JPH04303914A - 位置合わせ装置、露光装置、及びそれらを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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製造用に好適
な位置合わせ装置、露光装置、及びそれらを用いた半導
体素子の製造方法に関し、特にウエハと共役関係にある
レチクルと同期をとった受信手段との相対的位置合わせ
をウエハ面上に設けたアライメントマークの３次元構造
に基づく計測誤差を捉えることにより高精度に行うこと
のできる位置合わせ装置、露光装置、及びそれらを用い
た半導体素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の回路パターンの微細
化の要求に伴い、半導体素子製造用の露光装置において
はレチクルとウエハとの高精度な相対的位置合わせが要
求されている。

【０００３】従来の露光装置における位置合わせ方法の
うちウエハ面上の格子マークからの回折光を利用したも
のが種々と提案されている。

【０００４】例えばヘテロダイン光学系を利用した方法
（応用物理学会１９８９年秋、予稿集５０秋２９ａ−Ｌ
−２（馬込等））や画像情報を利用した方法（特開平２
−２０６７０６号公報）等がある。後者の特開平２−２
０６７０６号公報で提案している画像情報を利用した位
置合わせ方法では、位置合わせ用（アライメント用）の
ウエハマークをウエハ面上に溝又は段差を形成して構成
している。そして、その面上に露光を行なう為の透明な
薄膜の感光材（レジスト）をウエハマークを含めたウエ
ハ全面に塗布している。

【０００５】図１０は特開平２−２０６７０６号公報で
提案している位置合わせ装置の要部概略図である。

【０００６】同図においては従来の露光装置と同様に照
明装置ＩＬからの露光光により照明されたレチクルＲ面
上の電子回路パターンを投影レンズ１によりウエハステ
ージＳＴ上に載置したウエハＷ面上に縮少投影し、露光
転写している。

【０００７】そしてこのときの位置合わせは直線偏光の
Ｈｅ−Ｎｅレーザー（波長λ）２から放射される露光光
とは異った波長の光束を音響光学素子（ＡＯ素子）２６
に入射させ、このＡＯ素子２６によりミラー２１へ向う
光の光量を制御し、例えばある状態で完全に光を遮断す
る。そして２軸に回転制御可能なミラー２１で反射させ
Ｆ−θレンズ２２に入射させている。そして偏光ビーム
スプリッター５で反射させ、λ／４板６、レンズ７、ミ
ラー８そして投影レンズ１によりウエハＷ面上のウエハ
マークＧＷ´をインコヒーレントな光束で照明している
。

【０００８】図１１（Ａ），（Ｂ）は図１０のウエハマ
ークＧＷ´の平面図と断面概略図である。図中ＲＥＳは
レジスト、ＷＥＦはウエハ基板を示している。ＬＷはウ
エハマークの格子ピッチである。

【０００９】このときの照明光は投影レンズ１、レンズ
２２、７で構成される光学系の瞳面に、例えば図１２（
Ａ）に示すようなインコヒーレントな有効光源をＡＯ素
子２６による光量制御及びミラー２１を回転制御して実
効的に形成している。

【００１０】ここで図１２（Ａ）のＸ２，Ｙ２は瞳面上
での座標であり、照明光のウエハＷ面に対する入射光の
分布を表わしている。その照明分布は、ウエハマークＧ
Ｗ´を回折格子として見立てたときの０次光に相当する
範囲であり、その範囲のみを照明するように、回転ミラ
ー２１とＡＯ素子を制御している。斜線部が照明範囲を
示す。点線がいわゆる０次光１２０、１次光１２１、２
次光１２２、３次光１２３を示している。図１２（Ｃ）
がウエハＷを回折格子としたときの回折光の分布である
。

【００１１】ウエハＷ面上のウエハマークＧＷ´からの
光束は投影レンズ１を通過した後、順次ミラー８、レン
ズ７、λ／４板６、偏光ビームスプリッター５、レンズ
９そしてビームスプリッター１０を介し位置Ａにウエハ
マークＧＷ´の空中像を形成している。

