JP2773147B2 - 露光装置の位置合わせ装置及び方法 - Google Patents
露光装置の位置合わせ装置及び方法Info
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- JP2773147B2 JP2773147B2 JP63205770A JP20577088A JP2773147B2 JP 2773147 B2 JP2773147 B2 JP 2773147B2 JP 63205770 A JP63205770 A JP 63205770A JP 20577088 A JP20577088 A JP 20577088A JP 2773147 B2 JP2773147 B2 JP 2773147B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子、液晶素子等の製造に使われる
露光装置、特にステップアンドリピート（又はステップ
アンドスキャン）方式の露光装置における被露光基板の
位置合わせ装置及び方法に関するものである。
露光装置、特にステップアンドリピート（又はステップ
アンドスキャン）方式の露光装置における被露光基板の
位置合わせ装置及び方法に関するものである。
この種の露光装置では、マスク、又はレチクルと呼ば
れる原版に描かれた回路パターンを、半導体ウェハのレ
ジスト層に焼き付け、それを現像することで所望の回路
のレジストパターンを形成している。
れる原版に描かれた回路パターンを、半導体ウェハのレ
ジスト層に焼き付け、それを現像することで所望の回路
のレジストパターンを形成している。
一般に、半導体素子の製造では、数層〜十数層の回路
パターンを重ね合わせるため、ウェハ上にすでに形成さ
れた回路パターンと、これから露光すべき回路パターン
の光像とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合
わせに必要な各種装置を、位置合わせ装置、あるいはア
ライメント装置と呼んでいる。このアライメント装置
は、上述の重ね合わせ露光を行なう露光装置には必須の
ものであり、近年より高精度に高速処理ができるように
改良されてきている。またアライメント装置は大別して
３つの要素技術から成り立っていると言える。その１つ
は、ウェハ上に予め形成されたアライメント用のマーク
を光学的に検出し、マークのプロフィールに応じた光電
信号を得るまでのアライメント光学系であり、他の２つ
はその光電信号を適当なアルゴリズムで電気的に処理し
て、アライメントマークの本来の位置に対するずれ量を
求める信号処理系と、求めたずれ量に応じてウェハの位
置、もしくはマスク（又はレチクル）の位置を精密に位
置補正する位置決め機構である。
パターンを重ね合わせるため、ウェハ上にすでに形成さ
れた回路パターンと、これから露光すべき回路パターン
の光像とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合
わせに必要な各種装置を、位置合わせ装置、あるいはア
ライメント装置と呼んでいる。このアライメント装置
は、上述の重ね合わせ露光を行なう露光装置には必須の
ものであり、近年より高精度に高速処理ができるように
改良されてきている。またアライメント装置は大別して
３つの要素技術から成り立っていると言える。その１つ
は、ウェハ上に予め形成されたアライメント用のマーク
を光学的に検出し、マークのプロフィールに応じた光電
信号を得るまでのアライメント光学系であり、他の２つ
はその光電信号を適当なアルゴリズムで電気的に処理し
て、アライメントマークの本来の位置に対するずれ量を
求める信号処理系と、求めたずれ量に応じてウェハの位
置、もしくはマスク（又はレチクル）の位置を精密に位
置補正する位置決め機構である。
近年、これらの３つの要素技術、すなわち光学技術と
してのアライメント光学系、電子技術（情報処理技術）
としての信号処理系、そして精密機械技術としての位置
決め機構とを有機的に高次元で組み合わせた縮小投影型
露光装置（ステッパー）が半導体製造工場で多用される
ようになった。このステッパーは、レチクルの回路パタ
ーンの光像を高解像力の投影レンズ（開口数0.35〜0.
5）によってウェハ上の部分領域（ショット領域と呼
ぶ）に結像投影するものであり、１回の露光ショットが
例えば15×15mm角程度であるため、ウェハを載置するス
テージをｘ、ｙ方向に２次元的にステッピングさせてウ
ェハ全面の露光を行なっている。このようなステッパー
の場合、それに組み込まれるアライメント光学系の実用
的形態には大別して３つの方式がある。第１の方式は、
レチクルに形成されたアライメントマークとウェハ上の
アライメントマークとを投影レンズを介して同時に観察
（又は検出）するTTR（Through The Reticle）方式であ
り、第２の方式はレチクルのアライメントマークは全く
検出しないで投影レンズを介してウェハ上のアライメン
トマークだけを検出するTTL（Through The Lens）方式
であり、第３の方式は投影レンズから一定距離だけ離し
て別設した顕微鏡対物レンズを介してウェハ上のアライ
メントマークだけを検出するオフ・アクシス（Off−Axi
s）方式である。
してのアライメント光学系、電子技術（情報処理技術）
としての信号処理系、そして精密機械技術としての位置
決め機構とを有機的に高次元で組み合わせた縮小投影型
露光装置（ステッパー）が半導体製造工場で多用される
ようになった。このステッパーは、レチクルの回路パタ
ーンの光像を高解像力の投影レンズ（開口数0.35〜0.
5）によってウェハ上の部分領域（ショット領域と呼
ぶ）に結像投影するものであり、１回の露光ショットが
例えば15×15mm角程度であるため、ウェハを載置するス
テージをｘ、ｙ方向に２次元的にステッピングさせてウ
ェハ全面の露光を行なっている。このようなステッパー
の場合、それに組み込まれるアライメント光学系の実用
的形態には大別して３つの方式がある。第１の方式は、
レチクルに形成されたアライメントマークとウェハ上の
アライメントマークとを投影レンズを介して同時に観察
（又は検出）するTTR（Through The Reticle）方式であ
り、第２の方式はレチクルのアライメントマークは全く
検出しないで投影レンズを介してウェハ上のアライメン
トマークだけを検出するTTL（Through The Lens）方式
であり、第３の方式は投影レンズから一定距離だけ離し
て別設した顕微鏡対物レンズを介してウェハ上のアライ
メントマークだけを検出するオフ・アクシス（Off−Axi
s）方式である。
上記、TTR方式、TTL方式では投影レンズを介してウェ
ハのマークを検出する関係上、ウェハマークを照明する
照射光はコヒーレントなレーザビーム（単波長）か露光
に使われる水銀ランプのｇ線、又はｉ線のスペクトル
（準単色）に限られていた。これは投影レンズの色収差
に起因しており、露光光（ｇ線、又はｉ線）に対して最
も収差がよくなるように設計されているからである。こ
のようなTTR方式は、例えば特開昭57−138134号公
報、特開昭57−142612号公報等に開示され、TTL方式
は例えば特開昭60−130742号公報、特開昭61−4442
9号公報、特開昭61−128106号公報等に開示されてい
る。
ハのマークを検出する関係上、ウェハマークを照明する
照射光はコヒーレントなレーザビーム（単波長）か露光
に使われる水銀ランプのｇ線、又はｉ線のスペクトル
（準単色）に限られていた。これは投影レンズの色収差
に起因しており、露光光（ｇ線、又はｉ線）に対して最
も収差がよくなるように設計されているからである。こ
のようなTTR方式は、例えば特開昭57−138134号公
報、特開昭57−142612号公報等に開示され、TTL方式
は例えば特開昭60−130742号公報、特開昭61−4442
9号公報、特開昭61−128106号公報等に開示されてい
る。
一方、Off−Axis方式では、上述のような投影レンズ
による制限がないため、ウェハマークの照明光はどのよ
うなものであってもよいが、ウェハ上のレジスト層を感
光させないものが望ましい。このようなOff−Axis方式
は、例えば特開昭56−102823号公報、特開昭57−19
726号公報等に開示されている。
による制限がないため、ウェハマークの照明光はどのよ
うなものであってもよいが、ウェハ上のレジスト層を感
光させないものが望ましい。このようなOff−Axis方式
は、例えば特開昭56−102823号公報、特開昭57−19
726号公報等に開示されている。
一般に、TTR方式、TTL方式では投影レンズを介してウ
ェハのマークを検出するので、ウェハ上のショット配列
の任意のショット領域に付随したマークを、ウェハステ
ージを移動させることで比較的自由に検出できる。これ
に対してOff−Axis方式では、ウェハステージの移動ス
トロークの関係で、ウェハ上の予め定められたショット
領域に付随したマーク（例えば、２〜３ヶ所マーク）の
みを検出するのが普通であった。そこで、Off−Axis方
式のアライメント光学系の照明光に関する利点を生かし
つつ、ウェハ上の任意のショット領域のマークを自由に
検出するためには、ウェハステージの移動ストロークを
大きくすればよいことになる。一般的なステッパーで
は、ウェハステージの座標位置をレーザ光波干渉式測長
器（干渉計）で計測するため、移動ストロークが大きく
なることはウェハステージ上に固定される移動鏡（光学
スコヤ）の大型化、及びウェハステージを載せるベース
部の大型化を招くが、Off−Axis方式の自由な照明形態
によって得られるマーク検出精度の向上の利点はすてが
たいものがある。
ェハのマークを検出するので、ウェハ上のショット配列
の任意のショット領域に付随したマークを、ウェハステ
ージを移動させることで比較的自由に検出できる。これ
に対してOff−Axis方式では、ウェハステージの移動ス
トロークの関係で、ウェハ上の予め定められたショット
領域に付随したマーク（例えば、２〜３ヶ所マーク）の
みを検出するのが普通であった。そこで、Off−Axis方
式のアライメント光学系の照明光に関する利点を生かし
つつ、ウェハ上の任意のショット領域のマークを自由に
検出するためには、ウェハステージの移動ストロークを
大きくすればよいことになる。一般的なステッパーで
は、ウェハステージの座標位置をレーザ光波干渉式測長
器（干渉計）で計測するため、移動ストロークが大きく
なることはウェハステージ上に固定される移動鏡（光学
スコヤ）の大型化、及びウェハステージを載せるベース
部の大型化を招くが、Off−Axis方式の自由な照明形態
によって得られるマーク検出精度の向上の利点はすてが
たいものがある。
上述のように、Off−Axis方式においてもウェハステ
ージの移動ストロークを大きくしておけば、ウェハ上の
任意のショット領域に付随したマークを検出することが
できる。Off−Axis方式のアライメント光学系の配置、
及びその照明形態によっては、マーク検出に時間がかか
ることがある。Off−Axis方式のアライメント光学系は
投影レンズのパターン投影領域からは離れているため、
ウェハステージがその距離分だけ余計に移動すること、
すなわち配置によって生じるスループット低下は本質的
にさけられない。そこでマーク検出時間をいかに短縮す
るかが問題となるが、上述の各方式の従来技術〜、
であげたように、ウェハ上のマークをレーザビームの
集光したスポット光（スリット状）で相対走査し、マー
クのエッジからの散乱、回折光を光電検出する方式が最
もマーク検出時間を短くできる。この方式はレーザビー
ムの高輝度性によって実用上十分なS/N比でマーク検出
ができるのであるが、１つの大きな問題は、そのレーザ
ビームが一般に単波長であるため、ウェハ全面を１〜５
μｍの厚さで被覆しているレジスト層によって薄膜干渉
（多重干渉）等の現象が生じ、マークエッジからの散
乱、回折光の光量分布に思わぬ歪み（光電信号上の波形
歪みと同義）を与えることである。この光量分布の歪み
は、どのようなウェハでも生じるとは限らず、ウェハ下
地やレジスト層の厚みや種類によって異なり、歪みが生
じた場合でもその歪み方が様々に変化するのが普通であ
った。従って、このような単波長のレーザビーム、もし
くは準単色（水銀ランプ等の輝線スペクトル等）をOff
−Axis方式のアライメント光学系用のマーク照明光（ス
ポット光、あるいは均一照明光）として採用するだけで
は、従来技術〜、に対して何ら利点がなく、ウェ
ハステージの余計な移動に伴なうスループット低下とい
った不都合のみが残ってしまう。
ージの移動ストロークを大きくしておけば、ウェハ上の
任意のショット領域に付随したマークを検出することが
できる。Off−Axis方式のアライメント光学系の配置、
及びその照明形態によっては、マーク検出に時間がかか
ることがある。Off−Axis方式のアライメント光学系は
投影レンズのパターン投影領域からは離れているため、
ウェハステージがその距離分だけ余計に移動すること、
すなわち配置によって生じるスループット低下は本質的
にさけられない。そこでマーク検出時間をいかに短縮す
るかが問題となるが、上述の各方式の従来技術〜、
であげたように、ウェハ上のマークをレーザビームの
集光したスポット光（スリット状）で相対走査し、マー
クのエッジからの散乱、回折光を光電検出する方式が最
もマーク検出時間を短くできる。この方式はレーザビー
ムの高輝度性によって実用上十分なS/N比でマーク検出
ができるのであるが、１つの大きな問題は、そのレーザ
ビームが一般に単波長であるため、ウェハ全面を１〜５
μｍの厚さで被覆しているレジスト層によって薄膜干渉
（多重干渉）等の現象が生じ、マークエッジからの散
乱、回折光の光量分布に思わぬ歪み（光電信号上の波形
歪みと同義）を与えることである。この光量分布の歪み
は、どのようなウェハでも生じるとは限らず、ウェハ下
地やレジスト層の厚みや種類によって異なり、歪みが生
じた場合でもその歪み方が様々に変化するのが普通であ
った。従って、このような単波長のレーザビーム、もし
くは準単色（水銀ランプ等の輝線スペクトル等）をOff
−Axis方式のアライメント光学系用のマーク照明光（ス
ポット光、あるいは均一照明光）として採用するだけで
は、従来技術〜、に対して何ら利点がなく、ウェ
ハステージの余計な移動に伴なうスループット低下とい
った不都合のみが残ってしまう。
そこでOff−Axis方式のマーク照明光として、ある帯
域幅（200nm程度）をもつブロードな波長分布の光を用
いると、上記レジスト層による悪影響が激減され、マー
ク検出精度が向上する。そのためOff−Axis方式のアラ
イメント光学系によって、ウェハ上の任意位置のショッ
ト領域の複数に付随したマークの夫々を、ブロードバン
ドの照明光のもとで検出すれば、かなり高精度なアライ
メントが望める。
域幅（200nm程度）をもつブロードな波長分布の光を用
いると、上記レジスト層による悪影響が激減され、マー
ク検出精度が向上する。そのためOff−Axis方式のアラ
イメント光学系によって、ウェハ上の任意位置のショッ
ト領域の複数に付随したマークの夫々を、ブロードバン
ドの照明光のもとで検出すれば、かなり高精度なアライ
メントが望める。
しかしながら先にも述べたように、単一波長又は準単
色の場合であっても、マークエッジからの光量分布には
全て歪みが生じるとは限らない点、あるいは多少歪みが
あっても、マーク位置検出のアルゴリズムによって影響
が低減できる点等を考慮すると、全てのマーク検出をブ
ロードバンド照明のOff−Axis方式のアライメント光学
系にかえてしまうことは、歪みの生じていないウェハ、
又は歪みの影響の少ないウェハに対してもスループット
低下を余儀なくしていることになり、はなはだ不合理で
ある。
色の場合であっても、マークエッジからの光量分布には
全て歪みが生じるとは限らない点、あるいは多少歪みが
あっても、マーク位置検出のアルゴリズムによって影響
が低減できる点等を考慮すると、全てのマーク検出をブ
ロードバンド照明のOff−Axis方式のアライメント光学
系にかえてしまうことは、歪みの生じていないウェハ、
又は歪みの影響の少ないウェハに対してもスループット
低下を余儀なくしていることになり、はなはだ不合理で
ある。
本発明は、マスクのパターンを基板上に転写する露光
装置に好適であり、スループットの低下を極力少なくし
つつ、基板上のマークを高精度に検出してマスクと基板
とのアライメント（位置合わせ）を行うことができる位
置合わせ装置及び方法を提供することを目的とする。
装置に好適であり、スループットの低下を極力少なくし
つつ、基板上のマークを高精度に検出してマスクと基板
とのアライメント（位置合わせ）を行うことができる位
置合わせ装置及び方法を提供することを目的とする。
［問題点を解決する為の手段］ 本発明は、マスクのパターンを基板上に転写する露光
装置、例えばステップアンドリピート方式、又はステッ
プアンドスキャン方式の縮小投影型露光装置に適用され
る。
装置、例えばステップアンドリピート方式、又はステッ
プアンドスキャン方式の縮小投影型露光装置に適用され
る。
そして、本発明による第１の位置合わせ装置では、所
定の波長域（ｇ線、ｉ線、又はエキシマレーザなどの露
光用照明光ILの波長域）に感応するレジスト層が表面に
形成された基板（Ｗ）に、単波長もしくは準単色の第１
の光（He−Neレーザなどの赤色光LB）を照射して、基板
上の第１マーク（第10図のショット領域S1〜S8のマーク
MXn、MYn）を検出し、その検出結果に基づいて第１マー
クの位置（（▲▼、▲▼）〜（▲
▼、▲▼））に関する第１位置情報（AP1）を出
力する第１位置検出手段（１〜９）と、第１の光よりも
広い波長分布の第２の光（ハロゲンランプ20からの白色
光）で照射された基板上の第２マーク（ショット領域S
1、S8、S4、S5のマークMXn、及びショット領域S2、S3、
S6、S7のマークMYn）を検出し、その検出結果に基づい
て第２マークの位置（▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼）に関する第２位置情
報（AP2）を出力する第２位置検出手段（20〜35）と、
第１位置情報と第２位置情報の両方に基づいて、基板
（Ｗ）とマスク（Ｒ）との相対位置（Fxn、Fyn）を決定
する位置決定手段（50）とを設けるようにした。このた
め、単波長もしくは準単色光の第１の光と、広帯波長域
（ブロードバンド）の第２の光とを用いて、基板の位置
決めや位置合わせを行うので、基板上のレジスト層の影
響などが低減され、極めて高いアライメント精度を得る
ことが可能となる。
定の波長域（ｇ線、ｉ線、又はエキシマレーザなどの露
光用照明光ILの波長域）に感応するレジスト層が表面に
形成された基板（Ｗ）に、単波長もしくは準単色の第１
の光（He−Neレーザなどの赤色光LB）を照射して、基板
上の第１マーク（第10図のショット領域S1〜S8のマーク
MXn、MYn）を検出し、その検出結果に基づいて第１マー
クの位置（（▲▼、▲▼）〜（▲
▼、▲▼））に関する第１位置情報（AP1）を出
力する第１位置検出手段（１〜９）と、第１の光よりも
広い波長分布の第２の光（ハロゲンランプ20からの白色
光）で照射された基板上の第２マーク（ショット領域S
1、S8、S4、S5のマークMXn、及びショット領域S2、S3、
S6、S7のマークMYn）を検出し、その検出結果に基づい
て第２マークの位置（▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼）に関する第２位置情
報（AP2）を出力する第２位置検出手段（20〜35）と、
第１位置情報と第２位置情報の両方に基づいて、基板
（Ｗ）とマスク（Ｒ）との相対位置（Fxn、Fyn）を決定
する位置決定手段（50）とを設けるようにした。このた
め、単波長もしくは準単色光の第１の光と、広帯波長域
（ブロードバンド）の第２の光とを用いて、基板の位置
決めや位置合わせを行うので、基板上のレジスト層の影
響などが低減され、極めて高いアライメント精度を得る
ことが可能となる。
また、マスクのパターンの像を基板上に投影する投影
光学系（PL）を有する露光装置では、第１位置検出手段
は投影光学系（PL）を介して基板上の第１マークを光電
検出する第１アライメント光学系（TTL方式のアライメ
ント系１〜８）を有し、第２位置検出手段は投影光学系
（PL）を介さずに基板上の第２マークを光電検出する第
２アライメント光学系（Off−Axis方式のアライメント
系20〜34）を有する。従って、TTL方式の第１アライメ
ント光学系を用いて基板上のマークを検出しても、Off
−Axis方式の第２アライメント光学系によってレジスト
層の影響などが低減され、精度良く基板の位置決めや位
置合わせを行うことができる。
光学系（PL）を有する露光装置では、第１位置検出手段
は投影光学系（PL）を介して基板上の第１マークを光電
検出する第１アライメント光学系（TTL方式のアライメ
ント系１〜８）を有し、第２位置検出手段は投影光学系
（PL）を介さずに基板上の第２マークを光電検出する第
２アライメント光学系（Off−Axis方式のアライメント
系20〜34）を有する。従って、TTL方式の第１アライメ
ント光学系を用いて基板上のマークを検出しても、Off
−Axis方式の第２アライメント光学系によってレジスト
層の影響などが低減され、精度良く基板の位置決めや位
置合わせを行うことができる。
さらに位置決定手段（50）は、基板上の複数のショッ
ト領域（S1〜S8）にそれぞれ設けられた複数の第１マー
