JP3189367B2 - アライメント装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶表示
素子等を製造する工程で使用される露光装置や座標測定
機等の各種製造装置、検査装置等に組み込まれたアライ
メント装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子や、液晶表示素子
等の製造工程においては、半導体素子が作り込まれるウ
エハ又は液晶表示素子が作り込まれるガラスプレートに
形成されたアライメント用のマークを検出して、ウエハ
やプレートを所望の位置に精密に位置決めする、アライ
メント技術が用いられている。特にウエハやプレート上
に精密な微細パターンを重ね合わせ露光するアライナ
ー、ステッパー等では、全工程で１０数回〜２０回程度
の重ね合わせ作業が必要であり、各重ね合わせ毎のアラ
イメント精度を高めることが要求される。アライメント
精度は、一般に絶対誤差と再現性とによって評価され、
その両者がいずれも十分に要求を満足させることが必要
である。実際のアライナー、およびステッパーではウエ
ハやプレートにフォトレジスト（厚さ０．５〜２μm 程
度）が塗布された状態で、そのレジスト層の下にあるマ
ークパターン（凹凸段差形状）を光学的に検出してい
る。通常、ウエハ等のプロセスにおいては下地にアルミ
ニウム層が蒸着された上にレジスト層が塗布されるため
マークパターンの凹凸段差の程度が極めて小さくなるの
で、光学的なマークパターンの検出系、すなわちアライ
メント装置はウエハ上の層構造によって精度が大きく変
化する。

【０００３】このようなアライメント装置を組み込んだ
ステッパーの構成を図１を参照して説明する。投影レン
ズ１によって所定の倍率で投影すべきパターン領域を備
えたレチクル（マスク）３は、レチクルホルダー２によ
り周辺部で保持される。レチクルホルダー２は投影レン
ズ１の光軸ＡＸと垂直な面内でｘ、ｙ方向に微動可能に
設けられ、レチクル３の中心点が光軸ＡＸ上に位置する
ように、レチクルアライメント系ＲＡによって位置決め
される。投影レンズ１の物体面側に位置するレチクル３
のパターンは、像面側に位置するウエハ１２上に結像投
影される。このとき、露光用のレチクル照明光はｇ線
（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、エキシ
マレーザ（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）等の紫外線が
使われる。ウエハ１２は２次元（ｘ、ｙ方向）に移動す
るステージ１１上に載置され、アライメント時および露
光時に所定の経路に沿って各方向に移動する。

【０００４】また、ステージ１１上にはウエハ１２とほ
ぼ同じ高さで基準マーク板ＦＭが固定され、アライメン
ト系の各種チェックに使われる。さらにステージ１１の
周辺には、ステージ１１のｘ方向とｙ方向との各移動量
を計測するレーザ干渉計１３からのビームを反射するた
めの移動鏡１０が固定されている。このステージ１１は
モータ１４（ｘ、ｙ各方向の駆動モータを含む）によっ
て２次元に駆動される。ステージ制御ユニット１７は干
渉計１３による測長値に基づいてモータ１４の駆動を制
御する。

【０００５】露光する場合、まず露光に先立ってレチク
ル３とウエハ１２とを相対的に位置合わせしなければな
らない。このために、この例では、投影レンズ１を介し
てウエハ１２上のマーク（又は基準マーク板ＦＭ上のマ
ーク）を検出するＴＴＬ・アライメント系５と、投影レ
ンズ１の投影光路（鏡筒）の外部に固設されたオフ・ア
クシス・アライメント系９とが設けられている。

【０００６】一般に投影レンズ１は特定の１つの波長に
対してのみ収差補正されているので、投影レンズ１を通
してウエハマークを検出するＴＴＬ・アライメント系で
は、アライメント用照明系としてスペクトル幅の狭いレ
ーザ光源６が使われる。このレーザ光源６からのビーム
はＴＴＬ・アライメント系５内の各光学素子を通り、レ
チクル３と投影レンズ１との間の空間に斜設されたミラ
ー５ａで偏向されて、投影レンズ１の投影視野の周辺部
に入射する。投影レンズ１を両側テレセントリックに構
成することによりミラー５ａから投影レンズ１に向かう
ビームの主光線は光軸ＡＸと平行になり、さらに投影レ
ンズ１からウエハ１２に向かうビームも光軸ＡＸと平行
になる。

【０００７】前述のようにウエハ１２上の特定位置にマ
ークが形成され、このマークをＴＴＬ・アライメント系
５のレーザビームで照射すると、マークからはその段差
形状に応じて散乱光や回折光が発生する。この散乱光や
回折光は投影レンズ１を介してＴＴＬ・アライメント系
５へ逆進し、送光系と受光系とを分離するビームスプリ
ッタで反射（又は透過）されて光電センサー（フォトマ
ル、シリコンフォトダイオード等）に受光される。この
ＴＴＬ・アライメント系５は、ウエハ上のマーク又はそ
の周辺部で正規反射された光成分は遮光し、散乱光や回
折光のみを抽出する空間フイルターを含む。ＴＴＬ・ア
ライメント系５からウエハ１２上に投射されるレーザビ
ームの断面形状は、マークの形状に合わせてスリット状
にしてもよいし微小円形スポットでもよい。

【０００８】ＴＴＬ・アライメント系５によるマーク位
置の検出は、レーザビームの投射点をマークが横切るよ
うに、ステージ１１をｘ方向又はｙ方向に移動し、その
間に光電センサー７から出力される信号をアライメント
制御ユニット４内の波形メモリに記憶した後、この波形
を解析することによって行われる。通常、図１に示すＴ
ＴＬ・アライメント系では、先端のミラー５ａがレチク
ル３のパターン領域の外側であって、かつ投影レンズ１
の投影視野内に位置するように固定される。このためレ
ーザビームとウエハマークとが合致するマーク検出位置
と、レチクル３のパターン領域の投影像とウエハ１２上
のショット領域とが合致する露光位置とは、予め定めら
れた一定量（ベースライン量）だけずれている。従って
マーク検出位置に対して、そのわずかなずれ量分だけス
テージ１１を補正駆動して位置決めする必要がある。こ
のような方式は、サイト・バイ・サイト方式（又はフィ
ールド・バイ・フィールド方式）と呼ばれている。

【０００９】一方、オフ・アクシス・アライメント系９
を使ったウエハアライメントは、そのベースライン量が
ＴＴＬ・アライメント系に比べ大きくなるだけで、基本
的なシーケンスはＴＴＬ・アライメント系を使ったサイ
ト・バイ・サイト方式と同じである。しかしながら、オ
フ・アクシス・アライメント系９は、投影レンズ１とは
無関係に単独でウエハマークを検出するため、マーク検
出用の照明光の波長に関する制約がない。このため、図
１のようにハロゲンランプ１５からの照明光のうち、５
００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の広帯域の光（レジストに対
して非感光性）を光ファイバー１６を介してオフ・アク
シス・アライメント系９に導き、その広帯域の波長特性
の照明光でウエハ１２を照射する。このようにすると、
レジスト層とウエハ面からの反射散乱光の干渉により生
ずる干渉縞による悪影響が低減される。このため、この
ような結像方式でも高精度なアライメント（マーク検
出）ができる。そこでオフ・アクシス・アライメント系
９は、ウエハ１２上のマークを含む局所領域からの反射
光を入射し、送光系と受光系とを分離するビームスプリ
ッタを介して、マークの像をテレビカメラ（撮像管、又
はＣＣＤ）８の撮像面上に結像する。テレビカメラ８は
マーク像のコントラストに対応した画像信号を発生する
ので、その画像信号をアライメント制御ユニット４内の
画像解析回路で処理することによってマーク位置を検出
する。

【００１０】アライメント制御ユニット４は、ＴＴＬ・
アライメント系５によるマーク位置検出結果又はオフ・
アクシス・アライメント系９によるマーク位置検出結果
に基づいて、ウエハステージ１１の露光時の座標位置を
各ベースライン量も加味して演算し、その演算結果をス
テージ制御ユニット１７に送る。なお、ＴＴＬアライメ
ント系５のベースライン量は、基準マーク板ＦＭ上の基
準マークをレチクルアライメント系ＲＡとＴＴＬアライ
メント系５との各々で検出したときのステージ１１の座
標位置の差に基づいて決定される。また、オフ・アクシ
ス・アライメント系９のベースライン量は基準マークを
レチクルアライメント系ＲＡとオフ・アクシス・アライ
メント系９との各々で検出したときのステージ１１の座
標位置の差に基づいて決定される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した装置では
ＴＴＬアライメント系５は投影レンズ１の投影視野を介
してウエハ１２上のマークを検出する構成であるため、
ベースライン量は安定している。さらにＴＴＬアライメ
ント系５は、レーザビームを照明光として使用している
ため、段差が極めて小さいマークであっても十分な検出
能力を持つ。一方オフ・アクシス・アライメント系９は
照明光がブロードバンド（白色）光であるため、特にメ
タルウエハ（表面に金属層が蒸着されたウエハ）上のマ
ークを検出したときに優れたアライメント精度が得られ
る。反面、オフ・アクシス・アライメント系は投影レン
ズ１と無関係に設けられているため、ベースライン量は
必燃的にＴＴＬアライメント系５よりも大きくなり、１
枚のウエハをアライメントするに際して、ＴＴＬアライ
メント系５とオフ・アクシス・アライメント系９とを併
用する場合には、アライメント処理のためのステージ１
１の移動距離、移動回数が増大し、スループットの低下
を招く。特にＴＴＬアライメント系５は、投影レンズ１
の投影視野内の周辺（軸外）にマーク検出範囲（スリッ
ト状ビームの寸法範囲）が設定されるため、そのマーク
検出方向は円形の投影視野内で放射方向に対してほぼ直
交する方向（接線方向）に定められている。これは、Ｔ
ＴＬアライメント系５のレーザ光源６をＨｅ−Ｎｅ等の
非感光性の波長域（６３０ｎｍ）のレーザービームにし
た場合、そのビームをスリット状にしたときの方向を放
射方向に一致させて、マーク検出方向を接線方向にする
ことにより、投影レンズ１の色収差に起因した誤差（ビ
ーム形状のマーク検出方向に関する非対称性）を最小に
するためである。従ってＴＴＬアライメント系５でｘ方
向とｙ方向とのマーク位置検出を行う場合、ｘ方向用の
ＴＴＬアライメント系のマーク検出位置（スリット状ビ
ーム）と、ｙ方向用のＴＴＬアライメント系のマーク検
出位置（スリット状ビーム）とは、投影レンズ１の視野
内にほぼ９０°の関係で互いに分けて配置されていた。
すなわち、ｘ方向とｙ方向の各マーク検出領域をかなり
離さなければならないという問題点があった。

