JP3106544B2

JP3106544B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP3106544B2
Application number: JP03118476A
Authority: JP
Inventors: 一明鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 2000-11-06
Anticipated expiration: 2015-11-06
Also published as: JPH04346213A; US5483349A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
工程、特にリソグラフィー工程に使用する半導体露光装
置における位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体露光装置における
結像検出タイプの位置検出装置では、レチクル上の挟み
込みマーク（指標パターン）の像とウエハアライメント
マークの像を投影光学系、結像光学系を介して撮像素子
に結像し、撮像素子からのマーク像に対応してレベル変
化する画像信号に基づいて位置検出を行っていた（スル
ー・ザ・レチクル方式）。また、投影光学系とは別の対
物光学系を介してアライメント光学系内にウエハと略共
役な関係で設けられた指標板上の指標パターンとウエハ
アライメントマークとの像を結像光学系を介して撮像素
子に結像し、撮像素子からのマークとパターンの各像に
対応してレベル変化する画像信号に基づいて位置検出し
ていた（オフ・アクシス方式）。

【０００３】図６を参照にして従来の位置検出装置につ
いて説明する。まず、スルー・ザ・レチクル（ＴＴＲ）
方式のアライメントについて説明する。図６（ｂ）は従
来の指標パターンＡＭ１を示す図、図６（ｃ）は従来の
アライメントマークＷＭを示す図、図６（ｄ）は撮像素
子からの信号波形データを示す図であり、縦軸は信号レ
ベルを表し、横軸はマーク（或いはパターン）位置を表
している。指標パターンＡＭ１は遮光部の両端のエッジ
Ｅｇａを指標パターンとしたものである。遮光部Ｃｒは
石英等の光透過部材にクロム等を設けたもので形成され
ている。図６（ｃ）のアライメントマークＷＭは計測方
向にデューティ比１：１のラインアンドスペースで形成
された３本のマルチマークであるものとする。

【０００４】さて、図６（ｄ）に示すように指標パター
ンＡＭ１とアライメントマークＷＭが設計位置で重ね合
わされているときの撮像素子からの波形データはＳＩＧ
１のようになる。この波形データＳＩＧ１のうち、アラ
イメントマークＷＭに対応したＷＭデータの６本の谷間
ＷＭ１〜ＷＭ６がマークＷＭのエッジ位置に対応してお
り、ＷＭデータからウエハの位置をセンサ上で決定す
る。一方２ヶ所のエッジ部分を有する指標パターンに対
応したＡＭＤ１データの２本の谷間ＡＭａが夫々指標パ
ターンＡＭ１のエッジＥｇａの部分に対応しており、こ
のデータから指標パターンの位置をセンサ上で決定す
る。具体的には、遮光部から谷間ＡＭａまでのスロープ
１を使用するか、或いは谷間ＡＭａからウエハ信号（Ｗ
Ｍデータ）のトップまでのスロープ２を使って２つの位
置データを求め、このデータを使って指標パターンＡＭ
１のパターン位置を決定している。

【０００５】オフ・アクシス方式のアライメントにおい
ても、透明なガラス板に図６（ａ）に示すような遮光性
の線状指標パターンを図６（ｂ）のエッジＥｇａに相当
する部分に設ける。そしてこのガラス板からなる指標板
を対物レンズを介してウエハとほぼ共役な位置に設け、
指標板の透明部と遮光性の指標パターンを照明してい
る。従って、指標パターンＡＭ１の間にアライメントマ
ークＷＭが位置したとき図６（ｅ）に示すようにＳＩＧ
１と同様のＳＩＧ１’のような信号をえることができ、
各々の位置を決定することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術において、レチクル上の挟み込みマーク
（指標パターン）の像、或いはオフ・アクシス方式のア
ライメント光学系内の指標パターンの像に相当する画像
信号波形は、ウエハ反射率やウエハ表面の荒れ具合等に
よって変化する。例えば、図６（ｄ）、（ｅ）に示した
波形データＳＩＧ１、ＳＩＧ１’のスロープ１の強度差
ｈ２とスロープ２の強度差ｈ１やスロープ１、２の傾き
は、ウエハ表面反射率の違いやウエハ表面荒れ具合等
（ウエハ表面条件）に敏感に応答して変化し、又スロー
プ１、２はウエハ表面の荒れ具合によって歪んでしま
う。