ク（MXn、MYn）の各々に応じた複数の第１位置情報（AP
1）と、複数のショット領域（S1〜S8）にそれぞれ設け
られた複数の第２マーク（MXn、MYn）の少なくとも１つ
（ショット領域S1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショッ
ト領域S2、S3、S6、S7のマークMYn）に応じた第２位置
情報（AP2）とに基づいて、基板上の各ショット領域の
配列位置を統計的演算により決定する演算手段（502）
を含むことが好ましい。この場合、レジスト層の影響な
どが低減されるとともに、スループットの低下を最小限
に抑えることができる。このとき、第１位置情報を用い
た統計的演算によって求めたパラメータ（変換行列Ａ、
Ｏのパラメータ）と、第２位置情報を用いた統計的演算
によって求めたパラメータ（変換行列Ａ、Ｏのパラメー
タ）との両方を使って、基板とマスクとの相対位置（シ
ョット領域の配列位置）を決定してもよい。なお、基板
上の第１マークと第２マークとは同一のマークパターン
で共用してもよい。
ト領域（S1〜S8）にそれぞれ設けられた複数の第１マー
ク（MXn、MYn）の各々に応じた複数の第１位置情報（AP
1）と、複数のショット領域（S1〜S8）にそれぞれ設け
られた複数の第２マーク（MXn、MYn）の少なくとも１つ
（ショット領域S1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショッ
ト領域S2、S3、S6、S7のマークMYn）に応じた第２位置
情報（AP2）とに基づいて、基板上の各ショット領域の
配列位置を統計的演算により決定する演算手段（502）
を含むことが好ましい。この場合、レジスト層の影響な
どが低減されるとともに、スループットの低下を最小限
に抑えることができる。このとき、第１位置情報を用い
た統計的演算によって求めたパラメータ（変換行列Ａ、
Ｏのパラメータ）と、第２位置情報を用いた統計的演算
によって求めたパラメータ（変換行列Ａ、Ｏのパラメー
タ）との両方を使って、基板とマスクとの相対位置（シ
ョット領域の配列位置）を決定してもよい。なお、基板
上の第１マークと第２マークとは同一のマークパターン
で共用してもよい。
また、露光装置が基板をロット単位で露光処理すると
きは、ロットの最初から所定枚数の基板では、第１位置
情報（AP1）と第２位置情報（AP2）の両方に基づいて前
述の統計的演算を行い、それ以降の基板では第１位置情
報（AP1）と第２位置情報（AP2）とのいずれか一方に基
づいて前述の統計的演算を行うことが好ましい。この場
合、ロット内の基板毎に高精度なアライメントが可能に
なるとともに、１ロットの処理時間の増大を最小限に抑
えることができる。
きは、ロットの最初から所定枚数の基板では、第１位置
情報（AP1）と第２位置情報（AP2）の両方に基づいて前
述の統計的演算を行い、それ以降の基板では第１位置情
報（AP1）と第２位置情報（AP2）とのいずれか一方に基
づいて前述の統計的演算を行うことが好ましい。この場
合、ロット内の基板毎に高精度なアライメントが可能に
なるとともに、１ロットの処理時間の増大を最小限に抑
えることができる。
本発明による第２の位置合わせ装置では、基板（Ｗ）
に第１の光（LB）を照射する第１アライメント光学系
（１〜８）を有し、基板上の複数の第１マーク（第10図
のショット領域S1〜S8のマークMXn、MYn）の第１位置情
報（（▲▼、▲▼）〜（▲▼、▲
▼））を出力する第１位置検出手段（９）と、第１
アライメント光学系（１〜８）と異なる第２アライメン
ト光学系（20〜34）を有し、基板上の複数の第２マーク
（ショット領域S1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショッ
ト領域S2、S3、S6、S7のマークMYn）の第２位置情報
（▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼）を出力する第２位置検出手段（35）と、
複数の第１及び第２位置情報に基づいて複数の区画領域
（ショット領域）の配列を表すモデル式（変換行列Ａ、
Ｏ）の複数のパラメータを計算するとともに、この計算
された複数のパラメータを利用して、複数の区画領域の
各配列座標を算出する演算手段（502）とを設け、複数
の区画領域の夫々にマスク（Ｒ）のパターンを転写する
ために、その算出された配列座標に従ってマスクと基板
とを相対移動するようにした。このため、アライメント
光学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減さ
れ、精度良くマスクと基板とをアライメントすることが
できるとともに、スループットの低下を最小限に抑える
ことができる。
に第１の光（LB）を照射する第１アライメント光学系
（１〜８）を有し、基板上の複数の第１マーク（第10図
のショット領域S1〜S8のマークMXn、MYn）の第１位置情
報（（▲▼、▲▼）〜（▲▼、▲
▼））を出力する第１位置検出手段（９）と、第１
アライメント光学系（１〜８）と異なる第２アライメン
ト光学系（20〜34）を有し、基板上の複数の第２マーク
（ショット領域S1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショッ
ト領域S2、S3、S6、S7のマークMYn）の第２位置情報
（▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼）を出力する第２位置検出手段（35）と、
複数の第１及び第２位置情報に基づいて複数の区画領域
（ショット領域）の配列を表すモデル式（変換行列Ａ、
Ｏ）の複数のパラメータを計算するとともに、この計算
された複数のパラメータを利用して、複数の区画領域の
各配列座標を算出する演算手段（502）とを設け、複数
の区画領域の夫々にマスク（Ｒ）のパターンを転写する
ために、その算出された配列座標に従ってマスクと基板
とを相対移動するようにした。このため、アライメント
光学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減さ
れ、精度良くマスクと基板とをアライメントすることが
できるとともに、スループットの低下を最小限に抑える
ことができる。
ここで、複数の第１位置情報に基づいて複数のパラメ
ータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算するとともに、
複数の第２位置情報に基づいて少なくとも１つのパラメ
ータ（Rx′、Ry′）を計算し、複数の第１位置情報を用
いて求めた複数のパラメータの一部（Rx、Ry）を、複数
の第２位置情報を用いて求めた少なくとも１つのパラメ
ータ（Rx′、Ry′）で置き換えるようにしてもよい。あ
るいは、複数のパラメータの計算に先立って、複数の第
１位置情報の一部（▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼）を、複数の第２位置情報の少なくとも
１つ（▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼）で置き換えるようにしてもよい。
ータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算するとともに、
複数の第２位置情報に基づいて少なくとも１つのパラメ
ータ（Rx′、Ry′）を計算し、複数の第１位置情報を用
いて求めた複数のパラメータの一部（Rx、Ry）を、複数
の第２位置情報を用いて求めた少なくとも１つのパラメ
ータ（Rx′、Ry′）で置き換えるようにしてもよい。あ
るいは、複数のパラメータの計算に先立って、複数の第
１位置情報の一部（▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼）を、複数の第２位置情報の少なくとも
１つ（▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼）で置き換えるようにしてもよい。
また、マスクのパターンの像を基板上に投影する投影
光学系（PL）を備えた露光装置にあって、第２アライメ
ント光学系が投影光学系（PL）とは別に設けられる対物
光学系（27）を有するOff−Axis方式のアライメント系
（20〜34）である場合には、複数の第２位置情報（▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼）に基づいて、複数のパラメータのうち、基板
のスケーリングに対応するパラメータいRx′、Ry′）を
計算することが好ましい。あるいは、第２アライメント
光学系が投影光学系（PL）を介して第２の光（LB）を基
板上に照射するTTL方式のアライメント系（１〜８）で
ある場合には、複数の第２位置情報（第11図のショット
領域S1〜S4のマークMX1、MY1〜MX4、MY4の位置）に基づ
いて、複数のパラメータのうち、複数の区画領域のオフ
セットに対応するパラメータ（Ox、Oy）を計算すること
が好ましい。このとき、残りのパラメータ（Rx、Ry、
ｗ、θ）は、第１位置検出手段（20〜35）によって検出
される複数の第１位置情報（第11図のショット領域S5〜
S12のマークMX5、MY5〜MX12、MY12の位置）から算出さ
れる。
光学系（PL）を備えた露光装置にあって、第２アライメ
ント光学系が投影光学系（PL）とは別に設けられる対物
光学系（27）を有するOff−Axis方式のアライメント系
（20〜34）である場合には、複数の第２位置情報（▲
▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼）に基づいて、複数のパラメータのうち、基板
のスケーリングに対応するパラメータいRx′、Ry′）を
計算することが好ましい。あるいは、第２アライメント
光学系が投影光学系（PL）を介して第２の光（LB）を基
板上に照射するTTL方式のアライメント系（１〜８）で
ある場合には、複数の第２位置情報（第11図のショット
領域S1〜S4のマークMX1、MY1〜MX4、MY4の位置）に基づ
いて、複数のパラメータのうち、複数の区画領域のオフ
セットに対応するパラメータ（Ox、Oy）を計算すること
が好ましい。このとき、残りのパラメータ（Rx、Ry、
ｗ、θ）は、第１位置検出手段（20〜35）によって検出
される複数の第１位置情報（第11図のショット領域S5〜
S12のマークMX5、MY5〜MX12、MY12の位置）から算出さ
れる。
さらに第２アライメント光学系は、第２の光として広
帯域光を射出する光源（20）と、基板で反射された光を
受光する撮像素子（34）とを含むことが望ましい。ま
た、複数の第２マークと複数の第１マークとは少なくと
も１つが同一のマークパターンで共用されてもよい。
帯域光を射出する光源（20）と、基板で反射された光を
受光する撮像素子（34）とを含むことが望ましい。ま
た、複数の第２マークと複数の第１マークとは少なくと
も１つが同一のマークパターンで共用されてもよい。
また、本発明による第３の位置合わせ状態では、単波
長もしくは準単色の第１の光（LB）で照射される基板
（Ｗ）上の第１マーク（MXn、MYn）を検出し、その検出
結果に基づいて第１マークの位置に関する第１位置情報
（AP1）を出力する第１位置検出手段（１〜９）と、基
板に広帯波長域の第２の光（白色光）で照射される基板
上の第２マーク（MXn、MYn）を検出し、その検出結果に
基づいて第２マークの位置に関する第２位置情報（A
P2）を出力する第２位置検出手段（20〜35）と、基板を
アライメントするために、第１及び第２位置検出手段の
一方を選択する選択手段（シーケンスを切換える手段）
とを設けるようにした。このとき、マスクと基板とのフ
ァインアライメントの前に基板のグローバルアライメン
トを実行するために、第１及び第２位置検出手段の一方
を選択することが望ましい。このため、基板（ウェハ）
の下地やレジスト層の厚みや種類などが変化しても、基
板のグローバルアライメントを常に精度良く実行するこ
とができる。
長もしくは準単色の第１の光（LB）で照射される基板
（Ｗ）上の第１マーク（MXn、MYn）を検出し、その検出
結果に基づいて第１マークの位置に関する第１位置情報
（AP1）を出力する第１位置検出手段（１〜９）と、基
板に広帯波長域の第２の光（白色光）で照射される基板
上の第２マーク（MXn、MYn）を検出し、その検出結果に
基づいて第２マークの位置に関する第２位置情報（A
P2）を出力する第２位置検出手段（20〜35）と、基板を
アライメントするために、第１及び第２位置検出手段の
一方を選択する選択手段（シーケンスを切換える手段）
とを設けるようにした。このとき、マスクと基板とのフ
ァインアライメントの前に基板のグローバルアライメン
トを実行するために、第１及び第２位置検出手段の一方
を選択することが望ましい。このため、基板（ウェハ）
の下地やレジスト層の厚みや種類などが変化しても、基
板のグローバルアライメントを常に精度良く実行するこ
とができる。
ここで、例えば第13図に示されているように第１位置
検出手段（27、28、80〜88）と第２位置検出手段（20〜
25、27〜35、80）とは、その光路の一部が共有されてい
てもよい。このとき、選択手段は第１位置検出手段によ
る第１の光の照射と第２位置検出手段による第２の光の
照射とを切り換える手段（シャッター）を有しているこ
とが好ましい。また、マスクのパターンの像を基板上に
投影する投影光学系（PL）を備えた露光装置では、第１
及び第２位置検出手段は投影光学系（PL）を介さずに第
１及び第２マークをそれぞれ検出してもよい。さらに第
２位置検出手段は、投影光学系（PL）とは別に設けられ
る対物光学系（27）を介して基板上の第２マークを検出
するために、対物光学系（27）に対して第２マークを焦
点合わせするオートフォーカス系を有していることが望
ましい。
検出手段（27、28、80〜88）と第２位置検出手段（20〜
25、27〜35、80）とは、その光路の一部が共有されてい
てもよい。このとき、選択手段は第１位置検出手段によ
る第１の光の照射と第２位置検出手段による第２の光の
照射とを切り換える手段（シャッター）を有しているこ
とが好ましい。また、マスクのパターンの像を基板上に
投影する投影光学系（PL）を備えた露光装置では、第１
及び第２位置検出手段は投影光学系（PL）を介さずに第
１及び第２マークをそれぞれ検出してもよい。さらに第
２位置検出手段は、投影光学系（PL）とは別に設けられ
る対物光学系（27）を介して基板上の第２マークを検出
するために、対物光学系（27）に対して第２マークを焦
点合わせするオートフォーカス系を有していることが望
ましい。
さて、本発明による第１の位置合わせ方法では、単波
長もしくは準単色の第１の光（LB）で照射される基板
（Ｗ）上の第１マーク（ショット領域S1〜S8のマークMX
n、MYn）を検出し、その検出結果に基づいて第１マーク
の位置に関する第１位置情報（AP1）を得るとともに、
第１の光（LB）よりも広い波長分布の第２の光（白色
光）で照射される基板上の第２マーク（ショット領域S
1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショット領域S2、S3、S
6、S7のマークMYn）を検出し、その検出結果に基づいて
第２マークの位置に関する第２位置情報（AP2）を得
る。そして、第１位置情報と第２位置情報の両方に基づ
いて、基板とマスクとの相対位置（Fxn、Fyn）を決定す
る。このため、単波長もしくは準単色光の第１の光と、
広帯波長域（ブロードバンド）の第２の光とを用いて、
基板の位置決めや位置合わせを行うので、基板上のレジ
スト層の影響などが低減され、極めて高いアライメント
精度を得ることが可能となる。
長もしくは準単色の第１の光（LB）で照射される基板
（Ｗ）上の第１マーク（ショット領域S1〜S8のマークMX
n、MYn）を検出し、その検出結果に基づいて第１マーク
の位置に関する第１位置情報（AP1）を得るとともに、
第１の光（LB）よりも広い波長分布の第２の光（白色
光）で照射される基板上の第２マーク（ショット領域S
1、S8、S4、S5のマークMXnと、ショット領域S2、S3、S
6、S7のマークMYn）を検出し、その検出結果に基づいて
第２マークの位置に関する第２位置情報（AP2）を得
る。そして、第１位置情報と第２位置情報の両方に基づ
いて、基板とマスクとの相対位置（Fxn、Fyn）を決定す
る。このため、単波長もしくは準単色光の第１の光と、
広帯波長域（ブロードバンド）の第２の光とを用いて、
基板の位置決めや位置合わせを行うので、基板上のレジ
スト層の影響などが低減され、極めて高いアライメント
精度を得ることが可能となる。
本発明による第２の位置合わせ方法では、単波長もし
くは準単色の第１の光（レーザビーム）で照射される基
板（Ｗ）上の第１マークを検出し、その検出結果に基づ
いて第１マークの位置に関する第１位置情報（AP1）を
得るとともに、第１の光よりも広い波長分布の第２の光
（白色光）で照射される基板上の第２マークを検出し、
その検出結果に基づいて第２マークの位置に関する第２
位置情報（AP2）を得る。さらに、マスクと基板とのア
ライメントのために、第１位置情報の検出工程と第２位
置情報の検出工程とのいずれか一方を選択する。このた
め、基板（ウェハ）の下地やレジスト層の厚みや種類な
どが変化しても、基板のグローバルアライメントを常に
精度良く実行することができる。
くは準単色の第１の光（レーザビーム）で照射される基
板（Ｗ）上の第１マークを検出し、その検出結果に基づ
いて第１マークの位置に関する第１位置情報（AP1）を
得るとともに、第１の光よりも広い波長分布の第２の光
（白色光）で照射される基板上の第２マークを検出し、
その検出結果に基づいて第２マークの位置に関する第２
位置情報（AP2）を得る。さらに、マスクと基板とのア
ライメントのために、第１位置情報の検出工程と第２位
置情報の検出工程とのいずれか一方を選択する。このた
め、基板（ウェハ）の下地やレジスト層の厚みや種類な
どが変化しても、基板のグローバルアライメントを常に
精度良く実行することができる。
本発明による第３の位置合わせ方法では、基板（Ｗ）
上の複数の第１マーク（MXn、MYn）の位置（（▲
▼、▲▼）〜（▲▼、▲▼））を検
出し、この検出された位置に基づいて基板上の複数の区
画領域（ショット領域）の配列を表す複数の第１パラメ
ータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算するとともに、
基板上の複数の第２マーク（MXn、MYn）の位置（▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼）を検出し、この検出された位置に基づいて区画領
域の配列を表す複数の第２パラメータ（Rx′、Ry′）を
計算する。さらに、その計算された複数の第１及び第２
パラメータの少なくとも一部（ｗ、θ、Ox、Oy、Rx′、
Ry′）を利用して、複数の区画領域の各配列座標を決定
し、この決定された配列座標に従ってマスクと基板とを
相対移動する。このため、レジスト層やマークの崩れな
どの影響が低減されて配列座標の算出精度を向上させる
ことができ、精度良くマスクと基板とをアライメントす
ることができるとともに、スループットの低下を最小限
に抑えることができる。
上の複数の第１マーク（MXn、MYn）の位置（（▲
▼、▲▼）〜（▲▼、▲▼））を検
出し、この検出された位置に基づいて基板上の複数の区
画領域（ショット領域）の配列を表す複数の第１パラメ
ータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算するとともに、
基板上の複数の第２マーク（MXn、MYn）の位置（▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼）を検出し、この検出された位置に基づいて区画領
域の配列を表す複数の第２パラメータ（Rx′、Ry′）を
計算する。さらに、その計算された複数の第１及び第２
パラメータの少なくとも一部（ｗ、θ、Ox、Oy、Rx′、
Ry′）を利用して、複数の区画領域の各配列座標を決定
し、この決定された配列座標に従ってマスクと基板とを
相対移動する。このため、レジスト層やマークの崩れな
どの影響が低減されて配列座標の算出精度を向上させる
ことができ、精度良くマスクと基板とをアライメントす
ることができるとともに、スループットの低下を最小限
に抑えることができる。
ここで、複数の第１マークは第１アライメント光学系
で検出され、かつ複数の第２マークは第１アライメント
光学系と異なる第２アライメント光学系で検出されても
よい。なお、第１アライメント光学系と第２アライメン
ト光学系とはその一部の光学要素が共有されていてもよ
い。さらに、複数の第１マークと複数の第２マークとは
その少なくとも１つが同一のマークパターンで共用され
てもよい。
で検出され、かつ複数の第２マークは第１アライメント
光学系と異なる第２アライメント光学系で検出されても
よい。なお、第１アライメント光学系と第２アライメン
ト光学系とはその一部の光学要素が共有されていてもよ
い。さらに、複数の第１マークと複数の第２マークとは
その少なくとも１つが同一のマークパターンで共用され
てもよい。
本発明による第４の位置合わせ方法では、第１アライ
メント光学系（１〜８）を用いて基板（Ｗ）上の複数の
