JP2550979B2

JP2550979B2 - アライメント方法

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Publication number: JP2550979B2
Application number: JP62072699A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPS63237522A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は２つの物体、特に半導体素子製造に使われる
マスク（又はレチクル）とウェハ（感応性基板）との相
対的な位置合わせ、所謂アライメントの方法に関する。

（従来の技術）従来、半導体素子の製造工程においてはマスクやレチ
クルに形成された回路パターンを、ウェハ上にすでに形
成された回路パターンと正確に重ね合わせて露光して、
多数の層構造から成る回路チップを作っている。この重
ね合わせ露光を行なう装置としてマスクアライナーウェ
ハステッパー等が知られているが、いずれの装置におい
ても、マスク（又はレチクル）とウェハとを正確にアラ
イメントする機能を有している。特にこの種の露光装置
に使用されるアライメント手法は、多くの方法が考えら
れ、実用化されてきた。

近年、より微細な回路パターンを正確に転写するた
め、ウェハステッパーと呼ばれる縮小投影型露光装置が
多用されてきている。この装置は、レチクルの回路パタ
ーンを投影レンズを介してウェハ上に結像投影するもの
で、１回の投影露光フィールドが5mm角〜20mm角程度で
あるため、ウェハを一定ピッチだけ歩進させては露光す
ることを繰り返す、所謂ステップアンドリピート方式を
採用している。このウェハステッパーにおけるレチクル
とウェハとのアライメント方式は、現在実用化されてい
るもので２種の方式に大別できる。その１つは、ウェハ
上の１回の露光フィールドに対応したショット領域に付
随して設けられたアライメントマーク（ウェハマーク）
とレチクルの回路パターンの周辺に形成されたアライメ
ントマーク（レチクルマーク）とを同時に観察する方
式、所謂TTR（スルー・ザ・レチクル）方式であり、も
う１つはレチクルが装置上の所定位置に固定されている
ことを前提として、ウェハマークのみを観察する方式、
所謂オフ・アクシス方式である。

（発明が解決しようとする問題点）上記２つのアライメント方式のうち、オフ・アクシス
方式は投影レンズのみを介してウェハ面を観察したり、
投影レンズとは別体のアライメント顕微鏡によってウェ
ハ面を観察したりするため、レチクルとの直接的なアラ
イメントではなく、アライメントオフセットが発生しや
すいといった問題がある。ただし、この方式のうち投影
レンズとは別体にアライメント顕微鏡を設けたものは、
ウェハマークを観察又は検出するための照明光の性質に
制限がなく、マーク検出時の精度自体は高くできる。し
かし、マーク検出位置とレチクルの回路パターンの露光
位置とが一定長だけ離れているため、その分ウェハをず
らしてから露光する必要があり、上記オフセットの問題
を常に考慮しなければならない。

一方、TTR方式にはこのようなオフセットの問題はな
く、アライメントした位置をそのまま露光位置とするこ
とができる。しかしながら、ウェハマークの観察は投影
レンズを介して行なわれるため、ウェハマークの照明光
（均一照明又はスポット照明）の波長が制限されてしま
うといった問題がある。通常投影レンズは露光用の照明
光波長（準単色光）に対して色収差補正され、その他の
波長成分の光に対しては著しい色収差が発生する。この
ためレチクルとウェハとを投影レンズに関して共役にし
て、レチクルマークとウェハマークとを観察又は検出す
る際、照明光の波長は露光波長と同一、もしくは極めて
近い波長のみに制限されてしまう。このようにアライメ
ント用の照明光が単波長（コヒーレント光又は準単色
光）に制限されることにより、ウェハマークの検出に多
大な問題点が生じる。それは、照明光が単波長で、ウェ
ハ上にはレジスト層（薄膜）が形成されていることによ
り、ウェハマークの像に干渉縞が発生することである。
このためウェハマークの検出精度が著しく悪化すること
があった。この干渉は、レジスト層の表面での反射光と
レジスト層の下のウェハ下地表面での反射光とによって
引きおこされるが、レジスト層の厚みがウェハマークの
近傍、特にウェハマークの段差エッジ部で不均一になる
ために干渉縞（明暗の縞）となって発生する。この縞は
ウェハマークの直線的な段差エッジと平行に生じるた
め、観察又は光電検出時にウェハマークのエッジと干渉
縞との識別が困難になる。そのためウェハマークの検出
精度が低下し、アライメント精度が低下するといった問
題が生じるのである。