【００１２】その空中像は更にフーリエ変換レンズ２３
を介しストッパー２５によってウエーハマークＧＷ´か
らの反射光のうちウエーハ上での角度が±ｓｉｎ−１（
λ／ＬＷ）に相当する光束だけを透過させ、フーリエ変
換レンズ２４を介し固体撮像素子１１にウエーハマーク
ＧＷ´の像を結像している。図１２（Ｂ）で斜線部が透
過部分となっている。即ち、ウエハＷに対して図５のよ
うに０次光を入射して±１次光を取り込むようにしてい
る。

【００１３】一方、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２からの波長と異
なる波長を放射するＬＥＤ等の光源１２からの光束をコ
ンデンサーレンズ１３により集光し、基準マスク１４面
上に形成されている基準マークＧＳ´を照明している。 そして基準マークＧＳ´からの光束を反射し、ＬＥＤ１
２からの光束を反射し、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２からの光束
を透過させるように構成したビームスプリッタ１０を介
し、Ａ面上に基準マークＧＳ´の空中像を形成している
。その後、Ａ面上の空中像はウエハマークＧＷ´の像と
同様にＣＣＤ１１面上に結像している。

【００１４】基準マークＧＳ´は図１３（Ａ）に示すよ
うにＣＣＤ１１面上でウエハマークＧＷ´のピッチＬＷ
と同一ピッチとなるように設定されたピッチＬＳ´の格
子パターンより成っている。図１３（Ａ）において斜線
部が透明領域でその他が不透明領域となっている。

【００１５】次に図１０に示す位置合わせ方法を図１４
のフローチャート図により説明する。

【００１６】まずＳＴＥＰ０で初期状態として、レチク
ルＲと位置合わせ装置（例えばＣＣＤ１１）の位置関係
は既に位置合わせを行なっており、レチクルＲ上の座標
原点と基準マークＧＳ´の中心とは対応が既に付いてい
る。ウエハＷは数ミクロンメータのオーダの精度でＨｅ
−Ｎｅレーザ２からのレーザ光を照射したとき、ウエハ
マークＧＷ´が撮像装置１１上所定の位置に撮像される
ように、ウエハステージＳＴを駆動して位置合わせ装置
内の所定の位置に既に存在している。

【００１７】ＳＴＥＰ１で、ＬＥＤ光源１２を照射させ
、基準マーク像ＧＳ´を撮像装置１１上に形成する。 形成された像は、図１３（Ｂ）のようになる。そこで撮
像装置１１の電気信号をＡ／Ｄ変換装置２７によって２
次元の配列に置き換えた後、処理窓ＥＳを設け、図中ｙ
方向に画素積算させ、１次元配列図１３（Ｃ）にし、画
面中心を原点としてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行な
い、基本周波数に対応する画面中心からのずれ量を計測
し、位置合わせ装置に固定してある基準マークＧＳ´と
撮像装置１１との位置を決定する。

【００１８】ＳＴＥＰ２で、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２を照射
させ、上記の経路を経て、ウエハマーク像を撮像装置１
１上に形成する。形成された像は、図１１（Ｃ）のよう
になる。そこで撮像装置１１の電気信号をＡ／Ｄ変換装
置２７によって２次元の配列に置き換えた後、処理窓Ｅ
Ｓを設け、図１１（Ｃ）のｙ方向に画素積算させ、１次
元配列図１１（Ｄ）にし、画面中心を原点としてＦＦＴ
（高速フーリエ変換）を行ない、基本周波数に対応する
画面中心からのずれ量を計測し、ウエハマークＧＷ´と
撮像装置１１との位置を決定する。

【００１９】ＳＴＥＰ３において、位置合わせ装置とウ
エハＷとの位置ずれをレチクルＲとの座標に換算し、位
置合わせ制御装置２９によって露光時の所定の位置にウ
エハステージＳＴを駆動して位置合わせを終える。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ウエハ面上のアライメ
ントマーク（ウエハマーク）の像はその面上に塗布され
たレジストの塗布ムラやアライメントマークの３次元構
造の非対称性の影響を受けて歪んで観察されることが知
られている。これによりアライメントマークの位置検出
を行なう際に測定誤差、所謂ダマサレを起こし、位置合
わせ精度を低下させる原因となっている。

