JPH0525167B2

JPH0525167B2 -

Info

Publication number: JPH0525167B2
Application number: JP3398384A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Suwa; Hidemi Kawai; Masakazu Murakami
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1993-04-12
Also published as: JPS60178628A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の背景）従来より、感光剤（フオトレジスト）を塗布し
た半導体ウエハ（以下単にウエハとする）にマス
ク（レテイクル）のパターンを露光転写する際ウ
エハ上に設けられたアライメントマークと、マス
ク上に設けられたアライメントマークとを光電検
出して、自動的に位置合せする露光装置が種々提
案されている。特にレテイクルのパターンを投影
光学系で1/5又は1/10に縮小して転写する縮小投
影型露光装置は、高い解像力と位置合せ精度を備
えている。特に、レテイクルとウエハとを投影光
学系を介して直接位置合せする方法は信頼性が高
く作業者の操作性の点からも好ましい方法であ
る。ところで近年、１枚のウエハから得られる半
導体チツプの数を増すために、位置合せ用のアラ
イメントマークを形成する領域が小さくなるとと
もに、マーク自体の形状も小さくなつてきてい
る。特に光電検出の手段として２次元的な撮像素
子、例えばテレビカメラやCCD等を使う場合は、
通常走査線と所定角度で交わるアライメントマー
クのエツジを検出してレテイクルとウエハとの走
査線方向の位置ずれを検出している。ところがこ
の場合、撮像素子で撮像した画像すべての情報を
使うのではなく、画像中の局所的な部分について
の情報、例えば特定の走査線に応じた画像信号の
みを使うことがある。このとき、従来のアライメ
ントマークでは単なる直線的な形状であつたた
め、このアライメントマークのどの部分を通る走
査線に対応した画像信号を使うかの判別が難し
く、高速な処理ができないという欠点があつた。

（発明の目的）本発明は上記欠点を解決し、被露光基板（ウエ
ハ）上のアライメントマークが小さなものであつ
ても、マスクとの位置合せ時にただちに所望の画
像信号を選び出すことができるようなアライメン
トマークを備えた露光用マスクを提供することを
目的とする。

（発明の概要）本発明によれば、被露光基板（半導体ウエハ）
に設けられた位置合せ用の第１マーク（アライメ
ントマークＡ）に整合し得る第２マーク（アライ
メントマークＢ）を有するマスク（レテイクル）
において、第１マークと第２マークとを所定方向
（例えばｙ方向）に位置合せしたとき、例えば第
２マークがそのｙ方向と直交する方向（ｘ方向）
に関して整列すべき位置（アライメントマークＢ
の底辺から距離Lxの位置）を表わす指標パター
ン（ギヤツプG₁，G₂）を第２マークに設けるこ
とによつて上記目的が達成される。

（実施例）第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光
装置の概略的な光学配置図であり、第２図はその
露光装置を制御する制御系の回路ブロツク図であ
る。

第１図において、露光光束１は図示なき光源部
より供給され、メインコンデンサーレンズ２によ
つて投影原版としてのレテイクル（マスク）３を
照明する。そしてメインコンデンサーレンズ２に
より投影レンズ５の入射瞳面６内に光源の像が形
成される。レテイクル３の投影レンズ５側の面、
すなわちパターン面３ａ上には、所定のパターン
が形成されており、このパターンが投影レンズ５
によりウエハ７のパターン面７ａ上に所定の倍率
で縮小投影される。露光光束１はウエハ７のパタ
ーン面７ａ上に塗られたフオトレジストを感光さ
せるのに有効な光で、例えば超高圧水銀灯より発
生する波長435.8nm（ｇ線）の光や波長365nm（ｉ
線）の光等のような単波長の光が用いられる。

このような露光光学系に対して、ウエハ７に設
けられた位置合せ用のアライメントマークＡと、
レテイクルのパターン面３ｂの周辺部に設けられ
たアライメントマークＢとの位置関係を観察する
ためのアライメント光学系は次のようであり、露
光光束１と同一の波長の光が照明光として用いら
れる。レテイクル３の周縁の上部には、反射鏡１
４、第１対物レンズ１５、第２対物レンズ１６が
設けられている。第１対物レンズ１５の光軸１３
は反射鏡１４により直角に折りまげられ、レテイ
クル３のパターン面３ａと直交する。従つて、投
影レンズ５の光軸９と実質的に平行であり、また
第１対物レンズ１５の前側焦点はレテイクル３の
パターン面３ａ上に位置している。そして、この
位置関係を維持しつつ、第１対物レンズ１５と反
射鏡１４とが光軸１３にそつて一体的に依動可能
である。さらに、第１対物レンズ１５と第２対物
レンズ１６との間は常に平行系となつており、第
２対物レンズ１６の後側焦点位置に設けられた絞
り１８とレテイクル３のパターン面３ａとは第
１、第２対物レンズに関して共役であり、さらに
投影レンズ５に関してウエハ７のパターン面７ａ
とも共役である。ウエハ７上での照明領域を制限
するために設けられた絞り１８の後方にはコンデ
ンサーレンズ１９が設けられ、その焦点は絞り１
８の位置に合致している。コンデンサーレンズ１
９は第１、第２対物レンズの光軸１３と同軸上に
配置されている。そして、露光光束１と同一波長
の照明光を供給するためのライトガイド２０の射
出面２０ａはその中心が光軸１３から外れて設け
られている。一方、絞り１８と第２対物レンズ１
６との間にはビームスプリツター１７が配置され
る。そしてビームスプリツタ１７で分割された光
路中にはテレビカメラ等の撮像装置２１が設けら
れ、撮像装置２１の撮像面２１ａは、絞り１８と
同じく第１、第２対物レンズ１５，１６に関して
パターン面３ａと共役であり、またウエハ７のパ
ターン面７ａとも共役である。