【００１２】また近年、ウエハ上のショット領域の配列
の規則性を統計的な手法で決定するエンハンスト・グロ
ーバル・アライメント（Ｅ．Ｇ．Ａ．）法が着目されて
いる。このＥ．Ｇ．Ａ法では、ウエハ上の代表的な数個
（３〜９個）のショット領域の各々に付随したｘ方向
用、ｙ方向用の各アライメントマークを順次検出する。
この場合、Ｅ．Ｇ．Ａ法で指定されるサンプルアライメ
ント・ショット（マーク検出すべきショット）領域は、
ウエハ上でかなり離れたものになる。このためＴＴＬア
ライメント系でサンプルアライメントショット領域の各
マーク検出する場合には、ｘ方向のマーク検出のための
ステージ１１の移動とｙ方向のマーク検出のためのステ
ージ１１の移動とを個別に行わなければならない。しか
もサンプルアライメントショット領域（又はその近傍の
ショット領域）の各マークをオフ・アクシス・アライメ
ント系９でも検出する場合には、ステージ１１の移動回
数はさらにその分だけ増加することになり、スループッ
ト的にかなり不利になるという問題点があった。

【００１３】本発明は上記従来技術の問題点を考慮して
なされたものであって、高精度で、かつ高速にウエハ等
の対象物に形成されたマークの検出を可能とし、しかも
マーク検出のためのステージの移動回数（スタートとス
トップの繰り返し回数）を減らし、全体としてのスルー
プット低下を防止したアライメント装置および方法を得
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明においては、前提となる構成において、基板
上のアライメントマークを検出するための対物光学系
（ＯＢＪ）を介して照明光を照射し、マークからの反射
光を対物光学系（ＯＢＪ）を介して受光系で検出する構
成にし、受光系として、マークからの反射光に対する光
学的な検出方式が異なる第１の受光系（ＦＩＡ）と第２
の受光系（ＬＩＡ）とを設ける。そして好ましくは、対
物光学系（ＯＢＪ）の視野内で、第１の受光系（ＦＩ
Ａ）による検出範囲（ＰＦ２）と第２の受光系（ＬＩ
Ａ）による検出範囲（ＡＬｘ，ＡＬｙ）とが互いに分離
されるように規定する分離手段（変倍系３０、絞り板４
３Ｘ、４３Ｙ、４５Ｘ、４５Ｙ）を設けるように構成す
る。

【００１５】このような構成において、本発明の特徴を
有するアライメント装置は、複数の被加工領域と、該領
域の夫々の周辺の所定位置に配置されるアライメント用
のマーク群とが形成された基板を保持して２次元に移動
可能なステージと、前記マーク群を光学的に検出するた
めの対物光学系と、該対物光学系の視野内の所定位置に
検出領域を有し、前記ステージの移動によって該検出領
域内に前記マーク群がきたとき、該マーク群からの光情
報を前記対物光学系を介して光電検出する第１の受光系
と、前記対物光学系の視野内で前記第１の受光系の検出
領域から間隔Ｌだけ離れた位置に検出領域を有し、前記
ステージの移動によって該検出領域内に前記マーク群が
きたとき、該マーク群からの光情報を前記対物光学系を
介して光電検出する第２の受光系とを備えたアライメン
ト装置であって、前記マーク群は、互に方向性の異なる
一対のマークパターン、もしくは互に形状の異なる一対
のマークパターンを所定の間隔Ｄで配置してなり；さら
に前記一対のマークパターンの設計上の各座標位置、あ
るいは間隔に関する情報を入力して記憶する記憶手段
と；該記憶された情報に基づいて前記間隔Ｌと間隔Ｄと
の大小関係を判定する判定手段と；該判定手段の判定結
果に基づいて、前記一対のマークパターンをともに前記
第１の受光系の検出領域と前記第２の受光系の検出領域
との間で順次移動させる第１の経路と、前記一対のマー
クパターンの一方ずつを前記第１の受光系の検出領域と
前記第２の受光系の検出領域との間で順次移動させる第
２の経路とのいずれか一方を選択する選択手段とを備え
ている。

【００１６】さらに本発明においては、前記目的を達成
するためのアライメント方法として、アライメントすべ
き基板上で間隔Ｌだけ離れた位置に第１の検出領域と第
２の検出領域とを有し、前記基板上の所定位置に形成さ
れたマーク群を前記第１検出領域または第２検出領域に
おいて光電検出するマーク検出手段を用いて、前記基板
をアライメントする方法において、前記マーク群は、互
に方向性の異なる一対のマークパターン、もしくは互に
形状の異なる一対のマークパターンを所定の間隔Ｄで配
置されており；前記間隔Ｌに対して前記間隔Ｄが小さい
ときは、前記第１検出領域内で前記一対のマークパター
ンを光電検出した後に前記基板をほぼＬだけ移動させて
前記第２検出領域内で前記一対のマークパターンを光電
検出し、前記間隔Ｌに対して前記間隔Ｄが大きいとき
は、前記一対のマークパターンのうち一方を前記第１検
出領域内と前記第２検出領域内との夫々で順次光電検出
した後に前記基板をほぼＤだけ移動させて、前記一対の
マークパターンのうち他方を前記第１検出領域内と前記
第２検出領域内との夫々で順次光電検出することを特徴
とするアライメント方法を提供する。

【００１７】

【作用】本発明が適用されるアライメント装置および方
法においては、対物光学系の視野内の互いに異なる領域
に、検出原理の異なる２つ以上のアライメント受光系の
各検出範囲を設定してある。このため、例えば同一のマ
ークパターンを異なる検出原理のアライメント受光系で
検出する際、各検出範囲は互いに分離してはいるが接近
しているため、マークパターンをそれぞれの検出範囲の
もとに、わずかな移動量でただちに移すことができる。
この移動量は各検出範囲の大きさ、マークパターンのサ
イズ等によって異なる。実際には基板上で大きくても５
００μｍ前後であり、実用上は１５０μｍ程度まで小さ
くすることができる。

【００１８】また、対物光学系の観察視野内を像観察す
る観察系を設けた場合は、その観察領域の大きさを可変
にし、各受光系の検出範囲を個別に観察したり、あるい
は同時に観察することができる。この際観察系に設けら
れた撮像素子を１つの受光系とし、この受光系を画像検
出方式にしておくことにより、観察系の倍率を高めたと
きは画像検出方式による受光系の検出範囲内で撮像され
たマークパターンを画像解析によって検知することがで
きるとともに、観察系の倍率を低くしたときは、画像検
出方式の受光系の検出範囲の近傍に位置する別の受光系
の検出範囲を同時に観察することができる。

【００１９】本発明の構成によれば上記作用が可能とな
るが、さらに本発明の特徴によれば、前述の第１、第２
の検出領域間の間隔Ｌと一対のマークパターン間の間隔
Ｄとを比較し、その大小に応じて、ステージを移動させ
異なる検出手段（ＦＩＡ系、ＬＩＡ系）のいずれか一方
または両方を用いて、最適な検出順序でマークパターン
を最短時間で検出し、この検出結果に基づいてベースラ
イン補正が行なわれる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例においては、色収差の制約を
受けないオフ・アクシス・アライメント系に２種類のア
ライメントセンサー（マーク検出系）を持たせ、対物光
学系を各アライメントセンサーに対して共用するように
した。図２は、本発明の実施例によるアライメント装置
の全体的な構成を模式的に示す斜視図である。

【００２１】図２においては、ウエハ上に形成されたマ
ークからの反射光（散乱光、回折光も含む）は、ミラー
Ｍ１で反射されて対物レンズＯＢＬに入射した後、ビー
ムスプリッタＢＳ１で分割される。ビームスプリッタＢ
Ｓ１で反射された方の光は、上段部に配置されたＦＩＡ
（フィールド・イメージ・アライメント）系に入射し、
図１に示した本発明が適用可能な従来のオフ・アクシス
・アライメント系９と同様にマーク像としてテレビカメ
ラで検出される。一方、ビームスプリッタＢＳ１を透過
した方の光は、下段部に配置されたＬＩＡ（レーザ・イ
ンターフェロメトリック・アライメント）系に入射す
る。このＬＩＡ系は詳しくは後述するが、ウエハ上の回
折格子状マークに２本のレーザビームを対称的に傾斜さ
せて照射し、回折格子状マークから同一方向に発生する
２つの回折光同士の干渉光を光電検出する方式であり、
特開昭６２−５６８１８号公報、特開平２−１１６１１
６号公報等に示された技術と同じ原理に基づくものであ
る。従って図２に示したＬＩＡ系の内部にはｘ方向検出
用の２本のレーザビームと、ｙ方向検出用の２本のレー
ザビームとの計４本のビームを対物レンズＯＢＬを介し
て所定の光学条件でウエハ上に投射するための送光系
と、ｘ方向回折格子マークからの干渉光とｙ方向回折格
子マークからの干渉光とを個別に光電検出するための受
光系とが設けられている。

【００２２】ここで、対物レンズＯＢＬを介してＦＩＡ
系、ＬＩＡ系の各々で検出されるウエハ上の観察範囲の
一例を、図３を参照して説明する。図３において、円形
の領域は対物レンズＯＢＬのウエハ上での視野領域ＩＦ
を表し、その中心点には対物レンズＯＢＬの光軸ＡＸａ
が通る。また図３では中心点を原点として座標軸Ｘ、Ｙ
を設定してある。この視野領域ＩＦ内には大きな矩形領
域（第１領域）ＰＦ１と、それよりも小さな矩形領域
（第２領域）ＰＦ２とが仮想的に設定される。第１領域
ＰＦ１と第２領域ＰＦ２の各中心は、いずれも光軸ＡＸ
ａ上に配置され、ＦＩＡ系内部に設けられた変倍光学系
によって第１領域ＰＦ１を観察する場合と第２領域ＰＦ
２を観察する場合とが切り換えられる。一方、ＬＩＡ系
のｘ方向検出用の２本のビームの交差領域（照射領域）
ＡＬｘ、ＡＬｙは、ＦＩＡ系の小さな観察領域である第
２領域ＰＦ２からＹ方向に外れた位置で、かつＦＩＡ系
の大きな観察領域である第１領域ＰＦ１の内部に設定さ
れる。

【００２３】一般にウエハ上に形成されるマークは、ス
クライブライン（幅１００〜５０μm 程度）内に存在す
ることが多く、ＬＩＡ系で検出されるｘ方向用、ｙ方向
用の各回折格子状マークも５０〜８０μm 角程度の面積
を有する。そのためＬＩＡ系による照射領域ＡＬｘ、Ａ
Ｌｙの面積もそれと同じ程度の大きさに設定される。ま
たＦＩＡ系による小さい第２領域ＰＦ２は、ＦＩＡ系の
テレビカメラまでの拡大倍率を高倍にしたときに得られ
るものであり、このときＦＩＡ系は、第２領域ＰＦ２内
に存在するウエハマーク（ＬＩＡ系用の回折格子状マー
クでもよい）の画像信号を用いてＦＩＡ系内部の指標パ
ターンに対する位置ずれ量を検出する。ただし、テレビ
カメラによる観察範囲は第２領域ＰＦ２であっても、画
像信号を使った画像処理範囲は走査ライン（ＣＣＤの場
合は画素の一例の並び）の何本分かの範囲、例えば６４
本分の範囲に限られている。