【０００７】このため、このような従来の指標パターン
では精度よくパターン位置を検出することができず、ま
た再現性のよい位置検出ができないという問題点があっ
た。本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされた
もので、ウエハの表面反射率やウエハ表面荒れ等のウエ
ハ表面条件に影響されることなく、正確で再現性のよい
位置検出を実現するための位置検出装置を得ることを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】かかる問題点を解決するた
め本発明においては、所定パターン（ＲＭ、図３）を検
知する検知手段（Ｓ１、Ｓ２）を備えたパターン検知装
置（ＡＬ１、ＡＬ２）に、該所定パターンを照明する照
明手段（１０４、１１、１７、１０５、２１、２５）
と、該照明手段に照明された所定パターンから発生する
光を前記検知手段に導く光学系（１７、１９、３１）と
を構成し、該所定パターンは、前記光学系の解像力より
小さい特定パターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１ａ、Ｇ２ａ）を
含むことを特徴とするパターン検知装置とした。また本
発明では、所定パターン（ＲＭ、図３）を照明し、該照
明により該所定パターンから発生する光を光学系（１
７、１９、３１）を介して検知する検知手段（Ｓ１、Ｓ
２）を備えたパターン検知装置（ＡＬ１、ＡＬ２）であ
って、該所定パターンは、前記光学系の解像力より小さ
い特定パターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１ａ、Ｇ２ａ）を含
み、該パターン検知装置は、該検知手段からの該特定パ
ターンに対応する出力に基づいて、該所定パターンを検
知するようにパターン検知装置を構成した。また本発明
では、パターンを照明し、該照明により該パターンから
発生する光を光学系（１７、１９、３１）を介して検知
するパターン検知装置（ＡＬ１、ＡＬ２）に使用される
パターン部材（Ｒ、１０６）であって、該パターン部材
は、該光学系の解像力より小さい特定パターン（Ｇ１、
Ｇ２、Ｇ１ａ、Ｇ２ａ）を備えることを特徴とするパタ
ーン部材とした。また本発明では、回路パターンを照明
して、感光基板上に該回路パターンを転写する露光装置
（図１）であって、露光装置は、照明されたパターンを
光学系（１７、１９、３１）を介して検知する検知装置
（ＡＬ１、ＡＬ２）を備え、該検知装置は、該光学系の
解像力より小さい特定パターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１ａ、
Ｇ２ａ）を含む所定パターン（ＲＭ、図３）を照明し、
該照明された該所定パターンから発生する光に基づき、
該所定パターンを検知することを特徴とする露光装置と
した。また本発明では、所定パターン（ＲＭ、図３）を
照明し、該照明された所定パターンから発生する光を光
学系（１７、１９、３１）を介して検知手段（Ｓ１、Ｓ
２）に導き、該検知手段からの出力に基づき該所定パタ
ーンを検知する方法であって、該所定パターンは、該光
学系では解像不可能な特定パターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１
ａ、Ｇ２ａ）を含むことを特徴とするパターン検知方法
とした。また本発明では、所定パターン（ＲＭ、図３）
を照明し、該照明された該所定パターンから発生する光
を光学系（１７、１９、３１）を介して検知手段（Ｓ
１、Ｓ２）に導き、該検知手段からの出力に基づき該所
定パターンを検知する方法であって、該所定パターン
は、該光学系では解像不可能な特定パターン（Ｇ１、Ｇ
２、Ｇ１ａ、Ｇ２ａ）を含み、該検知手段からの該特定
パターンに対応する出力を利用して、該所定パターンの
位置に関する検知を行うことを特徴とするパターン検知
方法とした。なお上記では、各構成要件に対応する本願
実施例の符号を付記しているが、本願発明はこの符号に
限定されないことは言うまでもない。