第１マーク（MXn、MYn）の位置（（▲▼、▲
▼）〜（▲▼、▲▼））を検出するとと
もに、第１アライメント光学系と異なる第２アライメン
ト光学系（20〜34）を用いて基板上の少なくとも１つの
第２マーク（MXn、MYn）の位置（▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼、▲▼、▲▼）を検出す
る。さらに、この検出された複数の位置に基づいて、基
板上の複数の区画領域（ショット領域）の配列を表すパ
ラメータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算し、この計
算されたパラメータに従って複数の区画領域の各配列座
標（Fxn、Fyn）を決定する。このため、アライメント光
学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減され、
精度良くマスクと基板とをアライメントすることができ
るとともに、スループットの低下を最小限に抑えること
ができる。
メント光学系（１〜８）を用いて基板（Ｗ）上の複数の
第１マーク（MXn、MYn）の位置（（▲▼、▲
▼）〜（▲▼、▲▼））を検出するとと
もに、第１アライメント光学系と異なる第２アライメン
ト光学系（20〜34）を用いて基板上の少なくとも１つの
第２マーク（MXn、MYn）の位置（▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、
▲▼、▲▼、▲▼）を検出す
る。さらに、この検出された複数の位置に基づいて、基
板上の複数の区画領域（ショット領域）の配列を表すパ
ラメータ（Rx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oy）を計算し、この計
算されたパラメータに従って複数の区画領域の各配列座
標（Fxn、Fyn）を決定する。このため、アライメント光
学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減され、
精度良くマスクと基板とをアライメントすることができ
るとともに、スループットの低下を最小限に抑えること
ができる。
本発明では、レジスト層を通してウェハ等の基板上の
マークを検出するときに、単波長もしくは準単色の光を
照射すると、レジスト層の薄膜干渉によって、マークか
らの反射光（散乱光、回折光、正反射光）が光学的に歪
みを受けて、マークの検出位置が微妙に変化してしまう
といった点に着目し、この干渉の影響を受けにくい広帯
域波長の照明光を用いてマーク検出を行なうようにし
た。ところが、ウェハ上の全てのマーク検出を、このよ
うな広帯域波長の照明光をもつアライメントセンサーで
行なうことは、マーク検出の精度は向上するものの、一
般にはスループット的に不利になる。特に投影型露光装
置では、投影光学系を介してウェハマークを検出する場
合、色収差のために広帯域波長の照明光は使えず、投影
光学系の外に別設したアライメントセンサー（Off−Axi
s方式）にならざるを得ない。このため、Off−Axisのア
ライメントセンサーでマーク検出を行なうためのウェハ
の移動等が必要不可欠であり、その分スループットの低
下が生じる。本発明では、ウェハ上の検出すべき複数の
マークのうちいくつかについてのみ、第２のマーク位置
検出手段を使うようにしたので、スループット低下は小
さく押えられることになる。
マークを検出するときに、単波長もしくは準単色の光を
照射すると、レジスト層の薄膜干渉によって、マークか
らの反射光（散乱光、回折光、正反射光）が光学的に歪
みを受けて、マークの検出位置が微妙に変化してしまう
といった点に着目し、この干渉の影響を受けにくい広帯
域波長の照明光を用いてマーク検出を行なうようにし
た。ところが、ウェハ上の全てのマーク検出を、このよ
うな広帯域波長の照明光をもつアライメントセンサーで
行なうことは、マーク検出の精度は向上するものの、一
般にはスループット的に不利になる。特に投影型露光装
置では、投影光学系を介してウェハマークを検出する場
合、色収差のために広帯域波長の照明光は使えず、投影
光学系の外に別設したアライメントセンサー（Off−Axi
s方式）にならざるを得ない。このため、Off−Axisのア
ライメントセンサーでマーク検出を行なうためのウェハ
の移動等が必要不可欠であり、その分スループットの低
下が生じる。本発明では、ウェハ上の検出すべき複数の
マークのうちいくつかについてのみ、第２のマーク位置
検出手段を使うようにしたので、スループット低下は小
さく押えられることになる。
第１図は本発明の実施例による投影型露光装置の構成
と、それに組み込まれる位置合わせ（アライメント）装
置の構成とを示す。露光用の照明光（水銀ランプからの
ｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線
パルス光）ILはコンデンサーレンズCLを介してレチクル
Ｒのパターン領域PAを均一な照度分布で照射する。パタ
ーン領域PAを通って照明光ILは、例えば両側（片側でも
よい）テレセントリックな投影レンズPLに入射し、ウェ
ハＷに達する。ここで投影レンズPLは照明光IL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ILはケーラ照明であり、投影レンズPLの瞳EP内の
中心に光源像として結像されている。さて、レチクルＲ
は２次元に微動可能なレチクルステージRSに保持され、
レチクルＲは、その周辺に形成されたレチクルアライメ
ントマークがミラー16、対物レンズ17、マーク検出系18
から成るレチクルアライメント系で検出されることによ
って、投影レンズPLの光軸AXに関して位置決めされる。
一方、ウェハＷは、駆動系13によって２次元移動するウ
ェハステージST上に載置され、ウェハステージSTの座標
値は干渉計12により逐次計測される。ステージコントロ
ーラ14は干渉計12からの座標計測値等に基づいて駆動系
13を制御してウェハステージSTの移動や位置決めを制御
する。ウェハステージST上には後述のベースライン計測
等で使用する基準マークFMが設けられる。
と、それに組み込まれる位置合わせ（アライメント）装
置の構成とを示す。露光用の照明光（水銀ランプからの
ｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線
パルス光）ILはコンデンサーレンズCLを介してレチクル
Ｒのパターン領域PAを均一な照度分布で照射する。パタ
ーン領域PAを通って照明光ILは、例えば両側（片側でも
よい）テレセントリックな投影レンズPLに入射し、ウェ
ハＷに達する。ここで投影レンズPLは照明光IL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ILはケーラ照明であり、投影レンズPLの瞳EP内の
中心に光源像として結像されている。さて、レチクルＲ
は２次元に微動可能なレチクルステージRSに保持され、
レチクルＲは、その周辺に形成されたレチクルアライメ
ントマークがミラー16、対物レンズ17、マーク検出系18
から成るレチクルアライメント系で検出されることによ
って、投影レンズPLの光軸AXに関して位置決めされる。
一方、ウェハＷは、駆動系13によって２次元移動するウ
ェハステージST上に載置され、ウェハステージSTの座標
値は干渉計12により逐次計測される。ステージコントロ
ーラ14は干渉計12からの座標計測値等に基づいて駆動系
13を制御してウェハステージSTの移動や位置決めを制御
する。ウェハステージST上には後述のベースライン計測
等で使用する基準マークFMが設けられる。
そして本実施例では、第１のマーク位置検出手段とし
て働くTTL方式のアライメント光学系が設けられてい
る。レーザ光源１からのビームLBはHe−Neレーザ等の赤
色光で、ウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性であ
る。このビームLBはシリンドリカルレンズ等を含むビー
ム整形光学系２を通り、ミラー3a、レンズ系４、ミラー
3b、ビームスプリッタ５を介して対物レンズ６に入射す
る。対物レンズ６から射出したビームLBは、レチクルＲ
の下方に45゜に斜設されたミラー７で反射され、投影レ
ンズPLの視野の周辺に光軸AXと平行に入射する。そし
て、ビームLBは投影レンズPLの瞳EPの中心を通ってウェ
ハＷを垂直に照射する。ここでビームLBはビーム整形光
学系２の働きで対物レンズ６と投影レンズPLとの間の光
路中の空間にスリット状のスポット光SP0となって集光
している。そして投影レンズPLは、このスポット光SP0
をウェハＷ上にスポットSPとして再結像する。またミラ
ー７はレチクルＲのパターン領域PAの周辺よりも外側
で、かつ投影レンズPLの視野内にあるように固定され
る。従ってウェハＷ上にできるスリット状のスポット光
SPは、パターン領域PAの投影像の外側に位置する。この
スポット光SPによってウェハＷ上のマークを検出するに
は、ウェハステージSTをスポット光SPに対して水平移動
させる。スポット光SPがマークを相対走査すると、マー
クからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークと
スポット光SPの相対位置により光量が変化していく。こ
れらの光情報は、ビームLBの送光路に沿って逆進し、投
影レンズPL、ミラー７、対物レンズ６、及びビームスプ
リッタ５で反射されて、受光素子８に達する。受光素子
８の受光面は投影レンズPLの瞳EPとほぼ共役な面EP′に
位置され、マークからの正反射光に対して不感領域をも
ち、散乱光や回折光のみを受光する。
て働くTTL方式のアライメント光学系が設けられてい
る。レーザ光源１からのビームLBはHe−Neレーザ等の赤
色光で、ウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性であ
る。このビームLBはシリンドリカルレンズ等を含むビー
ム整形光学系２を通り、ミラー3a、レンズ系４、ミラー
3b、ビームスプリッタ５を介して対物レンズ６に入射す
る。対物レンズ６から射出したビームLBは、レチクルＲ
の下方に45゜に斜設されたミラー７で反射され、投影レ
ンズPLの視野の周辺に光軸AXと平行に入射する。そし
て、ビームLBは投影レンズPLの瞳EPの中心を通ってウェ
ハＷを垂直に照射する。ここでビームLBはビーム整形光
学系２の働きで対物レンズ６と投影レンズPLとの間の光
路中の空間にスリット状のスポット光SP0となって集光
している。そして投影レンズPLは、このスポット光SP0
をウェハＷ上にスポットSPとして再結像する。またミラ
ー７はレチクルＲのパターン領域PAの周辺よりも外側
で、かつ投影レンズPLの視野内にあるように固定され
る。従ってウェハＷ上にできるスリット状のスポット光
SPは、パターン領域PAの投影像の外側に位置する。この
スポット光SPによってウェハＷ上のマークを検出するに
は、ウェハステージSTをスポット光SPに対して水平移動
させる。スポット光SPがマークを相対走査すると、マー
クからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークと
スポット光SPの相対位置により光量が変化していく。こ
れらの光情報は、ビームLBの送光路に沿って逆進し、投
影レンズPL、ミラー７、対物レンズ６、及びビームスプ
リッタ５で反射されて、受光素子８に達する。受光素子
８の受光面は投影レンズPLの瞳EPとほぼ共役な面EP′に
位置され、マークからの正反射光に対して不感領域をも
ち、散乱光や回折光のみを受光する。
ここでウェハＷ上のマークからの光情報の瞳EP（又は
瞳像面EP′）上での分布を第２図（Ｂ）に示す。瞳EPの
中心にｘ方向にスリット状に伸びた正反射光D0の上下
（ｙ方向）には、それぞれ正の１次回折光＋D1、２次回
折光＋D2と、負の１次回折光−D1、２次回折光−D2が並
び、正反射光D0の左右（ｘ方向）にはマークエッジから
の散乱光Drが位置する。これは先に述べた特開昭61−12
8106号公報に詳しく述べられているので詳しい説明は省
略するが、回折光±D1、±D2はマークが回折格子マーク
のときにのみ生じる。そこで受光素子８は、第２図
（Ｃ）に示すように、瞳像面EP′内で４つの独立した受
光面8a、8b、8c、8dに分割され、受光面8a、8bが散乱光
Drを受光し、受光面8c、8dが回折光±D1、±D2を受光す
るように配列される。尚、投影レンズPLのウェハ側の開
口数（N.A.）が大きく、回折格子マークから発生する３
次回折光も瞳EPを通る場合は、受光面8c、8dはその３次
元も受光するような大きさにするとよい。このような受
光素子８からの各光電信号は干渉計12からの位置計測信
号PDSとともに、LSA（レーザステップアライメント）演
算ユニット９に入力し、マーク位置の情報AP1が作られ
る。LSA演算ユニット９は、スポット光SPに対してウェ
ハマークを走査したときの受光素子８からの光電信号波
形を位置計測信号PDSに基づいてサンプリングして記憶
し、その波形を解析することによってマークの中心がス
ポット光中心と一致したときのウェハステージSTの座標
位置として、情報AP1を出力する。
瞳像面EP′）上での分布を第２図（Ｂ）に示す。瞳EPの
中心にｘ方向にスリット状に伸びた正反射光D0の上下
（ｙ方向）には、それぞれ正の１次回折光＋D1、２次回
折光＋D2と、負の１次回折光−D1、２次回折光−D2が並
び、正反射光D0の左右（ｘ方向）にはマークエッジから
の散乱光Drが位置する。これは先に述べた特開昭61−12
8106号公報に詳しく述べられているので詳しい説明は省
略するが、回折光±D1、±D2はマークが回折格子マーク
のときにのみ生じる。そこで受光素子８は、第２図
（Ｃ）に示すように、瞳像面EP′内で４つの独立した受
光面8a、8b、8c、8dに分割され、受光面8a、8bが散乱光
Drを受光し、受光面8c、8dが回折光±D1、±D2を受光す
るように配列される。尚、投影レンズPLのウェハ側の開
口数（N.A.）が大きく、回折格子マークから発生する３
次回折光も瞳EPを通る場合は、受光面8c、8dはその３次
元も受光するような大きさにするとよい。このような受
光素子８からの各光電信号は干渉計12からの位置計測信
号PDSとともに、LSA（レーザステップアライメント）演
算ユニット９に入力し、マーク位置の情報AP1が作られ
る。LSA演算ユニット９は、スポット光SPに対してウェ
ハマークを走査したときの受光素子８からの光電信号波
形を位置計測信号PDSに基づいてサンプリングして記憶
し、その波形を解析することによってマークの中心がス
ポット光中心と一致したときのウェハステージSTの座標
位置として、情報AP1を出力する。
以上において、レーザ光源１、ビーム整形光学系２、
ミラー3a、3b、レンズ系４、ビームスプリッタ５、対物
レンズ６、ミラー７、受光素子８、LSA演算ユニット
９、及び投影レンズPLが、ウェハＷに対する第１のマー
ク位置検出手段を構成する。また第２図中のTTL方式の
アライメント光学系の光路中に示した実線は、ウェハＷ
との結像関係を表わし、破線は瞳EPとの共役関係を表わ
す。
ミラー3a、3b、レンズ系４、ビームスプリッタ５、対物
レンズ６、ミラー７、受光素子８、LSA演算ユニット
９、及び投影レンズPLが、ウェハＷに対する第１のマー
ク位置検出手段を構成する。また第２図中のTTL方式の
アライメント光学系の光路中に示した実線は、ウェハＷ
との結像関係を表わし、破線は瞳EPとの共役関係を表わ
す。
次に、第２のマーク位置検出手段としてのOff−Axis
方式のアライメント系を説明する。
方式のアライメント系を説明する。
ハロゲンランプ20から発生した光は、コンデンサーレ
ンズ21によってオプチカルファイバー22の一端面に集光
される。ファイバー22を通った光は、レジスト層の感光
波長（短波長）域と赤外線長域とをカットするフィルタ
ー23を通って、レンズ系24を介してハーフミラー25に達
する。ここで反射された照明光は、ミラー26でほぼ水平
に反射された後、対物レンズ27に入射し、さらに投影レ
ンズPLの鏡筒下部の周辺に投影レンズPLの視野を遮光し
ないように固定されたプリズム（ミラー）28で反射され
てウェハＷを垂直に照射する。ここでは図示していない
が、ファイバー22の射出端から対物レンズ27までと光路
中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ27に関してウ
ェハＷと共役な位置に設けられる。また対物レンズ27は
テレセントリック系とし、その開口絞り（瞳と同じ）の
面27aには、ファイバー22の射出端の像が形成され、ケ
ーラー照明が行なわれる。対物レンズ27の光軸はウェハ
Ｗ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光
軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっ
ている。
ンズ21によってオプチカルファイバー22の一端面に集光
される。ファイバー22を通った光は、レジスト層の感光
波長（短波長）域と赤外線長域とをカットするフィルタ
ー23を通って、レンズ系24を介してハーフミラー25に達
する。ここで反射された照明光は、ミラー26でほぼ水平
に反射された後、対物レンズ27に入射し、さらに投影レ
ンズPLの鏡筒下部の周辺に投影レンズPLの視野を遮光し
ないように固定されたプリズム（ミラー）28で反射され
てウェハＷを垂直に照射する。ここでは図示していない
が、ファイバー22の射出端から対物レンズ27までと光路
中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ27に関してウ
ェハＷと共役な位置に設けられる。また対物レンズ27は
テレセントリック系とし、その開口絞り（瞳と同じ）の
面27aには、ファイバー22の射出端の像が形成され、ケ
ーラー照明が行なわれる。対物レンズ27の光軸はウェハ
Ｗ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光
軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっ
ている。
さて、ウェハＷからの反射光は対物レンズ28、ハーフ
ミラー25を通り、レンズ系29によって指標板30に結像さ
れる。この指標板30は対物レンズ27とレンズ系29とによ
ってウェハＷと共役に配置され、第２図（Ａ）に示すよ
うに矩形の透明窓内に、ｘ方向とｙ方向の夫々に伸びた
直線状の指標マーク30a、30b、30c、30dを有する。従っ
て、ウェハＷのマークの像は指標板30の透明窓内に結像
され、このウェハマーク像と指標マーク30a、30b、30
c、30dとは、リレー系31、33、ミラー32を介してCCDカ
メラ等の撮像素子34に結像する。撮像素子34からのビデ
オ信号はFIA（フィールド・イメージ・アライメント）
演算ユニット35に、干渉計12からの位置計測信号PDSと
ともに入力する。FIA演算ユニット35は指標マーク30a〜
30dに対するマーク像のずれを、ビデオ信号の波形に基
づいて求め、位置計測信号PDSによって表わされるウェ
ハステージSTの停止位置から、ウェハマークの像が指標
マーク30a〜30dの中心に正確に位置したときのウェハス
テージSTのマーク中心検出位置に関する情報AP2を出力
する。
ミラー25を通り、レンズ系29によって指標板30に結像さ
れる。この指標板30は対物レンズ27とレンズ系29とによ
ってウェハＷと共役に配置され、第２図（Ａ）に示すよ
うに矩形の透明窓内に、ｘ方向とｙ方向の夫々に伸びた
直線状の指標マーク30a、30b、30c、30dを有する。従っ
て、ウェハＷのマークの像は指標板30の透明窓内に結像
され、このウェハマーク像と指標マーク30a、30b、30
c、30dとは、リレー系31、33、ミラー32を介してCCDカ
メラ等の撮像素子34に結像する。撮像素子34からのビデ
オ信号はFIA（フィールド・イメージ・アライメント）
演算ユニット35に、干渉計12からの位置計測信号PDSと
ともに入力する。FIA演算ユニット35は指標マーク30a〜
30dに対するマーク像のずれを、ビデオ信号の波形に基
づいて求め、位置計測信号PDSによって表わされるウェ
ハステージSTの停止位置から、ウェハマークの像が指標
マーク30a〜30dの中心に正確に位置したときのウェハス
テージSTのマーク中心検出位置に関する情報AP2を出力
する。
以上の構成で、フィルター23を通ってウェハＷの照明
光は、ウェハＷ上のマークを含む局所領域（ショット領
域よりも小さい）をほぼ均一な照度で照明し、波長域は
200nm程度の幅に定められる。
光は、ウェハＷ上のマークを含む局所領域（ショット領
域よりも小さい）をほぼ均一な照度で照明し、波長域は
200nm程度の幅に定められる。
上記、ハロゲンランプ20から符号順にFIA演算ユニッ
ト35までの部材によって、第２のマーク位置検出手段が
構成される。また、対物レンズ27、レンズ系29、リレー
系31、33によるテレセントリック結像光学系には波長帯
域200nm程度の光が通るため、当然、それに対応した色
収差の補正を行なっておく必要があるが、それには顕微
鏡レンズの色消し技術をそのまま利用すればよい。
ト35までの部材によって、第２のマーク位置検出手段が
構成される。また、対物レンズ27、レンズ系29、リレー
系31、33によるテレセントリック結像光学系には波長帯