（問題点を解決する為の手段）本発明は、上記問題点を解決したアライメント方法を
提供することを目的とし、特に投影露光装置を用いたマ
スク（又はレチクル）と感光基板とをアライメントする
のに好適な新規の方法を提供することを目的とする。さ
らに本発明は、投影露光方式以外の露光方式（プロキシ
ミティ）に採用されているアライメント方式においても
利用できるものである。

上記目的のため、本発明では、感光層を有する基板
（ウェハ等）に予め形成されているアライメントマーク
の近くに、予め定められた間隔で第２の基準マークを感
光層上に形成する。これは感光層の一部を高エネルギー
ビーム等により第２の基準マークの形状に直接飾刻する
か、感光層中に第２の基準マークの潜像を作ることによ
って実施される。そして原板（マスクやレチクル）と基
板とをアライメントする際は、原板上に予め形成されて
いる第１の基準マークと、感光層に形成された第２の基
準マークとを検出するようにした。

（作用）感光層上に形成される第２の基準マークは、基板に予
め形成されているアライメントマークから離れて位置す
るため、感光層の厚みムラは比較的に少なく、このため
単色光で照明しても干渉縞の発生は格段に少なくなる。
すなわち本発明では、本来アライメントのために設けら
れた基板上のアライメントマークを使うことなく、基板
と原板とのアライメントを行なうようにしたものであ
る。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例による方法を模式的に
表わした斜視図である。

本実施例では、ウェハ上のレジスト層に第２の基準マ
ークを形成するマーク打込み装置Ａと、レチクルの回路
パターンをウェハ上のレチクル層に露光するステッパー
Ｂとによって本発明のアライメント方法を実施するもの
とする。マーク打込み装置Ａは、打込み用の照明光を発
生するエキシマレーザ光源１、コンデンサーレンズ２、
打込み用のマークパターン（指標マーク）RRを有する指
標板３、そのマークパターンRRをウェハＷに投影する加
工用の対物レンズ４、マークパターンRRとウェハＷ上の
マークWMAとのアライメント状態を観察するための検出
光学系５、マークパターンRRの像とマークWMAの像とを
同時に光電検出するCCD等の撮像素子６、及びアライメ
ントの際にマークパターンRR、マークWMAを証明するア
ライメント用証明系７とで構成される。第１図に示した
マーク打込み装置Ａはあくまでも模式的な構成を示した
ものであり、適宜レンズ系、ビームスプリッタ、全反射
ミラー等も設けられている。さて、ウェハＷ上には全面
にレジスト層が塗布され、その下地にはすでに形成され
た回路パターン領域（ショット領域）CAと、これに付随
したアライメントマークWMA、WMBとがｘ、ｙ方向に規則
的なピッチで複数設けられている。そしてそのウェハＷ
と指標板３とは対物レンズ４に関して共役に配置される
が、対物レンズ４は少なくとも２つの異なる波長成分に
対して色収差補正がなされている。その２つの波長の一
方はレーザ光源１からのエキシマレーザ光の波長（短波
長）であり、他方は照明系７からの照明光の波長であ
る。照明系７からの照明光はレジスト層を感光させにく
い波長成分からなり、好ましくは多数の波長スペクトル
を有する多色レーザ光、又はスペクトル幅の広い白色光
（ただし感光波長成分以外）等に定められる。指標板３
はマークパターンRRは円50内に拡大して示したように、
矩形の透明窓（石英）内に２本の平行なバーマークR
R₁、RR₂を有している。バーマークRR₁、RR₂はクロム等
の遮光物で形成され、マークパターンRRの矩形の窓の外
側もクロム等で形成されている。そしてマークパターン
RRの中心（窓の中心）は対物レンズ４の光軸が通るよう
に設定される。

尚、第１図には示していないが、ウェハＷは干渉計等
によって位置計測される２次元移動ステージ上に載置さ
れ、ウェハＷ上の複数ケ所のマークWMA、WMBとマークパ
ターンRRとの位置合わせのために移動される。またエキ
シマレーザ光源１からのレーザ光は不図示ではあるが、
コヒーレンス性を低減する光学系を介してコンデンサー
レンズ２に入射する。さらにレーザ光源１はパルス発光
であるため、１ケ所のマークWMA（又はWMB）上のレジス
ト層を飾刻するのに最適な１パルスあたりのエネルギー
とパルス数とが設定される。

