JPH0445512A - 投影露光装置及び方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子、液晶表示素子等のりソゲラフイ
エ程に使われる投影露光装置に関し、詳しくは投影露光
装置の投影系で発生するデイストーシゴン（歪曲誤差）
に起因したアライメント誤差を低減したアライメント装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、マスク（レチクル）のパターンをサブ・ミクロン
の解像力で半導体ウェハ上に焼き付ける装置として、高
開口数の投影レンズを搭載したステッパーが活躍してい
る。

この種のステッパーでは、ウェハ上にすでに形成された
チップパターン（ショント領域）と新たに重ね合わせ露
光するレチクルパターンとを最小線幅の数分の１以下の
総合精度で位置合わせしなければならない、このため近
年、より高精度なアライメント装置（センサー）を搭載
したステッパーが研究され、実用化へ向けての開発が進
められている。

今後、４Ｍｂｉｔ　Ｄ−ＲＡＭ、　１６Ｍｂｉｔ　Ｄ−
ＲＡＭの生産に主流を成すステッパーは、レチクル上の
マークとウェハ上の各ショントＭ域のマークとを逐次検
出してアライメントしては焼き付けを行なう、ＴＴＲ（
スルー・ザ・レチクル）アライメント方式のダイ・パイ
・グイ露光モードを有することが必須と考えられている
。

このＴＴＲアライメント方式には、従来より各種の手法
が考えられてきたが、最も有望視されているのは、露光
光と異なる波長の照明光を使ってレチクルマークとウェ
ハマークとを同時に検出する別波長ＴＴＲアライメント
方式である。この方式では、ウェハ上のレジスト層が露
光を強く吸収する現象をさけることができるため、色素
入りレジストや多層レジストのウェハに対しても安定な
マーク検出が可能であると共に、アライメント時の照明
によってマーク領域のレジストの感光が防止できるとい
った利点がある。別波長ＴＴＲアライメント方弐でよく
知られている典型的な技術（投影露光装置）として、Ｕ
　Ｓ　Ｐ、４，２５　Ｌｌ　６０（特開昭５２−１５４
３６９号）　、ＵＳＰ、　４．２６９．５０５（特開昭
５５−７００２５号）、ＵＳＰ。

４．４９２．４−５９　（特開昭５６−１１０２３４号
）、あるいはＵＳＰ、４，４７３．２９３（特開昭５５
−１３５８３１号）等に開示されたものが知られている
。

しかしながら、これら典型的な投影露光装置では、いず
れもレチクルと投影レンズとの間に、別波長のアライメ
ント用照明光に対する色収差補正のための補正光学系が
介在している。このような補正光学系はレチクルマーク
とウェハマークとを別波長の照明光のもとて互いに結像
関係に維持するためのものであるが、アライメントにあ
たっては、安定性に欠けたり、精度の再現性が得られな
いといった本質的な問題が解決できないでいた。

最近になって、そのような不安定で、再現性のない補正
光学系を用いずに別波長ＴＴＲアライメントを可能とす
る方式が、特開昭６３−１５３８２０号公報、又は特開
昭６３−２８３１２９号公報で提案された。ここに開示
されたアライメント系では、レチクルマークとウェハマ
ークを照明するビームを、２焦点化素子と対物レンズに
よって２つの面の夫々に同時に結像させるもので、一方
の面はレチクルのパターン面（マーク面）に合致され、
他方の面は投影レンズの軸上色収差量に対応じてレチク
ルパターン面から離れた空間中のウェハ共役面に合致さ
れる。

このような方式を採用すると、レチクルとウェハとの間
のアライメント用光路中に投影レンズ以外の光学素子を
設ける必要がな（なり、あたかも露光光を使ったのと同
様にしてＴＴＲアライメントが可能になる。

しかしながら最新の投影レンズは、露光光に対してのみ
良好に各種収差が補正され、露光光からずれた波長に対
しては軸上色収差と倍率色収差の両方が発生し、例え２
焦点化素子を用いて軸上色収差に対応できたとしても、
倍率色収差には必らずしも対応できず、何らかの手法で
倍率色収差に起因したアライメント誤差（オフセット）
を除去しておく必要がある。そこでさらに、倍率色収差
（デイスト−シラン）に対応するための技術が、例えば
特開昭６３−１７７４２１号公報や特開昭６３−２８１
４２７号公報において提案された。

このうち特開昭６３−１”７７４２１号公報には、ウェ
ハステージ上に、露光光と別波長のアライメント用照明
光との２つで発光する基準マークを設け、この発光マー
クを投影レンズの像面側で移動させて、発光マークの逆
投影像をレチクル側で走査してレチクルマークの位置を
求めることで、投影レンズ視野内のデイスト−ジョンマ
ツプを予め作ってお（技術が開示されている。一方、特
開昭６３−２８１４２７号公報には、別波長ＴＴＲアラ
イメント系の照明ビーム送光系（スキャナーミラー、２
焦点化素子、対物レンズ等）に露光光をビーム化して導
びき、別波長の照明光ビームと露光波長の照明光ビーム
とを同時に走査させて、レチクルマークとウェハステー
ジ上の基準マークとの夫々からの光情報を光電検出した
ときの各波長ビーム毎の位置ずれ検出量の差異から、そ
のアライメントポイントでのデイスト−シランを知る技
術が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記倍率色収差に対応するための従来技術では、アライ
メント用照明光と露光用照明光とが投影レンズ視野内の
同一位置を通るように構成されている。すなわち、特開
昭６３−１７７４２１号公報では、同一の発光基準マー
クの裏側にファイバー等を介して２種類の照明光を導く
必要があり、また特開昭６３−２８１４２７号公報では
、別波長ＴＴＲアライメント系に露光用照明光を導びく
必要がある。

このような構造は、アライメント光学系の構成を複雑に
し、その光学素子の性能（特に色消し等）に厳しいもの
が要求されるといった製造上の困難性を伴うこともさる
ことながら、露光用照明光のもとての光学系諸条件（シ
グマ値、開口数、テレセン性等）と、アライメント用照
明光のもとての光学系諸条件とを一致させることが難し
く、実用上の正確なデイスト−ジョン誤差を知ることが
難しかったという問題があった。また実際の露光装置（
ステッパー）では、１１５縮小タイプでも１５Ｘ１５閣
〜２０Ｘ２０■程度の広いフィールド（視野）の露光に
対応できるようになっている。しかしながらステンパー
ユーザが使用するレチクルパターンの露光領域には、色
々な大きさのものがあり、これに伴って当然にアライメ
ント光学系の投影視野内での位置が様々に変化する。そ
のアライメント位置の変化に応じて露光用照明光のもと
ての投影レンズの理想格子に対するデイスト−シラン量
も変化するため、アライメント用照明光のもとてのデイ
スト−シロン特性との差を、アライメント位置でのみ知
るだけでは、広いフィールド全体の重ね合わせを考えた
とき、不十分であるという問題点もあった。

さらに、これは上記特開昭６３−２８１４２７号公報に
示された装置での固有の問題ではあるが、露光用照明光
とアライメント用照明光とをレチクル上方に４５°で斜
設したダイクロイックミラーによって波長域で分離する
方式にした場合、ダイクロイックミラーのアライメント
用照明光に対する透過率（又は反射率）を極めて高くし
てしまうと、別波長ＴＴＲアライメント系によって検出
すべき露光用照明光はほとんど透過（又は反射）しなく
なり、マーク検出が困難になってしまう、そのため露光
用照明光に対してもいくらかの透過率（又は反射率）を
もつようにダイクロイックミラーの波長特性を選ぶと、
今度は露光時に露光用照明系からレチクルに向う光量が
、その分だけ低下するといった問題点もあった。