【００２４】以上のことから、対物レンズＯＢＬのウエ
ハ上での視野領域ＩＦの大きさは直径で数１００μm 〜
１０００μm 程度あれば十分であるが、実際にはＦＩＡ
系の小さい第２領域ＰＦ２とＬＩＡ系の照射領域ＡＬ
ｘ、ＡＬｙとを余裕をもって離しておいた方が好ましい
ので、ウエハ上での視野領域ＩＦは最低でも１〜５ｍｍ
程度にすることが望ましい。尚、対物レンズＯＢＬはマ
ーク観察時にわずかなフォーカス誤差が発生した場合で
も正しいマーク位置計測ができるように、テレセントリ
ック対物光学系にしておく。また、図３ではＬＩＡ系の
ｙ方向検出用の照射領域ＡＬｙとｘ方向検出用の照射領
域ＡＬｘとをｙ軸を挟んでｘ方向に並べたが、ｘ軸を挟
んでｙ方向に並べてもよく、あるいは第２領域ＰＦ２を
挟んで左右（ｘ方向）又は上下（ｙ方向）に分けて配置
してもよい。しかしながら、ＬＩＡ系によるマーク検出
範囲、すなわち照射領域ＡＬｘ、ＡＬｙの位置を極力接
近させておくと、ウエハ上に形成すべきｘ方向用、ｙ方
向用の各回折格子状マークのマーク形成領域の面積が最
も小さくなるので、この点を考慮すると図３の配置が望
ましい。

【００２５】ここで、ＬＩＡ系で検出可能なマーク形状
の一例を図４に示す。図４（Ａ）はウエハ上にマトリッ
クス状に形成された複数のショット領域ＳＡのうちの１
つと、それに付随したＬＩＡ用マーク領域ＭＬの配置を
示し、図４（Ｂ）は各マーク領域ＭＬ内に形成されたｘ
方向用マークＭＬｘとｙ方向用マークＭＬｙとを示す。
マーク領域ＭＬは通常、ショット領域ＳＡの外周のスク
ライブライン内に配置される。従って隣接するショット
領域に付随して形成されるマーク領域ＭＬとの配置的な
干渉をさけるため、図４（Ａ）では、各ショット領域毎
に、Ｘ方向に伸びた一方のスクライブライン中と、Ｙ方
向に伸びた一方のスクライブライン中との各々の中央に
マーク領域ＭＬを配置した。ただしこれは、ショット領
域ＳＡの中心点ＣＳを通りＸ軸と平行な中心線ＬＬｘ
上、及び中心点ＣＳを通りＹ軸と平行な中心線ＬＬｙ上
の各々にマーク領域ＭＬを配置する場合であって、これ
らの中心線ＬＬｘ、ＬＬｙの各々の上、又はそれらの中
心線と平行な線上でショット領域ＳＡをはさむ対称的な
位置の２カ所にマーク領域ＭＬを配置しなければ、１つ
のショット領域ＳＡの４辺のスクライブライン中の各々
にマーク領域ＭＬを形成できる。

【００２６】尚、ＬＩＡ用のマークＭＬｘ、ＭＬｙをＦ
ＩＡ系の第２検出領域ＰＦ２内で同時に検出するとき
は、図３に示した第２領域ＰＦ２はマーク領域ＭＬを包
含する大きさにする必要がある。またＦＩＡ系で検出す
るマークを専用のものとして、マークＭＬｘ、ＭＬｙと
異なる形状にするときは、そのマークもスクライブライ
ン中に設けておかなければならない。

【００２７】次に、図５を参照してＦＩＡ系の具体的な
構成を説明する。光ファイバー１６Ａからは非感光性の
ブロードバンド（帯域２７０ｎｍ以上）の照明光が射出
され、この照明光はコンデンサーレンズ２０Ａを介して
ウエハ用照明視野絞り板２１Ａを均一な照度で照明す
る。絞り板２１Ａで制限された照明光はミラー２２Ａで
反射され、レンズ系２３Ａを通ってビームスプリッタＢ
Ｓ２に入射する。このビームスプリッタＢＳ２で反射に
よって分割された光ファイバー１６Ａからの照明光は、
ミラーＭ２で反射されてビームスプリッタＢＳ１に入射
する。その後、照明光は対物レンズＯＢＬ、ミラーＭ１
を介してウエハ上の所定領域（例えば図３中の小さな第
２領域ＰＦ２内）を照明する。このウエハ用の照明送光
路において、絞り板２１Ａはレンズ系２３Ａと対物レン
ズＯＢＬとの合成系に関してウエハと共役（結像関係）
になっている。従ってＦＩＡ系によるウエハに対する照
明領域は絞り板２１Ａに形成された開口形状及び寸法で
一義的に決まる。

【００２８】そして光ファイバー１６Ａからの照明光に
よって照射されたウエハからは反射光（正規反射光、散
乱光等）が発生し、この反射光はミラーＭ１、対物レン
ズＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ１およびミラーＭ２を
介してビームスプリッタＢＳ２に入射し、ここで反射光
の一部（約１／２）が検出光学系の方向に進む。検出光
学系はレンズ系２４、ミラー２５、指標板２６、撮像用
のリレーレンズ系２７、３１、ミラー２８、及びビーム
スプリッタＢＳ３で構成され、ビームスプリッタＢＳ３
はウエハからの反射光をｘ方向検出用のテレビカメラ
（ＣＣＤ）８Ｘと、ｙ方向検出用のテレビカメラ（ＣＣ
Ｄ）８Ｙとの各々に分け、各テレビカメラ８Ｘ、８Ｙの
撮像面上にウエハ表面のパターンの像（マーク像）を形
成する。

【００２９】ここで指標板２６は、対物レンズＯＢＬと
レンズ系２４との合成系に関してウエハと共役に配置さ
れ、さらに指標板２６と各テレビカメラ８Ｘ、８Ｙとは
リレー系２７、３１に関して互いに共役に配置される。
この指標板２６は透明板の上にクロム層等で指標パター
ンを形成したものであり、ウエハ上のマークの像が形成
される部分は透明部のままである。従ってカメラ８Ｘ、
８Ｙは指標板２６の透明部に結像したウエハマークの空
中像と、指標パターンの像とを同時に受光する。

【００３０】ところで、先の図３で示したように、ＦＩ
Ａ系には変倍機能が設けられているが、図５の系では指
標板２６とテレビカメラ８Ｘ、８Ｙとの間の結像光路中
に変倍光学系３０を挿脱可能に設けることにより変倍機
構を構成した。またリレー系２７、３１の光路中には波
長フィルター（特定帯域をカットするフィルター）２９
が挿脱可能に設けられている。この波長フィルター２９
はＬＩＡ系を使用したときにウエハで反射してくる強い
レーザ光の波長成分をカットするためのものである。

【００３１】さらに図５の系においては、指標板２６を
独立に照明するための照明系が設けられる。この照明系
は光フィバー１６Ｂ、コンデンサーレンズ２０Ｂ、照明
視野絞り板２１Ｂ、ミラー２２Ｂ、レンズ系２３Ｂで構
成され、レンズ系２３Ｂから射出する照明光は、ビーム
スプリッタＢＳ２に関してウエハ照明光路と反射側から
ビームスプリッタＢＳ２に入射する。このため光ファイ
バー１６Ｂからの照明光はビームスプリッタＢＳ２で反
射してレンズ系２４、ミラー２５を介して指標板２６に
達する。この系で、絞り板２１Ｂはレンズ系２３Ｂ、２
４の合成系に関して指標板２６と共役に配置され、光フ
ァイバー１６Ｂは絞り板２１Ｂをケーラー照明する。

【００３２】ここで各系の機能を明確にするため、ビー
ムスプリッタＢＳ１よりもウエハ側の対物レンズＯＢ
Ｌ、ミラーＭ１を共通対物系と呼び、ビームスプリッタ
ＢＳ１からミラーＭ２、ビームスプリッタＢＳ２、レン
ズ系２４、ミラー２５、及び指標板２６までの系をＦＩ
Ａ受光系と呼び、レンズ系２７からテレビカメラ８Ｘ、
８Ｙまでの系をＦＩＡ検出系と呼び、光ファイバー１６
ＡからビームスプリッタＢＳ２までの系をウエハ照明系
と呼び、さらに光ファイバー１６Ｂからビームスプリッ
タＢＳ２までの系を指標照明系と呼ぶことにする。これ
ら共通対物系、ＦＩＡ受光系、ＦＩＡ検出系、ウエハ照
明系、指標照明系の各々を構成する各光学レンズは、い
ずれも同軸に配置される。

【００３３】先に図３で説明したように、テレビカメラ
８Ｘ、８Ｙは小さな第２検出領域ＰＦ２を観察するよう
に高倍率に設定されたとき、指標板２６上の指標パター
ンとウエハマーク（ＭＬｘ、ＭＬｙ）とを画像解析して
ｘｙ両方向の各位置ずれを検出し、大きな第１領域ＰＦ
１を観察するように低倍率に設定されたときは、単に目
視だけを目的とするのでテレビカメラ８Ｘ、８Ｙのいず
れか一方だけの画像信号を表示手段（ＣＲＴ、液晶表示
パネル等）に送って表示するようにしてもよい。

【００３４】ここで指標板２６上の指標パターンの配置
例を図６を参照して説明する。指標板２６は、透明ガラ
ス板上にクロム層を蒸着してエッチングにより指標パタ
ーンを形成したものであり、図６中で斜線部（ＲＸ１，
ＲＸ２，ＲＹ１，ＲＹ２）又は黒部（Ｔｘ，Ｔｙ）で示
した部分がクロム層による遮光部である。テレビカメラ
８Ｘ、８ＹはそれぞれＸ方向、Ｙ方向に水平走査線が位
置するように互に９０°回転した関係で配置されるの
で、撮像面が正方形でない限り、図６に示すようにテレ
ビカメラ８Ｘの撮像領域ＰＦ２ｘと、テレビカメラ８Ｙ
の撮像領域ＰＦ２ｙとは完全には一致しない。また図６
中の大きな第１観察領域ＰＦ１はテレビカメラ８Ｘによ
るものである。この座標板２６上で、ウエハマークのＸ
方向の位置ずれ検出の基準は、Ｘ方向の離れた２カ所に
形成された指標パターン部ＲＸ１、ＲＸ２であり、Ｙ方
向の位置ずれ検出の基準はＹ方向に離れて形成された２
カ所の指標パターン部ＲＹ１、ＲＹ２である。それぞれ
の指標パターン部ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＹ１、ＲＹ２はい
ずれも同じ形状、寸法であり、かつそこには同一形状の
透明スリットパターンが形成されている。また大きな第
１観察領域ＰＦ１に切り替えたときＬＩＡ系による照射
領域ＡＬｘ、ＡＬｙの位置が指標板２６上で認識できる
ようにターゲットマークＴｘ、Ｔｙが設けられている。
そして４カ所の指標パターン部ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＹ
１、ＲＹ２の内側に図４に示したウエハマークＭＬｘ、
ＭＬｙの領域ＭＬが位置するように、ウエハステージ１
１を位置決めしてから、テレビカメラ８Ｘ、８Ｙからの
画像信号が解析される。