一方、公知のステッパーＢは、回路パターン領域PAと
ウェハＷ上のマークWMA、WMBの夫々に対応するマークRM
A、RMBとを有するレチクルＲが投影レンズ10の光軸に対
して位置決めして装着される。レチクルＲの上方には不
図示であるが露光用の照明系（水銀放電ランプやエキシ
マレーザ等の光源と、レチクルＲを均一照明するための
各種光学系とを含む）が設けられる。投影レンズ10は少
なくともウェハ側（像側）がテレセントリック系であ
り、回路パターンPA（又はマークRMA、RMB）の像をウェ
ハＷ上の１つのショット領域CA（又はマークWMA、WMB）
に重ね合わせて投影するような倍率に定められている。
そしてウェハＷは２次元移動するステージ（不図示）上
に載置され、投影レンズ10の結像面に沿って移動され
る。第１図の投影レンズ10の下のウェハＷは、レチクル
Ｒと１つのショット領域CAとがアライメントされる位
置、もしくは露光される位置にあるものとして示されて
いる。さて、レチクルＲの上方にはアライメント用の光
学系が配置されるが、第１図ではマークRMAに対するア
ライメント系のみを図示した。アライメント用の照明系
11は投影レンズ10の収差補正された波長と同一、もしく
はその近傍の波長の照明光をビームスプリッタ（不図
示）を介してアライメント用対物レンズ12に入射させ
る。対物レンズ12からの照明光はミラー（不図示）で折
り曲げられてマークRMAの存在する局所領域のみを照明
するとともに、マークRMAの透明部を透過して投影レン
ズ10の入射瞳の中心を通ってウェハＷ上のマークWMAを
含む局所領域に達する。そしてマークWMAを含む局所領
域からの反射光はテレセントリックの特性によって投影
レンズ10の瞳中心を通ってレクチルＲのマークRMAを含
む局所領域に戻ってくる。このためウェハＷのマークWM
Aの投影レンズ10による像がレチクルＲのマークRMAと同
一の面内に空中像として結像する。このときレチクルＲ
のマークRMAはウェハＷからの反射光によって同時に透
過照明されることにもなる。さてマークWMAを含む局所
領域からの光とマークRMAからの光を対物レンズ12を通
り、ビームスプリッタで反射されてリレー系13に入射し
た後、ITVカメラ等の撮影素子14に達する。撮影素子14
の受光面はレチクルＲのマークRMAとウェハＷのマークW
MAとの両方に対して共役に定められるため、マークRM
A、WMAの両方の像が同時に観察されることになる。撮像
素子14からの画像信号は不図示の信号処理回路に入力し
て、各種マークの相対的なずれ量が検出される。そして
このずれ量が補正されるようにレチクルＲ又はウェハＷ
を微動させることによって、レチクルＲ（回路パターン
領域PA）とウェハＷ（ショット領域CA）とのアライメン
トが完了する。従来のアライメントでは、ウェハＷのレ
ジスト層の下に形成されているマークとレチクルＲのマ
ークRMAとを光学的に検出していたが、本実施例ではウ
ェハＷに関しては、レジスト層の下に形成されたマーク
を検出する必要がない。

次に第１図に示したシステム構成を用いたアライメン
ト方法について説明する。

まず始めに、レジスト層の塗布されたウェハＷをマー
ク打込み装置Ａのステージ上に載置し、公知の手法によ
りウェハのグローバルアライメントを行なう。グローバ
ルアライメントが完了すると、ウェハＷ上のマークWMA
（又はWMB）と指標板３のマークパターンRRの投影像と
は、１μｍ以下の精度で位置決めできる。そしてステー
ジを動かしてマーク打込むべき部分を対物レンズ４の下
に位置させ、照明系７を点灯させて、撮像素子６によっ
て指標板３のマークパターンRRと、例えばマークWMAと
を観察して両マークのアライメントを行なう。このアラ
イメントにあたっては、撮像素子６からの画像信号を信
号処理することによって、マークパターンRRの２本のバ
ーマークRR₁、RR₂の中心とマークWMAの中心とのずれ量
を精密に求め、そのずれ量が零になるようにウェハステ
ージ又は指標板３を自動的に微動させるようにするとよ
い。このマーク打込み装置Ａでは、ウェハＷ上のレジス
ト層の下にもともと形成されているマークWMA（WMB）の
代わりに同一の機能を奏する新たなマークをレジスト層
に形成するため、ここでのアライメントは高精度である
ことが望まれる。