【００２１】特に半導体素子製造工程において金属化合
物をスパッタリング等を用いて蒸着した後のウエハ表面
にレジストを塗布する工程においてはアライメントマー
ク近傍のレジストの塗布ムラによる起伏形状からくるダ
マサレが深刻な問題点となっている。

【００２２】一方、前記の金属化合物を蒸着する工程に
おけるレジスト層によるダマサレの原因は金属化合物の
高反射率の為、薄膜干渉の屈折率の波長依存性から生じ
るものは少なく、レジストの塗布ムラによる幾何光学的
現象によるものの影響の方が大きい。

【００２３】図１５（Ａ），（Ｂ）はこのときの現象を
示す光路図である。図１５（Ａ）はウエハの位置合わせ
用のアライメントマーク近傍の断面図である。

【００２４】図中ＷＥＦはウエハ、ＲＥＳはレジスト、
ＡＩＲは空気層である。ＲＡＹ１，ＲＡＹ２は観察光の
うちの一光線の光路を示している。ＡＬＭはアライメン
トマークの溝部である。レジスト表面ＲＥＳａの局所的
変化（起伏形状）によって光線ＲＡＹ１，ＲＡＹ２の屈
折方向が大きく変化している。

【００２５】ウエハ表面ＷＥＦａの反射率が大きいとき
においてはレジスト表面ＲＥＳａでの反射光とウエハ表
面ＷＥＦａでの反射光との干渉効果は幾何光学的効果に
比較して十分小さいと考えられる。

【００２６】図１５（Ｂ）は同図（Ａ）に対応する観察
光の光強度の分布説明図である。レジスト表面ＲＥＳａ
の局所的変化に伴ってアライメントマーク像が横ズレを
起して観察されている。このことは照明光の白色化、あ
るいは照明光の波長の適正化によっては取り除けない。

【００２７】一方、ウエハマークの形状とレジスト表面
の起伏との間には一定の関係があることが知られている
。Ｌ．Ｅ．ＳｔｉｌｌｗａｇｏｎとＲ．Ｇ．Ｌａｒｓｏ
ｎ等によればウエハマークの線幅が広い程、レジスト表
面の平坦度が悪くなり、逆に線幅が狭い程レジスト表面
の平坦度が良くなってくると言われている。（ＳＰＩＥ
，Ｖｏｌ，９２０，Ｐ３１２　〜３２０，１９８８）。

【００２８】尚、ここでレジスト表面の平坦度Ｐとは次
式によって定義されている。

【００２９】今、ウエハマークの中心にレジスト厚をＷ
Ｄ１、ウエハマークから遠く離れた位置でのレジスト厚
をＷＤ２、ウエハマークの段差厚をＷＤ３としたとき

【
００３０】

【数１】 である。

【００３１】これよりウエハマークの線幅がゼロになる
極限でレジスト表面の平坦度Ｐは最大となることがわか
る。

【００３２】このように線幅が狭くなれば狭くなる程、
レジスト表面の平坦度は高くなり、ウエハマーク近傍に
おける局所的起伏は小さくなる。即ちダマサレ量の少な
い位置合わせ信号が得られる。

【００３３】図１６はウエハマークの線幅に対応する観
察光の光強度の分布説明図である。同図（Ａ）に示すよ
うに線幅が広いとレジスト表面ＲＥＳａに平坦度は悪化
し、同図（Ｂ）に示すように中心位置ｘ０　に対するダ
マサレ量Δｘ１　が大きい。

【００３４】これに対して同図（Ｃ）に示すように線幅
が狭くなるとレジスト表面ＲＥＳａの平坦度は良くなり
、同図（Ｄ）に示すように中心位置ｘ０　に対するダマ
サレ量Δｘ２　は同図（Ｂ）に比べて小さくなる。

