームＩＬ１として使用してい
るが、本発明はこれに限らず、露光光源１とは別の光源
であって、且つ露光光ＥＬとほぼ同一の波長を有するビ
ームを発生する光源をＴＴＲアライメント系３００内に
設け、この別光源から射出するビームを検出ビームＩＬ
１として使用するようにしても良い。

【００４３】さて、次にＴＴＲアライメント系３００の
内部の構成について、図１２を用いて更に詳細に説明す
る。

【００４４】まずＴＴＲアライメント系３００内のセン
サ部３０１について説明する。

【００４５】照野絞り切り換え機構３０３は、ＶＲＡサ
ーチ計測を行う時には照野絞り３０３ａを検出ビームＩ
Ｌ１の光路中に挿入し、ＶＲＡファイン計測を行う時に
は照野絞り３０３ａよりも小さい照野を規定する照野絞
り３０３ｂを光路中に挿入するように構成されている。
ハービングガラス３０９は、検出ビームＩＬ１の光軸を
中心に図１２中の矢印のように傾斜可能であり、この傾
斜により検出ビームＩＬ１の照明領域をシフトするもの
である。このハービングガラス３０９と、照野絞り３０
３ａまたは３０３ｂとにより、レチクル上またはウェハ
上の照明領域、照明位置が決定される。このためハービ
ングガラス３０９と照野絞り切り換え機構３０３の両者
が、照野位置調整機構を構成している。

【００４６】ＶＲＡサーチセンサ３０５は、画素が二次
元配列されたモニタ用撮像素子（ＣＣＤ）３０５ａを備
えており、撮像した画像の二次元情報を出力する。

【００４７】ＶＲＡファインセンサ３０７は、画素が二
次元配列されたＣＣＤラインセンサを２つ（Ｘ方向計測
用のラインセンサ３０７Ｘと、Ｙ方向計測用のラインセ
ンサ３０７Ｙ）を備えている。これらのラインセンサ３
０７Ｘ，３０７Ｙはそれぞれ、撮像した二次元画像を積
分して一次元の情報として出力するように構成されてい
る。なおＶＲＡファインセンサ３０７は後述する内焦系
Ｌ４の焦点検出用にも用いられる。

【００４８】収差調整機構３１０は、ＶＲＡファインセ
ンサ３０７にビーム（光）を導く光学部材（具体的に
は、投影レンズＰＬを含んで、投影レンズＰＬからハー
フミラーＭ１ｂを介してハーフミラーＭ１ｅまでの光路
内に存在する光学系）の収差（コマ収差など）を調整す
るものであり、その内部の光学部材を駆動することによ
り、光学系の収差を調整するよう構成されている。

【００４９】次にＴＴＲアライメント系３００のセンサ
部３０１の外部について説明する。

【００５０】絞り調整機構３２０は、いわゆるＮＡ絞り
３２０ａの開口（ＮＡ）を調整するものである。

【００５１】内焦系Ｌ４は、レチクルＲのパターン面
（図１２においてレチクルＲの下面側）に合焦させる焦
点調節光学系である。なおレチクルＲのパターン面は、
ウェハ上のパターン面と共役関係にあるため、レチクル
Ｒのパターン面に合焦させることは即ちウェハのパター
ン面に合焦させることに等しい。この内焦系Ｌ４の焦点
状態の検出（ＡＦ検出）は、既述した如くＶＲＡファイ
ンセンサ３０７により行われる。なおこのＡＦ検出時
に、照野絞り切り換え機構３０３は、照野絞り３０３ｂ
を光路内に配置する。

【００５２】ミラーＭ１ａは、検出ビームＩＬ１をレチ
クルＲ上及びウェハＷ上に導くためのものである。この
ミラーＭ１ａは、ＴＴＲアライメント系３００で計測が
行われる際には、露光ビームＥＬの光路中（図１１、図
１２の位置）に配置される。ところがこのままの状態
（図１１、図１２の配置状態）で露光ビームＥＬによる
レチクルパターンのウェハＷ上への転写動作を行うと、
露光ビームＥＬの一部がミラーＭ１ａでけられることに
なる。このようなこと（露光ビームＥＬのけられ）を避
けるために、ミラーＭ１ａは、検出ビームＩＬ１の光路
中に挿脱可能に設けられており、ＴＴＲアライメント系
３００による計測が行われない時には、不図示のミラー
駆動機構により所定の退避位置（図１１の矢印右上方
向）へ退避するように構成されている。これによりパタ
ーンの転写動作の際に、露光ビームＥＬがミラーＭ１ａ
にけられることがなくなる。なおＴＴＲアライメント系
３００で計測を行う際にはミラー駆動機構（不図示）
は、ミラーＭ１ａを所定の検出位置（検出ビームＩＬ１
の光路中の位置、図１１、図１２の位置）に駆動する。

【００５３】次に、ＴＴＲアライメント系３００の動作
について説明する。

【００５４】まず、ＶＲＡサーチ計測を行う場合につい
て説明する。光ファイバ４３０から射出した検出ビーム
ＩＬ１は、レンズＬ１、照野絞り３０３ａ、ハービング
ガラス３０９、レンズＬ２、ハーフミラーＭ１ｃ，Ｍ１
ｂ、絞り３２０ａ、内焦系Ｌ４、ミラーＭ１ａを順次介
して、レチクルＲに形成されたレチクルアライメントマ
ークＲＡＭを均一に照明する。またレチクルアライメン
トマークＲＡＭを照明する検出ビームＩＬ１のうち、レ
チクルアライメントマークＲＡＭを通過した検出ビーム
ＩＬ１は、投影光学系ＰＬを通過してウェハＷ上に形成
されたウェハアライメントマークＷＡＭを照明する。ウ
ェハアライメントマークＷＡＭは、例えば細長形状（ラ
イン形状）のマーク要素を周期的に配列した周期パター
ン（ライン・アンド・スペースパターン）である。

【００５５】そして検出ビームＩＬ１に照明されること
により、各アライメントマークＲＡＭ、ＷＡＭから反射
により発生したビームは、元来た光路をたどってハーフ
ミラーＭ１ｂまで戻される。その後、ハーフミラーＭ１
ｃ、レンズＬ６を介して、ＶＲＡサーチセンサ３０５の
モニタ用撮像素子３０５ａの撮像面に結像される。撮像
素子３０５ａは結像された各アライメントマークＲＡ
Ｍ、ＷＡＭの像を撮像信号ＳＶ（ＳＶｍ）に変換し、そ
の撮像信号ＳＶｍは主制御系２２に出力される。主制御
系２２内では不図示のＴＴＲ演算ユニットにおいて画像
処理を行い、モニタ１５０（図１）上にその画像を表示
する。

【００５６】次にＶＲＡファイン計測を行う場合につい
て説明する。光ファイバ４３０から射出した検出ビーム
ＩＬ１は、レンズＬ１、照野絞り３０３ｂ、ハービング
ガラス３０９、レンズＬ２、ハーフミラーＭ１ｃ，Ｍ１
ｂ、絞り３２０ａ、内焦系Ｌ４、ミラーＭ１ａを順次介
して、レチクルＲに形成されたレチクルアライメントマ
ークＲＡＭを均一に照明する。またレチクルアライメン
トマークＲＡＭを照明する検出ビームＩＬ１のうち、レ
チクルアライメントマークＲＡＭを通過した検出ビーム
ＩＬ１は、投影光学系ＰＬを通過してウェハＷ上に形成
されたウェハアライメントマークＷＡＭを照明する。

