JP2691229B2 - 投影露光装置、及び該装置によるアライメント方法 - Google Patents
投影露光装置、及び該装置によるアライメント方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路（ＩＣ）等のパ
ターンを光学的に感光基板上に転写する投影型露光装置
に関し、特にマスクやレチクルと感光基板（ウェハ）と
の位置合せを正確に行うための各種アライメント系を備
えた投影露光装置、及びそのような投影露光装置を用い
て感光基板をアライメントする方法に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】大規模集積回路（ＬＳＩ）パターンの微
細化は年々進行しているが、微細化に対する要求を満た
し、且つ生産性の高い回路パターン焼付け装置として縮
小投影型露光装置が普及してきている。従来より用いら
れてきたこれらの装置においては、シリコンウェハに焼
付けされるべきパターンの何倍か（例えば５倍）のレチ
クルパターンが投影レンズによって縮小投影され、１回
の露光で焼付けされるのはウェハ上で対角長２１mmの正
方形よりも小さい程度の領域である。従って直径１２５
mm位のウェハ全面にパターンを焼付けるには、ウェハを
ステージに載せて一定距離移動させては露光を繰返す、
いわゆるステップアンドリピート方式を採用している。 【０００３】ＬＳＩの製造においては、数層以上のパタ
ーンがウェハ上に順次形成されていくが、異なる層間の
パターンの重ね合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にし
ておかなければ、層間の導電または絶縁状態が意図する
ものでなくなり、ＬＳＩの機能を果すことができなくな
る。例えば１μｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜ
い０．２μｍ程度の位置ずれしか許されない。 【０００４】縮小投影式の露光装置においては、既に形
成されたウェハ上のパターンとレチクルの投影像の位置
を合わせる方式としてオフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉ
ｓ）方式とスルーザレンズ方式（ＴＴＬ方式）がある。
オフアクシス方式においては投影レンズの外部にある位
置合わせ用顕微鏡によってウェハの位置合わせマークの
位置を計測し、ウェハ全体をレチクルに対し一度に位置
合わせしてしまうので高速な位置合わせ動作が可能であ
り、回転位置合わせが高精度でできるという特徴がある
が、ウェハ全体又は部分的に伸縮があると、ウェハ全面
に渡って良好な位置合わせ精度を保つことが困難とな
る。 【０００５】一方、ＴＴＬ方式においては投影露光する
ウェハ上の小領域（被露光領域、あるいはショット領
域）毎に投影レンズを通して各被露光領域に付設された
位置合わせマークを検出できるので、ウェハ全面の被露
光領域に渡って良好なアライメント精度が得られるとい
う特徴がある。しかしながらこの種のＴＴＬ方式では、
投影露光に使用する露光波長の照明光を使ってウェハ上
のマークを検出する露光光アライメント系（例えば特開
昭５７−１４２６１２号公報）、もしくはマスク（レチ
クル）と投影レンズとの間のアライメント光路中に色収
差補正用の補正レンズを挿入し、非露光波長の照明光で
ウェハ上のマークを検出する非露光光アライメント系
（例えば特開昭５６−１１０２３４号公報）が使われて
いた。 【０００６】いずれのアライメント系もウェハ上のマー
クとレチクル上のマークとを共に検出できることに差異
はないが、従来の露光光ＴＴＬ方式のアライメント系で
はマーク照明光が露光波長であるためにウェハ上の感光
剤に対する不要な露光に注意を要し、従来の非露光光Ｔ
ＴＬ方式のアライメント系ではウェハのマークとレチク
ルのマークとを互いに結像関係にするための色収差補正
レンズが挿入されるので、マーク位置の検出精度（再現
性）低下に注意を要する。 【０００７】また先に述べた従来のオフアクシス方式
（例えば特開昭５３−５６９７５号公報）では、ウェハ
上のマークを投影レンズの外部に固定した専用の顕微鏡
で検出するので、マーク照明光を非露光波長とすること
ができ、感光剤に対する不要な露光の心配はない。その
反面、投影レンズとマーク検出用顕微鏡とが機械的、空
間的に分離しているため、ウェハを載置する２次元移動
ステージ上に設けられた校正用の基準マークを走らせ
て、投影レンズによるレチクル中心の投影位置とオフア
クシス方式のマーク検出用顕微鏡の位置との距離をステ
ージ位置計測用のレーザ干渉計で検出して管理すること
が必要である。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
なオフアクシス方式では、投影レンズの外部にマーク検
出用顕微鏡が固定されているため、投影レンズの光軸と
マーク検出用顕微鏡の光軸との間隔が相当に大きくなる
ことがあり、それに応じて校正用の基準マークが移動す
る距離も大きくなる。このためレーザ干渉計でその距離
を精密に測定しても、そこには多かれ少なかれ校正用基
準マークの移動距離が大きいことに伴う計測誤差が発生
し、その計測誤差の影響による精度劣化が無視できない
ことが判明した。 【０００９】そこで本発明はそのような問題点を解決
し、非露光波長の照明光を使ってウェハ等の感光基板上
のマークを投影レンズを通して検出するアライメント系
であっても、非露光波長の照明光の使用によって生じる
マーク位置検出精度の低下を抑えて、アライメント精度
を向上させた投影露光装置を提供することを目的とす
る。さらに本発明は、そのような非露光波長の光を用い
るアライメント系を備えた投影露光装置を用いて感光基
板上にマスクのパターンを露光する際、そのようなアラ
イメント系の検出位置とマスクとの相対位置関係を従来
方式よりも高い精度で計測可能なアライメント方法を提
供することを目的とする。 【００１０】 【課題を達成する為の手段】以上の目的を達成する為の
本願の請求項第１項に記載した第１発明は、露光波長の
照明光で照射されたマスク（レチクル５）の回路パター
ンの像（矩形のパターン領域６１）を所定の結像面内に
投影する投影光学系（投影レンズ６）と、該パターン像
（６１）が転写される被露光基板（ウェハ９）を載置し
て２次元移動する移動ステージ（７）とを備えた投影露
光装置に適用される。そして請求項第１項の発明では、
被露光基板（９）を移動ステージ（７）上に載置するた
めのホルダー（８）の近傍に設けられ、その表面に複数
の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）が形成された基準板
（ＦＭ）と、移動ステージ（７）により基準板（ＦＭ）
を投影光学系（６）の結像面側の投影視野（６０）内の
所定位置に移動させたときに、基準板（ＦＭ）上の基準
マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）とマスク（５）に形成された
マスクマーク（５２，５５，５８）とを露光波長の光の
照射のもとで投影光学系（６）を介して検出可能な第１
アライメント系（レチクルアライメント光学系５０，５
１，５３）と、露光波長と異なる非露光波長の光（レー
ザ光源１１からのレーザ光束ＬＸ，ＬＹ）を投影光学系
（６）の結像面側の投影視野（６０）内の所定の検出位
置（例えばスポットとして集光される位置）に投射し、
非露光波長の光で照射される基準板（ＦＭ）上の基準マ
ーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）、若しくは被露光基板（９）上
の基板マーク（ＳＸn，ＳＹn，Ｇｙn，Ｇθn）のいずれ
かを投影光学系（６）を介して検出可能な第２アライメ
ント系（１１〜１９，２３〜２５を含むＬＳＡ検出系）
と、第１アライメント系（アライメント光学系５０，５
１，５３）によって検出されるマスクマーク（５２，５
５，５８）と基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，
ＦＭＹ）とが所定の位置関係になるときの移動ステージ
（７）の第１位置（ＸＲ１，ＹＲ１）と、第２アライメ
ント系（１１〜１９，２３〜２５のＬＳＡ検出系）によ
って検出される基準板上の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭ
Ｙ）が投影視野（６０）内の所定の検出位置と所定の位
置関係になるときの移動ステージ（７）の第２位置（Ｘ
Ｒ２，ＹＲ２）との相対的な間隔を規定するための距離
情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）を算出し、被露光基板（９）に
パターン像（６１）を露光する際の移動ステージ（７）
の移動位置を、算出された距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）
に基づいて例えば式(２),(３)又は(２)symbol 146 \f "
Times New Roman",(３)symbol 146 \f "Times New Roma
n"のように補正する制御手段（ＣＰＵ100，ＩＦ101，Ｘ
−ＡＣＴ102，Ｙ−ＡＣＴ103，レーザ干渉計10,104）と
を設けるようにした。 【００１１】さらに本願の請求項第１項に従属する請求
項第２項の実施態様において、制御手段（100，101，10
2，103，10，104）は、第２アライメント系（ＬＳＡ検
出系）によって被露光基板（９）上の基板マーク（ＳＸ
n，ＳＹn）が投影視野（６０）内の所定の検出位置に合
致して検出され得るときの移動ステージ（７）の座標位
置（ＸＣ１，ＹＣ１）を距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）に
応じて補正演算することにより、パターン像を（６１）
被露光基板（９）に露光する際の移動ステージ（７）の
移動位置を決定するコンピュータ（ＣＰＵ100）を備え
ている。また本願の請求項第２項に従属する請求項第３
項の実施態様において、制御手段（100，101，102，10
3，10，104）は、移動ステージ（７）の座標位置を計測
するためのレーザ干渉計（１０，１０４）と、レーザ干
渉計（１０，１０４）によって計測される座標位置がコ
ンピュータ（ＣＰＵ１００）で決定された移動位置にな
るように移動ステージ（７）を移動させる駆動手段（Ｘ
−ＡＣＴ１０２，Ｙ−ＡＣＴ１０３）とを備えている。
また本願の請求項第３項に従属する請求項第４項の実施
態様において、第２アライメント系（ＬＳＡ検出系）
は、基準板（ＦＭ）の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）か
らの反射光を投影光学系（６）を通して受光する光電検
出器（２５，１３０）と、その検出器（２５，１３０）
からの信号波形を記憶するメモリ（ＲＡＭ１３３，１３
６）と、投影視野（６０）内の所定の検出位置の近傍に
基準板の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）を最初に位置付
けるときの移動ステージの位置（例えば図１２中の走査
開始位置ＹＳ）と、基準板の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭ
Ｙ）と所定の検出位置とが合致するときの移動ステージ
（７）の位置（例えば図１２中で最大値となる番地ＡＤ
Ｐに相当する位置ＹＲ２）との間の位置ずれ量をメモリ
（ＲＡＭ１３３，１３６）に記憶された信号波形（例え
ば図１２中の波形６５）に基づいて検出する信号処理回
路（ＣＰＵ１００）とを備えている。そして本願の請求
項第４項に従属した請求項第５項の実施態様において、
第１アライメント系（５０，５１，５３）は、露光波長
の光をマスク（５）のマスクマーク（５２，５５，５
８）と投影光学系（６）とを通して基準板の基準マーク
（ＦＭＸ，ＦＭＹ）に照射する照明光学系と、基準板の
基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）から生じて投影光学系
（６）とマスク（５）とを介して進む反射光を光電検出
する手段とを備えている。 【００１２】また、本願の請求項第６項に記載した第２
発明は、露光波長の照明光で照射されるマスク（レチク
ル５）の回路パターンの像（矩形のパターン領域６１）
を投影光学系（投影レンズ６）により被露光基板（ウェ
ハ９）上に転写する投影露光装置を用いて、回路パター
ンの像（６１）と被露光基板（９）とを相対的にアライ
メントする方法に適用される。そして請求項第６項にお
いては、（ａ）被露光基板（９）が載置される移動ステ
ージ（７）上に設けられ、その表面に複数の基準マーク
（ＦＭＸ，ＦＭＹ）が形成された基準板（ＦＭ）を投影
光学系（６）の投影視野（６０）内に移動させる段階
（図１０中のステップ２０１内で実行）と、（ｂ）露光
波長の光を投影光学系（６）の投影視野（６０）内で照
射する第１アライメント系（レチクルアライメント光学
系５０，５１，５３）を用いて基準板（ＦＭ）上の基準
マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）とマスク（５）に形成された
マスクマーク（５２，５５，５８）との位置関係を投影
光学系（６）を介して検出するとともに、投影光学系
（６）を通して露光波長と異なる非露光波長の光（レー
ザ光源１１からのレーザ光束ＬＸ，ＬＹ）を投影光学系
（６）の投影視野（６０）内の所定の検出位置（例えば
レーザ光束ＬＸ，ＬＹが集光すべき位置）に照射する第
２アライメント系（11〜19，23〜25を含むＬＳＡ検出
系）を用いて基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，
ＦＭＹ）を検出し、その検出結果の各々に基づいて第１
アライメント系（５０，５１，５３）によるマスクマー
ク（５２，５５，５８）の検出位置（例えば検出中心５
０Ｗ，５１Ｗ，５３Ｗと一致）と第２アライメント系
（11〜19，23〜25によるＬＳＡ検出系）の検出位置（例
えばレーザ光束ＬＸ，ＬＹが集光すべき位置）との相対
的な間隔を規定するための距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）
を算出する段階（図１０中のステップ２０１内で実行）
と、（ｃ）移動ステージ（７）に載置された被露光基板
（９）上の所定位置に形成された複数の基板マーク（Ｓ
Ｘn，ＳＹn，Ｇｙn，Ｇθn）を第２アライメント系（11
〜19，23〜25によるＬＳＡ検出系）を用いて順次検出し
て被露光基板（９）のアライメント位置（ＸＣｉ，ＹＣ
ｉ）を検出する段階（図１０中のステップ２０５，２０
６、或は図１７中のステップ２２６〜２３０）と、
（ｄ）そこで検出された被露光基板（９）のアライメン
ト位置（ＸＣｉ，ＹＣｉ）と先に算出された距離情報
（ＸＬＸ，ＹＬＹ）とに基づいて移動ステージ（７）が
移動すべき露光位置（例えば式(2),(3)又は(2)symbol 1
46 \f "Times New Roman",(3)symbol146 \f "Times New
Roman"で表される座標値）を求め、その露光位置にお
いて被露光基板（９）をマスク（５）の回路パターン像
（６１）で投影露光する段階（図１０中のステップ２０
７、或は図１７中のステップ２３１〜２３３）とを実行
するようにした。 【００１３】そして請求項第６項に従属した請求項第７
項の実施態様においては、移動ステージ（７）の移動方
向をＸＹ座標系の各座標軸方向で規定したとき、第１ア
ライメント系（５０，５１，５３）が投影光学系（６）
の投影視野（６０）内の固定位置で基準板（ＦＭ）上の
Ｘ方向基準マーク（ＦＭＸ）とＹ方向基準マーク（ＦＭ
Ｙ）の各々を光電検出するように構成し、第２アライメ
ント系（ＬＳＡ検出系）が投影光学系（６）の投影視野
（６１）内の周辺部の固定位置で基準板（ＦＭ）上のＸ
方向基準マーク（ＦＭＸ）とＹ方向基準マーク（ＦＭ
Ｙ）の各々を光電検出するように構成した。また請求項
第６項に従属した請求項第８項の実施態様においては、
第１アライメント系（５０，５１，５３）に、マスク
（５）の上方から投影光学系（６）を通して露光波長の
光を基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）
に照射する照明光学系を設けるようにした。さらに請求
項第６項に従属した請求項第９項の実施態様において
は、段階（ａ）において基準板（ＦＭ）を投影光学系
（６）の結像面に対して焦点合せするようにし、段階
（ｂ）において第１アライメント系（５０，５１，５
３）と第２アライメント系（11〜19，23〜25によるＬＳ
Ａ検出系）とがそれぞれ焦点合せされた状態で基準マー
ク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）を検出するようにした。 【００１４】 【作用】本発明では、投影レンズ６の結像面側の投影視
野（有効露光領域）６０内の予め設定されている検出位
置に、従来のオフアクシス方式と同様の非露光波長の照
明光を投射するとともに、その非露光波長の照明光の照
射によってウェハ９上のマーク（ＳＸn，ＳＹn，Ｇｙ
n，Ｇθn）と基準板ＦＭ上の基準マークＦＭＸ，ＦＭＹ
のいずれかを投影レンズ６を介して検出する第２アライ
メント系（ＬＳＡ検出系）を設けるようにした。このた
め、非露光波長の照明光を使うことによるアライメント
作業の高速化と高精度化とが図れる。 【００１５】さらに本発明では、露光波長の光のもとで
投影レンズ６を介して基準板ＦＭ上の基準マークＦＭ
Ｘ，ＦＭＹとレチクル５上のマーク（５２，５５，５
８）との位置関係を検出可能な第１アライメント系（レ
チクルアライメント光学系５０，５１，５３）によって
検出されるレチクル５上のマーク（５２，５５，５８）
の位置と、非露光波長の光のもとで投影レンズ６を介し
て基準板ＦＭ上の基準マークを検出可能な第２アライメ
ント系が有する所定の検出位置（例えばレーザ光束Ｌ
Ｘ，ＬＹが集光すべき位置）との両方を、投影レンズ６
の円形の投影視野領域６０内に位置するように構成され
る。 【００１６】このため、基準板ＦＭを使って検出される
各アライメント系間の距離（ＹＬＹ，ＸＬＸ）、すなわ
ちレチクル５のパターンの露光光による投影予定位置
と、ウェハ９上の被露光領域（Ｃｎ）のアライメント位
置を検出する第２アライメント系（ＬＳＡ検出系）の検
出位置との間の距離は、従来のオフアクシス方式の場合
の距離（校正用に基準板が走る距離に相当）よりも格段
に小さくすることができる。従って、その距離（ＹＬ
Ｙ，ＸＬＸ）を求める場合は従来よりも計測誤差が低減
されて精密な計測が可能となり、その結果、より高精度
な重ね合わせ露光が達成されることになる。 【００１７】また本発明の特定の実施態様では、投影レ
ンズ６の下に基準板ＦＭを配置して第１アライメント系
と第２アライメント系の両方で基準マークを検出する前
に、その基準板ＦＭの投影レンズ６の結像面に対する焦
点ずれを補正しておくようにした。これによって、上述
の距離（ＹＬＹ，ＸＬＸ）の計測で得られる値がより信
頼性の高いものとなり、ウュハ９上の被露光領域Ｃｎの
各々をレチクル５の回路パターン像と順次重ね合わせ露
光するためのステージ７の移動目標位置の信頼性を格段
に向上させることができる。 【００１８】 【実施例】次に本発明の実施例が適用される投影型露光
装置の構成を図１、図２、図３に基づいて説明する。光
源１は感光剤を感光するような波長（露光波長）の照明
光を発生し、その照明光は第１コンデンサーレンズ２を
通った後、シャッター３を通り、第２のコンデンサーレ
ンズ４に至る。シャッター３は照明光の透過及び遮断を
制御し、第２コンデンサーレンズ４はレチクル（マス
ク）５を均一な照明光で照明する。縮小投影レンズ（以
下単に投影レンズとする）６はレチクルＲに描かれたパ
ターンの像を１／５、あるいは１／１０に縮小し、その
縮小像を感光剤の塗布されたウェハ（感光基板）９上に
投影する。ウェハホルダー８はそのウェハ９を真空吸着
するとともに、２次元移動ステージ（以下単にステージ
とする）７上に回転可能及び上下動可能に設けられてい
る。 【００１９】さらにそのステージ７には、ウェハホルダ
ー８の上下動に伴って上下動する基準マーク板ＦＭが設
けられている。ステージ７の２次元的な位置のうち、Ｘ
方向の位置はレーザ光束の干渉を利用したレーザ干渉計
１０によって検出され、Ｘ方向と直交するＹ方向の位置
は図２に示すようにレーザ干渉計１０４によって検出さ
れる。ステージ７にはレーザ干渉計用の平面ミラー７
ａ、７ｂが互いに直交するように設けられ、それぞれレ
ーザ干渉計１０、レーザ干渉計１０４からのレーザビー
ムを反射する。両干渉計１０、１０４からのレーザビー
ムは直交し、その交点が投影レンズ６の光軸Ｏと一致す
るように配置される。 【００２０】さて図１において、レーザ光源１１はウェ
ハ９上の感光剤を感光させない波長の光を発生し、その
光束はビームエクスパンダー１２、シリンドリカルレン
ズ１３を通り、反射鏡１４で反射された後ビームスプリ
ッター１５を通り、集光レンズ１６で集光されて反射鏡
１７でレチクルＲの裏面（投影レンズ６側の面）に向け
て進む。視野絞１８はそのレーザ光束の集光点に配置さ