本発明は、上述した各種問題点に鑑みてなされたもので
、特にデイストーレ５ンに起因したアライメントオフセ
ットを高精度に検知して補正することができる別波長Ｔ
ＴＲアライメント系を備えた投影光学装置を従供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

上記問題点を解決するため、本発明においては、ウェハ
等の感応基板を載置するステージ上に固設された基準板
上に、露光用照明光（第１の波長特性の光）のもとで検
出される基準マーク（第４マーク領域）と、アライメン
ト用照明光（第２の波長特性の光）のもとで検出される
基準マーク（第２マーク領域）とを位置的に分離して配
置するとともに、レチク（マスク）上にも露光用照明光
のもとで検出されるレチクルマーク（第３マーク領域）
と、アライメント用照明光のもとで検出されるレチクル
マーク（第１マーク領域）とを基準板上の対応する基準
マークの分離位置に対応させて設けるようにした。さら
にアライメント用照明光でレチクルマーク（第１マーク
領域）と基準マーク（第２マーク領域）とを検知する別
波長ＴＴＲアライメント系（第１マーク検出手段）と、
露光用照明光でレチクルマーク（第３マーク領域）と基
準マーク（第４マーク領域）とを検知する露光波長ＴＴ
Ｒアライメント系（第２マーク検出手段）とを互いに独
立の光学系とし、かつ両方のＴＴＲアライメント系が同
時に対応するマークを検知できるように配置した。

〔作用〕

第１図は、本発明の詳細な説明するために模式的に示し
たステツパーの構成を表わし、レチクルＲの回路パター
ン領域ＰＡは、両側テレセントリツタな投影レンズＰＬ
によってウェハ（第１図には図示さず）上の１つのショ
ク）６Ｎ域に投影される。レチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａの周辺には、別波長（波長λ、）の照明光を用いるＴ
ＴＲアライメント系Ａ　Ｏｔ−、Ａ　Ｏｔ、によって検
出されるマークＡｕ、Ａ／！が設けられている。アライ
メント系ＡＯｏで検出されるマークＡｕはＸ方向のアラ
イメント用であり、アライメント系Ａ　Ｏｚ−で検出さ
れるマークＡｆｆｉはＹ方向のアライメント用であり、
それぞれパターン領域ＰＡのＸ方向に延びる辺部とＹ方
向に延びる辺部とに形成される。また別波長ＴＴＲアラ
イメント系Ａ　Ｏｚ−ＳＡ　Ｏｔ、はＸ１Ｙ方向にアラ
イメント位置を移動させることができる。さらにレチク
ルＲのパターン領域ＰＡの外側で投影レンズＰＬの視野
内には、露光波長λ１の照明光を用いるＴＴＲアライメ
ント系ＡＯ，によって検出されるマークＲＭｒが形成さ
れている。

このマークＲＭｒの位置はパターン領域ＰＡのサイズが
異なるレチクルでも常に一定のところに固定配置される
。そして露光時にパターン領域ＰＡを均一照明する露光
光が、ＴＴＲアライメント系Ａ　Ｏｌ　の先端部で遮光
されないように定められている。従って、パターン領域
ＰＡのサイズが異なる各種レチクルに変換する場合であ
っても、ＴＴＲアライメント系Ａ　Ｏ＋　は移動させる
必要址なく、装置上に固定しておくことができる。

一方、投影レンズＰＬの下には、ウェハステージ上に固
設された基準マーク板ＦＰが位置する。

基準板（フィデューシャル板）ＦＰの表面は、露光波長
のもとて投影レンズＰＬに関してレチクルＲと共役にな
っている。基準板ＦＰの表面には、レチクルＲ上のマー
クＲＭｒと同時に検出される基準マークＦＭｒと、レチ
クルＲ上のマークＡｕ、Ａｌの夫々と同時に検出される
基準マークＦｕ、ＦＰがクロム層のエツチング等により
形成されている。マークＦｕは、マークＡｕと対応じて
いると共に、マークＡｕのレチクルＲ上での移動可能位
置全域をカバーするように広い面積で設けられている。

マークＦ２についても同様である。

そして第１図のように、マークＲＭｒ　（第３マーり領
域）と基準マークＦＭｒ　（第４マーク領域）とがＴＴ
Ｒアライメント系ＡＯＩで同時に検出されるように基準
板ＦＰを位置決めしたとき、例えばマークＡｕ（第１マ
ーク領域）と基準マークＦＵ（第２マーク領域）とをＴ
ＴＲアライメント系ＡＯｏで同時に検出する。基準板Ｆ
Ｐ上での基準マークＦＭｒとＦｕとの位置関係とレチク
ルＲ上でのマークＲＭｒとＡｕとの位置関係とは予め正
確にわかっているから、別波長ＴＴＲアライメント系Ａ
Ｏ０で検出されたアライメント誤差量と、露光波長ＴＴ
Ｒアライメント系ＡＯ，で検出されたアライメント誤差
量との差はマークＡｕの位置での色収差に起因したＸ方
向のオフセット量である。

従って、このオフセット量を記憶しておけば、後でＴＴ
Ｒアライメント系Ａ　Ｏｚ−を用いてレチクルＲとウェ
ハとをアライメントする際に、容易に補正を行なうこと
ができる。

このように別波長ＴＴＲアライメント系と露光光ＴＴＲ
アライメント系とを互いに独立にしつつ、同時にマーク
検出動作を行なう構成とすることによって、より厳密に
ディストーシテンの影響を補正することが可能となる。

〔実施例〕

次に本発明の好適な実施例によるステッパーの構成につ
いて、第２図〜第１１図を参照して説明する。

本実施例では、先に掲げた、特開昭６３−２８３１２９
号公報で開示されたように、回折格子を用いた２光束干
渉式の別波長ＴＴＲアライメント系を用いるものとする
が、その他の形式（像検出方式、スポットスキャン方式
）のものでも全り同様に適用し得る。

第２図において、レチクルＲの上方にはグイクロイック
ミラーＤＭが４５″に斜設され、投影レンズＰＬの光軸
ＡＸを水平に折り曲げる。グイクロイックミラーＤＭは
光軸ＡＸに沿って露光用照明系（不図示）から進んでく
る露光光をほぼ９０％以上反射させて、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡへ向わせる。レチクルＲは２次元（ｘ、
ｙ、θ方向）に微小移動するレチクルステージＲＳ上に
保持され、レチクルステージＲＳは駆動部１によって位
置決めされる。一方、投影レンズＰＬの下にはウェハＷ
と基準板ＦＰとを保持するＸＹステージＳＴが設けられ
、モータ２によってＸ、Ｙ方向に移動され、ステージＳ
Ｔの座標位置はレーザ干渉計３によって逐次計測される
。ステージＳＴの位置決めは、干渉計３の計測値をモニ
ターしてモータ２を駆動するステージドライバー回路４
によって行なわれる。ドライバー回路４は主制御装置５
からの指令に基づいてステージＳＴの移動や位置決めを
制御する。この主制御装置５は、先の駆動部１の制御も
管理する。

さて、本実施例の別波長ＴＴＲアライメント系はダイク
ロインクミラーＤＭの上方に２〜４眼（対物レンズの数
）で構築されるが、第２図ではそのうちｌ眼、ここでは
第１図中のＡ　Ｏｚ−に相当する系のみを示す。