【００３５】一般にアライメントマークの線幅の下限値
は露光装置の解像度によって決定され位置合わせにおい
て必要とされる位置合わせ精度を満たすような線幅、即
ちレジスト表面の局所的起伏を無視し得るような狭い線
幅のウエハマークは実現できないという問題点があった
。

【００３６】本発明はウエハ面上のアライメントマーク
近傍におけるレジスト表面の起伏形状に基づく位置合わ
せの際の中心位置のダマサレ量を回折格子より成る線幅
の異なる複数のアライメントマークを用い、それより得
られる信号を用いることにより補正し、ウエハと撮像手
段との位置合わせを高精度に行なうことができる位置合
わせ装置、露光装置及びそれらを用いた半導体素子の製
造方法の提供を目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ装置
は、レチクルと同期のとれた受信手段とウエハとを光学
系を介して配置し、双方の相対的位置合わせを行う位置
合わせ装置において、該ウエハ面上にはレリーフ状の回
折格子より成る線幅の異なる複数のアライメントマーク
が形成され、更にその面上にはレジストが塗布されてお
り、該アライメントマークの線幅とレジスト表面の起伏
形状に起因する該受信手段への光束の入射位置の変化に
よる位置計測のずれ量との関係式を記録した記録手段が
設けられており、照明系で照明された該複数のアライメ
ントマークを該光学系を介して該受信手段面上に導光さ
せ、該受信手段によって複数のアライメントマークの位
置情報を抽出し、該位置情報と該記録手段に記録された
関係式とを用いて、該レジスト表面の起伏に起因する位
置ずれ誤差を求め、該位置ずれ誤差を参照して該ウエハ
と該受信手段との相対的位置合わせを行ったことを特徴
としている。

【００３８】この他本発明では、前記回折格子より成る
複数のアライメントマークは位置合わせ方向と同一又は
直交する方向に配置されていることや、前記同一線幅の
アライメントマークを位置合わせ方向に複数個同一ピッ
チで配列していることを特徴としている。

【００３９】又、本発明の露光装置としては、レジスト
が塗布されたウエハ上のレリーフ状マークの位置を光学
的に検出し、該位置検出に基づいて該ウエハ上のパター
ンをマスクの回路パターンに対して位置合わせし、該回
路パターンを介して該ウエハ上のパターンを被うレジス
トを露光する露光装置において、前記レリーフ状マーク
は回折格子より成る互いに異なる線幅ｗ１　，ｗ２を有
する第１，第２位置合わせパターンを備え、該第１，第
２位置合わせパターンの各々の位置を光学的に検出し、
第１，第２位置データｘ１　，ｘ２　を発生せしめる手
段と、該第１位置合わせパターンの線幅及び位置データ
（ｗ１　，ｘ１　）と、該第２位置合わせパターンの線
幅及び位置データ（ｗ２　，ｘ２　）とに基づいて線幅
ｗの関数ｘ（ｗ）を求め、該関数ｘ（ｗ）により線幅ｗ
＝０のときの位置データｘ０　を決定する手段とを有し
、該位置データｘ０　に基づいて前記位置合わせを行う
ことを特徴としている。

【００４０】又、前述した位置合わせ装置、露光装置を
利用した半導体素子の製造方法としては、レジストが塗
布されたウエハ上のレリーフ状マークの位置を光学的に
検出し、該位置検出に基づいて、該ウエハ上のパターン
をマスクの回路パターンに対して位置合わせし、該回路
パターンを介して該ウエハ上のパターンを被うレジスト
を露光し、次いで該ウエハ上のレジストを現像し、該ウ
エハから半導体素子を製造する際、前記レリーフ状マー
クを回折格子より成る複数個の線状パターンで構成し、
該複数個の線状パターンの互いに異なる線幅ｗ１　，ｗ
２　を有する第１，第２位置合わせパターンの各々の位
置を光学的に検出し、該位置検出に基づいて該第１位置
合わせパターンに対応する第１位置データｘ１　と該第
２位置合わせパターンに対応する第２位置データｘ２　
を形成し、該第１位置合わせパターンの線幅及び位置デ
ータ（ｗ１　，ｘ１　）と該第２位置合わせパターンの
線幅及び位置データ（ｗ２　，ｘ２　）とに基づいて線
幅ｗの関数ｘ（ｗ）を求め、該関数ｘ（ｗ）により線幅
ｗ＝０のときの位置データｘ０　を決定し、該位置デー
タｘ０　に基づいて前記位置合わせを行なうことを特徴
としている。