本実施例ではアライメント用の照明光が白色光、又は
多色光とされているため、マークWMを観察する際にレジ
スト層で生じる干渉の影響は著しく低減され、コントラ
ストのよいマーク像が検出できる。さらにマークWMA（W
MB）の観察は、対物レンズ４の光軸上で行なうため、対
物レンズ４の収差の影響が最小限に押えられ、この点で
も高精度化が計られることになる。

アライメントが完了すると、エキシマレーザ光源１の
発振が開始され、マークパターンRRがウェハＷ上のマー
クWMAの上にレジスト層に投影され、マークの打込みが
行なわれる。この打込みの様子は、第１図中の円52内に
拡大して示してある。円52ない上には、打込み前のマー
クWMA付近のウェハの断面が示され、円52内の下には打
込み後のウェハ断面が示されている。打込み前、マーク
WMAはウェハ下地表面に対して凸状に形成され、その上
をレジスト層PRが被覆している。レジスト層PRはマーク
WMAの段差エッジ付近では垂直方向の厚みムラがある
が、段差エッジから離れるにつれて、一様の厚みになっ
てくる。一般にレジスト層の厚みは１〜２μｍ程度であ
る。そして打込み後は、マークWMAを挟んで左右に、マ
ークパターンRRの２本のバーマークRR₁、RR₂の夫々のレ
ジスト像RR₁′、RR₂′が、レジスト層PRの凸部として形
成される。ここではバーマークRR₁、RR₂が遮光性である
ため、レジスト像RR₁′、RR₂′の厚みは打込み前と変わ
らないが、その周辺のレジスト層PRはエキシマレーザ光
の照射によって表面から膜減り（以下アベレージョンと
呼ぶ）が生じる。これはエキシマレーザ光等にような紫
外域の高エネルギービームによって、レジスト層PRの材
質である有機物質が気化していくためである。ところで
レジスト像RR₁′、RR₂′が形成される部分は、マークWM
Aから所定距離だけ離れるように定められている。すな
わちレジスト層PRの厚みムラが少なく、一様の部分に定
められる。これはレジスト層RR₁′、RR₂′、及びその周
囲に残存したレジスト層を一様な厚さにして、単色光の
照明光で照明したときの干渉縞の発生を低減させるため
である。尚、マーク打込みの際、レジスト層PRに与えら
れたエキシマレーザ光の総エネルギー量によっては、レ
ジスト像RR₁′、RR₂′のみが残って、その周囲のレジス
ト層が完全に除去されることもある。

以上のようにして必要位置に順次マーク（レジスト像
RR₁′、RR₂′）の打込みが行なわれたウェハＷは、ステ
ッパーＢのステージ上に載置された後、同様にグローバ
ルアライメントされ、レチクルＲとの相対的な位置ずれ
が１μｍ以下に規定される。

そしてウェハＷ上のアライメントすべき１つのショッ
ト領域CAが投影レンズ10の下にくるようにステージを位
置決めした後、アライメント用の照明系11を点灯させ
て、撮像素子14によってレチクルＲのマークRMAとウェ
ハＷのマークWMAを含む局所領域とを同時観察する。こ
のとき撮像素子14の受光面には、第２図中の円54内に拡
大して示すような像が形成される。円54内の中心には、
ウェハＷのマークWMAが位置し、その左右にはレチクル
ＲのマークRMA（２本のバーマーク）がマークWMAを挟み
込むように位置し、さらにその外側には２本のレジスト
像RR₁′、RR₂′がマークRMAを挟み込むように位置す
る。そしてアベレージョンによってレジスト層が残存し
ているものとすると、マークWMAの段差エッジ付近には
干渉縞FIが発生する。一方、レジスト像RR₁′、RR₂′
は、それ自体周囲のレジスト層と厚みが異なるため、干
渉縞の発生はほとんど認められないものの、周囲とは異
なる濃淡（ITVがモノクロームの場合）になって観察さ
れることもある。さらにレジスト像RR₁′、RR₂′の外形
は段差エッジで規定されているため、そのエッジ部では
照明光が散乱するので黒く観察される。