テレセンドリンクな対物レンズ０ＢＪｕとミラＭ＋　と
は、金物１１に保持され、駆動部１０によってＸ、Ｙ方
向に移動する。

対物レンズ０ＢＪｕはグイクロイックミラー〇Ｍと干渉
しないように、かつレチクルＲに対してその光軸が垂直
になるように配置される。

別波長アライメント用の照明光は、へりウームーネオン
、又はアルゴンイオン等のレーザ光源１２から直線偏光
ビームＬＢとして射出され、２光束化周波シフターユニ
ン）１３に入射する。ユニット１３内には、ビームＬＢ
を２つに分割し、分割された２つのビームの夫々に高周
波変Ｋｌ（周波数シフト）を加える２つのＡＯＭ　（音
響光学変調器）１３０Ａ、１３０Ｂや周波数シフトされ
た各ビームを収れんする小レンズ１３１Ａ、１３１Ｂ等
が設けられている。ＡＯＭＩ　３０Ａは周ｅｔ数ｔ＋（
例えば８０Ｍ）ｔｚ）でドライブされ、その１次回析ビ
ームＬＢ、が小レンズ１３１Ａを介して取り出され、Ａ
ＯＭ１３０Ｂは周波数ｆｆｆｉ　　（例えば８０．０３
ＭＨｚ）でドライブされ、その１次回折ビームＬ　Ｂ　
ｔが小レンズ１３１Ｂを介して取り出される。２本のビ
ームＬＢ、　、ｔ、Ｂ、の各主光線はアライメント系の
光軸と平行に、かつ対称に定められ、ビームスプリンタ
１４でともに２つに分けられる。ビームスプリッタ１４
を通過した分割ビームＬ、１％　Ｌｒ２は、集光レンズ
（逆フーリエ変換レンズ）１５によって後側焦点面で交
差する平行光束に変換される。その後側焦点面には参照
格子１６が配置され、ここには２つのビームＬ□、Ｌｒ
ｔの交差角と波長とに応じたピッチの干渉縞が作られる
。この干渉縞は２つのビームＬ−ｒ＋、Ｌｒｔの周波数
差へｆ（３０ＫＨｚ）に応じた速度で参照格子１６上を
一方向に移動する。参照格子１６上には、干渉縞のピン
チと等しいピッチの透過型の回折格子が縞と平行に設け
られている。従って参照格子１６からは、ビームＬ　ｒ
＋と同方向に進むビームＬ７、の０次光とビームＬ、か
ら作られた１次光との干渉光ＤＲ，と、ビームＬ、と同
方向に進むビームＬｒｚの０次光とビームＬ□から作ら
れた１次光との干渉光ＤＲ１とが発生し、充電素子１７
はこれら干渉光ＤＲ，、ＤＲｌの光量を検出する。ここ
で干渉光ＤＲ，、ＤＲｌは周波数差Δｆ（３０ＫＨｚ）
　、すなわちビート周波数で正弦波状に強度変化し、光
電素子１７からの出力信号ＳＲは３０ＫＨｚの交流信号
になる。この信号ＳＲがアライメントのときの位相比較
の基準信号となる。

第３図は、ビームＬＢ、　、ＬＢｔとレンズ１５から光
電素子１７までの各ビームの様子を詳しく示した光路図
であり、まず２本のビームＬＢｔ、ＢＺは小レンズ１３
１Ａ、１３１Ｂの作用によって面ＥＰａでそれぞれ集光
されてビームウェストになる。面ＥＰａはレンズ１５の
前側焦点面と一致したフーリエ面であり、ビームＬ　Ｐ
　Ｉ、Ｌｒ！はレンズ１５から夫々平行光束となって参
照格子１６上で交差する。尚、ビームＬ−２Ｌｒｔの面
ＥＰａの内での位置は、アライメント系の光軸ＡＸａを
挟んで対称に定められ、光軸ＡＸａからの距離がビーム
Ｌ　Ｐ　Ｉ　Ｎ　Ｌ　ｒ　Ｚの参照格子１６に対する入
射角θを決定する。

ここで−船釣な解析理論に従うと、波長λのコヒーレン
ト光とピッチＰｇの一次元回折格子とによって決まる±
１次回折光の０次光に対する回折角αは、ｓｉｎα＝λ
／Ｐｇによって一義的に決まる。そこでビームＩ−ｒ＋
の０次光（干渉光ＤＲ，）に対して１次回折光の回折角
αが丁度２θになるように参照格子１６の格子ピッチＰ
ｇを設定してやると、その１次回折光はビームＬｒｔの
０次光（干渉光ＤＲ，）と同軸に発生ずる。

このとき、参照格子１６上にできる干渉縞のピッチは格
子ピッチＰｇと等しくなる。

また光電素子１７は、２つの干渉光ＤＲ，、ＤＲ２を個
別に受光する受光面１７０Ａ、１７０Ｂを有し、各受光
面１７０Ａ、１７０Ｂからの光電信号は加算器１７１に
よってアナログ的に加算され、基準信号ＳＲとして出力
される。

さて、再び第２図の説明に戻って、ビームスプリッタ１
４で反射された２本のビームＬ　ｓ＋、Ｌ　ａｚは、さ
らにビームスプリッタ１日で反射され、ミラーＭ、を介
して対物レンズ０ＢＪｕに入射する。

対物レンズ０ＢＪｕは２本のビームＬ、１、し、２を空
間中の面ＩＰで交差する平行光束に変換する。

面ＩＰは、レチクルＲから光軸ＡＸ方向に軸上色収差量
ΔＬだけ離れており、アライメント用照明ビームＬＢの
波長（λ２）のもとではウェハＷ、又は基準板ＦＰと共
益な面である０面ＩＰで交差した２本のビームＬ□、Ｌ
、アは、レチクルＲ上のマーク領域Ａｕでは互いに分離
して通り、投影レンズＰＬの瞳ＥＰでビームウェストに
なった後、基準板ＦＰ（又はウェハＷ）上では再び平行
光束になって交差する。

第４図はビームＬ１、Ｌ、ｚの様子を示す光路図であり
、対物レンズ０ＢＪｕの前側焦点面は第３図に示した面
ＥＰａと一致しており、２つのビームＬ１、Ｌｅｔはそ
こでビームウェストになる。対物レンズＣ）ＢＪｕから
射出した２本のビームＬ１、ＬＩＩ！はともに平行光束
となって面ＩＰ、すなわち対物レンズ０ＢＪｕの後側焦
点面で交差する。その後、ビームＬ１はレチクルＲのマ
ーク領域Ａｕ内のレチクル格子マークＡｕａを照射する
とともに透明部を通過して投影レンズＰＬに入射し、再
び平行光束となって基準板ＦＰ（又はウェハＷ）上のマ
ーク領域Ｆｕ内の格子を斜めに照射する。

ビームＬ、ｔも同様にして、レチクルＲ上のレチクル格
子マークＡｕｂを照射するとともに透明部を通過して基
準板ＦＰ（又はウェハＷ）上のマーク領域Ｆｕ内の格子
をビームＬ、、と対称的な方向から斜めに照射する。

この第４図に示したように、２本のビームＬ１、Ｌ、は
瞳空間（対物レンズ０ＢＪｕと小レンズ１３］Ａ、１３
１Ｂとの間、及び投影レンズＰＬの内部）では収れん光
束であると共に主光線が光軸ＡＸａと平行になり、像空
間（対物レンズ０ＢＪＵと投影レンズＰＬの間、及び投
影レンズＰ　Ｌと基準板ＦＰ、又はウェハＷとの間）で
は平行光束であると共に主光線が焦点面（像面）で交差
する。

さて、基準板ＦＰ上のマーク領域Ｆｕからは、垂直方向
に干渉光ＢＴが生ずる。干渉光ＢＴは、ビームＬ　ｍｌ
の照射によりマークＦｕから垂直に発生した１次回折光
と、ビームＬ　＋ａ２の照射によりマークＦｕから垂直
に発生した１次回折光とが干渉したものであり、像空間
では平行光束である。この干渉光ＢＴは投影レンズＰＬ
の瞳ＥＰの中心でビームウェストに収れんした後、レチ
クルＲのマーク領域内の中央の透明部（マークＡｕａと
Ａｕ５０間）を平行光束となって通過し、対物レンズ０
ＢＪｕの光軸ＡＸａに沿って逆進する。干渉光ＢＴは対
物レンズ０ＢＪｕの前側焦点面、すなわち投影レンズＰ
Ｌの瞳ＥＰと共益な面ＥＰａの中心で再びビームウェス
トに収れんし、第２図中のミラ　Ｍ＋、ビームスプリン
タ１８の順に受光系の方へ戻る。ここでレチクルＲ上の
マーク領域ＡＵの構造について第７回、第８図を参照し
て説明する。第７図のように、レチクルＲの回路パター
ン領域ＰＡの外周には一定幅の遮光帯ＥＳＢが形成され
るが、その一部に透明窓を設け、そこに２つの格子マー
クＡｕａ、Ａｕｂが遮光部ＥＳＢを挟んで配置される。

マークＡｕａとＡｕｂのピッチはともに等しく、ピンチ
方向と直行する方向の幅は透明窓の約半分に定められる
。遮光部ＥＳＢ゛の幅も透明窓の約半分に定められ、ウ
ェハＷ上の格子マークＷ　Ｍ　ｕは、アライメント用波
長のもとでは、マーク領域内のＷ　Ｍ　ｕ　’　の部分
に位置する。２本のビームＬ１、Ｌ、、は格子マークＡ
ｕａとＡｕｂの夫々を矩形形状で別々に照明するが、マ
ークＡ　ｕ　ａのパターン領域ＰＡ側に隣接した透明部
を通過したビームＬｅｔは、第８図のようにウェハマー
クＷＭｕを照射し、マークＡｕｂのパターン領域ＰＡ側
に隣接した透明部を通過したビームＬ、！はウェハＷＭ
ｕを照射する。このマークＷＭｕから垂直に発生する干
渉光ＢＴはレチクルＲ上では第８図中の部分ＷＭｕ’を
通って対物レンズ０ＢＪｕへ戻る。

さて、第４図において、ビームＬ　ａｔ、Ｌ、！がそれ
ぞれレチクル格子マークＡｕａ、Ａｕｂを照射すると、
０次光Ｄ　ｅ　ｌ　％　Ｄ　ｅ　ｔとともに高次回折光
が反射してくる０本実施例では、ビームＬ、、（Ｌ。

、）の格子マークＡｕａ　（Ａｕｂ）への入射角θ゛に
対して１次回折光の０次光Ｄ＋、、　（Ｄ、２）に対す
る回折角が丁度２０′になるように、マークＡｕａ　（
Ａｕｂ）のピッチを定める。それによって、格子マーク
ＡｕｇからはビームＬ１１１の光路をそのまま逆進する
１次回折光Ｄ１１（周波数シフトｆ、）が発生し、格子
マークＡｕｂからはビームＬ−ａｔの光路をそのまま逆
進する１次回折光ＤＩＫ（周波数シフトｆ、）が発生す
る。従ってこれら１次回折光Ｄｌｌ、Ｄ１□も干渉光Ｂ
Ｔとともに対物レンズ０ＢＪｕを介して受光系の方へ戻
る。贋び第２図を参照すると、干渉光ＢＴと１次回折光
り７８、Ｄ、工はビームスブリ・、夕１８を透過して集
光レンズ系１９に入射する。レンズ系１９は逆フーリエ
変換レンズでもあり、干渉光ＢＴと１次回折光Ｄ　１１
．　Ｄ　＋ｔをともに平行光束に変換するとともに、そ
の焦点面（像共役面）でそれらを交差させる。レンズ系
１９を通った各ビームはビームスプリッタ２０で２つに
分けられ、透過した方はレチクル用基準格子板２１に達
し、反射した方は視野絞り２２に達する。基準格子板２
１と視野絞り２２はともに面ＩＰ（基準板ＦＰ、又はウ
ェハＷとの共役面）と共役である。従って、基準格子板
２１では、１次回折光Ｄ１１、Ｄ　＋ｚが交差し、その
交差領域内には干渉縞ができる。この干渉縞は当然、ビ
ート周波数Δｆ（３０ＫＨｚ）で−次元に流れている。

そこで第６図（Ａ）に示すように、クロム層で覆われた
基準格子板２１上に透過型の回折格子２１Ａを設け、こ
の格子２１Ａから同軸に発生する回折光同志の干渉光Ｂ
Ｔｒを光電素子２３で受光する。この様子を第５図で参
照して詳述する。

基準格子板２１は像共役であるため、面ＩＰ、ウェハマ
ークＷＭｕ（又は基準板ＦＰ裏表面と共役であり、干渉
光ＢＴも１次回折光り、、、Ｄ、□とともに入射して（
る、しかしながらウェハマークＷＭｕとレチクルマーク
Ａｕａ、ＡｕｂとはＸ−Ｙ平面内で横ずれして配置され
ているため、基準格子板２１上では第６図（Ａ）に示す
ように、２つの１次回折光り１、ＤＩｇが交差する格子
２１Ａの横の部分（遮光部）２１Ｂに干渉光ＢＴが戻っ
てくる。

従って、基準格子板２１上での格子２１Ａの位置や大き
さを、マークＡｕ　ａ、又はＡｕｂの大きさと合わせて
おくだけで、ウェハマークＷＭｕからの干渉光ＢＴを遮
光することができる。

基準格子板２１の格子２１Ａを照明した１次回折光ＤＩ
Ｉ％　Ｄ＋ｚの各０次光ＢＴｏは光電素子２３からはず
れるように進み、格子２１Ａから垂直に発生する１次回
折光同志の干渉光ＢＴｒのみが光電素子２３に受光され
る。この方式は第４図中に示したウェハマークＷＭｕか
らの干渉光ＢＴの取り方と同じであって、この場合、ウ
ェハマークＷＭｕ、又は格子２１Ａの格子ピッチは、そ
この上にできる干渉縞のピッチの丁度２倍になっている
。

こうして充電素子２３に受光された干渉光ＢＴｒはビー
ト周波数Δｆ（３０Ｋ）［ｚ）で正弦波状に強度変化し
ており、光電素子２３の出力信号Ｓｍは、参照格子１６
を基準としたレチクルマークＡｕａ、Ａｕｂのピッチ方
向の変位量に応じて基準信号ＳＲに対する位相差がリニ
アに変化する交流信号となる。

一方、第２図に示したビームスプリッタ２０で反射され
た干渉光ＢＴと１次回折光Ｉ）＋＋、Ｄｌ！は視野絞り
２２に達するが、この絞り２２は第６図（Ｂ）に示すよ
うに干渉光ＢＴのみを通す開口部２２Ａが形成されてい
て、２つの１次回折光ＤＩ＋、Ｄ＋ｔは遮光部２２Ｂで
遮へいされる。

遮り２２を通過した干渉光ＢＴはミラー２４、集光レン
ズ２５を介して光電素子２６に達する。

光電素子２６は干渉光ＢＴの強度変化に応じた出力信号
Ｓｗを発生する。この信号Ｓｗもビート周波数Δｒで正
弦波状にレベル変化する交流信号となり、ウェハＷ上の
マークＷ　Ｍ　ｕ　、又は基準板ＦＰ上の基準マークＦ
ｕの参照格子１６に対する偏位置に比列して基準信号Ｓ
Ｒに対する位相が変化する。

以上の基準信号ＳＲ１出力信号Ｓｍ、Ｓｗの夫々は位相
差計測ユニント２７に入力し、計測ユニット２７は基準
信号ＳＲに対する出力信号Ｓｍの位相差φｍと、基準信
号ＳＲに対する出力信号ＳＷの位相差φＷとを求め、さ
らにその差Δφ−φｍ−φＷを算出する。本実施例の場
合、基準板ＦＰ（またはウェハＷ）上での回折格子ピッ
チが、そこに作られる干渉縞ピッチの２倍になっている
ため、位相差Δφの１周期（±１８０°）は回折格子ピ
ンチの１／２（±１／４ピッチ）に対応じている。この
位相差Δφに基づいて計測ユニット２７はウェハステー
ジＳＴ、又はレチクルステージＲＳの位置補正量（位置
ずれ量）Δχ、ΔＹを夏出し、その値を主制御装置５へ
送る。

以上、対物レンズ０ＢＪｕを含み、駆動８１０〜計測ユ
ニツト２７までの構成が本発明の第１のマーク検出手段
に相当する。

さて、第２図において、レチクルＲ上のマークＲＭｒは
、ミラーＭｚ、対物レンズＯＢｒ、ビームスプリッタ３
０、レンズ系３１、照明視野絞り３２、コンデンサーレ
ンズ３３、ファイバー３４、結像用レンズ３５、ビーム
スプリンタ３６、及びＣＣＤ撮像素子３７Ａ、３７Ｂか
ら成る露光光ＴＴＲアライメント系（第１図中のＡＯ，
に相当）によって検出される。ファイバー３４は露光波
長の照明光を射出し、コンデンサーレンズ３３を介して
絞り３２を一様に照射する。絞り３２の開口を通った照
明光はレンズ系３１、ビームスプリッタ３０を介して対
物レンズＯＢｒに入射し、さらにミラーＭ２で垂直に折
り曲げられてレチクルＲのマークＲＭ　ｒを含む局所領
域を照射する。ここで絞り３２はレチクルＲと共役であ
り、レチクルＲ上には絞り３２の開口像が結像する。ま
たビームスプリッタ３０はテレセンドリンクな対物レン
ズＯＢｒの前側焦点面、すなわち投影レンズＰＬの瞳Ｅ
Ｐと共役な面の近傍に配置され、対物レンズＯＢｒから
戻ってくる光の一部を結像用レンズ３５の方へ５反射す
る。ＣＣＤ撮像素子３７Ａ、３７Ｂの受光面は対物レン
ズＯＢｒ、結像用レンズ３５によってレチクルＲと共益
であり、同時に投影レンズＰＬを介してウェハＷ、又は
基準板ＦＰとも共役である。尚、ファイバー３４の射出
端は投影レンズＰＬの瞳ＥＰと共役に配置され、ケーラ
ー照明が行なわれる１本実施例の場合、対物レンズＯＢ
ｒとビームスプリ、り３ｏとの間はアフォーカル系にな
っており、対物レンズＯＢｒとミラーＭ２とを一体にし
て第２図中で水平方向に可動にすることで、マークＲＭ
ｒの位置偏光に対応することも可能であるが、ここでは
系の安定性を考慮して、ミラーＭ２がレチクルＲ上で想
定される最大のパターン領域ＰＡの寸法の外側に位置す
るように、固定配置にする。

さて、ＣＣＤ素子３７Ａ、３７Ｂは、それぞれ水平走査
線がＸ方向とＸ方向になるように、互いに９０″″回わ
されており、十字線状のマークＲＭｒのＸ方向の位置計
測とＸ方向の位置計測とを別々に行なう、これは通常の
ＣＣＤ素子では、水平方向と垂直方向の画素分解能が異
なるため、単一のＣＣＤ素子で水平方向と垂直方向の両
方のマーク像のずれを検出したときの分解能の違いをさ
けるためである。画像処理ユニット３８は、ＣＣＤ素子
３７Ａ、３８Ａの夫々からの画像信号（ビデオ信号）を
入力して、基準板ＦＰ上の基準マークＦＭｒとレチクル
Ｒ上のマークＲＭｒとの位置ずれ量を検出し、この位置
ずれ量の情報を主制御装置５に送る。

以上の構成の他に、ウェハＷ上のグローバルアライメン
トマーク、レジスト層中の潜像、あるいは基準板ＦＰ上
の各基準マークを検出するオフ・アクシス方式のグロー
バルマーク検出系４０と、その処理ユニット４２とが設
けられる。また投影レンズＰＬの各種結像特性を調整、
ないしは補正するための調整ユニット５０Ａ、５０Ｂが
設けられ、主制御装置５によって統括制御される。ｔＡ
整ユニット５０Ａは、例えば投影レンズＰＬ内の所定の
空気室の圧力を制御することで、投影レンズＰＬの倍率
、焦点位置、デイスト−ジョン等を変化させる機能を有
し、調整ユニン）５０Ｂは投影レンズＰＬを構成する一
部のレンズエレメント（例えばレチクル側のフィールド
レンズ）を光軸方向に微動させたり、傾けたりする機能
を有する。

ところで、別波長ＴＴＲアライメント系と露光光ＴＴＲ
アライメント系とは、好しくは第９図に概略的に示すよ
うに配置される。第９図に示したレチクルＲのように、
パターン領域ＰＡ周辺の遮光帯ＥＳＢの各辺には、第７
図に示したようなレチクル格子マーク領域Ａｕ、ＡＩ！
、Ａｒ、Ａｄが形成される。マーク領域Ａｕ、Ａｄは第
９図中、Ｘ方向のアライメントに使われ、マーク領域Ａ
ｒ、ＡｌはＸ方向のアライメントに使われる。

さらに遮光帯ＥＳＢの外側にはレチクルマークＲＭｒと
対称的な位置に同様のレチクルマークＲＭ２が設けられ
る。

従って、２つの露光光ＴＴＲアライメント系の対物レン
ズＯＢｒ、ＯＢｆがグイクロイック−ミラーＤＭの下で
マークＲＭｒ、ＲＭｌを検出するように配置され、４つ
の別波長ＴＴＲアライメント系の対物し／ズ０ＢＪｕ、
０ＢＪｄ、０ＢＪｒ。

０ＢＪｌがグイクロイックミラーＤＭを介してそれぞれ
マーク領域Ａｕ、Ａｄ、Ａｒ、Ａｆｆｉを検出するよう
に配置される。

実際に別波長ＴＴＲアライメント系を使ってレチクルＲ
とウェハＷとをグイ・パイ・グイアライメントする場合
、必らずしも４眼を同時に使う必要はなく、３Ｉ！、も
しくは２眼にしてもよい。

これは、対応・するウェハ上の１ショット領域分のマー
ク　（ＷＭｕ、ＷＭｄ、ＷＭｒ、ＷＭｊりのうち欠損し
た部分があった場合でも、最低限、Ｘ方向用の１眼とＸ
方向用の１＠とが適正に光電信号を出力していれば、そ
のショットのアライメントを実行することで、極力アラ
イメントエラ−（シーケンスの中断）をさけることがで
きるからである。

次に、第９図に示したレチクルＲのマーク配置と、本実
施例に好適な基準板ＦＰ上のマーク配置とを第１Ｏ図、
第１１図を参照して説明する。

第１０図は好適な一例のレチクルＲのパターン配置であ
り、ここでは投影レンズＰＬによって投影し得る最大寸
法のパターン領域ＰＡを想定する。

レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心Ｒｃｃを通りχ軸
と平行な線分上に、２つの十字状のレチクルマークＲＭ
ｒ、ＲＭｌが設けられる。これらマークＲＭｒ、ＲＭＩ
はそれぞれ対物レンズＯＢ　ｒ。

０Ｂｆｆｉの視野のほぼ中心に設定される。また第１０
図に示したレチクルＲでは、４ケ所のマーク領域Ａｕ、
Ａｄ、Ａｒ、Ａｆｆｉはともにレチクル中心Ｒｃｃから
最も違い位置に配置され、第１０図中に破線で示した矩
形の領域Ｓｕ、Ｓｄ、５ｒＳＳ２は、それぞれ別波長Ｔ
ＴＲアライメント系の対物レンズ０ＢＪｕ、０ＢＪｄ、
○ＢＪｒ、ＯＢＪ！の光軸（検出中心）の可動範囲の一
例を示す。

第１０図の場合、マーク領域Ａｕ、Ａｄ、Ａｒ１、ｌは
いずれも対物レンズの可動範囲の最外位置に設けられて
いる。

第１０図は一例であって、場合によっては対物レンズ０
ＢＪｕ、０ＢＪｄの可動範囲Ｓｕ、Ｓｄの間に、対物レ
ンズ０ＢＪｒ、０ＢＪＩＩの可動範囲Ｓｒ、ＳＮが左右
から入り込んでくるようになっていてもよい。

また第１１図は基準板ＦＰ上の各マーク配置を示し、Ｘ
方向の左右に二重十字線状の基準マークＦＭｒ、ＦＭＳ
が設けられる。この２つのマークＦＭｒ＝　ＦＭｆの中
心間距離はレチクル上のマークＲＭｒ、ＲＭｆの中ＪＧ
Ｓ間距離に投影倍率（１／Ｍ）を乗じた値と等しく定め
られる。従って基準板ＦＰの中心Ｆｃｃをレチクル中心
Ｒｃｃの投影点と合致させると、マークＦ　Ｍ　ｒの二
重線の間にレチクルマークＲＭｒが位置した状態で、そ
れらが同時に露光光ＴＴＲアライメント系の対物レンズ
ＯＢｒによって観察され、マークＦＭｆｉの二重線の間
にレチクルマークＲＭｌが位置した状態で、それらが同
時に対物レンズＯＢｆによって観察される。

さらに基準板ＦＰ上には、その中心Ｆｃｃとレチクル中
心Ｒｃｃとを合致させたとき、レチクルＲ上の可動範囲
Ｓｕ、Ｓｄ、Ｓｒ、Ｓｊ！の夫々に対応した位置、及び
大きさになるように回折格子を刻線した基準マーク領域
Ｆｕ、Ｆｄ、Ｆｒ、Ｆｌが設けられる。例えば基準マー
ク領域Ｆｕには、ウェハＷ上のマークＷＭｕと同じに、
Ｘ方向に一定ピンチで刻線された格子群が形成され、レ
チクルＲ上のマーク領域ＡｕとのＸ方向の相対位置ずれ
の検出に使われる。他の基準マーク領域Ｆｄ、Ｆｒ、Ｆ
ｆｆについても同様である。従って、レチクルＲが交換
されてパターン領域ＰＡ（遮光帯ＥＳＢ）のサイズが変
ったとしても、レチクル上の各マーク領域Ａｕ＝　Ａｄ
−Ａｒ、Ａｊ！が可動範囲Ｓｕ、Ｓｄ、Ｓｒ、Ｓｆの内
側に存在する限り、マーク領域Ａｕと基準マークＦｕの
Ｘ方向のずれ、マーク領域Ａｄと基準マークＦｄのＸ方
向のずれ、マーク領域Ａｒと基準マークＦｒのＸ方向の
ずれ、及びマーク領域／ｌと基準マークＦ１のＸ方向の
ずれを、４眼（ＯＢＪｕ、０ＢＪｄ、０ＢＪｒ。

０ＢＪｌ）で同時に検出することができる。

また、第１１図中で、左右の基準マークＦ−ｒとＦｆを
構成する複数の格子はＸ方向に関して一対一に対応じて
おり、上下の基準マークＦｕとＦｄを構成する複数の格
子はＸ方向に関して一対一に対応じている。そして第１
０図に示したマーク領［ＡｕとＡｄのＸ方向の中心間隔
は、基準マークＦｕ、Ｆｄの格子ピッチの整数倍だけ正
確に離れ、マーク領域ＡｒとＡｌのＸ方向の中心間隔は
、基準マークＦｒ、Ｆｆの格子ピッチの整数倍だけ正確
に離れるように設定される。

次に、本実施例の動作、すなわちデイスト−ジョンを考
慮した露光光ＴＴＲアライメント系と別波長ＴＴＲアラ
イメント系とのベースライン計測を説明する。まず初め
に、任意のレチクル（例えば第１０図）をレチクルステ
ージＲ３上にセットし、露光光ＴＴＲアライメント系の
ＣＯＤ素子３７Ａ、３７Ｂを用いて、レチクルマークＲ
Ｍｒ。

ＲＭｊ！と基準板ＦＰのマークＦＭｒ、ＦＭｊ！を撮像
することで、レチクルアライメントを行なう。

次に４つの別波長ＴＴＲアライメント系の対物レンズ０
ＢＪｕ、０ＢＪｄ、ＯＢＪ　ｒ、０ＢＪｆｆｉ（金物１
１）を、各マーク領域Ａｕ、Ａｄ、Ａｒ、Ａｌの夫々に
対応した位置にセットした後、基準板ＦＰ上の各基準マ
ークＦｕ、Ｆｄ、Ｆｒ、Ｆｌを用いて各方向での２つの
ビームＬ１、Ｌ、ｚの照射位置のずれや、２つのビーム
Ｌ１、Ｌａｙのテレセン誤差をチエツクする。そのチエ
ツクが終了すると、その位置で４つの別波長ＴＴＲアラ
イメント系の夫々がレチクルＲと基準板ＦＰとの相対位
置ずれ量を求める。すなわち基準マークＦｕ（及びＦｄ
）とレチクルマークＡｕ（及びＡｄ）とのＸ方向のずれ
量と、基準マークＦｒ（及びＦｆ）とレチクルマークＡ
ｒ（及びＡＮ）とのＸ方向のずれ量を計測ユニット２７
を介して検出する。

主制御装置５は、検出されたずれ量に基づいて駆動部１
、又はステージドライバー４を制御して、レチクルステ
ージＲ３，又はウェハステージＳＴをサーボ駆動する０
本実施例の別波長ＴＴＲアライメント系は、レチクルマ
ークと基準マークとが静止した状態であっても、その相
対位置ずれ量が逐次計測できるヘテロダイン方式である
ため、計測ユニット２７は逐次、位置ずれ量に応じた情
報（Ｘ方向、Ｙ方向のシフト、回転方向のずれ量）を出
力し続ける。従って、４つの別波長ＴＴＲアライメント
系の計測ユニット２７によって計測された全ての位相差
Δφが零（又は一定値）になるように、レチクルＲと基
準板ＦＰとがアライメントされ続ける。この別波長ＴＴ
Ｒアライメントの間、露光光ＴＴＲアライメント系の画
像処理ユニット３８はレチクルマークＲＭｒと基準マー
クＦＭｒとのＸ、Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＸｒ、ΔＹｒ
）と、レチクルマークＲＭｆと基準マークＦＭ２とのＸ
、Ｙ方向の位置ずれｉｔ（ΔＸＸ、ΔＹｉ！、）とを逐
次（一定の時間間隔で）出力し続ける。

ただし、デイスト−ジョンが大きい場合は、設計値でそ
れによるずれ量を予めオフセット量とじて加えておく、
こうして露光光ＴＴＲアライメント系で求められるずれ
量（ΔＸｒ、ΔＹｒ）、（ΔＸｌ、ΔＹｌ）は、別波長
と露光光波長とのアライメント位置（マークＡｕ、Ａｄ
、Ａｒ、Ａｊｌｔ）でのデイスト−ジョン差の平均に相
当する。ここでさらに具体的に述べると、計測ユニット
２７によってレチクルマークＡｕ（基準マークＦｕ）と
Ａｄ（ｉ準マークＦｄ）の２つを検出した結果、それら
の位相差Δφがともに零になっていたとき、画像処理ユ
ニット３８が検出した位置ずれ量（Δχｒ、ΔＹｒ）、
（ΔｘＩ！、、ΔＹＮ）を記憶することを複数回行ない
、その記憶した結果を平均化することでレチクルＲと基
準板ＦＰとのデイスト−ジョン差による総合的なアライ
メント誤差（Ｘ、Ｙ、θ方向）が求められる０本実施例
の場合、別波長ＴＴＲアライメント系の４眼で同時にレ
チクルＲと基準板ＦＰとをアライメントするため、アラ
イメントの結果として、レチクルＲと基準板ＦＰとは、
別波長による投影レンズＰＬのデイスト−シラン特性に
応じて、わずかにＸ方向、Ｙ方向、θ方向の誤差をもつ
、この誤差はレチクルマークＡｕ、Ａｄ；　Ａｒ、Ａｌ
２の位置が変わらない限り、一定のオフセットと考えて
よい、そこで露光光ＴＴＲアライメント系でマークＲＭ
ｒＳＲＭＩと基準マークＦＭｒ、ＦＭＩとのずれ量を検
出すると、そのずれ量には、露光光のもとての投影レン
ズのマークＲＭｒ、ＲＭｌの位置におけるデイスト−ジ
ョン量を含んだＸ、Ｙ、θ方向のオフセント量が計測さ
れることになる。

従って、以後実際に別波長ＴＴＲアライメント系でウェ
ハＷ上のシッントをアライメントするときには、そのオ
フセント量だけずれた位置が真のアライメント達成位置
になるように、レチクルステージＲ３、又はウェハステ
ージＳＴを制御すればよい。上記χ、Ｙ、θ（回転）方
向のデイスト−ジョン差によるオフセット量は主制御装
置５内でユニット３８からのずれ量情報に基づいて算出
され、そのレチクルＲが再アライメントされたり、交換
されたりするまで記憶される。

尚、投影レンズＰＬにおける別波長と露光波長とのデイ
スト−ジョン差は、調整ユニット５０Ｂを駆動した時に
も変化し得るので、ユニット５０Ｂを大きく駆動した直
後等に、基準板ＦＰを使って再度、オフセット量を計測
するのが望ましい。

以上本実施例によれば、レチクルＲ上の４辺に別波長Ｔ
ＴＲアライメント用のマーク領域Ａｕ、Ａｄ、Ａｒ、Ａ
ｌを設け、基準板ＦＰ上の対応する基準マークＦｕ、Ｆ
ｄ、Ｆｒ、Ｆ７！を同時に検出しているため、別波長に
よるデイスト−シランの影響に起因したＴＴＲでの総合
アライメント誤差が正確に求められる。さらに本実施例
では投影レンズＰＬを介して、別波長ＴＴＲアライメン
ト系と露光光ＴＴＲアライメント系とを同時に動作させ
ると共に、ウェハステージＳＴの干渉計３での計測値を
全く使わないので、干渉計３で問題となる雰囲気中の空
気ゆらぎによる誤差が介在せず、極めて高精度なオフセ
ット量計測が可能となる。

また、本実施例では、極めて高分解能のヘテロダイン方
式の別波長ＴＴＲアライメント系を用いるため、例えば
基準板ＦＰ上の回折格子のピッチを４μｍ程度とすると
、位相差検出範囲（±１８０°）は±１μｍになり、ノ
イズ等を考慮した実用的な位相計測分解能を±２°とす
ると、位置ずれ検出分解能は約±０．０１μｍにもなる
。

従って、ヘテロゲイン方式の別波長ＴＴＲアライメント
系を使ってレチクルＲと基準板ＦＰとをアライメントサ
ーボすると、極めて安定な位置決めが達成される。

ところで、本実施例の投影レンズＰＬは両側テレセンド
リンクとしたが、これはもちろん片側テレセンドリンク
でもよい０両側テレセンドリンクの投影レンズの場合、
露光光ＴＴＲアライメント系の対物レンズの光軸は、レ
チクル面と垂直になるとともに、投影レンズＰＬの瞳中
心点を通る主光線とも一致する。このためレチクル上の
マークパターンが反射性のクロム層で作られていると、
このパターンからの正反射光がＣＣＤ素子によって強く
検出されることがあり、レチクルマークＲＭｒ、ＲＭＩ
と基準マークＦＭｒ、ＦＭｆとの両方が明るくなること
がある０石英ガラス等による基準板ＦＰ全全面クロム層
で覆い、基準マークＦＭｒ、ＦＭｊ！をエツチング等で
抜きパターンにした場合、基準マークＦＭｒ、ＦＭｊ！
は黒く見えるが、その周囲は全て明るくなることがあり
、レチクルマークＲＭｒ、ＲＭＩ自体のコントラストが
極めて低下することがある。このような場合は、露光光
ＴＴＲアライメント系の照明光路中、例えば第２図中の
ビームスプリンタ３０とレンズ系３１との間の瞳共役面
に、輪帯状開口部を有する開口絞り（空間フィルター）
を設け、レチクルＲを暗視野照明するようにしてもよい
、この際、ＣＯＤ素子上には、レチクルマークＲＭｒ、
ＲＭＩ、基準マークＦＭｒ、ＦＭｆの各エツジのみが明
るく輝く暗視野像が結像する。尚、その瞳共役面に設け
る空間フィルターは、同心で輪帯状にバターニングした
液晶やエレクトロ・クロミック（ＥＣ）等で構成し、暗
視野照明や明視野照明を切り替えたり、照明光の開口数
を可変にしたりすることもできる。

次に、第２図の装置を用いた重ね合わせ精度向上方法、
特に号機間マツチングの向上方法について説明する。

第１２図は投影レンズＰＬの露光波長のもとでのデイス
ト−ジョン特性（破線）と、別波長（アライメント光波
長）のもとてのディストーシーヨン特性（−点鎖線）と
を、理想格子（実ＡＩ）を基準として誇張して表、わし
たものである。

このようなデイスト−シランマツプは、例えばテストレ
チクルを用いて試し焼きを行なって作ることができる。

ただし、別波長でのデイスト−シランマツプは試し焼き
では作れず、先に述べた実施例と同様の手法を併用する
ことで作ることができる。

まずはしめに、パターン領域内の理想格子点の夫々に重
ね合わせ計測用のバーニアマークを存するテストレチク
ルを用意し、このテストレチクルを露光光ＴＴＲアライ
メント系によってアライメントする。そして、露光用照
明系内部のレチクルブラインドを全開にして、テストレ
チクルをダミーウェハ（感光レジスト層やフォトクロミ
ンク層、光磁気媒体等を塗布したベア・シリコンウェハ
）上に露光する。

次にテストレチクルの中心に設けられたバーニアマーク
のみが照明されるようにレチクルブラインドを閉め、ウ
ェハステージＳＴを理想格子点のピッチでステッピング
させては、先に露光されたテストレチクルのバーニアマ
ークの潜像と重ね合わせ露光する。