このような構成によつてウエハ７のパターン面
７ａ上に設けられたアライメントマークＡとレテ
イクル３のパターン面３ａ上に設けられてアライ
メントマークＢとにライトガイド２０からの光束
が供給され、アライメントマークＡとＢの像が共
に撮像装置２１によつて観察される。第１図中に
はアライメントマークＡとアライメントマークＢ
とを通る主光線１１の様子を実線で記入した。主
光線１１は第１対物レンズ１５を射出した後、光
軸１３に平行となり、ビームスプリツター１７で
反射された後、撮像装置２１の撮像面２１ａの中
心に達する。一方、ビームスプリツター１７を通
過する主光線１１は絞り１８の中心を通り、コン
デンサーレンズ１９で屈折されて光軸１３に平行
になりライトガイド２０のほぼ中心に達する。す
なわちこの主光線１１がライトガイド２０から供
給される照明光の主光線に相当する。

また、上記第１対物レンズ１５と反射鏡１４と
はレテイクル３上のアライメントマークＢの位置
に応じて光軸１３の方向に一体に移動する。

以上のような反射鏡１４、第１対物レンズ１
５、第２対物レンズ１６、ビームスプリツタ１
７、絞り１８、コンデンサーレンズ１９、ライト
ガイド２０、及び撮像装置２１とで構成されたア
ライメント光学系は、第１図中で紙面と垂直な方
向にもう１組設けられ、この２組のアライメント
光学系によつてレテイクル３とウエハ７の２次元
的な位置ずれを検出するものである。

ところで第１図の構成において、レテイクル３
と投影レンズ５との間は非テレセントリツクな光
学系であり、投影レンズ５とウエハ７との間はテ
レセントリツクな光学系である。この場合、レテ
イクル３上のマークを投影レンズ５の光軸９が通
らない位置、例えばレチクル３の周辺に設けれ
ば、そのマークの照明光束（又はアライメント光
学系）の主光線１１はそのマークと投影レンズ５
の瞳６の中心とを結ぶ線と一致して、投影レンズ
の光軸９に対して傾いたもの、すなわち主光線１
１がレチクル３のパターン面３ａに垂直になら
ず、ある角度傾いたものになる。このため、レチ
クル３上のアライメントマークＢが金属薄膜で形
成され、光反射性であつても、そのマークを照明
した光の反射光はアライメント光学系、撮像装置
２１の方に戻らず他の方向に進むから、そのマー
クはウエハ７で反射してきた光で透過照明される
ことになり、アライメントマークＢの光像は黒つ
ぽい影となつて撮像される。このように、レチク
ル３側が非テレセントリツクな光学系である場合
は、レテイクル３上に形成されるアライメントマ
ークＢを反射性で遮光性のもの、光吸収性のもの
のいずれにしてもよい。

またレチクル３側、ウエハ７側ともテレセント
リツクな光学系になる場合、主光線１１はレチク
ル３に垂直（投影レンズ５の光軸９と平行）にな
るので、レテイクル３上のマークを光吸収性にし
ておくか、もしくは、レチクル３を偏光した光で
照明し、レチクル３とウエハ７との間の光路中に
偏光状態を変える部材（例えば1/4波長板）を入
れて、アライメントマークＢからの反射光はカツ
トし、ウエハ７からの反射光は透過するような、
偏光分離特性を有する光学系を設ければよい。

さて第１図において、ウエハ７はウエハホルダ
８に真空吸着される。ステージ１０はベース上を
２次元的（互いに直交するｘ方向とｙ方向）に移
動可能であり、ウエハホルダ８はこのステージ１
０に設けられて一体に２次元移動する。またウエ
ハホルダ８はステージ１０に対して、投影レンズ
５の光軸９の方向（Ｚ方向）に移動可能である。
基準マーク板１２にはレテイクル３のアライメン
トマークＢと整合し得る基準マークが設けられて
いて、レテイクル３とステージ１０との位置を規
定する際に使われる。この基準マーク板１２上の
マーク以外の表面は所定の光反射率を有し、ウエ
ハホルダ８に固定されている。