れて、視野絞１８を通ったレーザ光束は発散して小さな
反射鏡１９に入射する。この視野絞１８の中央にはレー
ザ光束が楕円形に結像し、反射鏡１９はレチクルＲの裏
面（以下パターン面と呼ぶ）と平行な反射平面を有して
入射してきたレーザ光束を投影レンズ６の瞳に向けて反
射する。 【００２１】そして反射鏡１９で反射したレーザ光束２
１は投影レンズ６によって集光され、ウェハ９上にスポ
ット光ＬＹを形成する。スポット光ＬＹはシリンドリカ
ルレンズ１３によってＸ方向に細長く伸びた楕円形であ
り、ウェハ９上にＸ方向に細長く伸びたマークのＹ方向
の位置を検出するものである。そのウェハ９上のマーク
で生じた散乱光あるいは回折光は、投影レンズ６に逆入
射して反射鏡１９、視野絞１８、反射鏡１７、及び集光
レンズ１６を通って、ビームスプリッター１５で反射さ
れて、空間フィルター２３に至る。空間フィルター２３
は、ウェハ９からの正反射光を遮断し、散乱光や回折光
を透過する。集光レンズ２４は空間フィルター２３を通
ったマークからの散乱光や回折光を光電検出器２５の受
光面に集光する。 【００２２】さて、そのスポット光ＬＹを形成するレー
ザ光束２１の主光線は、図１に示すようにレチクル５と
投影レンズ６の間では投影レンズ６の光軸に対して傾い
ている。これは、投影レンズ６のレチクル５側が非テレ
セントリックな光学系だからである。そこで、レーザ光
束２１を投影レンズ６の瞳に向けて反射する反射鏡１９
をレチクル５のパターン投影の際、レチクル５からの露
光波長の光が遮光されないような位置に配置する。 【００２３】以上のレーザ光源１１、ビームエクスパン
ダ１２、シリンドリカルレンズ１３、ビームスプリッタ
１５、集光レンズ１６、視野絞１８、及び反射鏡１９に
よって非露光光ＴＴＬ方式によるＹ方向のアライメント
照明系が構成され、ビームスプリッタ１５、集光レンズ
１６、視野絞１８、反射鏡１９、空間フィルター２３、
集光レンズ２４、及び光電検出器２５によって非露光光
ＴＴＬ方式によるＹ方向のアライメント検出系が構成さ
れる。尚、図１では不図示であるが、ウェハ９上にＹ方
向に細長く伸びたレーザ光のスポット光ＬＸを形成する
非露光光ＴＴＬ方式によるＸ方向のアライメント照明系
とアライメント検出系とが紙面と垂直な方向にも全く同
様に設けられている。 【００２４】さて本実施例では、投影レンズ６を介した
ＴＴＬ方式のアライメント系の他に、ウェハ９のアライ
メント（位置合せ）のためのオフ・アクシス方式のウェ
ハアライメント系も設けられている。レーザ光源３１は
ウェハ９上の感光剤を感光させない波長のレーザ光を発
生し、そのレーザ光束は、ビームエクスパンダー３２で
平行光束に形成され、シリンドリカルレンズ３３を通っ
て、ガルバノミラー等の振動鏡３５で反射された後、集
光レンズ３６に入射して焦点３７にレーザ光束を集光す
る。振動鏡３５は微小角だけ一定の角周波数で回転振動
する。このため焦点３７に集光したレーザ光束は、紙面
と垂直な方向に単振動する。 【００２５】さて、集光レンズ３６からの振動したレー
ザ光束は、第２対物レンズ３８によって再び平行光束に
されて、ビームスプリッター３９で２つの光束に分割さ
れる。ビームスプリッター３９で反射したレーザ光束は
反射鏡４０で反射された後、ビームスプリッター４１に
入射する。ビームスプリッター４１で反射されたレーザ
光束は第１対物レンズＭＹに入射し、シリンドリカルレ
ンズ３３、第２対物レンズ３８、第１対物レンズＭＹの
作用によって、ウェハ９上にＸ方向に細長く延びた楕円
形のスポット光ＭＹＳとして結像される。 【００２６】一方、ビームスプリッター３９を透過した
レーザ光束は、ビームスプリッター４２で反射されて、
第１対物レンズＭθに入射する。これによってウェハ９
上にＸ方向に細長く延びた楕円形のスポット光ＭθＳが
結像される。第１対物レンズＭＹ、Ｍθの両光軸は、と
もに投影レンズ６の光軸と平行に配置され、その間隔は
円板状のウェハ９の直径よりも小さな所定値に定められ
ている。また、第１対物レンズＭＹ、Ｍθの両光軸を結
ぶウェハ９上の線分の方向は、Ｘ方向と一致するように
定められている。 【００２７】スポット光ＭＹＳ、ＭθＳは振動鏡３５に
よってウェハ９上をＹ方向に微小振動し、ウェハ９上に
Ｘ方向に細長く形成されたマークを照射する。そして、
スポット光ＭＹＳの照射によりそのマークから生じた散
乱光又は回折光は、第１対物レンズＭＹに逆入射してビ
ームスプリッター４１を透過した後、空間フィルター４
３に至る。空間フィルター４３は、スポット光ＭＹＳの
ウェハ９からの正反射光を遮断し、マークからの散乱光
や回折光を透過する。その散乱光や回折光は、集光レン
ズ４４によって光電検出器４５の受光面に集光される。 【００２８】同様に、スポット光ＭθＳの照射によりウ
ェハ９上のマークから生じた散乱光又は回折光は第１対
物レンズＭθに逆入射してビームスプリッター４２を透
過した後、空間フィルター４６に至る。空間フィルター
４６は空間フィルター４３と同じ作用を有し、その空間
フィルター４６を通った散乱光や回折光は集光レンズ４
７によって光電検出器４８の受光面に集光される。以上
の光電検出器４５、４８は、いずれもウェハ９上の対応
するマークからの散乱光や回折光の量に応じた光電信号
を出力する。 【００２９】尚、ビームスプリッター３９、反射鏡４０
は図１中、投影レンズ６の背後に配置され、第１対物レ
ンズＭＹ、Ｍθも、図２に示すように投影レンズ６の背
後に配置される。これは図２に示すようにステージ７上
のウェハホルダー８にウェハ９を装置の正面から矢印Ｗ
Ｌ１のように搬送する際、第１対物レンズＭＹ、Ｍθが
機械的に干渉しないようにするとともに、ウェハホルダ
ー８のウェハ載置面のクリーニング等の保守を容易にす
るためである。 【００３０】また、第１対物レンズＭＹ、ビームスプリ
ッター４１、空間フィルター４３、集光レンズ４４及び
光電検出器４５によって構成されたアライメント系を、
オフアクシス・Ｙアライメント検出系とし、第１対物レ
ンズＭθ、ビームスプリッター４２、空間フィルター４
６、集光レンズ４７及び光電検出器４８によって構成さ
れたアライメント系をオフアクシス・θアライメント検
出系とする。 【００３１】さて、本実施例では図１に示すようにレチ
クル５のアライメントのために、３つのアライメント光
学系が設けられている。レチクル５の周辺には、投影露
光の際にパターンの投影領域の周辺に投影されるような
３つの位置にレチクルアライメントマーク５２、５５、
５８が設けられている。顕微鏡対物レンズ５０ａと反射
鏡５０ｂとで構成されたレチクルアライメント光学系５
０は、レチクル５と第２コンデンサーレンズ４との間か
らレチクルアライメントマーク５２を検出する。このマ
ーク５２はレチクル５のＹ方向の位置合わせのために設
けられ、レチクルアライメント光学系５０は所定の基準
位置（検出中心）を有し、その基準位置に対するマーク
５２（すなわちレチクル５）のＹ方向のずれを検出す
る。 【００３２】顕微鏡対物レンズ５１ａと反射鏡５１ｂと
で構成されたレチクルアライメント光学系５１は、レチ
クルアライメントマーク５５を検出する。このマーク５
５はレチクル５のＹ方向の位置合せのために設けられ、
レチクルアライメント光学系５１は基準位置（検出中
心）に対するマーク５５のＹ方向のずれを検出する。ま
た顕微鏡対物レンズ５３ａと反射鏡５３ｂとで構成され
たレチクルアライメント光学系５３はレチクルアライメ
ントマーク５８を検出する。このマーク５８はレチクル
５のＸ方向の位置合せのために設けられ、レチクルアラ
イメント光学系５３は基準位置（検出中心）に対するマ
ーク５８（すなわちレチクル５）のＸ方向のずれを検出
する。 【００３３】上記３つのレチクルアライメント光学系５
０、５１、５３はマーク５２、５５、５８をそれぞれ顕
微鏡対物レンズ５０ａ、５１ａ、５３ａ、反射鏡５０
ｂ、５１ｂ、５３ｂを介して露光波長の光で同軸にレチ
クル５を照明する照明光学系を備えている。また、レチ
クルアライメント光学系５０、５１、５３はマーク５
２、５５、５８以外に、投影レンズ６を介して基準マー
ク板ＦＭに設けられたマークも検出する。 【００３４】さて、図３は上記非露光光ＴＴＬ方式のア
ライメント検出系によるスポット光ＬＹ、ＬＸ、オフア
クシス・Ｙアライメント検出系、θアライメント検出系
によるスポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、及びレチクルアライ
メント光学系５０、５１、５３の検出中心の各投影位置
の配置を、ウェハ９の表面を含む平面上で示した平面図
である。投影レンズ６の光軸が通る位置をＸＹ座標系の
原点（露光中心）Ｏと一致させるものとすると、ステー
ジ７はＸＹ座標系のＸ方向とＹ方向とに移動する。円形
の領域６０は投影レンズ６によって投影し得る最大の露
光領域を表わし、その内側の矩形状の領域６１は、ウェ
ハ９に露光されるレチクル５の矩形状のパターン露光領
域を表わす。 【００３５】そしてレチクルアライメント光学系５０、
５１の各検出中心の投影像５０Ｗ、５１Ｗは、各々Ｘ方
向に所定の微小長さを有し、ともにＸ軸上に一致して投
影される。同様にレチクルアライメント光学系５３の検
出中心の投影像５３ＷはＹ方向に所定の微小長さを有
し、Ｙ軸上に一致して投影される。しかも、その検出中
心像５０Ｗ、５１Ｗ、５３Ｗはともに矩形のパターン露
光領域６１の外側で、円形の有効露光領域６０の内側に
定められる。 【００３６】一方、非露光光ＴＴＬ方式で形成されたス
ポット光ＬＹ、ＬＸも、パターン露光領域６１の外側で
有効露光領域６０の内側に結像され、原点Ｏに対して放
射状に位置する。スポット光ＬＹの長手方向（Ｘ方向）
の中心からＹ軸までの距離はＸ1 に定められ、スポット
光ＬＸの長手方向（Ｙ方向）の中心からＸ軸までの距離
はＹ2 に定められている。また、スポット光ＬＹのＹ方
向の中心位置はＸ軸と一致していることが望ましいが、
Ｘ軸に対するＹ方向の距離ＹＬＹが予め正確に検出され
ていればよい。スポット光ＬＸのＸ方向の中心位置もＹ
軸と一致していることが望ましいが、Ｙ軸に対するＸ方
向の距離ＸＬＸが予め正確に検出されていればよい。 【００３７】さて、オフアクシス・Ｙアライメント検出
系の第１対物レンズＭＹとθアライメント検出系の第１
対物レンズＭθとの各々で結像されたスポット光ＭＹ
Ｓ、ＭθＳは、いずれもＸ軸から距離Ｙ1 の位置に形成
され、スポット光ＭＹＳの長手方向（Ｘ方向）の中心と
スポット光ＭθＳの長手方向（Ｘ方向）の中心との間隔
はｌに定められている。本実施例では、さらにスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳのＸ方向の中心がともにＹ軸から等し
い距離、すなわちＹ軸に関して左右対称にあるものとす
る。 【００３８】またステージ７上の基準マーク板ＦＭは、
ガラス基板上にクロム層で所定のパターン（マーク）を
凹凸により形成したものである。基準マーク板ＦＭに
は、微小線要素をＹ方向に規則的に配列した格子状の基
準マークＦＭＸと、微小線要素をＸ方向に規則的に配列
した格子状の基準マークＦＭＹとが設けられている。こ
の基準マークＦＭＹが、スポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、又
はスポット光ＬＹにより照射されると、格子のピッチや
レーザ光の波長に応じた回折光が生じ、またスポット光
ＬＸが基準マークＦＭＸを照射すると同様の回折光が生
じる。尚、スポット光ＭＹＳ、ＭθＳはＹ方向に微小振
動しているが、その振幅はスポットサイズの幅と同程度
に定められる。 【００３９】また、オフアクシス方式のウェハアライメ
ント系（Ｙアライメント光学系、θアライメント光学
系）は、装置の基準位置に対するウェハ９のＹ方向の位
置ずれと回転ずれとを検出するものであり、非露光光Ｔ
ＴＬ方式（オンアクシス方式）のアライメント系は、装
置の所定の基準位置、すなわちパターン露光領域６１あ
るいは有効露光領域６０に対するスポット光ＬＸ、ＬＹ
の位置から、ウェハ９上の露光すべき領域がＸ方向、Ｙ
方向にどれだけずれているかを検出するものである。そ
こでＴＴＬ方式のアライメント系は、以後レーザ・ステ
ップ・アライメント（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）検出系ＬＳＡとし、スポット光ＬＸを使う
アライメント系をＸ−ＬＳＡ検出系と呼び、スポット光
をＬＹを使うアライメント系をＹ−ＬＳＡ検出系と呼ぶ
ことにする。 【００４０】ところでそのＸ−ＬＳＡ検出系、Ｙ−ＬＳ
Ａ検出系においては、感光剤を感光しないような露光波
長とは異なる波長のレーザ光束が投影レンズ６を通る。
一般にこの種の投影レンズは露光波長の光に対して色収
差の補正がなされている。このため露光波長と異なる波
長の光を使った場合、露光波長の光でレチクル５のパタ
ーン像をウェハ９上に投影したときに得られるレチクル
５のパターン面とウェハ９の表面との共役関係は大きく
ずれてしまう。 【００４１】そこで本実施例では、光源１からの露光波
長の光をレチクル５に照射したときに得られる投影レン
ズ６の結像面と同一面内にスポット光ＬＸ、ＬＹが結像
するように、反射鏡１７、１９によってレーザ光束のレ
チクル５側の光路長を調整している。また、スポット光
ＬＹ、ＬＸ、ＭＹＳ、ＭθＳの各結像面はともに同一平
面上になるように定められ、しかもその平面は、露光波
長の照明光でレチクル５を照明した際、投影レンズ６が
レチクル５のパターン像を結像する面と一致するように
定められている。 【００４２】さて、図４はスポット光ＬＹと基準マーク
ＦＭＹとの関係を示し、図５はＹ−ＬＳＡ検出系の空間
フィルター２３の形状を示す平面図である。図４におい
て、ステージ７をＹ方向に移動させて、基準マークＦＭ
Ｙがスポット光ＬＹを走査すると、基準マークＦＭＹか
らは正反射光（０次回折光）の他に、１次、２次…の回
折光が格子の配列方向に生じる。図５に示すように円板
状の空間フィルター２３には中央部分に帯状の遮光部２
３ａが形成され、その上下に光透過部２３ｂが形成され
ている。 【００４３】遮光部２３ａは、スポット光ＬＹの照射に
よる基準マーク板ＦＭあるいはウェハ９からの正反射光
ＬＹｄを遮断する。基準マークＦＭＹから生じる回折光
のうち１次回折光±Ｌ１と、２次回折光±Ｌ２とが透過
部２３ｂを透過する。本実施例では、Ｘ−ＬＳＡ検出系
の空間フィルターやＹアライメント検出系、θアライメ
ント検出系の空間フィルター４３、４６についても全く
同様に構成される。またウェハ９上には、基準マークＦ
ＭＹ、ＦＭＸと同様の回折格子状のマークが凹凸で形成
され、各スポット光ＬＹ、ＬＸ、ＭＹＳ、ＭθＳがその
マークを照射した際、同様の回折光が発生する。 【００４４】図６は装置全体を制御する制御系の回路ブ
ロック図である。全体の動作やシーケンスは、マイクロ
・コンピュータ（以下ＣＰＵと呼ぶ）１００によって統
括制御される。ＣＰＵ１００からの情報はインターフェ
イス回路（以下、ＩＦと呼ぶ）１０１を介して各種周辺
装置（周辺回路）に出力される。また周辺回路や装置か
らの検出情報もＩＦ１０１を介してＣＰＵ１００に読み
込まれる。 【００４５】さてステージ７は、モータ等を用いたＸ方
向駆動手段（以下、Ｘ−ＡＣＴと呼ぶ）１０２とＹ方向
駆動手段（以下、Ｙ−ＡＣＴと呼ぶ）によって２次元的
に移動される。その移動量はＩＦ１０１を介してＣＰＵ
１００から指令される。ステージ７の位置はレーザ干渉
計１０とレーザ干渉計１０４によって座標値として検出
されるが、レーザ干渉計１０、１０４からはそれぞれス
テージ７の単位移動量、例えば０．０２μｍ毎にパルス
信号ＸP 、ＹP が発生する。このパルス信号ＸP 、ＹP
はそれぞれＩＦ１０１内に設けられたデジタルカウンタ
で移動方向に応じて加算又は減算計数される。そこでＣ
ＰＵ１００はこのカウンタの計数値を読み込んでステー
ジ７の座標値（２次元的な位置）を検出する。 【００４６】またステージ７上のウェハホルダー８は、
回転駆動手段（以下、θ−ＡＣＴと呼ぶ）１０５によっ
てステージ７に対して回転すると共に、上下動手段（以
下、Ｚ−ＡＣＴと呼ぶ）１０６によってステージ７のＸ
Ｙ方向の移動平面と垂直な方向（上下方向）に移動す
る。尚、基準マーク板ＦＭもウェハホルダー８と共に上
下動する。 【００４７】レチクルアライメント系（以下、Ｒ−ＡＬ
Ｇと呼ぶ）１０７は、図１に示したレチクルアライメン
トマーク５２、５５、５８をレチクルアライメント光学
系５０、５１、５３を介して光電検出する手段（光電顕
微鏡やテレビカメラ等）と、その光電信号に基づいて所
定の検出中心に対するレチクルアライメントマーク５
２、５５、５８の変位を検出して、その変位が零又は所
定値になるようにレチクル５を保持する不図示のレチク
ルホルダを駆動する手段とを含んでいる。このＲ−ＡＬ
Ｇ１０７の動作によって、レチクル５は例えば投影レン
ズ６の光軸がレチクル５の中心を通るように装置に対し
て位置決めされる。 【００４８】焦点検出手段（以下、ＡＦＤと呼ぶ）１０
８はウェハ９と投影レンズ６の間隔、又は基準マーク板
ＦＭと投影レンズ６の間隔を検出して、投影レンズ６の
焦点ずれ、すなわち投影レンズ６の結像面とウェハ９の
表面（又は基準マーク板ＦＭの表面）との光軸方向のず
れを検出するものである。このＡＦＤ１０８としては、
ウェハ９の表面に斜めに光束を照射してそこからの反射
光がどの方向に生じるかを検出する斜入射光方式による
もの、又はウェハ９にエアを吹きつけてそのエアの背圧
の変化から検出する方式によるもの等が利用できる。そ
して検出された焦点ずれの量に応じてＺ−ＡＣＴ１０６
を駆動することによってレチクルＲのパターン像がウェ
ハ９上に合焦状態で投影される。尚、このＺ−ＡＣＴ１
０６とＡＦＤ１０８とによって自動焦点調整手段が構成
される。 【００４９】ＬＳＡ処理回路１０９は、図１に示したＹ
−ＬＳＡ検出系の光電検出器２５とＸ−ＬＳＡ検出系の
光電検出器との両光電信号を入力して、ＣＰＵ１００と
協働してウェハ９上の位置合せ用のマーク又は基準マー
ク板ＦＭの基準マークＦＭＸ、ＦＭＹとスポット光Ｌ
Ｘ、ＬＹとの位置ずれを検出する。また図１に示したオ
フアクシス方式のＹアライメント検出系とθアライメン
ト検出系の各光電検出器４５、４８からの光電信号は、
ウェハアライメント処理回路（以下ＷＡＤと呼ぶ）１１
０によって処理され、ウェハ９上のマークとスポット光
ＭＹＳ、ＭθＳとのＹ方向の変位を検出する。 【００５０】さて図７は、そのＷＡＤ１１０の具体的な
回路構成を示す回路ブロック図である。Ｙアライメント
検出系の光電検出器４５からの光電信号はアンプ１２０
を介して位相同期検波回路（以下、ＰＳＤとする）１２
１に入力する。発振器１２２は所定の周波数でスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳを振動させるための発振信号を駆動部
１２３に出力し、駆動部１２３はその発振信号の周波数
で図１に示した振動ミラー３５を単振動させる。そのＰ
ＳＤ１２１は、発振器１２２からの発振信号によってア
ンプ１２０からの光電信号を同期検波（同期整流）して
検波信号ＳＳＹを出力する。 【００５１】この検波信号ＳＳＹは、図８に示すように
スポット光ＭＹＳの振動中心に対するマーク位置の偏差
（アライメント偏差）に応じた、いわゆるＳカーブ信号
となる。検波信号ＳＳＹが正極性のときは、スポット光
ＭＹＳの振動中心に対してマークが一方に変位してお
り、負極性のときは他方に変位しており、そして検波信
号ＳＳＹが零のときは、スポット光ＭＹＳの振動中心と
マークの中心とが一致したことを表わす。 【００５２】そこで図７中のコンパレータ１２６は、図
８に示すように検波信号ＳＳＹが零になったとき信号１
２６ａを出力すると共に、検波信号ＳＳＹが正極性のと
き論理値「Ｈ」になり、負極性のとき論理値「Ｌ」にな
る信号１２６ｂを出力する。ただし、検波信号ＳＳＹが
零になったか否かを正確に検出するのは検波信号ＳＳＹ
のノイズ等により難しいので、ウインドコンパレータ等
を使って検波信号ＳＳＹのレベルが零を含む所定範囲内
になったときに信号１２６ａを発生するように構成す
る。 【００５３】オフアクシス方式のθアライメント検出系
についても全く同様に構成され、光電検出器４８からの
光電信号はアンプ１２４で増幅されてＰＳＤ１２５に入
力し、ＰＳＤ１２５はその光電信号を発振器１２２から
の発振信号で同期検波して検波信号（Ｓカーブ信号）Ｓ
Ｓθを出力する。コンパレータ１２７は検波信号ＳＳθ
をデジタル化し、検波信号ＳＳθが零になったことを表
わす信号１２７ａと、スポット光ＭθＳの振動中心に対
するマークのずれの方向を表わす信号１２７ｂとを出力
する。 【００５４】尚、図７中で検波信号ＳＳθを入力する駆
動部１２８は、図１のθアライメント検出系中でハーフ
ミラー３９とハーフミラー４２との間の平行光路中に配
置された平行平面ガラス（プレーンパラレル）１２９を
所定角度だけ回転するものである。このプレーンパラレ
ル１２９の回転によって、これを通るレーザ光束の光軸
がシフトされ、スポット光ＭθＳの振動中心がＹ方向に
微小量だけ変位する。この駆動部１２８とプレーンパラ
レル１２９は本質的には不必要であるが、長期的なドリ
フトを考慮してスポット光ＭＹＳとＭθＳの平行出し、
すなわちスポット光ＭＹＳの振動中心の位置とスポット
光ＭθＳの振動中心の位置とを結ぶ線分が、図３のよう
にＹ軸と平行になるように調整するために設けられてい