【００３５】図７は指標パターンＲＸ１、ＲＸ２、ＲＹ
１、ＲＹ２の各拡大図であり、ウエハマークＭＬｘ、Ｍ
Ｌｙの配置例をあわせて示すものである。図７におい
て、Ｘ方向に水平走査線をもつテレビカメラ８Ｘは全水
平走査線のうち特定部分のｎ本の走査線による領域ＫＸ
内に位置する各パターン、マークに対して画像解析を行
う。走査線領域ＫＸ内の両側にはＸ方向用の指標パター
ン部ＲＸ１、ＲＸ２の各々に形成された３本の透明スリ
ットが、水平走査線と直交するように配置される。ウエ
ハ上のマークＭＬｘ、ＭＬｙは図７に示すように設定さ
れる。ここで走査領域ＫＸはＸ方向用のものであるの
で、ウエハマークとしてはＸ方向にピッチを有するマー
クＭＬｘが使われる。この際、Ｙ方向にピッチを有する
マークＭＬｙも走査領域ＫＸ内に位置するが、このマー
クＭＬｙに対応した画像信号波形は処理のときに無視さ
れる。

【００３６】同様に、Ｙ方向に水平走査線をもつテレビ
カメラ８Ｙは、全走査線のうち特定部分のｎ本の走査線
による走査領域ＫＹ内に位置する指示パターン部ＲＹ
１、ＲＹ２の各透明スリットと、ウエハ上のマークＭＬ
ｙとを画像解析する。尚、画像信号を解析するコンピュ
ータは、各テレビカメラの解析に必要な走査線のスター
ト点と終了点との設定、解析すべき走査線の本数（最大
ｎ本）設定等を予め決定している。また走査領域ＫＸの
Ｘ方向の位置や、走査領域ＫＹのＹ方向の位置は、ジョ
イスティック等によって表示画面をモニターしつつマニ
ュアルにより変更することもできる。そのためには表示
画面上に領域ＫＸ、ＫＹの位置を表すカーソル線、囲み
枠線、範囲指定用の矢印状表示パターン等に応じたビデ
オ信号を作り出し、これを各テレビカメラ８Ｘ、８Ｙか
らの画像信号とミキシングして表示する。このとき、そ
れちカーソル線、囲み枠線、矢印等はジョイスティック
操作により表示画面内で任意の位置に移動する。

【００３７】ところで、図５に示した系のうちウエハ照
明系でウエハを照明すると、そのままだと、ウエハ表面
の反射率に依存した強度の反射光が指標パターン部ＲＸ
１、ＲＸ２、ＲＹ１、ＲＹ２に達し、その反射光の一部
が透明スリットを透過してテレビカメラ上でスリット像
となる。このため指標パターン部の下のウエハ上に複雑
なパターンがあったり、反射率が極めて小さかったりす
ると、指標パターン部内のスリット像のコントラストが
低下し、画像信号に基づいた指標パターン（スリット）
の位置計測精度が悪化することがある。

【００３８】そこで図５に示したように、指標照明系
（光ファイバー１６Ｂ〜ビームスプリッタＳ２までの
系）を設け、指標板２６上の指標パターン部ＲＸ１、Ｒ
Ｘ２、ＲＹ１、ＲＹ２のみを別に照明するように、照明
視野絞り板２１Ｂ上の対応する位置に開口部（透明部）
を設けるようにする。図８は絞り板２１Ｂ上での透明部
の配置を示し、透明部ＱＸ１は指標パターン部ＲＸ１の
みを照明し、透明部ＱＸ２、ＱＹ１、ＱＹ２はそれぞれ
指標パターン部ＲＸ２、ＲＹ１、ＲＹ２のみを照明す
る。このとき各透明部ＱＸ１、ＱＸ２、ＱＹ１、ＱＹ２
はいずれも対応する指標パターン部の形状と相似であっ
て、かつ指標パターン部よりも若干小さい寸法になるよ
うに設定されている。

【００３９】一方ウエハ照明系内の照明視野絞り２１Ａ
は、図３、又は図６に示したように広い第１観察領域Ｐ
Ｆ１の全体を照明する必要があるので、第１領域ＰＦ１
に合わせた単純な矩形開口（透明部）をもったものでよ
い。しかしながら、指標パターン部ＲＸ１、ＲＸ２、Ｒ
Ｙ１、ＲＹ２のスリット像のコントラストを一定にする
ために、ウエハ表面からの反射光が指標パターン部に達
しないようにすることが必要なときは、視野絞り２１Ａ
の透明部上に、図８の透明部ＱＸ１、ＱＸ２、ＱＹ１、
ＱＹ２の各形状寸法とその配置とを同一にした遮光部を
設けるとよい。すなわち図８の絞り板２１Ｂと相補的な
関係で遮光部と透明部とを形成した絞り板にすればよ
い。

【００４０】図９は図７に示した状態で、走査領域Ｋ
Ｘ、ＫＹ内の一本の走査線に対応してテレビカメラ８
Ｘ、８Ｙが出力する画像信号の波形の一例を示し、図９
（Ａ）はテレビカメラ８Ｘの画像信号波形ＶＦｘ、図９
（Ｂ）はテレビカメラ８Ｙの画像信号波形ＶＦｙを示
す。まずＸ方向検出用の走査領域ＫＸ内には図７のよう
に各パターン、マークが位置するので、信号波形ＶＦｘ
には、指標パターン部ＲＸ１内の３本の透明スリット像
強度に対応した波形部分Ｖｘ１、ウエハマークＭＬｙの
回折格子が並ぶ方向に関する像強度に対応した波形部分
Ｖｍｙ、ウエハマークＭＬｘの回折格子のピッチ方向に
関する像強度に対応した波形部分Ｖｍｘ、及び指標パタ
ーン部ＲＸ２内の３本のスリット像強度に対応した波形
部分Ｖｘ２が時系列的に含まれる。同様に信号波形ＶＦ
ｙには、指標パターン部ＲＹ２内の３本のスリット像に
対応した波形部分Ｖｙ２、ウエハマークＭＬｙの回折格
子のピッチ方向に関する像コントラストに対応した波形
部分Ｖｍｙ、及び指標パターン部ＲＹ１内の３本のスリ
ット像に対応した波形部分Ｖｙ１が時系列的に含まれ
る。

【００４１】尚、マークＭＬｘのピッチ方向（Ｘ方向）
に対応した波形部分Ｖｍｘ、マークＭＬｙのピッチ方向
（Ｙ方向）に対応した波形部分Ｖｍｙは、図９のように
多数のボトム点をもつ繰り返し波形になるが、これは図
１０（Ａ）に示すように各マークのピッチ方向に繰り返
し並ぶ格子のエッジ位置で対物レンズＯＢＬに戻らない
反射光が発生し、図１０（Ｂ）のようにボトム点になる
ためである。ただし、マークの格子エッジ部の傾斜がな
だらかだったり、マークの格子を形成する材質の反射率
が下地とくらべて極端に低かったり、あるいは格子自体
の線幅が小さかったりすると、図１０（Ｃ）のようにマ
ークの格子位置でボトム点となることもある。原理的に
は、マーク格子の本数と同じ数のボトム点が得られてい
るか、マーク格子本数の約２倍の数のボトム点が得られ
ているかを波形処理上のアルゴリズムで判別するように
すれば、マークＭＬｘ、ＭＬｙの形状、光学的な特徴に
依存することなく信号波形処理が可能である。

【００４２】次に図１１を参照してＬＩＡ系の具体的な
構成を説明する。ＬＩＡ系はオフ・アクシス・アライメ
ント系のミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、及びビームス
プリッタＢＳ１からなる共通対物系を介して、対物レン
ズＯＢＬの視野領域ＩＦ内に図３で示したようにレーザ
ビームの交差照明領域ＡＬｘ、ＡＬｙを形成するもので
ある。その照明領域ＡＬｘ、ＡＬｙに対してレーザビー
ムを送光するために、直線偏光、又は円偏光のＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光源６を設け、このレーザ光源６からのビーム
ＬＢをシャッター４０を介してビームスプリッタＢＳ８
で２分割する。ビームスプリッタＢＳ８を透過したビー
ムは適宜折返しミラーを介してヘテロダイン２光束化ユ
ニット４１Ｘに入射する。このユニット４１Ｘ内には入
射ビームをさらに２つに分割し、分割された２つのビー
ムの各々を、互いに異なる周波数分だけシフトさせる２
つの周波数シフター（音響光学変調器）と、各周波数シ
フターから出力される２本のビームを偏心合成する合成
系とを含んでいる。

【００４３】このような合成系によって合成された２本
のビームは、図１１に示すようにＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘと
なって系の光軸と平行に進み、レンズ系４２Ｘに入射す
る。２本のビームＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘはレンズ系４２Ｘ
の後側焦点面で所定の角度で交差し、その後側焦点面に
配置されたアパーチャ板４３Ｘを一様に照射する。従っ
てアパーチャ板４３Ｘ上には、２つのビームＬＢ１ｘ、
ＬＢ２ｘの交差によって一次元の干渉縞が生成され、し
かもヘテロダイン２光束化ユニット４１Ｘ内の１対の周
波数シフターのドライブ周波数が互いに異なることか
ら、その周波数の差に応じた速度で、一次元の干渉縞は
ピッチ方向に流れている。

【００４４】このアパーチャ板４３Ｘによって制限され
た２本のビームは、ビームスプリッタＢＳ６で一部反射
され、レンズ系４４Ｘ、ビームスプリッタＢＳ４、ＢＳ
１を通って対物レンズＯＢＬに入射し、ウエハ上の照射
領域ＡＬｘ（図３）に達する。ここでアパーチャ板４３
Ｘに形成されるアパーチャは、対物レンズＯＢＬの視野
領域ＩＦの中で、ＬＩＡ系による照射領域ＡＬｘの位置
と共役になるように配置されている。

【００４５】ＬＩＡ系による照明領域ＡＬｘ内には、２
本のビームＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘがＸ方向に関して対称的
に傾いて入射しているので、ウエハ上でも一次元の干渉
縞がＸ方向に流れている。このため照射領域ＡＬｘ内に
Ｘ方向アライメント用のウエハマークＭＬｘが存在した
ものとすると、マークＭＬｘのピッチ寸法Ｐｇと干渉縞
のピッチ寸法Ｐｉとを所定の比（例えばＰｇ／Ｐｉ＝
２）に設定すると、マークＭＬｘから垂直方向に進む±
１次回折光が発生する。その＋１次回折光は例えばレー
ザビームＬＢ１ｘの照射によって得られたものであり、
−１次回折光はレーザビームＬＢ２ｘの照射によって得
られたものである。この２つの±１次回折光は偏光方向
が同一なので互いに干渉するとともに２つの周波数シフ
ターによる周波数の差、すなわちビート周波数で周期的
に干渉強度が変化している。そこでマークＭＬｘから垂
直に発生する±１次回折光を干渉ビート光と呼ぶ。この
干渉ビート光はミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、ビーム
スプリッタＢＳ１、ＢＳ４、レンズ系４４Ｘを通ってビ
ームスプリッタＢＳ６に達し、ここで分割されて受光用
アパーチャ板４５Ｘに達する。受光用アパーチャ板４５
Ｘは、レンズ系４４Ｘと対物レンズＯＢＬとの合成系に
関してウエハと共役（結像関係）に配置され、ウエハ上
の照明領域ＡＬｘからの反射光（干渉ビート光）のみを
透過するような開口を有する。アパーチャ板４５Ｘを通
った干渉ビート光はミラー４６Ｘ、レンズ系４７Ｘを介
して光電センサー４８Ｘに達する。この光電センサー４
８Ｘの受光面はレンズ系４７Ｘによるフーリエ変換面と
一致するように配置される。同時に光電センサー４８Ｘ
の受光面は対物レンズＯＢＬとレンズ系４４Ｘとの間に
存在する瞳面（絞り位置、又はウエハ面に対してフーリ
エ変換の関係にある面）とも共役になっている。