【００５７】そして検出ビームＩＬ１に照明されること
により、各アライメントマークＲＡＭ、ＷＡＭから反射
により発生したビームは、元来た光路をたどってハーフ
ミラーＭ１ｂまで戻される。その後、収差調整機構３１
０、ミラーＭ１ｄ、レンズＬ５、ハーフミラーＭ１ｅを
介して、ＶＲＡファインセンサ３０７のＸ方向計測用撮
像素子３０７Ｘ，Ｙ方向計測用撮像素子３０７Ｙの撮像
面にそれぞれ結像される。撮像素子３０７Ｘ，３０７Ｙ
はそれぞれ、結像された各アライメントマークＲＡＭ，
ＷＡＭの像を各撮像信号ＳＶ（ＳＶｆｘ，ＳＶｆｙ）に
変換し、各撮像信号ＳＶは主制御系２２に出力される。
そして主制御系２２内で不図示のＴＴＲ演算ユニットに
おいて画像処理が施されて、レチクルＲとウェハＷとの
相対的な位置関係が検出される。

【００５８】次に、この実施形態におけるフォトマスク
としてのレチクルＲについて、図２に示す上面図を参照
して説明する。図２に示したように、レチクルＲは外形
が矩形形状であり、ウェハＷに転写するパターン（デバ
イス製造用の回路パターンなど）が形成されたパターン
領域ＰＡとパターン領域ＰＡの周辺部の数箇所（図２に
示した例では２箇所）にレチクルアライメントマークＲ
ＡＭが形成されている。図３は、レチクルアライメント
マークＲＡＭの詳細を説明するための図であり、（ａ）
はその上面図であって、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線断
面図である。

【００５９】図３に示したように、レチクルアライメン
トマークＲＡＭは矩形形状の遮光部（第１遮光部）３８
内に細長形状（ライン形状）のマーク要素ｍ１〜ｍ３を
周期的に配列して形成された周期パターンＴＰ１と、細
長形状（ライン形状）のマーク要素ｍ４〜ｍ６を周期的
に配列して形成された周期パターンＴＰ２と、周期パタ
ーンＴＰ１と周期パターンＴＰ２との間に開口部３７が
形成されて構成される。これらは、まず水晶等のレチク
ル基板３４にクロム（Ｃｒ）層３５を蒸着等により成膜
し、その一部をエッチング等により除去してアルミ（Ａ
ｌ）層を成膜することによりマーク要素ｒｍ１〜ｒｍ６
を形成し、更にその上に二酸化クロム（ＣｒＯ_２）層３
６を成膜することにより形成される。クロム層３５及び
二酸化クロム層３６は第１遮光部を形成し、マーク要素
ｒｍ１〜ｒｍ６は第２遮光部をなし、更に開口部３７は
透光部をなす。開口部３７の寸法は、レチクルアライメ
ントマークＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡＭと
の位置合わせを正確に行った際に、開口部３７を介して
ウェハアライメントマークＷＡＭを観察することができ
る寸法に形成される。

【００６０】遮光部３８はクロム層３５及び二酸化クロ
ム層３６により形成され、その反射率は３０％程度であ
る。一方、マーク要素ｒｍ１〜ｒｍ６はアルミ（Ａｌ）
により形成されており、その反射率は７０％程度であ
る。このように、検出ビームＩＬ１に対する遮光部３８
の反射率とマーク要素ｒｍ１〜ｒｍ６の反射率とは異な
り、本実施形態においては、この反射率の差を利用して
レチクルアライメントマークＲＡＭの位置情報を計測す
るとともに、ウェハアライメントマークＷＡＭの周囲に
形成される禁止帯を削減し、更に検出ビームＩＬ１によ
ってウェハＷのウェハアライメントマークＷＡＭ以外の
部分が不用意に露光されることを防止している。

【００６１】図４は、ウェハアライメントマークＷＡＭ
の周囲の禁止帯が削減され、ウェハＷの禁止帯以外の部
分の不用意な露光を防止することができる理由を説明す
るための図である。ここでは、図４と図１０を用いて対
比しつつ説明する。尚、図４においては、図３に示した
マーク要素ｒｍ１〜ｒｍ６の図示を簡略化し、これらを
代表してマーク要素ｒｍとして図示している。

【００６２】図１０に示したレチクルアライメントマー
ク１０４を用いた場合には、レチクルアライメントマー
ク１０４の一端に開口部１０５を形成するとともに、他
端に間隙１１５又は１１６を形成していた。間隙１１
５、１１６が形成されていることで、間隙１１５、１１
６を透過した検出ビーム１０６が基板１０７上に塗布さ
れたフォトレジスト１０９を感光するため、基板１０７
上に開口１０５、間隙１１５、及び間隙１１６を含む広
い幅の禁止帯を設定する必要があった。

【００６３】これに対し、図４に示した本実施形態の場
合には、従来のように間隙１０５、１０６が形成されて
おらず、代わりにマーク要素ｒｍが形成されている。上
述したように、マーク要素ｒｍは反射率は高く透過率が
低いため、マーク要素ｒｍを透過した検出ビームＩＬ１
がウェハＷ上に塗布されたフォトレジスト３９を感光さ
せることは殆ど無い。よって、本実施形態では、ウェハ
アライメントマークＷＡＭの周囲に設定される禁止帯Ｆ
Ｂを図４に示したようにほぼ開口部３７の幅（投影光学
系ＰＬを介して投影される開口部３７の像の幅）に設定
すればよいため、禁止帯を削減することができるととも
に、不用意にウェハＷの禁止帯以外の部分が露光される
ことが少ない。また、遮光部３８の反射率とマーク要素
ｒｍの反射率には差があるため、検出ビームＩＬ１をレ
チクルアライメントマークＲＡＭ上に照射した際の遮光
部３８による反射光の光強度がマーク要素ｒｍによる反
射光の光強度よりも低くなる。撮像素子３３によって撮
像信号に変換したときの信号強度も光強度に応じて強弱
が現れるため、マーク要素ｒｍの位置情報を検出するこ
とができ、その結果ウェハＷとレチクルＲとの相対位置
関係も検出することができる。このようにして、本実施
形態では禁止帯を削減するとともに、禁止帯以外の部分
の不用意な露光を防止し、且つレチクルＲとウェハＷと
の相対位置関係を検出している。

【００６４】また、本実施形態の露光装置は、上述した
撮像方式のアライメントセンサ１００に加え、ＴＴＬ方
式のアライメントセンサユニット３４及びアライメント
センサユニット２００を備える。一方のアライメントセ
ンサユニット３４は、例えばウェハＷ上に表面に凹凸を
有する金属膜が形成され、撮像方式のアライメントセン
サ１００では、ノイズ等の影響によってウェハアライメ
ントマークＷＡＭやレチクルアライメントマークＲＡＭ
の位置情報を計測することができない場合に、異なる方
式を用いて位置情報を計測するために設けられる。本実
施形態で用いられるＬＳＡ（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサは、レー
ザ光をウェハアライメントマークＷＡＭに照射し、回折
・散乱された光を利用してウェハアライメントマークＷ
ＡＭの位置情報を検出するものであり、従来から種々の
製造工程の半導体ウェハに幅広く使用されている。ま
た、ＬＩＡ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒ
ｉｃ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサ
は、ウェハアライメントマークＷＡＭに、僅かに波長が
異なるレーザ光を２方向から照射し、その結果生ずる２
つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相からウェハア
ライメントマークＷＡＭの位置情報を検出する。このＬ
ＩＡ方式のアライメントセンサは、低段差のマークや基
板表面の荒れが大きい基板に用いると効果的である。