る。 【００５５】さて図９は、ＬＳＡ処理回路１０９の具体
的な構成を示す回路ブロック図を示し、ここではＹ−Ｌ
ＳＡ検出系の光電検出器２５に対応したＸ−ＬＳＡ検出
系側の光電検出器を光電検出器１３０とする。その光電
検出器１３０は、ウェハ９上のＸ方向の位置合せ用マー
クまたは基準マークＦＭＸからの回折光を投影レンズ６
を介して受光する。その光電信号はアンプ１３１で増幅
されてアナログ−デジタル変換器（以下ＡＤＣとする）
１３２に入力する。ＡＤＣ１３２はレーザ干渉計１０か
らのパルス信号ＸP の各パルスに応答してその光電信号
をサンプリングし、光電信号の大きさに相当するデジタ
ルデータに変換する。このデジタルデータは、パルス信
号ＸP の各パルスに応答して順次アクセス番地が更新さ
れるランダム・アクセス・メモリ（以下ＲＡＭとする）
１３３に記憶される。このＲＡＭ１３３の記憶開始や停
止はＣＰＵ１００からの信号Ｓ1 によって制御される。 【００５６】一方Ｙ−ＬＳＡ検出系についても同様であ
り、光電検出器２５の光電信号はアンプ１３４で増幅さ
れ、ＡＤＣ１３５によってデジタルデータに変換された
後、ＲＡＭ１３６に記憶される。ＡＤＣ１３５はレーザ
干渉計１０４からのパルス信号ＹP の各パルスに応答し
てその光電信号をサンプリングし、ＲＡＭ１３６はその
サンプリングされたデジタルデータをパルス信号ＹP に
応答して更新される番地に順次記憶する。このＲＡＭ１
３６の記憶開始及び停止の制御はＣＰＵ１００からの信
号Ｓ2 によって行なわれる。 【００５７】このようにＲＡＭ１３３、１３６には、マ
ークからの回折光の強度分布をステージ７の単位移動量
（例えば０．０２μｍ）毎の位置に応じてサンプリング
したデータが記憶される。この記憶されたデータ群はデ
ータＤＸ、ＤＹとしてＣＰＵ１００に読み込まれ、マー
クの位置を求めるために使われる。次に、ウェハ９の位
置決め動作について図１０のフローチャート図に基づい
て説明する。まず、ステップ２００のウェハローディン
グでウェハ９をウェハホルダ８に粗く位置決めして載置
する。これは不図示のプリアライメント装置によってウ
ェハ９の直線的な切欠き（フラット）を用いて行なわれ
る。 【００５８】ウェハホルダ８に載置されたウェハ９に
は、アライメント用のマークと例えば第１層目の回路パ
ターンとが形成されている。そのウェハ９の様子を図１
１に示す。ウェハ９上には第１層目の回路パターンが形
成された矩形状の被露光領域（チップ領域、ショット領
域）Ｃ1 、Ｃ2 …、Ｃ14がマトリックス状に整列してい
る。各被露光領域Ｃn は縮小投影型露光装置による１回
の露光で転写されたものであり、各被露光領域Ｃn の周
辺（例えばスクライブライン上）には４つの位置合せ用
マークが同時に形成される。 【００５９】例えば被露光領域Ｃ1 の周辺にはその中心
Ｐ1 から放射状に互いに直交する方向に伸びたマークＳ
Ｙ1 、マークＳＸ1 と、同一直線上に所定間隔で配列し
た２つのマークＧＹ1 、Ｇθ1 とが設けられている。こ
れらマークは全て基準マークＦＭＹ、ＦＭＸと同様に細
長い楕円形のスポット光の照射により回折光を発生する
ような格子状のパターンである。 【００６０】さらにこれらマークの具体的な配置を述べ
ると、ウェハ９をウェハホルダ８に載置したとき、ウェ
ハ９のフラットＦの方向はステージ７の移動座標系ＸＹ
のＸ方向と一致するので、マークＳＹ1 、Ｇθ1 、ＧＹ
1 は図１１のようにＸ方向に伸び、マークＳＸ1 はＹ方
向に伸びた格子状パターンとする。そして、このウェハ
９上の互いに離れた２ケ所の被露光領域Ｃ7 、Ｃ10周辺
に設けられたマークＧＹ7 とマークＧθ10とはウェハ９
の回転ずれ補正のために使われる。このマークＧＹ7 と
Ｇθ10とを結ぶ線分ｌ2 はフラットＦ及び座標系ＸＹの
Ｘ軸と平行になる。 【００６１】さらにマークＧＹ7 とマークＧθ10の間隔
はオフ・アクシス方式のアライメント検出系による２つ
のスポット光ＭＹＳとＭθＳの間隔ｌと等しくなるよう
に予め設定されている。またマークＳＹ、ＳＸはＴＴＬ
方式のＬＳＡ検出系によって検出されるものであり、各
被露光領域についてレチクル５とアライメントする際は
必らず必要であるが、マークＧＹ、Ｇθについてはマー
クＧＹ7 とＧθ10以外は必らずしも必要ではない。例え
ば図１１に示すような第１層目の回路パターン転写を縮
小投影型露光装置ではなく一括露光方式の露光装置で行
なう場合は、一括露光用のフォトマスクに各被露光領域
Ｃ毎のマークＳＹ、ＳＸに対応したマスクパターンと、
間隔ｌだけ離れたマークＧＹ7 、Ｇθ10に対応したマス
クパターンとを形成しておけばよい。 【００６２】さてウェハローディングが完了したところ
で、図１０のステップ２０１において、ＣＰＵ１００は
基準マーク板ＦＭが投影レンズ６の直下に位置するよう
にステージ７の位置決めを行なった後、ＡＦＤ１０８と
Ｚ−ＡＣＴ１０６によって基準マーク板ＦＭに対して自
動焦点調整を行なう。このとき図３に示したように、ス
ポット光ＬＹのＸ軸からの距離ＹＬＹとスポット光ＬＸ
のＹ軸からの距離ＸＬＸとを計測する。 【００６３】尚、この段階でレチクル５は、レチクルア
ライメント光学系５０、５１、５３とＲ−ＬＡＧ１０７
によって位置決めされているものとする。まずレチクル
アライメント光学系５０によって、基準マークＦＭＹの
投影レンズ６による逆投影像とレチクル５のマーク５５
とが所定の位置関係に整列して観察されるようにステー
ジ７を移動する。そしてレチクルアライメント光学系５
０による検出中心５０Ｗと基準マークＦＭＹとを一致さ
せる。そしてＣＰＵ１００はこのときのステージ７のＹ
方向の位置ＹＲ１をレーザ干渉計１０４から読み取って
記憶する。 【００６４】次にＣＰＵ１００は、Ｙ−ＬＳＡ検出系に
よるスポット光ＬＹが基準マークＦＭＹをＹ方向に走査
するようにステージ７を移動させる。この際、スポット
光ＬＹと基準マークＦＭＹとはまず図４に示すような位
置に整列され、その位置から一定距離だけステージ７が
Ｙ方向に移動する。そこでＣＰＵ１００はレーザ干渉計
１０４からその位置をスタート位置ＹＳとして読み取り
記憶する。そしてＣＰＵ１００はＬＳＡ処理回路１０９
に信号Ｓ2 を出力した後、ステージ７をストップ位置Ｙ
ｅまで一定距離だけＹ方向に移動させる。 【００６５】この移動に伴って、レーザ干渉計１０４か
らのパルス信号ＹＰに応答して図９に示すように光電検
出器２５の光電信号がＡＤＣ１３５でサンプリングさ
れ、ＲＡＭ１３６には基準マークＦＭＹからの回折光の
光強分布に応じたデータ群が順次記憶される。この様子
を図１２に示す。図１２で縦軸はサンプリングされたデ
ータＤＹの大きさを表わし、横軸はＹ方向の位置を表わ
し、波形６５は位置ＹＳからＹｅの間で生じた回折光の
強度分布を表わす。 【００６６】さてステージ７が位置Ｙｅまで走査して停
止すると、ＣＰＵ１００はＲＡＭ１３６からデータＤＹ
を読み込み、所定の基準レベル６６よりも大きくなるデ
ータのＲＡＭ１３６上の番地区間ＡＤ１〜ＡＤ２を検出
する。ＲＡＭ１３６の１番地はパルス信号ＹＰの１パル
ス、すなわちステージ７のＹ方向の０．０２μｍの移動
量に対応している。そこでＣＰＵ１００は番地区間ＡＤ
１〜ＡＤ２の間で最大となるデータの番地ＡＤＰを求
め、位置ＹＳに対応したＲＡＭ１３６の番地ＡＤＳと番
地ＡＤＰの差（ＡＤＰ−ＡＤＳ）を演算し、この差値に
パルス信号ＹＰの１パルス間隔の値Ｐ（０．０２μｍ）
を乗算し、位置ＹＳから波形６５の最大値が得られるま
での距離を求める。 【００６７】そして最後にＣＰＵ１００は先に記憶した
位置ＹＳとその距離を加算して、波形６５が最大値にな
るＹ方向の位置ＹＲ２を基準マークＦＭＹの位置として
求める。従って、レーザ干渉計１０４で読み取ったステ
ージ７のＹ方向の位置が位置ＹＲ２になるようにステー
ジ７を位置Ｙｅから戻せば、スポット光ＬＹと基準マー
クＦＭＹとは正確に一致することになる。 【００６８】以上のようにして基準マークＦＭＹとスポ
ット光ＬＹとが一致する位置ＹＲ２が求められたので、
ＣＰＵ１００は先に記憶した位置ＹＲ１とその位置ＹＲ
２との差を演算して距離ＹＬＹ（図３参照）を求める。
尚、マークの大きさとスポットサイズによって波形６５
の最大値がピークとならずに連続した一定値になるよう
な場合、すなわち波形６５が矩形波状になる場合は、基
準レベル６６を横切る番地ＡＤ１と番地ＡＤ２との中心
番地をＡＤＰとすれば、スポット光ＬＹのＹ方向の中心
と基準マークＦＭＹのＹ方向の中心とが一致したときの
ステージ７の位置が求められる。 【００６９】一方、Ｘ−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＸ
についても図３に示すようにＹ軸からの距離ＸＬＸを計
測する。この場合も、レチクルアライメント光学系５３
による検出中心５３Ｗと基準マークＦＭＸとが一致した
ときのＸ方向の位置ＸＲ１を検出した後、スポット光Ｌ
Ｘが基準マークＦＭＸをＸ方向に一定距離だけ走査する
ようにステージ７を移動させる。そして、図９のＡＤＣ
１３２とＲＡＭ１３３によって基準マークＦＭＸからの
回折光の強度分布を抽出して先と同様の演算によって、
基準マークＦＭＸとスポット光ＬＸとが一致するような
Ｘ方向の位置ＸＲ２を検出し、ＸＬＸ＝ＸＲ１−ＸＲ２
の演算によって距離ＸＬＸを求める。 【００７０】さて、以上のようにして図１０のステップ
２０１が終了するので、ＣＰＵ１００はステージ７を移
動させてウェハ９の自動焦点調整を行なった後、ステッ
プ２０２のウェハθアライメントを実行する。このステ
ップ２０２で、ＣＰＵ１００はまず、ウェハ９上のマー
クＧＹ7 がＹアライメント検出系のスポット光ＭＹＳと
概ね整列し、マークＧθ10がθアライメント検出系のス
ポット光ＭθＳと概ね整列するようにステージ７の位置
決めを行なう。この位置決めは、基準マーク板ＦＭとウ
ェハ９の距離が予めわかっていること、ウェハ９の全体
に対するマークＧＹ7 、Ｇθ10（線分ｌ2 ）の位置が予
めわかっていること、そして投影レンズ６の露光中心Ｏ
（図３中の原点Ｏ）からスポット光ＭＹＳ、ＭθＳまで
の距離が予めわかっていることによって容易に所定の精
度内で実施できる。 【００７１】ただし、ウェハ９のプリアライメント誤差
はそのまま残るので、スポット光ＭＹＳとＭθＳはその
誤差分だけ各々マークＧＹ7 とマークＧθ10からずれて
いる。その時の様子を図１３に示す。図１３はスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳとマークＧＹ7 、Ｇθ10の配置を模式
的に表わした平面図である。図１３のように線分ｌ2、
すなわちウェハ９はスポット光ＭＹＳ、ＭθＳを結ぶ線
分に対してＹ方向のずれと回転ずれとを伴っている。も
ちろんＸ方向のずれもあるが、スポット光ＭＹＳ、Ｍθ
Ｓ及びマークＧＹ7 、Ｇθ10がＸ方向に細長いのでここ
ではそのことが問題にならないものとする。 【００７２】さてステージ７が図１３のように位置決め
された後、ＣＰＵ１００はステージ７をＹ方向に微動さ
せて、図７に示したＷＡＤ１１０からの信号１２６ｂ又
は信号１２７ｂの論理値によってステージ７の移動方向
を判断し、信号１２６ａ、信号１２７ａが論理値「Ｈ」
になったときにそれぞれステージ７のＹ方向の位置を検
出した後、ステージ７の移動を停止する。マークＧＹ7
とスポット光ＭＹＳとが重なったときのＹ方向の位置
と、マークＧθ10とスポット光ＭθＳとが重なったとき
のＹ方向の位置とに差があれば、それはウェハ９が回転
していることを意味するものであり、その差の極性（正
か負か）はウェハ９の回転方向を表わすものである。そ
こでＣＰＵ１００はまずウェハ９の回転方向を検出す
る。例えば図１３ではウェハ９は反時計方向に回転して
いる。 【００７３】次にＣＰＵ１００はＷＡＤ１１０からの信
号１２６ａが論理値「Ｈ」になるまでステージ７をＹ方
向に戻す。これによって、マークＧＹ7 のＹ方向の中心
と、スポット光ＭＹＳの振動中心とはコンパレータ１２
６のウィンド幅で決まる精度内に位置合せされる。これ
が終了するとＣＰＵ１００はＰＳＤ１２１からの検波信
号ＳＳＹを入力して、そのアナログレベルが零になるよ
うにＹ−ＡＣＴ１０３をサーボ制御（フィードバック制
御）に切替える。 【００７４】これによってマークＧＹ7 のＹ方向の中心
とスポット光ＭＹＳの振動中心とが正確に一致し、サー
ボ制御によってその状態が維持される。その後ＣＰＵ１
００は先に検出したウェハ９の回転方向と逆方向にウェ
ハホルダ８を回転させるようにθ−ＡＣＴ１０５を駆動
する。このとき、ＣＰＵ１００はＷＡＤ１１０のＰＳＤ
１２５からの検波信号ＳＳθが零になるようにθ−ＡＣ
Ｔ１０５をサーボ制御する。 【００７５】以上の動作によりマークＧＹ7 の中心とス
ポット光ＭＹＳの振動中心とが一致し、マークＧθ10の
中心とスポット光ＭθＳの振動中心とが一致し、ウェハ
９の回転ずれが補正されると共にウェハ９のＹ方向の位
置が規定される。そしてＣＰＵ１００は図１０のステッ
プ２０３でステージ７のＹ方向の位置をレーザ干渉計１
０４から読み取って記憶（セット）する。これによっ
て、ウェハ９全体のスポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、換言す
れば露光中心Ｏに対するＹ方向の基準位置ＹＧが決定さ
れたことになる。 【００７６】次にＣＰＵ１００は、ステップ２０４のス
テージファーストポジションでウェハ９上の第１番目に
露光すべき領域、例えば図１１中の被露光領域Ｃ1 が投
影レンズ６の有効露光領域６０内に位置決めされるよう
にステージ７を移動させる。図１１に示すように、ウェ
ハ９内の各被露光領域Ｃの位置は第１層目のパターン形
成時に定まっており、マークＧＹ7 、Ｇθ10に対する被
露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 の位置もわかっている。 【００７７】そこで中心Ｐ1 を基準としたマークＧＹ7
、Ｇθ10（線分ｌ2)のＹ方向の距離をＹＰ1 とする
と、ステージ７のＹ方向の位置が、式（１）、 Ｙ＝ＹＧ＋Ｙ1 −ＹＰ1 ……（１） を満すように位置決めすれば、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ
1 のＹ方向の位置と投影レンズ６の露光中心ＯのＹ方向
の位置とは一致する。もちろんＸ方向についても中心Ｐ
1 に対するマークＧＹ7 とマークＧθ10のＸ方向の位置
が予めわかっているので概ね位置合せされる。 【００７８】次に図１０のステップ２０５のＸ−ＬＳＡ
サーチで、被露光領域Ｃ1 に付随したマークＳＸ1 をＸ
−ＬＳＡ検出系で検出してマークＳＸ1 のＸ方向の位置
を計測する。この動作を図１４を参照して説明する。図
１４は投影レンズ６の有効露光領域６０内のスポット光
ＬＸ、ＬＹとウェハ９との配置を示す平面図である。露
光中心Ｏと被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 とのＹ方向の位置
は正確に一致しているので、ウェハ９を自動焦点調整で
投影レンズ６の結像面に合わせた後、図１４のようにス
ポット光ＬＸとマークＳＸ1 とがＸ方向に配列するよう
にステージ７をＹ方向に移動させる。 【００７９】具体的には、露光中心Ｏからスポット光Ｌ
Ｘまでの距離Ｙ２と、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 からマ
ークＳＸ1 までの距離（設計上予め定まった値である）
との差分だけステージ７をＹ方向に移動する。その後、
ステージ７のＹ方向の位置を変えずにステージ７をＸ方
向に一定距離だけ移動する。その移動量はマークＳＸ1
を含んでウェハ９のプリアライメント精度で決まるＸ方
向のずれ量よりも十分大きな値に定められている。そし
て、この移動の間、ＣＰＵ１００は図９に示したＬＳＡ
処理回路１０９のＡＤＣ１３２とＲＡＭ１３３を制御し
て、マークＳＸ1 から生じる回折光のＸ方向に関する光
強度分布を抽出する。 【００８０】その後、ＣＰＵ１００は図１２に示した演
算と同様の演算を行ない、スポット光ＬＸのＸ方向の中
心とマークＳＸ1 のＸ方向の中心とが一致したときのス
テージ７のＸ方向の位置を求め、その位置を位置ＸＣ１
として記憶する。この位置ＸＣ１を求めることは、ウェ
ハ９全体のＸ方向の位置を露光中心Ｏに対して規定した
ことを意味するものであり、これによってウェハ９のＸ
方向のグローバルアライメント（ウェハ９の全体的な位
置合せ）が完了したことになる。 【００８１】次にＣＰＵ１００は、図１０のステップ２
０６でＹ−ＬＳＡサーチ動作を実行する。これは図１５
に示すように、スポット光ＬＹとマークＳＹ1 とがＹ方
向に整列するようにステージ７を位置決めした後、ステ
ージ７をＹ方向に一定距離だけ移動させ、マークＳＹ1
のＹ方向の中心とスポット光ＬＹのＹ方向の中心とが一
致したときのステージ７のＹ方向位置を求めるものであ
る。ＣＰＵ１００はその位置をＬＳＡ処理回路１０９の
ＡＤＣ１３５、ＲＡＭ１３６で抽出したマークＳＹ1 の
回折光強度分布から求め、位置ＹＣ１として記憶する。 【００８２】さて次にＣＰＵ１００は、ステップ２０７
のファイン・アライメントで今求めた位置ＸＣ１、ＹＣ
１と、先に求めたスポット光ＬＸ、ＬＹの座標軸Ｘ、Ｙ
からの距離ＸＬＸ、ＹＬＹ（ベースライン値）とに基づ
いて、被露光領域Ｃ1 とレチクル５の投影像とを精密に
位置合せする。具体的には、ステージ７の位置を読み取
るレーザ干渉計１０、１０４の計測値が以下の式
（２）、（３） Ｘ＝ＸＣ１−ＸＬＸ ……（２） Ｙ＝ＹＣ１−ＹＬＹ ……（３） で決まる値に一致するようにステージ７を２次元移動さ
せる。これによって、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 と露光
中心Ｏとが正確に一致して精密な位置決めが完了する。
この時点でＣＰＵ１００は図１に示したシャッター３を
所定時間だけ開き、レチクル５の回路パターン像をウェ
ハ９の被露光領域Ｃ1 に重ねて露光（プリント）する。 【００８３】次にＣＰＵ１００はステップ２０８で、ウ
ェハ９上にＮ回露光を繰り返したか否かを判断する。こ
こでは１番目の被露光領域Ｃ1 を露光しただけなので、
ＣＰＵ１００は次のステップ２０９でステージ７のステ
ッピングを行なう。このステッピングによって次に図１
１に示した被露光領域Ｃ2 を露光するものとする。従っ
てＣＰＵ１００はステージ７をＸ方向に一定ピッチ、す
なわち被露光領域Ｃ1とＣ2 の間隔分だけ位置ＸＣ１、
ＹＣ１から移動させる。その後ＣＰＵ１００は再びステ
ップ２０５のＸ−ＬＳＡサーチから同様の動作を繰り返
し実行する。 【００８４】以上のようにして、スポット光ＬＸ、ＬＹ
によってステッピングのたびに各被露光領域Ｃ毎のアラ
イメント、いわゆるステップアライメントを行なって露
光することをＮ回繰り返すと、ステップ２０８からステ
ップ２１０に進み、ステージ７に載置された露光済みの
ウェハ９が搬出（アンローディング）され、次のウェハ
のプリントのために、ステップ２００から同様の動作が
実行される。 【００８５】上記実施例において、ＴＴＬ方式で検出す
るためのマークＳＸ、ＳＹは、被露光領域Ｃの中心Ｐで
交わる直交した２本の線上にそれぞれ設けるようにした
が、必らずしもその必要はない。例えば図１６に示すよ
うに、マークＳＸ、ＳＹをそれぞれ２本の直交した線ｅ
1 、ｅ2 （交点は中心Ｐと一致する）に対して所定のオ
フセット値を持って配置してもよい。ここで線ｅ1 がＸ
軸と平行で、線ｅ2 がＹ軸と平行であるとすると、Ｙ方
向に伸びたマークＳＸは線ｅ2 に対してΔＸのオフセッ
ト量だけずれて形成され、Ｘ方向に伸びたマークＳＹは
線ｅ1 に対してΔＹのオフセット量だけずれて形成され
ている。このΔＸ、ΔＹは設計上予め定まった値であ
る。 【００８６】そこでこのような場合は、図１０のステッ
プ２０７でファイン・アライメントを行なう際、式
（２）、（３）の代りに以下の式（２)'、（３)' Ｘ＝ＸＣｉ−ＸＬＸ−ΔＸ ……（２)' Ｙ＝ＹＣｉ−ＹＬＸ−ΔＹ ……（３)' （ただしｉは被露光領域の番号（１、２…Ｎ）を表わ
す） を用いて、ステージ７の位置決めを行なえばまったく同
様に被露光領域Ｃとレチクル５の投影像とは精密に重ね
合される。 【００８７】また上記実施例において、非露光光ＴＴＬ
方式によるステップ・アライメントは各被露光領域Ｃに
対して全て行なうものとしたが、これはウェハ９の伸縮
による被露光領域の配列誤差の影響を取り除き、各被露
光領域毎に投影像との精密な位置合せを行なうためであ
る。しかしながらウェハ９の伸縮がほとんどないと見な
せるか、又は伸縮があったとしてもその量が予め求めら
れている場合には、ＴＴＬ方式によるステップ・アライ
メントを１番目の被露光領域Ｃ1 についてのみ行ない、
あとの被露光領域については不要としてもよい。 【００８８】具体的には図１０のフローチャート図中
で、ステップ２０５、２０６を被露光領域Ｃ1 だけに対
して実行するように変更する。そしてマークＳＸ1 とマ
ークＳＹ1 の各位置ＸＣ１、ＹＣ１に基づいて順次ステ
ッピングを繰り返し露光を行なうが、伸縮量が求められ
ているときは、その量に応じてステッピングのピッチを
少しずつ補正するようにする。 【００８９】またウェハの伸縮量が小さい場合は、ウェ
ハの全面をいくつかのブロック、例えば４つのブロック