このような観察像に対して、撮像素子14の走査線SLを
円54内のように設定すると、走査線SLに沿って画像信号
の波形は第２図に示すようになる。第２図において縦軸
は画像信号の強度（レベル）を表わし、横軸は例えばｘ
方向の走査位置を表わす。第２図の信号波形中、中央部
の乱れた波形ＧはマークWMAに対応し、ボトム状の波形R
₁、R₂は夫々、レチクルＲのマークRMAの２本のバーマー
クに対応し、ボトム状の波形E₁、E₂の夫々はレジスト像
RR₁′、RR₂′に対応する。このようにマークWMAの上に
レジスト層が残っていると、波形Ｇ中にはマークWMAの
段差エッジ位置P₁、P₂で発生するボトム以外に、干渉縞
による多数のボトム部が生じてしまい、信号処理が困難
になる。そこで画像信号の処理回路では、この波形Ｇを
無視して波形E₁、E₂に基づいてマークWMAの位置を特定
する。波形E₁、E₂には干渉縞によるノイズ成分が少ない
ため、レジスト像RR₁′、RR₂′の各段差エッジ部に対応
したボトルを正確にとらえることができ、レジスト像RR
₁′の中心位置Xe₁、レジスト像RR₂′の中心位置Xe₂は精
密に検出できる。一方、レチクルＲのマークRMAについ
てもきれいな波形R₁、R₂になるため、２本のバーマーク
の各中心位置Xr₁、Xr₂は精密に検出できる。そして位置
Xe₁とXe₂を２等分する位置XEと、位置Xr₁とXr₂とを２等
分する位置XRとを求め、その差（XR−XE）を計算すれ
ば、それがレチクルＲの回路パターン領域PAとウェハＷ
のショット領域CAとのｘ方向（走査線方向）のずれ量、
すなわちアライメント誤差量として求められる。

以上、本実施例では、レジスト像RR₁′、RR₂′はマー
クWMAと正確に位置合わせして形成されるとしたが、レ
ジスト像とマークWMAとのずれ量が何らかの手段によっ
て検出できるのであれば、そのずれ量をオフセット値と
してステッパーＢに指示しておけばよい。そしてステッ
パーＢによるレチクルＲとウェハＷのアライメント時
に、そのオフセット値分だけさらに補正されるようにウ
ェハＷ、又はレチクルＲを微動させればよい。

次に本発明の第２の実施例による方法について第３図
を参照して説明する。第３図は本実施例による方法を実
施するのに好適なシステムの構成を示し、本実施例では
レジスト層に形成する第２マークを潜像にした点が第１
実施例と大きく異なる。第３図において、マーク打込み
装置はステッパー本体のオフ、アクシス方式のアライメ
ント系が一部が兼用して構成される。また第１図中の部
材と同等の作用、機能を有する部材には同一の符号を付
してある。まず、ステッパーＢには、露光用照明光ELを
水平方向から入射するメインコンデンサーレンズ20と、
その照明光ELを垂直方向に反射させてレチクルＲを照明
するためのダイクロイックミラー21とが設けられる。ダ
イクロイックミラー21は照明光ELの波長（ｇ線、ｉ線
等）に対して高い反射率を有し、それより長い波長の光
に対しては高い透過率を有する。そしてレチクルＲを透
過した照明光ELは投影レンズ10の瞳epで光源像を作った
後、ステージST上のウェハＷを照明し、回路パターンの
露光が行なわれる。