【００６５】アライメントセンサユニット３４は露光光
ＥＬとほぼ同一の波長の検出ビームＩＬ２を射出し、検
出ビームＩＬ２はミラーＭ２を介してウェハアライメン
トマークＷＡＭに照射され、その際に生ずる反射光は投
影光学系ＰＬを透過してアライメントセンサユニット３
４に戻される。アライメントセンサユニット３４は戻さ
れた反射光を光電変換して得られた信号から、ウェハＷ
（マークＷＡＭ）の位置情報を求める。

【００６６】図５は、図１中のアライメントセンサユニ
ット３４の詳細な構成を示すブロック図である。図５に
示したアライメントセンサユニット３４は、２光束干渉
方式のアライメント系、つまりＬＩＡ方式のアライメン
トセンサと、ＬＳＡ方式のアライメントセンサとをその
光学部材を最大限共有させて組み合わせたものである。
ここでは簡単に説明するが、より具体的な構成は特開平
２−２７２３０５号公報に開示されている。

【００６７】図５において、光源４０から射出された露
光光ＥＬととほぼ同一の波長のレーザビームはビームス
プリッター４１で分割され、ここで反射されたレーザビ
ームはシャッター４２を介してＬＩＡ光学系４５に入射
する。一方、ビームスプリッター４１を透過したレーザ
ビームは、シャッター４３及びミラー４４を介してＬＳ
Ａ光学系４６に入射する。従って、シャッター４２及び
４３を適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系と
を切り換えて使用することができる。

【００６８】ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学変調器
等を含み、所定の周波数差Δｆを与えた２本のレーザビ
ームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。更に、
ＬＩＡ光学系４５から射出された２本のレーザビーム
は、ミラー４７及びビームスプリッター４８を介してビ
ームスプリッター４９に達し、ここを透過した２本のレ
ーザビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５３及
びミラー５４を経て、装置上で固定されている参照用回
折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差角で
入射して結像（交差）する。光電検出器５６は、参照用
回折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回折光
同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波状の
光電信号ＳＲをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。
尚、このＬＩＡ演算ユニット５８は図１中の主制御系２
２内に設けられる。

【００６９】一方、ビームスプリッター４９で反射され
た２本のレーザビームは、対物レンズ５０によって視野
絞り５１の開口部で一度交差した後、ミラーＭ２を介し
て投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬに入射し
た２本のレーザビームは、投影光学系ＰＬの瞳面で光軸
ＡＸに関してほぼ対称となって一度スポット状に集光し
た後、ウェハＷ上に形成されたウェハアライメントマー
クＷＡＭのピッチ方向に関して光軸ＡＸを挟んで互いに
対称的な角度で傾いた平行光束となって、マーク上に異
なる２方向から所定の交差角で入射する。

【００７０】ウェハアライメントマークＷＡＭ上には周
波数差Δｆに対応した速度で移動する１次元の干渉縞が
形成される。ウェハアライメントマークＷＡＭから同一
方向、ここでは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に発生し
た±１次回折光（干渉光）は投影光学系ＰＬ、対物レン
ズ５０等を介して光電検出器５２で受光され、光電検出
器５２は干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光
電信号ＳＤｗを、主制御系２２内に設けられたＬＩＡ演
算ユニット５８に出力する。ＬＩＡ演算ユニット５８
は、２つの光電信号ＳＲ及びＳＤｗの波形上の位相差か
らそのマークの位置ずれ量を算出すると共に、レーザ干
渉計２０からの位置計測信号ＰＤＳを用いて、当該位置
ずれ量が零となるときのウェハステージ１７の座標位置
を求め、この情報を図示しない処理部に出力する。

【００７１】また、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ＬＳＡ光学系
４６から射出されたレーザビームはビームスプリッター
６８及び４９を介して対物レンズ５０に入射する。更
に、対物レンズ５０から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り５１の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーＭ２を介して投影光学系ＰＬに入射する。投影光学
系ＰＬに入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系ＰＬのイメージフィールド内で
Ｘ軸方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かうような細長い帯
状スポット光としてウェハＷ上に投影される。

【００７２】スポット光とウェハＷ上のウェハアライメ
ントマークＷＡＭとをＹ方向に相対移動したとき、当該
ウェハアライメントマークＷＡＭから発生する光は投影
光学系ＰＬ、対物レンズ５０等を介して光電検出器５２
で受光される。光電検出器５２は、マークからの光のう
ち±１次〜３次回折光のみを光電変換し、このように光
電変換して得られた光強度に応じた光電信号ＳＤｉを主
制御系２２内のＬＳＡ演算ユニット５７に出力する。Ｌ
ＳＡ演算ユニット５７にはレーザ干渉計２０からの位置
計測信号ＰＤＳも供給され、ＬＳＡ演算ユニット５７は
ウェハステージ１７の単位移動量毎に発生するアップダ
ウンパルスに同期して光電信号ＳＤｉをサンプリングす
る。更に、ＬＳＡ演算ユニット５７は、各サンプリング
値をディジタル値に変換してメモリに番地順に記憶させ
た後、所定の演算処理によってマークのＹ軸方向の位置
を算出し、この情報を図示しない処理部へ出力する。

【００７３】他方のアライメントセンサユニット２００
は、ブロードバンドな（広帯域な）照明光ＩＬ３（例え
ば白色光）を用いてウェハステージ１７上に形成された
基準部材１８上の基準マークやウェハＷ上に形成された
マークの位置情報を撮像方式で計測する、いわゆるＦＩ
Ａ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方
式のアライメントセンサユニットである。このＦＩＡセ
ンサの構成に関しては、特開平４−６５６０３号公報に
詳述されているので、ここでの説明は省略する。なお、
このＦＩＡアライメントセンサ２００からの信号も主制
御系２２に設けられたＦＩＡ演算ユニット（不図示）に
出力される。

【００７４】上述した図示しないＴＴＲ演算ユニット、
ＬＩＡ演算ユニット５８、又はＬＳＡ演算ユニット５７
は複数の信号処理条件（解析アルゴリズム）を設定する
ことができ、これらを切り換えて処理を行うことにより
レチクルアライメントマークＲＡＭ及びウェハアライメ
ントマークＷＡＭの位置情報及びそれらの相対的位置関
係を求めることが可能である。検出ビームＩＬ１、ＩＬ
２を照射したときに得られる信号は一般的に複雑であ
り、しかもウェハＷの表面に金属膜等が形成されて検出
信号にノイズが重畳される場合には、信号処理条件によ
って得られる位置情報が変化することがあり、検出信号
の歪みが大である場合にはある信号処理条件では位置情
報が得られないこともある。そこで、予め複数の信号処
理条件を複数用意して種々の状況に対処できるようにし
ている。以下、各演算ユニットにおいて設定することが
できる信号処理条件について説明する。