に分け、各ブロック内の特定の被露光領域についてＴＴ
Ｌ方式によるステップ・アライメントを行なうようにし
てもよい。すなわち、ウェハ上のブロック数と等しい数
の被露光領域についてはステップ２０５、２０６、２０
７による位置合せ（アライメント）を行ない、その他の
被露光領域についてはステップ２０９のステッピングだ
けで位置決めする。このような位置合せ方法は、いわゆ
るブロック・アライメントと呼ばれるもので、ウェハ上
のいくつかの被露光領域についてはＴＴＬ方式のアライ
メントを行ない、他の被露光領域はステージ７のステッ
ピングだけで位置決めするので、１枚のウェハの処理時
間が短縮されるとともに、ウェハの伸縮によるアライメ
ント誤差も取り除けるという利点がある。 【００９０】以上、本実施例においてはＴＴＬ方式のＸ
−ＬＳＡ検出系とＹ−ＬＳＡ検出系によってウェハ９上
のマークの位置を検出する際、スポット光ＬＸ、ＬＹが
マークＳＸ、ＳＹと一致するようにステージ７を位置決
めして停止させる必要がなく、単に各スポット光とマー
クを走査してマークの位置さえ検出すればよいので、Ｔ
ＴＬ方式のアライメント自体が高速になるという利点が
ある。 【００９１】またＬＳＡ検出系は、感光剤を感光させな
い波長のレーザ光のスポットを格子状のマークに照射
し、そのマークから特定の方向に生じる回折光を検出し
ているのでマークの検出感度が高い。さらにそのスポッ
ト光ＬＸ、ＬＹは露光中心Ｏに対して所定の位置に静止
しており、回折光の検出系にも振動スリットや可動鏡等
の可動部がないので長期的な安定性が良く、構造が簡単
であり、かつ製造、調整が容易であるという利点もあ
る。 【００９２】次に本発明の実施例による他の位置合せ動
作について図１７のフローチャート図と図１８とを用い
て説明する。先の実施例においては、オフ・アクシス方
式のアライメントによって、ウェハ９の回転ずれの補正
がなされ、Ｙ方向の位置が規定（Ｙ方向にグローバルア
ライメント）された。このためウェハ９のＹ方向と回転
方向の位置決め精度はオフ・アクシス方式のＹ、θアラ
イメント検出系のスポット光ＭＹＳ、ＭθＳの位置設定
精度に依存したものになる。 【００９３】すなわち、図３においてスポット光ＭＹＳ
の振動中心とスポット光ＭθＳの振動中心とを結ぶ線分
がＸ軸と完全に平行でなく、わずかでも傾いていると、
ステッピングだけでステージ７を位置決めする際、その
傾き量に応じてウェハ９上の被露光領域と投影像との重
ね合せが悪化してしまう。このようにスポット光ＭＹＳ
とＭθＳのＹ方向の位置がずれていると、特にウェハ全
体の回転誤差（ウェハ・ローテーション・エラー）が顕
著に現われる。 【００９４】そこで、この残存した回転誤差を補正して
位置合せする動作を図１７のフローチャート図に従って
述べる。まず、ステップ２２０のウェハローディングで
ウェハをウェハホルダ８上にプリアライメントして載置
した後、ステップ２２１でウェハの自動焦点調整を行な
い、ステップ２２２のウェハθアライメントにおいて、
オフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検出系により
ウェハ上のマークＧＹ7 、Ｇθ10を検出して回転補正を
行ない、ステップ２２３ではスポット光ＭＹＳとマーク
ＧＹ7 とが一致し、スポット光ＭθＳとマークＧθ10と
が一致したときのステージ７のＹ方向の位置ＹＧを記憶
する。ここまでのステップは先の実施例におけるステッ
プ２００〜２０３と全く同様に実行される。 【００９５】さて、ステップ２２３の終了後、スポット
光ＭＹＳとＭθＳとの設定誤差によって、ウェハが例え
ば図１８に示すようにステージ７の座標系ＸＹに対して
θだけ回転して位置決めされたものとする。この角度θ
が残存したウェハ回転誤差の量である。ところで、この
ウェハ９において各被露光領域の配列座標系を座標系α
βと定め、その原点ＯＷをウェハ９の中心になるべく近
い位置に定める。そして、座標系αβのα軸は、ウェハ
９のフラットＦと平行に配列した被露光領域Ｃ7 、Ｃ
8、Ｃ9 、Ｃ10の各マークＳＹ7 、ＳＹ8 、ＳＹ9 、Ｓ
Ｙ10を通るように定められている。またβ軸はウェハ９
の中央部に位置した２つの被露光領域Ｃ8 、Ｃ9 のマー
クＳＸ8 とＳＸ9 のα軸方向における中心位置を通りα
軸と直交するものとする。またウェハ９上の各被露光領
域Ｃｉの中心Ｐｉの座標値は座標系αβによって規定さ
れていて、座標値（αｉ、βｉ）で指定されるものとす
る。 【００９６】次に図１７において、ＣＰＵ１００はステ
ップ２２４のセンターポジションを実行し、ウェハ９の
中心にできるだけ近く位置した被露光領域、例えばＣ8
を選び出す。そしてＣＰＵ１００は被露光領域Ｃ8 のマ
ークＳＸ8 とスポット光ＬＸとがＸ方向に整列するよう
にステージ７の位置決めを行なった後、自動焦点調整を
行なう。そして次のステップ２２５でＣＰＵ１００はマ
ークＳＸ8 をスポット光ＬＸでＸ方向に走査して、マー
クＳＸ8 のＸ方向の中心とスポット光ＬＸのＸ方向の中
心とが一致したときのステージ７のＸ方向の位置ＸＧを
検出して記憶する。以上までの各ステップによってウェ
ハ９のグローバルアライメントが完了し、ウェハ９の座
標系ＸＹに対する位置が規定されたことになる。 【００９７】次にＣＰＵ１００は、ステップ２２６でウ
ェハ９のα軸上で左端に近く位置した被露光領域Ｃ7 の
マークＳＹ7 とスポット光ＬＹとがＹ方向に整列するよ
うにステージ７の位置決めを行なった後、その位置で自
動焦点調整を行なう。次にＣＰＵ１００はステップ２２
７でスポット光ＬＹとマークＳＹ7 とをＹ方向に走査し
て、マークＳＹ7 のＹ方向の中心位置ＹＬ１を検出して
記憶する。 【００９８】それからＣＰＵ１００は、ステップ２２８
でウェハ９のα軸上で右端に近く位置した被露光領域Ｃ
10のマークＳＹ10とスポット光ＬＹとがＹ方向に整列す
るようにステージ７の位置決めを行ない、その位置で自
動焦点調整を行なう。そしてステップ２２９でＣＰＵ１
００はスポット光ＬＹとマークＳＹ7 とをＹ方向に走査
してマークＳＹ10のＹ方向の中心位置ＹＬ２を検出して
記憶する。 【００９９】次にＣＰＵ１００は、ステップ２３０のロ
ーテーションθ演算で、今求めた位置ＹＬ１とＹＬ２の
差値と、マークＳＹ7 とＳＹ10のα軸方向の間隔ｄとか
らウェハ９の回転量θを演算する。位置ＹＬ１とＹＬ２
の差をｄＹとすると、図１８にも示したように回転量θ
は、式（４） θ＝ｓｉｎ-1（ｄＹ／ｄ） ……（４） によって求められる。ただし、回転量θは極めて小さな
値であるので、式（４）は式（５）のように近似され
る。 【０１００】 θ≒ｄＹ／ｄ＝（ＹＬ１−ＹＬ２）／ｄ ……（５） そして、ウェハ９の各被露光領域Ｃｉの中心Ｐｉを露光
中心Ｏにステッピングによって位置決めする際、ステー
ジ７の位置をステッピングのピッチだけで決まる位置か
ら式（６）、（７）で表わした値（δＸ、δＹ）だけ補
正する。 δＸ＝βｉ・θ＝βｉ（ｄＹ／ｄ） ……（６） δＹ＝−αｉ・θ＝−αｉ（ｄＹ／ｄ） ……（７） 次にＣＰＵ１００はステップ２３１で、露光すべき第１
番目の被露光領域Ｃ1の座標系ＸＹにおける位置を、先
に求めた位置（ＸＧ、ＹＧ）に基づいて求め、さらに上
記式（６）、（７）で演算された値（δＸ、δＹ）だけ
補正してステージ７をステッピングする。そしてステッ
プ２３２で自動焦点調整を行ない、ステップ２３３でレ
チクル５の回路パターンの投影像をウェハ９の被露光領
域Ｃ1 に重ね合せて露光（プリント）する。次にＣＰＵ
１００はステップ２３４でウェハ９上にＮ回露光を繰り
返したか否かを判断し、ウェハ９の全面に露光が終了し
ていなければ、ステップ２３１からの動作を繰り返し、
終了していればステップ２３５でウェハ９をアンローデ
ィングする。 【０１０１】このように、本動作ではオフ・アクシス方
式のＹ、θアライメント検出系とＴＴＬ方式のＸ−ＬＳ
Ａ検出系とを用いて、ウェハ９のグローバルアライメン
トを行ない、ウェハ９の配列座標系αβとステージ７の
座標系ＸＹとの対応を位置（ＹＧ、ＸＧ）として求め、
その後は位置（ＹＧ、ＸＧ）を基準としてステップ・ア
ライメントをすることなく順次ステッピングさせ、ウェ
ハの露光を行なう。このため１枚のウェハの処理時間が
短縮されるとともに、ウェハに残存した微小な回転誤差
もステッピング時に補正されるからウェハ上のどの被露
光領域においても一様のアライメント精度で重ね合せ露
光が行なわれるという利点がある。 【０１０２】また本動作では、ステッピング時にウェハ
回転誤差を補正するようにステージ７を位置決めした
が、この動作は先の実施例においても同様に実施するこ
とができる。すなわちステッピング時にウェハ回転誤差
の補正を伴った位置決めをしてから、ＴＴＬ方式による
ステップ・アライメントで精密に位置合せすればよい。
また上記各実施例では、ステージ７の位置決め後、露光
前に自動焦点調整を行なうものとしたが、ステージ７が
移動している間に同時に行なってもよく、さらに露光中
に自動焦点調整を行なうようにしてもよい。 【０１０３】さて、以上の本発明の実施例を用いた位置
合せ動作において、オフ・アクシス方式のＹ、θアライ
メント検出系はレーザ光のスポット振動型の検出方式で
ある必要はなく、レーザスポット光の等速走査型の検出
方式、又はウェハをインコヒーレント光で照明し、対物
レンズによって位置合せ用のマークの像を形成し、その
像をスリット走査したり、撮像素子で受光したりするこ
とによってマークの位置を検出する方式であっても同様
の効果が得られる。また、スポット光をウェハ上に照射
する方式でも、スポット光の形状はウェハ上で細長い楕
円形である必要はなく、単なる微小円形であってもよ
い。さらにオフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検
出系はＴＴＬ方式のＸ−ＬＳＡ検出系、Ｙ−ＬＳＡ検出
系と同様にスポット光ＭＹＳ、ＭθＳを振動させずに回
折光の強度分布パターンを抽出するような方式にしても
よい。 【０１０４】一方、ウェハ上の各被露光領域毎の位置合
せ用のマークＳＸ、ＳＹ、ＧＹ、Ｇθは、オフ・アクシ
ス方式用とＴＴＬ方式用とで専用に設けたが兼用するよ
うにしてもよい。例えば図１９に示すように、オフ・ア
クシス方式用のアライメントマークＧＹ、Ｇθは前述と
全く同様に各被露光領域Ｃに付随して形成する。図１９
ではウェハ９上の左右に離れた２つの被露光領域Ｃl 、
Ｃr のみを示し、そのマークＧθl 、ＧＹl 及びマーク
Ｇθr 、ＧＹr がオフ・アクシス方式によるグローバル
アライメント（Ｙ方向と回転方向）のマークである。こ
こではマークＧＹl とＧθr が配列座標系αβのα軸を
通るように定められ、その両マークの間隔はスポット光
ＭＹＳとＭθＳの間隔と等しく定められる。 【０１０５】そして被露光領域Ｃl 、Ｃr にはＴＴＬ方
式のアライメント用にβ軸と平行に伸びたマークＳＸl
、ＳＸr とが設けられている。そして、各被露光領域
毎のアライメント（ステップ・アライメント）の際、Ｘ
−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＸでマークＳＸl 、ＳＸ
r を検出し、Ｙ−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＹでマー
クＧθl 、Ｇθr （又はマークＧＹl 、ＧＹr ）を検出
する。このようにアライメントマークを両方式で兼用す
ることによって、ウェハ上に専有されるマーク領域が減
少し、その分、露光できる回路パターン領域を大きく取
れるという利点がある。 【０１０６】次に本発明の他の実施例を図２０に基づい
て説明する。この実施例はオフ・アクシス方式のθアラ
イメント検出系のみを残して、Ｙアライメント検出系を
ＴＴＬ方式のＹ−ＬＳＡ検出系と兼用させたものであ
る。図２０は、先の図３と同様に有効露光領域６０、パ
ターン露光領域６１、及びＴＴＬ方式によるＸ−ＬＳＡ
検出系、Ｙ−ＬＳＡ検出系の各スポット光ＬＸ、ＬＹの
配置と、θアライメント検出系の第１対物レンズＭθと
そのスポット光ＭθＳとの配置を示す平面図である。 【０１０７】ここでは、露光中心Ｏを通りＸ軸と平行な
線分上に間隔ｌだけ離れてスポット光ＬＹとスポット光
ＭθＳとが形成されるようにθアライメント検出系を配
置する。このスポット光ＬＹとＭθＳとのＸ方向の間隔
ｌはウェハ９上のマークＧＹ7 とＧθ10との間隔と等し
く定められている。そして、ウェハ９の全体的な位置合
せ（グローバルアライメント）のうちＹ方向と回転方向
の位置合せは、スポット光ＬＹとスポット光ＭθＳとを
用い、Ｘ方向の位置合せにはスポット光ＬＸを用いる。 【０１０８】この実施例では第１対物レンズＭθを露光
中心Ｏに対してスポット光ＬＹと反対側に配置したが、
これは第１対物レンズＭθを含むθアライメント検出系
と投影レンズ６との空間的な間隔をできるだけ短くする
ことが、装置の小型化に有利だからである。またこの場
合、スポット光ＭθＳとスポット光ＬＹとのＹ方向の位
置とを正確に一致させる必要がある。 【０１０９】そこでスポット光ＭθＳの中心をＹ方向に
微小量変位させるプレーンパラレル１２９を図７に示す
ように設け、ステージ７上の基準マークＦＭＹを用い
て、較正するようにすればよい。以上のように本実施例
ではオフ・アクシス方式のアライメント検出系が１つで
よいので、低価格化、製造調整の簡便化が期待できるだ
けでなく、装置を小型にするという利点もある。 【０１１０】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、露光波長
の照明光を利用してマスクのマークと移動ステージ上の
基準マークとの位置関係を投影光学系を介して検出する
第１アライメント系と、非露光波長の照明比を利用して
移動ステージ上の基準マークを投影光学系を介して検出
する第２アライメント系とを設けたので、第２アライメ
ント系によって検出される感光基板のアライメント位置
とマスクパターンの投影予定位置との間の定常的な距離
を、従来のオフアクシス方式のアライメント系に比べて
格段に小さくすることができる。 【０１１１】それによって、その距離を決定する際の計
測誤差も低減されるから、決定した距離に応じて感光基
板を移動させて重ね合わせ露光する場合でも、その重ね
合わせ精度は従来のオフアクシス方式による重ね合わせ
露光のアライメント結果に比べて格段に向上する。さら
に本発明では、第１アライメント系によるマスクマーク
の検出位置と第２アライメント系が有する検出位置とが
共に投影光学系の投影視野内で近接して配置され得るの
で、１つのマスクに対して多数枚の感光基板を次々に露
光処理する場合、投影露光時の感光基板上の各被露光領
域に対する焦点合わせを怠らなければ、各感光基板毎の
重ね合わせ精度のばらつきも少なくなるといった効果が
得られる。
ターンを光学的に感光基板上に転写する投影型露光装置
に関し、特にマスクやレチクルと感光基板（ウェハ）と
の位置合せを正確に行うための各種アライメント系を備
えた投影露光装置、及びそのような投影露光装置を用い
て感光基板をアライメントする方法に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】大規模集積回路（ＬＳＩ）パターンの微
細化は年々進行しているが、微細化に対する要求を満た
し、且つ生産性の高い回路パターン焼付け装置として縮
小投影型露光装置が普及してきている。従来より用いら
れてきたこれらの装置においては、シリコンウェハに焼
付けされるべきパターンの何倍か（例えば５倍）のレチ
クルパターンが投影レンズによって縮小投影され、１回
の露光で焼付けされるのはウェハ上で対角長２１mmの正
方形よりも小さい程度の領域である。従って直径１２５
mm位のウェハ全面にパターンを焼付けるには、ウェハを
ステージに載せて一定距離移動させては露光を繰返す、
いわゆるステップアンドリピート方式を採用している。 【０００３】ＬＳＩの製造においては、数層以上のパタ
ーンがウェハ上に順次形成されていくが、異なる層間の
パターンの重ね合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にし
ておかなければ、層間の導電または絶縁状態が意図する
ものでなくなり、ＬＳＩの機能を果すことができなくな
る。例えば１μｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜ
い０．２μｍ程度の位置ずれしか許されない。 【０００４】縮小投影式の露光装置においては、既に形
成されたウェハ上のパターンとレチクルの投影像の位置
を合わせる方式としてオフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉ
ｓ）方式とスルーザレンズ方式（ＴＴＬ方式）がある。
オフアクシス方式においては投影レンズの外部にある位
置合わせ用顕微鏡によってウェハの位置合わせマークの
位置を計測し、ウェハ全体をレチクルに対し一度に位置
合わせしてしまうので高速な位置合わせ動作が可能であ
り、回転位置合わせが高精度でできるという特徴がある
が、ウェハ全体又は部分的に伸縮があると、ウェハ全面
に渡って良好な位置合わせ精度を保つことが困難とな
る。 【０００５】一方、ＴＴＬ方式においては投影露光する
ウェハ上の小領域（被露光領域、あるいはショット領
域）毎に投影レンズを通して各被露光領域に付設された
位置合わせマークを検出できるので、ウェハ全面の被露
光領域に渡って良好なアライメント精度が得られるとい
う特徴がある。しかしながらこの種のＴＴＬ方式では、
投影露光に使用する露光波長の照明光を使ってウェハ上
のマークを検出する露光光アライメント系（例えば特開
昭５７−１４２６１２号公報）、もしくはマスク（レチ
クル）と投影レンズとの間のアライメント光路中に色収
差補正用の補正レンズを挿入し、非露光波長の照明光で
ウェハ上のマークを検出する非露光光アライメント系
（例えば特開昭５６−１１０２３４号公報）が使われて
いた。 【０００６】いずれのアライメント系もウェハ上のマー
クとレチクル上のマークとを共に検出できることに差異
はないが、従来の露光光ＴＴＬ方式のアライメント系で
はマーク照明光が露光波長であるためにウェハ上の感光
剤に対する不要な露光に注意を要し、従来の非露光光Ｔ
ＴＬ方式のアライメント系ではウェハのマークとレチク
ルのマークとを互いに結像関係にするための色収差補正
レンズが挿入されるので、マーク位置の検出精度（再現
性）低下に注意を要する。 【０００７】また先に述べた従来のオフアクシス方式
（例えば特開昭５３−５６９７５号公報）では、ウェハ
上のマークを投影レンズの外部に固定した専用の顕微鏡
で検出するので、マーク照明光を非露光波長とすること
ができ、感光剤に対する不要な露光の心配はない。その
反面、投影レンズとマーク検出用顕微鏡とが機械的、空
間的に分離しているため、ウェハを載置する２次元移動
ステージ上に設けられた校正用の基準マークを走らせ
て、投影レンズによるレチクル中心の投影位置とオフア
クシス方式のマーク検出用顕微鏡の位置との距離をステ
ージ位置計測用のレーザ干渉計で検出して管理すること
が必要である。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
なオフアクシス方式では、投影レンズの外部にマーク検
出用顕微鏡が固定されているため、投影レンズの光軸と
マーク検出用顕微鏡の光軸との間隔が相当に大きくなる
ことがあり、それに応じて校正用の基準マークが移動す
る距離も大きくなる。このためレーザ干渉計でその距離
を精密に測定しても、そこには多かれ少なかれ校正用基
準マークの移動距離が大きいことに伴う計測誤差が発生
し、その計測誤差の影響による精度劣化が無視できない
ことが判明した。 【０００９】そこで本発明はそのような問題点を解決
し、非露光波長の照明光を使ってウェハ等の感光基板上
のマークを投影レンズを通して検出するアライメント系
であっても、非露光波長の照明光の使用によって生じる
マーク位置検出精度の低下を抑えて、アライメント精度
を向上させた投影露光装置を提供することを目的とす
る。さらに本発明は、そのような非露光波長の光を用い
るアライメント系を備えた投影露光装置を用いて感光基
板上にマスクのパターンを露光する際、そのようなアラ
イメント系の検出位置とマスクとの相対位置関係を従来
方式よりも高い精度で計測可能なアライメント方法を提
供することを目的とする。 【００１０】 【課題を達成する為の手段】以上の目的を達成する為の
本願の請求項第１項に記載した第１発明は、露光波長の
照明光で照射されたマスク（レチクル５）の回路パター
ンの像（矩形のパターン領域６１）を所定の結像面内に
投影する投影光学系（投影レンズ６）と、該パターン像
（６１）が転写される被露光基板（ウェハ９）を載置し
て２次元移動する移動ステージ（７）とを備えた投影露
光装置に適用される。そして請求項第１項の発明では、
被露光基板（９）を移動ステージ（７）上に載置するた
めのホルダー（８）の近傍に設けられ、その表面に複数
の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）が形成された基準板
（ＦＭ）と、移動ステージ（７）により基準板（ＦＭ）
を投影光学系（６）の結像面側の投影視野（６０）内の
所定位置に移動させたときに、基準板（ＦＭ）上の基準
マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）とマスク（５）に形成された
マスクマーク（５２，５５，５８）とを露光波長の光の
照射のもとで投影光学系（６）を介して検出可能な第１
アライメント系（レチクルアライメント光学系５０，５
１，５３）と、露光波長と異なる非露光波長の光（レー
ザ光源１１からのレーザ光束ＬＸ，ＬＹ）を投影光学系
（６）の結像面側の投影視野（６０）内の所定の検出位
置（例えばスポットとして集光される位置）に投射し、
非露光波長の光で照射される基準板（ＦＭ）上の基準マ
ーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）、若しくは被露光基板（９）上
の基板マーク（ＳＸn，ＳＹn，Ｇｙn，Ｇθn）のいずれ
かを投影光学系（６）を介して検出可能な第２アライメ
ント系（１１〜１９，２３〜２５を含むＬＳＡ検出系）
と、第１アライメント系（アライメント光学系５０，５
１，５３）によって検出されるマスクマーク（５２，５
５，５８）と基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，
ＦＭＹ）とが所定の位置関係になるときの移動ステージ
（７）の第１位置（ＸＲ１，ＹＲ１）と、第２アライメ
ント系（１１〜１９，２３〜２５のＬＳＡ検出系）によ
って検出される基準板上の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭ
Ｙ）が投影視野（６０）内の所定の検出位置と所定の位
置関係になるときの移動ステージ（７）の第２位置（Ｘ
Ｒ２，ＹＲ２）との相対的な間隔を規定するための距離
情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）を算出し、被露光基板（９）に
パターン像（６１）を露光する際の移動ステージ（７）
の移動位置を、算出された距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）
に基づいて例えば式(２),(３)又は(２)symbol 146 \f "
Times New Roman",(３)symbol 146 \f "Times New Roma
n"のように補正する制御手段（ＣＰＵ100，ＩＦ101，Ｘ
−ＡＣＴ102，Ｙ−ＡＣＴ103，レーザ干渉計10,104）と
を設けるようにした。 【００１１】さらに本願の請求項第１項に従属する請求
項第２項の実施態様において、制御手段（100，101，10
2，103，10，104）は、第２アライメント系（ＬＳＡ検
出系）によって被露光基板（９）上の基板マーク（ＳＸ
n，ＳＹn）が投影視野（６０）内の所定の検出位置に合
致して検出され得るときの移動ステージ（７）の座標位
置（ＸＣ１，ＹＣ１）を距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）に
応じて補正演算することにより、パターン像を（６１）
被露光基板（９）に露光する際の移動ステージ（７）の
移動位置を決定するコンピュータ（ＣＰＵ100）を備え
ている。また本願の請求項第２項に従属する請求項第３
項の実施態様において、制御手段（100，101，102，10
3，10，104）は、移動ステージ（７）の座標位置を計測
するためのレーザ干渉計（１０，１０４）と、レーザ干
渉計（１０，１０４）によって計測される座標位置がコ
ンピュータ（ＣＰＵ１００）で決定された移動位置にな
るように移動ステージ（７）を移動させる駆動手段（Ｘ
−ＡＣＴ１０２，Ｙ−ＡＣＴ１０３）とを備えている。
また本願の請求項第３項に従属する請求項第４項の実施
態様において、第２アライメント系（ＬＳＡ検出系）
は、基準板（ＦＭ）の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）か
らの反射光を投影光学系（６）を通して受光する光電検
出器（２５，１３０）と、その検出器（２５，１３０）
からの信号波形を記憶するメモリ（ＲＡＭ１３３，１３
６）と、投影視野（６０）内の所定の検出位置の近傍に
基準板の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）を最初に位置付
けるときの移動ステージの位置（例えば図１２中の走査
開始位置ＹＳ）と、基準板の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭ
Ｙ）と所定の検出位置とが合致するときの移動ステージ
（７）の位置（例えば図１２中で最大値となる番地ＡＤ
Ｐに相当する位置ＹＲ２）との間の位置ずれ量をメモリ
（ＲＡＭ１３３，１３６）に記憶された信号波形（例え
ば図１２中の波形６５）に基づいて検出する信号処理回
路（ＣＰＵ１００）とを備えている。そして本願の請求
項第４項に従属した請求項第５項の実施態様において、
第１アライメント系（５０，５１，５３）は、露光波長
の光をマスク（５）のマスクマーク（５２，５５，５
８）と投影光学系（６）とを通して基準板の基準マーク
（ＦＭＸ，ＦＭＹ）に照射する照明光学系と、基準板の
基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）から生じて投影光学系
（６）とマスク（５）とを介して進む反射光を光電検出
する手段とを備えている。 【００１２】また、本願の請求項第６項に記載した第２
発明は、露光波長の照明光で照射されるマスク（レチク
ル５）の回路パターンの像（矩形のパターン領域６１）
を投影光学系（投影レンズ６）により被露光基板（ウェ
ハ９）上に転写する投影露光装置を用いて、回路パター
ンの像（６１）と被露光基板（９）とを相対的にアライ
メントする方法に適用される。そして請求項第６項にお
いては、（ａ）被露光基板（９）が載置される移動ステ
ージ（７）上に設けられ、その表面に複数の基準マーク
（ＦＭＸ，ＦＭＹ）が形成された基準板（ＦＭ）を投影
光学系（６）の投影視野（６０）内に移動させる段階
（図１０中のステップ２０１内で実行）と、（ｂ）露光
波長の光を投影光学系（６）の投影視野（６０）内で照
射する第１アライメント系（レチクルアライメント光学
系５０，５１，５３）を用いて基準板（ＦＭ）上の基準
マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）とマスク（５）に形成された
マスクマーク（５２，５５，５８）との位置関係を投影
光学系（６）を介して検出するとともに、投影光学系
（６）を通して露光波長と異なる非露光波長の光（レー
ザ光源１１からのレーザ光束ＬＸ，ＬＹ）を投影光学系
（６）の投影視野（６０）内の所定の検出位置（例えば
レーザ光束ＬＸ，ＬＹが集光すべき位置）に照射する第
２アライメント系（11〜19，23〜25を含むＬＳＡ検出
系）を用いて基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，
ＦＭＹ）を検出し、その検出結果の各々に基づいて第１
アライメント系（５０，５１，５３）によるマスクマー
ク（５２，５５，５８）の検出位置（例えば検出中心５
０Ｗ，５１Ｗ，５３Ｗと一致）と第２アライメント系
（11〜19，23〜25によるＬＳＡ検出系）の検出位置（例
えばレーザ光束ＬＸ，ＬＹが集光すべき位置）との相対
的な間隔を規定するための距離情報（ＸＬＸ，ＹＬＹ）
を算出する段階（図１０中のステップ２０１内で実行）
と、（ｃ）移動ステージ（７）に載置された被露光基板
（９）上の所定位置に形成された複数の基板マーク（Ｓ
Ｘn，ＳＹn，Ｇｙn，Ｇθn）を第２アライメント系（11
〜19，23〜25によるＬＳＡ検出系）を用いて順次検出し
て被露光基板（９）のアライメント位置（ＸＣｉ，ＹＣ
ｉ）を検出する段階（図１０中のステップ２０５，２０
６、或は図１７中のステップ２２６〜２３０）と、
（ｄ）そこで検出された被露光基板（９）のアライメン
ト位置（ＸＣｉ，ＹＣｉ）と先に算出された距離情報
（ＸＬＸ，ＹＬＹ）とに基づいて移動ステージ（７）が
移動すべき露光位置（例えば式(2),(3)又は(2)symbol 1
46 \f "Times New Roman",(3)symbol146 \f "Times New
Roman"で表される座標値）を求め、その露光位置にお
いて被露光基板（９）をマスク（５）の回路パターン像
（６１）で投影露光する段階（図１０中のステップ２０
７、或は図１７中のステップ２３１〜２３３）とを実行
するようにした。 【００１３】そして請求項第６項に従属した請求項第７
項の実施態様においては、移動ステージ（７）の移動方
向をＸＹ座標系の各座標軸方向で規定したとき、第１ア
ライメント系（５０，５１，５３）が投影光学系（６）
の投影視野（６０）内の固定位置で基準板（ＦＭ）上の
Ｘ方向基準マーク（ＦＭＸ）とＹ方向基準マーク（ＦＭ
Ｙ）の各々を光電検出するように構成し、第２アライメ
ント系（ＬＳＡ検出系）が投影光学系（６）の投影視野
（６１）内の周辺部の固定位置で基準板（ＦＭ）上のＸ
方向基準マーク（ＦＭＸ）とＹ方向基準マーク（ＦＭ
Ｙ）の各々を光電検出するように構成した。また請求項
第６項に従属した請求項第８項の実施態様においては、
第１アライメント系（５０，５１，５３）に、マスク
（５）の上方から投影光学系（６）を通して露光波長の
光を基準板（ＦＭ）上の基準マーク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）
に照射する照明光学系を設けるようにした。さらに請求
項第６項に従属した請求項第９項の実施態様において
は、段階（ａ）において基準板（ＦＭ）を投影光学系
（６）の結像面に対して焦点合せするようにし、段階
（ｂ）において第１アライメント系（５０，５１，５
３）と第２アライメント系（11〜19，23〜25によるＬＳ
Ａ検出系）とがそれぞれ焦点合せされた状態で基準マー
ク（ＦＭＸ，ＦＭＹ）を検出するようにした。 【００１４】 【作用】本発明では、投影レンズ６の結像面側の投影視
野（有効露光領域）６０内の予め設定されている検出位
置に、従来のオフアクシス方式と同様の非露光波長の照
明光を投射するとともに、その非露光波長の照明光の照
射によってウェハ９上のマーク（ＳＸn，ＳＹn，Ｇｙ
n，Ｇθn）と基準板ＦＭ上の基準マークＦＭＸ，ＦＭＹ
のいずれかを投影レンズ６を介して検出する第２アライ
メント系（ＬＳＡ検出系）を設けるようにした。このた
め、非露光波長の照明光を使うことによるアライメント
作業の高速化と高精度化とが図れる。 【００１５】さらに本発明では、露光波長の光のもとで
投影レンズ６を介して基準板ＦＭ上の基準マークＦＭ
Ｘ，ＦＭＹとレチクル５上のマーク（５２，５５，５
８）との位置関係を検出可能な第１アライメント系（レ
チクルアライメント光学系５０，５１，５３）によって
検出されるレチクル５上のマーク（５２，５５，５８）
の位置と、非露光波長の光のもとで投影レンズ６を介し
て基準板ＦＭ上の基準マークを検出可能な第２アライメ
ント系が有する所定の検出位置（例えばレーザ光束Ｌ
Ｘ，ＬＹが集光すべき位置）との両方を、投影レンズ６
の円形の投影視野領域６０内に位置するように構成され
る。 【００１６】このため、基準板ＦＭを使って検出される
各アライメント系間の距離（ＹＬＹ，ＸＬＸ）、すなわ
ちレチクル５のパターンの露光光による投影予定位置
と、ウェハ９上の被露光領域（Ｃｎ）のアライメント位
置を検出する第２アライメント系（ＬＳＡ検出系）の検
出位置との間の距離は、従来のオフアクシス方式の場合
の距離（校正用に基準板が走る距離に相当）よりも格段
に小さくすることができる。従って、その距離（ＹＬ
Ｙ，ＸＬＸ）を求める場合は従来よりも計測誤差が低減
されて精密な計測が可能となり、その結果、より高精度
な重ね合わせ露光が達成されることになる。 【００１７】また本発明の特定の実施態様では、投影レ
ンズ６の下に基準板ＦＭを配置して第１アライメント系
と第２アライメント系の両方で基準マークを検出する前
に、その基準板ＦＭの投影レンズ６の結像面に対する焦
点ずれを補正しておくようにした。これによって、上述
の距離（ＹＬＹ，ＸＬＸ）の計測で得られる値がより信
頼性の高いものとなり、ウュハ９上の被露光領域Ｃｎの
各々をレチクル５の回路パターン像と順次重ね合わせ露
光するためのステージ７の移動目標位置の信頼性を格段
に向上させることができる。 【００１８】 【実施例】次に本発明の実施例が適用される投影型露光
装置の構成を図１、図２、図３に基づいて説明する。光
源１は感光剤を感光するような波長（露光波長）の照明
光を発生し、その照明光は第１コンデンサーレンズ２を
通った後、シャッター３を通り、第２のコンデンサーレ
ンズ４に至る。シャッター３は照明光の透過及び遮断を
制御し、第２コンデンサーレンズ４はレチクル（マス
ク）５を均一な照明光で照明する。縮小投影レンズ（以
下単に投影レンズとする）６はレチクルＲに描かれたパ
ターンの像を１／５、あるいは１／１０に縮小し、その
縮小像を感光剤の塗布されたウェハ（感光基板）９上に
投影する。ウェハホルダー８はそのウェハ９を真空吸着
するとともに、２次元移動ステージ（以下単にステージ
とする）７上に回転可能及び上下動可能に設けられてい
る。 【００１９】さらにそのステージ７には、ウェハホルダ
ー８の上下動に伴って上下動する基準マーク板ＦＭが設
けられている。ステージ７の２次元的な位置のうち、Ｘ
方向の位置はレーザ光束の干渉を利用したレーザ干渉計
１０によって検出され、Ｘ方向と直交するＹ方向の位置
は図２に示すようにレーザ干渉計１０４によって検出さ
れる。ステージ７にはレーザ干渉計用の平面ミラー７
ａ、７ｂが互いに直交するように設けられ、それぞれレ
ーザ干渉計１０、レーザ干渉計１０４からのレーザビー
ムを反射する。両干渉計１０、１０４からのレーザビー
ムは直交し、その交点が投影レンズ６の光軸Ｏと一致す
るように配置される。 【００２０】さて図１において、レーザ光源１１はウェ
ハ９上の感光剤を感光させない波長の光を発生し、その
光束はビームエクスパンダー１２、シリンドリカルレン
ズ１３を通り、反射鏡１４で反射された後ビームスプリ
ッター１５を通り、集光レンズ１６で集光されて反射鏡
１７でレチクルＲの裏面（投影レンズ６側の面）に向け
て進む。視野絞１８はそのレーザ光束の集光点に配置さ
れて、視野絞１８を通ったレーザ光束は発散して小さな
反射鏡１９に入射する。この視野絞１８の中央にはレー
ザ光束が楕円形に結像し、反射鏡１９はレチクルＲの裏
面（以下パターン面と呼ぶ）と平行な反射平面を有して
入射してきたレーザ光束を投影レンズ６の瞳に向けて反
射する。 【００２１】そして反射鏡１９で反射したレーザ光束２
１は投影レンズ６によって集光され、ウェハ９上にスポ
ット光ＬＹを形成する。スポット光ＬＹはシリンドリカ
ルレンズ１３によってＸ方向に細長く伸びた楕円形であ
り、ウェハ９上にＸ方向に細長く伸びたマークのＹ方向
の位置を検出するものである。そのウェハ９上のマーク
で生じた散乱光あるいは回折光は、投影レンズ６に逆入
射して反射鏡１９、視野絞１８、反射鏡１７、及び集光
レンズ１６を通って、ビームスプリッター１５で反射さ
れて、空間フィルター２３に至る。空間フィルター２３
は、ウェハ９からの正反射光を遮断し、散乱光や回折光
を透過する。集光レンズ２４は空間フィルター２３を通
ったマークからの散乱光や回折光を光電検出器２５の受
光面に集光する。 【００２２】さて、そのスポット光ＬＹを形成するレー
ザ光束２１の主光線は、図１に示すようにレチクル５と
投影レンズ６の間では投影レンズ６の光軸に対して傾い
ている。これは、投影レンズ６のレチクル５側が非テレ
セントリックな光学系だからである。そこで、レーザ光
束２１を投影レンズ６の瞳に向けて反射する反射鏡１９
をレチクル５のパターン投影の際、レチクル５からの露
光波長の光が遮光されないような位置に配置する。 【００２３】以上のレーザ光源１１、ビームエクスパン
ダ１２、シリンドリカルレンズ１３、ビームスプリッタ
１５、集光レンズ１６、視野絞１８、及び反射鏡１９に
よって非露光光ＴＴＬ方式によるＹ方向のアライメント
照明系が構成され、ビームスプリッタ１５、集光レンズ
１６、視野絞１８、反射鏡１９、空間フィルター２３、
集光レンズ２４、及び光電検出器２５によって非露光光
ＴＴＬ方式によるＹ方向のアライメント検出系が構成さ
れる。尚、図１では不図示であるが、ウェハ９上にＹ方
向に細長く伸びたレーザ光のスポット光ＬＸを形成する
非露光光ＴＴＬ方式によるＸ方向のアライメント照明系
とアライメント検出系とが紙面と垂直な方向にも全く同
様に設けられている。 【００２４】さて本実施例では、投影レンズ６を介した
ＴＴＬ方式のアライメント系の他に、ウェハ９のアライ
メント（位置合せ）のためのオフ・アクシス方式のウェ
ハアライメント系も設けられている。レーザ光源３１は
ウェハ９上の感光剤を感光させない波長のレーザ光を発
生し、そのレーザ光束は、ビームエクスパンダー３２で
平行光束に形成され、シリンドリカルレンズ３３を通っ
て、ガルバノミラー等の振動鏡３５で反射された後、集
光レンズ３６に入射して焦点３７にレーザ光束を集光す
る。振動鏡３５は微小角だけ一定の角周波数で回転振動
する。このため焦点３７に集光したレーザ光束は、紙面
と垂直な方向に単振動する。 【００２５】さて、集光レンズ３６からの振動したレー
ザ光束は、第２対物レンズ３８によって再び平行光束に
されて、ビームスプリッター３９で２つの光束に分割さ
れる。ビームスプリッター３９で反射したレーザ光束は
反射鏡４０で反射された後、ビームスプリッター４１に
入射する。ビームスプリッター４１で反射されたレーザ
光束は第１対物レンズＭＹに入射し、シリンドリカルレ
ンズ３３、第２対物レンズ３８、第１対物レンズＭＹの
作用によって、ウェハ９上にＸ方向に細長く延びた楕円
形のスポット光ＭＹＳとして結像される。 【００２６】一方、ビームスプリッター３９を透過した
レーザ光束は、ビームスプリッター４２で反射されて、
第１対物レンズＭθに入射する。これによってウェハ９
上にＸ方向に細長く延びた楕円形のスポット光ＭθＳが
結像される。第１対物レンズＭＹ、Ｍθの両光軸は、と
もに投影レンズ６の光軸と平行に配置され、その間隔は
円板状のウェハ９の直径よりも小さな所定値に定められ
ている。また、第１対物レンズＭＹ、Ｍθの両光軸を結
ぶウェハ９上の線分の方向は、Ｘ方向と一致するように
定められている。 【００２７】スポット光ＭＹＳ、ＭθＳは振動鏡３５に
よってウェハ９上をＹ方向に微小振動し、ウェハ９上に
Ｘ方向に細長く形成されたマークを照射する。そして、
スポット光ＭＹＳの照射によりそのマークから生じた散
乱光又は回折光は、第１対物レンズＭＹに逆入射してビ
ームスプリッター４１を透過した後、空間フィルター４
３に至る。空間フィルター４３は、スポット光ＭＹＳの
ウェハ９からの正反射光を遮断し、マークからの散乱光
や回折光を透過する。その散乱光や回折光は、集光レン
ズ４４によって光電検出器４５の受光面に集光される。 【００２８】同様に、スポット光ＭθＳの照射によりウ
ェハ９上のマークから生じた散乱光又は回折光は第１対
物レンズＭθに逆入射してビームスプリッター４２を透
過した後、空間フィルター４６に至る。空間フィルター
４６は空間フィルター４３と同じ作用を有し、その空間
フィルター４６を通った散乱光や回折光は集光レンズ４
７によって光電検出器４８の受光面に集光される。以上
の光電検出器４５、４８は、いずれもウェハ９上の対応
するマークからの散乱光や回折光の量に応じた光電信号
を出力する。 【００２９】尚、ビームスプリッター３９、反射鏡４０
は図１中、投影レンズ６の背後に配置され、第１対物レ
ンズＭＹ、Ｍθも、図２に示すように投影レンズ６の背
後に配置される。これは図２に示すようにステージ７上
のウェハホルダー８にウェハ９を装置の正面から矢印Ｗ
Ｌ１のように搬送する際、第１対物レンズＭＹ、Ｍθが
機械的に干渉しないようにするとともに、ウェハホルダ
ー８のウェハ載置面のクリーニング等の保守を容易にす
るためである。 【００３０】また、第１対物レンズＭＹ、ビームスプリ
ッター４１、空間フィルター４３、集光レンズ４４及び
光電検出器４５によって構成されたアライメント系を、
オフアクシス・Ｙアライメント検出系とし、第１対物レ
ンズＭθ、ビームスプリッター４２、空間フィルター４
６、集光レンズ４７及び光電検出器４８によって構成さ
れたアライメント系をオフアクシス・θアライメント検
出系とする。 【００３１】さて、本実施例では図１に示すようにレチ
クル５のアライメントのために、３つのアライメント光
学系が設けられている。レチクル５の周辺には、投影露
光の際にパターンの投影領域の周辺に投影されるような
３つの位置にレチクルアライメントマーク５２、５５、
５８が設けられている。顕微鏡対物レンズ５０ａと反射
鏡５０ｂとで構成されたレチクルアライメント光学系５
０は、レチクル５と第２コンデンサーレンズ４との間か
らレチクルアライメントマーク５２を検出する。このマ
ーク５２はレチクル５のＹ方向の位置合わせのために設
けられ、レチクルアライメント光学系５０は所定の基準
位置（検出中心）を有し、その基準位置に対するマーク
５２（すなわちレチクル５）のＹ方向のずれを検出す
る。 【００３２】顕微鏡対物レンズ５１ａと反射鏡５１ｂと
で構成されたレチクルアライメント光学系５１は、レチ
クルアライメントマーク５５を検出する。このマーク５