【００４１】

【実施例】図１は本発明の一実施例の光学系の要部概略
図である。

【００４２】同図においては従来の露光装置と同様に照
明装置ＩＬからの露光光により照明されたレチクルＲ面
上の電子回路パターンを投影レンズ１によりウエハステ
ージＳＴ上に載置したウエハＷ面上に縮少投影し、露光
転写している。

【００４３】そしてこのときの位置合わせは直線偏光の
Ｈｅ−Ｎｅレーザー２から放射される露光光とは異った
波長λの光束を音響光学素子（ＡＯ素子）２６に入射さ
せ、このＡＯ素子２６によりミラー２１へ向う光の光量
を制御し、例えばある状態で完全に光を遮断する。そし
て２軸に回転制御可能なミラー２１で反射させＦ−θレ
ンズ２２に入射させている。

【００４４】その後、ウエハＷと光学的に共役な面上に
配置したストッパーＳＩＬにより空間的に照明範囲を制
限した後に偏光ビームスプリッター５に入射させている
。そして偏光ビームスプリッター５で反射させ、λ／４
板６、レンズ７、ミラー８そして投影レンズ１によりウ
エハＷ面上のウエハマークＧＷをインコヒーレントな光
束で照明している。

【００４５】図２は図１のウエハマークＧＷの説明図で
ある。ウエハマークＧＷはレリーフ状の回折格子より成
る線幅ＤとピッチＬＷの異なる複数のアライメントマー
クＷａより成っている。

【００４６】即ち、ウエハマークＧＷはレリーフ状（３
次元形状）の回折格子より成る線幅の異なる３つのアラ
イメントマークＷａ１，Ｗａ２，Ｗａ３より成っている
。（同図では３つのアライメントマークＷａ１〜Ｗａ３
を示しているが、この数はいくつあっても良い。）アラ
イメントマークＷａ１の線幅はＤ１、ピッチはＬＷ１で
あり、位置合わせ方向（Ｘ方向）に複数個、等間隔に配
列されている。アライメントマークＷａ２の線幅はＤ２
、ピッチはＬＷ２であり、アライメントマークＷａ３の
線幅はＤ３、ピッチはＬＷ３であり、各々アライメント
マークＷａ１と同様に位置合わせ方向に複数個、等間隔
に配列されている。

【００４７】このときの照明光は投影レンズ１、レンズ
２２、７で構成される光学系の瞳面に、例えば図４（Ａ
）に示すようなインコヒーレントな有効光源をＡＯ素子
２６による光量制御及びミラー２１を回転制御して実効
的に形成している。このことは本実施例では行なわない
が±１次入射、±１次光取りという場合に有効となる。

【００４８】ここで図４（Ａ）のＸ２，Ｙ２は瞳面の座
標であり、照明光のウエハ面に対する入射角の分布を表
わしている。

【００４９】このときの瞳面上の照度分布はウエハマー
クＧＷを回折格子として見立てたときの０次光に相当す
る範囲であり、その範囲のみを照明するように回転ミラ
ー２１とＡＯ素子２６を制御している。図４（Ａ）にお
いて斜線部が照明範囲を示している。又点線で囲む範囲
４０，４１，４２，４３が各々所謂ピッチＬＷ１の０，
１，２，３次回折光を示している。

【００５０】図４（Ｃ）はウエハマークＧＷを回折格子
としたときの回折光の分布を示している。図４に示すよ
うに０次回折光はアライメントマークＷａ１，Ｗａ２，
Ｗａ３の各ピッチＬＷ１，ＬＷ２，ＬＷ３に対して全て
一致している。