第２図の回路ブロツク図において、第２対物レ
ンズ１６で結像されたアライメントマークＡ、又
はＢの像の明暗は撮像装置２１で光電変換され、
その画像信号は信号処理回路３０に入力する。信
号処理回路３０は画像信号を処理して撮像面２１
ａ上にできた像のコントラストを検出し、アライ
メントマークＡとＢとの相対的な位置ずれ量に応
じた検出情報を制御回路３１に出力する。また駆
動回路３４で駆動されるモータ３５はウエハホル
ダ８をＺ方向に移動し、その移動量は制御回路３
１から出力される駆動情報によつて制御される。
さらに駆動回路３６で駆動されるモータ３７，３
８はステージ１０をそれぞれｘ方向とｙ方向とに
移動し、その移動量は制御回路３１からの検出情
報に基づいて出力される駆動情報によつて制御さ
れる。そして、ステージ１０の２次元的な位置、
すなわち直交座標系xyの座標位置はレーザ干渉
測長器又はエンコーダ等を用いた座標測定装置３
９によつて逐次検出され、その検出された座標位
置は制御回路３１で処理されてステージ１０の位
置決めのために使われる。

第３図はウエハ７上の所定のパターンと重ね合
せ露光するときに使うレテイクル３の具体的な平
面図、第４図は基準マーク板１２の平面図であ
る。レテイクル３は矩形状のガラス板にクロム等
の金属薄膜を周辺部に蒸着して遮光部３ａを形成
し、その内側の領域３ｂ内に所望の回路パターン
を形成したものである。レテイクル３の中心RC
を原点に座標系xyを定めたとき、ｘ軸上で領域
３ｂの外周辺に、ｙ方向の位置合せ用のアライメ
ントマークＢが設けられている。尚、ｘ方向のア
ライメントマークはｙ軸上に同様に設けられる。
アライメントマークＢは第１図に示した反射鏡１
４、第１対物レンズ１５、第２対物レンズ１６及
び撮像装置２１によつて観察される。このレテイ
クル３はその中心RCが投影レンズ５の光軸９を
通るように位置決めされる。アライメントマーク
Ｂの中心RC対するｘ方向の位置はレテイクル３
の設計時に予めわかつている。そこで第１図のよ
うにレテイクル３を配置して、反射鏡１４と第１
対物レンズ１５とを光軸１３方向に移動すること
によつて、アライメントマークＢが撮像装置２１
によつて観察される。尚、第３図中点線で示した
円形の領域PAは投影レンズ５で投影可能な最大
露光領域、いわゆるイメージフイールドを表わ
す。また、ｘ方向のアライメントマークはもう１
組のアライメント光学系によつて観察されるよう
に配置されている。

一方、基準マーク板１２には、ステージ１０の
位置とレテイクル３の投影像の位置との対応付け
のために、ｘ方向に伸びた線状の基準マークFy
と、ｙ方向に伸びた線状の基準マークFxとが十
字状に設けられている。

第５図はレテイクル３のアライメントマークＢ
の拡大図である。アライメントマークＢの中心線
を座標系xyのｘ軸と一致させるものとすると、
アライメントマークＢはｘ軸に関してｙ方向に左
右対称な形状であり、ｘ方向の長さDxでｙ方向
の長さDyの矩形状の透明窓である。そしてこの
透明窓内にはｘ軸から等しい距離で互いの間隔が
Lyの２本の線状パターンP₁，P₂がｘ軸と平行に
形成されている。この線状パターンP₁，P₂のち
ようど中心にウエハ７上のアライメントマークＡ
が挾み込まれるように観察されたとき、レテイク
ル３の領域３ｂとウエハ７上の露光すべき１つの
領域とが投影レンズ５を介して正確に重なり合う
ことになる。さて、その線状パターンP₁，P₂に
は透明窓の底辺からｘ方向に距離Lxの位置に、
微小なギヤツプＧ１，Ｇ２が形成されている。ギ
ヤツプＧ１，Ｇ２のところにはクロム層が蒸着さ
れず、光透過性である。このギヤツプＧ１，Ｇ２
が撮像装置２１の水平走査線を選ぶ際の基準とな
る。また、透明窓の底辺部の中央には、ｙ方向の
幅ｄの微小な凹部P₃が形成されている。この凹
部P₃は基準マーク板１２のマークFyをｙ方向に
挾み込んで目合せするためのものであり、幅ｄは
マークFyの像のレテイクル３上での幅よりもわ
ずかに大きく定められている。この凹部P₃によ
つて、マークFyを目合せすることによつて、レ
テイクル３とステージ１０との位置の対応付けを
行なうことができる。