域200nm程度の光が通るため、当然、それに対応した色
収差の補正を行なっておく必要があるが、それには顕微
鏡レンズの色消し技術をそのまま利用すればよい。
さらに、対物レンズ27のウェハ側の開口数（N.A.）は
投影レンズPLの開口数よりも小さくしておくとよい。こ
れは対物レンズ27、レンズ系29で決まる拡大倍率が比較
的大きく、なおかつ色収差補正も必要なことから、対物
レンズ27の開口数を現在の一般的な投影レンズの開口
数、約0.45〜0.5と同等、もしくはそれ以上にした場合
に、対物レンズ27の作動距離（ウェハ面までの間隔）を
ある程度確保するとしても、対物レンズ径が大口径にな
ることをさけられる点で有利である。本実施例ではプリ
ズム28によって、対物レンズ27の観察視野域を投影レン
ズPLの鏡筒下面に一部もぐり込ませ、極力投影レンズPL
の視野に近づけている。一般にこの種のステッパーに
は、投影レンズPLの結像面とウェハＷ表面との間隔（ズ
レ）を精密に検出するフォーカスセンサーと、ウェハＷ
上のショット領域の面と、投影レンズPLの結像面との相
対的な傾きを検出するレベリングセンサーとが設けられ
ている。このフォーカスセンサーやレベリングセンサー
は、投影レンズPLの投影視野が存在するウェハＷ上に斜
めから赤外域の光束を照射し、その反射光の受光位置の
ずれを求めて、フォーカスとレベリングを行なうように
構成されている。そこで対物レンズ27を介してウェハＷ
上のマークを観察するとき、スループットを考慮する
と、ウェハＷ上のマークを対物レンズ27の観察視野内に
もたらした時点で、フォーカスセンサーを働らかせて、
ピント調整（ウェハステージSTに組み込まれたＺステー
ジの上下動）を行なうのがよい。しかしながら、フォー
カスセンサーがウェハＷ表面を検出している領域と、対
物レンズ27の観察視野とはずれているため、仮りにその
２つの間でウェハＷが微小な凹凸やそりをもっているも
のとすると、開口数の大きな対物レンズ27に関しては正
確なピント調整が行われないことになる。しかしなが
ら、対物レンズ27の開口数を投影レンズの開口数の1/2
〜2/3程度にしておくと、実用上の焦点深度は大きくな
り、ウェハの微小な凹凸やそりに対してほとんど影響を
受けずにマーク観察ができる。また開口数を小さくした
場合は、対物レンズ27の光軸のウェハＷとの垂直性、所
謂テレセン性が多少悪化したとしても、観察視野内の部
分的な位置（例えば中心と４隅等）の夫々で像質が急激
に変化することがない点でも有利である。
投影レンズPLの開口数よりも小さくしておくとよい。こ
れは対物レンズ27、レンズ系29で決まる拡大倍率が比較
的大きく、なおかつ色収差補正も必要なことから、対物
レンズ27の開口数を現在の一般的な投影レンズの開口
数、約0.45〜0.5と同等、もしくはそれ以上にした場合
に、対物レンズ27の作動距離（ウェハ面までの間隔）を
ある程度確保するとしても、対物レンズ径が大口径にな
ることをさけられる点で有利である。本実施例ではプリ
ズム28によって、対物レンズ27の観察視野域を投影レン
ズPLの鏡筒下面に一部もぐり込ませ、極力投影レンズPL
の視野に近づけている。一般にこの種のステッパーに
は、投影レンズPLの結像面とウェハＷ表面との間隔（ズ
レ）を精密に検出するフォーカスセンサーと、ウェハＷ
上のショット領域の面と、投影レンズPLの結像面との相
対的な傾きを検出するレベリングセンサーとが設けられ
ている。このフォーカスセンサーやレベリングセンサー
は、投影レンズPLの投影視野が存在するウェハＷ上に斜
めから赤外域の光束を照射し、その反射光の受光位置の
ずれを求めて、フォーカスとレベリングを行なうように
構成されている。そこで対物レンズ27を介してウェハＷ
上のマークを観察するとき、スループットを考慮する
と、ウェハＷ上のマークを対物レンズ27の観察視野内に
もたらした時点で、フォーカスセンサーを働らかせて、
ピント調整（ウェハステージSTに組み込まれたＺステー
ジの上下動）を行なうのがよい。しかしながら、フォー
カスセンサーがウェハＷ表面を検出している領域と、対
物レンズ27の観察視野とはずれているため、仮りにその
２つの間でウェハＷが微小な凹凸やそりをもっているも
のとすると、開口数の大きな対物レンズ27に関しては正
確なピント調整が行われないことになる。しかしなが
ら、対物レンズ27の開口数を投影レンズの開口数の1/2
〜2/3程度にしておくと、実用上の焦点深度は大きくな
り、ウェハの微小な凹凸やそりに対してほとんど影響を
受けずにマーク観察ができる。また開口数を小さくした
場合は、対物レンズ27の光軸のウェハＷとの垂直性、所
謂テレセン性が多少悪化したとしても、観察視野内の部
分的な位置（例えば中心と４隅等）の夫々で像質が急激
に変化することがない点でも有利である。
尚、第１図中の構成で、TTL方式のアライメント系
（１、２、3a、3b、４、５、６、７、８）は、１組しか
示していないが紙面と直交する方向にもう１組が設けら
れ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。これ
ら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸AXに向か
っている。
（１、２、3a、3b、４、５、６、７、８）は、１組しか
示していないが紙面と直交する方向にもう１組が設けら
れ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。これ
ら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸AXに向か
っている。
また、第１図中の構成で、Off−Axis方式のアライメ
ント系の検出中心（指標板30の中心）は投影レンズ中心
から離れているので干渉計12の計測位置と投影レンズ中
心とを結ぶ直線、すなわち測長軸（測長ビーム中心線）
上に設けることによってアッベ誤差（ステージの傾きに
よる軸外エラー）を最小限に抑えている。ここでは１組
しか示していないが、例えば特開昭56−102823号公報に
示されているようにＸ測長軸とＹ測長軸の上にそれぞれ
１組ずつのアライメント系が設けられている。
ント系の検出中心（指標板30の中心）は投影レンズ中心
から離れているので干渉計12の計測位置と投影レンズ中
心とを結ぶ直線、すなわち測長軸（測長ビーム中心線）
上に設けることによってアッベ誤差（ステージの傾きに
よる軸外エラー）を最小限に抑えている。ここでは１組
しか示していないが、例えば特開昭56−102823号公報に
示されているようにＸ測長軸とＹ測長軸の上にそれぞれ
１組ずつのアライメント系が設けられている。
但し、光学系の配置問題でアライメント系を前記各測
長軸上に設けられない場合や、１組の光学系でxy両方向
のマークを観察する場合はアッベ誤差が大きく、精度が
十分に得られなくなる。そこでそのような構成のとき
は、ステージSTの傾き（xy平面内での微小回転）を計測
するステージ傾き角計測センサー（ヨーイングセンサ
ー）をステージに取付けてアライメント時のアッベ誤差
を補正演算によって取除く手段を用いれば良い。すなわ
ちアッベ誤差を含む方向のマーク検出位置をステージST
のヨーイング量に基づいて補正すればよい。またアライ
メント実行時はウェハ組合せの為のグローバルアライメ
ントと、高精度にアライメントするファインアライメン
トを行う必要がある。このグローバルアライメントに関
しては例えば特開昭60−130742号公報に開示されている
ようにTTLアライメント系とOff−Axisアライメント系を
混用する方法がある。本実施例の装置では、通常は処理
速度の速いTTLアライメント系によってウェハ上の３ヶ
所、又は２ヶ所のマークを検出してグローバルアライメ
ントを行うシーケンスを採る。しかしながらウェハ下地
やレジスト層の厚みや種類によってアライメントが正常
に行なわれない場合（特にマーク検出がうまくいかない
場合）もあるので、Off−Axis方式の広帯域幅の照明波
長を用いたアライメント系を使ってグローバルアライメ
ントを実行するようにシーケンスを切換える手段が設け
られている。この場合、TTL方式のアライメント系でグ
ローバルアライメントするときのマーク検出時間、マー
ク検出信号の大きさや歪み等を判定して、シーケンスを
切替える。
長軸上に設けられない場合や、１組の光学系でxy両方向
のマークを観察する場合はアッベ誤差が大きく、精度が
十分に得られなくなる。そこでそのような構成のとき
は、ステージSTの傾き（xy平面内での微小回転）を計測
するステージ傾き角計測センサー（ヨーイングセンサ
ー）をステージに取付けてアライメント時のアッベ誤差
を補正演算によって取除く手段を用いれば良い。すなわ
ちアッベ誤差を含む方向のマーク検出位置をステージST
のヨーイング量に基づいて補正すればよい。またアライ
メント実行時はウェハ組合せの為のグローバルアライメ
ントと、高精度にアライメントするファインアライメン
トを行う必要がある。このグローバルアライメントに関
しては例えば特開昭60−130742号公報に開示されている
ようにTTLアライメント系とOff−Axisアライメント系を
混用する方法がある。本実施例の装置では、通常は処理
速度の速いTTLアライメント系によってウェハ上の３ヶ
所、又は２ヶ所のマークを検出してグローバルアライメ
ントを行うシーケンスを採る。しかしながらウェハ下地
やレジスト層の厚みや種類によってアライメントが正常
に行なわれない場合（特にマーク検出がうまくいかない
場合）もあるので、Off−Axis方式の広帯域幅の照明波
長を用いたアライメント系を使ってグローバルアライメ
ントを実行するようにシーケンスを切換える手段が設け
られている。この場合、TTL方式のアライメント系でグ
ローバルアライメントするときのマーク検出時間、マー
ク検出信号の大きさや歪み等を判定して、シーケンスを
切替える。
次に、TTL方式のアライメント系、Off−Axis方式のア
ライメント系、及びステージコントローラ14等を統括制
御する主制御系50について説明する。
ライメント系、及びステージコントローラ14等を統括制
御する主制御系50について説明する。
主制御系50は干渉計12からの位置情報PDSを常時入力
しているものとする。アライメント（ALG）データ記憶
部501は、LSA演算ユニット９からのマーク位置情報AP1
と、FIA演算ユニット35からのマーク位置情報AP2との両
方を入力可能となっている。
しているものとする。アライメント（ALG）データ記憶
部501は、LSA演算ユニット９からのマーク位置情報AP1
と、FIA演算ユニット35からのマーク位置情報AP2との両
方を入力可能となっている。
EGA（エンハンスメント・グローバル・アライメン
ト）演算ユニット502は、ALGデータ記憶部501に記憶さ
れた各マーク位置情報に基づいて、統計的な演算手法に
よりウェハ上の実際のショット配列座標値を算出するも
ので、その算出結果はシーケンスコントローラ506に送
られる。詳しくは特開昭61−44429号公報に開示されて
いる。
ト）演算ユニット502は、ALGデータ記憶部501に記憶さ
れた各マーク位置情報に基づいて、統計的な演算手法に
よりウェハ上の実際のショット配列座標値を算出するも
ので、その算出結果はシーケンスコントローラ506に送
られる。詳しくは特開昭61−44429号公報に開示されて
いる。
露光（EXP）ショットマップデータ部503は、ウェハ上
の露光すべきショット配列座標値の設計値を格納し、こ
の設計値はEGA演算ユニット502と、シーケンスコントロ
ーラ506に送られる。アライメント（ALG）ショットマッ
プデータ部504は、ウェハ上のアライメントすべきショ
ット配列座標値（設計値）を格納し、この座標値はEGA
演算ユニット502とシーケンスコントローラ506へ送られ
る。補正データ部505には、アライメント用の各種デー
タ、あるいは露光ショットに対する位置決めの補正用の
データ等が格納され、これら補正データは、ALGデータ
記憶部501やシーケンスコントローラ506へ送られる。シ
ーケンスコントローラ506は上記各データに基づいて、
アライメント時やステップアンドリピート方式の露光時
のウェハステージSTの移動を制御するための一連の手順
を決定する。
の露光すべきショット配列座標値の設計値を格納し、こ
の設計値はEGA演算ユニット502と、シーケンスコントロ
ーラ506に送られる。アライメント（ALG）ショットマッ
プデータ部504は、ウェハ上のアライメントすべきショ
ット配列座標値（設計値）を格納し、この座標値はEGA
演算ユニット502とシーケンスコントローラ506へ送られ
る。補正データ部505には、アライメント用の各種デー
タ、あるいは露光ショットに対する位置決めの補正用の
データ等が格納され、これら補正データは、ALGデータ
記憶部501やシーケンスコントローラ506へ送られる。シ
ーケンスコントローラ506は上記各データに基づいて、
アライメント時やステップアンドリピート方式の露光時
のウェハステージSTの移動を制御するための一連の手順
を決定する。
以上、主制御系50の動作について詳しくは後述する。
さて、第３図はウェハＷ上の１つのショット領域Sn
と、ウェハ上のアライメントマークMXn、MYnとの配置関
係を示す図で、１つのショット領域Snの４辺はスクライ
ブラインSCLで囲まれ、スクライブラインSCLの直交する
２辺の夫々の中心部分にマークMXn、MYnが形成されてい
る。SCはショット領域Snの中心点で露光時には投影レン
ズPLの光軸AXが通る。そしてマークMXn、MYnの夫々は、
中心SCを原点にｘ方向、ｙ方向の夫々に伸びた線CX、CY
上に位置する。マークMXnはｘ方向の位置検出に使わ
れ、マークMYnはｙ方向の位置検出に使われ、それぞれ
複数本の線条パターンを平行に並べたマルチマークとな
っている。
と、ウェハ上のアライメントマークMXn、MYnとの配置関
係を示す図で、１つのショット領域Snの４辺はスクライ
ブラインSCLで囲まれ、スクライブラインSCLの直交する
２辺の夫々の中心部分にマークMXn、MYnが形成されてい
る。SCはショット領域Snの中心点で露光時には投影レン
ズPLの光軸AXが通る。そしてマークMXn、MYnの夫々は、
中心SCを原点にｘ方向、ｙ方向の夫々に伸びた線CX、CY
上に位置する。マークMXnはｘ方向の位置検出に使わ
れ、マークMYnはｙ方向の位置検出に使われ、それぞれ
複数本の線条パターンを平行に並べたマルチマークとな
っている。
第４図（Ａ）はマークMXnの拡大図であり、ｙ方向に
伸びた５本の線条パターンP1、P2、P3、P4、P5がｘ方向
にほぼ一定のピッチで配列されている。第４図（Ｂ）は
そのマークMXnのｘ方向の断面構造を示し、ここでは５
本の線状パターンP1〜P5はウェハＷの下地から突出した
凸状に形成され、その上面はレジスト層PRで被覆されて
いる。第３図にも示したように、ショット領域Snの中心
SCを通るｙ軸と平行な線CXは、マークMXnの中央の線条
パターンP3の幅中心を通るものとする。尚、マークMYn
に関しても同様で、５本の線条パターンから成り、中央
の線状パターンの中心線が線CYと一致している。
伸びた５本の線条パターンP1、P2、P3、P4、P5がｘ方向
にほぼ一定のピッチで配列されている。第４図（Ｂ）は
そのマークMXnのｘ方向の断面構造を示し、ここでは５
本の線状パターンP1〜P5はウェハＷの下地から突出した
凸状に形成され、その上面はレジスト層PRで被覆されて
いる。第３図にも示したように、ショット領域Snの中心
SCを通るｙ軸と平行な線CXは、マークMXnの中央の線条
パターンP3の幅中心を通るものとする。尚、マークMYn
に関しても同様で、５本の線条パターンから成り、中央
の線状パターンの中心線が線CYと一致している。
本実施例では、このようなマークMXn、MYnをTTL方式
のアライメント系とOff−Axis方式のアライメント系と
で共通で検出する。
のアライメント系とOff−Axis方式のアライメント系と
で共通で検出する。
第５図（Ａ）はOff−Axis方式のアライメント系の撮
像素子34によって検出されるマークMXnの様子を示し、
第５図（Ｂ）はそのときの画像信号の波形を示す。第５
図（Ａ）に示すように、検出すべきマークMXnを指標板3
0の指標マーク30a、30bの間に位置決めし、そのときの
ウェハステージSTの精密な位置XAを求めておく。撮像素
子34はマークMXnの５本の線条パターンP1〜P5と指標マ
ーク30a、30bとの像を走査線SLに沿って電気的に走査す
る。このとき、例えば１本の走査線だけではS/N比の点
で不利なので、破線で示したビデオサンプリング領域VS
Aに入る複数の水平走査線によって得られる画像信号の
レベルを水平方向の各画素毎に加算平均するとよい。第
５図（Ｂ）に示すように画像信号には、両側に指標マー
ク30a、30bの夫々に対した立上りと立下りの波形部分が
あり、これらの位置（画素上の位置）XR1、XR2を求め、
その中点位置XR0を求める。
像素子34によって検出されるマークMXnの様子を示し、
第５図（Ｂ）はそのときの画像信号の波形を示す。第５
図（Ａ）に示すように、検出すべきマークMXnを指標板3
0の指標マーク30a、30bの間に位置決めし、そのときの
ウェハステージSTの精密な位置XAを求めておく。撮像素
子34はマークMXnの５本の線条パターンP1〜P5と指標マ
ーク30a、30bとの像を走査線SLに沿って電気的に走査す
る。このとき、例えば１本の走査線だけではS/N比の点
で不利なので、破線で示したビデオサンプリング領域VS
Aに入る複数の水平走査線によって得られる画像信号の
レベルを水平方向の各画素毎に加算平均するとよい。第
５図（Ｂ）に示すように画像信号には、両側に指標マー
ク30a、30bの夫々に対した立上りと立下りの波形部分が
あり、これらの位置（画素上の位置）XR1、XR2を求め、
その中点位置XR0を求める。
一方、撮影素子34はマークMXnの明視野像を光電検出
しているため、５本の線状パターンP1〜P5の夫々の左右
の段差エッジでは光の散乱によって対物レンズ27へ戻る
光が極端に減少する。このため、線状パターンP1〜P5の
夫々の左エッジ、右エッジは黒い線のように撮像され
る。従って画像信号上の波形は、左エッジ、右エッジに
対応した位置でボトムBL1、BR1、……BL5、BR5となる。
しているため、５本の線状パターンP1〜P5の夫々の左右
の段差エッジでは光の散乱によって対物レンズ27へ戻る
光が極端に減少する。このため、線状パターンP1〜P5の
夫々の左エッジ、右エッジは黒い線のように撮像され
る。従って画像信号上の波形は、左エッジ、右エッジに
対応した位置でボトムBL1、BR1、……BL5、BR5となる。
FIA演算ユニット35は、このような波形に基づいてマ
ークMXn（パターンP1〜P5）の中心（線CX）のｘ方向の
位置Xmを計算する。さらに詳しく述べるなら、FIA演算
ユニット35はパターンP1〜P5の夫々の中心位置を左、右
のエッジ位置（ボトムBLn、BRn）に基づいて算出した
後、５本の線状パターンP1〜P5の各位置を加算して５で
割ると、中心となるべきｘ方向のマーク位置が検出され
る。
ークMXn（パターンP1〜P5）の中心（線CX）のｘ方向の
位置Xmを計算する。さらに詳しく述べるなら、FIA演算
ユニット35はパターンP1〜P5の夫々の中心位置を左、右
のエッジ位置（ボトムBLn、BRn）に基づいて算出した
後、５本の線状パターンP1〜P5の各位置を加算して５で
割ると、中心となるべきｘ方向のマーク位置が検出され
る。
そしてFIA演算ユニット35は、先に求めておいた位置X
R0とマーク計測位置Xmとの差ΔＸ＝XR0−Xmを算出し、
ウェハステージSTが位置決めされたときの位置XAと差Δ
Ｘとを加えた値をマーク位置情報AP2として出力する。
R0とマーク計測位置Xmとの差ΔＸ＝XR0−Xmを算出し、
ウェハステージSTが位置決めされたときの位置XAと差Δ
Ｘとを加えた値をマーク位置情報AP2として出力する。
ところで第１図では、撮像素子34が１つしか示されて
いない。CCD等の固体撮像素子では水平走査方向、垂直
走査方向とも同じ画素密度にすることは可能であるが、
一般的には水平走査方向に関する画像信号を取り込んで
処理することが簡単である。そこで第６図に示すよう
に、指標板30の後のリレーレンズ31から撮像素子までの
光路をビームスプリッタ、又は切り替え（可動）ミラー
32′で２つに分け、それぞれの光路にリレーレンズ33
x、33yを設け、マークMXnを指標マーク30a、30bととも
に撮像する撮像素子34xと、マークMYnを指標マーク30
c、30dとともに撮像する撮像素子34yとを設ける。撮像
素子34x、34yの水平走査方向は互いに直交する方向に配
置される。このようにすれば、マークMXn、MYnはそれぞ
れ同一の分解能で検出される。もちろん、１つの撮像素
子で、水平方向と垂直方向の走査線の夫々からマークMx
n、MYnの夫々に対応した画像信号波形を作り出してもよ
い。また単一の撮像素子の場合に、指標板30以後の撮像
光路中にイメージローテータを設け、マークMXnとMYnと
で像を90゜回転させてもよい。
いない。CCD等の固体撮像素子では水平走査方向、垂直
走査方向とも同じ画素密度にすることは可能であるが、
一般的には水平走査方向に関する画像信号を取り込んで
処理することが簡単である。そこで第６図に示すよう
に、指標板30の後のリレーレンズ31から撮像素子までの
光路をビームスプリッタ、又は切り替え（可動）ミラー