【０００９】

【作用】本発明のパターン検知装置、パターン検知方法
によれば、所定パターンを照明し、光学系を介して検知
する際に、該光学系の解像力より小さい特定パターンを
含む所定パターンを利用して、該所定パターンの検知を
行うようにしたので、該所定パターンの検出をより正確
に行うことができる。このため例えば、ウエハ面とほぼ
共役な位置にある所定の反射率を有する遮光性のパター
ン部材（レチクルや指標板）上の所定パターン（アライ
メントマークや指標パターン）に特定パターンを設けた
場合には、特定パターンと遮光部に対応する波形データ
を所定パターンの位置情報としているので、ウエハ表面
の反射率や表面荒れ等のウエハ表面条件の影響を受けに
くくなり、常に正確な位置検出と良好な計測再現性を得
ることができる。また本発明のパターン部材によれば、
所定パターンを照明し光学系を介して検知する装置に利
用されるパターン部材の所定パターンに、該光学系の解
像力より小さい特定パターンを含ませておくことで、所
定パターンの検出をより正確に行えることができる。ま
た本発明の露光装置によれば、上記のようなパターン検
知装置を露光装置に設けることにより、露光前の位置合
わせを正確に行え、正確な位置にパターンを露光するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例に
ついて詳述する。図１は本発明の第１実施例に最も適し
た投影露光装置の全体構成を示す図である。エキシマレ
ーザ等のレーザ光源または水銀ランプ等の輝線ランプ等
からなる光源１００から射出した露光光はレンズ系１０
１、ミラー１０２、コンデンサーレンズ１からなる照明
光学系を介してレチクルＲを均一な照度で照明する。レ
チクルＲを透過した露光光は投影レンズＰＬを介してウ
エハＷ上に結像し、レチクルＲのパターンは投影レンズ
ＰＬを介してウエハＷ上に転写される。ウエハＷはＸＹ
ステージ５上のウエハホルダ３に載置されており、ＸＹ
ステージはモータ等の駆動系１０３により２次元移動可
能となっている。ＸＹステージ５の２次元的な位置はＸ
Ｙステージ干渉計７により計測され、このデータは主制
御系２００に送られる。主制御系２００はこのデータに
基づいて駆動系１０３を制御する。

【００１１】さて、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方
式のアライメント系ＡＬ１は、露光光とほぼ同一波長の
光を用いて、レチクルＲ上のアライメントマークＲＭと
ウエハ上のアライメントマークＷＭ１を投影レンズＰＬ
を介して直接計測する。アライメントマークＲＭは図２
に示すようにレチクルＲの遮光部と開口部（アパーチ
ャ）とアパーチャの計測方向の両側にある所定の反射率
を有する遮光部Ｃｒに設けられたグレーティングＧ１、
Ｇ２で構成されており、遮光部Ｃｒはクロム等の比較的
高い反射率を持つ遮光部材で構成されている。すなわ
ち、アライメントマークＲＭ（指標パターン）は、従来
の指標パターンＡＭ１（図６（ｂ））のエッジＥｇａの
両側にある遮光部ＣｒにグレーティングＧ１、Ｇ２を有
するものであり、グレーティングＧ１、Ｇ２は遮光部と
光透過部とからなる回折格子状の補助パターンである。

【００１２】また、グレーティングＧ１、Ｇ２の長手方
向の直線部分Ｅｇｂは遮光部Ｃｒに隣接して設けられて
おり、グレーティングＧ１、Ｇ２のピッチは光源１０４
から射出された指標パターン及びアライメントマーク検
出用の照明光の波長での検出光学系１７と１９の解像力
（遮断空間周波数）よりも小さくなっている。すなわ
ち、検出光学系の遮断空間周波数よりもグレーティング
Ｇ１、Ｇ２は高空間周波数のパターンということにな
る。尚、グレーティングＧ１、Ｇ２の遮光部分の材質は
遮光部Ｃｒの材質と同じであるものとし、このように両
方の材質を同じものとすれば同一工程で同時に製造する
ことが可能となり製造が簡単となるという長所がある。

【００１３】アライメントマークＷＭ１は計測方向にデ
ューティ比１：１のラインアンドスペースで形成された
３本のマルチマークであるものとし、アライメントマー
クは３本に限るものではなく、１本でも４本以上のマー
クでも構わない。また、デューティ比は１：１からずれ
ても構わない。またＴＴＲアライメント系ＡＬ１内に
は、エキシマレーザ光源等の光源１００から導いてきた
アライメント用の光を射出する射出口１０４と射出口１
０４からの光をリレーするリレーレンズ１１、アライメ
ントのための照野を決定する視野絞り１３、視野絞り１
３とレチクル面を共役関係で結ぶための第１対物レンズ
１７、レチクルＲを透過してウエハＷからの戻り光を送
光系から分岐するためのハーフミラー１５、１次元アレ
イセンサ又はＣＣＤ等の撮像素子Ｓ１及びアライメント
マークＲＭの像を撮像素子Ｓ１上に結像する第２対物レ
ンズ１９が含まれている。そしてレチクルマークＲＭの
像及びウエハマークＷＭの像は第２対物レンズ１９を介
して撮像素子Ｓ１上に結像投影される。