【００４６】一方、Ｙ方向用のＬＩＡ系は、レーザ光源
６からのビームのうちビームスプリッタＢＳ８で分割さ
れた他方のビームを入射して、互いに周波数が異なる２
本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙを射出するヘテロダイン
２光束化ユニット４１ｙ、２本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ
２ｙをそれぞれ平行光束にしてアパーチャ板４３Ｙで交
差させるレンズ系４２Ｙ、送受光系を分割するビームス
プリッタＢＳ５、レンズ系４４Ｙ、受光用アパーチャ板
４５Ｙ、ミラー４６Ｙ、フーリエ変換用のレンズ系４７
Ｙ、及び光電センサー４８Ｙで構成され、各部材の光学
的な配置と機能はＸ方向用のＬＩＡ系と全く同一であ
る。ただし、Ｘ方向用ＬＩＡ系と異なる点は、ウエハ上
で交差する２本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙをＹ方向に
対称的に傾ける必要があることから、ヘテロダイン２光
束化ユニット４１ＹをＸ方向用ＬＩＡ系のユニット４１
Ｘに対して９０°回転させて配置すること、およびウエ
ハ上のＹ方向用のマークＭＬｙを照明領域ＡＬｙ内で検
出するように、各アパーチャ板４３Ｙ、４５Ｙの各開口
を、ウエハ上の照明領域ＡＬｙと互いに共役な部分に設
けることである。

【００４７】ヘテロダイン方式の場合、マークから発生
した干渉ビート光はビート周波数で正弦波状に強度変化
し、光電センサー４８Ｘ、４８Ｙの各出力信号が、正弦
波状の交流信号（ビート周波数）となっているので、そ
の出力信号のみからマークＭＬｘ、ＭＬｙの位置ずれを
知ることはできない。そこで図１１のようにビームスプ
リッタＢＳ４の残りの一面側に、基準信号作成系を設け
る。図１１に示したビームスプリッタＢＳ４のスプリッ
ト方向からも明らかなように、レンズ系４４Ｘを通って
きた２本の送光ビームＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘは、その一部
（１／２）がビームスプリッタＢＳ４を直進してレンズ
系５０に入射する。レンズ系５０からの２本のビームＬ
Ｂ１ｘ、ＬＢ２ｘは、ミラー５１、ビームスプリッタＢ
Ｓ７を介して透過型回折格子板５３Ｘ、５３Ｙの各々の
上で交差し、そこに一次元に流れる干渉縞を作成する。
この格子板５３Ｘは、レンズ系５０、４４Ｘに関して送
光用アパーチャ板４３Ｘと共役に配置され、送光用アパ
ーチャ板４３Ｘ上の開口部と対応した部分のみに透過型
回折格子（マークＭＬｘと相似）が形成されている。そ
こで格子板５３Ｘ上の回折格子のピッチをＸ方向にして
干渉縞の方向と一致させておくと、格子板５３Ｘ上の格
子からはビート周波数で振幅変調された干渉ビート光が
発生し、それをフーリエ変換用のレンズ系５４Ｘを介し
て光電センサー５５Ｘで受光することによって、Ｘ方向
用ＬＩＡ系のための基準信号（ビート周波数の正弦波状
の交流）が作られる。

【００４８】なお、格子板５３Ｘ上には、Ｙ方向用のＬ
ＩＡ系からの２本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙの一部が
同時に交差していることになるが、格子板５３上でビー
ムＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙが交差する投射領域内は単なる遮
光部（平面）なので、ただちにカットされてしまう。Ｙ
方向用ＬＩＡ系の基準信号作成系も同様の部材で構成さ
れ、ビームスプリッタＢＳ７を透過したビームＬＢ１
ｙ、ＬＢ２ｙはＹ方向にピッチを有する透過型回折格子
板５３Ｙ上の格子部分で交差し、その格子部分から発生
する干渉ビート光がフーリエ変換用のレンズ系５４Ｙを
介して光電センサー５５Ｙで受光される。ここでも格子
板５３Ｙ上にはＸ方向用の２本のビームＬＢ１ｘ、ＬＢ
２ｘが交差するが、その部分は単なる遮光部となってい
るため、ただちにカットされ、Ｙ方向用の基準信号の作
成にノイズとなることが防止される。

【００４９】以上のＬＩＡ系の構成のうち、ヘテロダイ
ン２光束化ユニット４１Ｘ、４１Ｙは、例えば特開平２
−２３１５０４号公報に開示されたものがそのまま使え
る。図１２（Ａ）、（Ｂ）はＬＩＡ系のビーム送光路を
模式的に示したものであり、部分的に部材の配置を変更
したり、説明に不要な部材を省略してある。図１２
（Ａ）はアライメント系の光軸ＡＸａとＸ軸とを含む面
内での送光路を示し、図１２（Ｂ）は光軸ＡＸａとＹ軸
とを含む面内での送光路を示す。まずＹ方向用のＬＩＡ
系では、送光用アパーチャ板４３Ｙに２本のビーム（平
行光束）ＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙが図１２（Ｂ）の紙面内で
対称的に傾斜して入射する。このアパーチャ板４３Ｙの
矩形状開口を通った２本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ１ｙは
レンズ系４４を通って瞳面ＥＰで集光（実際はビームウ
エストになる）した後、対物レンズＯＢＬを介して再び
２本の交差するビーム（平行光束）となってマークＭＬ
ｙを照明する。２本のビームＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙは図１
２（Ｂ）では瞳面ＥＰ上で光軸ＡＸａをＹ方向にはさん
だ対称的な位置にスポットとして一度集光される。しか
しながら図１２（Ａ）の方向からみると、２本のビーム
ＬＢ１ｙ、ＬＢ２ｙは瞳面ＥＰの中央（光軸ＡＸａが通
る点）でスポットとなって集光しているように見える。
この種の２光束干渉方式のアライメント系では、ウエハ
マークＭＬｘ、ＭＬｙの格子ピッチ方向、すなわち計測
方向に関しては２本のビームを対称的に傾けるが、非計
測方向（ピッチ方向と直交する方向）に関しては傾けな
い、すなわち対物レンズＯＢＬとウエハとの間では光軸
ＡＸａと平行にしておくのである。このことから、図１
２（Ａ）、（Ｂ）によれば、マークＭＬｙから垂直に発
生する干渉ビート光も平行光束となり、それは瞳面ＥＰ
上の光軸ＡＸａが通る点でスポットになって集光する。

【００５０】同様に、Ｘ方向用のＬＩＡ系では２本のビ
ームＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘが平行光束となって所定の交差
角で送光用アパーチャ板４３Ｘに入射する。このとき２
本のビームＬＢ１ｘ、ＬＢ２ｘはマークＭＬｘのピッチ
方向に合わせて図１２（Ａ）の紙面内で対称的に傾いて
いる。従ってマークＭＬｘから垂直に発生する干渉ビー
ト光も対物レンズＯＢＬまでは平行光束となって光軸Ａ
Ｘａと平行に進み、瞳面ＥＰ上では光軸ＡＸａの通る点
でスポットになって集光する。

【００５１】このためマークＭＬｙ、ＭＬｘの各々から
の干渉ビート光を瞳面ＥＰと共役な光電センサー４８
Ｙ、４８Ｘで検出するときは、そのままでは両方の干渉
ビート光が混在してしまうので、ウエハと共役な面に受
光用アパーチャ板４５Ｙ、４５Ｘを配置し、両方の干渉
ビート光が像面内では分離していることを利用して択一
的に抽出するようにしてある。

【００５２】図１３は、以上のようなＦＩＡ系、ＬＩＡ
系の各信号処理回路を模式的に示したもので、図１に示
したアライメント制御ユニット内に設けられる。図１３
において、ＦＩＡ系のテレビカメラ（ＣＣＤ）８Ｘ、８
Ｙはそれぞれ独立した駆動制御回路６０Ｘ、６０Ｙによ
ってドライブされ、コンポジットビデオ信号を出力す
る。このビデオ信号はそれぞれ同期分離回路６１Ｘ、６
１Ｙに入力し、水平同期信号ＨＬと垂直同期信号ＶＳと
が抽出される。さらに同期分離回路６１Ｘ、６１Ｙの各
々から抽出されたビデオ信号はプログラマブル・ゲイン
・コントロール回路（ゲインコントローラ）６２Ｘ、６
２Ｙによって所定のゲインが与えられた後、アナログ／
デジタル変換器とメモリ（Ｖ−ＲＡＭ）とを含むデジタ
ル波形記憶部６３Ｘ、６３Ｙに入力する。

【００５３】一方、同期分離回路６１Ｘ、６１Ｙの各々
からの信号ＨＳ、ＶＳはサンプリング・クロック生成回
路６４Ｘ、６４Ｙに入力し、ここでデジタル波形記憶部
６３Ｘ、６３Ｙに対するデジタル変換やメモリアクセス
等のタイミング・クロックが生成される。このクロック
は、例えばＣＣＤの１本の水平走査期間中に得られるビ
デオ信号を１０２４画素相当分に分割するように定めら
れ、記憶部６３Ｘ、６３Ｙには、撮像画面内でｎ本の水
平走査線分のビデオ波形が取り込まれる。ここでは最大
６４本分のビデオ波形が記憶できるものとする。また１
画面内でのビデオ波形の取り込み位置（水平走査線の垂
直方向の位置）を指定するために、取り込み制御回路６
５が設けられ、ここでは信号ＨＳ、ＶＳに基づいて、取
り込み開始点となる水平走査線がきたとき、生成回路６
４Ｘ、６４Ｙの各々にタイミング・クロックを記憶部６
３Ｘ、６３Ｙへ出力するように指示する。その取り込み
開始点の指定は主制御回路６６から送られてくるが、オ
ペレータによる目視設定、またはビデオ波形を解析した
自動設定が可能である。

【００５４】テレビカメラ８Ｘ、８Ｙからのコンポジッ
トビデオ信号はビデオ・コントローラ６７でミキシング
（画面合成）され、テレビモニター（ＣＲＴ）６８によ
り表示される。このとき、画面表示上でどのようにミキ
シングするかは主制御回路６６からの指示によって行な
われ、ＦＩＡ系によるＸ方向マーク検出とＹ方向マーク
検出とを同時にモニターするときは、テレビ画面を２分
割し、分割された各々に各方向のマーク検出時の画像を
適当にトリミング、またはシフトして表示する。またテ
レビカメラ８Ｘ、８Ｙのいずれか一方の画像しか表示し
ないように切り替えることもできる。さらに取り込み制
御回路６５は主制御回路６６から指定された取り込み開
始点の位置情報に基づいて、テレビモニター６８上にそ
の位置を表すカーソル線（または矢印等）に対応したビ
デオ信号を作りビデオ・コントローラ６７に送出してＣ
ＣＤからのビデオ信号と合成する。