さて、第６図は信号処理回路３０の具体的な回
路の一例を示す回路ブロツク図である。撮像装置
２１からの画像信号の大きさ（レベル）はアナロ
グ−デジタル変換器（以下、ADCとする）４０
でデジタル値に変換され、そのデジタル値はラン
ダム・アクセス可能なメモリ回路（以下、RAM
とする）４１に記憶される。また撮像装置２１か
らは、水平走査線用の同期信号（水平周期信号）
RSが出力され、カウンタ４２はこの水平周期信
号HSに基づいて、１走査線を例えば1024画素に
分割するように、１走査期間中に1024個のパルス
を作り出し、そのパルスを順次計数する。その計
数値はRAM４１にアドレス信号として印加さ
れ、この結果RAM４１には１走査線に対応した
画像信号の各画素毎のレベルがアドレス順に記憶
される。マイクロプロセツサー（以下MPUと呼
ぶ）４３はRAM４１の書き込みや読み出しを制
御するとともに、RAM４１に記憶された画像デ
ータに基づいて、アライメントマークＢとアライ
メントマークＡとの位置ずれ量を演算する。また
撮像装置２１からは２次元的な走査のためにのこ
ぎり波形の垂直走査信号VSも出力され、前述の
画像信号、水平周期信号HSとともに、テレビブ
ラウン管（以下CRTと呼ぶ）４４に印加される。
CRT４４は撮像された画像を表示するとともに、
水平方向のカソール線をも表示する。カーソル線
は、カーソル線の垂直方向の位置を入力するため
のジヨイステイツク等の可変抵抗４６と、この可
変抵抗４６で設定された電圧Vrと垂直走査信号
VSの電圧とが一致したときパルス状のカーソル
信号を発生するカーソル信号発生器４５と、その
カーソル信号をスイツチ４７を介して画像信号と
加算する加算器４８とによつて作られる。また可
変抵抗４６からの設定電圧Vrと垂直走査信号VS
とはスイツチ４９を介して択一的にアナログ−デ
ジタル変換器（以下、ADCとする）５０に入力
する。ADC５０は設定電圧Vr、又は垂直走査信
号VSのいずれか一方をデジタル値に変換して、
MPU４３に出力する。このような構成において、
カーソル線を表示するときはスイツチ４７を閉じ
るだけでよく、その垂直方向の表示位置は可変抵
抗４６を調整するだけでよい。また、そのスイツ
チ４７とスイツチ４９は、MPU４３により所定
のプログラムに従つて自動的に切換えられるもの
とする。

次に本実施例の動作を説明するが、ここでは例
えば第１層目のパターンをウエハ７上に形成し、
その後、第２層目のパターンをウエハ７上の第１
層目に重ね合せて露光するまでの一連の工程を含
めて説明する。

まず第１層目のパターンを第１図に示した露光
装置を使つてウエハ７上に露光するときは、第３
図に示したレチクル３の代りに第７図に示したレ
チクル３′を露光装置にセツトする。第７図のレ
チクル３′の矩形状の領域３b′はレチクル３の領
域３ｂと同一サイズであり、この領域３b′内に第
１層目のパターンが描かれている。もちろん領域
３b′の周辺にはクロム層による遮光領域３a′が形
成され、中心RCを原点とする座標系xyのｘ軸上
でレチクル３のアライメントマークＢに対応する
位置にはウエハ７上に形成すべきアライメントマ
ークＡを作るためのマークＢがアライメントマー
クＢと同一サイズで設けられている。第８図ａは
そのマークB′の拡大図であり、ｘ方向の長さが
Dxで、ｙ方向の長さがDyの矩形領域を、ｘ方向
に２等分し、レチクル３′の中心RCに近い領域
Ar１は全面をクロム層で遮光し、その中央に台
形状のパターンＰ４を光透過性にして設ける。一
方、領域Ar１の下段の領域Ar２はクロム層の全
面に長方形の透明窓を設け、その中央にパターン
Ｐ４と同一サイズの台形状のパターンＰ５をクロ
ム層で遮光性にして設ける。さて、２つの台形パ
ターンＰ４，Ｐ５はともにｘ軸に関して線対称に
なるように配置されており、特に台形パターンＰ
５の中心はマークB′の底辺部からｘ方向に距離
Lxの位置に形成される。また台形パターンＰ４，
Ｐ５の形状は第８図ｂに示すように、その斜辺の
傾きが、高さｂと下底と上底の差分の長さａとの
比が９対１になるように定められ、斜辺がｘ軸と
平行に近く、しかも作り易い傾きに選ばれてい
る。