【００１４】また、この投影露光装置にはオフ・アクシ
ス方式のアライメント系ＡＬ２も搭載されている。この
オフ・アクシス方式のアライメント系ＡＬ２は非露光光
を用いて、投影レンズＰＬとは別の対物レンズ２９を介
してウエハ上のアライメントマークＷＭ２を検出するも
のである。オフ・アクシスアライメント系では非露光光
を射出する光源１０５からの光はリレーレンズ２１を介
して視野絞り２３を照明する。オフ・アクシスアライメ
ントのための光源波長（非露光波長）はレジスト膜によ
る干渉効果低減のため、ハロゲンランプや水銀ランプの
連続成分のうち可視領域から赤外領域（５５０ｎｍ〜９
００ｎｍ程度）を用いている。視野絞り２３はウエハＷ
上の照野を規定するものであり、視野絞りの像はリレー
レンズ２５、ハーフミラー２７、指標板１０６、対物レ
ンズ２９を介してウエハＷ上に結像される。このよう
に、視野絞り２３によってウエハＷ上の照野が規定さ
れ、ウエハＷ上のアライメントマークＷＭ２周辺のみが
照明される。また、アライメントマークＷＭ２はアライ
メントマークＷＭ１と同様のマルチマークであるものと
する。ここで、指標板１０６は対物レンズ２９に関して
ウエハＷとほぼ共役な位置に配置されている。

【００１５】指標板１０６は透明なガラス板からなり、
図３に示すように所定の反射率を有する遮光部Ｃｒが設
けられている。遮光部ＣｒのエッジＥｇｃの遮光部側
（計測方向）にはグレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａが設け
られており、指標パターンＭは遮光部Ｃｒと遮光部Ｃｒ
に設けられたグレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａとで構成さ
れている。遮光部Ｃｒはクロム等の比較的高い反射率を
持つ遮光部材で構成されており、グレーティングＧ１
ａ、Ｇ２ａは遮光部分と光透過部とからなる回折格子状
の補助パターンである。グレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａ
の遮光部分は遮光部Ｃｒと同じ材質で形成されているも
のとする。

【００１６】さらに、グレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａの
長手方向の直線部分Ｅｇｂは遮光部Ｃｒに隣接して設け
られており、グレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａのピッチは
光源１０５から射出された指標パターン及びアライメン
トマーク検出用の照明光の波長での検出光学系３１の解
像力（遮断空間周波数）よりも小さくなっている。すな
わち、検出光学系の遮断空間周波数よりもグレーティン
グＧ１ａ、Ｇ２ａは高空間周波数のパターンということ
になる。

【００１７】さて、アライメントマークＷＭ２からの戻
り光は対物レンズ２９、指標板１０６、ハーフミラー２
７、第２対物レンズ３１を介して１次元アレイセンサ又
はＣＣＤ等の撮像素子Ｓ２上に結像される。指標板１０
６は対物レンズ２９に関してウエハとほぼ共役な関係で
配置されており、第２対物レンズ３１は指標パターンＭ
の像を撮像素子Ｓ２上に結像するものである。このため
アライメントマークＷＭ２及び指標パターンＭの像は第
２対物レンズ３１を介して撮像素子Ｓ２上に結像され
る。図１ではＴＴＲアライメント系ＡＬ１、及びオフア
クシスアライメント系ＡＬ２の両方を備えた投影露光装
置を示したがどららか一方のみを備えた装置でも構わな
い。

【００１８】次に、本発明の実施例にかかるレチクルア
ライメントマークＲＭ（指標パターン）及び指標パター
ンＭから得られる画像信号を説明する。まずレチクルア
ライメントマークＲＭについて図４を参照して説明す
る。図４（ａ）は本発明にかかる一実施例によるアライ
メントマークＲＭを示しており、図４（ｂ）はアライメ
ントマークＷＭ１を示している。そして図４（ｃ）はア
ライメントマークＲＭとアライメントマークＷＭ１が重
ね合わされたときの夫々のマークに対応する撮像素子Ｓ
１からの信号波形を示している。図４（Ｃ）で縦軸は信
号レベルを表し、横軸はマーク位置を表している。