５はレチクル５のＹ方向の位置合せのために設けられ、
レチクルアライメント光学系５１は基準位置（検出中
心）に対するマーク５５のＹ方向のずれを検出する。ま
た顕微鏡対物レンズ５３ａと反射鏡５３ｂとで構成され
たレチクルアライメント光学系５３はレチクルアライメ
ントマーク５８を検出する。このマーク５８はレチクル
５のＸ方向の位置合せのために設けられ、レチクルアラ
イメント光学系５３は基準位置（検出中心）に対するマ
ーク５８（すなわちレチクル５）のＸ方向のずれを検出
する。 【００３３】上記３つのレチクルアライメント光学系５
０、５１、５３はマーク５２、５５、５８をそれぞれ顕
微鏡対物レンズ５０ａ、５１ａ、５３ａ、反射鏡５０
ｂ、５１ｂ、５３ｂを介して露光波長の光で同軸にレチ
クル５を照明する照明光学系を備えている。また、レチ
クルアライメント光学系５０、５１、５３はマーク５
２、５５、５８以外に、投影レンズ６を介して基準マー
ク板ＦＭに設けられたマークも検出する。 【００３４】さて、図３は上記非露光光ＴＴＬ方式のア
ライメント検出系によるスポット光ＬＹ、ＬＸ、オフア
クシス・Ｙアライメント検出系、θアライメント検出系
によるスポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、及びレチクルアライ
メント光学系５０、５１、５３の検出中心の各投影位置
の配置を、ウェハ９の表面を含む平面上で示した平面図
である。投影レンズ６の光軸が通る位置をＸＹ座標系の
原点（露光中心）Ｏと一致させるものとすると、ステー
ジ７はＸＹ座標系のＸ方向とＹ方向とに移動する。円形
の領域６０は投影レンズ６によって投影し得る最大の露
光領域を表わし、その内側の矩形状の領域６１は、ウェ
ハ９に露光されるレチクル５の矩形状のパターン露光領
域を表わす。 【００３５】そしてレチクルアライメント光学系５０、
５１の各検出中心の投影像５０Ｗ、５１Ｗは、各々Ｘ方
向に所定の微小長さを有し、ともにＸ軸上に一致して投
影される。同様にレチクルアライメント光学系５３の検
出中心の投影像５３ＷはＹ方向に所定の微小長さを有
し、Ｙ軸上に一致して投影される。しかも、その検出中
心像５０Ｗ、５１Ｗ、５３Ｗはともに矩形のパターン露
光領域６１の外側で、円形の有効露光領域６０の内側に
定められる。 【００３６】一方、非露光光ＴＴＬ方式で形成されたス
ポット光ＬＹ、ＬＸも、パターン露光領域６１の外側で
有効露光領域６０の内側に結像され、原点Ｏに対して放
射状に位置する。スポット光ＬＹの長手方向（Ｘ方向）
の中心からＹ軸までの距離はＸ1 に定められ、スポット
光ＬＸの長手方向（Ｙ方向）の中心からＸ軸までの距離
はＹ2 に定められている。また、スポット光ＬＹのＹ方
向の中心位置はＸ軸と一致していることが望ましいが、
Ｘ軸に対するＹ方向の距離ＹＬＹが予め正確に検出され
ていればよい。スポット光ＬＸのＸ方向の中心位置もＹ
軸と一致していることが望ましいが、Ｙ軸に対するＸ方
向の距離ＸＬＸが予め正確に検出されていればよい。 【００３７】さて、オフアクシス・Ｙアライメント検出
系の第１対物レンズＭＹとθアライメント検出系の第１
対物レンズＭθとの各々で結像されたスポット光ＭＹ
Ｓ、ＭθＳは、いずれもＸ軸から距離Ｙ1 の位置に形成
され、スポット光ＭＹＳの長手方向（Ｘ方向）の中心と
スポット光ＭθＳの長手方向（Ｘ方向）の中心との間隔
はｌに定められている。本実施例では、さらにスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳのＸ方向の中心がともにＹ軸から等し
い距離、すなわちＹ軸に関して左右対称にあるものとす
る。 【００３８】またステージ７上の基準マーク板ＦＭは、
ガラス基板上にクロム層で所定のパターン（マーク）を
凹凸により形成したものである。基準マーク板ＦＭに
は、微小線要素をＹ方向に規則的に配列した格子状の基
準マークＦＭＸと、微小線要素をＸ方向に規則的に配列
した格子状の基準マークＦＭＹとが設けられている。こ
の基準マークＦＭＹが、スポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、又
はスポット光ＬＹにより照射されると、格子のピッチや
レーザ光の波長に応じた回折光が生じ、またスポット光
ＬＸが基準マークＦＭＸを照射すると同様の回折光が生
じる。尚、スポット光ＭＹＳ、ＭθＳはＹ方向に微小振
動しているが、その振幅はスポットサイズの幅と同程度
に定められる。 【００３９】また、オフアクシス方式のウェハアライメ
ント系（Ｙアライメント光学系、θアライメント光学
系）は、装置の基準位置に対するウェハ９のＹ方向の位
置ずれと回転ずれとを検出するものであり、非露光光Ｔ
ＴＬ方式（オンアクシス方式）のアライメント系は、装
置の所定の基準位置、すなわちパターン露光領域６１あ
るいは有効露光領域６０に対するスポット光ＬＸ、ＬＹ
の位置から、ウェハ９上の露光すべき領域がＸ方向、Ｙ
方向にどれだけずれているかを検出するものである。そ
こでＴＴＬ方式のアライメント系は、以後レーザ・ステ
ップ・アライメント（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ）検出系ＬＳＡとし、スポット光ＬＸを使う
アライメント系をＸ−ＬＳＡ検出系と呼び、スポット光
をＬＹを使うアライメント系をＹ−ＬＳＡ検出系と呼ぶ
ことにする。 【００４０】ところでそのＸ−ＬＳＡ検出系、Ｙ−ＬＳ
Ａ検出系においては、感光剤を感光しないような露光波
長とは異なる波長のレーザ光束が投影レンズ６を通る。
一般にこの種の投影レンズは露光波長の光に対して色収
差の補正がなされている。このため露光波長と異なる波
長の光を使った場合、露光波長の光でレチクル５のパタ
ーン像をウェハ９上に投影したときに得られるレチクル
５のパターン面とウェハ９の表面との共役関係は大きく
ずれてしまう。 【００４１】そこで本実施例では、光源１からの露光波
長の光をレチクル５に照射したときに得られる投影レン
ズ６の結像面と同一面内にスポット光ＬＸ、ＬＹが結像
するように、反射鏡１７、１９によってレーザ光束のレ
チクル５側の光路長を調整している。また、スポット光
ＬＹ、ＬＸ、ＭＹＳ、ＭθＳの各結像面はともに同一平
面上になるように定められ、しかもその平面は、露光波
長の照明光でレチクル５を照明した際、投影レンズ６が
レチクル５のパターン像を結像する面と一致するように
定められている。 【００４２】さて、図４はスポット光ＬＹと基準マーク
ＦＭＹとの関係を示し、図５はＹ−ＬＳＡ検出系の空間
フィルター２３の形状を示す平面図である。図４におい
て、ステージ７をＹ方向に移動させて、基準マークＦＭ
Ｙがスポット光ＬＹを走査すると、基準マークＦＭＹか
らは正反射光（０次回折光）の他に、１次、２次…の回
折光が格子の配列方向に生じる。図５に示すように円板
状の空間フィルター２３には中央部分に帯状の遮光部２
３ａが形成され、その上下に光透過部２３ｂが形成され
ている。 【００４３】遮光部２３ａは、スポット光ＬＹの照射に
よる基準マーク板ＦＭあるいはウェハ９からの正反射光
ＬＹｄを遮断する。基準マークＦＭＹから生じる回折光
のうち１次回折光±Ｌ１と、２次回折光±Ｌ２とが透過
部２３ｂを透過する。本実施例では、Ｘ−ＬＳＡ検出系
の空間フィルターやＹアライメント検出系、θアライメ
ント検出系の空間フィルター４３、４６についても全く
同様に構成される。またウェハ９上には、基準マークＦ
ＭＹ、ＦＭＸと同様の回折格子状のマークが凹凸で形成
され、各スポット光ＬＹ、ＬＸ、ＭＹＳ、ＭθＳがその
マークを照射した際、同様の回折光が発生する。 【００４４】図６は装置全体を制御する制御系の回路ブ
ロック図である。全体の動作やシーケンスは、マイクロ
・コンピュータ（以下ＣＰＵと呼ぶ）１００によって統
括制御される。ＣＰＵ１００からの情報はインターフェ
イス回路（以下、ＩＦと呼ぶ）１０１を介して各種周辺
装置（周辺回路）に出力される。また周辺回路や装置か
らの検出情報もＩＦ１０１を介してＣＰＵ１００に読み
込まれる。 【００４５】さてステージ７は、モータ等を用いたＸ方
向駆動手段（以下、Ｘ−ＡＣＴと呼ぶ）１０２とＹ方向
駆動手段（以下、Ｙ−ＡＣＴと呼ぶ）によって２次元的
に移動される。その移動量はＩＦ１０１を介してＣＰＵ
１００から指令される。ステージ７の位置はレーザ干渉
計１０とレーザ干渉計１０４によって座標値として検出
されるが、レーザ干渉計１０、１０４からはそれぞれス
テージ７の単位移動量、例えば０．０２μｍ毎にパルス
信号ＸP 、ＹP が発生する。このパルス信号ＸP 、ＹP
はそれぞれＩＦ１０１内に設けられたデジタルカウンタ
で移動方向に応じて加算又は減算計数される。そこでＣ
ＰＵ１００はこのカウンタの計数値を読み込んでステー
ジ７の座標値（２次元的な位置）を検出する。 【００４６】またステージ７上のウェハホルダー８は、
回転駆動手段（以下、θ−ＡＣＴと呼ぶ）１０５によっ
てステージ７に対して回転すると共に、上下動手段（以
下、Ｚ−ＡＣＴと呼ぶ）１０６によってステージ７のＸ
Ｙ方向の移動平面と垂直な方向（上下方向）に移動す
る。尚、基準マーク板ＦＭもウェハホルダー８と共に上
下動する。 【００４７】レチクルアライメント系（以下、Ｒ−ＡＬ
Ｇと呼ぶ）１０７は、図１に示したレチクルアライメン
トマーク５２、５５、５８をレチクルアライメント光学
系５０、５１、５３を介して光電検出する手段（光電顕
微鏡やテレビカメラ等）と、その光電信号に基づいて所
定の検出中心に対するレチクルアライメントマーク５
２、５５、５８の変位を検出して、その変位が零又は所
定値になるようにレチクル５を保持する不図示のレチク
ルホルダを駆動する手段とを含んでいる。このＲ−ＡＬ
Ｇ１０７の動作によって、レチクル５は例えば投影レン
ズ６の光軸がレチクル５の中心を通るように装置に対し
て位置決めされる。 【００４８】焦点検出手段（以下、ＡＦＤと呼ぶ）１０
８はウェハ９と投影レンズ６の間隔、又は基準マーク板
ＦＭと投影レンズ６の間隔を検出して、投影レンズ６の
焦点ずれ、すなわち投影レンズ６の結像面とウェハ９の
表面（又は基準マーク板ＦＭの表面）との光軸方向のず
れを検出するものである。このＡＦＤ１０８としては、
ウェハ９の表面に斜めに光束を照射してそこからの反射
光がどの方向に生じるかを検出する斜入射光方式による
もの、又はウェハ９にエアを吹きつけてそのエアの背圧
の変化から検出する方式によるもの等が利用できる。そ
して検出された焦点ずれの量に応じてＺ−ＡＣＴ１０６
を駆動することによってレチクルＲのパターン像がウェ
ハ９上に合焦状態で投影される。尚、このＺ−ＡＣＴ１
０６とＡＦＤ１０８とによって自動焦点調整手段が構成
される。 【００４９】ＬＳＡ処理回路１０９は、図１に示したＹ
−ＬＳＡ検出系の光電検出器２５とＸ−ＬＳＡ検出系の
光電検出器との両光電信号を入力して、ＣＰＵ１００と
協働してウェハ９上の位置合せ用のマーク又は基準マー
ク板ＦＭの基準マークＦＭＸ、ＦＭＹとスポット光Ｌ
Ｘ、ＬＹとの位置ずれを検出する。また図１に示したオ
フアクシス方式のＹアライメント検出系とθアライメン
ト検出系の各光電検出器４５、４８からの光電信号は、
ウェハアライメント処理回路（以下ＷＡＤと呼ぶ）１１
０によって処理され、ウェハ９上のマークとスポット光
ＭＹＳ、ＭθＳとのＹ方向の変位を検出する。 【００５０】さて図７は、そのＷＡＤ１１０の具体的な
回路構成を示す回路ブロック図である。Ｙアライメント
検出系の光電検出器４５からの光電信号はアンプ１２０
を介して位相同期検波回路（以下、ＰＳＤとする）１２
１に入力する。発振器１２２は所定の周波数でスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳを振動させるための発振信号を駆動部
１２３に出力し、駆動部１２３はその発振信号の周波数
で図１に示した振動ミラー３５を単振動させる。そのＰ
ＳＤ１２１は、発振器１２２からの発振信号によってア
ンプ１２０からの光電信号を同期検波（同期整流）して
検波信号ＳＳＹを出力する。 【００５１】この検波信号ＳＳＹは、図８に示すように
スポット光ＭＹＳの振動中心に対するマーク位置の偏差
（アライメント偏差）に応じた、いわゆるＳカーブ信号
となる。検波信号ＳＳＹが正極性のときは、スポット光
ＭＹＳの振動中心に対してマークが一方に変位してお
り、負極性のときは他方に変位しており、そして検波信
号ＳＳＹが零のときは、スポット光ＭＹＳの振動中心と
マークの中心とが一致したことを表わす。 【００５２】そこで図７中のコンパレータ１２６は、図
８に示すように検波信号ＳＳＹが零になったとき信号１
２６ａを出力すると共に、検波信号ＳＳＹが正極性のと
き論理値「Ｈ」になり、負極性のとき論理値「Ｌ」にな
る信号１２６ｂを出力する。ただし、検波信号ＳＳＹが
零になったか否かを正確に検出するのは検波信号ＳＳＹ
のノイズ等により難しいので、ウインドコンパレータ等
を使って検波信号ＳＳＹのレベルが零を含む所定範囲内
になったときに信号１２６ａを発生するように構成す
る。 【００５３】オフアクシス方式のθアライメント検出系
についても全く同様に構成され、光電検出器４８からの
光電信号はアンプ１２４で増幅されてＰＳＤ１２５に入
力し、ＰＳＤ１２５はその光電信号を発振器１２２から
の発振信号で同期検波して検波信号（Ｓカーブ信号）Ｓ
Ｓθを出力する。コンパレータ１２７は検波信号ＳＳθ
をデジタル化し、検波信号ＳＳθが零になったことを表
わす信号１２７ａと、スポット光ＭθＳの振動中心に対
するマークのずれの方向を表わす信号１２７ｂとを出力
する。 【００５４】尚、図７中で検波信号ＳＳθを入力する駆
動部１２８は、図１のθアライメント検出系中でハーフ
ミラー３９とハーフミラー４２との間の平行光路中に配
置された平行平面ガラス（プレーンパラレル）１２９を
所定角度だけ回転するものである。このプレーンパラレ
ル１２９の回転によって、これを通るレーザ光束の光軸
がシフトされ、スポット光ＭθＳの振動中心がＹ方向に
微小量だけ変位する。この駆動部１２８とプレーンパラ
レル１２９は本質的には不必要であるが、長期的なドリ
フトを考慮してスポット光ＭＹＳとＭθＳの平行出し、
すなわちスポット光ＭＹＳの振動中心の位置とスポット
光ＭθＳの振動中心の位置とを結ぶ線分が、図３のよう
にＹ軸と平行になるように調整するために設けられてい
る。 【００５５】さて図９は、ＬＳＡ処理回路１０９の具体
的な構成を示す回路ブロック図を示し、ここではＹ−Ｌ
ＳＡ検出系の光電検出器２５に対応したＸ−ＬＳＡ検出
系側の光電検出器を光電検出器１３０とする。その光電
検出器１３０は、ウェハ９上のＸ方向の位置合せ用マー
クまたは基準マークＦＭＸからの回折光を投影レンズ６
を介して受光する。その光電信号はアンプ１３１で増幅
されてアナログ−デジタル変換器（以下ＡＤＣとする）
１３２に入力する。ＡＤＣ１３２はレーザ干渉計１０か
らのパルス信号ＸP の各パルスに応答してその光電信号
をサンプリングし、光電信号の大きさに相当するデジタ
ルデータに変換する。このデジタルデータは、パルス信
号ＸP の各パルスに応答して順次アクセス番地が更新さ
れるランダム・アクセス・メモリ（以下ＲＡＭとする）
１３３に記憶される。このＲＡＭ１３３の記憶開始や停
止はＣＰＵ１００からの信号Ｓ1 によって制御される。 【００５６】一方Ｙ−ＬＳＡ検出系についても同様であ
り、光電検出器２５の光電信号はアンプ１３４で増幅さ
れ、ＡＤＣ１３５によってデジタルデータに変換された
後、ＲＡＭ１３６に記憶される。ＡＤＣ１３５はレーザ
干渉計１０４からのパルス信号ＹP の各パルスに応答し
てその光電信号をサンプリングし、ＲＡＭ１３６はその
サンプリングされたデジタルデータをパルス信号ＹP に
応答して更新される番地に順次記憶する。このＲＡＭ１
３６の記憶開始及び停止の制御はＣＰＵ１００からの信
号Ｓ2 によって行なわれる。 【００５７】このようにＲＡＭ１３３、１３６には、マ
ークからの回折光の強度分布をステージ７の単位移動量
（例えば０．０２μｍ）毎の位置に応じてサンプリング
したデータが記憶される。この記憶されたデータ群はデ
ータＤＸ、ＤＹとしてＣＰＵ１００に読み込まれ、マー
クの位置を求めるために使われる。次に、ウェハ９の位
置決め動作について図１０のフローチャート図に基づい
て説明する。まず、ステップ２００のウェハローディン
グでウェハ９をウェハホルダ８に粗く位置決めして載置
する。これは不図示のプリアライメント装置によってウ
ェハ９の直線的な切欠き（フラット）を用いて行なわれ
る。 【００５８】ウェハホルダ８に載置されたウェハ９に
は、アライメント用のマークと例えば第１層目の回路パ
ターンとが形成されている。そのウェハ９の様子を図１
１に示す。ウェハ９上には第１層目の回路パターンが形
成された矩形状の被露光領域（チップ領域、ショット領
域）Ｃ1 、Ｃ2 …、Ｃ14がマトリックス状に整列してい
る。各被露光領域Ｃn は縮小投影型露光装置による１回
の露光で転写されたものであり、各被露光領域Ｃn の周
辺（例えばスクライブライン上）には４つの位置合せ用
マークが同時に形成される。 【００５９】例えば被露光領域Ｃ1 の周辺にはその中心
Ｐ1 から放射状に互いに直交する方向に伸びたマークＳ
Ｙ1 、マークＳＸ1 と、同一直線上に所定間隔で配列し
た２つのマークＧＹ1 、Ｇθ1 とが設けられている。こ
れらマークは全て基準マークＦＭＹ、ＦＭＸと同様に細
長い楕円形のスポット光の照射により回折光を発生する
ような格子状のパターンである。 【００６０】さらにこれらマークの具体的な配置を述べ
ると、ウェハ９をウェハホルダ８に載置したとき、ウェ
ハ９のフラットＦの方向はステージ７の移動座標系ＸＹ
のＸ方向と一致するので、マークＳＹ1 、Ｇθ1 、ＧＹ
1 は図１１のようにＸ方向に伸び、マークＳＸ1 はＹ方
向に伸びた格子状パターンとする。そして、このウェハ
９上の互いに離れた２ケ所の被露光領域Ｃ7 、Ｃ10周辺
に設けられたマークＧＹ7 とマークＧθ10とはウェハ９
の回転ずれ補正のために使われる。このマークＧＹ7 と
Ｇθ10とを結ぶ線分ｌ2 はフラットＦ及び座標系ＸＹの
Ｘ軸と平行になる。 【００６１】さらにマークＧＹ7 とマークＧθ10の間隔
はオフ・アクシス方式のアライメント検出系による２つ
のスポット光ＭＹＳとＭθＳの間隔ｌと等しくなるよう
に予め設定されている。またマークＳＹ、ＳＸはＴＴＬ
方式のＬＳＡ検出系によって検出されるものであり、各
被露光領域についてレチクル５とアライメントする際は
必らず必要であるが、マークＧＹ、Ｇθについてはマー
クＧＹ7 とＧθ10以外は必らずしも必要ではない。例え
ば図１１に示すような第１層目の回路パターン転写を縮
小投影型露光装置ではなく一括露光方式の露光装置で行
なう場合は、一括露光用のフォトマスクに各被露光領域
Ｃ毎のマークＳＹ、ＳＸに対応したマスクパターンと、
間隔ｌだけ離れたマークＧＹ7 、Ｇθ10に対応したマス
クパターンとを形成しておけばよい。 【００６２】さてウェハローディングが完了したところ
で、図１０のステップ２０１において、ＣＰＵ１００は
基準マーク板ＦＭが投影レンズ６の直下に位置するよう
にステージ７の位置決めを行なった後、ＡＦＤ１０８と
Ｚ−ＡＣＴ１０６によって基準マーク板ＦＭに対して自
動焦点調整を行なう。このとき図３に示したように、ス
ポット光ＬＹのＸ軸からの距離ＹＬＹとスポット光ＬＸ
のＹ軸からの距離ＸＬＸとを計測する。 【００６３】尚、この段階でレチクル５は、レチクルア
ライメント光学系５０、５１、５３とＲ−ＬＡＧ１０７
によって位置決めされているものとする。まずレチクル
アライメント光学系５０によって、基準マークＦＭＹの
投影レンズ６による逆投影像とレチクル５のマーク５５
とが所定の位置関係に整列して観察されるようにステー
ジ７を移動する。そしてレチクルアライメント光学系５
０による検出中心５０Ｗと基準マークＦＭＹとを一致さ
せる。そしてＣＰＵ１００はこのときのステージ７のＹ
方向の位置ＹＲ１をレーザ干渉計１０４から読み取って
記憶する。 【００６４】次にＣＰＵ１００は、Ｙ−ＬＳＡ検出系に
よるスポット光ＬＹが基準マークＦＭＹをＹ方向に走査
するようにステージ７を移動させる。この際、スポット
光ＬＹと基準マークＦＭＹとはまず図４に示すような位
置に整列され、その位置から一定距離だけステージ７が
Ｙ方向に移動する。そこでＣＰＵ１００はレーザ干渉計
１０４からその位置をスタート位置ＹＳとして読み取り
記憶する。そしてＣＰＵ１００はＬＳＡ処理回路１０９
に信号Ｓ2 を出力した後、ステージ７をストップ位置Ｙ
ｅまで一定距離だけＹ方向に移動させる。 【００６５】この移動に伴って、レーザ干渉計１０４か
らのパルス信号ＹＰに応答して図９に示すように光電検
出器２５の光電信号がＡＤＣ１３５でサンプリングさ
れ、ＲＡＭ１３６には基準マークＦＭＹからの回折光の
光強分布に応じたデータ群が順次記憶される。この様子
を図１２に示す。図１２で縦軸はサンプリングされたデ
ータＤＹの大きさを表わし、横軸はＹ方向の位置を表わ
し、波形６５は位置ＹＳからＹｅの間で生じた回折光の
強度分布を表わす。 【００６６】さてステージ７が位置Ｙｅまで走査して停
止すると、ＣＰＵ１００はＲＡＭ１３６からデータＤＹ
を読み込み、所定の基準レベル６６よりも大きくなるデ
ータのＲＡＭ１３６上の番地区間ＡＤ１〜ＡＤ２を検出
する。ＲＡＭ１３６の１番地はパルス信号ＹＰの１パル
ス、すなわちステージ７のＹ方向の０．０２μｍの移動