【００７５】〔ＴＴＲ及びＦＩＡ演算ユニットにおける
信号処理条件〕ＴＴＲ演算ユニットにおける基本的な信
号処理は、まず検出信号に対してコントラスト等の調整
を行い、更に画像処理を行って検出信号の信号強度に応
じた信号強度分布を求める波形解析処理を行う。次に、
この解析結果の内、レチクルアライメントマークＲＡＭ
により得られたと予想される位置にスライスレベルを設
定してレチクルアライメントマークＲＡＭに設けられた
周期パターンＴＰ１と周期パターンＴＰ２の中心位置を
決定し、これらの中心位置の中間点をレチクルアライメ
ントＲＡＭの中心位置とする。更に、ウェハアライメン
トマークＷＡＭにより得られたと予想される位置にスラ
イスレベルを設定して、ウェハアライメントマークＷＡ
Ｍの中心位置を検出する。最後に、レチクルアライメン
トマークＲＡＭの中心位置とウェハアライメントマーク
ＷＡＭの中心位置とのずれ量を求め、レチクルＲとウェ
ハＷとの相対的位置関係を検出する。

【００７６】従って、ＴＴＲ演算ユニットにおいて設定
される複数の信号処理条件としては、波形解析アルゴリ
ズム、スライスレベル、コントラストリミット値等があ
り、これらを変更することにより信号処理条件を変えて
処理を行う。更に、波形解析アルゴリズムとしては、例
えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているよう
に、ウェハアライメントマークＷＡＭ及びレチクルアラ
イメントマークＲＡＭを構成するマーク要素の中心位置
を求めるに際して、マーク要素の左エッジ及び右エッジ
に対応した信号強度分布のスロープ部の内、（１）外ス
ロープ部のみを用いるモード、（２）内スロープ部のみ
を用いるモード、（３）外スロープ部と内スロープ部と
を用いるモードが用意されている。よって、これらのモ
ードを変更することにより信号処理条件を変える。

【００７７】ＦＩＡ演算ユニットにおける処理も上記Ｔ
ＴＲ演算ユニットにおける処理と同様である。但し、Ｆ
ＩＡ演算ユニットではレチクルアライメントマークＲＡ
Ｍは計測しないので、その点のみがＴＴＲ演算ユニット
の処理と相違する。

【００７８】〔ＬＳＡ演算ユニット５７における信号処
理条件〕ＬＳＡ演算ユニットにおける基本的な信号処理
は、得られた検出信号に対してスライスレベルの設定方
向を設定し、設定したスライスレベルに基づいてウェハ
アライメントマークＷＡＭの中心位置を求めるというも
のである。従って、変更することができる信号処理条件
は主としてスライスレベルの設定方法である。以下、Ｌ
ＳＡ演算ユニット５７における信号処理条件について説
明する。

【００７９】まず、第１のアルゴリズムでは、所定の処
理ゲート幅の区間内で得られた検出信号に対してスムー
ジング処理を行った後、得られた信号波形を設定された
スライスレベルでスライスする。そして、このスライス
レベルと信号波形との交点が２つあると、それら２つの
交点の中心点をウェハアライメントマークＷＡＭが備え
るマーク要素の中心位置として検出するものである。第
２のアルゴリズムでは、光電信号が所定のレベル以上の
区間で信号波形のスムージングを行った後、ピーク値に
近いレベルとの間で複数のスライスレベルを一定間隔で
設定し、各スライスレベルでの交点及びそれらの間隔を
求める。そして、各スライスレベルでの間隔に基づい
て、予め設定されたレベル以下の部分において信号波形
の傾斜が最大となるスライスレベルを選び出し、このス
ライスレベルと信号波形との２つの交点の中心点をマー
ク要素の中心位置として検出するものである。

【００８０】第３のアルゴリズムでは、設定されたスラ
イスレベルで信号波形をスライスし、２個の交点の中心
位置を基準位置として求めておく。次に、信号波形が所
定のレベル以上の区間で信号波形のスムージングを行っ
た後、ピーク値に近いレベルとの間で複数のスライスレ
ベルを一定間隔で設定し、各スライスレベルでの２つの
交点の中心点、更に中点差分（即ち、隣り合うスライス
レベルでの中心点間の差）を求める。そして、各スライ
スレベルでの中心点が先に求めた基準位置と大きく離れ
ておらず、各中心点が安定している領域（即ち、中点差
分が微小で、そのスライスレベルが最も長く連続してい
る領域）を選び、この領域での中心点をマーク要素の中
心位置として検出するものである。このアルゴリズムを
用いると信号波形が非対称である場合でも、マーク要素
の中心位置を正確に求めることができる。

【００８１】〔ＬＩＡ演算ユニット５８における信号処
理条件〕ＬＩＡ方式のアライメントセンサは、ウェハア
ライメントマークＷＡＭに、僅かに波長が異なるレーザ
光を２方向から照射し、その結果生ずる２つの回折光を
干渉させ、この干渉光の位相からウェハアライメントマ
ークＷＡＭの位置情報を検出するものである。従って、
ＬＩＡ演算ユニット５８で変更可能な信号処理条件は、
光電検出すべき干渉光（回折光の次数）のみである。即
ち、一方のレーザ光を照射して得られる回折光をＢ_１と
し、他方のレーザ光を照射して得られる回折光をＢ_２と
し、これらの回折光の次数を括弧を付して表すと、ＬＩ
Ａ演算ユニット５８では、±１次回折光Ｂ_１(-1)，Ｂ_２
(+1)を用いる第１モード、０次回折光Ｂ_２(0)と−２次
回折光Ｂ_１(-2)と０次回折光Ｂ_１(0)と−２次回折光Ｂ
_２(+2)とを用いる第２モード、更には第１モード及び第
２モードのそれぞれでの干渉光の強度を比較し、その強
度値が大きい方を選択して使用する第３モードとがあ
る。よって、ＬＩＡ演算ユニット５８では、これら第１
モード〜第３モードを切り換えることにより信号処理条
件を変えることができる。

【００８２】以上説明した図示しないＴＴＲ演算ユニッ
ト、ＦＩＡ演算ユニット、ＬＩＡ演算ユニット５８、又
はＬＳＡ演算ユニット５７から出力される情報は主制御
系２２内の図示しない処理部へ出力され、処理部におい
て所謂エンハンスト・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が行われ
る。ここで、ＥＧＡ方式とは、ウェハＷ上に設定された
複数のショット領域の内、ウェハＷの外周付近（及び中
心）に位置する複数個（３個以上）のショット領域の座
標値を計測し、これらの計測値から統計的演算によって
算出した全てのショット領域の配列座標に従ってウェハ
ステージ１７を一義的にステッピングさせていくことに
より、レチクルＲのパターン領域ＰＡに形成されたパタ
ーンの像とショット領域とを正確に重ね合わせる方式を
いう。このように、主制御系２２は上記各演算ユニット
から出力されるレチクルＲとウェハＷとの相対的位置関
係に基づいて、これを補正するための演算処理を行い、
モータ２１へ制御信号を出力してレチクルＲとウェハＷ
との相対的な位置合わせを行う。