以上のようなレテイクル３′を用いて、ウエハ
７上にステツプアンドリピート方式で露光を繰り
返すことによつて、レテイクル３′の領域３b′と
アライメントマークB′とが座標系xyに従つてマ
トリツクス状に配列する。そして、そのウエハ７
を現像した後、第１層目のプロセス（エツチン
グ、蒸着等）を行なう。こうして第１層目が形成
されたウエハ７は再びフオトレジストルが塗布さ
れて、第１図の露光装置のステージ１０に載置さ
れる。第１層目が形成されたウエハ７上には例え
ば第９図に示すように、レテイクル３′の領域３
b′の転写パターン、すなわちチツプが所定のピツ
チで配列される。第９図ではウエハ７の中央付近
で座標系xyのｘ軸に沿つた３つのチツプC₀，C₁，
C₂を代表的に示す。チツプC₀とC₁の間にはチツ
プC₀に付随してマークB′に応じたアライメント
マークA₀が形成され、チツプC₁とC₂の間にはチ
ツプC₁に付随してマークB′に応じたアライメン
トマークA₁が形成される。アライメントマーク
A₀，A₁はともに、マークB′の台形パターンＰ４，
Ｐ５に応じた台形パターンＰ４′，Ｐ５′を有す
る。台形パターンＰ４′，Ｐ５′は第１層目のフオ
トレジストがポジかネガか、又はプロセスによつ
てウエハ７の表面に凹凸に形成される。本実施例
でマークB′の透明部はウエハ７上で凸に形成さ
れるものとすると、台形パターンＰ４′は凸にな
り、台形パターンＰ５′が凹になる。第１０図は
その台形パターンＰ４′，Ｐ５′を示す拡大斜視図
である。台形パターンＰ５′はレテイクル３′のマ
ークB′の領域Ar２によつて形成された長方形の
凸部Ar２′内に凹部として形成される。

以下、このような凸形パターンＰ４′及び凹形
パターンＰ５′を対にして形成する理由を説明す
る。第１１図に示すように、レチクルとのアライ
メントはウエハ７の上に形成された第１層目Ar
２′の上にフオトレジストPRを塗布した状態で行
われるから、フオトレジスト膜の表面で反射され
た照明光と台形パターン部Ｐ４′または台形パタ
ーン部Ｐ５′で反射された照明光とが干渉を起こ
す可能性がある。いま、フオトレジストPRの屈
折率をｎとし、フオトレジスト表面とパターンＰ
４′，Ｐ５′との間隔をそれぞれd₁，d₂としたとき
レジスト表面とパターンＰ４′，Ｐ５′との間の光
学的距離Ｄ１，Ｄ２は以下のように表わされる。
D1＝ｎ・d₁、D2＝ｎ・d₂。従つて、レジスト表
面で反射した照明光とパターンＰ４′，Ｐ５′の表
面で反射した照明光とが干渉する条件は、照明光
の波長をλとすると、d₁＝λ/2n、d₂＝λ/2nであ
る。例えば、λ＝436nmとするとd₁（＝d₂）≒
130nmのときに干渉縞が生ずる（詳しくは130nm
の整数倍のフオトレジスト膜厚のときに干渉縞が
発生する）。

そこで、第１０，１１図示のように凸、凹形の
パターンＰ４′，Ｐ５′を同一層に形成しておく
と、例えば凸形パターンＰ４′上方のレジスト膜
厚d₁が干渉条件を満足したときには、凹形パター
ンＰ５′上方のレジスト膜厚d₂は干渉条件を外れ
ている確率が非常に高い。それ故、凸形、凹形パ
ターンＰ４′，Ｐ５′を対にして形成し、干渉縞が
発生していない方のパターンをアライメント用に
使用するのである。

さて、第２層目の露光のときは第３図に示した
レテイクル３を第１図の露光装置にセツトする。
そして、ライトガイド２０から照明光を発し、撮
像装置２１によつてレテイクル３のアライメント
マークＢを撮像する。このときステージ１０はウ
エハ７にレテイクル３を透過した照明光があたら
ないように退避している。ただし、アライメント
マークＢの投影位置には基準マーク板１２の反射
面を配置する。そしてこのような状態で、作業者
は第６図のCRT４４を観察して信号処理回路３
０の初期設定（イニシヤライズ）を実行する。こ
の動作を第１２図のフローチヤート図に基づいて
説明する。まずステツプ100でMPU４３はスイツ
チ４７を閉じて、CRT４４にカーソル線を表示
するとともに、スイツチ４９を切替えて設定電圧
Vrを選択する。次のステツプ101は作業者が
CRT４４を見ながらカーソル線がアライメント
マークＢの２本の線状パターンＰ１，Ｐ２のギヤ
ツプＧ１，Ｇ２に位置するように可変抵抗４６を
調整するものである。このときの様子を第１３図
に示す。第１３図は撮像されたアライメントマー
クＢと走査線SL、カーソル線CLとの関係を示す
図である。走査線SLは線状パターンＰ１，Ｐ２
と直交するように図中左端から右端まで一直線に
延びる。カーソル線CLは一本の走査線上に現わ
れる。そして、このカーソル線CLは線状パター
ンＰ１，Ｐ２のギヤツプＧ１，Ｇ２のそれぞれに
挟み込まれるように位置合せされる。

次のステツプ102でMPU４３はADC５０でデ
ジタル値に変換された設定電圧Vrを読み込み、
その値をカーソル位置Drとして記憶する。この
読み込みは作業者が第１３図のような状態を確認
してから、不図示のスイツチを投入することによ
つて行なわれる。そして最後にMPU４３はステ
ツプ103でスイツチ４７を開いてCRT４４に表示
されたカーソル線CLを消去するとともに、スイ
ツチ４９を元に戻して垂直走査信号VSを選択す
る。

さて、初期設定が終了すると制御回路３１は座
標測定器３９、駆動回路３６、ステージ１０、及
び不図示のウエハアライメント顕微鏡等と共働し
て、ウエハ７の露光装置本体に対する位置合せを
行なう。この位置合せの方法は例えば特開昭56−
102823号公報に開示されているように公知であ
り、また本発明と直接関係しないので説明は省略
する。そして次に制御回路３１は例えばウエハ７
上に重ね焼きすべき第１番目のチツプC₀とレテ
イクル３の領域３ｂの投影像とが概ね位置合せさ
れるように、座標測定器３９によつてステージ１
０の位置決めを行なう。その後、ライトガイド２
０から照明光を発すると、撮像装置２１の撮像面
２１ａには例えば第１４図に示すようにアライメ
ントマークＢとA₀との像が重ね合されて結像す
る。

ところで、先にも説明したように、ウエハ７に
はフオトレジストが塗布されているので、アライ
メントマークA₀の２つの台形パターンＰ４′，Ｐ
５′のうち、一方のパターンは他方のパターンに
対して干渉縞が多く観察される。この干渉縞のた
めに画像信号のS/Nが悪化し、位置ずれ検出の精
度を低下させるばかりでなく、極端な場合、パタ
ーンの検出そのものが不可能になることがある。
本実施例では、ウエハ７上の第１番目に露光する
チツプC₀に関しては、CRT４４を使つて目視で
台形パターンＰ４′とＰ５′のどちらを使うかを選
択するようにした。以下、その動作とそれに引き
続く位置ずれ検出の動作について第１５図のフロ
ーチヤート図を参照して説明する。まず作業者は
ステツプ104でCRT４４に表示された台形パター
ンＰ４′とＰ５′の見え具合をくらべて、干渉縞が
少くはコントラストのよい方のパターンを選び、
そのどちらを使うかをステツプ105でMPU４３に
指令する。ステツプ105で台形パターンＰ４′を使
うことが指令されると、MPU４３はステツプ106
で撮像装置２１の１画面中の走査線のうち、第１
５図に示すような走査線SL１を選ぶようなデー
タを作り出す。この走査線SL１はギヤツプＧ１
とＧ２を通る走査線、すなわち先の初期設定時に
表示したカーソル線CLよりも所定量αだけ下方
で、線状パターンＰ１，Ｐ２と交わるような位置
に定められている。このステツプ106でMPU４３
は先のステツプ102で記憶した値Drにαに応じた
値を加算して、その加算値Dr１を再度記憶する。
一方、ステツプ105で台形パターンＰ５′を使うこ
とが指令されると、MPU４３はステツプ107で走
査線SL２を選ぶためのデータを作り出す。走査
線SL２は走査線SL１が台形パターンＰ５′の中
心を通つたとき、台形パターンＰ４′の中心を通
るようにギヤツプＧ１，Ｇ２から所定量βだけ上
方に定められている。そしてMPU４３は値Drか
らβに応じた値を減算して、その減算値Dr２を
再度記憶する。本実施例では台形パターンＰ５′
が選ばれたものとする。

次にMPU４３はステツプ108、109でADC５０
でデジタル値に変換された垂直走査信号VSの電
圧を読み込み、その値と記憶されたテータ値Dr
１（又はDr２）と比較することを１画面の走査
中順次繰り返す。ここでは走査線SL１が選ばれ
ているので、垂直走査信号VSのデジタル値が値
Dr１と一致したとき、MPU４３は次のステツプ
110で、その走査線SL１の画像信号について、
RAM４１に書き込みを開始するような指令を、
RAM４１とカウンタ４２に出力する。これによ
つてカウンタ４２は例えば計数値が零にリセツト
された後、水平同期信号HSの入力に応答して
1024までカウントアツプして停止する。この計数
動作中、ADC４０でデジタル値に変換された画
像信号はRAM４１の０番地から1024番地までの
領域に順次記憶される。第１６図はRAM４１に
記憶された走査線SL１上の画像信号の強度分布
を示し、本来は離散的な分布となるが、わかりや
すくするため連続した波形で表わした、この図で
横軸は番地、縦軸は画像信号の強度（レベル）を
表わす。