この場合、ウェハステージＳＴのステツピングは理想格
子の分割ピンチと一致していると考えられるので、初め
に露光された各バーニアマークの潜像と、２回目に重ね
焼きしたバーニアマークの潜像との重ね精度を計測する
ことによって、理想格子を基準とした露光波長でのデイ
スト−ジョン特性が求まる。この計測において、ダミー
ウェハ上のバーニアマークの潜像は、第２図に示したオ
フ・アクシス方式のグローバルマーク検出系４０で検出
してもよいし、バーニアマークの形状を工夫して、露光
光ＴＴＲアライメント系で検出してもよい、また、通常
のフォトレジスト層を使ったダミーウェハの場合は、−
度現像を行なって、バニアマークのレジスト像を作った
後に、別波長ＴＴＲアライメント系等で計測を行なって
もよい。

以上のようにして、理想格子点の夫々での重ね合わせ誤
差量を求め、各誤差量を最小２乗法で統計処理して、Ｘ
方向、Ｙ方向、θ方向の各オフセットを求める。さらに
そのオフセットから、第１２図中に破線で示したレチク
ルマークＲＭｒ、ＲＭｆｆｉの露光波長での像ＲＭｒ”
、ＲＭｆｆｉ′の理想位置（実線）からのずれ量（Δ０
Ｆ３１、ΔＯＦ。

１）、（Δ０Ｆ−ｔ、ΔｏＦ、）がシステムオフセント
として推定できる。

従って、レチクルマークＲＭｒ、ＲＭＩを露光光ＴＴＲ
アライメント系でアライメントするとき、そのシステム
オフセットを加味することで、理想格子と最も誤差の少
ないデイスト−シランマツプ上で常に露光ができること
になる。

さらに、露光波長のデイスト−ジョンと別波長のデイス
ト−シランとの差分は、先の第１実施例によって求める
ことができるから、その差分をさらに加味（補正）すれ
ば、別波長ＴＴＲアライメント系を使ったダイ・パイ・
ダイアライメントであっても、理想格子に最も近い状態
でレチクルのパターンがウェハ上のショット領域に重ね
合わせ露光される。このことは、１つの半導体製造ライ
ンを構成する複数台のステツパーの号機間のマツチング
を理想格子基準にできることを意味し、そのライン内で
のマツチング精度が向上することになる。

以上の実施例においては、第２図に示したステッパーを
用いることを前提としているため、露光光ＴＴＲアライ
メント系の検出中心は投影レンズの視野内で固定された
位置にある。そこで、第１２図で説明したように、予め
露光波長でのデイスト−シランマツプが理想格子と最も
近時するように、レチクＪレアライメント時のシステム
オフセット　（Δ○　ＦＩＩ＋％　　ΔＯＦ　ア、）　
、　　（Δ０Ｆ−ｔ、　ΔＯＦｙｇ）を求めて補正した
後に、別波長ＴＴＲアライメント系を用いてアライメン
ト位置での別波長のデイスト−ジョン誤差を求めるよう
にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば０、別波長ＴＴＲアライメ
ント系と露光光ＴＴＲアライメント系とを分離し、投影
光学系の像面に配置された基準マーク群を同時に検出す
るように構成したため、別波長を使ったときのデイスト
−シラン差を正確に計測することが可能となる。すなわ
ち投影光学系を介した露光波長のアライメント光と別波
長のアライメント光とが時間的に全く同時に各ＴＴＲア
ライメント系で検出されるため、光路内の微妙な空気ゆ
らぎ、温度分布のゆらぎ等による計測誤差を共通に含む
ことになり、相殺することが可能になる。また、ウェハ
ステージ等を走らせながら、レーザ干渉針を頼りに計測
する方法ではないので、レーザ干渉計自体の計測精度（
再現性）に左右されないといった利点もある。

また本発明においては、基準マーク群を使って複数本の
ＴＴＲアライメント系を同時に働かせることができるの
で、ＴＴＲアライメント系の対物レンズの移動の隙のビ
ーム位置決めや、テレセンチエツク、フォーカスチエツ
クも同時に実施でき、ＴＴＲアライメント系の設定のス
ルーブツト向上にも役立つといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるステッパーの原理的な構
成を示す斜視図、第２図は本発明の実施例によるステッ
パーの詳細な構成を示す図、第３図、第４図、第５図は
別波長ＴＴＲアライメント系の光学系を説明する図、第
６図（Ａ）はレチクル用基準格子を示す平面図、第６図
（Ｂ）はウェハ用視野絞りを示す平面図、第７図はレチ
クル格子マークの配置を示す平面図、第８図はウェハ格
子マークの配置を示す平面図、第９図は別波長ＴＴＲア
ライメント系と露光波長ＴＴＲアライメント系との実用
的な配置を示す斜視図、第１０図は実用的なレチクルの
パターン配置を示す平面図、第１１図は基準マーク板上
のパターン配置を示す平面図、第１２図は露光光、別波
長の夫々によるデイスト−シラン特性を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・−・・レチクル、 ＲＭｒ＝　ＲＭｌ・・・・・・レチクルマーク、ＰＬ・
・・・・・投影レンズ、 ０ＢＪｕ、０ＢＪｄ、０ＢＪｒ、０ＢＪＩ！、・・−・
−別波長ＴＴＲアライメント系の対物レンズ、Ａｕ、Ａ
ｄ、Ａｒ、Ａ１１−−・・−別波長ＴＴＲアライメント
用のレチクルマーク、 ＯＢｒ、ＯＢｆ・・・・・・露光光ＴＴＲアライメント
系の対物レンズ、 ＦＰ・・・・・・基準板、 ＳＴ・・・・・・ウェハステージ、 ＦＭｒ、ＦＭＩ・・・・・・露光光ＴＴＲアライメント
用の基準マーク、 Ｆ　ｕ、　Ｆ　ｄ、　Ｆ　ｒ、　Ｆ　Ｉ！−−−−−−
別波長ＴＴＲアライメント用の基準マーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の波長特性の光で照明されたマスクのパター
   ン像を感応基板上に結像投影する投影光学系と、前記感
   応基板を保持するステージと、該ステージ上に設けられ
   た基準板と、前記マスクに形成された第１マーク領域と
   前記投影光学系とを介して前記第１の波長特性と異なる
   第２の波長特性の光を、前記感応基板上、もしくは前記
   基準板上に形成された第２マーク領域に照射すると共に
   、該第２マーク領域から生じる光情報を検知する第１の
   マーク検出手段とを備えた装置において、前記感応基板
   上、もしくは前記基準板上には前記第２マーク領域と所
   定の位置関係で配置された第４マーク領域が形成され； 前記マスク上には前記第１マーク領域と所定の位置関係
   で配置された第３マーク領域が形成され； さらに、前記第１のマーク検出手段が前記第２マーク領
   域からの光情報を検知する状態で、前記第３マーク領域
   と前記投影光学系とを介して前記第１の波長特性の光を
   前記第４マーク領域に照射すると共に、前記第４マーク
   領域から生じる光情報を検知する第２のマーク検出手段
   と； 前記第１のマーク検出手段と前記第２のマーク検出手段
   の各検知結果に基づいて、前記第１マーク領域、又は第
   ２マーク領域が存在する前記投影光学系の視野内の位置
   での歪曲に起因した検出誤差を検出する誤差検出手段と
   を設けたことを特徴とする投影光学装置。
2. （２）前記第１のマーク検出手段は、前記マスク上の前
   記第１マーク領域の位置変化に応じて可動な第１対物レ
   ンズ系を有し、前記第２マーク領域には該第１対物レン
   ズ系の可動範囲に渡って同一のマークパターンが形成さ
   れていることを特徴とする請求項第１項に記載の装置。