【００５１】ウエハＷ面上のウエハマークＧＷからの光
束は投影レンズ１を通過した後、順次ミラー８、レンズ
７、λ／４板６、偏光ビームスプリッター５、レンズ９
そしてビームスプリッター１０を介し位置Ａにウエハマ
ークＧＷ´の空中像を形成している。

【００５２】その空中像は更にフーリエ変換レンズ２３
を介しストッパー２５によってウエーハマークＧＷから
の反射光のうちウエーハ上での角度が各々ｓｉｎ−１（
λ／ＬＷｉ）　　ｉ＝１，２，３に相当する光束だけを
透過させ、フーリエ変換レンズ２４を介し受信手段とし
ての固体撮像素子１１にウエーハマークＧＷの像を結像
している。　　即ち、図３はストッパー２５の説明図で
あり、図中斜線部が透過範囲となっている。これはウエ
ハマークＧＷに対して図５に示すように各々の０次光を
入射して各々の±１次回折光を取り込むようになってい
る。

【００５３】一方、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２からの波長と異
なる波長を放射するＬＥＤ等の光源１２からの光束をコ
ンデンサーレンズ１３により集光し、基準マスク１４面
上に形成されている基準マークＧＳを照明している。

【００５４】基準マークＧＳは図６（Ａ）に示すような
パターンより成っている。そして基準マークＧＳからの
光束を反射し、ＬＥＤからの光束を反射し、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ２からの光束を透過させるように構成したビーム
スプリッタ１０を介し、Ａ面上に基準マークＧＳの空中
像を形成している。その後、Ａ面上の空中像はウエハマ
ークＧＷの像と同様にＣＣＤ１１面上に結像している。

【００５５】基準マークＧＳは図６（Ａ）に示すように
ＣＣＤ１１面上でウエハマークＧＷのアラメントマーク
Ｗａ１のピッチＬＷ１と同一ピッチとなるように設定さ
れたピッチＬＳの回折格子より成っている。尚、図６（
Ａ）で斜線部が透明領域で、その他は不透明領域となっ
ている。

【００５６】次に本実施例における位置合わせ方法につ
いて図７のフローチャート図を用いて説明する。

【００５７】ＳＴＥＰ０で初期状態として、レチクルＲ
と位置合わせ装置の位置（例えばＣＣＤ１１）は既に位
置合わせを行なっており（同期がとれており）、レチク
ルＲ上の座標原点と基準マークＧＳの中心とは対応が既
に付いている。ウエハＷは数ミクロンメータのオーダの
精度でＨｅ−Ｎｅレーザ２を照射したとき、ウエハマー
クＧＷが撮像装置（ＣＣＤ）１１に撮像されるように、
ウエハステージＳＴを駆動して、位置合わせを装置内の
所定の位置に既に存在している。

【００５８】ＳＴＥＰ１で、ＬＥＤ光源１２を照射させ
、基準マークＧＳの像を撮像装置１１上に形成する。 形成された像は、図６（Ｂ）のようになっている。そこ
で撮像装置１１の電気信号をＡ／Ｄ変換装置２７によっ
て２次元の配列に置き換えた後、画像処理装置２８によ
り処理窓ＥＳを設け、図６（Ｂ）のｙ方向に画素積算さ
せ、１次元配列図６（Ｃ）にし、画面中心を原点として
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行ない、基本周波数に対
応する画面中心からのずれ量ΔＳを計測し、位置合わせ
装置に固定してある基準マークＧＳと撮像装置１１との
位置関係を決定する。