32′で２つに分け、それぞれの光路にリレーレンズ33
x、33yを設け、マークMXnを指標マーク30a、30bととも
に撮像する撮像素子34xと、マークMYnを指標マーク30
c、30dとともに撮像する撮像素子34yとを設ける。撮像
素子34x、34yの水平走査方向は互いに直交する方向に配
置される。このようにすれば、マークMXn、MYnはそれぞ
れ同一の分解能で検出される。もちろん、１つの撮像素
子で、水平方向と垂直方向の走査線の夫々からマークMx
n、MYnの夫々に対応した画像信号波形を作り出してもよ
い。また単一の撮像素子の場合に、指標板30以後の撮像
光路中にイメージローテータを設け、マークMXnとMYnと
で像を90゜回転させてもよい。
さらにFIA演算ユニット35内には、マークMXn、MYnに
対応した画像信号波形のボトムBLn、BRnを高速に検出す
るため、所定のスライスレベルで画素単位で２値化する
回路も設けられている。例えば第７図に示すように、任
意のスライスレベルSV1、SV2、SV3のうちのいずれか１
つを用いて、ボトム波形BLn、BRnを２値化し、その２値
化変形の走査方向（ｘ方向、又はｙ方向）の中心からボ
トム位置XBnを求める。スライスレベルSV1はボトム波形
の上方部分に合わされ、スライスレベルSV2は中腹部分
に合わされ、スライスレベルSV3は下方部分に合わされ
る。そして、どのスライスレベルを選ぶかは、ウェハプ
ロセスやウェハ下地等によって経験的に決められる。
対応した画像信号波形のボトムBLn、BRnを高速に検出す
るため、所定のスライスレベルで画素単位で２値化する
回路も設けられている。例えば第７図に示すように、任
意のスライスレベルSV1、SV2、SV3のうちのいずれか１
つを用いて、ボトム波形BLn、BRnを２値化し、その２値
化変形の走査方向（ｘ方向、又はｙ方向）の中心からボ
トム位置XBnを求める。スライスレベルSV1はボトム波形
の上方部分に合わされ、スライスレベルSV2は中腹部分
に合わされ、スライスレベルSV3は下方部分に合わされ
る。そして、どのスライスレベルを選ぶかは、ウェハプ
ロセスやウェハ下地等によって経験的に決められる。
次にTTL方式のアライメント系のスポット光SPによる
マーク検出の様子を第８図、第９図を参照して説明す
る。第８図（Ａ）はウェハ上のショット領域Snに付随し
て設けられた従来の回折格子マークMKとスポット光SPと
の配置を示し、第８図（Ｂ）はｙ方向に伸びたスポット
光SPと、マークMKとを相対的にｘ方向に走査したときの
回折光の強度分布を示す。回折格子マークMKは微小な矩
形パターン（凸又は凹）をデューティ比1:1でｙ方向に
一定ピッチで形成したものであり、マークMKのｘ方向の
幅はスポット光SPの幅とほぼ等しく定められている。ス
ポット光SPがマークMKと重なると、レーザスポット光の
波長と格子定数とによって、第８図（Ａ）の紙面と垂直
で、かつｙ方向に広がった面内に所定の回折角で高次回
折光が発生する。この回折光は、スポット光SPの照射部
分内に、スポット光の長手方向に一定ピッチの段差エッ
ジをもつ周期構造パターンが存在するときに発生するた
め、極めてS/N比がよい。従って、この回折光から得ら
れた光電信号波形は、スポット光SPの幅方向の強度分布
（例えばガウス分布）と近似した波形となり、第８図
（Ｂ）のように適当なスライスレベルSV4で２値化する
ことで、比較的高精度にｘ方向のマーク中心位置を特定
できる。しかしながら、その反面、格子要素として微小
矩形パターンが採用されるため、ウェハプロセスによる
変形が生じがちである。
マーク検出の様子を第８図、第９図を参照して説明す
る。第８図（Ａ）はウェハ上のショット領域Snに付随し
て設けられた従来の回折格子マークMKとスポット光SPと
の配置を示し、第８図（Ｂ）はｙ方向に伸びたスポット
光SPと、マークMKとを相対的にｘ方向に走査したときの
回折光の強度分布を示す。回折格子マークMKは微小な矩
形パターン（凸又は凹）をデューティ比1:1でｙ方向に
一定ピッチで形成したものであり、マークMKのｘ方向の
幅はスポット光SPの幅とほぼ等しく定められている。ス
ポット光SPがマークMKと重なると、レーザスポット光の
波長と格子定数とによって、第８図（Ａ）の紙面と垂直
で、かつｙ方向に広がった面内に所定の回折角で高次回
折光が発生する。この回折光は、スポット光SPの照射部
分内に、スポット光の長手方向に一定ピッチの段差エッ
ジをもつ周期構造パターンが存在するときに発生するた
め、極めてS/N比がよい。従って、この回折光から得ら
れた光電信号波形は、スポット光SPの幅方向の強度分布
（例えばガウス分布）と近似した波形となり、第８図
（Ｂ）のように適当なスライスレベルSV4で２値化する
ことで、比較的高精度にｘ方向のマーク中心位置を特定
できる。しかしながら、その反面、格子要素として微小
矩形パターンが採用されるため、ウェハプロセスによる
変形が生じがちである。
一方、第９図（Ａ）に示すようなマルチマークMXn
を、スリット状のスポット光SPで走査する場合は、回折
格子の場合と異なり、ｙ方向に伸びた線条パターンの左
右のエッジで発生する散乱光を光電検出することにな
る。この場合、スポット光SPのｘ方向の幅は、線条パタ
ーンの幅よりも狭く、例えば1/2以下である。このマル
チマークMXn（MYnも同様）は、スポット光SPの長手方向
と平行に連続して伸びたエッジを検出するように使うた
め、エッジの伸びた方向（ｙ方向）では散乱光発生の平
滑化（平均化）が行なわれる。各エッジからの散乱光の
分布は第９図（Ｃ）に示すように、一本の線条パターン
の左右でピークPK1、PK1′……PK5、PK5′となり、これ
らピーク波形PKn、PKn′のｘ方向の位置を演算上で平均
化すれば、マークMXnの中心位置が求まる。ところが、
このようなエッジ散乱光を検出する方式では、スポット
光SPがレーザ光（単波長）であることから、第９図
（Ｂ）に示すように線条パターンのエッジ付近のレジス
ト層PRの厚みムラによって、散乱光の発生方向を不均一
なものにすること、単波長であることからレジスト層PR
による干渉（薄膜干渉）によって散乱光の受光光量自体
がみかけ上大きく変動を受ける等の現象が認められてい
る。このため第９図（Ｃ）にも示すように、各エッジで
のピーク波形は、かならずしも全てきれいに揃ったもの
ではなくなり、むしろ複雑な波形になることが多い。こ
のような波形の処理は必ずしも簡単ではないが、さほど
難しいものではない。このような波形に対する問題は、
上述のようにエッジ散乱光の発生位置がレジスト層PRの
厚みムラの影響を受けて、みかけ上計測方向にシフトし
やすいことである。このことは、マークMXnの中心位置
の決定に大きな誤差をもたらす。これは、ほとんどの場
合、スポット光SPを単波長にしたことによる干渉が原因
である。これに対して第５図でも示したように照明光を
ブロードバンドの波長分布にすれば、レジスト層での干
渉は発生せず、段差エッジでの散乱光、正反射光の発生
は極めてすなおである。
を、スリット状のスポット光SPで走査する場合は、回折
格子の場合と異なり、ｙ方向に伸びた線条パターンの左
右のエッジで発生する散乱光を光電検出することにな
る。この場合、スポット光SPのｘ方向の幅は、線条パタ
ーンの幅よりも狭く、例えば1/2以下である。このマル
チマークMXn（MYnも同様）は、スポット光SPの長手方向
と平行に連続して伸びたエッジを検出するように使うた
め、エッジの伸びた方向（ｙ方向）では散乱光発生の平
滑化（平均化）が行なわれる。各エッジからの散乱光の
分布は第９図（Ｃ）に示すように、一本の線条パターン
の左右でピークPK1、PK1′……PK5、PK5′となり、これ
らピーク波形PKn、PKn′のｘ方向の位置を演算上で平均
化すれば、マークMXnの中心位置が求まる。ところが、
このようなエッジ散乱光を検出する方式では、スポット
光SPがレーザ光（単波長）であることから、第９図
（Ｂ）に示すように線条パターンのエッジ付近のレジス
ト層PRの厚みムラによって、散乱光の発生方向を不均一
なものにすること、単波長であることからレジスト層PR
による干渉（薄膜干渉）によって散乱光の受光光量自体
がみかけ上大きく変動を受ける等の現象が認められてい
る。このため第９図（Ｃ）にも示すように、各エッジで
のピーク波形は、かならずしも全てきれいに揃ったもの
ではなくなり、むしろ複雑な波形になることが多い。こ
のような波形の処理は必ずしも簡単ではないが、さほど
難しいものではない。このような波形に対する問題は、
上述のようにエッジ散乱光の発生位置がレジスト層PRの
厚みムラの影響を受けて、みかけ上計測方向にシフトし
やすいことである。このことは、マークMXnの中心位置
の決定に大きな誤差をもたらす。これは、ほとんどの場
合、スポット光SPを単波長にしたことによる干渉が原因
である。これに対して第５図でも示したように照明光を
ブロードバンドの波長分布にすれば、レジスト層での干
渉は発生せず、段差エッジでの散乱光、正反射光の発生
は極めてすなおである。
尚、スポット光SPでマークMXn（又はMYn）を相対走査
したときの光電信号波形は、全てが第９図（Ｃ）のよう
に歪むとはかぎらず、プロセスの異なるウェハでは比較
的きれいな場合もあり、また同一プロセスのウェハでも
レジスト層の厚み管理でウェハ毎に異なることもあり、
さらに同じウェハ内でも中央部と周辺部とで波形が異な
ってくることもある。
したときの光電信号波形は、全てが第９図（Ｃ）のよう
に歪むとはかぎらず、プロセスの異なるウェハでは比較
的きれいな場合もあり、また同一プロセスのウェハでも
レジスト層の厚み管理でウェハ毎に異なることもあり、
さらに同じウェハ内でも中央部と周辺部とで波形が異な
ってくることもある。
また、第８図、第９図に示した信号波形は、LSA演算
ユニット９内の波形メモリに、干渉計12からの位置計測
パルス（例えば0.02μｍ毎）に応答してデジタルサンプ
リングの手法により記憶される。
ユニット９内の波形メモリに、干渉計12からの位置計測
パルス（例えば0.02μｍ毎）に応答してデジタルサンプ
リングの手法により記憶される。
次に本実施例の代表的なアライメントシーケンスを説
明する。ここでは高いスループットと、高いアライメン
ト精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアラ
イメント（EGA）方式について説明するが、詳細につい
ては特開昭61−44429号公報に開示されているので、そ
の原理についてはここでは簡単に説明する。
明する。ここでは高いスループットと、高いアライメン
ト精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアラ
イメント（EGA）方式について説明するが、詳細につい
ては特開昭61−44429号公報に開示されているので、そ
の原理についてはここでは簡単に説明する。
EGA方式では、ウェハＷ上の複数（３〜９）個のショ
ット領域SnのマークMYn、MXnの位置を計測し、その計測
値に基づいて、ウェハＷのステージSTの走り座標系、す
なわち干渉計12によって規定されるxy座標系内での微小
回転誤差θ、ウェハ上のショット配列（又はステージST
の走り）の直行度ｗ、ウェハの線形な微小伸縮によるス
ケーリング誤差Rx、Ry、そして、ウェハのｘ、ｙ方向の
微小位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ox、Oyの夫々に
関するパラメータを最小二乗近似により求める。そして
それら各パラメータを介在として設計上のショット配列
座標を実際に露光すべきショット配列座標（ウェハステ
ージSTのステッピング位置座標）に変換して、ウェハ上
の各ショット領域SnへレチクルＲのパターン領域PAの像
を重ね合わせ露光していく。
ット領域SnのマークMYn、MXnの位置を計測し、その計測
値に基づいて、ウェハＷのステージSTの走り座標系、す
なわち干渉計12によって規定されるxy座標系内での微小
回転誤差θ、ウェハ上のショット配列（又はステージST
の走り）の直行度ｗ、ウェハの線形な微小伸縮によるス
ケーリング誤差Rx、Ry、そして、ウェハのｘ、ｙ方向の
微小位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ox、Oyの夫々に
関するパラメータを最小二乗近似により求める。そして
それら各パラメータを介在として設計上のショット配列
座標を実際に露光すべきショット配列座標（ウェハステ
ージSTのステッピング位置座標）に変換して、ウェハ上
の各ショット領域SnへレチクルＲのパターン領域PAの像
を重ね合わせ露光していく。
ここで設計上のショット配列座標値を（Dxn、Dyn）と
し、実際のステッピングにより位置決めするウェハの座
標値を（Fxn、Fyn）とすると次の（１）式の関係があ
る。
し、実際のステッピングにより位置決めするウェハの座
標値を（Fxn、Fyn）とすると次の（１）式の関係があ
る。
ここで は変換行列とよばれるもので次の（２）、（３）式に近
似して表わされる。
似して表わされる。
そして、ウェハ上の複数のショット領域の各マークMx
n、Mynの位置計測（サンプルアライメント）によって得
られた、そのショット領域の位置座標値を（▲
▼、▲▼）とすると、実際の露光すべき座標値
（Fxn、Fyn）と実測値（▲▼、▲▼）との
位置ずれ量、すなわちアドレス誤差 が最小となるように、変換行列 の各パラメータの値を演算により決定する。こうして変
換行列 の値が決まると、あとは先の式（１）に基づいて、ウェ
ハステージSTのステッピング位置（Fxn、Fyn）を求め
て、そこにステージSTを位置決めして露光していけばよ
い。
n、Mynの位置計測（サンプルアライメント）によって得
られた、そのショット領域の位置座標値を（▲
▼、▲▼）とすると、実際の露光すべき座標値
（Fxn、Fyn）と実測値（▲▼、▲▼）との
位置ずれ量、すなわちアドレス誤差 が最小となるように、変換行列 の各パラメータの値を演算により決定する。こうして変
換行列 の値が決まると、あとは先の式（１）に基づいて、ウェ
ハステージSTのステッピング位置（Fxn、Fyn）を求め
て、そこにステージSTを位置決めして露光していけばよ
い。
尚、サフィックスのｎはウェハ上のショットの番号と
する。
する。
ここで第１図に示した主制御系50に対応付けてみる
と、設計上のショット配列座標値（Dxn、Dyn）はEXPシ
ョットマップデータ部503に記憶され、実測値（▲
▼、▲▼）を得るためのショット領域の座標値
（設計値）はALGショットマップデータ部504に記憶さ
れ、そして式（１）、（２）、（３）、及び変換行列 を決定する最小二乗近似の演算式はEGA演算ユニット502
に記憶される。
と、設計上のショット配列座標値（Dxn、Dyn）はEXPシ
ョットマップデータ部503に記憶され、実測値（▲
▼、▲▼）を得るためのショット領域の座標値
（設計値）はALGショットマップデータ部504に記憶さ
れ、そして式（１）、（２）、（３）、及び変換行列 を決定する最小二乗近似の演算式はEGA演算ユニット502
に記憶される。
上記EGA方式では、従来はTTL方式のアライメント系の
スポット光（単波長）のみを使ってサンプルアライメン
トを行なっていたが、第９図で説明したように、マーク
位置計測に誤差を生じることがあるため、本実施例では
ブロードバンドの照明光を使ったOff−Axis方式のアラ
イメント系でもサンプルアライメントを実行する。そし
てEGA方式の演算上のパラメータθ、ｗ、Rx、Ry、Ox、O
yのうちで単波長のスポット光SPの計測では精度が悪い
と考えられるパラメータ、特にスケーリングに関するパ
ラメータRx、RyをOff−Axis方式のアライメント系を使
って求めた同様のパラメータと入れ替えるようにした。
スポット光（単波長）のみを使ってサンプルアライメン
トを行なっていたが、第９図で説明したように、マーク
位置計測に誤差を生じることがあるため、本実施例では
ブロードバンドの照明光を使ったOff−Axis方式のアラ
イメント系でもサンプルアライメントを実行する。そし
てEGA方式の演算上のパラメータθ、ｗ、Rx、Ry、Ox、O
yのうちで単波長のスポット光SPの計測では精度が悪い
と考えられるパラメータ、特にスケーリングに関するパ
ラメータRx、RyをOff−Axis方式のアライメント系を使
って求めた同様のパラメータと入れ替えるようにした。
第10図は、ウェハＷ上のサンプルアライメント用のシ
ョット領域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8の各配置を
示し、各ショット領域S1〜S8の夫々には、第３図で示し
たようなマークMXn、MYnが形成されている。第10図では
代表してショット領域S1のマークMX1、MY1のみを示す
が、他のショット領域S2〜S8について同じである。ここ
では８個のサンプルアライメントショットを示すが、EG
A方式で重要なのは、それら複数のサンプルショットの
配置が同一直線上にないようにすることである。これは
例えばサンプルショット数が３個、４個程度と少ないと
きには注意が必要である。また、第10図からも明らかな
ように、各サンプルショットの配列座標値がｘ、ｙ方向
でなるべく重複しないように振り分けておくとよい。例
えばショット領域S1のｘ座標値と一致するものにはショ
ット領域S8のみであり、ｙ座標値と一致するものは１つ
もない。
ョット領域S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8の各配置を
示し、各ショット領域S1〜S8の夫々には、第３図で示し
たようなマークMXn、MYnが形成されている。第10図では
代表してショット領域S1のマークMX1、MY1のみを示す
が、他のショット領域S2〜S8について同じである。ここ
では８個のサンプルアライメントショットを示すが、EG
A方式で重要なのは、それら複数のサンプルショットの
配置が同一直線上にないようにすることである。これは
例えばサンプルショット数が３個、４個程度と少ないと
きには注意が必要である。また、第10図からも明らかな
ように、各サンプルショットの配列座標値がｘ、ｙ方向
でなるべく重複しないように振り分けておくとよい。例
えばショット領域S1のｘ座標値と一致するものにはショ
ット領域S8のみであり、ｙ座標値と一致するものは１つ
もない。
このようなサンプルショット領域S1〜S8の座標値は、
ALGショットマップデータ部504に記憶されている。そこ
でシーケンスコントローラ506は、ウェハＷが粗く（例
えば±２μｍ程度）ウェハステージST上にアライメント
されて載置された後、ALGショットマップデータ部504か
らサンプルアライメントのショット領域S1〜S8の各座標
値を入力し、それら座標値に基づいて、予めわかってい
るマークMXn、MYnのスポット光SPに対する相対走査位置
へウェハステージSTを順次移動させる。通常のアライメ
ントモードでは、ショット領域S1のマークMX1を、ｙ方
向に伸びたスポット光SPでｘ方向に相対走査し、マーク
MY1をｘ方向に伸びたスポット光をSPでｙ方向に相対走
査する。そしてこの動作をショット領域S2からS8まで時
計回りに順次実行していく。このときに得られた８組の
実測値（▲▼、▲▼）〜（▲▼、▲
▼）は、情報AP1としてALGデータ記憶部501に一
時的に記憶される。
ALGショットマップデータ部504に記憶されている。そこ
でシーケンスコントローラ506は、ウェハＷが粗く（例
えば±２μｍ程度）ウェハステージST上にアライメント
されて載置された後、ALGショットマップデータ部504か
らサンプルアライメントのショット領域S1〜S8の各座標
値を入力し、それら座標値に基づいて、予めわかってい
るマークMXn、MYnのスポット光SPに対する相対走査位置
へウェハステージSTを順次移動させる。通常のアライメ
ントモードでは、ショット領域S1のマークMX1を、ｙ方
向に伸びたスポット光SPでｘ方向に相対走査し、マーク
MY1をｘ方向に伸びたスポット光をSPでｙ方向に相対走
査する。そしてこの動作をショット領域S2からS8まで時
計回りに順次実行していく。このときに得られた８組の
実測値（▲▼、▲▼）〜（▲▼、▲
▼）は、情報AP1としてALGデータ記憶部501に一
時的に記憶される。
次に、シーケンスコントローラ506は、Off−Axis方式
のアライメント系の指標板30の対物レンズ27等による投
影位置に、上述の８つのショット領域S1〜S8の各マーク
MXn、MYnが位置するようにステージコントローラ14を制
御する。このとき本実施例では、先にも延べたようにEG
A方式で算出すべきパラメータのうちスケーリング誤差R
x、Ryに支配的に影響するマークだけを選んで再度サン
プルアライメントを実行する。
のアライメント系の指標板30の対物レンズ27等による投
影位置に、上述の８つのショット領域S1〜S8の各マーク
MXn、MYnが位置するようにステージコントローラ14を制
御する。このとき本実施例では、先にも延べたようにEG
A方式で算出すべきパラメータのうちスケーリング誤差R
x、Ryに支配的に影響するマークだけを選んで再度サン
プルアライメントを実行する。
スケーリング誤差Rx、Ryは、ウェハＷのｘ方向とｙ方
向の線形伸縮（ppmオーダ）であるため、ここでは例え
ばマークMY2、MY3、MX4、MX5、MY6、MY7、MX8、MX1の８
ヶ所のマークのみを選ぶ。すなわち第10図において、ウ
ェハＷを上方領域、下方領域、右方領域及び左方領域の