さて、ダイクロイックミラー21の上方にはアライメン
ト用対物レンズ12が設けられ、レチクルＲのマークRMA
とウェハＷのマークWMAとが観察可能である。本実施例
においてマークRMAとWMAとの検出は、レーザのスポット
光を走査して、各マークからの反射光（正反射光、散乱
光、回折光）を光電検出して行なわれるもとする。その
アライメント用のレーザ光はレーザ光源22から射出さ
れ、ビームスプリッタ23を透過して、エクスパンダー、
シリンドリカルレンズ等を含む光学系24を通り、振動ミ
ラー25で偏向された後、リレーレンズ26、ビームスプリ
ッタ27、リレーレンズ28を介してミラー29で垂直方向に
反射され、複屈折を利用した２焦点素子30を通って対物
レンズ12に入射する。このレーザ光はウェハＷのレジス
トを感光させにくい波長で、レジスト層に対して透過性
をもつような短波長に定められている。そのため投影レ
ンズ10が照明光ELのみに対して色収差補正されているも
のとすると、アライメント用のレーザ光をマークWMAへ
の照明光としたとき、大きな色収差が発生し、レチクル
ＲとウェハＷとの結像関係が維持できなくなる。そこで
２焦点素子30によってアライメント用のレーザ光のスポ
ットを、色収差量に相当した間隔だけ光軸方向に離れた
２ケ所に結像するようにした。対物レンズ12から射出し
たレーザ光のうちＰ偏光成分は例えばレチクルＲのマー
クRMAと同一面（レチクルパターン面）に鮮明なスポッ
ト光として結像され、Ｓ偏光成分はレチクルＲの上方空
間に離れた面IPに鮮明なスポット光として結像される。
これらスポット光が投影レンズ10によってウェハＷ上に
投影されると、ウェハＷ上には面IPにできたスポット光
が再結像し、レチクルパターン面にできたスポット光は
ウェハ上では大きくデフォーカスしてしまい、スポット
光にはならない。そしてマークRMA、WMAに対して、振動
ミラー25の働きによってスポット光が走査され、各マー
クからの光情報が対物レンズ12、２焦点素子、ミラー2
9、リレーレンズ28を通って戻り、ビームスプリッタ27
で反射されてリレーレンズ31を介して空間フィルター32
に達する。空間フィルター32はリレーレンズ28、31、及
び対物レンズ12の働きによって投影レンズ10の瞳epと共
役になるように配置され、瞳epにおける光情報の分布の
うち所望のものを選択的に透過する。その透過光はフォ
トマル等の光電素子33に受光され、光電素子33はその光
量に応じた信号を出力する。ここで空間フィルター32は
瞳ep上に分布する正反射光とその他の散乱回折光とを分
離し、光電素子33も正反射光と散乱回折光とを別々に受
光するように構成されているものとする。尚、上記アラ
イメント系の光路中には、２焦点素子30によってマーク
RMAとマークWMAとの共通の像面が存在するので、第１図
中と同様にITV等の撮像素子が設ければ、両マークの像
を同時観察することができる。本実施例では、このアラ
イメント系の光電素子33、又は撮像素子によってウェハ
のレジスト層に形成されたマークパターンの潜像をレチ
クルＲのマークRMAと同時検出することによって、アラ
イメントが行なわれる。

さて、その潜像を形成するために、本実施例では公知
のオフ・アクシスアライメント系を一部流用する。加工
用対物レンズ４は第１図中に示したものと同様に２つの
波長に対して色収差補正されるが、この対物レンズ４は
ウェハＷ上のマークを検出してグローバルアライメント
等を行なう時にも使用される。対物レンズ４とマークパ
ターンRRを有する指標板３との間にはビームスプリッタ
40が設けられ、グローバルアライメント用の照明系41か
らの照明光がコンデンサーレンズ42を介して対物レンズ
４に入射し、対物レンズ４の視野内を均一に照明する。
この照明光もレジスト層を感光させない白色光（ブロー
ドなスペクトル分布をもつ光）であることが望ましい。
一方、マーク打込み時に使用されるアライメント系は、
レーザ光源22からのレーザ光をビームスプリッタ23を介
して入射するコヒーレント低減用の光学系（ランダムフ
ァイバー等）43、リレーレンズ44、ビームスプリッタ4
5、可動ミラー46、及び第１図と同様のリレーレンズ
５、撮像素子６とで構成される。可動ミラー46はアライ
メント時には図中の位置にあり、マーク打込み時には露
光用照明光ELと同一波長の光を射出するファイバー47の
光路をさえぎらないように退避する。従ってマーク打込
み時はファイバー47からの光がコンデンサーレンズ２を
介して指標板３を均一に照明し、マークパターンRRがウ
ェハＷ上のマークWMA、WMBに整合して投影露光されるこ
とになる。尚、レーザ光源22からのレーザ光の波長スペ
クトルは、照明系41からの照明光の波長域内にあること
が望ましい。これは対物レンズ４の設計を容易にするた
めである。また対物レンズ４、ビームスプリッタ40、指
標板３、コンデンサーレンズ２等は投影レンズ10の鏡筒
を保持する金物（コラム）に、一体的に固着され、オフ
・アクシスアライメント系の光軸（対物レンズ４の光
軸）と投影レンズ10の光軸との機械的な間隔が変動しな
いように構成される。さらにこのオフ・アクシスアライ
メント系の対物レンズ４はウェハＷの全面のどの位置に
ついても観察（又はマーク打込み）する必要があるた
め、従来のステッパーにくらべてステージSTの移動スト
ロークを大きくする必要がある。このためステージSTの
ヨーイングが発生しやすくなるので、ステージSTの位置
計測用の干渉計の他に、ヨーイング計測用の差動干渉計
を設けるとよい。本実施例ではマーク打込み部と露光部
とに対して共通のステージSTを用いてウェハＷの位置決
めを行なうため、ステージSTの制御系はマーク打込み時
と露光（又はレチクルとウェハのアライメント）時とで
共通にできる部分が多くなるとともに、全体としての処
理スピードも向上する。

次に本実施例のアライメント方法について説明する。

まず、ステージST上にプリアライメントされたウェハ
Ｗが載置され、グローバルアライメント系によってウェ
ハＷの全体的なアライメントが開始される。照明系41が
点灯され、レーザ光源22からのレーザ光はビームスプリ
ッタ45を通過しないように不図示のシャッター等で遮断
される。ウェハＷ上のグローバルアライメント用のマー
クが対物レンズ４の視野内にくるようにステージSTが位
置決めされる、グローバルマークの像は対物レンズ４に
よって指標板３のマークパターンRRの窓内に結像され
る。このときマークパターンRRはウェハＷからの反射光
によって透過照明されることになる。指標板３に形成さ
れたグローバルマークの像とマークパターンRRの像はコ
ンデンサーレンズ２、ミラー46、ビームスプリッタ45、
リレー系５を介して撮像素子６の受光面に結像される。
そして撮像素子６から画像信号に基づいてグローバルア
ライメント（ウェハＷの投影レンズ10の光軸に対する位
置の規定）が行なわれる。

次にウェハＷ上の加工（マーク打込み）すべき部分例
えばマークWMAを対物レンズ４下に位置決めし、照明系4
1を消灯してレーザ光源22からの照明光を指標板３を介
してウェハＷ上のマークWMAに送る。そして第１図に示
したのと同様にマークパターンRRとマークWMAとのアラ
イメントを行ない、アライメント完了後、ミラー46を退
避させてファイバー47から所定時間だけ露光用照明光を
照射し、マークパターンRRの像をマークWMA上のレジス
ト層に転写する。これによりレジスト層中にマークパタ
ーンRR（２本のバーマークRR₁、RR₂）の潜像が形成され
る。以下、同様にウェハＷ上の複数のマークWMA、WMBの
夫々に対してマークパターンRRの潜像を順次形成してい
く。尚、上記オフ・アクシスアライメント系で指標板３
のマークパターンRRはグローバルアライメント時とマー
ク打込み前のアライメント時とで共通の基準として作用
するが、それぞれ最適な基準とするように別々のマーク
パターンにしてもよい。またマーク打込み時のアライメ
ントの際、レーザ光源22からの照明光が指標板３を照明
するので、マークパターンRRからの反射光が撮像素子６
で観察されることになる。このためマークパターンRRの
反射率が高いと明るい像として観察され、ウェハＷのレ
ジスト層下地にアルミが蒸着されていたりすると、マー
クWMA、WMBも明るい像として観察され、この結果、撮像
された画面は全体に明るく、コントラストのない像にな
ってしまう。そこでマーク打込み時のアライメントの際
も、照明系41を点灯させてマークパターンRRを透明照明
による影絵として観察するとよい。このことは第１図に
示した実施例の場合でも同様であり、第１図中の指標板
３と対物レンズ４との間にビームスプリッタを設けて、
照明光を対物レンズ４に送るようにすればよい。