量に対応している。そこでＣＰＵ１００は番地区間ＡＤ
１〜ＡＤ２の間で最大となるデータの番地ＡＤＰを求
め、位置ＹＳに対応したＲＡＭ１３６の番地ＡＤＳと番
地ＡＤＰの差（ＡＤＰ−ＡＤＳ）を演算し、この差値に
パルス信号ＹＰの１パルス間隔の値Ｐ（０．０２μｍ）
を乗算し、位置ＹＳから波形６５の最大値が得られるま
での距離を求める。 【００６７】そして最後にＣＰＵ１００は先に記憶した
位置ＹＳとその距離を加算して、波形６５が最大値にな
るＹ方向の位置ＹＲ２を基準マークＦＭＹの位置として
求める。従って、レーザ干渉計１０４で読み取ったステ
ージ７のＹ方向の位置が位置ＹＲ２になるようにステー
ジ７を位置Ｙｅから戻せば、スポット光ＬＹと基準マー
クＦＭＹとは正確に一致することになる。 【００６８】以上のようにして基準マークＦＭＹとスポ
ット光ＬＹとが一致する位置ＹＲ２が求められたので、
ＣＰＵ１００は先に記憶した位置ＹＲ１とその位置ＹＲ
２との差を演算して距離ＹＬＹ（図３参照）を求める。
尚、マークの大きさとスポットサイズによって波形６５
の最大値がピークとならずに連続した一定値になるよう
な場合、すなわち波形６５が矩形波状になる場合は、基
準レベル６６を横切る番地ＡＤ１と番地ＡＤ２との中心
番地をＡＤＰとすれば、スポット光ＬＹのＹ方向の中心
と基準マークＦＭＹのＹ方向の中心とが一致したときの
ステージ７の位置が求められる。 【００６９】一方、Ｘ−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＸ
についても図３に示すようにＹ軸からの距離ＸＬＸを計
測する。この場合も、レチクルアライメント光学系５３
による検出中心５３Ｗと基準マークＦＭＸとが一致した
ときのＸ方向の位置ＸＲ１を検出した後、スポット光Ｌ
Ｘが基準マークＦＭＸをＸ方向に一定距離だけ走査する
ようにステージ７を移動させる。そして、図９のＡＤＣ
１３２とＲＡＭ１３３によって基準マークＦＭＸからの
回折光の強度分布を抽出して先と同様の演算によって、
基準マークＦＭＸとスポット光ＬＸとが一致するような
Ｘ方向の位置ＸＲ２を検出し、ＸＬＸ＝ＸＲ１−ＸＲ２
の演算によって距離ＸＬＸを求める。 【００７０】さて、以上のようにして図１０のステップ
２０１が終了するので、ＣＰＵ１００はステージ７を移
動させてウェハ９の自動焦点調整を行なった後、ステッ
プ２０２のウェハθアライメントを実行する。このステ
ップ２０２で、ＣＰＵ１００はまず、ウェハ９上のマー
クＧＹ7 がＹアライメント検出系のスポット光ＭＹＳと
概ね整列し、マークＧθ10がθアライメント検出系のス
ポット光ＭθＳと概ね整列するようにステージ７の位置
決めを行なう。この位置決めは、基準マーク板ＦＭとウ
ェハ９の距離が予めわかっていること、ウェハ９の全体
に対するマークＧＹ7 、Ｇθ10（線分ｌ2 ）の位置が予
めわかっていること、そして投影レンズ６の露光中心Ｏ
（図３中の原点Ｏ）からスポット光ＭＹＳ、ＭθＳまで
の距離が予めわかっていることによって容易に所定の精
度内で実施できる。 【００７１】ただし、ウェハ９のプリアライメント誤差
はそのまま残るので、スポット光ＭＹＳとＭθＳはその
誤差分だけ各々マークＧＹ7 とマークＧθ10からずれて
いる。その時の様子を図１３に示す。図１３はスポット
光ＭＹＳ、ＭθＳとマークＧＹ7 、Ｇθ10の配置を模式
的に表わした平面図である。図１３のように線分ｌ2、
すなわちウェハ９はスポット光ＭＹＳ、ＭθＳを結ぶ線
分に対してＹ方向のずれと回転ずれとを伴っている。も
ちろんＸ方向のずれもあるが、スポット光ＭＹＳ、Ｍθ
Ｓ及びマークＧＹ7 、Ｇθ10がＸ方向に細長いのでここ
ではそのことが問題にならないものとする。 【００７２】さてステージ７が図１３のように位置決め
された後、ＣＰＵ１００はステージ７をＹ方向に微動さ
せて、図７に示したＷＡＤ１１０からの信号１２６ｂ又
は信号１２７ｂの論理値によってステージ７の移動方向
を判断し、信号１２６ａ、信号１２７ａが論理値「Ｈ」
になったときにそれぞれステージ７のＹ方向の位置を検
出した後、ステージ７の移動を停止する。マークＧＹ7
とスポット光ＭＹＳとが重なったときのＹ方向の位置
と、マークＧθ10とスポット光ＭθＳとが重なったとき
のＹ方向の位置とに差があれば、それはウェハ９が回転
していることを意味するものであり、その差の極性（正
か負か）はウェハ９の回転方向を表わすものである。そ
こでＣＰＵ１００はまずウェハ９の回転方向を検出す
る。例えば図１３ではウェハ９は反時計方向に回転して
いる。 【００７３】次にＣＰＵ１００はＷＡＤ１１０からの信
号１２６ａが論理値「Ｈ」になるまでステージ７をＹ方
向に戻す。これによって、マークＧＹ7 のＹ方向の中心
と、スポット光ＭＹＳの振動中心とはコンパレータ１２
６のウィンド幅で決まる精度内に位置合せされる。これ
が終了するとＣＰＵ１００はＰＳＤ１２１からの検波信
号ＳＳＹを入力して、そのアナログレベルが零になるよ
うにＹ−ＡＣＴ１０３をサーボ制御（フィードバック制
御）に切替える。 【００７４】これによってマークＧＹ7 のＹ方向の中心
とスポット光ＭＹＳの振動中心とが正確に一致し、サー
ボ制御によってその状態が維持される。その後ＣＰＵ１
００は先に検出したウェハ９の回転方向と逆方向にウェ
ハホルダ８を回転させるようにθ−ＡＣＴ１０５を駆動
する。このとき、ＣＰＵ１００はＷＡＤ１１０のＰＳＤ
１２５からの検波信号ＳＳθが零になるようにθ−ＡＣ
Ｔ１０５をサーボ制御する。 【００７５】以上の動作によりマークＧＹ7 の中心とス
ポット光ＭＹＳの振動中心とが一致し、マークＧθ10の
中心とスポット光ＭθＳの振動中心とが一致し、ウェハ
９の回転ずれが補正されると共にウェハ９のＹ方向の位
置が規定される。そしてＣＰＵ１００は図１０のステッ
プ２０３でステージ７のＹ方向の位置をレーザ干渉計１
０４から読み取って記憶（セット）する。これによっ
て、ウェハ９全体のスポット光ＭＹＳ、ＭθＳ、換言す
れば露光中心Ｏに対するＹ方向の基準位置ＹＧが決定さ
れたことになる。 【００７６】次にＣＰＵ１００は、ステップ２０４のス
テージファーストポジションでウェハ９上の第１番目に
露光すべき領域、例えば図１１中の被露光領域Ｃ1 が投
影レンズ６の有効露光領域６０内に位置決めされるよう
にステージ７を移動させる。図１１に示すように、ウェ
ハ９内の各被露光領域Ｃの位置は第１層目のパターン形
成時に定まっており、マークＧＹ7 、Ｇθ10に対する被
露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 の位置もわかっている。 【００７７】そこで中心Ｐ1 を基準としたマークＧＹ7
、Ｇθ10（線分ｌ2)のＹ方向の距離をＹＰ1 とする
と、ステージ７のＹ方向の位置が、式（１）、 Ｙ＝ＹＧ＋Ｙ1 −ＹＰ1 ……（１） を満すように位置決めすれば、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ
1 のＹ方向の位置と投影レンズ６の露光中心ＯのＹ方向
の位置とは一致する。もちろんＸ方向についても中心Ｐ
1 に対するマークＧＹ7 とマークＧθ10のＸ方向の位置
が予めわかっているので概ね位置合せされる。 【００７８】次に図１０のステップ２０５のＸ−ＬＳＡ
サーチで、被露光領域Ｃ1 に付随したマークＳＸ1 をＸ
−ＬＳＡ検出系で検出してマークＳＸ1 のＸ方向の位置
を計測する。この動作を図１４を参照して説明する。図
１４は投影レンズ６の有効露光領域６０内のスポット光
ＬＸ、ＬＹとウェハ９との配置を示す平面図である。露
光中心Ｏと被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 とのＹ方向の位置
は正確に一致しているので、ウェハ９を自動焦点調整で
投影レンズ６の結像面に合わせた後、図１４のようにス
ポット光ＬＸとマークＳＸ1 とがＸ方向に配列するよう
にステージ７をＹ方向に移動させる。 【００７９】具体的には、露光中心Ｏからスポット光Ｌ
Ｘまでの距離Ｙ２と、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 からマ
ークＳＸ1 までの距離（設計上予め定まった値である）
との差分だけステージ７をＹ方向に移動する。その後、
ステージ７のＹ方向の位置を変えずにステージ７をＸ方
向に一定距離だけ移動する。その移動量はマークＳＸ1
を含んでウェハ９のプリアライメント精度で決まるＸ方
向のずれ量よりも十分大きな値に定められている。そし
て、この移動の間、ＣＰＵ１００は図９に示したＬＳＡ
処理回路１０９のＡＤＣ１３２とＲＡＭ１３３を制御し
て、マークＳＸ1 から生じる回折光のＸ方向に関する光
強度分布を抽出する。 【００８０】その後、ＣＰＵ１００は図１２に示した演
算と同様の演算を行ない、スポット光ＬＸのＸ方向の中
心とマークＳＸ1 のＸ方向の中心とが一致したときのス
テージ７のＸ方向の位置を求め、その位置を位置ＸＣ１
として記憶する。この位置ＸＣ１を求めることは、ウェ
ハ９全体のＸ方向の位置を露光中心Ｏに対して規定した
ことを意味するものであり、これによってウェハ９のＸ
方向のグローバルアライメント（ウェハ９の全体的な位
置合せ）が完了したことになる。 【００８１】次にＣＰＵ１００は、図１０のステップ２
０６でＹ−ＬＳＡサーチ動作を実行する。これは図１５
に示すように、スポット光ＬＹとマークＳＹ1 とがＹ方
向に整列するようにステージ７を位置決めした後、ステ
ージ７をＹ方向に一定距離だけ移動させ、マークＳＹ1
のＹ方向の中心とスポット光ＬＹのＹ方向の中心とが一
致したときのステージ７のＹ方向位置を求めるものであ
る。ＣＰＵ１００はその位置をＬＳＡ処理回路１０９の
ＡＤＣ１３５、ＲＡＭ１３６で抽出したマークＳＹ1 の
回折光強度分布から求め、位置ＹＣ１として記憶する。 【００８２】さて次にＣＰＵ１００は、ステップ２０７
のファイン・アライメントで今求めた位置ＸＣ１、ＹＣ
１と、先に求めたスポット光ＬＸ、ＬＹの座標軸Ｘ、Ｙ
からの距離ＸＬＸ、ＹＬＹ（ベースライン値）とに基づ
いて、被露光領域Ｃ1 とレチクル５の投影像とを精密に
位置合せする。具体的には、ステージ７の位置を読み取
るレーザ干渉計１０、１０４の計測値が以下の式
（２）、（３） Ｘ＝ＸＣ１−ＸＬＸ ……（２） Ｙ＝ＹＣ１−ＹＬＹ ……（３） で決まる値に一致するようにステージ７を２次元移動さ
せる。これによって、被露光領域Ｃ1 の中心Ｐ1 と露光
中心Ｏとが正確に一致して精密な位置決めが完了する。
この時点でＣＰＵ１００は図１に示したシャッター３を
所定時間だけ開き、レチクル５の回路パターン像をウェ
ハ９の被露光領域Ｃ1 に重ねて露光（プリント）する。 【００８３】次にＣＰＵ１００はステップ２０８で、ウ
ェハ９上にＮ回露光を繰り返したか否かを判断する。こ
こでは１番目の被露光領域Ｃ1 を露光しただけなので、
ＣＰＵ１００は次のステップ２０９でステージ７のステ
ッピングを行なう。このステッピングによって次に図１
１に示した被露光領域Ｃ2 を露光するものとする。従っ
てＣＰＵ１００はステージ７をＸ方向に一定ピッチ、す
なわち被露光領域Ｃ1とＣ2 の間隔分だけ位置ＸＣ１、
ＹＣ１から移動させる。その後ＣＰＵ１００は再びステ
ップ２０５のＸ−ＬＳＡサーチから同様の動作を繰り返
し実行する。 【００８４】以上のようにして、スポット光ＬＸ、ＬＹ
によってステッピングのたびに各被露光領域Ｃ毎のアラ
イメント、いわゆるステップアライメントを行なって露
光することをＮ回繰り返すと、ステップ２０８からステ
ップ２１０に進み、ステージ７に載置された露光済みの
ウェハ９が搬出（アンローディング）され、次のウェハ
のプリントのために、ステップ２００から同様の動作が
実行される。 【００８５】上記実施例において、ＴＴＬ方式で検出す
るためのマークＳＸ、ＳＹは、被露光領域Ｃの中心Ｐで
交わる直交した２本の線上にそれぞれ設けるようにした
が、必らずしもその必要はない。例えば図１６に示すよ
うに、マークＳＸ、ＳＹをそれぞれ２本の直交した線ｅ
1 、ｅ2 （交点は中心Ｐと一致する）に対して所定のオ
フセット値を持って配置してもよい。ここで線ｅ1 がＸ
軸と平行で、線ｅ2 がＹ軸と平行であるとすると、Ｙ方
向に伸びたマークＳＸは線ｅ2 に対してΔＸのオフセッ
ト量だけずれて形成され、Ｘ方向に伸びたマークＳＹは
線ｅ1 に対してΔＹのオフセット量だけずれて形成され
ている。このΔＸ、ΔＹは設計上予め定まった値であ
る。 【００８６】そこでこのような場合は、図１０のステッ
プ２０７でファイン・アライメントを行なう際、式
（２）、（３）の代りに以下の式（２)'、（３)' Ｘ＝ＸＣｉ−ＸＬＸ−ΔＸ ……（２)' Ｙ＝ＹＣｉ−ＹＬＸ−ΔＹ ……（３)' （ただしｉは被露光領域の番号（１、２…Ｎ）を表わ
す） を用いて、ステージ７の位置決めを行なえばまったく同
様に被露光領域Ｃとレチクル５の投影像とは精密に重ね
合される。 【００８７】また上記実施例において、非露光光ＴＴＬ
方式によるステップ・アライメントは各被露光領域Ｃに
対して全て行なうものとしたが、これはウェハ９の伸縮
による被露光領域の配列誤差の影響を取り除き、各被露
光領域毎に投影像との精密な位置合せを行なうためであ
る。しかしながらウェハ９の伸縮がほとんどないと見な
せるか、又は伸縮があったとしてもその量が予め求めら
れている場合には、ＴＴＬ方式によるステップ・アライ
メントを１番目の被露光領域Ｃ1 についてのみ行ない、
あとの被露光領域については不要としてもよい。 【００８８】具体的には図１０のフローチャート図中
で、ステップ２０５、２０６を被露光領域Ｃ1 だけに対
して実行するように変更する。そしてマークＳＸ1 とマ
ークＳＹ1 の各位置ＸＣ１、ＹＣ１に基づいて順次ステ
ッピングを繰り返し露光を行なうが、伸縮量が求められ
ているときは、その量に応じてステッピングのピッチを
少しずつ補正するようにする。 【００８９】またウェハの伸縮量が小さい場合は、ウェ
ハの全面をいくつかのブロック、例えば４つのブロック
に分け、各ブロック内の特定の被露光領域についてＴＴ
Ｌ方式によるステップ・アライメントを行なうようにし
てもよい。すなわち、ウェハ上のブロック数と等しい数
の被露光領域についてはステップ２０５、２０６、２０
７による位置合せ（アライメント）を行ない、その他の
被露光領域についてはステップ２０９のステッピングだ
けで位置決めする。このような位置合せ方法は、いわゆ
るブロック・アライメントと呼ばれるもので、ウェハ上
のいくつかの被露光領域についてはＴＴＬ方式のアライ
メントを行ない、他の被露光領域はステージ７のステッ
ピングだけで位置決めするので、１枚のウェハの処理時
間が短縮されるとともに、ウェハの伸縮によるアライメ
ント誤差も取り除けるという利点がある。 【００９０】以上、本実施例においてはＴＴＬ方式のＸ
−ＬＳＡ検出系とＹ−ＬＳＡ検出系によってウェハ９上
のマークの位置を検出する際、スポット光ＬＸ、ＬＹが
マークＳＸ、ＳＹと一致するようにステージ７を位置決
めして停止させる必要がなく、単に各スポット光とマー
クを走査してマークの位置さえ検出すればよいので、Ｔ
ＴＬ方式のアライメント自体が高速になるという利点が
ある。 【００９１】またＬＳＡ検出系は、感光剤を感光させな
い波長のレーザ光のスポットを格子状のマークに照射
し、そのマークから特定の方向に生じる回折光を検出し
ているのでマークの検出感度が高い。さらにそのスポッ
ト光ＬＸ、ＬＹは露光中心Ｏに対して所定の位置に静止
しており、回折光の検出系にも振動スリットや可動鏡等
の可動部がないので長期的な安定性が良く、構造が簡単
であり、かつ製造、調整が容易であるという利点もあ
る。 【００９２】次に本発明の実施例による他の位置合せ動
作について図１７のフローチャート図と図１８とを用い
て説明する。先の実施例においては、オフ・アクシス方
式のアライメントによって、ウェハ９の回転ずれの補正
がなされ、Ｙ方向の位置が規定（Ｙ方向にグローバルア
ライメント）された。このためウェハ９のＹ方向と回転
方向の位置決め精度はオフ・アクシス方式のＹ、θアラ
イメント検出系のスポット光ＭＹＳ、ＭθＳの位置設定
精度に依存したものになる。 【００９３】すなわち、図３においてスポット光ＭＹＳ
の振動中心とスポット光ＭθＳの振動中心とを結ぶ線分
がＸ軸と完全に平行でなく、わずかでも傾いていると、
ステッピングだけでステージ７を位置決めする際、その
傾き量に応じてウェハ９上の被露光領域と投影像との重
ね合せが悪化してしまう。このようにスポット光ＭＹＳ
とＭθＳのＹ方向の位置がずれていると、特にウェハ全
体の回転誤差（ウェハ・ローテーション・エラー）が顕
著に現われる。 【００９４】そこで、この残存した回転誤差を補正して
位置合せする動作を図１７のフローチャート図に従って
述べる。まず、ステップ２２０のウェハローディングで
ウェハをウェハホルダ８上にプリアライメントして載置
した後、ステップ２２１でウェハの自動焦点調整を行な
い、ステップ２２２のウェハθアライメントにおいて、
オフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検出系により
ウェハ上のマークＧＹ7 、Ｇθ10を検出して回転補正を
行ない、ステップ２２３ではスポット光ＭＹＳとマーク
ＧＹ7 とが一致し、スポット光ＭθＳとマークＧθ10と
が一致したときのステージ７のＹ方向の位置ＹＧを記憶
する。ここまでのステップは先の実施例におけるステッ
プ２００〜２０３と全く同様に実行される。 【００９５】さて、ステップ２２３の終了後、スポット
光ＭＹＳとＭθＳとの設定誤差によって、ウェハが例え
ば図１８に示すようにステージ７の座標系ＸＹに対して
θだけ回転して位置決めされたものとする。この角度θ
が残存したウェハ回転誤差の量である。ところで、この
ウェハ９において各被露光領域の配列座標系を座標系α
βと定め、その原点ＯＷをウェハ９の中心になるべく近
い位置に定める。そして、座標系αβのα軸は、ウェハ
９のフラットＦと平行に配列した被露光領域Ｃ7 、Ｃ
8、Ｃ9 、Ｃ10の各マークＳＹ7 、ＳＹ8 、ＳＹ9 、Ｓ
Ｙ10を通るように定められている。またβ軸はウェハ９
の中央部に位置した２つの被露光領域Ｃ8 、Ｃ9 のマー
クＳＸ8 とＳＸ9 のα軸方向における中心位置を通りα
軸と直交するものとする。またウェハ９上の各被露光領
域Ｃｉの中心Ｐｉの座標値は座標系αβによって規定さ
れていて、座標値（αｉ、βｉ）で指定されるものとす
る。 【００９６】次に図１７において、ＣＰＵ１００はステ
ップ２２４のセンターポジションを実行し、ウェハ９の
中心にできるだけ近く位置した被露光領域、例えばＣ8
を選び出す。そしてＣＰＵ１００は被露光領域Ｃ8 のマ
ークＳＸ8 とスポット光ＬＸとがＸ方向に整列するよう
にステージ７の位置決めを行なった後、自動焦点調整を
行なう。そして次のステップ２２５でＣＰＵ１００はマ
ークＳＸ8 をスポット光ＬＸでＸ方向に走査して、マー
クＳＸ8 のＸ方向の中心とスポット光ＬＸのＸ方向の中
心とが一致したときのステージ７のＸ方向の位置ＸＧを
検出して記憶する。以上までの各ステップによってウェ
ハ９のグローバルアライメントが完了し、ウェハ９の座
標系ＸＹに対する位置が規定されたことになる。 【００９７】次にＣＰＵ１００は、ステップ２２６でウ
ェハ９のα軸上で左端に近く位置した被露光領域Ｃ7 の
マークＳＹ7 とスポット光ＬＹとがＹ方向に整列するよ
うにステージ７の位置決めを行なった後、その位置で自
動焦点調整を行なう。次にＣＰＵ１００はステップ２２
７でスポット光ＬＹとマークＳＹ7 とをＹ方向に走査し
て、マークＳＹ7 のＹ方向の中心位置ＹＬ１を検出して
記憶する。 【００９８】それからＣＰＵ１００は、ステップ２２８
でウェハ９のα軸上で右端に近く位置した被露光領域Ｃ
10のマークＳＹ10とスポット光ＬＹとがＹ方向に整列す
るようにステージ７の位置決めを行ない、その位置で自
動焦点調整を行なう。そしてステップ２２９でＣＰＵ１
００はスポット光ＬＹとマークＳＹ7 とをＹ方向に走査
してマークＳＹ10のＹ方向の中心位置ＹＬ２を検出して
記憶する。 【００９９】次にＣＰＵ１００は、ステップ２３０のロ
ーテーションθ演算で、今求めた位置ＹＬ１とＹＬ２の
差値と、マークＳＹ7 とＳＹ10のα軸方向の間隔ｄとか
らウェハ９の回転量θを演算する。位置ＹＬ１とＹＬ２
の差をｄＹとすると、図１８にも示したように回転量θ
は、式（４） θ＝ｓｉｎ-1（ｄＹ／ｄ） ……（４） によって求められる。ただし、回転量θは極めて小さな
値であるので、式（４）は式（５）のように近似され
る。 【０１００】 θ≒ｄＹ／ｄ＝（ＹＬ１−ＹＬ２）／ｄ ……（５） そして、ウェハ９の各被露光領域Ｃｉの中心Ｐｉを露光
中心Ｏにステッピングによって位置決めする際、ステー
ジ７の位置をステッピングのピッチだけで決まる位置か
ら式（６）、（７）で表わした値（δＸ、δＹ）だけ補
正する。 δＸ＝βｉ・θ＝βｉ（ｄＹ／ｄ） ……（６） δＹ＝−αｉ・θ＝−αｉ（ｄＹ／ｄ） ……（７） 次にＣＰＵ１００はステップ２３１で、露光すべき第１
番目の被露光領域Ｃ1の座標系ＸＹにおける位置を、先
に求めた位置（ＸＧ、ＹＧ）に基づいて求め、さらに上
記式（６）、（７）で演算された値（δＸ、δＹ）だけ
補正してステージ７をステッピングする。そしてステッ
プ２３２で自動焦点調整を行ない、ステップ２３３でレ