【００８３】次に、主制御系２２は露光処理を行う。即
ち、主制御系２２は、ウェハＷとレチクルＲとの位置合
わせを行った状態で、制御信号をモータ３へ出力すると
ともにシャッタ３を開放し、照明光学系５、ビームスプ
リッター６、第１リレーレンズ７、可変視野絞り８、第
２リレーレンズ９、ミラー１０、及びコンデンサーレン
ズ１１を順に介して露光光ＥＬをレチクルＲのパターン
領域ＰＡ上に照射させる。露光光ＥＬがレチクルＲのパ
ターン領域ＰＡ上に照射されると、パターン領域ＰＡに
形成されたパターンの像が投影光学系ＰＬを介してウェ
ハＷの位置合わせされたショット領域に転写される。レ
チクルＲのパターン領域ＰＡに形成されたパターンの像
をウェハＷ上の各ショット領域に転写する工程を繰り返
し行うことにより、例えば半導体素子、液晶表示装置、
薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスが製造される。

【００８４】以下、アライメントマークＲＡＭ、ＷＡＭ
の検出において、検出エラーとなった場合の処理（動
作）について説明する。まず、検出エラーが発生する場
合について説明する。

【００８５】図６は、ウェハＷ上に金属膜等が形成され
ており、その表面に凹凸がある場合に得られる観察像及
び信号波形を示す図である。図６（ａ）に示すように、
ウェハＷに形成されたウェハアライメントマークＷＡＭ
は、レチクルアライメントマークＲＡＭに形成された開
口部３７を介して観察することができるが、ウェハＷの
表面に金属膜が形成されている場合にはグレインと称さ
れる凹凸６０も同時に観察される。この凹凸６０が形成
されていない場合に得られるウェハアライメントマーク
ＷＡＭの信号波形は図６（ｂ）に示すように滑らかであ
るが、凹凸６０が形成されていると、図６（ｂ）に示す
ように歪んだ信号波形となる。このように、信号波形が
歪んでいると信号処理条件によってはウェハアライメン
トマークＷＡＭの位置情報を誤って検出するか、又は検
出することができずに検出エラーとなる。

【００８６】図７は、検出ビームＩＬ１又はＩＬ２を照
射する前に行われるレチクルアライメントマークＲＡＭ
とウェハアライメントマークＷＡＭとの位置合わせ（サ
ーチアライメント）が正確に行われていない場合に得ら
れる観察像である。図７に示した例では、レチクルアラ
イメントマークＲＡＭに形成された開口部３７を介して
ウェハアライメントマークＷＡＭの像の一部のみが観察
される状況であり、かかる状況下においても、ウェハア
ライメントマークＷＡＭの位置情報を検出することがで
きずに検出エラーとなる。

【００８７】次に、図６を用いて説明した理由により検
出エラーが生ずる場合の動作について説明する。図８
は、図６を用いて説明した理由により検出エラーが生す
る場合の処理を示すフローチャートである。まず、レチ
クルＲとマスクＷとの相対位置関係を検出するにあた
り、主制御系２２は初期の検出方法及び解析アルゴリズ
ムを設定する（ステップＳ１）。この処理は、ＴＴＲ方
式のアライメントセンサ（図１において、検出ビーム光
源２４及び撮像素子３３を含んでなるセンサ）を用い、
図示しないＴＴＲ演算ユニットにおける波形解析アルゴ
リズム、スライスレベル、コントラストリミット値等を
初期状態に設定する。次に、主制御系２２は、モータ２
１を介してウェハステージ１７を移動させ、例えば、図
６に示したように、検出対象のウェハアライメントマー
クＷＡＭがレチクルアライメントマークＲＡＭに形成さ
れた開口部３７を介して観察されるようウェハＷとレチ
クルとの相対的な位置合わせ（サーチアライメント）を
行う（ステップＳ２）。

【００８８】レチクルＲとウェハＷとの相対的な位置合
わせが終了すると、検出ビーム光源２４から検出ビーム
ＩＬ１を射出させ、レチクルアライメントマークＲＡＭ
及びウェハアライメントマークＷＡＭを照射し、レチク
ルアライメントマークＲＡＭの反射光及び投影光学系Ｐ
Ｌを通過したウェハアライメントマークＷＡＭの反射光
を撮像素子３３によって撮像する。そして、主制御系２
２内に設けられた図示しないＴＴＲ演算ユニットによっ
てレチクルアライメントマークＲＡＭの位置情報及びウ
ェハアライメントマークＷＡＭの位置情報を検出してレ
チクルＲとウェハＷとの相対位置関係を検出する（ステ
ップＳ３）。ここで、例えば図６（ｃ）に示したよう
に、信号波形が大きく歪んでいる場合には、ウェハアラ
イメントマークＷＡＭの位置情報を検出することができ
ず、ウェハＷとレチクルＲとの相対位置関係を検出でき
ない場合がある。

【００８９】そこで、次にウェハＷとレチクルＲとの相
対位置関係を検出することができなかったか否かが判断
される（ステップＳ４）。相対位置関係を検出できた場
合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、検出を行う次の
対象（ウェハアライメントマークＷＡＭ）があるか否か
が判断される（ステップＳ５）。検出を行う対象がある
と判断された場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）に
は、処理がステップＳ２に戻り、検出を行う対象が無い
と判断された場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には検
出処理が終了する。

【００９０】一方、ステップＳ４において、ウェハＷと
レチクルＲとの相対位置関係を検出することができなか
ったと判断された場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）
には、例えばモニタ１５０（図１）上に警告表示を行
う、警告ランプを点灯する、又は警告音を発する等を単
独であるいは複数を組み合わせたエラー警告処理を行
い、オペレータにエラーが生じた旨を通知する（ステッ
プＳ６）。本実施形態の位置検出装置及び露光装置で用
いられる位置検出用の検出ビームＩＬ１、ＩＬ２は露光
光ＥＬとほぼ同一の波長に設定されているため、ステッ
プＳ３において検出ビームＩＬ１、ＩＬ２を照射するこ
とにより、現在検出対象となっているウェハアライメン
トマークＷＡＭの周囲は露光された状態である。ステッ
プＳ６で行われる警告処理は、現在検出対象となってい
るウェハアライメントマークＷＡＭの周囲が既に露光さ
れているということをオペレータに通知するために設け
られる。

【００９１】次に、主制御系２２は、現在設定されてい
る解析アルゴリズムの他に、現在検出中のウェハアライ
メントマークＷＡＭから得られる波形信号に対して行っ
ていない解析アルゴリズムが有るか否かを判断する（ス
テップＳ７）。他の解析アルゴリズムがあると判断した
場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、現在設定さ
れている解析アルゴリズムを他の解析アルゴリズムに変
更する処理を行う（ステップＳ８）。この処理では、例
えば、スライスレベルの設定方法を変更したり、コント
ラストリミット値を変えてコントラストを高く設定す
る。そして、処理はステップＳ３へ進み、変更された解
析アルゴリズムを用いて処理された波形信号からウェハ
Ｗとレチクルとの相対位置関係が求められる。

【００９２】一方、ステップＳ７において、他の解析ア
ルゴリズムが無いと判断された場合（判断結果が「Ｎ
Ｏ」の場合）には、他の検出方法があるか否かが判断さ
れる（ステップＳ９）。ここで、他の検出方法があると
判断された場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、検
出方法を変更する処理が行われる（ステップＳ１０）。
具体的には、ＴＴＲ方式のアライメントセンサから、別
のアライメントセンサ、即ち、ＬＳＡ方式やＦＩＡ方式
やＬＩＡ方式のアライメントセンサに変更される。検出
方法の変更が行われると、ステップＳ３に戻り、レチク
ルＲとウェハＷとの相対的な位置関係を検出する処理が
行われる。