【００５９】ＳＴＥＰ２で、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２を照射
させ、上記の経路を経て、ウエハマークＧＷの像を撮像
装置１１上に形成する。形成された像は、図８のように
なる。そこで撮像装置１１の電気信号をＡ／Ｄ変換装置
２７によって２次元の配列に置き換えた後、画像処理装
置２８により各々の処理窓ＥＷ１，ＥＷ２，ＥＷ３を設
け、図８のｙ方向に画素積算させ、１次元配列にし、画
面中心を原点としてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行な
い、基本周波数に対応する画面中心からのそれぞれのず
れ量Δ１，Δ２，Δ３を計測する。各々のずれ量Δ１，
Δ２，Δ３と線幅との関係を図９に示す。図９において
Ｘ印は計測値である。各々の計測値とウエハマークＧＷ
とレジスト塗布むらによる計測値のずれ量と線幅との関
係式（本実施例では１次近似として、１次直線をその関
係式としている）とによって、アライメントマークＷａ
の線幅ゼロの状態での真の位置ずれ量Δ０を最小自乗法
から求める。即ちウエハマークＧＷの真の位置の撮像装
置１１との位置を決定する。

【００６０】ＳＴＥＰ３において、位置合わせ装置とウ
エハＷとの真の位置ずれをレチクルＲとの座標に換算し
、位置合わせ制御装置２９によって露光時の所定の位置
にウエハステージＳＴを駆動して位置合わせを終える。

【００６１】尚、本実施例において２軸に回転制御可能
なミラー２１の代わりに１軸に回転制御可能な２つのミ
ラーを組み合せて構成してもよく、またＡＯ素子や電気
光学素子（ＥＯ素子）そしてポリゴンミラー等を用いて
構成しても良い。

【００６２】又、本実施例ではウエーハマークＧＷと基
準マークＧＳの位置ずれを検出したが、基準マークＧＳ
の代わりレチクル上のレチクルマークを撮像素子に結像
させレチクルマークとウエーハマークの位置ずれを直接
検出するようにしても良い。

【００６３】更に基準マークを撮像素子に結像させる代
わりに撮像素子の信号を記憶させる画像メモリ上に基準
マークを仮想して、基準マークの代用にしても良い。

【００６４】

【発明の効果】本発明によればウエハ面上に前述のよう
に回折格子より成る線幅の異なる複数のアライメントマ
ークを形成し、これら各アライメントマークからの位置
情報を利用することにより、アライメントマークに起因
するレジスト表面の起伏形状に基づくダマサレ量を補正
し、不要なノイズ光を除去することができウエハと露光
装置本体（受信手段）との高精度な位置合わせができる
位置合わせ装置を達成することができる。

【００６５】又、本発明によれば先の光ヘテロダイン方
法においても、その具体的な方法に依存せず、複数の種
類の線幅マークによる計測により、線幅ゼロの位置が予
測でき、前述したのと同様の効果を有した位置合わせ装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例の光学系の要部概略図