【００１９】アライメントマークＲＭに設けられたグレ
ーティングＧ１、Ｇ２の間に図４（ｂ）に示すようなウ
エハマークＷＭ１が重ね合わされたとき、図４（ｃ）に
示すような波形データＳＩＧ２が得られる。ここで重要
なことはグレーティングＧ１、Ｇ２を含む指標パターン
に対応する部分の信号波形データＡＭＤ２である。グレ
ーティングＧ１、Ｇ２が検出光学系（第１対物レンズ１
７と第２対物レンズ１９）の遮断空間周波数よりも高空
間周波数のパターンであるため、ウエハ反射率やウエハ
表面の荒れ具合等のウエハ表面条件とは無関係にデータ
ＡＭＤ２のボトムレベルはほぼ一定値となり、スロープ
１がウエハ表面反射率やウエハ表面荒れ等のウエハ表面
条件にほとんど影響されず安定したものとなる。ここで
撮像素子Ｓ１からの信号は干渉計７からの位置計測信号
とともに主制御系２００に入力される。主制御系２００
には所定のスライスレベルで画素単位で位置計測信号を
２値化する回路が設けられていて、スロープ１を使って
例えば強度差ｈ２の半分の値をスライスレベルＳＶとし
て２値化し、その値から計測方向の指標マーク位置を求
めることができる。この結果、正確で極めて高い計測再
現性を得ることが可能となる。

【００２０】オフ・アクシスアライメント系の指標パタ
ーンＭについても同様に、グレーティングＧ１ａとＧ２
ａの間にウエハアライメントマークＷＭ２が重ね合わさ
れたとき図４（ｃ）に示すような信号波形ＳＩＧ２が得
られる。グレーティングＧ１ａ、Ｇ２ａのピッチが光源
１０５から射出された指標パターン及びアライメントマ
ーク検出用の照明光の波長での検出光学系（第２対物レ
ンズ３１）の遮断空間周波数よりも高空間周波数のパタ
ーンであるため、ウエハ反射率等のウエハ表面条件とは
無関係にデータＡＭＤ２のボトムレベルはほぼ一定値と
なり、スロープ１がウエハ表面反射率やウエハ表面荒れ
等のウエハ表面条件にほとんど影響されず安定する。こ
のため、正確で極めて高い計測再現性を得ることが可能
となる。

【００２１】以下、定量的に指標パターンの遮光部とグ
レーティングＧ１或いはＧ２（Ｇ１ａ或いはＧ２ａ）に
対応する信号の信号強度比を見積もってみることとす
る。尚、以下の説明ではレチクルアライメントマークＲ
Ｍ及び指標パターンＭを区別することなく指標パターン
ＡＭ２と呼ぶこととする。また、ウエハ上に形成してい
るアライメントマークはＷＭ１、ＷＭ２を区別すること
なくウエハアライメントマークＷＭと呼ぶこととし、グ
レーティングＧ１、Ｇ１ａ及びＧ２、Ｇ２ａを区別する
ことなくグレーティングＧ（１）、Ｇ（２）と呼ぶこと
とする。

【００２２】さて、遮光部の反射率を４０％、指標パタ
ーンＡＭ２とアライメントマークＷＭとの間の光学系の
透過率を片道９０％、ウエハ反射率を５０％とし、指標
パターンＡＭ２とアライメントマークＷＭの間の光学系
の遮断空間周波数と検出光学系（１７、１９、３１）の
遮断空間周波数とを指標パターンＡＭ２面上のスケール
に換算したとき、両者は同じと仮定する。そして高空間
周波数のグレーティングパターンＧ（１）またはＧ
（２）はデューティ１：１のラインアンドスペースとす
る。このときグレーティングＧ（１）またはＧ（２）部
からの０次反射光強度及び０次透過光強度は共に入射光
強度の１／４ずつとなり、他は回折光となって光学系で
遮光される。

【００２３】このため、遮光部とグレーティング部の信
号強度の比は４０％：４０％×１／４＋１／４×（９０％）²×５０
％×１／４≒３：１…（１）となる。従って、ウエハ表面反射率や表面荒れの影響を
著しく低減可能となり、ウエハの表面反射率等のウエハ
表面条件に影響されないほぼ一定のコントラストを持っ
たＡＭＤ２データを得ることができる。このため、安定
したスロープ１を得ることができ、計測再現性が向上す
る。

【００２４】次に、指標パターンＡＭ２の変形例を図５
を参照にして説明する。図４ではグレーティングのピッ
チ方向を非計測方向としたが、図５（ａ）のように計測
方向にピッチ方向を持つグレーティングであっても構わ
ない。また、図５（ｂ）に示すようにグレーティングを
市松格子状にすれば更にコントラストがよくなる。さら
に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すようにグレーティングＧ
（１）、Ｇ（２）を複数設けてマルチパターン化すれば
平均化効果により更に精度の向上が期待できる。

【００２５】また、図５（ｄ）に示すように１つのグレ
ーティングの持つ２つの直線部分Ｅｇｂを２つとも遮光
部Ｃｒと隣接させて設けることにより、２つの安定した
スロープ（スロープ１、２）を得ることができる。この
ため、指標パターンＡＭ２の位置検出に際して、スロー
プ１或いは２、又はその両方を任意に選択することが可
能となる。図５（ｄ）はこのように両方の直線部Ｅｇｂ
を遮光部に隣接させたパターンをマルチパターンとした
ものである。このようにすれば精度の向上がさらに期待
できる。また、グレーティングの両脇のエッジＥｇｂに
隣接して遮光部を設けるようにしてもよい。

【００２６】尚、本発明によるアライメントマークが効
果を発揮するのは、アライメント光に対し指標パターン
の遮光部が適度に大きな反射率を持つ時であることは言
うまでもない。また本実施例では高空間周波部のパター
ンを一定のピッチを持つ格子状パターンとしたが、空間
周波数スペクトルが遮断周波数以上であれば、格子状パ
ターンでなくともよい。また、前述の（１）式では投影
レンズＰＬ、対物レンズ２９に入射する高次の回折光の
影響は加味していなかったが、これを考慮するとグレー
ティングを投影レンズＰＬ、対物レンズ２９の空間周波
数よりも高い周波数成分を持つピッチで形成すればよ
い。この場合、投影レンズには高次の回折光は入射しな
くなる。従って、ウエハからの戻り光は０次回折光のみ
となり、グレーティング部分の信号強度はさらに低下す
る。

【００２７】また、前述のグレーティングＧ（１）、Ｇ
（２）を位相シフターで形成するようにしてもよい。こ
のようにグレーティングＧ（１）、Ｇ（２）を位相シフ
ターで形成すれば、０次回折光は発生せず、グレーティ
ング部の信号強度をさらに低下させることができる。特
に、位相シフターで形成したグレーティングのピッチを
投影レンズＰＬの空間周波数よりも高い周波数成分とす
ることにより、グレーティング部分の信号強度をほぼ零
にすることができる。このため、遮光部の反射率のみに
依存した、一定のコントラストを持つ信号ＡＭＤ２を得
ることができる。

【００２８】また、前述のグレーティング部分に相当す
る領域に、遮光部Ｃｒの反射率と一定の反射率差を持っ
た遮光部を設けたり、あるいは位置検出光に対して光吸
収性をもつ物質を設けることにより、一定のコントラス
トを持つ信号ＡＭＤ２を得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明のパターン検知装
置、パターン検知方法によれば、所定パターンを照明
し、光学系を介して検知する際に、該光学系の解像力よ
り小さい特定パターンを含む所定パターンを利用して、
該所定パターンの検知を行うようにしたので、該所定パ
ターンの検出をより正確に行うことができる。このため
例えば、ウエハ面とほぼ共役な位置にある所定の反射率
を有する遮光性のパターン部材（レチクルや指標板）上
の所定パターン（アライメントマークや指標パターン）
に特定パターンを設けた場合には、所定パターンの位置
データがウエハ表面反射率や表面荒れ等のウエハ表面条
件に影響されなく安定して検出されるため、所定パター
ンの位置計測精度や計測再現性が極めて向上するという
効果がある。また所定パターンを、遮光部と検出光学系
の遮断空間周波数以上の空間周波数を持つ特定パターン
（グレーティング）で構成すれば、遮光部と特定パター
ンを同一工程で同時に作成することも可能となり、安定
した所定パターンの位置データを容易に得ることが可能
となる。また本発明のパターン部材によれば、所定パタ
ーンを照明し光学系を介して検知する装置に利用される
パターン部材の所定パターンに、該光学系の解像力より
小さい特定パターンを含ませておくことで、所定パター
ンの検出をより正確に行えることができる。また本発明
の露光装置によれば、上記のようなパターン検知装置を
露光装置に設けることにより、露光前の位置合わせを正
確に行え、正確な位置にパターンを露光することができ
る。

【００３０】さらに本発明によれば、検出系（結像検出
センサの受光面）と所定パターンとの共役関係が多少ず
れても（すなわちデフォーカスしても）、所定パターン
の検出信号のコントラストが少し低減するのみで大きな
波形としての乱れはなく精度の高い計測を実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による投影露光装置の全体構
成を示す図、

【図２】レチクル上での指標パターンの位置を示す図、

【図３】オフ・アクシス方式の指標板上での指標パター
ンを示す図、

【図４】（ａ）本発明の一実施例による指標パターンを示す図、（ｂ）ウエハアライメントマークを示す図、（ｃ）撮像素子からの画像信号を示す図、

【図５】指標パターンの変形例を示す図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）従来の指標パターンを示す図、（ｃ）ウエハアライメントマークを示す図、（ｄ）、（ｅ）撮像素子からの画像信号を示す図、

【符号の説明】

１７…第１対物レンズ、１９、３１…第２対物レンズ、２９…対物
レンズ１０６…指標板、２００…主
制御系Ｗ…ウエハ、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影レン
ズ、ＷＭ…ウエハアライメントマーク、ＡＭ１，Ｍ，ＡＭ２…指標パターン、ＲＭ…レチクルアライメントマーク、Ｃｒ…遮光部、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ１ａ，Ｇ２ａ，Ｇ（１），Ｇ（２）…グ
レーティングＳ１、Ｓ２…撮像素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定パターンを検知する検知手段を備えた
パターン検知装置であって、前記所定パターンを照明する照明手段と、前記照明手段に照明された所定パターンから発生する光
を前記検知手段に導く光学系とを有し、前記所定パターンは、前記光学系の解像力より小さい特
定パターンを含むことを特徴とするパターン検知装置。
【請求項２】所定パターンを照明し、該照明により該所
定パターンから発生する光を光学系を介して検知する検
知手段を備えたパターン検知装置であって、前記所定パターンは、前記光学系の解像力より小さい特
定パターンを含み、前記パターン検知装置は、前記検知手段からの前記特定
パターンに対応する出力に基づいて、前記所定パターン
を検知することを特徴とするパターン検知装置。
【請求項３】パターンを照明し、該照明により該パター
ンから発生する光を光学系を介して検知するパターン検
知装置に使用されるパターン部材であって、前記パターン部材は、前記光学系の解像力より小さい特
定パターンを備えることを特徴とするパターン部材。
【請求項４】回路パターンを照明して、感光基板上に該
回路パターンを転写する露光装置であって、前記露光装置は、照明されたパターンを光学系を介して
検知する検知装置を備え、前記検知装置は、前記光学系の解像力より小さい特定パ
ターンを含む所定パターンを照明し、該照明された該所
定パターンから発生する光に基づき、該所定パターンを
検知することを特徴とする露光装置。
【請求項５】所定パターンを照明し、該照明された所定パターンから発生する光を光学系を介
して検知手段に導き、該検知手段からの出力に基づき該所定パターンを検知す
る方法であって、前記所定パターンは、前記光学系では解像不可能な特定
パターンを含むことを特徴とするパターン検知方法。
【請求項６】所定パターンを照明し、該照明された該所定パターンから発生する光を光学系を
介して検知手段に導き、該検知手段からの出力に基づき該所定パターンを検知す
る方法であって、前記所定パターンは、前記光学系では解像不可能な特定
パターンを含み、前記検知手段からの前記特定パターンに対応する出力を
利用して、前記所定パターンの位置に関する検知を行う
ことを特徴とするパターン検知方法。
【請求項７】前記特定パターンの空間周波数スペクトル
は、前記光学系の遮断空間周波数以上であることを特徴
とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載のパ
ターン検知装置、または請求項３に記載のパターン部
材、または請求項４に記載の露光装置、または請求項５
又は請求項６のいずれか１項に記載のパターン検知方
法。
【請求項８】前記所定パターンは、第１物体と、該第１
物体と照明光軸方向に共役な位置にある第２物体との、
該照明光軸に平行な方向における位置合わせに利用され
るパターンであり、前記所定パターンは、前記両物体のうちの一方の物体に
設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２
のいずれか１項に記載のパターン検知装置、または請求
項３に記載のパターン部材、または請求項４に記載の露
光装置、または請求項５又は請求項６のいずれか１項に
記載のパターン検知方法。
【請求項９】前記第１物体は感光基板であり、前記第２物体は、前記感光基板を露光する露光光とほぼ
同一波長の光が照射されるマスク、又は該感光基板を露
光しない非露光光が照射される指標板であることを特徴
とする請求項８に記載のパターン検知装置、またはパタ
ーン部材、または露光装置、またはパターン検知方法。
【請求項１０】前記所定パターンは、前記第２物体上に
設けられていることを特徴とする請求項９に記載のパタ
ーン検知装置、またはパターン部材、または露光装置、
またはパターン検知方法。
【請求項１１】前記光学系は、前記照明手段により照明
された前記特定パターンの像を、所定の結像面上に形成
する結像光学系を含むことを特徴とする請求項１又は請
求項２のいずれか１項に記載のパターン検知装置、また
は請求項３に記載のパターン部材、または請求項４に記
載の露光装置、または請求項５又は請求項６のいずれか
１項に記載のパターン検知方法。
【請求項１２】前記特定パターンは、前記結像光学系の
遮断空間周波数よりも高空間周波数を持つ格子状パター
ンであることを特徴とする請求項１１に記載のパターン
検知装置、またはパターン部材、または露光装置、また
はパターン検知方法。
【請求項１３】前記格子状パターンのピッチ方向は、前
記検知手段の検知方向と同方向であることを特徴とする
請求項１２に記載のパターン検知装置、またはパターン
部材、または露光装置、またはパターン検知方法。
【請求項１４】前記格子状パターンのピッチ方向は、前
記検知手段の検知方向とは異なることを特徴とする請求
項１２に記載のパターン検知装置、またはパターン部
材、または露光装置、またはパターン検知方法。
【請求項１５】前記格子状パターンは、市松格子状であ
ることを特徴とする請求項１２に記載のパターン検知装
置、またはパターン部材、または露光装置、またはパタ
ーン検知方法。
【請求項１６】前記特定パターンは、隣接して複数設け
られていることを特徴とする請求項１又は請求項２のい
ずれか１項に記載のパターン検知装置、または請求項３
に記載のパターン部材、または請求項４に記載の露光装
置、または請求項５又は請求項６のいずれか１項に記載
のパターン検知方法。
【請求項１７】前記特定パターンは、位相シフターを有
することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか
１項に記載のパターン検知装置、または請求項３に記載
のパターン部材、または請求項４に記載の露光装置、ま
たは請求項５又は請求項６のいずれか１項に記載のパタ
ーン検知方法。
【請求項１８】前記マスク又は指標板は、所定の反射率
を持つ物質で形成されており、前記特定パターンは、前記所定の反射率と一定の反射率
差を持つ物質を含むことを特徴とする請求項１０に記載
のパターン検知装置、またはパターン部材、または露光
装置、またはパターン検知方法。
【請求項１９】前記特定パターンは、前記照明手段から
の照明光を吸収する光吸収性を持つ物質を含むことを特
徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の
パターン検知装置、または請求項３に記載のパターン部
材、または請求項４に記載の露光装置、または請求項５
又は請求項６のいずれか１項に記載のパターン検知方
法。
【請求項２０】前記指標板は所定の反射率を持つ反射物
質で形成されており、前記特定パターンは、遮光部と光透光部とから成る回折
格子状のパターンであり、前記特定パターンの遮光部は、前記反射物質で形成され
ていることを特徴とする請求項１０に記載のパターン検
知装置、またはパターン部材、または露光装置、または
パターン検知方法。
【請求項２１】前記結像面には受光素子が設けられてお
り、前記受光素子からの少なくとも一部の波形出力に基づい
て、前記所定パターンの位置を特定する信号処理手段と
を有することを特徴とする請求項１１に記載のパターン
検知装置、または露光装置、またはパターン検知方法。
【請求項２２】前記所定パターンは前記マスク上に設け
られたアライメントマークであることを特徴とする請求
項１０に記載のパターン検知装置、またはパターン部
材、または露光装置、またはパターン検知方法。