【００９３】尚、検出方法を変更して検出を行った場合
であってもレチクルＲとウェハＷとの相対的な位置関係
を検出することができない場合には、ステップＳ４、Ｓ
６、Ｓ７、Ｓ８を順に介して、その検出方法で用意され
ている解析アルゴリズムを変更して再びレチクルＲとウ
ェハＷとの相対的な位置関係を検出する処理が行われ
る。一方、ステップＳ９において、他の検出方法がない
と判断された場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、
例えば全ての処理を終了するエラー処理が行われ（ステ
ップＳ１１）、一連の検出処理が終了する。以上、図６
に示したように信号波形に歪みが生じている場合の処理
について説明したが、図８に示した処理を経ることによ
り、ある解析アルゴリズムを用いた場合にはウェハＷと
レチクルＲとの相対位置関係あるいはウェハＷの位置情
報を求めることができない場合でも、種々の解析アルゴ
リズムを用いることで、ウェハＷとレチクルＲとの相対
位置関係あるいはウェハＷ（ウェハアライメントマーク
ＷＡＭ）の位置情報を求めることができることがある。

【００９４】次に、図７に示したように、レチクルアラ
イメントマークＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡ
Ｍとの相対的な位置ずれがあり、検出エラーが生じた場
合の動作について説明する。かかる位置ずれが生じた場
合、主制御系２２は位置ずれがあることを認識できない
ため、まず、図６を用いて説明した理由によって検出エ
ラーが生じた場合と同様に、解析アルゴリズムや検出方
法を変えて検出を行い（図８参照）、レチクルＲとウェ
ハＷとの相対位置関係を求める。解析アルゴリズムや検
出方法を変えてもレチクルＲとウェハＷとの相対位置関
係を検出することができない場合には、レチクルアライ
メントマークＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡＭ
との相対的な位置ずれがあるために検出することができ
ないと考えられる。そこで、主制御系２２が図８に示し
たステップＳ１１の処理を行って全ての処理を終了して
いる状態で、オペレータがレチクルアライメントマーク
ＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡＭとの相対的な
位置ずれがあるか否かを確認する。

【００９５】なお、図７に示した配置関係以上にウェハ
アライメントマークＷＡＭが開口３７の外にずれていた
場合や、あるいは撮像する領域が図７の範囲Ａであった
場合には、ウェハアライメントマークＷＡＭからの信号
が得られないことになるので、この信号の無しをもって
主制御系２２が自動的に上述したレチクルアライメント
マークＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡＭとの相
対的な位置ずれを認識するようにしても良い。

【００９６】仮に、相対的な位置ずれが生じていた場合
には、例えば主制御系２２に予め記憶されているウェハ
アライメントマークＷＡＭの位置情報を示すプロセスデ
ータの修正を行う。プロセスデータの修正を行うことで
レチクルアライメントマークＲＡＭとウェハアライメン
トマークＷＡＭとの相対的な位置合わせを行うことがで
きる。よって、プロセスデータを修正した後で、レチク
ルアライメントマークＲＡＭとウェハアライメントマー
クＷＡＭとの相対的な位置合わせを行い、レチクルＲと
ウェハＷとの相対位置関係を検出すれば良いと考えられ
る。

【００９７】しかしながら、図７に示したように、レチ
クルアライメントマークＲＡＭとウェハアライメントマ
ークＷＡＭとが位置ずれした状態で検出ビームＩＬ１、
ＩＬ２を照射して位置情報の検出を行っているため、ウ
ェハアライメントマークＷＡＭの周辺に設けられる禁止
帯６５以外の部分が既に露光されている。図７において
は、開口部３７に対応した位置が既に露光された箇所で
ある。この箇所に例えばショット領域が設定されていれ
ば、このショット領域に形成されるデバイスは不良品と
なってしまうため、このまま処理を進めることはできな
い。

【００９８】そこで、検出光ＩＬ１、ＩＬ２によってシ
ョット領域内が露光されたことを、ＴＴＲ方式のアライ
メントセンサによって確認すると、このウェハＷをテス
トウェハとして用い、種々の検出方法及び解析アルゴリ
ズムを用いて検出を行って、そのウェハ（所定のプロセ
ス処理を施されたウェハ）に対する最適な検出方法及び
解析アルゴリズムを得る。ここで、プロセス処理とは、
レジストの種類や膜厚やプロセス工程やその内容を含む
ものである。そして、その所定のプロセスを経たウェハ
に対する最適な検出方法及び解析アルゴリズムが得られ
た場合には、かかるテストウェハを露光装置内から取り
出して上面に塗布されたフォトレジスト３９を剥離し
て、最初からプロセス（レジストのコーティングなど）
をやり直す。このようにして、図７に示したように、レ
チクルアライメントマークＲＡＭとウェハアライメント
マークＷＡＭとが位置ずれした状態で検出ビームＩＬ
１、ＩＬ２が照射された場合でも、最終的にはレチクル
ＲとウェハＷとの相対位置関係を検出することができ
る。

【００９９】従来はこのような検出エラーが生じた場合
には、プロセスデータを修正するとともに露光装置から
ウェハＷを一度取り出し、フォトレジスト３９を剥離し
た後に再度フォトレジスト３９を塗布して再度相対位置
関係の検出を行っていたためスループットが低かった。
しかしながら、本実施形態ではレチクルアライメントマ
ークＲＡＭとウェハアライメントマークＷＡＭとが位置
ずれした状態で検出光ＩＬ１、ＩＬ２が照射されても、
かかるウェハＷをそのままテストウェハとして用いて、
最適な検出方法及び解析アルゴリズムを得る方法をとっ
ているため、スループットを向上させることもできる。

【０１００】尚、以上説明した実施形態は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。従って、上
記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範
囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨であ
る。

【０１０１】例えば、図８に示した実施形態では、ステ
ップＳ４１にてマーク検出が１カ所でもできなければ
（検出不可となれば）、エラー警告処理を行い、その後
のエラー処理動作（ステップＳ７〜Ｓ１１）を行うよう
になっているが、次のマーク検出時には検出不可となら
なかった場合には、エラー処理動作を行わないようにす
る、すなわち、検出不可が複数回連続して起こった場合
にのみ上述のエラー処理動作を行うようにしても良い。
この場合、そのマーク検出に失敗したショット領域のチ
ップに関しては、不良チップとしてはじくようにすれば
良い。また、サンプルショット数が１つ減ることになる
ため、そのエラー検出マークに近い位置にあるショット
のマークをサンプルショット（ＥＧＡ計測ショット）と
して代わりに使用するようにすれば良い。

【０１０２】また、例えば、上記実施形態においては、
ＴＴＲ方式のアライメントセンサ内に検出ビーム光源２
４を設ける構成としていたが、検出ビーム光源２４を省
略し、代わりに超高圧水銀ランプ１から発生した露光ビ
ームとしての露光光ＥＬを光ファイバ等の光導波手段に
よって導く構成とすることができる。また、レチクルア
ライメントマークＲＡＭは図３に示したものに限られ
ず、ウェハアライメントマークＷＡＭも図６、図７に示
したものに限られない。更に、本発明の露光装置は、図
１に示した露光装置に限定されず、例えばステップ・ア
ンド・リピート方式の縮小投影型露光装置以外にステッ
プ・アンド・スキャン方式の露光装置、ミラープロジェ
クション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等
の露光装置に適用することが可能である。