４つのブロックに分けて考えたとき、スケーリング量Rx
はｘ方向の伸縮であるから、左方と右方のブロックに含
まれるショット領域S1、S8、S4、S5のｘ方向のマークMX
nのみをサンプルアライメントし、スケーリング量Ryに
関してはｙ方向の伸縮であるから、上方と下方のブロッ
クに含まれるショット領域S2、S3、S6、S7のｙ方向のマ
ークMYnのみをサンプルアライメントする。
向の線形伸縮（ppmオーダ）であるため、ここでは例え
ばマークMY2、MY3、MX4、MX5、MY6、MY7、MX8、MX1の８
ヶ所のマークのみを選ぶ。すなわち第10図において、ウ
ェハＷを上方領域、下方領域、右方領域及び左方領域の
４つのブロックに分けて考えたとき、スケーリング量Rx
はｘ方向の伸縮であるから、左方と右方のブロックに含
まれるショット領域S1、S8、S4、S5のｘ方向のマークMX
nのみをサンプルアライメントし、スケーリング量Ryに
関してはｙ方向の伸縮であるから、上方と下方のブロッ
クに含まれるショット領域S2、S3、S6、S7のｙ方向のマ
ークMYnのみをサンプルアライメントする。
このように、Off−Axis方式のアライメント系でサン
プルアライメントすべき各マーク位置の情報は、ALGシ
ョットマップデータ部504に予め記憶されている。そこ
で、シーケンスコントローラ506は、補正データ部505に
記憶されたTTL方式のアライメント系のスポット光SP
と、Off−Axis方式のアライメント系の検出中心（指標
板30の中心）とのウェハ面内での相対距離（ベースライ
ン量）の値と、先に求めたTTL方式のアライメント系に
よるサンプルアライメント位置の情報とに基づいて、上
記８つのマークを順次指標板30の案内に位置決めし、第
５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように位置ずれ量を求めて各
マークの位置を再計測する。このようにして計測された
８個のマーク位置の実測値▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼は、情報AP2と
してFIA演算ユニット35からALGデータ記憶部501に記憶
される。
プルアライメントすべき各マーク位置の情報は、ALGシ
ョットマップデータ部504に予め記憶されている。そこ
で、シーケンスコントローラ506は、補正データ部505に
記憶されたTTL方式のアライメント系のスポット光SP
と、Off−Axis方式のアライメント系の検出中心（指標
板30の中心）とのウェハ面内での相対距離（ベースライ
ン量）の値と、先に求めたTTL方式のアライメント系に
よるサンプルアライメント位置の情報とに基づいて、上
記８つのマークを順次指標板30の案内に位置決めし、第
５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように位置ずれ量を求めて各
マークの位置を再計測する。このようにして計測された
８個のマーク位置の実測値▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼は、情報AP2と
してFIA演算ユニット35からALGデータ記憶部501に記憶
される。
次にEGA演算ユニット502は、上述の式（２）、（３）
に基づいて各パラメータを決定する。ここで本実施例で
は２通りの演算方式が可能である。１つは、TTL方式に
よるサンプルアライメント結果のみに基づいてパラメー
タRx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oyを求めた後、Off−Axis方式
によるサンプルアライメント結果を使ってスケーリング
量Rx′、Ry′だけを単独に求め、先に求めたスケーリン
グ量Rx、Ryと入れ替える方式である。もう１つは、サン
プルアライメント結果の実測値の段格で入れ替えを行な
っておき、パラメータRx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oyをそのま
ま求める方式である。すなわち後者の場合、８組の実測
値は（▲▼、▲▼）、（▲▼、▲
▼）、（▲▼、▲▼）、（▲
▼、▲▼）、（▲▼、▲
▼）、（▲▼、▲▼）、（▲▼、
▲▼）、（▲▼、▲▼）とな
り、この値によってEGA方式の演算を行なう。実際に各
パラメータを求める演算は、例えば特開昭62−84516号
公報に詳しく開示されているが、以下の各式で求まる。
ここで変換行列 を として、Ａ＝Rx、Ｂ＝−Rx（ｗ＋θ）、Ｃ＝Ry・θ、Ｄ
＝Ry、Ｅ＝Ox、Ｆ＝Oyとすると、 と表わされ、この式（４）、（５）を解いてＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを求める。
に基づいて各パラメータを決定する。ここで本実施例で
は２通りの演算方式が可能である。１つは、TTL方式に
よるサンプルアライメント結果のみに基づいてパラメー
タRx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oyを求めた後、Off−Axis方式
によるサンプルアライメント結果を使ってスケーリング
量Rx′、Ry′だけを単独に求め、先に求めたスケーリン
グ量Rx、Ryと入れ替える方式である。もう１つは、サン
プルアライメント結果の実測値の段格で入れ替えを行な
っておき、パラメータRx、Ry、ｗ、θ、Ox、Oyをそのま
ま求める方式である。すなわち後者の場合、８組の実測
値は（▲▼、▲▼）、（▲▼、▲
▼）、（▲▼、▲▼）、（▲
▼、▲▼）、（▲▼、▲
▼）、（▲▼、▲▼）、（▲▼、
▲▼）、（▲▼、▲▼）とな
り、この値によってEGA方式の演算を行なう。実際に各
パラメータを求める演算は、例えば特開昭62−84516号
公報に詳しく開示されているが、以下の各式で求まる。
ここで変換行列 を として、Ａ＝Rx、Ｂ＝−Rx（ｗ＋θ）、Ｃ＝Ry・θ、Ｄ
＝Ry、Ｅ＝Ox、Ｆ＝Oyとすると、 と表わされ、この式（４）、（５）を解いてＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを求める。
そして、さらに、Rx＝Ａ、Ry＝Ｄ、θ＝C/D、ｗ＝−B
/A−C/D、Ox＝Ｅ、Oy＝Ｆを求めれば、各パラメータが
求まる。
/A−C/D、Ox＝Ｅ、Oy＝Ｆを求めれば、各パラメータが
求まる。
上記式（４）、（５）でΣ▲▼の実測値を含む
加算演算項は、本実施例では８個であり、実測値を入れ
替えた場合は、その値をそのまま使う。
加算演算項は、本実施例では８個であり、実測値を入れ
替えた場合は、その値をそのまま使う。
また、第１の演算方式のように、パラメータRx′、R
y′を、Off−Axis方式で検出した８個の実測値で単独で
求める場合は、上述の式（４）、（５）を用いてパラメ
ータＡ（Rx）、Ｄ（Ry）を算出すればよい。この場合、
ｘ方向のマークの実測値は、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼の４つであり、これら
を式（４）の右辺の▲▼に代入し、ｙ方向のマー
クの実測値は▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼の４つであり、これらを式（５）の右
辺▲▼に代入すればよい。そしてこうして求めた
パラメータＡ、Ｄを先にTTL方式の計測で求めたパラメ
ータと入れ替えればよい。
y′を、Off−Axis方式で検出した８個の実測値で単独で
求める場合は、上述の式（４）、（５）を用いてパラメ
ータＡ（Rx）、Ｄ（Ry）を算出すればよい。この場合、
ｘ方向のマークの実測値は、▲▼、▲
▼、▲▼、▲▼の４つであり、これら
を式（４）の右辺の▲▼に代入し、ｙ方向のマー
クの実測値は▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼の４つであり、これらを式（５）の右
辺▲▼に代入すればよい。そしてこうして求めた
パラメータＡ、Ｄを先にTTL方式の計測で求めたパラメ
ータと入れ替えればよい。
以上のようにして、変換行列 が算出されると、この値はEGA演算ユニット502内に記憶
され、さらにEGA演算ユニット502は式（１）に基づい
て、露光すべきショット配列位置（Fxn、Fyn）を算出
し、その値を順次シーケンスコントローラ506に出力す
る。
され、さらにEGA演算ユニット502は式（１）に基づい
て、露光すべきショット配列位置（Fxn、Fyn）を算出
し、その値を順次シーケンスコントローラ506に出力す
る。
これによって、シーケンスコントローラ506はステー
ジコントローラ14にウェハステージSTのステッピング制
御の指令を出力する。このためウェハステージSTは、ウ
ェハＷ上の各ショット領域Snが順次レチクルＲのパター
ン領域PAの投影像と合致するようにステッピングされ、
重ね合わせ露光が行なわれる。
ジコントローラ14にウェハステージSTのステッピング制
御の指令を出力する。このためウェハステージSTは、ウ
ェハＷ上の各ショット領域Snが順次レチクルＲのパター
ン領域PAの投影像と合致するようにステッピングされ、
重ね合わせ露光が行なわれる。
以上、本実施例では１枚のウェハに対してTTL方式Off
−Axis方式の両方を使うものとしたが、一般に同一プロ
セスを受けた多数枚のウェハ間では、スケーリング量は
ほぼ同じ値を示すことが多い。そこで、１ロット（通常
25枚）分のウェハを連続して処理する場合、はじめの数
枚（３〜５枚程度）に対しては、TTL方式とOff−Axis方
式の両方を使って、本実施例のようにスケーリング量の
計測誤差を最小とするEGA方式のシーケンスを採用し、
それ以降のウェハ処理に対しては、それまでに求めたス
ケーリング量Rx、Ryの平均値を固定値とし、他のパラメ
ータ（Ox、Oy、θなど）だけをTTL方式、又はOff−Axis
方式のいずれか一方のみを用いたサンプルアライメント
で求めるようにしてもよい。
−Axis方式の両方を使うものとしたが、一般に同一プロ
セスを受けた多数枚のウェハ間では、スケーリング量は
ほぼ同じ値を示すことが多い。そこで、１ロット（通常
25枚）分のウェハを連続して処理する場合、はじめの数
枚（３〜５枚程度）に対しては、TTL方式とOff−Axis方
式の両方を使って、本実施例のようにスケーリング量の
計測誤差を最小とするEGA方式のシーケンスを採用し、
それ以降のウェハ処理に対しては、それまでに求めたス
ケーリング量Rx、Ryの平均値を固定値とし、他のパラメ
ータ（Ox、Oy、θなど）だけをTTL方式、又はOff−Axis
方式のいずれか一方のみを用いたサンプルアライメント
で求めるようにしてもよい。
さらに、あるウェハに対してTTL方式とOff−Axis方式
との両方を使うことが予め決められている場合は、第10
図に示したサンプルアライメントショットS1〜S8のう
ち、マークMX2、MX3、MY4、MY5、MX6、MX7、MY8、MY1は
TTL方式のアライメント系でサンプルアライメントしてE
GAのパラメータOx、Oy、θ、ｗのみの決定に用い、他の
マークはOff−Axis方式のアライメント系でサンプルア
ライメントして、パラメータRx、Ryの決定に用いるよう
に、計測すべきマークを予め分担させておいてもよい。
この場合、EGA方式のサンプルアライメントのトータル
の計測時間はかなり短くなり、スループットの低下が押
えられる。
との両方を使うことが予め決められている場合は、第10
図に示したサンプルアライメントショットS1〜S8のう
ち、マークMX2、MX3、MY4、MY5、MX6、MX7、MY8、MY1は
TTL方式のアライメント系でサンプルアライメントしてE
GAのパラメータOx、Oy、θ、ｗのみの決定に用い、他の
マークはOff−Axis方式のアライメント系でサンプルア
ライメントして、パラメータRx、Ryの決定に用いるよう
に、計測すべきマークを予め分担させておいてもよい。
この場合、EGA方式のサンプルアライメントのトータル
の計測時間はかなり短くなり、スループットの低下が押
えられる。
次に本発明の第２の実施例を第11図を参照して説明す
る。本実施例では、EGAのサンプルアライメントのショ
ットの決め方とアライメント系の使い方が第１の実施例
と異なる。
る。本実施例では、EGAのサンプルアライメントのショ
ットの決め方とアライメント系の使い方が第１の実施例
と異なる。
一般に、第１図に示したTTL方式のアライメント系とO
ff−Axis方式のアライメント系とをくらべると、レチク
ルＲのパターン中心の投影点に対するスポット光SPの距
離（TTL系ベースライン）の微小変動の方が、レチクル
Ｒのパターン中心の投影点に対する指標板30の中心（Of
f−Axis系の光軸）の距離（Off−Axis系ベースライン）
の微変動よりも安定している場合が多い。
ff−Axis方式のアライメント系とをくらべると、レチク
ルＲのパターン中心の投影点に対するスポット光SPの距
離（TTL系ベースライン）の微小変動の方が、レチクル
Ｒのパターン中心の投影点に対する指標板30の中心（Of
f−Axis系の光軸）の距離（Off−Axis系ベースライン）
の微変動よりも安定している場合が多い。
そこで第11図に示すように、ウェハＷ上の中心部に４
ショット、上下部、左右部の夫々に２ショットの計12シ
ョットのサンプルアライメントショットS1〜S12を設定
する。そして、中心部の４つのショット領域S1、S2、
S3、S4の夫々に形成されたマークMX1、MY1、MX2、MY2、
MX3、MY3、MX4、MY4はTTL方式のアライメント系の単波
長のスポット光で位置計測を行ない、その結果からEGA
方式のパラメータのうちオフセット誤差Ox、Oyのみを算
出する。次に残りの８つのショット領域S5〜S12までの
各マークMX5、MY5〜MX12、MY12はOff−Axis方式の白色
光照明のアライメント系で位置計測を行ない、その結果
からEGA方式の残りのパラメータRx、Ry、ｗ、θを算出
する。
ショット、上下部、左右部の夫々に２ショットの計12シ
ョットのサンプルアライメントショットS1〜S12を設定
する。そして、中心部の４つのショット領域S1、S2、
S3、S4の夫々に形成されたマークMX1、MY1、MX2、MY2、
MX3、MY3、MX4、MY4はTTL方式のアライメント系の単波
長のスポット光で位置計測を行ない、その結果からEGA
方式のパラメータのうちオフセット誤差Ox、Oyのみを算
出する。次に残りの８つのショット領域S5〜S12までの
各マークMX5、MY5〜MX12、MY12はOff−Axis方式の白色
光照明のアライメント系で位置計測を行ない、その結果
からEGA方式の残りのパラメータRx、Ry、ｗ、θを算出
する。
このようにすれば、オフセット誤差を比較的良好に保
存し得るウェハ中心部の複数マークを、レチクルＲに対
するベースライン変動の安定しているTTL方式のアライ
メント系でサンプルアライメントするため、決定された
パラメータOx、Oyはかなり高精度なものになる。さらに
ウェハＷの周辺に位置するショット領域S5〜S12の各マ
ークの計測情報からは、レジスト層の干渉によって計測
誤差の生じやすいパラメータRx、Ry、θ、ｗを、白色光
（ブロードバンド）照明のアライメント系を用いて求め
ているため、干渉の影響がなく、これらパラメータRx、
Ry、ｗ、θも高精度なものになる。
存し得るウェハ中心部の複数マークを、レチクルＲに対
するベースライン変動の安定しているTTL方式のアライ
メント系でサンプルアライメントするため、決定された
パラメータOx、Oyはかなり高精度なものになる。さらに
ウェハＷの周辺に位置するショット領域S5〜S12の各マ
ークの計測情報からは、レジスト層の干渉によって計測
誤差の生じやすいパラメータRx、Ry、θ、ｗを、白色光
（ブロードバンド）照明のアライメント系を用いて求め
ているため、干渉の影響がなく、これらパラメータRx、
Ry、ｗ、θも高精度なものになる。
次に、第12図を参照して本発明の第３実施例を説明す
る。本実施例は、レチクルＲの上から投影レンズを介し
てウェハ面を検出するTTR（スルーザレチクル）方式
で、レチクルＲのマークRMとウェハマークとをスリット
状のスポット光で同時に走査する形式のものである。第
12図に示すように、レチクルＲのパターン領域PAの最外
周部（ウェハ上のスクライプラインに相当）には、透明
な窓状のマークRMが形成されている。このTTR方式のア
ライメント光学系は、全反射ミラー60、対物レンズ61、
２焦点素子62、リレーレンズ63、65、ミラー64、振動ミ
ラー66、ミラー駆動系67、ビームスプリッタ68、リレー
系69、70、偏光ビームスプリッタ71、そして受光素子7
2、73で構成される。レーザ光源１と、ビーム整形光学
系２とを通ったレーザビームLBは、露光波長よりも長い
波長（例えばArイオンレーザ光）で２つの偏光成分を含
んでいる。このビームLBは、ビームスプリッタ68で反射
され、振動ミラー66で往復偏向され、リレーレンズ65、
66を通って２焦点素子62に入射する。この２焦点素子62
は水晶等の結晶物質と通常の光学ガラス（石英も可）と
を貼り合わせ、常光線と異常光線の夫々に対して異なる
屈折力を与えるものである。従って２焦点素子62を通過
したビームLBは偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）のちがいに
よって互いに異なった発散角（又は収れん角）でテレセ
ントリックな対物レンズ61に入射する。対物レンズ61を
水平に射出したビームはミラー60で投影レンズの光軸AX
と平行に折り曲げられ、レチクルＲに垂直に入射する。
このときビームは偏光成分のちがいによって、一方の偏
光成分、例えばＰ偏光のビームLBpはレチクルＲのマー
クRMの面内にスリット状スポット光SPrとなって結像
し、他方の偏光成分、例えばＳ偏光のビームLBsはレチ
クルＲの上方空間の面Iw内にスリット状スポット光SPw
となって結像する。ここでレチクルＲのマーク（パター
ン）面と面Iwとの光軸方向の間隔は、ビームLBの波長に
よって生じる投影レンズのレチクル側での色収差量に等
しくなるように定められている。第12図で、対物レンズ
61から射出するビームLBpは実線で示し、ビームLBsは破
線で示す。ここで、２焦点素子62の貼り合わせ面は、対
物レンズ61の前側焦点面、すなわち投影レンズPLの瞳EP
と共役な面EP′と一致するように定められている。さら
に振動ミラー66のビーム振れ原点と２焦点素子62（瞳共
役面EP′）とはリレーレンズ63、65に関して互いに共役
に配置される。ところでスポット光SPrは振動ミラー66
の作用で一次元にマークRMを走査し、マークRM（窓のエ
ッジ）からの散乱光、正反射光等は、ミラー60、対物レ
ンズ61、２焦点素子62、リレー系63、65、振動ミラー6
6、及びビームスプリッタ68を通過して、リレー系69、7
0に達する。スポット光SPrはＰ偏光であるため、マーク
RMからの光情報も主にＰ偏光であり、偏光ビームスプリ
ッタ71でほぼ100％が透過して受光素子72に至る。
る。本実施例は、レチクルＲの上から投影レンズを介し
てウェハ面を検出するTTR（スルーザレチクル）方式
で、レチクルＲのマークRMとウェハマークとをスリット
状のスポット光で同時に走査する形式のものである。第
12図に示すように、レチクルＲのパターン領域PAの最外
周部（ウェハ上のスクライプラインに相当）には、透明
な窓状のマークRMが形成されている。このTTR方式のア
ライメント光学系は、全反射ミラー60、対物レンズ61、
２焦点素子62、リレーレンズ63、65、ミラー64、振動ミ
ラー66、ミラー駆動系67、ビームスプリッタ68、リレー
系69、70、偏光ビームスプリッタ71、そして受光素子7
2、73で構成される。レーザ光源１と、ビーム整形光学
系２とを通ったレーザビームLBは、露光波長よりも長い
波長（例えばArイオンレーザ光）で２つの偏光成分を含
んでいる。このビームLBは、ビームスプリッタ68で反射
され、振動ミラー66で往復偏向され、リレーレンズ65、
66を通って２焦点素子62に入射する。この２焦点素子62
は水晶等の結晶物質と通常の光学ガラス（石英も可）と
を貼り合わせ、常光線と異常光線の夫々に対して異なる
屈折力を与えるものである。従って２焦点素子62を通過
したビームLBは偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）のちがいに
よって互いに異なった発散角（又は収れん角）でテレセ
ントリックな対物レンズ61に入射する。対物レンズ61を
水平に射出したビームはミラー60で投影レンズの光軸AX
と平行に折り曲げられ、レチクルＲに垂直に入射する。
このときビームは偏光成分のちがいによって、一方の偏
光成分、例えばＰ偏光のビームLBpはレチクルＲのマー
クRMの面内にスリット状スポット光SPrとなって結像
し、他方の偏光成分、例えばＳ偏光のビームLBsはレチ
クルＲの上方空間の面Iw内にスリット状スポット光SPw
となって結像する。ここでレチクルＲのマーク（パター
ン）面と面Iwとの光軸方向の間隔は、ビームLBの波長に
よって生じる投影レンズのレチクル側での色収差量に等
しくなるように定められている。第12図で、対物レンズ
61から射出するビームLBpは実線で示し、ビームLBsは破
線で示す。ここで、２焦点素子62の貼り合わせ面は、対
物レンズ61の前側焦点面、すなわち投影レンズPLの瞳EP
と共役な面EP′と一致するように定められている。さら
に振動ミラー66のビーム振れ原点と２焦点素子62（瞳共