チクル５の回路パターンの投影像をウェハ９の被露光領
域Ｃ1 に重ね合せて露光（プリント）する。次にＣＰＵ
１００はステップ２３４でウェハ９上にＮ回露光を繰り
返したか否かを判断し、ウェハ９の全面に露光が終了し
ていなければ、ステップ２３１からの動作を繰り返し、
終了していればステップ２３５でウェハ９をアンローデ
ィングする。 【０１０１】このように、本動作ではオフ・アクシス方
式のＹ、θアライメント検出系とＴＴＬ方式のＸ−ＬＳ
Ａ検出系とを用いて、ウェハ９のグローバルアライメン
トを行ない、ウェハ９の配列座標系αβとステージ７の
座標系ＸＹとの対応を位置（ＹＧ、ＸＧ）として求め、
その後は位置（ＹＧ、ＸＧ）を基準としてステップ・ア
ライメントをすることなく順次ステッピングさせ、ウェ
ハの露光を行なう。このため１枚のウェハの処理時間が
短縮されるとともに、ウェハに残存した微小な回転誤差
もステッピング時に補正されるからウェハ上のどの被露
光領域においても一様のアライメント精度で重ね合せ露
光が行なわれるという利点がある。 【０１０２】また本動作では、ステッピング時にウェハ
回転誤差を補正するようにステージ７を位置決めした
が、この動作は先の実施例においても同様に実施するこ
とができる。すなわちステッピング時にウェハ回転誤差
の補正を伴った位置決めをしてから、ＴＴＬ方式による
ステップ・アライメントで精密に位置合せすればよい。
また上記各実施例では、ステージ７の位置決め後、露光
前に自動焦点調整を行なうものとしたが、ステージ７が
移動している間に同時に行なってもよく、さらに露光中
に自動焦点調整を行なうようにしてもよい。 【０１０３】さて、以上の本発明の実施例を用いた位置
合せ動作において、オフ・アクシス方式のＹ、θアライ
メント検出系はレーザ光のスポット振動型の検出方式で
ある必要はなく、レーザスポット光の等速走査型の検出
方式、又はウェハをインコヒーレント光で照明し、対物
レンズによって位置合せ用のマークの像を形成し、その
像をスリット走査したり、撮像素子で受光したりするこ
とによってマークの位置を検出する方式であっても同様
の効果が得られる。また、スポット光をウェハ上に照射
する方式でも、スポット光の形状はウェハ上で細長い楕
円形である必要はなく、単なる微小円形であってもよ
い。さらにオフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検
出系はＴＴＬ方式のＸ−ＬＳＡ検出系、Ｙ−ＬＳＡ検出
系と同様にスポット光ＭＹＳ、ＭθＳを振動させずに回
折光の強度分布パターンを抽出するような方式にしても
よい。 【０１０４】一方、ウェハ上の各被露光領域毎の位置合
せ用のマークＳＸ、ＳＹ、ＧＹ、Ｇθは、オフ・アクシ
ス方式用とＴＴＬ方式用とで専用に設けたが兼用するよ
うにしてもよい。例えば図１９に示すように、オフ・ア
クシス方式用のアライメントマークＧＹ、Ｇθは前述と
全く同様に各被露光領域Ｃに付随して形成する。図１９
ではウェハ９上の左右に離れた２つの被露光領域Ｃl 、
Ｃr のみを示し、そのマークＧθl 、ＧＹl 及びマーク
Ｇθr 、ＧＹr がオフ・アクシス方式によるグローバル
アライメント（Ｙ方向と回転方向）のマークである。こ
こではマークＧＹl とＧθr が配列座標系αβのα軸を
通るように定められ、その両マークの間隔はスポット光
ＭＹＳとＭθＳの間隔と等しく定められる。 【０１０５】そして被露光領域Ｃl 、Ｃr にはＴＴＬ方
式のアライメント用にβ軸と平行に伸びたマークＳＸl
、ＳＸr とが設けられている。そして、各被露光領域
毎のアライメント（ステップ・アライメント）の際、Ｘ
−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＸでマークＳＸl 、ＳＸ
r を検出し、Ｙ−ＬＳＡ検出系のスポット光ＬＹでマー
クＧθl 、Ｇθr （又はマークＧＹl 、ＧＹr ）を検出
する。このようにアライメントマークを両方式で兼用す
ることによって、ウェハ上に専有されるマーク領域が減
少し、その分、露光できる回路パターン領域を大きく取
れるという利点がある。 【０１０６】次に本発明の他の実施例を図２０に基づい
て説明する。この実施例はオフ・アクシス方式のθアラ
イメント検出系のみを残して、Ｙアライメント検出系を
ＴＴＬ方式のＹ−ＬＳＡ検出系と兼用させたものであ
る。図２０は、先の図３と同様に有効露光領域６０、パ
ターン露光領域６１、及びＴＴＬ方式によるＸ−ＬＳＡ
検出系、Ｙ−ＬＳＡ検出系の各スポット光ＬＸ、ＬＹの
配置と、θアライメント検出系の第１対物レンズＭθと
そのスポット光ＭθＳとの配置を示す平面図である。 【０１０７】ここでは、露光中心Ｏを通りＸ軸と平行な
線分上に間隔ｌだけ離れてスポット光ＬＹとスポット光
ＭθＳとが形成されるようにθアライメント検出系を配
置する。このスポット光ＬＹとＭθＳとのＸ方向の間隔
ｌはウェハ９上のマークＧＹ7 とＧθ10との間隔と等し
く定められている。そして、ウェハ９の全体的な位置合
せ（グローバルアライメント）のうちＹ方向と回転方向
の位置合せは、スポット光ＬＹとスポット光ＭθＳとを
用い、Ｘ方向の位置合せにはスポット光ＬＸを用いる。 【０１０８】この実施例では第１対物レンズＭθを露光
中心Ｏに対してスポット光ＬＹと反対側に配置したが、
これは第１対物レンズＭθを含むθアライメント検出系
と投影レンズ６との空間的な間隔をできるだけ短くする
ことが、装置の小型化に有利だからである。またこの場
合、スポット光ＭθＳとスポット光ＬＹとのＹ方向の位
置とを正確に一致させる必要がある。 【０１０９】そこでスポット光ＭθＳの中心をＹ方向に
微小量変位させるプレーンパラレル１２９を図７に示す
ように設け、ステージ７上の基準マークＦＭＹを用い
て、較正するようにすればよい。以上のように本実施例
ではオフ・アクシス方式のアライメント検出系が１つで
よいので、低価格化、製造調整の簡便化が期待できるだ
けでなく、装置を小型にするという利点もある。 【０１１０】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、露光波長
の照明光を利用してマスクのマークと移動ステージ上の
基準マークとの位置関係を投影光学系を介して検出する
第１アライメント系と、非露光波長の照明比を利用して
移動ステージ上の基準マークを投影光学系を介して検出
する第２アライメント系とを設けたので、第２アライメ
ント系によって検出される感光基板のアライメント位置
とマスクパターンの投影予定位置との間の定常的な距離
を、従来のオフアクシス方式のアライメント系に比べて
格段に小さくすることができる。 【０１１１】それによって、その距離を決定する際の計
測誤差も低減されるから、決定した距離に応じて感光基
板を移動させて重ね合わせ露光する場合でも、その重ね
合わせ精度は従来のオフアクシス方式による重ね合わせ
露光のアライメント結果に比べて格段に向上する。さら
に本発明では、第１アライメント系によるマスクマーク
の検出位置と第２アライメント系が有する検出位置とが
共に投影光学系の投影視野内で近接して配置され得るの
で、１つのマスクに対して多数枚の感光基板を次々に露
光処理する場合、投影露光時の感光基板上の各被露光領
域に対する焦点合わせを怠らなければ、各感光基板毎の
重ね合わせ精度のばらつきも少なくなるといった効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す配置図。 【図２】縮小投影レンズ６とオフ・アクシス方式のウェ
ハアライメント用顕微鏡の第１対物レンズＭＹ、Ｍθの
配置を示す平面図。 【図３】オフ・アクシス方式による検出系のスポット光
ＭＹＳ、ＭθＳとスルーザレンズ方式による検出系のス
ポット光ＬＹ、ＬＸとの配置を示す平面図。 【図４】スポット光ＬＹと基準マークＦＭＹの走査の様
子を示す平面図。 【図５】空間フィルター２３の構造を示す平面図。 【図６】露光装置の全体を制御するための制御系の回路
ブロック図。 【図７】オフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検出
系の回路ブロック図。 【図８】アライメント偏差に応じた位相同期検波回路の
検波出力信号の波形図。 【図９】スルーザレンズ方式のＸ、Ｙレーザ・サイト・
アライメント検出系の回路ブロック図。 【図１０】本発明の実施例によるアライメント動作を説
明するフローチャート図。 【図１１】ウェハ上のマークと被露光領域との配置関係
を示す平面図。 【図１２】図９の回路によって抽出された回折光の強度
分布パターンを示す波形図。 【図１３】プリアライメント後におけるマークとスポッ
ト光ＭＹＳ、ＭθＳとの整列状態を示す平面図。 【図１４及び図１５】スルーザレンズ方式のアライメン
トの動作を示す平面図。 【図１６】スルーザレンズ方式で用いるマークの位置を
ずらした場合を示す平面図。 【図１７】本発明の実施例による他のアライメント動作
を説明するフローチャート図。 【図１８】ウェハに残存した微小な回転誤差の様子を示
す平面図。 【図１９】アライメント用のマークの他の配置を示すウ
ェハの平面図。 【図２０】本発明の他の実施例によるアライメント検出
系の配置を示す平面図。 【主要部分の符号の説明】 ５ レチクル（マスク） ６ 縮小投影レンズ ７ ステージ ９ ウェハ ２５、４５、４９、１３０ 光電検出器 １０６ Ｚ方向の上下動手段（Ｚ−ＡＣＴ） １０８ 焦点ずれ検出手段（ＡＦＤ） ＦＭ 基準マーク板 ＭＹ オフ・アクシス方式のＹアライメント顕微鏡の第
１対物レンズ Ｍθ オフ・アクシス方式のθアライメント顕微鏡の第
１対物レンズ ＭＹＳ、ＭθＳ オフ・アクシス方式のアライメント系
によるスポット光 ＬＹ、ＬＸ スルーザレンズ方式のアライメント系によ
るスポット光 ＧＹ、Ｇθ オフ・アクシス方式による位置合せ用のマ
ーク ＳＹ、ＳＸ スルーザレンズ方式による位置合せ用のマ
ーク。
略的な構成を示す配置図。 【図２】縮小投影レンズ６とオフ・アクシス方式のウェ
ハアライメント用顕微鏡の第１対物レンズＭＹ、Ｍθの
配置を示す平面図。 【図３】オフ・アクシス方式による検出系のスポット光
ＭＹＳ、ＭθＳとスルーザレンズ方式による検出系のス
ポット光ＬＹ、ＬＸとの配置を示す平面図。 【図４】スポット光ＬＹと基準マークＦＭＹの走査の様
子を示す平面図。 【図５】空間フィルター２３の構造を示す平面図。 【図６】露光装置の全体を制御するための制御系の回路
ブロック図。 【図７】オフ・アクシス方式のＹ、θアライメント検出
系の回路ブロック図。 【図８】アライメント偏差に応じた位相同期検波回路の
検波出力信号の波形図。 【図９】スルーザレンズ方式のＸ、Ｙレーザ・サイト・
アライメント検出系の回路ブロック図。 【図１０】本発明の実施例によるアライメント動作を説
明するフローチャート図。 【図１１】ウェハ上のマークと被露光領域との配置関係
を示す平面図。 【図１２】図９の回路によって抽出された回折光の強度
分布パターンを示す波形図。 【図１３】プリアライメント後におけるマークとスポッ
ト光ＭＹＳ、ＭθＳとの整列状態を示す平面図。 【図１４及び図１５】スルーザレンズ方式のアライメン
トの動作を示す平面図。 【図１６】スルーザレンズ方式で用いるマークの位置を
ずらした場合を示す平面図。 【図１７】本発明の実施例による他のアライメント動作
を説明するフローチャート図。 【図１８】ウェハに残存した微小な回転誤差の様子を示
す平面図。 【図１９】アライメント用のマークの他の配置を示すウ
ェハの平面図。 【図２０】本発明の他の実施例によるアライメント検出
系の配置を示す平面図。 【主要部分の符号の説明】 ５ レチクル（マスク） ６ 縮小投影レンズ ７ ステージ ９ ウェハ ２５、４５、４９、１３０ 光電検出器 １０６ Ｚ方向の上下動手段（Ｚ−ＡＣＴ） １０８ 焦点ずれ検出手段（ＡＦＤ） ＦＭ 基準マーク板 ＭＹ オフ・アクシス方式のＹアライメント顕微鏡の第
１対物レンズ Ｍθ オフ・アクシス方式のθアライメント顕微鏡の第
１対物レンズ ＭＹＳ、ＭθＳ オフ・アクシス方式のアライメント系
によるスポット光 ＬＹ、ＬＸ スルーザレンズ方式のアライメント系によ
るスポット光 ＧＹ、Ｇθ オフ・アクシス方式による位置合せ用のマ
ーク ＳＹ、ＳＸ スルーザレンズ方式による位置合せ用のマ
ーク。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ａ
５２５Ｗ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．露光波長の照明光で照射されたマスクの回路パター
ンの像を所定の結像面内に投影する投影光学系と、該パ
ターン像が転写される被露光基板を載置して２次元移動
する移動ステージとを備えた投影露光装置において、 前記被露光基板を前記移動ステージ上に載置するための
ホルダーの近傍に設けられ、その表面に複数の基準マー
クが形成された基準板と； 前記移動ステージにより前記基準板を前記投影光学系の
結像面側の投影視野内の所定位置に移動させたときに、
前記基準板上の基準マークと前記マスクに形成されたマ
スクマークとの位置関係を露光波長の光の照射のもとで
前記投影光学系を介して検出可能な第１アライメント系
と； 前記露光波長と異なる非露光波長の光を前記投影光学系
の結像面側の投影視野内の所定の検出位置に投射し、前
記非露光波長の光で照射される前記基準板上の基準マー
ク、若しくは前記被露光基板上の基板マークのいずれか
を前記投影光学系を介して検出可能な第２アライメント
系と； 前記第１アライメント系によって検出される前記マスク
マークと前記基準板上の基準マークとが所定の位置関係
になるときの前記移動ステージの第１位置と、前記第２
アライメント系によって検出される前記基準板上の基準
マークが前記投影視野内の所定の検出位置と所定の位置
関係になるときの前記移動ステージの第２位置との相対
的な間隔を規定するための距離情報を算出し、前記被露
光基板に前記パターン像を露光する際の前記移動ステー
ジの移動位置を前記算出された距離情報に基づいて補正
する制御手段とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。 ２．前記制御手段は、前記第２アライメント系によって
前記被露光基板上の基板マークが前記投影視野内の所定
の検出位置に合致して検出され得るときの前記移動ステ
ージの座標位置を前記距離情報に応じて補正演算するこ
とにより、前記パターン像を前記被露光基板に露光する
際の前記移動ステージの移動位置を決定するコンピュー
タを含むことを特徴とする請求項第１項に記載の装置。 ３．前記制御手段は、前記移動ステージの座標位置を計
測するためのレーザ干渉計と、該レーザ干渉計によって
計測される座標位置が前記コンピュータで決定された移
動位置になるように前記移動ステージを移動させる駆動
手段とを含むことを特徴とする請求項第２項に記載の装
置。 ４．前記第２アライメント系は、前記基準板の基準マー
クからの反射光を前記投影光学系を通して受光する光電
検出器と、該検出器からの信号波形を記憶するメモリ
と、前記投影視野内の所定の検出位置の近傍に前記基準
板の基準マークを最初に位置付けるときの前記移動ステ
ージの移動位置と、前記基準板の基準マークと前記所定
の検出位置とが合致するときの前記移動ステージの移動
位置との間の位置ずれ量を前記メモリに記憶された信号
波形に基づいて検出する信号処理回路とを含むことを特
徴とする請求項第３項に記載の装置。 ５．前記第１アライメント系は、前記露光波長の光を前
記マスクのマスクマークと前記投影光学系とを通して前
記基準板の基準マークに照射する照明光学系と、前記基
準板の基準マークから生じて前記投影光学系と前記マス
クとを介して進む反射光を光電検出する手段とを含むこ
とを特徴とする請求項第４項に記載の装置。 ６．露光波長の照明光で照射されるマスクの回路パター
ンの像を投影光学系により被露光基板上に転写する投影
露光装置を用いて、前記回路パターンの像と前記被露光
基板とを相対的にアライメントする方法において、 （ａ）前記被露光基板が載置される移動ステージ上に設
けられ、その表面に複数の基準マークが形成された基準
板を前記投影光学系の投影視野内に移動させる段階と； （ｂ）露光波長の光を前記投影光学系の投影視野内で照
射する第１アライメント系を用いて前記基準板上の基準
マークと前記マスクに形成されたマスクマークとの位置
関係を前記投影光学系を介して検出するとともに、前記
投影光学系を通して前記露光波長と異なる非露光波長の
光を前記投影光学系の投影視野内の所定の検出位置に照
射する第２アライメント系を用いて前記基準板上の基準
マークを検出し、該検出結果の各々に基づいて前記第１
アライメント系による前記マスクマークの検出位置と前
記第２アライメント系の検出位置との相対的な間隔を規
定するための距離情報を算出する段階と； （ｃ）前記移動ステージに載置された被露光基板上の所
定の位置に形成された複数の基板マークを前記第２アラ
イメント系を用いて順次検出して前記被露光基板のアラ
イメント位置を検出する段階と； （ｄ）該検出された被露光基板のアライメント位置と前
記算出された距離情報とに基づいて前記移動ステージが
移動すべき露光位置を求め、該露光位置において前記被
露光基板を前記マスクの回路パターン像で投影露光する
段階とを含むことを特徴とする投影露光装置によるアラ
イメント方法。 ７． 前記移動ステージの移動方向をＸＹ座標系の各
座標軸方向で規定したとき、前記第１アライメント系は
前記投影光学系の投影視野内の固定位置で前記基準板上
のＸ方向基準マークとＹ方向基準マークの各々を光電検
出するように構成され、前記第２アライメント系は前記
投影光学系の投影視野内の周辺部の固定位置で前記基準
板上のＸ方向基準マークとＹ方向基準マークの各々を光
電検出するように構成されることを特徴とする請求項第
６項に記載の方法。 ８． 前記第１アライメント系は、前記マスクの上方
から前記投影光学系を通して前記露光波長の光を前記基
準板上の基準マークに照射する照明光学系を含むことを
特徴とする請求項第６項に記載の方法。 ９． 上記の段階（ａ）は、前記基準板が前記投影光
学系の投影視野内に移動された状態で前記基準板を前記
投影光学系の結像面に対して焦点合せする工程を含み、
上記の段階（ｂ）において前記第１アライメント系と第
２アライメント系はそれぞれ前記基準板上の基準マーク
を焦点合せされた状態で検出することを特徴とする請求
項第６項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7067788A JP2691229B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 投影露光装置、及び該装置によるアライメント方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7067788A JP2691229B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 投影露光装置、及び該装置によるアライメント方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58239100A Division JPH0616478B2 (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 投影露光装置の位置合せ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07321031A JPH07321031A (ja) | 1995-12-08 |
| JP2691229B2 true JP2691229B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=13355050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7067788A Expired - Lifetime JP2691229B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 投影露光装置、及び該装置によるアライメント方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2691229B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101552923B1 (ko) | 2012-10-12 | 2015-09-14 | 주식회사 옵티레이 | 노광 장치 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP7067788A patent/JP2691229B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101552923B1 (ko) | 2012-10-12 | 2015-09-14 | 주식회사 옵티레이 | 노광 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07321031A (ja) | 1995-12-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |