JP3491346B2 - 位置合わせ方法及びそれを用いた露光方法、並びに位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は所定の平面内で移動可能
な基板をその平面内における所定の基準位置に対して位
置合わせする方法に関し、特に、マスクのパターンを感
光基板上に露光する際に、感光基板をマスクに対して位
置合わせする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等（以下、こ
れらを製品と略称する）を製造する装置として、一般に
投影露光装置が用いられている。投影露光装置は、マス
ク又はレチクル上に形成された回路パターンの像を投影
光学系を介して感光基板（ウェハ）上に投影する。半導
体素子等の製造工程においては、数層〜十数層の回路パ
ターンを正確に重ね合わせなければならない。そのた
め、ウェハ上に形成された回路パターンと、次に露光す
べき回路パターンの像とを正確に重ね合わせる必要があ
る。この理由から、投影露光装置にはウェハ上に形成さ
れたアライメントマークを光学的に検出するアライメン
ト系が設けられている。このアライメント系は、ウェハ
の移動位置を規定する静止座標系（ＸＹ座標系）上にお
けるアライメントマークの位置を検出する。次いで、ア
ライメント系はマークと露光すべきショット領域との位
置関係が予め記憶された記憶部から位置関係を出力させ
る。また、記憶部にはアライメント系の検出中心とレチ
クルの中心点の投影光学系による投影位置との間隔（ベ
ースライン量）が予め記憶されており、アライメント系
はこのベースライン量も出力させる。そしてアライメン
トマークを検出した位置及び出力された位置関係とベー
スライン量とに従ってウェハを露光位置に移動させる。
これでアライメントが完了する。

【０００３】マークの位置検出方式は大別して２種類あ
り、(1)レーザビーム等のスポット光とウェハ上のアラ
イメントマークとを相対走査し、マークから生じる散乱
光や回折光をフォトマルチプライヤやフォトダイオード
等で光電検出する光ビーム走査方式と、(2)アライメン
トマークとその周辺に照明光を照射し、そのアライメン
トマークをテレビカメラ（ビジコン管やＣＣＤ等）で撮
影し、得られた画像信号を利用する方式とがある。

【０００４】(1)光ビーム走査方式のアライメント系と
しては、例えば特開昭６１−１２８１０６号公報に開示
されたものが知られている。このアライメント系の光源
には、投影光学系の色収差を避けるために単一波長のレ
ーザビームが用いられている。しかし、ウェハは通常
０．５μｍ〜２μｍ程度の厚さのレジスト層を有してい
るため、単一波長のビームを用いるとレジスト層で干渉
縞が生じてしまい、これがマーク位置の誤検出を招く。

【０００５】そこで、レジスト層による干渉現象を低減
させるために、マークに照射するビームの多波長化ある
いは広帯域化が提案された。これが(2)マークを撮像し
て検出する方式である。この方式は、例えば特開昭６２
−１７１１２５号公報に開示されている。マークに対し
て波長帯域幅が３００ｎｍ程度（レジストへの感光域の
波長を除く）の照明光を照射する。その上でマークをテ
レビカメラで撮影して検出する。照明光がレジスト層に
よって干渉することがほとんどないので、マークを鮮明
に検出することができる。このアライメント系はオフア
クシス方式のアライメント系と呼ばれており、投影光学
系の光軸から所定間隔だけ離れた位置にアライメント系
の光軸を有する。照明光は波長帯域幅が広いため、アラ
イメント系の結像光学系は照明光に対して色収差を補正
するように設計されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置を
用いて製品を製造した場合、不良品の発生が比較的高い
という問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は掛かる問題点
の解決のため鋭意研究した結果、問題点の原因のひとつ
に「位置合わせ」があることが判った。例えばオフアク
シス方式のアライメント系について考えると、アライメ
ント系の結像光学系は先に説明したように色収差が除去
されるように設計や調整がなされているが、色収差以外
の収差（例えばコマ収差や非点収差等）が残存してい
る。アライメント系の光学系に収差があると、アライメ
ントマークを検出する際に検出誤差が生じる。さらにア
ライメントマークの種類（例えばマークの形状、段差の
高さ、マークの反射率、マークが複数本の線状のパター
ンから成る場合はそのピッチ等）が異なると、この検出
誤差の量が異なるという問題が生じる。たとえば、段差
の高さが互いに異なる２つのアライメントマークにおい
ては、それぞれのマークからの反射光の位相の条件が異
なる。反射光の位相条件が異なると、同じ位置にあって
もテレビカメラを使った検出誤差量は異なってしまう。

【０００８】先に述べたように、製品の製造工程では数
層〜十数層の回路パターンを重ね合わせる。工程を終了
するまでに、通常、数種類のアライメントマークが用い
られる。このため、これらのアライメントマークのそれ
ぞれに応じて検出誤差量が異なる。このことはオフアク
シス方式のアライメント系のみならず、例えば先に説明
した(1)光ビーム走査型のアライメント系にも言えるこ
とである。一般にアライメントマークから生じる１次回
折光、２次回折光等の多次光までを検出するアライメン
ト系は同様に検出誤差を生じる。

【０００９】ともあれ、従来は検出誤差量がマークの種
類によって異なるにもかかわらず、これを無視して位置
合わせを行い製品を製造していた。従って数層〜十数層
の回路パターンを重ね合わせたとき、遂には大きくずれ
てしまうことがあり、そのようにずれた製品が不良品と
なることが判った。そこで、さらに研究を進めた結果、
マークごとの検出誤差量を予め測定し、この測定値を
メモリーしておき、マーク位置検出と同時又は相い前
後してマークの種類を計測し、その種類のマークの検出
誤差量をメモリーから呼び出し、呼び出された検出誤
差量によってマーク位置の検出結果又はウェハを移動さ
せる際の移動量を補正し、補正された検出結果又は移
動量に従ってウェハを露光位置に移動させ、位置合わせ
を完了させることを発明した。よって本発明は、所定の
平面内で移動可能な基板（Ｗ）を、その平面内における
所定の基準位置に対して位置合わせする方法において、
基準位置、もしくは該基準位置と一定の位置関係にある
所定位置に対する基板（Ｗ）上に形成されたパターン
（ＷＭｘ、ＷＭｙ）の相対位置関係を求め、該相対位置
関係とパターン（ＷＭｘ、ＷＭｙ）の種類とに基づいて
所定の平面内における基板（Ｗ）の移動位置を制御する
ことである。

【００１０】

【作用】本発明においては、まず所定の基準位置、もし
くは基準位置と一定の位置関係にある所定位置に対する
基板上のパターンの相対位置関係を求める。求めた相対
位置関係には基板上のパターンの種類（例えばパターン
の断面形状や段差の高さ等）に応じた誤差（オフセッ
ト）が生じている。従って、パターンの種類に応じた誤
差が補正されるように、求めた相対位置関係と基板上の
パターンの種類とに基づいて基板の移動位置を制御する
ことにより、基準位置に対して基板を位置合わせする。
このため、基板上に形成されたパターンの種類に係わら
ず、基板の位置合わせをさらに高精度に行うことが可能
となる。

【００１１】以下、本実施例により本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこれに限定されない。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例である投影露光装置の
概略的な構成を示す図である。図１において、レチクル
ＲはレチクルステージＲＳＴ上に載置されている。レチ
クルＲ上のパターン領域ＰＡには回路パターンが形成さ
れており、照明系（不図示）からの照明光はこのパター
ン領域ＰＡを均一に照明する。パターン領域ＰＡに形成
れさた回路パターンの像は投影光学系ＰＬを介してウェ
ハＷ上に縮小投影される。ここで、投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸ方向をＺ方向、光軸ＡＸに垂直な平面をＸＹ平面
とする。Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する方向でり、
ウェハＷを載置するウェハステージＷＳＴは駆動装置２
によってＸ、Ｙ方向に夫々移動可能である。ウェハステ
ージＷＳＴはＸ、Ｙ方向に移動するＸＹステージＳＴ１
と、ＸＹステージ上に載置され、Ｚ方向に移動可能なＺ
ステージＳＴ２とから構成されており、駆動装置２はこ
のＺステージＳＴ２をＺ方向に移動させることもでき
る。ウェハステージＷＳＴのＸＹ座標系上の位置（以
下、単に座標位置と略す）は、レーザ干渉計１によって
逐次検出され、検出された座標位置は主制御系ＭＣＳに
出力される。

【００１３】本実施例の投影露光装置にはアライメント
マークの座標位置を検出するオフアクシス方式のアライ
メント系（以下、「ＦＩＡ系」と記す）が備えられてい
る。以下、このＦＩＡ系について説明する。光源３から
射出された光ＩＬ１は光ファイバー４を通り、光ファイ
バー４の射出端から射出される。光源３には例えばハロ
ゲンランプ、光輝度多色ＬＥＤ等の白色光源が使用され
る。光ファイバー４から射出された光ＩＬ１はコンデン
サレンズ５、ビームスプリッタ６、ハーフミラー７を通
り、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８を通った光
ＩＬ１は投影光学系ＰＬの鏡筒下部の周辺に投影光学系
ＰＬの投影視野を遮光しないように固定されたプリズム
（ミラー）９でほぼ直角に反射されてウェハＷ上に照射
される。ここでは図示していないが、光ファイバー４の
射出端から対物レンズ８までの光路中のウェハＷの表面
と共役な関係となる位置には、照明視野絞りが配置され
ている。この照明視野絞りは、ウェハＷ上に形成された
アライメントマーク（図１では符号ＷＭｘ）に対して光
源３からの光ＩＬ１を照射する領域を規定する。対物レ
ンズ８の光軸はウェハＷ上ではウェハＷの表面に垂直と
なるように定められている。