【０１０３】さらに、半導体素子、液晶表示素子の製造
に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレ
イ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製
造にも用いられる露光装置、及びレチクル、又はマスク
を製造するために、ガラス基板、又はシリコンウエハな
どに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用
できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に
関係なく適用可能である。

【０１０４】尚、前述した本発明の実施形態に係る露光
装置（図１）は、ウェハＷを精度よく高速に位置制御す
ることができ、スループットを向上しつつ高い露光精度
で露光が可能となるように、超高圧水銀ランプ１を含む
露光光の光学系、モータ１２、レチクルステージ１３、
移動鏡１４、及びレーザ干渉計１５を含むマスクアライ
メント系、ウェハホルダ１６、ウェハステージ１７、基
準部材１８、移動鏡１９、レーザ干渉計２０、及びモー
タ２１を含むウェハアライメント系、投影光学系ＰＬ等
の図１に示された各要素が電気的、機械的、又は光学的
に連結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動
作確認等）をすることにより製造される。尚、露光装置
の製造は、温度及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。

【０１０５】次に、本発明の実施形態に係る露光装置を
使用したデバイスの製造について説明する。図９はデバ
イス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、Ｃ
ＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフ
ローチャートである。図９に示されるように、まず、ス
テップＳ２０（設計ステップ）において、デバイスの機
能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、ステップＳ２１（マスク製作ステップ）におい
て、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。一方、ステップＳ２２（ウェハ製造ステップ）にお
いて、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

【０１０６】次に、ステップＳ２３（ウェハプロセスス
テップ）において、ステップＳ２０〜ステップＳ２２で
用意したマスクとウェハを使用して、リソグラフィ技術
によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、
ステップＳ２４（組立ステップ）において、ステップＳ
２３において処理されたウェハを用いてチップ化する。
このステップＳ２４には、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程が含まれる。最後に、ステップＳ２５（検
査ステップ）において、ステップＳ２５で作製されたデ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが
出荷される。

【０１０７】尚、露光用の露光光ＥＬとしては、超高圧
水銀ランプ１等の輝線、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８
ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、若しく
はＦ _２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）から射出されるレ
ーザ光、又は金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波の
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（Ｌａ
Ｂ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。

【０１０８】投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍
および拡大系のいずれでもよい。投影光学系としては、
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、Ｆ
_２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（マスク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る。な
お、電子線が通過する光路は真空状態にする。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マスクと感光基板との相対位置を検出する際に、不要な
検出ビームが第１マークを透過して感光基板上に照射さ
れることがないので、第２マークの周囲に設けられる禁
止帯を削減することができるとともに、検出時に不用意
に第２マーク以外の箇所を露光する虞を少なくでき、そ
の結果、歩留まりを高くでき、生産性の向上、製造コス
トの低減を図ることができるという効果がある。

【０１１０】また、本発明によれば、マークの検出に際
し、解析アルゴリズムによる解析に失敗した場合であっ
ても、不良品の生産を最小限に抑制しつつ、高効率的に
処理を続行することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成
を示す図である。

【図２】 本発明の実施形態に係るレチクルの上面図で
ある。

【図３】 本発明の実施形態のレチクルアライメントマ
ークの詳細を説明するための図であり、（ａ）はその上
面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】 本発明の実施形態のウェハアライメントマー
クの周囲の禁止帯が削減され、ウェハの禁止帯以外の部
分の露光を防止することができる理由を説明するための
図である。

【図５】 図１中のアライメントセンサユニットの詳細
な構成を示すブロック図である。

【図６】 本発明の実施形態において、ウェハ上に金属
膜等が形成されており、その表面に凹凸がある場合に得
られる観察像及び信号波形を示す図である。

【図７】 本発明の実施形態において、検出ビームを照
射する前に行われるレチクルアライメントマークとウェ
ハアライメントマークとの位置合わせが正確に行われて
いない場合に得られる観察像を示す図である。

【図８】 図６を用いて説明した理由により検出エラー
が生する場合の処理を示すフローチャートである。

【図９】 本発明の実施形態に係る露光装置を用いてデ
バイスを製造する際のフローチャートである。

【図１０】 ＴＴＲ方式の位置情報検出装置を用いてレ
チクル及び基板の位置情報を検出する様子及び得られる
信号波形を示す図である。

【図１１】 露光光源から射出した露光ビームを分岐さ
せて検出ビームとして使用するための構成を示す図であ
る。

【図１２】 ＴＴＲアライメント系の内部の構成を説明
するための図である。

【符号の説明】

１７…ウェハステージ ２１…モータ ２２…主制御系 ２４…検出ビーム光源 ３３…撮像素子 ３４…レチクル基板 ３７…開口部 ３８…遮光部（第１遮光部） ４０…光源 ５２，５６…光電検出器 ＥＬ…露光光（露光ビーム） ＩＬ１，ＩＬ２…検出ビーム ＰＡ…パターン領域 ＰＬ…投影光学系 Ｒ…レチクル（マスク） ＲＡＭ…レチクルアライメントマーク（第１マーク、マ
ーク） ｒｍ，ｒｍ１〜ｒｍ６…マーク要素（第２遮光部） ＴＰ１，ＴＰ２…周期パターン Ｗ…ウェハ（感光基板） ＷＡＭ…ウェハアライメントマーク（第２マーク）