【００５５】デジタル波形記憶部６３Ｘ、６３Ｙの各々
に記憶された各ビデオ波形は高速波形処理用のプロセッ
サー６９によって演算処理され、Ｘ方向に関するウエハ
マークＭＬｘの指標パターン中心に対する位置ずれ量、
Ｙ方向に関するウエハマークＭＬｙの指標パターン中心
に対する位置ずれ量が求められる。これら位置ずれ量の
情報は主制御回路６６を介してアライメント処理制御部
７０に送られ、ウエハ上のショット位置と対応づけたア
ライメントデータとして使われる。またプロセッサー６
９は指標パターン中心の位置（水平走査方向の位置）を
個別に演算により算出し、その結果を主制御回路６６を
介して取り込み制御回路６５へ送る。これによって制御
回路６５は、テレビモニター６８上でウエハマークＭＬ
ｘ、またはＭＬｙがアライメントされるべき中心位置に
対応したカーソル線のビデオ信号を作り、ビデオ・コン
トローラ６７へ送出する。これはテレビモニター６８を
観察しながらウエハステージ１１をマニュアルで微動さ
せて、マークＭＬｘ、または，ＭＬｙを指標パターンに
対してアライメントするときに便利である。もちろん指
標板２６上に指標パターン中心を表す線やマーカーを付
設しておいてもよいが、それらはマークＭＬｘ、ＭＬｙ
の上またはその極近傍に配置しないと意味がなく、しか
も信号波形処理範囲内に存在させてはならないことか
ら、そのマークの配置には自ずと制約が生じる。

【００５６】なお、アライメント処理制御部７０は図１
に示したステージ制御ユニット１７へウエハステージ１
１の位置決め目標値を出力するが、これは、レーザ干渉
計１３により計測されるステージ１１の停止位置座標値
を取り込み、ステージ１１が停止した状態でＦＩＡ系に
より計測された位置ずれ量とそのときのステージ停止位
置座標値とに基づいて演算によって求められる。

【００５７】一方、ＬＩＡ系の信号処理系は、Ｘ方向の
基準信号を出力する光電センサー５５Ｘと、ウエハマー
クＭＬｘからの干渉ビート光の受光によって計測信号を
出力する光電センサー４８Ｘとの両信号を入力するデジ
タル波形記憶部７１Ｘ、Ｙ方向用の光電センサー５５Ｙ
からの基準信号とウエハマークＭＬｙからの干渉ビート
光を受光する光電センサー４８Ｙの計測信号とを入力す
るデジタル波形記憶部７１Ｙ、クロック作成回路７２、
および高速波形処理用プロセッサー７３とで構成され
る。

【００５８】波形記憶部７１Ｘ、７１Ｙは、それぞれ基
準信号と計測信号とを個別にデジタル変換し、その波形
（いずれも正弦波状）をメモリ（ＲＡＭ）内に所定周期
分だけ記憶する。波形記憶部７１Ｘ、７１Ｙでのデジタ
ル波形サンプリングのタイミングはクロック作成回路７
２からのパルスに応答して行われ、基準信号と計測信号
とのサンプリングは全く同一のタイミングで行われる。
ただし、Ｘ方向用の記憶部７１ＸとＹ方向用の記憶部７
１Ｙとの間でのサンプリング開始は必ずしも一致してい
る必要はない。そしてプロセッサー７３は各記憶部に記
憶された基準信号波形と計測信号波形とをフーリエ積分
を用いてベクトル演算し、両波形の位相差（±１８０°
以内）を求める。ＬＩＡ方式では、ウエハ上に生成され
た干渉縞のピッチＰｉに対してウエハマークＭＬｘ、Ｍ
ＬｙのピッチＰｇを２倍にした場合、算出された位相差
±ΔΦはピッチ方向の位置ずれ量±ΔＸ（または±Δ
Ｙ）に対して４・ΔＸ／Ｐｇ＝ΔΦ／１８０（または４
・ΔＹ／Ｐｇ＝ΔΦ／１８０）の関係にある。このこと
から、プロセッサー７３は位相差±ΔΦを求めるとただ
ちに位置ずれ量ΔＸ、ΔＹを算出して、それをアライメ
ント処理制御部７０へアライメントデータとして送出す
る。

【００５９】次に以上説明したＦＩＡ系とＬＩＡ系の使
い方について簡単に述べる。まず先の図５に示したよう
に、ＦＩＡ系の観察光学系の光路内にレーザカットフィ
ルター２９を配置して低倍状態にすると、テレビカメラ
８Ｘ（または８Ｙ）による観察領域は、図３、あるいは
図６に示した第１領域ＰＦ１になる。このときＬＩＡ系
からのビームが領域ＡＬｘ、ＡＬｙの各々を照射してい
るとすると、テレビモニター６８上ではその領域ＡＬ
ｘ、ＡＬｙも明るく観察される。一般にＬＩＡ系で用い
るビームのウエハ上での照度はＦＩＡ系による照明光の
照度に比べて格段に強いため、フィルター２９を挿入し
ておくことにより、テレビモニター６８上、すなわちテ
レビカメラ８Ｘ、８Ｙの撮像面上ではハレーションを起
こすことなく良好なコントラストでＬＩＡ系のビーム照
射領域ＡＬｘ、ＡＬｙが広い領域ＰＦ１内で同一に観察
できる。ＬＩＡ系のレーザ光源６がＨｅ−Ｎｅであると
すると、その照射領域ＡＬｘ、ＡＬｙは赤色が強くなる
ので、テレビカメラ８Ｘ、８Ｙ、テレビモニター６８が
いずれもカラーであるときは、モニター画面内で赤味が
強くなって観察される。

【００６０】さらにＬＩＡ系のレーザ光源６からのビー
ムは、図１１に示すようにシャッター４０によって遮蔽
可能となっているので、ＦＩＡ系によるマーク検出時、
あるいはマニュアルによる目視観察時等にウエハが長時
間同一位置に滞在するような場合、シャッター４０を閉
じて強いレーザビームの照射によって領域ＡＬｘ、ＡＬ
ｙ内のレジストが感光することを防止する。Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ等のような赤色光ではウエハ上での照度が極めて
小さければ、ほとんど問題はないが、照度が高くなって
くると、その赤色光に対する感度が完全に零でない限
り、多かれ少なかれ時間とともに感光が進む。そこで図
１に示したステージ制御ユニット１７内にウエハステー
ジ１１が停止してからの時間を計時するタイマーを設
け、さらにＬＩＡ系の照射領域ＡＬｘ、ＡＬｙがステー
ジ停止時にウエハ上に存在するときに、そのタイマーを
起動させ、一定時間経過してもステージ１１が移動しな
いときは、図１１中のシャッター４０を閉じるようにす
るとよい。その場合、シャッター４０の解放は次にウエ
ハステージ１１が移動した後に行われる。

【００６１】また、ＦＩＡ系によりマークを画像検出し
て自動アライメントする場合は、図５に示したフィルタ
ー２９の代わりに変倍光学系３０を光路中に挿入して高
倍率の観察系にすることで、テレビカメラ８Ｘ（または
８Ｙ）の観察領域を図３、図６に示したような小さな領
域ＰＦ２に切り換える。この際、テレビカメラ８Ｘ、８
ＹにはＦＩＡ系の光ファイバー１６Ａ、１６Ｂからの照
明光の広い波長帯域の全てを使った上質なマーク像が形
成されるので、ビデオ信号を用いた画像処理は極めて良
好に行われる。さらにテレビカメラ８Ｘ、８Ｙによる観
察領域ＰＦ１内には、ＬＩＡ系の照射領域ＡＬｘ、ＡＬ
ｙが存在しないため、画像処理系に何ら影響を与えな
い。またＦＩＡ系の観察領域をＰＦ２にして、ウエハマ
ークＭＬｘ、ＭＬｙの位置を図７に示した状態で計測し
た後、ＬＩＡ系でそのウエハマークＭＬｘ、ＭＬｙを引
き続いて計測する場合は、ウエハステージ１１をＹ方向
にわずかに並行移動させて、ＬＩＡ系の照射領域ＡＬｙ
の各々の直下にマークＭＬｘ、ＭＬｙを位置決めすれば
よい。この場合、テレビカメラ８Ｘ、８Ｙによる小さな
観察領域（第２領域）ＰＦ２内からはマークＭＬｘ、Ｍ
Ｌｙが出てしまい、テレビモニター６８上で観察できな
いといった不都合もある。そこで、ＦＩＡ系の小さな第
２観察領域ＰＦ２内でビデオ信号波形を取り込んで記憶
部６３Ｘ、６３Ｙに記憶し終わると同時に、変倍光学系
３０とフィルター２９とを切り替えるとともに、ウエハ
ステージ１１をＹ方向に移動させるとよい。このときの
ステージ１１の移動量は多くても５００μm 前後であ
る。またテレビカメラによってはレーザビームの強い照
射領域ＡＬｘ、ＡＬｙの像を一瞬でも受けると撮像面に
残像として焼き付くこともあるので、変倍光学系３０を
光路からはずすとき（低倍にするとき）は、直前にフィ
ルター２９が挿入されるような構成にすることが望まし
い。

【００６２】また、ＬＩＡ系のみを使ってマーク検出す
る場合は、変倍光学系３０の代わりにフィルター２９を
光路に挿入すれば、広い観察領域（第１領域）ＰＦ１内
でＬＩＡ系のビーム照射領域ＡＬｘ、ＡＬｙと、マーク
ＭＬｘ、ＭＬｙとが同時に観察できる。この際、ＦＩＡ
系からの照明光がマークＭＬｘ、ＭＬｙを同時に照射し
ているため、ＬＩＡ系の各光電センサー４８Ｘ、４８Ｙ
はそれによる反射光も受光することになる。ところがＬ
ＩＡ系によりマークから得られる干渉ビート光は、一定
のビート周波数（数ＫＨＺ〜数１０ＫＨＺ程度）で変調
されていること、ＬＩＡ系はその変調周期の位相情報の
みを検出する（すなわち信号の振幅に依存しない）方式
であること、およびＬＩＡ系の照射領域ＡＬｘ、ＡＬｙ
内のレーザービーム強度に比べてＦＩＡ系の照明強度は
格段に小さいこと等から、実質的にＬＩＡ系の検出誤差
要因にはならない。

【００６３】以上、本発明の実施例を説明したが、画像
解析のための第２観察領域ＰＦ２とレーザアライメント
のためのビーム照射領域ＡＬｙ、ＡＬｘとは、必ずしも
図３（または図６）に示した配置関係である必要はな
く、互いに分離している限り、大きな第１観察領域ＰＦ
１内であればどこにあってもよい。また、ＦＩＡ系の指
標パターン部ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＹ１、ＲＹ２は図７に
示したように、光軸ＡＸａの位置が対称点とならないよ
うにわずかにずれて配置されているため、図７のように
マークＭＬｙとＭＬｘがＸ方向に並置されている場合以
外に、図４（Ｂ）のようにＹ方向に並置されている場合
でも同様に信号波形を検出することが可能である。

【００６４】さらに図２、図５、図１１の各々に示した
ビームスプリッタＢＳ１は振幅分割形としたが、波面分
割形の偏光ビームスプリッタとし、ＬＩＡ系からの送光
ビーム（図１１中のビームスプリッタＢＳ４からＢＳ１
へ送出されるビーム）とＦＩＡ系からの照明光（図５中
のミラーＭ２からビームスプリッタＢＳ１へ送出される
光）との偏光方向を互いに相補的にしておくと、各アラ
イメント系の光量の利用効果が上がる。

【００６５】図１１に示したＬＩＡ系では、Ｘ方向用の
２本のビームを作成するヘテロダイン２光束化ユニット
４１Ｘ内の周波数シフターと、Ｙ方向用の２光束化ユニ
ット４１Ｙ内の周波数シフターとは、いずれも同一のド
ライブ周波数、すなわちビームＬＢ１ｘとビームＬＢ１
ｙの周波数は同一、ビームＬＢ２ｘとビームＬＢ２ｙの
周波数は同一としたが、それら４本のビームの周波数を
全て異ならせ、さらにＸ方向で得られるビート周波数と
Ｙ方向で得られるビート周波数とを整数倍の関係にない
ように設定するとよい。このようにすると、Ｘ方向用の
マークＭＬｘからの干渉ビート光に、Ｙ方向用の送光ビ
ーム、または干渉ビート光が混入しても、信号処理（フ
ーリエ積分等）の段階でほぼ完全に分離できる。一例と
して、元々のビームＬＢの周波数をｆ₀としたとき、ビ
ームＬＢ１ｘをｆ₀＋８０．０ＭＨｚ、ビームＢ２ｘを
ｆ₀＋８０．２３ＭＨｚにしてＸ方向のビート周波数を
２３ＫＨｚにし、ビームＬＢ１ｙをｆ₀＋９０．０ＭＨ
ｚ、ビームＬＢ２ｙをｆ₀＋９０．４７ＭＨｚにしてＹ
方向のビート周波数を４７ＫＨｚにする。

【００６６】ところで、図５に示したＦＩＡ系ではウエ
ハ照明系からの照明光と指標照明系からの照明光とは同
一の波長帯域をもつものとしたが、指標照明系の光ファ
イバー１６Ｂからの照明光は、テレビカメラまでの結像
光学系（２７、３０、３１）が色消しによって収差補正
されている範囲内であれば、ことさら同一にする必要は
ない。また共通対物光学系の対物レンズＯＢＬと結像レ
ンズ系２４との合成系も、ウエハへの照明光の波長帯域
にあわせて色消しされていることが必要である。

【００６７】さらにウエハへの照明光の強度と指標板へ
の照明光の強度とは、独立に調節可能にしておき、テレ
ビカメラ８Ｘ、８Ｙで撮像された画像信号の波形をテレ
ビモニター６８に表示する等して確認した上で、双方の
照明強度比を調節することが望ましい。またこのとき、
図１３中のゲイン・コントローラ６２Ｘ、６２Ｙのゲイ
ンをそれに応じて最適になるように設定してもよい。

【００６８】次に、本発明に係るアライメント用マーク
の別の配置例およびアライメントのシーケンスについて
図面を参照してさらに詳しく説明する。図１４は、Ｘ方
向用のマークＭＬｘとＹ方向用のマークＭＬｙの別の配
置例を示す。前述の実施例では、マークＭＬｘとＭＬｙ
は隣接して同じスクライブライン中に設けられていたが
（図４参照）、図１４の例ではＸ方向用のマークＭＬｘ
とＹ方向用のマークＭＬｙとが１つのショット領域ＳＡ
の周辺の互に直交するスクライブライン内に分けて設け
られている。この例の場合、マークＭＬｘとＭＬｙとの
間隔（Ｙ方向、Ｘ方向または両者間の直線距離）Ｄは、
ＬＩＡ系の検出領域ＡＬｘ、ＡＬｙとＦＩＡ系の検出領
域ＰＦ２との中心間隔Ｌ（図３参照）に対して充分大き
い。

【００６９】図１５は、アライメント用マークのさらに
別の配置例を示す。この例では、ショット領域ＳＡの周
囲の４辺の各スクライブライン内にマークが設けられて
いる。図１５中の左右両側に形成されたＹ方向に伸びた
スクライブライン内には、格子状のマークＭＬｘ、ＭＬ
ｙが一対になって配置され、図１５中の上下両側に形成
されたＸ方向に伸びたスクライブライン内には専らＦＩ
Ａ系によって検知可能な十字状のマークＭＶが配置され
る。図１５の例の場合、ＬＩＡ系はマークＭＬｘ、ＭＬ
ｙを検出し、ＦＩＡ系はマークＭＬｘ、ＭＬｙもしくは
マークＭＶを検出する。このようなマーク配置の場合、
マークＭＶとマークＭＬｘ、ＭＬｙの組との中心間距離
Ｄは、ＬＩＡ系の検出領域とＦＩＡ系の検出領域との中
心間距離Ｌよりも大きくなる。

【００７０】図１６〜１８のフローチャートは、マーク
配置として、図４の場合と図１４の場合とを想定したＥ
ＧＡ方式のシーケンスである。ここで図４中のマーク群
ＭＬは、２辺のスクライブライン内の夫々のうち、Ｘ方
向に伸びたスクライブライン内に設けられた一対のマー
クＭＬｘ、ＭＬｙがＬＩＡ系またはＦＩＡ系で検出され
るものとする。すなわち、図１６〜１８のシーケンス
は、互に方向性の異なる２つのマークを一対にして接近
配置した場合と、分離配置した場合との夫々で最適なマ
ーク検出ルートを自動選択させるようにしたものであ
る。

【００７１】図１６は、本発明に係るＥＧＡ露光シーケ
ンスのメインルーチンを示すフローチャートである。ま
ず、ステップ１００で、ウエハを機械的にプリアライメ
ントしてからウエハステージ上のホルダまで搬送しロー
ディングする。次に、ステップ１０１で、ウエハＷ上の
２ヵ所に存在する２つのＹ方向用のマークを適当なアラ
イメント系でサーチ（ウエハステージをＹ方向に移動）
し、２ヵ所のＹマークの夫々のＹ方向の相対変位を求め
て、ウエハＷの回転誤差θを算出する。θが許容値以上
のときはウエハステージ上のホルダをほぼθだけ回転補
正する。

【００７２】次に、ステップ１０２において、ＥＧＡで
計測すべきウエハＷ上のｎ個のショット領域を指定す
る。この時点で、各ショット領域のアライメントマーク
の配置が図４の場合であるか図１４の場合であるかは既
に登録されている。続いて、ステップ１０３において、
マークＭＬｘ、ＭＬｙの間隔ＤとＬＩＡ系、ＦＩＡ系の
各検出領域の中心間隔Ｌとの大小が判定される。

【００７３】このステップ１０３の判定において、Ｄ＞
Ｌが真のときは、後述のＥＧＡサンプルアライメントの
シーケンスＡが選ばれステップ１０４に進む。一方、ス
テップ１０３の判定において、Ｄ＞Ｌが偽（Ｄ＜Ｌまた
はＤ≒Ｌ）のときは、後述のＥＧＡサンプルアライメン
トのシーケンスＢが選ばれステップ１０５に進む。この
ステップ１０５には、最終的にウエハステージのステッ
ピング位置を求めるまでのＥＧＡ演算ルーチンが含まれ
ているので、ステップ１０４での計測結果もＥＧＡ演算
ルーチンに導かれる。

【００７４】次に、ステップ１０６において、ＥＧＡ演
算の結果に基づいてステップアンドリピート方式でウエ
ハステージをステッピングさせてはシャッターを開いて
レチクルＲのパターンをウエハ上に投影露光することを
繰り返す。最後に露光済みのウエハをホルダから取り出
すアンロード工程が行なわれ（ステップ１０７）、シー
ケンスが終了する。

【００７５】図１７は、前述のステップ１０３でＤ＞Ｌ
の場合に選択されるＥＧＡサンプルアライメントのシー
ケンスＡのフローチャートである。このシーケンスにお
いては、前提として、ＬＩＡ系およびＦＩＡ系のうち少
なくとも１つは必ず使用される。まず、ステップＡ１に
おいて、ＬＩＡ系を使うことが指定されているか否かを
チェックし、使うときはステップＡ２へ、使わないとき
はステップＡ４へ進む。ステップＡ２においては、ＬＩ
Ａ系の検出領域ＡＬｘ内にマークＭＬｘがくるようにス
テージが移動される。続いて、ステップＡ３において、
Ｘ方向用ＬＩＡ系でマークＭＬｘの位置ずれ量を計測
し、同時にステージの停止座標位置を干渉計１３から読
取る。

【００７６】ステップＡ４においては、ＦＩＡ系を使う
ことが指定されているか否かがチェックされ、使うとき
にはステップＡ５へ進み、使わないときにはステップＡ
８へ進む。ステップＡ５において、ＦＩＡ系の検出領域
ＰＦ２ｘ内にマークＭＬｘがくるようにステージを移動
させる。続いて、Ｘ方向用のＦＩＡ系のＣＣＤ８Ｘでマ
ークＭＬｘの位置ずれ量を計測し、同時にステージの停
止座標を読取る（ステップＡ６）。

【００７７】次に、ステップＡ７で、ステップＡ１と同
様にＬＩＡ系を使用するか否かが判別される。使う場合
にはステップＡ８に、使わない場合にはステップＡ１０
に進む。ステップＡ８においては、ＬＩＡ系の検出領域
ＡＬｙ内にマークＭＬｙがくるようにステージを移動さ
せる。続いて、Ｙ方向用のＬＩＡ系でマークＭＬｙの位
置ずれ量を計測し、ステージの停止座標位置を読取る
（ステップＡ９）。

【００７８】ステップＡ１０においては、ステップＡ４
と同様にＦＩＡ系を使用するか否かが判別される。使う
場合にはステップＡ１１に、使わない場合にはステップ
Ａ１３に進む。ステップＡ１１では、ＦＩＡ系の検出領
域ＰＦ２ｙ内にマークＭＬｙがくるようにステージを移
動させる。続いて、Ｙ方向用のＦＩＡ系のＣＣＤ８Ｙで
マークＭＬｙの位置ずれ量を計測し、ステージの停止座
標位置を読取る（ステップＡ１２）。

【００７９】次に、ステップＡ１３において、サンプル
アライメント用のｎ個のショット領域の全てについて計
測を終了したか否かを判定し、否のときには次のサンプ
ルアライメントショットに対してステップＡ１からの動
作が繰り返される。ｎ個のショット領域全ての計測が終
了したときは、前述の図１６のステップ１０５内におけ
るＥＧＡ演算ステップＢ１０（図１８、後述）に進む。

【００８０】図１８は、図１６のステップ１０３でＤ＞
Ｌではない場合に実行されるＥＧＡサンプルアライメン
トのシーケンスＢのフローチャートである。まず、ステ
ップＢ１でＦＩＡ系のみを使うことが指定されているか
否かがチェックされる。ＹＥＳの場合にはステップＢ２
に進み、ＦＩＡ系の検出領域ＰＦ２内に一対のマークＭ
Ｌｘ、ＭＬｙがくるようにステージを移動する。続い
て、ステップＢ３において、Ｘ方向用のＦＩＡ系ＣＣＤ
８ＸでマークＭＬｘの位置ずれ量を計測し、同時にステ
ージの停止座標を読取る。さらに、ステップＢ４におい
て、Ｙ方向用のＦＩＡ系のＣＣＤ８ＹでマークＭＬｙの
位置ずれ量を計測し、ステージの停止座標位置を読取
る。これらのステップＢ３およびＢ４は同時に実行可能
である。ただし、Ｘ方向の信号とＹ方向の信号とを１つ
の信号波形処理プロセッサで処理するときには、厳密に
は同時に実行できないので順次実行される。

【００８１】ＦＩＡ系のみを使うか否かの判別ステップ
Ｂ１で判別結果がＮＯの場合は、ステップＢ５に進み、
ＬＩＡ系の検出領域ＡＬｘ、ＡＬｙの各々にマークＭＬ
ｘ、ＭＬｙがくるようにステージを移動する。続いて、
ステップＢ６において、Ｘ方向用ＬＩＡ系でマークＭＬ
ｘの位置ずれ量を計測し、同時にステージの停止座標位
置を干渉計１３から読取る。さらに、Ｙ方向用のＬＩＡ
系でマークＭＬｙの位置ずれ量を計測し、ステージの停
止座標位置を読取る（ステップＢ７）。これらのステッ
プＢ６およびＢ７はほぼ同時に実行される。

【００８２】次に、ステップＢ８でＬＩＡ系のみを使う
ことが指定されているか否かがチェックされる。ＮＯの
場合には、前述のステップＢ２に進み、さらにステップ
Ｂ３、Ｂ４が続いて実行される。ステップＢ４が終了し
た場合および前述の判別ステップＢ８でＹＥＳの場合に
は、ステップＢ９に進み、ステップＡ１３と同様に、サ
ンプルアライメント用のｎ個のショット領域の全てにつ
いて計測を終了したか否かを判定し、ＮＯのときには次
のサンプルアライメントショットに対してステップＢ１
からの動作が繰り返される。ｎ個のショット領域全ての
計測が終了したときは、ステップＢ１０に進みＥＧＡ演
算が行なわれる。このステップＢ１０において、計測さ
れた各マークの位置ずれ量とステージ座標値とに基づい
てＥＧＡのための各種演算を実行し、ウエハ上の各ショ
ット領域をレチクルＲのパターン投影像に重ね合わせる
ためのステッピング位置を決定する。

【００８３】この後、上記ステッピング位置にステージ
を移動しパターンの投影露光を行なう（図６、ステップ
１０６）。図１９は、本発明に係るアライメント装置の
概略構成図であり、この図を用いてベースラインの管理
方法についてさらに説明する。ステージ１１上にウエハ
１２が搭載され、また基準マーク板２０３（図１中の基
準マーク板ＦＭと同一）が固定されている。２００はウ
エハ１２上のショット領域を表し、２０１はスクライブ
ライン中に設けられた位置決め用パターンを表す。ＲＡ
系２１１はレチクル３のマーク２１２と基準マーク板２
０３のＦＭマーク２０４とを整合させてレチクル３とス
テージ１１とを位置決めする。このとき、レチクルマー
ク２１２およびＦＭマーク２０４は、例えば図２０に示
すように十字形とし、両十字を合せることにより位置合
せを行なう。レチクル中心ＣＲとレチクルマーク２１２
間の距離Ｌｍは設計値であり、投影レンズ系２２０の倍
率をＭとすれば、レチクル中心ＣＲがレンズ光軸と一致
したときの中心ＣＲとＦＭマーク２０４間の距離は図の
ようにＬｍ／Ｍとなる。ステージ１１を移動しＴＴＬア
ライメント系２１０でＦＭマーク２０４を観察したとき
の移動量と前記距離Ｌｍ／Ｍ等より、図に示すＴＴＬア
ライメント系のベースラインＢＬ１が算出される。

【００８４】一方、本発明に係るオフアクシス系は、対
物レンズ系２０６を介して、撮像装置２０７を通して観
察するＦＩＡ系２０８と、干渉縞を利用するＬＩＡ系２
０９とを含む。このオフアクシス系に組込まれたＦＩＡ
系により十字状のＦＭマーク２０４を観察したときのス
テージ移動量と前記距離Ｌｍ／Ｍ等より、図に示すオフ
アクシス系のうちのＦＩＡ系のベースラインＢＬ２が算
出される。

【００８５】これらのベースラインＢＬ１、ＢＬ２およ
びウエハの各ショット領域の中心ＣＷとマーク２０１間
の距離Ｌｋとに基づいて、レチクル中心ＣＲとショット
領域中心ＣＷとを一致させるために必要なステージ移動
量の演算が行なわれる。前記ＲＡ系で基準マーク板を位
置合せする際、図２０に示すように、オフアクシス系の
視野２１４内にオフアクシスアライメント用格子マーク
２０５が入るようにＦＭマーク板２０３を形成してお
く。これによりＲＡ系、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系の同時計測
が可能となる。

【００８６】前述の十字マークによるＦＩＡ系およびＬ
ＩＡ系のベースラインを計測後、ウエハ上のあるパター
ン位置についてＲＡ系、ＦＩＡ系、ＬＩＡ系の同時計測
により座標位置を検出し、これらの検出座標と前記ベー
スラインの値に基づいてステージ移動を行ない実際にＦ
ＩＡ系およびＬＩＡ系を使ってＥＧＡ方式のパイロット
露光を行なう。

【００８７】このパイロット露光されたウエハを現像
し、最初のベースライン計測で求めた各ベースライン値
に基づく露光位置と実際に露光された位置との差をウエ
ハ上のマークのレジスト像を検知して測定し、これをも
とに最初に求めたベースラインの値を補正する。この補
正されたベースライン値に基づいて、ＥＧＡ方式の本露
光を行なえば高精度のパターニングが達成される。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ライメント用の対物光学系の視野内で、互いに検出方式
の異なる２つのアライメント系の検出範囲が互いに分離
するようにしたので、対象物上のマークパターンを検出
する際、それら２つの検出範囲の間で対象物を移動させ
るだけで２つの異なったアライメント系を交互に使うこ
とができる。このため高速にマーク検出、位置ずれ計測
が可能となる。

【００８９】また、ウエハ上に形成されたアライメント
用マークの間隔に応じて、最適な検出系を用いて最短の
ルートを選択してアライメント動作を実行することが可
能となり、スループットの向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の投影露光装置の構成図である。

【図２】 本発明の実施例に係るアライメント装置の概
略斜視図である。

【図３】 対物光学系の視野領域と各アライメントセン
サの検出範囲を示す説明図である。

【図４】 ウエハ上のマーク配置とマーク構造とを示す
説明図である。

【図５】 ＦＩＡ系の構成を示す斜視図である。

【図６】 ＦＩＡ系の指標パターンの配置を示す平面図
である。

【図７】 指標パターンとウエハマークとの配置例を示
す平面図である。

【図８】 指標照明系の絞り板の構成を示す平面図であ
る。

【図９】 ＦＩＡ系によって検出される画像信号の波形
説明図である。

【図１０】 画像信号の波形とマーク断面の関係の説明
図である。

【図１１】 ＬＩＡ系の構成を示す斜視図である。

【図１２】 ＬＩＡ系の送光系のビーム状態の説明図で
ある。

【図１３】 ＦＩＡ系、ＬＩＡ系の各信号処理回路の構
成を示すブロック図である。

【図１４】 本発明に係るアライメントマークの別の配
置例を示す説明図である。

【図１５】 本発明に係るアライメントマークのさらに
別の配置例を示す説明図である。

【図１６】 本発明を適用したＥＧＡ露光のメインルー
チンを示すフローチャートである。

【図１７】 図１６のメインルーチンのＡ部のシーケン
スを詳細に示すフローチャートである。

【図１８】 図１６のメインルーチンのＢ部のシーケン
スを詳細に示すフローチャートである。

【図１９】 本発明に係るアライメント装置の構成説明
図である。

【図２０】 図１９のアライメント装置のＦＭマーク板
の説明図である。

【符号の説明】

１１；ステージ、１２；ウエハ、ＯＢＬ；対物レンズ、
ＭＬｘ，ＭＬｙ；回折格子状マーク、ＰＦ１；ＦＩＡ系
の低倍時の観察領域、ＰＦ２；ＦＩＡ系の高倍時の観察
領域、ＡＬｘ，ＡＬｙ；ＬＩＡ系のビーム照射領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00 G06T 7/00 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の被加工領域と、該領域の夫々の周
   辺の所定位置に配置されるアライメント用のマーク群と
   が形成された基板を保持して２次元に移動可能なステー
   ジと、前記マーク群を光学的に検出するための対物光学
   系と、該対物光学系の視野内の所定位置に検出領域を有
   し、前記ステージの移動によって該検出領域内に前記マ
   ーク群がきたとき、該マーク群からの光情報を前記対物
   光学系を介して光電検出する第１の受光系と、前記対物
   光学系の視野内で前記第１の受光系の検出領域から間隔
   Ｌだけ離れた位置に検出領域を有し、前記ステージの移
   動によって該検出領域内に前記マーク群がきたとき、該
   マーク群からの光情報を前記対物光学系を介して光電検
   出する第２の受光系とを備えたアライメント装置におい
   て、 前記マーク群は、互に方向性の異なる一対のマークパタ
   ーン、もしくは互に形状の異なる一対のマークパターン
   を所定の間隔Ｄで配置してなり；さらに前記一対のマー
   クパターンの設計上の各座標位置、あるいは間隔に関す
   る情報を入力して記憶する記憶手段と；該記憶された情
   報に基づいて前記間隔Ｌと間隔Ｄとの大小関係を判定す
   る判定手段と；該判定手段の判定結果に基づいて、前記
   一対のマークパターンをともに前記第１の受光系の検出
   領域と前記第２の受光系の検出領域との間で順次移動さ
   せる第１の経路と、前記一対のマークパターンの一方ず
   つを前記第１の受光系の検出領域と前記第２の受光系の
   検出領域との間で順次移動させる第２の経路とのいずれ
   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
   アライメント装置。
2. 【請求項２】 アライメントすべき基板上で間隔Ｌだけ
   離れた位置に第１の検出領域と第２の検出領域とを有
   し、前記基板上の所定位置に形成されたマーク群を前記
   第１検出領域または第２検出領域において光電検出する
   マーク検出手段を用いて、前記基板をアライメントする
   方法において、 前記マーク群は、互に方向性の異なる一対のマークパタ
   ーン、もしくは互に形状の異なる一対のマークパターン
   を所定の間隔Ｄで配置されており；前記間隔Ｌに対して
   前記間隔Ｄが小さいときは、前記第１検出領域内で前記
   一対のマークパターンを光電検出した後に前記基板をほ
   ぼＬだけ移動させて前記第２検出領域内で前記一対のマ
   ークパターンを光電検出し、 前記間隔Ｌに対して前記間隔Ｄが大きいときは、前記一
   対のマークパターンのうち一方を前記第１検出領域内と
   前記第２検出領域内との夫々で順次光電検出した後に前
   記基板をほぼＤだけ移動させて、前記一対のマークパタ
   ーンのうち他方を前記第１検出領域内と前記第２検出領
   域内との夫々で順次光電検出することを特徴とするアラ
   イメント方法。