次にステツプ111の区間切り出しでMPU４３は
RAM４１に記憶された画像信号を読み出して、
まずレテイクル３のアライメントマークＢの線状
パターンＰ１，Ｐ２に応じて生じた波形上のボト
ムBT１とBT２を検出し、このボトムBT１と
BT２のそれぞれの中心に対応する番地AD１と
AD２を見つける。この番地AD１からAD２まで
の区間に、台形パターンＰ５′に応じて生じた波
形上のピーク部PTが存在する。

次にMPU４３はステツプ112の微分演算で、第
１６図に示した番地AD１からAD２までの区間
を微分して、ピーク部PTの立上りの中心に対応
する番地AD３と、ピーク部PTの立下りの中心
に対応する番地AD４とを検出する。次にMPU
４３はステツプ113のアライメントマークＢのセ
ンター出しで、番地AD１とAD２の中心に位置
する番地ADbを算出し、ステツプ114のアライメ
ントマークＡのセンター出しで番地AD３とAD
４に中心に位置する番地ADaを算出する。そし
て、最後のステツプ115でMPU４３は番地ADa
とADbの差を求め、その差分に投影レンズ５の
倍率やアライメント光学系の倍率等に応じた定数
ｋを乗算して、アライメントマークＡとアライメ
ントマークＢのｙ方向の相対的な位置ずれ量△ｙ
をウエハ７上でのずれ量に換算して求める。この
求めたずれ量△ｙは第１４図において、線状パタ
ーンＰ１，Ｐ２の中心線（ｘ軸）と、台形パター
ンＤ４′，Ｐ５′の中心線CCとのｙ方向のずれ量
である。

以上のようにして求めたずれ量△ｙはMPU４
３から制御回路３１に出力され、制御回路３１は
ずれ量△ｙに応じた量だけステージ１０をｙ方向
に微動して台形パターンＰ４′，Ｐ５′の中心線
CCとｘ軸とを一致させる。これによつてウエハ
７上のチツプC₀とレテイクル３の領域３ｂの投
影像とのｙ方向の位置合せが完了する。ｘ方向の
位置合せも全く同様に行なわれ、チツプC₀と領
域３ｂとは正確に重ね合されたことになる。ここ
でレテイクル３に所定時間だけ露光光束１を照射
して、ウエハ７のチツプC₀を露光する。チツプ
C₀の露光が終ると、領域３ｂの投影像とチツプ
C₁が重なるようにステージ１０をｘ方向に所定
ピツチだけ歩進させて、同様にアライメントマー
クＢとアライメントマークＡ１との位置合せを行
なう。ただし、ウエハ７上に露光する番目からの
チツプに関しては、ステツプ104、105、106、107
を不要として、ただちにステツプ108を実行して
もよい。これは同一ウエハ上ではアライメントマ
ークＡの台形パターンＰ４′，Ｐ５′のうち見え具
合のよい方は概ね一義的に決まるからである。

以上、本発明の第１の実施例では、信号処理回
路３０の構成上、走査線SL１はあえてアライメ
ントマークＢのギヤツプＧ１，Ｇ２を通らないよ
うにしたが、必らずしもその必要はない。

次に本発明の第２の実施例を第１７図により説
明する。第２の実施例ではカーソル線CLを使わ
ずにギヤツプＧ１，Ｇ２を通る走査線SL１の位
置に応じたデータ値Drを求める。第１７図はギ
ヤツプＧ１，Ｇ２を通る走査線の画像信号と、線
状パターンＰ１，Ｐ２を横切る走査線の画像信号
との相関を取るための走査線判定回路の回路ブロ
ツク図であり、第６図の回路にそのまま付加する
ことができる。撮像装置２１からの画像信号は２
値化回路６０に入力して、走査線中の各画素毎に
論理値「０」、「１」の時系列的な２値化信号に変
換される。シフトレジスタ６１はその２値化信号
を順次入力して、一走査線分の各画素を１ビツト
ずつシフトする。走査線は1024画素としたのでこ
のシフトレジスタ６１は1024ビツトの記憶素子で
構成される。シフトレジスタ６２も1024ビツトで
あり、シフトレジスタ６１と直列に接続される。
従つてシフトレジスタ６１には走査中の走査線に
応じた２値化信号が格納され、シフトレジスタ６
２にはその走査線の１つ前の走査線に応じた２値
化信号が格納される。デジタル相関器６３はシフ
トレジスタ６１の1024ビツトのデータと、シフト
レジスタ６２の1024ビツトのデータとを比較し
て、両データが一致しないときは信号６４を
MPU４３に出力する。ただしその比較は水平同
期信号HSに基づいて、一走査の終了時で次の走
査の開始までの間に行なわれるように定められて
いる。また、撮像装置２１からの垂直走査信号
VSは第６図のADC５０に入力する。

このような構成において、撮像装置２１が第１
３図のようにアライメントマークＢのみを撮像す
るようにした後、MPU４３はデジタル相関器６
３からの信号６４をモニターし、信号６４を検出
した時、ADC５０のデジタル値を読み込んで記
憶する。第１３図のアライメントマークＢの場
合、走査線が線状パターンＰ１，Ｐ２を通る状態
からギヤツプＧ１，Ｇ２を通る状態に移行したと
き信号６４が発生し、MPU４３はその時の垂直
走査信号VSのレベルを値Drとして記憶する。以
上のように、本実施例では初期設定時にカーソル
線を使つて目視により走査線を選ぶことがなくな
り、作業者の操作が低減される。

以上、本発明の２つの実施例を示したが、その
他に、レテイクル３の線状パターンＰ１，Ｐ２に
よつて挟み込まれる台形パターンＰ４′のｘ方向
の位置に応じて、ギヤツプＧ１，Ｇ２から上方
（＋ｘ方向）に台形パターンＰ４′とＰ５′との中
心間隔分だけ離れて、さらにギヤツプを形成して
おいてもよい。そしてそのギヤツプに対してもカ
ーソル線を合せて、画像処理に使うべき走査線の
位置として記憶させてもよい。また必らずしもク
ロム層のないギヤツプである必要はなく、線状パ
ターンＰ１，Ｐ２と幅が異なる段部をアライメン
トマークＢの底部から距離Lxに設けるようにし
ても同様の効果が得られる。また撮像装置２１の
撮像面２１ａに、ｘ方向とｙ方向のアライメント
マークＢの像を同時に結像するような合成光学系
を設け、ｘ方向とｙ方向の両アライメントマーク
をCRT４４で上下２段に分けて観察するように
しても同様の効果が得られる。さらにウエハ７上
のアライメントマークＡの台形パターンは必らず
しも２つである必要はなく、１つであつてもよ
い。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、マスクのマーク
と整合する被露光基板上のマークが、小さい場
合、又は単一のパターンではなく複数のパターン
の集合であつても、マスクのマークには指標パタ
ーンが設けられているので、選択すべき画像信号
等が高速に検出でき、この結果位置合せに用する
時間を短縮することができる。また、指標パター
ンを第２マークに設けたので、マスクと第２マー
クの画像検出手段との位置ずれが生じて、第２マ
ークが画像中で多少ずれたとしても、ただちに選
択すべき画像信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に適した縮小投影型露
光装置の概略的な光学配置図、第２図は第１図の
露光装置の制御系の回路ブロツク図、第３図は重
ね合せ露光する場合のレテイクル３の平面図、第
４図は基準マーク板１２の平面図、第５図はレテ
イクル３のアライメントマークＢの形状を示す平
面図、第６図は信号処理回路３０の具体的な回路
ブロツク図、第７図はレテイクル３と重ね合され
るウエハ上のパターンを形成するためのレテイク
ル３′の平面図、第８図ａはレテイクル３′に設け
られたアライメントマークB′の形状を示す平面
図、第８図ｂは台形パターンの形状を示す平面
図、第９図はウエハ上に形成されたチツプとアラ
イメントマークＡとを示す平面図、第１０図はウ
エハ上のアライメントマークＡの形成状態を示す
斜視図、第１１図はアライメントマークＡとして
２つの同一サイズの台形パターンを形成する原理
を説明するための断面図、第１２図は初期設定の
動作を説明するフロチヤート図、第１３図は初期
設定時のアライメントマークＢとカーソル線CL
の様子を示す図、第１４図はアライメントマーク
ＡとアライメントマークＢとの位置合せ状態を示
す図、第１５図はアライメントマークＡとＢの位
置ずれ量を検出する動作を説明するフローチヤー
ト図、第１６図は１つの走査線に対応して得られ
た画像信号の波形図、第１７図は、本発明の第２
の実施例による走査線判定回路の回路ブロツク図
である。〔主要部分の符号の説明〕３，３′…レテイ
クル（マスク）、５…縮小投影レンズ、７…ウエ
ハ、１０…ステージ、２１…撮像装置、３０…信
号処理回路、４４…テレビブラウン管（CRT）、
Ａ，A₀，A₁，Ｂ，B′…アライメントマーク、Ｐ
１，Ｐ２…線状パターン、Ｐ４′，Ｐ５′…台形パ
ターン、Ｇ１，Ｇ２…ギヤツプ（指標パターン）、
SL，SL１，SL２…走査線、CL…カーソル線。

Claims

【特許請求の範囲】

１被露光基板に設けられた位置合せ用の第１マ
ークに整合し得る第２マークを有するマスクにお
いて、前記第１マークと第２マークとを位置合せ
したとき、前記第１マークが整列すべき位置を表
わすための指標パターンを前記第２マークに設け
たことを特徴とする露光用マスク。