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５２５Ｗ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定パターンとアライメントマークとが形
   成されたフォトマスクであって、 前記アライメントマークは、第１の反射率を有する第１
   遮光部で形成された下地領域上に、前記第１反射率とは
   異なる第２反射率を有する第２遮光部でラインパターン
   が形成されていることを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】前記アライメントマークは、前記下地領域
   上に複数の前記ラインパターンが周期的に形成されてお
   り、且つ前記複数のラインパターンの間に透過部が配置
   されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマ
   スク。
3. 【請求項３】前記第２反射率は前記第１反射率よりも高
   いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフ
   ォトマスク。
4. 【請求項４】前記第１遮光部はクロムで形成されてお
   り、前記第２遮光部はアルミニウムで形成されているこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれか
   一項に記載のフォトマスク。
5. 【請求項５】第１マークを備えたマスク上に形成された
   所定パターンを露光ビームで照明することにより、投影
   光学系を介して、第２マークを備えた基板上に転写する
   露光装置であって、 前記第１マークは、第１の反射率を有する第１遮光部で
   形成された下地領域上に、前記第１反射率とは異なる第
   ２反射率を有する第２遮光部でラインパターンが形成さ
   れたラインパターン領域と、透過部が形成された透過領
   域とを有し、 前記第１マーク上に検出ビームを照射すると共に、前記
   第１マークの前記透過領域及び前記投影光学系を介して
   前記第２マーク上に前記検出ビームを照射する照射系
   と、 前記検出ビームの照射により前記第１マークの前記ライ
   ンパターン領域で発生したビームを受光すると共に、前
   記検出ビームの照射により前記第２マークで発生したビ
   ームを前記投影光学系及び前記透過領域を介して受光す
   る受光系と、 前記第１マークの前記ラインパターンに対応する第１信
   号と、前記第２マークに対応する第２信号とに基づい
   て、前記マスクと前記基板との相対位置関係を求める演
   算部とを有することを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】前記ラインパターン領域上には複数の前記
   ラインパターンが周期的に形成され、且つ前記透過領域
   は前記複数のラインパターンの間に配置されており、 前記第２反射率は前記第１反射率よりも高いことを特徴
   とする請求項５に記載の露光装置。
7. 【請求項７】前記検出ビームは、前記露光ビームとほぼ
   同一の波長を有し、 前記演算部で求められた前記相対位置関係に基づいて、
   前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行う位
   置合わせ装置を更に有し、 前記位置合わせ装置による位置合わせ後に、前記露光ビ
   ームを前記マスク上に照射して、前記所定パターンを前
   記基板上に転写することを特徴とする請求項５または請
   求項６に記載の露光装置。
8. 【請求項８】第１マークを備えたマスク上に形成された
   所定パターンを露光ビームで照明することにより、投影
   光学系を介して、第２マークを備えた基板上に転写する
   露光装置であって、 前記露光ビームとほぼ同一の波長をもつ検出ビームを、
   前記第１マーク上に、及び前記投影光学系を介して前記
   第２マーク上に照射し、該検出ビームの照射により前記
   第１マークで発生したビームを受光し、且つ前記第２マ
   ークで発生したビームを前記投影光学系を介して受光す
   るアライメントセンサと、 前記アライメントセンサから受け取った前記第１マーク
   に対応する第１信号及び前記第２マークに対応する第２
   信号を、所定の解析アルゴリズムに従って解析し、前記
   マスクと前記基板との相対位置関係を検出する演算部
   と、 前記演算部での前記相対位置関係の検出が不調であった
   場合には、前記相対位置関係の検出が不調であったこと
   を示すと共に、前記基板上の、前記検出ビームが照射さ
   れた領域が露光されたことを示す警告動作を行う警告部
   と、を有することを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】前記相対位置関係の検出が不調であった場
   合には、前記所定の解析アルゴリズムを他の解析アルゴ
   リズムに変更した上で前記アライメントセンサからの前
   記信号を前記演算部で解析せしめる第１の処理と、前記
   アライメントセンサとは異なるアライメントセンサを用
   いて前記相対位置関係の検出を実行する第２の処理との
   うちの少なくとも一方の処理を行うことを特徴とする請
   求項８に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】第１マークを備えたマスク上に形成され
    た所定パターンを露光ビームで照明することにより、投
    影光学系を介して、第２マークを備えた基板上に転写す
    る露光方法であって、 前記第１マークは、第１の反射率を有する第１遮光部で
    形成された下地領域上に、前記第１反射率とは異なる第
    ２反射率を有する第２遮光部でラインパターンが形成さ
    れたラインパターン領域と、透過部が形成された透過領
    域とを有し、 前記第１マーク上に検出ビームを照射すると共に、前記
    第１マークの前記透過領域及び前記投影光学系を介して
    前記第２マーク上に前記検出ビームを照射し、 前記検出ビームの照射により前記第１マークの前記ライ
    ンパターン領域で発生したビームを受光すると共に、前
    記検出ビームの照射により前記第２マークで発生したビ
    ームを前記投影光学系及び前記透過領域を介して受光
    し、 前記第１マークの前記ラインパターンに対応する第１信
    号と、前記第２マークに対応する第２信号とに基づい
    て、前記マスクと前記基板との相対位置関係を求めるこ
    とを特徴とする露光方法。
11. 【請求項１１】前記ラインパターン領域上には複数の前
    記ラインパターンが周期的に形成され、且つ前記透過領
    域は前記複数のラインパターンの間に配置されており、 前記第２反射率は前記第１反射率よりも高いことを特徴
    とする請求項１０に記載の露光方法。
12. 【請求項１２】前記第１遮光部はクロムで形成されてお
    り、前記第２遮光部はアルミニウムで形成されているこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の露光方法。
13. 【請求項１３】前記検出ビームは、前記露光ビームとほ
    ぼ同一の波長を有し、 前記求められた相対位置関係に基づいて、前記マスクと
    前記基板との相対的な位置合わせを行い、 前記位置合わせ後に、前記露光ビームを前記マスク上に
    照射して、前記所定パターンを前記基板上に転写するこ
    とを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちのいず
    れか一項に記載の露光方法。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載の露光方法を用いて、
    前記マスク上に形成されたデバイスパターンに前記露光
    ビームを照射して、前記基板上に転写する工程を含むこ
    とを特徴とするデバイス製造方法。
15. 【請求項１５】第１マークを備えたマスク上に形成され
    たデバイスパターンを露光ビームで照明することによ
    り、投影光学系を介して、第２マークを備えた基板上に
    転写してデバイスを製造する方法であって、 前記露光ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームを、
    前記第１マーク上に、及び前記投影光学系を介して前記
    第２マーク上に照射し、 前記検出ビームの照射により、前記第１マークで発生し
    たビームをアライメントセンサで受光すると共に、前記
    第２マークで発生したビームを前記投影光学系を介して
    前記アライメントセンサで受光し、 前記アライメントセンサから受け取った前記第１マーク
    に対応する第１信号及び前記第２マークに対応する第２
    信号を、所定の解析アルゴリズムに従って解析して、前
    記マスクと前記基板との相対位置関係を検出し、 前記相対位置関係の検出が不調であった場合には、前記
    相対位置関係の検出が不調であったことを示すと共に、
    前記基板上の、前記検出ビームが照射された領域が露光
    されたことを示す警告動作を行うことを特徴とするデバ
    イス製造方法。
16. 【請求項１６】前記相対位置関係の検出が不調であった
    場合には、前記所定の解析アルゴリズムを他の解析アル
    ゴリズムに変更した上で前記アライメントセンサからの
    前記信号を解析する第１の処理と、前記アライメントセ
    ンサとは異なるアライメントセンサを用いて前記相対位
    置関係の検出を実行する第２の処理とのうちの少なくと
    も一方の処理を行うことを特徴とする請求項１４に記載
    のデバイス製造方法。
17. 【請求項１７】前記相対位置関係が不調であった場合に
    は、前記検出ビームが照射された前記基板をテスト基板
    として用いて、前記テスト基板に対する前記アライメン
    トセンサの最適な解析アルゴリズムの特定作業、または
    前記テスト基板に対する最適なアライメントセンサの特
    定作業を行うことを特徴とする請求項１６に記載のデバ
    イス製造方法。
18. 【請求項１８】前記最適な解析アルゴリズム、または前
    記最適なアライメントセンサが特定された後に、前記テ
    スト基板上に塗布されている感光物質を除去し、 その後、前記テスト基板上に前記感光物質を再度塗布し
    て前記相対位置関係の検出を行うことを特徴とする請求
    項１７に記載のデバイス製造方法。
19. 【請求項１９】前記求められた相対位置関係に基づい
    て、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行
    い、 前記位置合わせ後に、前記露光ビームを前記マスク上に
    照射して、前記デバイスパターンを前記基板上に転写す
    ることを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のうちの
    いずれか一項に記載のデバイス製造方法。