以上のようにしてレジスト層にマーク打込み（潜像形
成）が行なわれると、ステージSTは干渉計の計測値に管
理されて投影レンズ10の下に移動される。これによって
露光すべき１つのショット領域CAに付随したマークWMA
をレチクルＲのマークRMAの投影位置に合わせる。そし
て第４図に示すようにレーザ光源22からのレーザ光のス
ポット光SPによって、ウェハＷのマークWMA、レチクル
ＲのマークRMA、及びマークパターンRRの潜像RR₁″、RR
₂″を走査線SLに沿って走査する。第４図（Ａ）はマー
クWMA、マークRMA、潜像RR₁″、RR₂″のウェハ面におけ
る平面的な配置を示し、第４図（Ｂ）はウェハＷの断面
の様子を示す。マークRMAはアライメント用のレーザ光
の波長のもとでは、ウェハＷと共役にはならないが、露
光光で投影した場合にできるウェハＷ上の像位置として
示してある。また潜像RR₁″、RR₂″の部分は、周囲の未
露光のレジスト層に対して反射率、屈折率等が異なって
いる。このためスポット光SPによってウェハＷ上が走査
されると、光電素子33からは、第４図（Ｃ）のような散
乱回折光に応じた光電信号と、第４図（Ｄ）のような正
反射光に応じた光電信号とが得られる。第４図（Ｃ）の
ような散乱回折光はウェハ上の段差エッジ、又はレチク
ル上の段差エッジで顕著に発生する。一方、第４図
（Ｄ）のような正反射光は、ウェハ上、又はレチクル上
の反射率のちがいによって顕著に発生する。第４図
（Ｃ）の波形上のピークS_1a、S_1b、S_2a、S_2bはそれぞれ
レチクルＲのマークRMA（２本のバーマーク）の各エッ
ジに対応しており、本実施例ではこのピークをとらえて
マークRMAの位置Xr₁、Xr₂を検出する。またウェハＷ上
の潜像RR₁″、RR₂″は正反射光による波形中のボトム部
E₁、E₂に対応するので、これに基づいて潜像RR₁″、R
R₂″の各位置Xe₁、Xe₂を検出する。そして、第１の実施
例と同様にマークRMAの中心XRと潜像RR₁″、RR₂″の中
心XEとの差（XR−XE）をアライメント誤差として求め
る。

本実施例ではスポット光SPがレジスト層PRに対して透
明な波長で、非感光の波長に定められているため、スポ
ット光による走査は潜像RR₁″、RR₂″を破壊（周囲のレ
ジスト層の感光がないため）することがないので、信号
検出、及びアライメント誤差検出は繰り返し実行でき、
複数回の走査により検出されたアライメント誤差量を平
均化するとこによって検出精度を高めることができる。
また本実施例においても、TTR方式のアライメント系に
撮像素子が設けられていれば、レチクルＲのマークRMA
と潜像RR₁″、RR₂″とを像として観察でき、第１実施例
と同様に画像信号を処理してアライメント誤差を検出す
ることもできる。

以上本発明の各実施例において、マーク打込み装置
Ａ、又はアーク打込み部（オフ・アクシス系）を用いた
レジスト層への新たなマークの形成は、いずれも対物レ
ンズ４の光軸上を使って行なわれるとともに、マークパ
ターンRRの大きさ自体も数10μｍ角程度でよいため、レ
ンズ設計が容易で高分解能のものが得られ、マーク打込
みが高精度に行なわれる。

（発明の効果）以上、本発明によればレジスト層（感光層）の光学的
な性質による影響を著しく低減したアライメント方法が
得られるので、マスク（レチクル）と感光基板との相対
的なアライメント精度が向上するといった効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるアライメント方法
を実施するのに好適なシステムの構成を示す斜視図、第
２図はアライメント時に得られる信号波形を示す波形
図、第３図は本発明の第２の実施によるアライメント方
法を実施するのに好適なシステムの構成を示す図、第４
図（Ａ）はアライメント時の各マークパターンの平面配
置を示し、第４図（Ｂ）はウェハの断面を示し、第４図
（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号波形を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】位置合わせ用のアライメントマークが形成
された基板と、該アライメントマークと整合し得る第１
の基準マークを有する原板とを相対的にアライメントす
る方法において、前記基板の表面には、所定の波長域の
光に対して感光性を有する感光層が所定の厚さで形成さ
れ、前記アライメントマークから所定距離だけ離れた位置の
前記感光層部分に、感光性の光により第２の基準マーク
を形成する工程と；前記基板の感光層に形成された第２の基準マークと前記
原板に形成された第１の基準マークとの整合状態を検出
することによって前記基板と原板とをアライメントする
工程とを含むことを特徴とするアライメント方法。
【請求項２】前記感光層に第２の基準マークを形成する
工程は、前記感光層の一部を高エネルギービームで前記
第２の基準マークの形状に飾刻することによって、前記
感光層表面に微小な段差を形成する工程を含むことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】前記感光層に第２の基準マークを形成する
工程は、前記感光層に前記第２の基準マークの潜像を形
成する工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の方法。