役面EP′）とはリレーレンズ63、65に関して互いに共役
に配置される。ところでスポット光SPrは振動ミラー66
の作用で一次元にマークRMを走査し、マークRM（窓のエ
ッジ）からの散乱光、正反射光等は、ミラー60、対物レ
ンズ61、２焦点素子62、リレー系63、65、振動ミラー6
6、及びビームスプリッタ68を通過して、リレー系69、7
0に達する。スポット光SPrはＰ偏光であるため、マーク
RMからの光情報も主にＰ偏光であり、偏光ビームスプリ
ッタ71でほぼ100％が透過して受光素子72に至る。
一方、レチクルＲのマークRMの透明窓を通ったＳ偏光
のビームLBsは投影レンズPLによってウェハ上にスポッ
ト光SPwの共役像（スポット光SPw′とする）となって結
像する。このときスポット光SPw′も振動ミラー66の作
用でウェハマークを一次元に走査する。ウェハマークか
らの散乱光、正反射光、回折光はビームLBsの光路を元
に戻り、マークRMの透明窓を透過して、同様に偏光ビー
ムスプリッタ71まで戻る。ウェハマークからの光情報は
主にＳ偏光であるため、ほぼ100％が偏光ビームスプリ
ッタ71で反射して受光素子73に至る。
のビームLBsは投影レンズPLによってウェハ上にスポッ
ト光SPwの共役像（スポット光SPw′とする）となって結
像する。このときスポット光SPw′も振動ミラー66の作
用でウェハマークを一次元に走査する。ウェハマークか
らの散乱光、正反射光、回折光はビームLBsの光路を元
に戻り、マークRMの透明窓を透過して、同様に偏光ビー
ムスプリッタ71まで戻る。ウェハマークからの光情報は
主にＳ偏光であるため、ほぼ100％が偏光ビームスプリ
ッタ71で反射して受光素子73に至る。
振動ミラーの駆動系67は、スポット光SPr、SPw′の単
位走査量毎にアップダウンパルス信号を出力し、それを
TTR演算ユニット75に出力する。TTR演算ユニット75はそ
のアップダウンパルス信号に応答して、受光素子72、73
の夫々からの光電信号波形をデジタルサンプリングし、
その２つの信号波形に基づいて、レチクルＲのマークRM
とウェハマーク（例えばMXn、MYn、MK）との相対的な位
置ずれ量を求める。そして位置ずれ量とウェハステージ
STの停止位置とに基づいて、ウェハマークの実測値を求
め、それを情報AP3として第１図に示したALGデータ記憶
部501へ送る。
位走査量毎にアップダウンパルス信号を出力し、それを
TTR演算ユニット75に出力する。TTR演算ユニット75はそ
のアップダウンパルス信号に応答して、受光素子72、73
の夫々からの光電信号波形をデジタルサンプリングし、
その２つの信号波形に基づいて、レチクルＲのマークRM
とウェハマーク（例えばMXn、MYn、MK）との相対的な位
置ずれ量を求める。そして位置ずれ量とウェハステージ
STの停止位置とに基づいて、ウェハマークの実測値を求
め、それを情報AP3として第１図に示したALGデータ記憶
部501へ送る。
また、ビームスプリッタ68に入射するビームLBをＳ偏
光成分のみに制限し、振動ミラー66をバイパスさせてリ
レーレンズ65に入射させるようにすると、第１図で示し
たTTL方式のアライメント系と全く同様のマーク検出が
可能となる。すなわち、この場合は、静止したスポット
光SPw（SPw′）のみが作られるから、このスポット光SP
w′に対してウェハを走査し、受光素子73からの光電信
号波形を干渉計12からの位置パルス信号PDSに応答して
デジタルサンプリングする。この場合、スポット光SP
w′とウェハマークの中心とが一致するウェハステージS
Tの位置が、情報AP3としてALGデータ記憶部501へ送られ
る。この方式では、第１の実施例と全く同じシーケンス
になることは明らかである。
光成分のみに制限し、振動ミラー66をバイパスさせてリ
レーレンズ65に入射させるようにすると、第１図で示し
たTTL方式のアライメント系と全く同様のマーク検出が
可能となる。すなわち、この場合は、静止したスポット
光SPw（SPw′）のみが作られるから、このスポット光SP
w′に対してウェハを走査し、受光素子73からの光電信
号波形を干渉計12からの位置パルス信号PDSに応答して
デジタルサンプリングする。この場合、スポット光SP
w′とウェハマークの中心とが一致するウェハステージS
Tの位置が、情報AP3としてALGデータ記憶部501へ送られ
る。この方式では、第１の実施例と全く同じシーケンス
になることは明らかである。
尚、第12図において、受光素子72、73はともに瞳共役
面EP′と共役に配置され、第２図（Ｃ）に示すような受
光面の構成となっている。
面EP′と共役に配置され、第２図（Ｃ）に示すような受
光面の構成となっている。
またリレー系69、70の間には、像共役面F0が形成さ
れ、ここにはレチクルＲのマークRMの像とウェハマーク
の像とが同時に結像する。
れ、ここにはレチクルＲのマークRMの像とウェハマーク
の像とが同時に結像する。
本実施例のようなTTR方式のアライメント系を設ける
場合は、TTR演算ユニット75からのマーク位置情報AP
3を、第１図中に示したLSA演算ユニット９からの情報AP
1の代りに使えばよい。
場合は、TTR演算ユニット75からのマーク位置情報AP
3を、第１図中に示したLSA演算ユニット９からの情報AP
1の代りに使えばよい。
以上、本実施例のTTR方式のアライメント系を第１図
のTTL方式のアライメント系の代りに組み込んだステッ
パーでは、露光すべきショット領域とレチクルＲのパタ
ーン領域PAとをほぼ重ね合わせた状態でアライメントす
るダイ・バイ・ダイ・ライメント法も使えるとともに、
白色光照明のOff−Axis方式のアライメント系と併用し
たEGA方式も使えるので、多様なアライメントモードが
自由に使えることになる。さらに２焦点素子62を瞳共役
に配置して用いるため、ビームLBは露光波長よりも長い
非感光波長を選ぶことができるとともに、２つのスポッ
ト光SPr、SPw同志の相対的な横ずれはほとんど無視する
ことができる。さらに、ビームLBはレジスト層に対して
吸収の少ない波長を選べるため、ウェハ上でスポット光
SPw′がマーク検出のために走査し始めた時点からのレ
ジスト層の光学的な特性（反射率、屈折率等）の変化が
ほとんど生じない。従ってレジスト層の光学特性の変化
によるマーク位置検出の誤差は極めて少ない。
のTTL方式のアライメント系の代りに組み込んだステッ
パーでは、露光すべきショット領域とレチクルＲのパタ
ーン領域PAとをほぼ重ね合わせた状態でアライメントす
るダイ・バイ・ダイ・ライメント法も使えるとともに、
白色光照明のOff−Axis方式のアライメント系と併用し
たEGA方式も使えるので、多様なアライメントモードが
自由に使えることになる。さらに２焦点素子62を瞳共役
に配置して用いるため、ビームLBは露光波長よりも長い
非感光波長を選ぶことができるとともに、２つのスポッ
ト光SPr、SPw同志の相対的な横ずれはほとんど無視する
ことができる。さらに、ビームLBはレジスト層に対して
吸収の少ない波長を選べるため、ウェハ上でスポット光
SPw′がマーク検出のために走査し始めた時点からのレ
ジスト層の光学的な特性（反射率、屈折率等）の変化が
ほとんど生じない。従ってレジスト層の光学特性の変化
によるマーク位置検出の誤差は極めて少ない。
そこで、ダイ・バイ・ダイ方式でマーク検出するのに
先立って、ウェハ上のいくつかのショット領域に付随し
たマークをOff−Axis方式の白色光アライメント系で検
出し、次に同じマークをTTR方式のスポット光SPw′で検
出し、その両方の検出方式で得られるマーク信号波形、
あるいはマーク位置を比較して、単波長のスポット光SP
w′で検出されるマーク位置の微小なオフセット誤差を
主制御系50の補正データ部505に予め記憶する。そしてT
TR方式のアライメント系でダイ・バイ・ダイアライメン
トするとき、ウェハマークの位置を補正データ部505の
記憶値分だけ補正して位置合わせすればよい。このこと
は、TTL方式のアライメント系についても同様に適用で
きる。
先立って、ウェハ上のいくつかのショット領域に付随し
たマークをOff−Axis方式の白色光アライメント系で検
出し、次に同じマークをTTR方式のスポット光SPw′で検
出し、その両方の検出方式で得られるマーク信号波形、
あるいはマーク位置を比較して、単波長のスポット光SP
w′で検出されるマーク位置の微小なオフセット誤差を
主制御系50の補正データ部505に予め記憶する。そしてT
TR方式のアライメント系でダイ・バイ・ダイアライメン
トするとき、ウェハマークの位置を補正データ部505の
記憶値分だけ補正して位置合わせすればよい。このこと
は、TTL方式のアライメント系についても同様に適用で
きる。
第13図は本発明の第４実施例によるOff−Axis方式の
アライメント系の変形例を示す。第１図に示したOff−A
xis方式の系では、像検出のみを例示したが、対物レン
ズ27等を共用して、レーザスポットをウェハ上へ投射す
ることもできる。そこで第１図の構成において、ミラー
26をビームスプリッタ、又はダイクロイックミラー80に
変更する。そしてその後にリレーレンズ81、ビームスプ
リッタ82、リレーレンズ87、受光素子87から成る受光系
と、レーザ光源86、シリンドリカルレンズを含むビーム
整形光学系85、ミラー84、レンズ系83から成る送光系と
を設ける。ここで受光素子87の受光面は正反射光、回折
光、散乱光を互いに独立に受光するように分割され、リ
レー系81、87によって対物レンズ27の絞り面（前側焦点
面）27aと共役になるように配置される。そしてレーザ
光源86からのレーザビームは、テレセントリックな対物
レンズ27、プリズム28を介して実線に示す光路に沿って
ウェハＷ上にスリット状のスポット光となって結像す
る。
アライメント系の変形例を示す。第１図に示したOff−A
xis方式の系では、像検出のみを例示したが、対物レン
ズ27等を共用して、レーザスポットをウェハ上へ投射す
ることもできる。そこで第１図の構成において、ミラー
26をビームスプリッタ、又はダイクロイックミラー80に
変更する。そしてその後にリレーレンズ81、ビームスプ
リッタ82、リレーレンズ87、受光素子87から成る受光系
と、レーザ光源86、シリンドリカルレンズを含むビーム
整形光学系85、ミラー84、レンズ系83から成る送光系と
を設ける。ここで受光素子87の受光面は正反射光、回折
光、散乱光を互いに独立に受光するように分割され、リ
レー系81、87によって対物レンズ27の絞り面（前側焦点
面）27aと共役になるように配置される。そしてレーザ
光源86からのレーザビームは、テレセントリックな対物
レンズ27、プリズム28を介して実線に示す光路に沿って
ウェハＷ上にスリット状のスポット光となって結像す
る。
本実施例では、対物レンズ27の軸上に静止したスポッ
ト光が形成されるため、ウェハステージSTをスキャンす
ることで、受光素子88からウェハマークMXn、MYnに対応
した光電信号波形が得られる。
ト光が形成されるため、ウェハステージSTをスキャンす
ることで、受光素子88からウェハマークMXn、MYnに対応
した光電信号波形が得られる。
また、白色照明光はミラー80を介して対物レンズ27へ
入射するが、その使用波長帯域とレーザ光源86からのビ
ームの波長とが重なっている場合は、どちらか一方のみ
が点灯するようにシャッター等を設けて切り替えればよ
い。
入射するが、その使用波長帯域とレーザ光源86からのビ
ームの波長とが重なっている場合は、どちらか一方のみ
が点灯するようにシャッター等を設けて切り替えればよ
い。
本実施例は、ステッパーのなかでも対物レンズの光学
性能に多大な制限を受けているエキシマステッパー等の
Off−Axisアライメント系として適している。
性能に多大な制限を受けているエキシマステッパー等の
Off−Axisアライメント系として適している。
また、スポット光によるマーク検出位置と、白色光に
よる指標板30とのマーク検出位置とがほぼ一致している
ため、スループット上の低下はほとんどさけられるとい
った利点もある。もちろんスポット光の位置と指標マー
ク30a〜30dの位置との相対的な間隔は、予め基準マーク
FMを用いて計測しておく必要がある。
よる指標板30とのマーク検出位置とがほぼ一致している
ため、スループット上の低下はほとんどさけられるとい
った利点もある。もちろんスポット光の位置と指標マー
ク30a〜30dの位置との相対的な間隔は、予め基準マーク
FMを用いて計測しておく必要がある。
以上、本発明の各実施例において、Off−Axis方式の
アライメント系に対しても、オートフォーカス系を設け
るようにしてもよいが、高コストになるため、投影レン
ズPLに対するオートフォーカス系を用いて、ウェハ上の
マーク計測領域を焦点合わせした後、Ｚステージを固定
したままOff−Axis系の対物レンズ27の下に送り込むよ
うにすればよい。このとき，第11図に示したショット配
列の様に、周辺の４ヶ所のショット領域は、互いに隣接
した２つずつ（例えばショットS5とS6、又はショットS7
とS8）にしておくと、両方のショット領域は同じフォー
カスで良いのでスループットが向上する。ただし、この
場合レベリングステージによってウェハ表面を投影像面
と平行にしておく必要がある。また、Ｚステージの光軸
方向の高さ位置を精密に読み取るデジタルマイクロメー
タ等が組み込まれている場合は、TTL方式、又はTTR方式
のアライメント系でウェハ上のマークを検出する際にフ
ォーカス合わせを行ない、そのときのＺステージの高さ
位置を記憶し、同一のショットのマークをOff−Axis方
式のアライメント系で検出するとき、記憶したＺステー
ジの高さ位置を再現するようにオープン制御によりフォ
ーカス合わせを行なってもよい。さらに、単波長の照明
光（スポット光）の代りに、露光光と同じｇ線、ｉ線等
の準単色光をスリット板に照射し、その光によるスリッ
ト像を投影レンズを介してウェハ上に結像投影するアラ
イメント系にしても全く同様である。
アライメント系に対しても、オートフォーカス系を設け
るようにしてもよいが、高コストになるため、投影レン
ズPLに対するオートフォーカス系を用いて、ウェハ上の
マーク計測領域を焦点合わせした後、Ｚステージを固定
したままOff−Axis系の対物レンズ27の下に送り込むよ
うにすればよい。このとき，第11図に示したショット配
列の様に、周辺の４ヶ所のショット領域は、互いに隣接
した２つずつ（例えばショットS5とS6、又はショットS7
とS8）にしておくと、両方のショット領域は同じフォー
カスで良いのでスループットが向上する。ただし、この
場合レベリングステージによってウェハ表面を投影像面
と平行にしておく必要がある。また、Ｚステージの光軸
方向の高さ位置を精密に読み取るデジタルマイクロメー
タ等が組み込まれている場合は、TTL方式、又はTTR方式
のアライメント系でウェハ上のマークを検出する際にフ
ォーカス合わせを行ない、そのときのＺステージの高さ
位置を記憶し、同一のショットのマークをOff−Axis方
式のアライメント系で検出するとき、記憶したＺステー
ジの高さ位置を再現するようにオープン制御によりフォ
ーカス合わせを行なってもよい。さらに、単波長の照明
光（スポット光）の代りに、露光光と同じｇ線、ｉ線等
の準単色光をスリット板に照射し、その光によるスリッ
ト像を投影レンズを介してウェハ上に結像投影するアラ
イメント系にしても全く同様である。
また、各実施例で示した単波長の照明光によるアライ
メント系はスリット状のスポット光としてマークを検出
するものとしたが、これに限られるものではない。単波
長の照明光によってウェハ上のマークを含む局所領域を
均一照明し、その反射光を結像させてマーク像を作り、
このマーク像を光電検出する方式でも同様である。さら
に、単波長の照明光による別のアライメント方式とし
て、２重回折格子アライメント法においても同様に利用
できる。このアライメント法は第１図に示したTTLアラ
イメント系、第12図に示したTTRアライメント系、もし
くは第13図に示したOff−Axisアライメント系に組み込
むことができるもので、詳しくは第14図に示された構成
となる。
メント系はスリット状のスポット光としてマークを検出
するものとしたが、これに限られるものではない。単波
長の照明光によってウェハ上のマークを含む局所領域を
均一照明し、その反射光を結像させてマーク像を作り、
このマーク像を光電検出する方式でも同様である。さら
に、単波長の照明光による別のアライメント方式とし
て、２重回折格子アライメント法においても同様に利用
できる。このアライメント法は第１図に示したTTLアラ
イメント系、第12図に示したTTRアライメント系、もし
くは第13図に示したOff−Axisアライメント系に組み込
むことができるもので、詳しくは第14図に示された構成
となる。
第14図は、Off−Axis方式のアライメント系に組み込
んだ場合の一例を示し、単波長の平行なレーザビームLB
0は互いに異なる直線偏光成分を含み、周波数シフター1
00に入射する。周波数シフター100は変調周波数2fの高
周波信号を入力し、ビームLB0の２つの直線偏光成分間
に2fの周波数差を与えた平行なビームLB1を射出する。
このビームLB1はウォーラストンプリズム90によって偏
光成分により２方向に分割され、それぞれビームLBs、L
Bpとなってレンズ系91に入射する。そのビームLBs、LBp
は系の瞳（絞り）位置で一度収れんされた後レンズ系92
（第13図中の対物レンズ27に相当）に入射し、互いに傾
いた平行なビームとしてウェハＷ上のマークMXnを同時
に照射する。ウォーラストンプリズム90はレンズ系91、
92に関してウェハＷと共役に配置される。ただし、その
ままだと、ウェハＷ上に２方向から入射する２つのビー
ムの偏光方向が異なり、ウェハＷ上で干渉縞が生成され
ない。そこで等価的に２つのビームを一方の偏光成分に
揃える入/2板97を、例えばビームLBpの光路中に設け、
他方の偏光成分のビームLBsに変換する。このようにす
ると、ウェハＷ上の同一位置を２方向から照明する２つ
のビームはともにＳ偏光のビームLBsとなり、ビームLBs
の波長と互いの交差角とに応じて、ウェハＷ上のマーク
MXn（第４図のものがそのまま使える）の線条パターンP
1〜P5の配列方向に一次元の干渉縞が生成される。第15
図は干渉縞の強度分布の波形FWとマークMXnの線条パタ
ーンP1、P2の断面形状との関係を示す。ここでは、波形
FWのｘ方向のピッチは格子P1、P2……のピッチの丁度２
倍であるように設定する。この干渉縞は、２方向からビ
ーム間に2fの周波数差があるため、ｘ方向に周波数2fで
流れている。このため干渉縞がマークMXnを照射するこ
とから、マークMXnからほぼ垂直方向に干渉光が発生
し、それはレンズ系92を通り、軸上の小ミラー93で反射
され、瞳リレー系94を介して受光素子95に達する。受光
素子95は周波数2fで正弦波状に光量変化する干渉光を受
光し、それに対応した光電信号をヘテロダイン演算ユニ
ット96へ出力する。ヘテロダイン演算ユニット100は、
変調周波数2fの原信号を基準信号として入力し、周波数
2fの光電信号の基準信号に対する位相差（±180゜以
内）を求める。この位相差はマークMXnの基準位置に対
するｘ方向の位置ずれ量、ここでは格子パターンP1、P2
……±1/2ピッチ以内の量に対応している。従ってヘテ
ロダイン演算ユニット100は、ウェハＷが停止している
ときのウェハステージSTの位置情報PDSと、±1/2ピッチ
以内のずれ量とに基づいてマークMXnの精密な位置情報A
P4を出力する。この情報AP4は単波長の光によるマーク
位置計測値としてALGデータ記憶部501に送られる。
んだ場合の一例を示し、単波長の平行なレーザビームLB
0は互いに異なる直線偏光成分を含み、周波数シフター1
00に入射する。周波数シフター100は変調周波数2fの高
周波信号を入力し、ビームLB0の２つの直線偏光成分間
に2fの周波数差を与えた平行なビームLB1を射出する。
このビームLB1はウォーラストンプリズム90によって偏
光成分により２方向に分割され、それぞれビームLBs、L
Bpとなってレンズ系91に入射する。そのビームLBs、LBp
は系の瞳（絞り）位置で一度収れんされた後レンズ系92
（第13図中の対物レンズ27に相当）に入射し、互いに傾
いた平行なビームとしてウェハＷ上のマークMXnを同時
に照射する。ウォーラストンプリズム90はレンズ系91、
92に関してウェハＷと共役に配置される。ただし、その
ままだと、ウェハＷ上に２方向から入射する２つのビー
ムの偏光方向が異なり、ウェハＷ上で干渉縞が生成され
ない。そこで等価的に２つのビームを一方の偏光成分に
揃える入/2板97を、例えばビームLBpの光路中に設け、
他方の偏光成分のビームLBsに変換する。このようにす
ると、ウェハＷ上の同一位置を２方向から照明する２つ
のビームはともにＳ偏光のビームLBsとなり、ビームLBs
の波長と互いの交差角とに応じて、ウェハＷ上のマーク
MXn（第４図のものがそのまま使える）の線条パターンP
1〜P5の配列方向に一次元の干渉縞が生成される。第15
図は干渉縞の強度分布の波形FWとマークMXnの線条パタ
ーンP1、P2の断面形状との関係を示す。ここでは、波形
FWのｘ方向のピッチは格子P1、P2……のピッチの丁度２
倍であるように設定する。この干渉縞は、２方向からビ
ーム間に2fの周波数差があるため、ｘ方向に周波数2fで
流れている。このため干渉縞がマークMXnを照射するこ
とから、マークMXnからほぼ垂直方向に干渉光が発生