【
図２】　　図１のウエハマークの説明図

【図３】　　図
１のウエハマークに対するストッパーの説明図

【図４】　　図１の瞳面上の光量分布の説明図

【図５】
　　回折格子の回折光の説明図

【図６】　　図１の基準
マークとその像の説明図

【図７】　　本発明における位
置合わせ方法のフローチャート図

【図８】　　図１のＣＣＤ面上におけるウエハマークの
像の説明図

【図９】　　本発明に係るウエハマークの中心位置検出
の際のダマサレ量の補正方法の説明図

【図１０】　　従来の位置合わせ装置の光学系の要部概
略図

【図１１】　　図１０のウエハマークの説明図

【図１２
】　　図１０の瞳面上の光量分布の説明図

【図１３】　
　図１０の基準マークとその像の説明図

【図１４】　　
図１０の位置合わせ装置の位置合わせ方法のフローチャ
ート図

【図１５】　　レジストを塗布したウエハの断面概略図

【図１６】　　ウエハマークとレジスト表面の起伏に伴
なう中心位置のダマサレ量を示す説明図

【符号の説明】

Ｒ　　　　レチクル Ｗ　　　　ウエハ ＧＷ　　ウエハマーク ＧＳ　　基準マーク １　　　　投影レンズ ＩＬ　　照明系 ２　　　　Ｈｅ−Ｎｅレーザ ５，１０　　偏光ビームスプリッター ６　　　　λ／４板 ７，９　　レンズ ８　　　　ミラー １１　　受信手段（ＣＣＤ） １２　　ＬＥＤ Ｗａ　　アライメントマーク Ｗａ１〜Ｗａ３　　ウエハマーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レチクルと同期のとれた受信手段とウ
   エハとを光学系を介して配置し、双方の相対的位置合わ
   せを行う位置合わせ装置において、該ウエハ面上にはレ
   リーフ状の回折格子より成る線幅の異なる複数のアライ
   メントマークが形成され、更にその面上にはレジストが
   塗布されており、該アライメントマークの線幅とレジス
   ト表面の起伏形状に起因する該受信手段への光束の入射
   位置の変化による位置計測のずれ量との関係式を記録し
   た記録手段が設けられており、照明系で照明された該複
   数のアライメントマークを該光学系を介して該受信手段
   面上に導光させ、該受信手段によって複数のアライメン
   トマークの位置情報を抽出し、該位置情報と該記録手段
   に記録された関係式とを用いて、該レジスト表面の起伏
   に起因する位置ずれ誤差を求め、該位置ずれ誤差を参照
   して該ウエハと該受信手段との相対的位置合わせを行っ
   たことを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】　　前記複数のアライメントマークは位置
   合わせ方向と同一又は直交する方向に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】　　前記複数のアライメントマークのうち
   の１つのアライメントマークは同一線幅のマークを位置
   合わせ方向に複数個同一ピッチで配列していることを特
   徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
4. 【請求項４】　　レジストが塗布されたウエハ上のレリ
   ーフ状マークの位置を光学的に検出し、該位置検出に基
   づいて該ウエハ上のパターンをマスクの回路パターンに
   対して位置合わせし、該回路パターンを介して該ウエハ
   上のパターンを被うレジストを露光する露光装置におい
   て、前記レリーフ状マークは回折格子より成る互いに異
   なる線幅ｗ１　，ｗ２　を有する第１，第２位置合わせ
   パターンを備え、該第１，第２位置合わせパターンの各
   々の位置を光学的に検出し、第１，第２位置データｘ１
   　，ｘ２　を発生せしめる手段と、該第１位置合わせパ
   ターンの線幅及び位置データ（ｗ１　，ｘ１　）と、該
   第２位置合わせパターンの線幅及び位置データ（ｗ２　
   ，ｘ２　）とに基づいて線幅ｗの関数ｘ（ｗ）を求め、
   該関数ｘ（ｗ）により線幅ｗ＝０のときの位置データｘ
   ０　を決定する手段とを有し、該位置データｘ０　に基
   づいて前記位置合わせを行うことを特徴とする露光装置
   。
5. 【請求項５】　　レジストが塗布されたウエハ上のレリ
   ーフ状マークの位置を光学的に検出し、該位置検出に基
   づいて、該ウエハ上のパターンをマスクの回路パターン
   に対して位置合わせし、該回路パターンを介して該ウエ
   ハ上のパターンを被うレジストを露光し、次いで該ウエ
   ハ上のレジストを現像し、該ウエハから半導体素子を製
   造する際、前記レリーフ状マークを回折格子より成る複
   数個の線状パターンで構成し、該複数個の線状パターン
   の互いに異なる線幅ｗ１　，ｗ２　を有する第１，第２
   位置合わせパターンの各々の位置を光学的に検出し、該
   位置検出に基づいて該第１位置合わせパターンに対応す
   る第１位置データｘ１　と該第２位置合わせパターンに
   対応する第２位置データｘ２　を形成し、該第１位置合
   わせパターンの線幅及び位置データ（ｗ１　，ｘ１　）
   と該第２位置合わせパターンの線幅及び位置データ（ｗ
   ２　，ｘ２　）とに基づいて線幅ｗの関数ｘ（ｗ）を求
   め、該関数ｘ（ｗ）により線幅ｗ＝０のときの位置デー
   タｘ０　を決定し、該位置データｘ０　に基づいて前記
   位置合わせを行なうことを特徴とする半導体素子の製造
   方法。