【００１４】ウェハＷによって反射された光ＩＬ１は再
びプリズム９、対物レンズ８を通り、ハーフミラー７で
反射した後、レンズ１０によって指標板１１上に集光す
る。この指標板１１は対物レンズ８とレンズ１０とによ
ってウェハＷの表面と共役な関係にある。従って、ウェ
ハＷ上のアライメントマークＷＭｘの像は、指標板１１
上に結像される。この指標板１１上には、Ｙ方向に伸び
た指標マーク１１ａ、１１ｂと、Ｘ方向に伸びた指標マ
ーク１１ｃ、１１ｄとが形成されており、各指標マーク
は微細な３本のバーマークで構成される（図３（ａ）参
照）。指標板１１を通過した光ＩＬ１はリレーレンズ１
２、ビームスプリッタ１３、及びリレーレンズ１４を通
過し、ビームスプリッタ１５に達する。ビームスプリッ
タ１５で反射された光はＣＣＤ１６によって受光され、
そのためアライメントマークＷＭｘ及び指標マークの像
が夫々ＣＣＤ１６上に結像される。これと同様に、ビー
ムスプリッタ１５を透過した光はＣＣＤ１７によって受
光される。

【００１５】図２はウェハＷ上の１つのショット領域Ｓ
ｎと、ウェハ上のアライメントマークＷＭｘ、ＷＭｙと
の関係を示す図である。アライメントマークＷＭｘ、Ｗ
Ｍｙはショット領域Ｓｎの周りのスクライブラインＳＣ
Ｌ上に形成されており、ショット領域の中心点ＳＣを通
ってＹ方向に伸びる直線上にマークＷＭｘの中心点が配
置され、中心点ＳＣを通ってＸ方向に伸びる直線上にマ
ークＷＭｙの中心点が配置される。アライメントマーク
ＷＭｘは、Ｙ方向に伸びた線（実際は矩形）がＸ方向に
一定のピッチで５本配列されたもので、格子パターンを
呈す。アライメントマークＷＭｙも同様に、Ｘ方向に伸
びた線（実際は矩形）がＹ方向に一定のピッチで５本配
列されたものである。

【００１６】図３（ａ）は、指標マーク１１ａ、１１ｂ
の間にアライメントマークＷＭｘを挟み込んだ様子を示
す図である。ＣＣＤ１６はビデオサンプリング領域ＶＳ
Ａｘ内の走査線ＳＬに沿って各マークの像を電気的に走
査する。図３（ｂ）はこのときの画像信号の波形を示
す。ここで、縦軸は画像信号の強度、横軸は走査線ＳＬ
による走査位置を表す。図３（ｂ）に示すように、Ｙ方
向に伸びた指標マーク１１ａ、１１ｂの３本のバーマー
クはＣＣＤ１６によって黒い線として撮影されるので、
画像信号の強度はバーマークに相当する位置で極小とな
る。他方、アライメントマークＷＭｘを構成する５本の
矩形は、エッジだけがＣＣＤ１６によって黒い線として
撮影されるため、画像信号の強度は相当する位置で極小
となる。信号処理装置１８は、ＣＣＤ１６から出力され
る画像信号に基づいて指標マーク１１ａ、１１ｂの中心
位置（指標板１１の中心点）Ｘｃと、アライメントマー
クＷＭｘの中心位置Ｘｍとを計算し、その差ΔＸ（＝Ｘ
ｍ−Ｘｃ）を求める。ΔＸはアライメントマークＷＭｘ
の中心位置Ｘｍが指標板１１の中心点Ｘｃよりも＋Ｘ側
にあるときは正、−Ｘ側にあるときは負の値をとるもの
とする。主制御系ＭＣＳはこのときレーザ干渉計１で得
られるウェハステージＷＳＴの位置信号と、このずれ量
ΔＸとを入力し、記憶する。

【００１７】また、ウェハＷ上のアライメントマークＷ
Ｍｙについても上述と同様の動作により、ＣＣＤ１７及
び信号処理装置１８によって検出される。さて、通常ウ
ェハＷ上のアライメントマークをＦＩＡ系によって検出
する際、主制御系ＭＣＳはテレビカメラで撮った像が最
良となるように、ウェハ表面の高さ位置（Ｚ座標位置）
を制御する。即ち、ウェハ表面がＦＩＡ系に関してＣＣ
Ｄと共役な関係となる高さ位置にウェハＷを配置する。
以下、この高さ位置のことを「ＦＩＡ系のフォーカス位
置」と定義する。

【００１８】また、本実施例においてはウェハＷの表面
のＺ方向における高さ位置を検出する検出系（以下、
「オートフォーカス系」と記す）が備えられている。こ
のオートフォーカス系は上述ＦＩＡ系の光路を一部共用
している。以下、このオートフォーカス系について図１
を用いて説明する。図１に示すように、光源２０から射
出された光ＩＬ２は、光ファイバー２１を通り、光ファ
イバー２１の射出端から射出される。光源２０から射出
される光ＩＬ２は、ＦＩＡ系で用いる光ＩＬ１の波長よ
りも長い波長の光である。光ファイバー２１を射出した
光ＩＬ２は、レンズ２１、ミラー２３、レンズ２４を通
過して、スリット状の開口を有するスリット板２５に達
する。スリット板２５の開口を通過した光は、レンズ２
６を通過するとビームスプリッタ６で反射され、光源３
からの光ＩＬ１と合成される。そして、ハーフミラー
７、レンズ８、プリズム９を通り、ウェハＷ上にスリッ
ト像が投射される。ウェハＷからのスリット像の反射光
はレンズ１０、指標板１１、レンズ１２を通り、ビーム
スプリッタ１３によって反射される。このビームスプリ
ッタ１３は、波長の違いによって光を反射又は透過する
色フィルターを有し、この色フィルターはＦＩＡ系で用
いる光ＩＬ１を通過し、オートフォーカス系で用いる光
ＩＬ２を反射する。ビームスプリッタ１３で反射した光
ＩＬ２はレンズ２７を介して検出器２８によって光電検
出される。検出器２８の受光面の近傍にはスリット板２
５と同様にスリット状の開口を有するスリット板が設け
られており、このスリット板に設けられた開口を通過し
た光が検出器２８の受光面上に達する。検出器２８は受
光した光の強度に応じた検出信号を信号処理装置２９に
出力する。

【００１９】さて、このオートフォーカス系によってウ
ェハＷの表面の高さ位置を検出するとき、主制御系ＭＣ
Ｓは光源２０から光を射出させるとともに、スリット板
２５を図１に示すようにオートフォーカス系の光軸方向
に所定の振幅で振動させる。このときの振幅中心は、検
出器２８の受光面と共役な位置である。そして信号処理
装置２９は検出器２８からの信号を同期検波方式で検出
し、オートフォーカス系によって仮想的に設定される所
定の高さ位置（Ｚ座標位置）に対するウェハＷの表面の
Ｚ方向におけるずれ量ΔＺに対応した検出信号を出力す
る。ここで、オートフォーカス系によって規定される所
定の高さ位置は予めＦＩＡ系のフォーカス位置に設定さ
れており、さらにＦＩＡ系のフォーカス位置は投影光学
系ＰＬの結像位置と一致するように予め設定されてい
る。

【００２０】次に本発明における露光装置の動作につい
て、図４（ａ）、（ｂ）のフローチャートに沿って説明
する。まず図４（ａ）に示すステップ１０１において、
主制御系ＭＣＳは互いに種類の異なる複数の基準マーク
が形成されたウェハ（以下、このウェハのことを「テス
トウェハＴＷ」と記す）をウェハステージＷＳＴ上に載
置する。このテストウェハＴＷは通常のウェハと同一の
材質からなり、図５（ａ）に示すようにウェハ上の所定
の位置に６つの基準マーク（ＦＭｂ、ＦＭｃ、ＦＭｄ、
ＦＭｅ、ＦＭｆ、ＦＭｇ）がエッチング等によって形成
されている。夫々の基準マークはテストウェハＴＷの直
線状の切欠き（オリエンテーションフラット）の方向と
平行な方向に所定間隔だけ離れて配置されている。ま
た、このテストウェハＴＷはオリエンテーションフラッ
トの方向がＸ方向と平行になるようにウェハステージＷ
ＳＴ上に配置されるため、６つの各基準マークはアライ
メントマークＷＭｘと同様に、Ｙ方向に伸びた線（実際
は矩形）がＹ方向に一定のピッチで５本配列されたもの
である。

【００２１】各基準マーク（ＦＭｂ〜ＦＭｇ）の断面形
状を図５（ｂ）〜図５（ｇ）に示す。本実施例における
基準マークＦＭｂ〜ＦＭｇは、夫々断面形状（パターン
の長手方向に垂直な方向とＺ方向とからなる平面での形
状）が互いに異なる。図５（ｂ）〜図５（ｇ）に示すよ
うに、基準マークＦＭｂ、ＦＭｃ、ＦＭｄ、ＦＭｇはそ
れぞれ断面が矩形であり、そのマークの段差は基準マー
クＦＭｂ、ＦＭｃ、ＦＭｄ、ＦＭｇの順に大きい。基準
マークＦＭｅは断面が台形状であり、基準マークＦＭｆ
は断面が半円状である。また、基準マークＦＭｇは光の
反射率が他の５つの基準パターンよりも大きい。

【００２２】次に、主制御系ＭＣＳはステップ１０２に
おいて、基準マークＦＭｂをＦＩＡ系の検出中心点に配
置する。テストウェハＴＷ上における各基準マークの位
置関係は予め主制御系ＭＣＳ内に記憶されており、かつ
テストウェハＴＷはウェハステージＷＳＴ上の所定の位
置に正確に配置されるので、主制御系ＭＣＳはレーザ干
渉計１から出力されるＸＹ座標値に基づいてステージの
位置を制御することにより、基準マークＦＭｂをＦＩＡ
系の検出中心点に正確に配置することができる。そし
て、先に説明したＦＩＡ系によってこの基準マークＦＭ
ｂの位置を検出する。このとき、主制御系ＭＣＳは駆動
装置２を制御して、テストウェハＴＷの表面のＺ方向に
おける高さ位置をＦＩＡ系のフォーカス位置を中心とす
る所定の範囲内で徐々に変化させる。そして、主制御系
ＭＣＳは信号処理装置１８及び２９から得られる検出信
号に基づいて、ウェハ表面のＦＩＡ系のフォーカス位置
からのＺ方向におけるずれ量ΔＺと、ＦＩＡ系による検
出中心点（図３（ｂ）におけるＸｃ）と基準マークの中
心とのＸ方向における位置ずれ量ΔＸ（図３（ｂ）にお
けるΔＸと同じ）とを夫々対応付けて記憶する。このデ
ータの記憶は、テストウェハＴＷが所定量だけＺ方向に
移動するごとに行えばよい。ここで主制御系ＭＣＳが記
憶する情報（ＦＩＡ系の検出誤差に関する情報）を図６
に示す。図６におけるグラフの縦軸はウェハ表面（又は
基準マーク）のＦＩＡ系のフォーカス位置からのずれ量
ΔＺ、横軸は基準マークのＦＩＡ系の検出中心からのず
れ量ΔＸを表す。そして、縦軸と横軸との交点はΔＺ＝
０、ΔＸ＝０となる点である。主制御系ＭＣＳは記憶し
た複数のデータを図６の曲線Ｌｂの如く曲線近似し、こ
のデータを基準マークＦＭｂにおける検出誤差情報とし
て記憶する（ステップ１０３）。

【００２３】基準マークＦＭｂはＦＩＡ系の検出中心点
に配置さているため、ウェハ表面のＦＩＡ系のフォーカ
ス位置からのずれ量ΔＺが変化しても、ずれ量ΔＸの値
は常に０となるはずである。しかしながら図６に示すよ
うに実際はＦＩＡ系の有する収差や、ＦＩＡ系の光軸の
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対する傾き（テレセン傾
き）の状態等により、ＦＩＡ系のフォーカス位置で基準
マークを検出しても検出結果に誤差（Ｘｂ）が生じてし
まう。

【００２４】次にステップ１０４において、テストウェ
ハＴＷ上の全ての基準マークにおける検出誤差情報を記
憶していなければ、先のステップ１０２、１０３を繰り
返し、各基準マークを順次ＦＩＡ系の検出中心点に配置
して各基準マークにおける検出誤差情報を記憶してい
く。そして、図６に示すように６つの基準マークの全て
のデータ（Ｌｂ〜Ｌｇ）を記憶する。ここで、図６にお
ける曲線Ｌｃは図５（ｃ）に示す基準パターンＦＭｃの
検出誤差情報であり、同様に直線Ｌｄは基準パターンＦ
Ｍｄの検出誤差情報、曲線Ｌｅは基準パターンＦＭｅの
検出誤差情報、曲線Ｌｆは基準パターンＦＭｆの検出誤
差情報、直線Ｌｇは基準パターンＦＭｇの検出誤差情報
である。図６から分かるように、この検出誤差情報を示
すグラフのカーブや傾きの状態は、検出するマークの種
類によって異なる。

【００２５】以上のようにテストウェハ上の複数種類の
基準マークにおける検出誤差情報を記憶する動作（ステ
ップ１０１〜１０４）は、例えば投影露光装置の製造
時、ＦＩＡ系の光学系を調整した後に一度だけ実施すれ
ばよい。次に、図４（ｂ）に示すフローチャートについ
て説明する。一般的な露光動作はステップ１０５より開
始される。ステップ１０５において主制御系ＭＣＳはレ
チクルＲのパターンを露光すべきウェハＷを載置する。
このウェハＷ上にはすでに複数のショット領域が形成さ
れているものとする。そしてステップ１０６において、
図２に示すウェハＷ上のアライメントマークＷＭｘ（又
はアライメントマークＷＭｙ）をＦＩＡ系で検出する。
このとき、先のステップ１０２と同様に主制御系ＭＣＳ
は駆動装置２を制御して、ウェハステージＷＳＴのＺ方
向における高さ位置をＦＩＡ系のフォーカス位置を中心
とする所定の範囲内で徐々に変化させる。このとき得ら
れるアライメントマークＷＭｘの検出結果を曲線Ｌａ
（図６の破線）で示す。

【００２６】次にステップ１０７において、主制御系Ｍ
ＣＳはウェハＷ上のアライメントマークに対するアライ
メントオフセット値を求める。マークの種類（マークの
断面形状）が異なると、図６に示す直線又は曲線の傾き
やカーブの状態が異なる。主制御系ＭＣＳはアライメン
トマークの検出結果（図６における曲線Ｌａ）と、予め
記憶された基準マークの検出誤差情報（Ｌｂ〜Ｌｇ）の
各々とを比較し、曲線Ｌａと傾きやカーブの状態が最も
近いデータを検出誤差情報（Ｌｂ〜Ｌｇ）の中から選択
する。具体的には、例えばアライメントマークの検出結
果Ｌａと記憶されている情報Ｌｂ〜ＬｇとをΔＸに関し
て引き算し、その引き算した値のΔＺの変化によるばら
つきがもっとも小さくなるものを選択する。検出結果Ｌ
ａと曲線の状態が全く同じであれば、そのばらつきは０
である。従って本実施例においては、主制御系ＭＣＳは
検出したウェハＷ上のアライメントマークの検出結果Ｌ
ａと最も曲線の状態が近い検出誤差情報Ｌｂを選び、こ
の検出誤差情報ＬｂのΔＺ＝０での検出誤差量Ｘｂをア
ライメントマークＷＭｘのアライメントオフセット値と
して求める。この検出誤差量Ｘｂは負の値である。

【００２７】ＦＩＡ系のフォーカス位置におけるアライ
メントマークＷＭｘの検出結果Ｘａは上述のアライメン
トオフセットを含んだ値であるため、主制御系ＭＣＳは
求めたアライメントオフセット値Ｘｂに基づき、ΔＺ＝
０における検出結果Ｘａを（Ｘａ−Ｘｂ）に補正する。
そしてステップ１０８において、主制御系ＭＣＳはＦＩ
Ａ系の検出結果に基づいて、ウェハステージＷＳＴを移
動させる。本実施例の投影露光装置は、ＦＩＡ系の検出
中心点とレチクルＲの中心点の投影光学系による投影位
置との間隔をベースライン量ＢＬとして予め記憶されて
いる。このベースライン量ＢＬを用いて、主制御系ＭＣ
ＳはウェハステージＷＳＴをＢＬ＋（Ｘａ−Ｘｂ）だけ
Ｘ方向に移動する。また、Ｙ方向についても上述の同様
に計測した移動量に従って位置を移動することにより、
ショット領域ＳｎをレチクルＲのパターンの投影像に正
確に重ね合わせることができる。そして、ステップ１０
９においてレチクルＲのパターンをウェハＷ上に露光す
る。

【００２８】以上の方法によって、アライメント系の光
学系中にいかなる収差が残っていても、ウェハ上のアラ
イメントマークの位置を高精度に検出することができ
る。また、種類の異なる複数の基準パターンの各々に対
するアライメント系の検出誤差量を予め記憶しているた
め、アライメント系によって検出すべきウェハ上のパタ
ーンの種類がプロセスの途中で変化しても、そのパター
ンの種類に関する情報と、記憶した検出誤差量とに基づ
いて、常に高精度に基板上のパターンの位置を検出する
ことができる。また、アライメント系の光学系の収差を
補正するために高価な光学系を使用する必要がなく、コ
ストを低減させることができる。さらに、ウェハ上のア
ライメントマークの種類を求めるのはＦＩＡ系の光学系
の調整時のみでよいので、スループットを低下さること
はない。

【００２９】本実施例において、ＦＩＡ系による検出結
果を補正するのではなく、その検出結果に基づいてウェ
ハステージＷＳＴを移動する際にその移動量を補正する
ようなシーケンスであってもよいことは言うまでもな
い。またステップ１０８において、静止座標系上におけ
る各ショット領域の配列を求めるエンハンスド・グロー
バル・アライメント（ＥＧＡ）を行ってもよい。このＥ
ＧＡについては特開昭６１−４４４２９号公報に詳しく
開示されているため、ここでは詳しい説明を省略する。
ＥＧＡを行うときも上述の実施例と同様に、求めたアラ
イメントオフセット値Ｘｂを考慮することにより、ウェ
ハ上のアライメントマークの位置を正確に検出すること
ができる。そして、ウェハ上のショット領域の配列を求
めると、主制御系ＭＣＳは求めた配列座標に基づいてス
テージをステッピング移動させ、各ショット領域をレチ
クルＲのパターンの投影像に対して正確に重ね合わせて
露光することができる。

【００３０】また、上述の実施例においてウェハ上のア
ライメントマークの検出誤差情報を求めたときに、検出
誤差情報Ｌａのカーブの状態が図６の曲線Ｌｅ、及び曲
線Ｌｆとほぼ同一であった場合、主制御系ＭＣＳはこの
アライメントマークのアライメントオフセット値として
ＸｅとＸｆとの何方をとるかを決めることができない。
このような場合、主制御系ＭＣＳはＦＩＡ系によるアラ
イメントマークの検出感度を上げ、再びステップ１０６
の動作を行う。図７に示すように、断面形状が台形状の
アライメントマークＷＭｅをＦＩＡ系によって検出する
と、その検出信号はアライメントマークのエッジの部分
で２つのボトムを有するが、断面形状が半円状のアライ
メントマークＷＭｆを検出すると、その検出信号はアラ
イメントマークのエッジの部分で１つのボトムしか有し
ない。また、ウェハステージＷＳＴをＺ方向に移動させ
るたときのＦＩＡ系の検出信号の変化も異なる。このよ
うな検出信号の特性により、ウェハ上のアライメントマ
ークの種類（形状）を知ることができ、アライメントオ
フセット値を決めることができる。

【００３１】また上述の実施例において、６種類の基準
パターンは互いに断面の形状が異なるものであったが、
例えばパターンの幅やピッチ、パターンの反射率等が異
なる基準パターンであってもよい。予め検出誤差情報を
求める基準パターンの種類が多ければ、それだけウェハ
上のアライメントマークのアライメントオフセット値を
正確に求めることが可能となる。また、上述の実施例に
おいてウェハ上のアライメントマークの種類（形状）が
基準マークのいずれか１つと全く同一であることが予め
分かっているときは、図４（ｂ）におけるステップ１０
６を行う必要はなく、予め記憶したその基準マークの検
出誤差情報に基づいてアライメントオフセット値を定め
ることができる。

【００３２】また、本実施例における６種類の基準マー
クは、全て１つのウェハ上に設けられているが、各種類
によって別々のウェハ上に形成されていてもよく、また
全ての基準マークがステージの一部に予め設けられてい
てもよい。さらに、実施例の如くテストウェハ上に形成
された基準マーク等を用いずに、ＦＩＡ系の光学系の収
差やテレセン傾きの状態に基づいた計算によって、アラ
イメント系による複数種類のマークの検出誤差量を求め
てもよい。

【００３３】また、本発明は実施例の如きアライメント
系のみならず、例えばウェハ上に光ビームを照射して、
ウェハ上のアライメントマークを光ビームに対して走査
することによってマークからの回折光を検出し、アライ
メントマークの座標位置を検出する光ビーム走査型のア
ライメント系（レーザ・ステップ・アライメント）等に
用いることによっても同様の効果を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明においては、基板上
に形成されたパターンの種類と、その基板上のパターン
の検出結果とに基づいて基板の移動位置を制御するた
め、基板上に形成されたパターンの種類に係わらず、基
板を所定の基準位置に対して高精度に位置合わせするこ
とができる。

【００３５】また、基板上のパターンを検出するアライ
メント系の光学系に、収差が補正された高価な光学系を
使用する必要がなく、コストを低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す投影露光装置の概略的
な構成を示す図である。

【図２】ウェハＷ上のショット領域とアライメントマー
クとの関係を示す図である。

【図３】ＦＩＡ系によってアライメントマークＷＭｘを
検出したときの撮像面の様子を示す図である。

【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）ともに、本発明の位置
合わせ方法における一実施例を示すフローチャート図で
ある。

【図５】図５（ａ）は本実施例で用いるテストレチクル
を示す図であり、図５（ｂ）〜図５（ｇ）はそのテスト
レチクル上に形成された基準マークの断面形状を示す図
である。

【図６】各基準マークにおける検出誤差情報を示すグラ
フである。

【図７】アライメントマークの種類の違いによるＦＩＡ
系で得られる検出信号の違いを説明する図である。

【符号の説明】

Ｒ・・・レチクル ＰＬ・・・投影光学系 Ｗ・・・ウェハ １・・・レーザ干渉計 ２・・・駆動装置 ＭＣＳ・・・主制御系 １８、２９・・・信号処理装置 ＷＭｘ、ＷＭｙ・・・アライメントマーク ＴＷ・・・テストレチクル ＦＭｂ、ＦＭｃ、ＦＭｄ、ＦＭｅ、ＦＭｆ、ＦＭｇ・・
・基準マーク

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の平面内で移動可能な基板を前記平
   面内における所定の基準位置に対して位置合わせする方
   法において、 前記基準位置、もしくは該基準位置と一定の位置関係に
   ある所定位置に対する前記基板上に形成されたパターン
   の相対位置関係を、アライメント系を介して検出する第
   １ステップと、前記第１ステップにおいて検出された検出結果に含ま
   れ、前記アライメント系の収差によって生じる検出誤差
   情報を、前記パターン毎に求める第２ステップと、 前記第１ステップにおいて検出された検出結果と、前記
   第２ステップで求められた前記検出誤差情報と に基づい
   て前記平面内における前記基板の移動位置を制御する第
   ３ステップと、を含むことを特徴とする位置合わせ方
   法。
2. 【請求項２】 前記第３ステップは、前記検出結果を、
   前記検出誤差情報で補正することを特徴とする請求項１
   に記載の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 前記第３ステップは、前記検出結果に基
   づいて前記基板を移動する際に、その移動量を前記検出
   誤差情報に基づき補正することを特徴とする請求項１に
   記載の位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 前記第２ステップでは、前記パターンの
   種類が予め分かっているときには、予め記憶されている
   前記パターンの前記検出誤差情報を選択し、 前記第３ステップでは、その選択された検出誤差情報を
   使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項 に
   記載の位置合わせ方法。
5. 【請求項５】 前記基板を前記所定の平面にほぼ垂直な
   高さ方向に移動させるとともに、前記パターンの前記高
   さ方向における位置に対応付けて前記相対位置関係を検
   出することによって前記パターンの種類を求めることを
   特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
6. 【請求項６】 互いに種類の異なる複数の基準マークそ
   れぞれを、前記所定の平面にほぼ垂直な高さ方向に移動
   させるとともに、前記各マークの前記高さ方向における
   位置に対応付けて前記相対位置関係をそれぞれ検出し、
   そのそれぞ れのマーク毎の対応付け関係を記憶するステ
   ップを更に有し、 前記パターンにおける対応付けの検出結果と、前記マー
   ク毎の対応付け関係とに基づいて前記パターンの種類を
   求めることを特徴とする請求項５ に記載の位置合わせ方
   法。
7. 【請求項７】 前記複数の基準マークは、１つのウェハ
   上、或いは別々のウェハ上、或いは前記基板を保持する
   ステージ上のいずれかに形成されていることを特徴とす
   る請求項６に記載の位置合わせ方法。
8. 【請求項８】 前記アライメント系の光学系の調整時
   に、前記パターンの種類を求めることを特徴とする請求
   項５〜７の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
9. 【請求項９】 前記パターンの種類は、前記パターンの
   相対位置関係を検出するときの検出信号の特性、前記パ
   ターンの段差、前記パターンの断面形状、前記パターン
   の幅やピッチ、前記パターンの反射率のいずれかを含む
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の位
   置合わせ方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れか一項に記載の位
    置合わせ方法を用いて位置合わせされた基板上に、レチ
    クル上に形成されたパターンを露光するステップを含む
    ことを特徴とする露光方法。
11. 【請求項１１】 所定の平面内で移動可能な基板を前記
    平面内における所定の基準位置に対して位置合わせする
    装置において、 前記基準位置、もしくは該基準位置と一定の位置関係に
    ある所定位置に対する前記基板上に形成されたパターン
    の相対位置関係を検出するアライメント系と、 前記アライメント系により検出された検出結果に含まれ
    ており、且つ前記アライメント系の収差によって生じる
    検出誤差情報を、前記パターン毎に求める誤差決定手段
    と、 前記検出誤差情報と、前記アライメント系により検出さ
    れた 前記検出結果とに基づいて前記平面内における前記
    基板の移動位置を制御する制御系と、を有することを特
    徴とする位置合わせ装置。
12. 【請求項１２】 前記制御系は、前記検出結果を前記検
    出誤差情報で補正するか、或いは前記検出結果に基づい
    て前記基板を移動する際にその移動量を前 記検出誤差情
    報に基づき補正することを特徴とする請求項１１に記載
    の位置合わせ装置。
13. 【請求項１３】 前記パターンの種類が予め分かってい
    るときには、予め記憶されている前記パターンの前記検
    出誤差情報を前記制御系で使用することを特徴とする請
    求項１１又は１２に記載の位置合わせ装置。
14. 【請求項１４】 前記パターンの種類は、前記パターン
    の相対位置関係を検出するときの検出信号の特性、前記
    パターンの段差、前記パターンの断面形状、前記パター
    ンの幅やピッチ、前記パターンの反射率のいずれかを含
    むことを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記
    載の位置合わせ装置。
15. 【請求項１５】 請求項１１〜１４の何れか一項に記載
    の位置合わせ装置を有し、 前記位置合わせ装置により位置合わせされた基板上に、
    レチクル上に形成されたパターンを投影露光する投影光
    学系を有することを特徴とする露光装置 。