し、それはレンズ系92を通り、軸上の小ミラー93で反射
され、瞳リレー系94を介して受光素子95に達する。受光
素子95は周波数2fで正弦波状に光量変化する干渉光を受
光し、それに対応した光電信号をヘテロダイン演算ユニ
ット96へ出力する。ヘテロダイン演算ユニット100は、
変調周波数2fの原信号を基準信号として入力し、周波数
2fの光電信号の基準信号に対する位相差（±180゜以
内）を求める。この位相差はマークMXnの基準位置に対
するｘ方向の位置ずれ量、ここでは格子パターンP1、P2
……±1/2ピッチ以内の量に対応している。従ってヘテ
ロダイン演算ユニット100は、ウェハＷが停止している
ときのウェハステージSTの位置情報PDSと、±1/2ピッチ
以内のずれ量とに基づいてマークMXnの精密な位置情報A
P4を出力する。この情報AP4は単波長の光によるマーク
位置計測値としてALGデータ記憶部501に送られる。
尚、第14図の構成をTTL方式に組み込む場合は、第１
図に示した対物レンズ６をレンズ系92とし、第１図中の
スポット光SP0の面が第14図のウェハ面に対応するよう
に光学系を組めばよい。さらにTTR方式に組み込む場合
は、第12図中の対物レンズ61と２焦点素子62の対を、第
14図中の対物レンズ92のかわりに設け、第14図中のウェ
ハ面を、第12図中の空間中の面Iwに対応させればよい。
また２方向からウェハを照射する２つのビーム間に周波
数差をもたせないときは、静止した干渉縞FWとなり、こ
のときはウェハを微動させることになる。
図に示した対物レンズ６をレンズ系92とし、第１図中の
スポット光SP0の面が第14図のウェハ面に対応するよう
に光学系を組めばよい。さらにTTR方式に組み込む場合
は、第12図中の対物レンズ61と２焦点素子62の対を、第
14図中の対物レンズ92のかわりに設け、第14図中のウェ
ハ面を、第12図中の空間中の面Iwに対応させればよい。
また２方向からウェハを照射する２つのビーム間に周波
数差をもたせないときは、静止した干渉縞FWとなり、こ
のときはウェハを微動させることになる。
以上のような２重回折格子アライメント法では、レー
ザビームの可干渉性が使われるため、レジスト層での干
渉現象も先に説明したのと全く同様に生じ得るものであ
る。
ザビームの可干渉性が使われるため、レジスト層での干
渉現象も先に説明したのと全く同様に生じ得るものであ
る。
以上、本発明によれば、１枚の基板に形成されたアラ
イメントマークの複数を、単波長もしくは準単色の照明
光で照射して、マーク位置を検出し、さらにブロードバ
ンドの照明光で照射してマーク位置を検出し、その両方
の検出結果を用いて基板の位置決め、位置合わせを行な
うので、レジスト層の影響が低減され、極めて高いアラ
イメント精度を得ることができる。
イメントマークの複数を、単波長もしくは準単色の照明
光で照射して、マーク位置を検出し、さらにブロードバ
ンドの照明光で照射してマーク位置を検出し、その両方
の検出結果を用いて基板の位置決め、位置合わせを行な
うので、レジスト層の影響が低減され、極めて高いアラ
イメント精度を得ることができる。
また、本発明では前述した２つの検出結果の一方を選
択して基板のグローバルアライメントを行うので、基板
の下地やレジスト層の厚みや種類などが変化しても、基
板のグローバルアライメントを常に精度良く実行するこ
とができる。
択して基板のグローバルアライメントを行うので、基板
の下地やレジスト層の厚みや種類などが変化しても、基
板のグローバルアライメントを常に精度良く実行するこ
とができる。
さらに本発明では、複数の第１マークの位置を用いて
基板上での区画領域の配列を表す複数の第１パラメータ
を計算し、かつ複数の第２マークの位置を用いてその配
列を表す複数の第２パラメータを計算するので、レジス
ト層やマークの崩れなどの影響が低減されて配列座標の
算出精度を向上させることができ、精度良くマスクと基
板とをアライメントすることができるとともに、スルー
プットの低下を最小限に抑えることができる。
基板上での区画領域の配列を表す複数の第１パラメータ
を計算し、かつ複数の第２マークの位置を用いてその配
列を表す複数の第２パラメータを計算するので、レジス
ト層やマークの崩れなどの影響が低減されて配列座標の
算出精度を向上させることができ、精度良くマスクと基
板とをアライメントすることができるとともに、スルー
プットの低下を最小限に抑えることができる。
また、本発明では第１及び第２アライメント光学系に
よって検出される複数の位置を用いて基板上での区画領
域の配列を表すパラメータを計算するので、アライメン
ト光学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減さ
れ、精度良くマスクと基板とをアライメントすることが
できるとともに、スループットの低下を最小限に抑える
ことができる。
よって検出される複数の位置を用いて基板上での区画領
域の配列を表すパラメータを計算するので、アライメン
ト光学系の計測再現性やレジスト層の影響などが低減さ
れ、精度良くマスクと基板とをアライメントすることが
できるとともに、スループットの低下を最小限に抑える
ことができる。
また、本発明は投影型露光装置に限らず、広く他の方
式、プロキシミティー、コンタクト方式の露光装置にも
まったく同様に利用できる。
式、プロキシミティー、コンタクト方式の露光装置にも
まったく同様に利用できる。
第１図は本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図、第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第１図
の装置の各部の構成を示す図、第３図はウェハ上のショ
ット領域の配置を示す図、第４図（Ａ）、（Ｂ）はウェ
ハ上のマーク形状の平面と断面を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）はOff−Axis方式のアライメント系によ
るマーク検出の様子を示す図、第６図は撮像素子を２つ
設けたOff−Axis方式のアライメント系の構成を示す
図、第７図は画像信号のボトムを検出する様子を示す
図、第８図（Ａ）、（Ｂ）はアライメントマークとして
従来の回折格子マークをスポット光で走査したときの光
電信号波形の様子を示す図、第９図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）は第４図に示したマークをスポット光で走査した
ときの光電信号波形の様子を示す図、第10図は第１の実
施例においてアライメントされるウェハ上のショット領
域の配列を示す図、第11図は第２の実施例におけるサン
プルアライメントショットの配列を示す図、第12図は本
発明の第３の実施例によるTTR方式のアライメント系の
構成を示す図、第13図は本発明の第４の実施例によるOf
f−Axis方式のアライメント系の構成を示す図、第14図
は第５の実施例による２重回折格子アライメント系の構
成を示す図、第15図は回折格子と干渉縞の分布との様子
を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ……レチクル、PL……投影レンズ、Ｗ……ウェハ、 EP……瞳、MXn、MYn……マーク、 Sn……ショット領域、８……受光素子、 ９……LSA演算ユニット、20……ハロゲンランプ、 23……フィルター、27……対物レンズ、 30……指標板、34……撮像素子、 35……FIA演算ユニット、 AP1、AP2、AP3、AP4……マーク検出位置情報、501……A
LGデータ記憶部、 502……EGA演算ユニット
構成を示す図、第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第１図
の装置の各部の構成を示す図、第３図はウェハ上のショ
ット領域の配置を示す図、第４図（Ａ）、（Ｂ）はウェ
ハ上のマーク形状の平面と断面を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）はOff−Axis方式のアライメント系によ
るマーク検出の様子を示す図、第６図は撮像素子を２つ
設けたOff−Axis方式のアライメント系の構成を示す
図、第７図は画像信号のボトムを検出する様子を示す
図、第８図（Ａ）、（Ｂ）はアライメントマークとして
従来の回折格子マークをスポット光で走査したときの光
電信号波形の様子を示す図、第９図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）は第４図に示したマークをスポット光で走査した
ときの光電信号波形の様子を示す図、第10図は第１の実
施例においてアライメントされるウェハ上のショット領
域の配列を示す図、第11図は第２の実施例におけるサン
プルアライメントショットの配列を示す図、第12図は本
発明の第３の実施例によるTTR方式のアライメント系の
構成を示す図、第13図は本発明の第４の実施例によるOf
f−Axis方式のアライメント系の構成を示す図、第14図
は第５の実施例による２重回折格子アライメント系の構
成を示す図、第15図は回折格子と干渉縞の分布との様子
を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ……レチクル、PL……投影レンズ、Ｗ……ウェハ、 EP……瞳、MXn、MYn……マーク、 Sn……ショット領域、８……受光素子、 ９……LSA演算ユニット、20……ハロゲンランプ、 23……フィルター、27……対物レンズ、 30……指標板、34……撮像素子、 35……FIA演算ユニット、 AP1、AP2、AP3、AP4……マーク検出位置情報、501……A
LGデータ記憶部、 502……EGA演算ユニット
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 H01L 21/30 525 G03F 9/00
Claims (26)
- 【請求項１】所定の波長域に感応するレジスト層を表面
に有する基板に、マスクのパターンを転写する露光装置
の位置合わせ装置において、 前記基板に単波長、もしくは準単色の第１の光を照射す
るとともに、該第１の光で照射された前記基板上の第１
マークを検出し、該検出結果に基づいて該第１マークの
位置に関する第１位置情報を出力する第１位置検出手段
と、 前記基板に前記第１の光よりも広い波長分布の第２の光
を照射するとともに、該第２の光で照射された前記基板
上の第２マークを検出し、該検出結果に基づいて該第２
マークの位置に関する第２位置情報を出力する第２位置
検出手段と、 前記第１位置情報と第２位置情報の両方に基づいて、前
記基板と前記マスクとの相対位置を決定する位置決定手
段と、 を備えたことを特徴とする位置合わせ装置。 - 【請求項２】前記露光装置は、前記マスクのパターンの
像を前記基板上に投影する投影光学系と、前記基板を保
持して２次元移動するステージとを備え、前記第１位置
検出手段は、前記投影光学系を介して前記基板上のショ
ット領域に対応して設けられた前記第１マークを光電検
出する第１アライメント光学系を有し、前記第２位置検
出手段は、前記投影光学系を介さずに前記基板上のショ
ット領域に対応して設けられた前記第２マークを光電検
出する第２アライメント光学系を有することを特徴とす
る請求項第１項記載の装置。 - 【請求項３】前記位置決定手段は、前記基板上の複数の
ショット領域の夫々に対応して設けられた複数の第１マ
ークの各々に応じた複数の第１位置情報と、前記複数の
ショット領域の夫々に対応して設けられた複数の第２マ
ークの少なくとも１つに応じた少なくとも１つの第２位
置情報とに基づいて、前記基板上の各ショット領域の配
列位置を統計的演算により決定する演算手段を含むこと
を特徴とする請求項第１項又は第２項記載の装置。 - 【請求項４】前記第１マークと前記第２マークとを同一
のマークパターンで共用したことを特徴とする請求項第
１項又は第２項記載の装置。 - 【請求項５】前記基板はロット単位で露光処理され、該
ロットの最初から所定枚数の基板では、前記第１位置情
報と前記第２位置情報の両方に基づいて前記統計的演算
を行い、それ以降の前記基板では、前記第１位置情報と
前記第２位置情報とのいずれか一方に基づいて前記統計
的演算を行うことを特徴とする請求項第３項記載の装
置。 - 【請求項６】前記位置決定手段は、前記第１位置情報を
用いて前記統計的演算によって求めたパラメータと、前
記第２位置情報を用いて前記統計的演算によって求めた
パラメータとの両方を使って前記基板と前記マスクとの
相対位置を決定することを特徴とする請求項第３項記載
の装置。 - 【請求項７】基板上の複数の区画領域の夫々にマスクの
パターンを転写する露光装置の位置合わせ装置におい
て、 前記基板に第１の光を照射する第１アライメント光学系
を有し、前記基板上の複数の第１マークの位置の各々に
応じた複数の第１位置情報を出力する第１位置検出手段
と、 前記基板に第２の光を照射する前記第１アライメント光
学系と異なる第２アライメント光学系を有し、前記基板
上の複数の第２マークの位置の各々に応じた複数の第２
位置情報を出力する第２位置検出手段と、 前記複数の第１位置情報と前記複数の第２位置情報とに
基づいて、前記基板上の複数の区画領域の配列を表すモ
デル式の複数のパラメータを計算するとともに、前記計
算された複数のパラメータを利用して、前記基板上の複
数の区画領域の各配列座標を算出する演算手段とを備
え、 前記複数の区画領域の夫々に前記マスクのパターンを転
写するために、前記算出された配列座標に従って前記マ
スクと前記基板とを相対移動することを特徴とする位置
合わせ装置。 - 【請求項８】前記演算手段は、前記複数の第１位置情報
に基づいて前記複数のパラメータを計算するとともに、
前記複数の第２位置情報に基づいて前記複数のパラメー
タの少なくとも１つを計算し、前記複数の第１位置情報
を用いて求めた前記複数のパラメータの一部を、前記複
数の第２位置情報を用いて求めた前記少なくとも１つの
パラメータで置き換えることを特徴とする請求項第７項
記載の装置。 - 【請求項９】前記露光装置は、前記マスクのパターンの
像を前記基板上に投影する投影光学系を備え、前記第２
アライメント光学系は、前記投影光学系とは別に設けら
れる対物光学系を有し、前記演算手段は、前記複数の第
２位置情報に基づいて、前記複数のパラメータのうち、
前記基板のスケーリングに対応するパラメータを計算す
ることを特徴とする請求項第８項記載の装置。 - 【請求項１０】前記第２アライメント光学系は、前記第
２の光として広帯域光を射出する光源と、前記基板で反
射された光を受光する撮像素子とを含むことを特徴とす
る請求項第７項乃至第９項記載の装置。 - 【請求項１１】前記露光装置は、前記マスクのパターン
の像を前記基板上に投影する投影光学系を備え、前記第
２アライメント光学系は、前記投影光学系を介して前記
第２の光を前記基板上に照射し、前記演算手段は、前記
複数の第２位置情報に基づいて、前記複数のパラメータ
のうち、前記複数の区画領域のオフセットに対応するパ
ラメータを計算することを特徴とする請求項第８項記載
の装置。 - 【請求項１２】前記演算手段は、前記複数のパラメータ
の計算に先立って、前記複数の第１位置情報の一部を前
記複数の第２位置情報の少なくとも１つで置き換えるこ
とを特徴とする請求項第７項記載の装置。 - 【請求項１３】前記複数の第２マークと前記複数の第１
マークとは少なくとも１つが同一のマークパターンで共
用されることを特徴とする請求項第７項乃至第12項記載
の装置。 - 【請求項１４】所定の波長域に感応するレジスト層を表
面に有する基板に、マスクのパターンを転写する露光装
置の位置合わせ装置において、 前記基板に単波長、もしくは準単色の第１の光を照射す
るとともに、該第１の光で照射された前記基板上の第１
マークを検出し、該検出結果に基づいて該第１マークの
位置に関する第１位置情報を出力する第１位置検出手段
と、 前記基板に広帯波長域の第２の光を照射するとともに、
該第２の光で照射された前記基板上の第２マークを検出
し、該検出結果に基づいて該第２マークの位置に関する
第２位置情報を出力する第２位置検出手段と、 前記基板をアライメントするために、前記第１位置検出
手段と前記第２位置検出手段とのいずれか一方を選択す
る選択手段と、 を備えたことを特徴とする位置合わせ装置。 - 【請求項１５】前記第１位置検出手段と前記第２位置検
出手段とは、その光路の一部が共有されていることを特
徴とする請求項第14項記載の装置。 - 【請求項１６】前記露光装置は、前記マスクのパターン
の像を前記基板上に投影する投影光学系を有し、前記第
１及び第２位置検出手段は、前記投影光学系を介さずに
前記第１及び第２マークをそれぞれ検出することを特徴
とする請求項第14項又は第15項記載の装置。 - 【請求項１７】前記露光装置は、前記マスクのパターン
の像を前記基板上に投影する投影光学系を有し、前記第
２位置検出手段は、前記投影光学系とは別に設けられる
対物光学系を介して前記基板上の第２マークを検出する
ために、前記対物光学系に対して前記第２マークを焦点
合わせするオートフォーカス系を含むことを特徴とする
請求項第14項又は第15項記載の装置。 - 【請求項１８】前記選択手段は、前記第１位置検出手段
による前記第１の光の照射と前記第２位置検出手段によ
る前記第２の光の照射とを切り換える手段を含むことを
特徴とする請求項第14項記載の装置。 - 【請求項１９】前記選択手段は、前記マスクと前記基板
とのファインアライメントの前に前記基板のグローバル
アライメントを実行するために、前記第１位置検出手段
と前記第２位置検出手段とのいずれか一方を選択するこ
とを特徴とする請求項第14項又は第18項記載の装置。 - 【請求項２０】所定の波長域に感応するレジスト層を表
面に有する基板にマスクのパターンを転写するために、
前記マスクと前記基板とを位置合わせする方法におい
て、 前記基板に単波長、もしくは準単色の第１の光を照射す
るとともに、該第１の光で照射された前記基板上の第１
マークを検出し、該検出結果に基づいて該第１マークの
位置に関する第１位置情報を得る第１工程と、 前記基板に前記第１の光よりも広い波長分布の第２の光
を照射するとともに、該第２の光で照射された前記基板
上の第２マークを検出し、該検出結果に基づいて該第２
マークの位置に関する第２位置情報を得る第２工程とを
含み、 前記第１位置情報と第２位置情報の両方に基づいて、前
記基板と前記マスクとの相対位置を決定することを特徴
とする位置合わせ方法。 - 【請求項２１】所定の波長域に感応するレジスト層を表
面に有する基板にマスクのパターンを転写するために、
前記マスクと前記基板とを位置合わせする方法におい
て、 前記基板に単波長、もしくは準単色の第１の光を照射す
るとともに、該第１の光で照射された前記基板上の第１
マークを検出し、該検出結果に基づいて該第１マークの
位置に関する第１位置情報を得る第１工程と、 前記基板に広帯波長域の第２の光を照射するとともに、
該第２の光で照射された前記基板上の第２マークを検出
し、該検出結果に基づいて該第２マークの位置に関する
第２位置情報を得る第２工程とを含み、 前記マスクと前記基板との位置合わせのために、前記第
１工程と前記第２工程とのいずれか一方を選択すること
を特徴とする位置合わせ方法。 - 【請求項２２】基板上の複数の区画領域の夫々にマスク
のパターンを転写するために、前記マスクと前記基板と
を位置合わせする方法において、 前記基板上の複数の第１マークの位置を検出し、該検出
された位置に基づいて前記複数の区画領域の配列を表す
複数の第１パラメータを計算する第１工程と、 前記基板上の複数の第２マークの位置を検出し、該検出
された位置に基づいて前記複数の区画領域の配列を表す
複数の第２パラメータを計算する第２工程と、 前記計算された複数の第１及び第２パラメータの少なく
とも一部を利用して、前記基板上の複数の区画領域の各
配列座標を決定する第３工程とを含み、 前記決定された配列座標に従って前記マスクと前記基板
とを相対移動することを特徴とする位置合わせ方法。 - 【請求項２３】前記複数の第１マークは第１アライメン
ト光学系で検出され、かつ前記複数の第２マークは前記
第１アライメント光学系と異なる第２アライメント光学
系で検出されることを特徴とする請求項22記載の方法。 - 【請求項２４】前記第１アライメント光学系と前記第２
アライメント光学系とはその一部の光学要素が共有され
ることを特徴とする請求項第23項記載の方法。 - 【請求項２５】前記複数の第１マークと前記複数の第２
マークとはその少なくとも１つが同一のマークパターン
で共用されることを特徴とする請求項第22項乃至第24項
記載の方法。 - 【請求項２６】基板上の複数の区画領域の夫々にマスク
のパターンを転写するために、前記マスクと前記基板と
を位置合わせする方法において、 第１アライメント光学系を用いて前記基板上の複数の第
１マークの位置を検出する第１工程と、 前記第１アライメント光学系と異なる第２アライメント
光学系を用いて前記基板上の少なくとも１つの第２マー
クの位置を検出する第２工程と、 前記第１及び第２工程で検出された位置に基づいて、前
記基板上の複数の区画領域の配列を表すパラメータを計
算し、該計算されたパラメータに従って前記複数の区画
領域の各配列座標を決定する第３工程とを含むことを特
徴とする位置合わせ方法。
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