JPH0722097B2

JPH0722097B2 - 投影露光方法

Info

Publication number: JPH0722097B2
Application number: JP59119463A
Authority: JP
Inventors: 敏男松浦; 成郎村上; 裕二今井; 和哉太田; 昭一谷元
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1984-06-11
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPS60262423A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は投影露光方法に関し、特に半導体素子製造用の
投影露光装置を用いた投影露光方法に関する。

（発明の背景）大規模集積回路（LSI）パターンの微細化は年々進行し
ているが、微細化に対する要求を満たし、且つ生産性の
高い回路パターン焼付け装置として縮小投影型露光装置
が普及してきている。従来より用いられてきたこれらの
装置においては、シリコンウエハに焼付けされるべきパ
ターンの何倍か（例えば５倍）のレチクルパターンが投
影レンズによって縮小投影され、１回の露光で焼付けさ
れるのはウエハ上で対角長21mmの正方形よりも小さい程
度の領域である。従って直径125mm位のウエハ全面にパ
ターンを焼付けるには、ウエハをステージに載せて一定
距離移動させては露光を繰返す、いわゆるステップアン
ドリピート方式を採用している。

LSIの製造においては、数層以上のパターンがウエハ上
に順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重ね
合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にしておかなけれ
ば、層間の導電または絶縁状態が意図するものでなくな
り、LSIの機能を果すことができなくなる。例えば１μ
ｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜい0.2μｍ程度
の位置ずれしか許されない。

縮小投影露光方式では、パターンを重ね合わせる方法、
即ちレテイクル上のパターンの投影像と、既に形成され
たウエハ上のパターンとを重ね合わせる方法の１つとし
て、スルー・ザ・レンズ（TTL）方式と呼ばれるものが
ある。TTL方式による一般的な位置合せは、ウエハ上に
既に形成されたパターン、すなわちチップに付随して設
けられた２つのマークを投影レンズを介して検出するこ
とによって行なわれる。その２つのマークは例えばウェ
ハの２次元的な位置合せ方向に合せて、ｘ方向に細長く
伸びた線状パターンと、Ｘ方向と直交するｙ方向に細長
く伸びた線状パターンとで形成され、それぞれ、チップ
周辺の異なる部分に設けられている。このような２つの
マークはそれぞれ投影レンズを介して別々の位置合せ光
学系によって検出される。ウェハの実際の位置合せの手
順は、投影レンズの投影領域（イメージフィールド）内
に位置合せすべきチップを概ね位置決めした後、２つの
マークのうちｘ方向に伸びたマークのｙ方向の位置を一
方の位置合せ光学系によりアライメントするようにステ
ージのＹ方向の位置決めをした後、ｙ方向に伸びたマー
クのｘ方向の位置を他方の位置合せ光学系によりアライ
メントするようにステージのｘ方向の位置決めをするの
が一般的であった。このように、ウェハのｘ方向とｙ方
向との位置を、独立した専用のマークを使って検出する
ことは精度的には良好な結果が得られるものの、ｘ方向
とｙ方向の位置検出、すなわち２回の位置検出動作が必
要になるため、位置合せの高速化に限界が生じるといっ
た欠点があった。

（発明の目的）本発明はこれらの欠点を解決し、１回のマーク位置検出
動作で基板のｘ方向とｙ方向の位置検出を可能とする高
速な位置検出工程を有する投影露光方法を得ることを目
的とする。

（発明の概要）本発明は、複数のショット領域とショット領域の各々に
付随してｘ方向と直交するｙ方向に延びたｘ方向の位置
検出用のマークMxと、ｘ方向に延びたｙ方向の位置検出
用のマークMyとが各々異なる配置位置に設けられた被露
光基板を保持し、ｘ方向とｙ方向とに２次元移動するス
テージと；ステージのxy方向の位置情報を出力する位置
検出系と；マスクに形成された所定のパターン領域の像
を被感光基板上に形成する投影光学系と;y方向に延びた
帯状のスポット光LAxと、ｘ方向に延びた帯状のスポッ
ト光LAyを投影光学系の投影視野内の所定位置に照射す
る光照射系と；スポット光Axに対してステージを移動さ
せて、スポット光LAxがマークMxを照射したときのマー
クMxからの光情報に応じた第１光電信号を出力する第１
光電検出器と；スポット光LAyに対してステージを移動
させて、スポット光AyがマークMyを照射したときのマー
クMyからの光情報に応じた第２光電信号を出力する第２
光電検出器を備えた投影露光装置を用いて、ショット領
域の各々にマスクのパターン領域の像を順次重ね合わせ
露光する投影露光方法において、被露光基板の位置検出の際、ｘ方向と一定の角度で交差
する方向にステージを１回だけ直線移動させて第１光電
信号と前記第２光電信号との２つの光電信号を検出する
第１工程と；第１工程で得られた第１光電信号と位置検出系からの位
置情報に基づいて、スポット光LAxとマークMxとが一致
したときのステージのｘ方向の位置を検出する第２工程
と；第１工程で得られた第２光電信号と位置検出系からの位
置情報に基づいて、スポット光LAyとマークMyとが一致
したときのステージのｙ方向の位置を検出する第３工程
とを有し、第２工程及び第３工程で検出されたステージのxy方向の
位置及びマークMxとマークMyの配置位置に基づいて、ス
テージを移動してショット領域にマスクのパターン領域
の像を重ね合わせ露光することを技術的要点としてい
る。

（実施例）第１図は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
概略的な構成を示す図である。縮小投影レンズ（以下、
単に投影レンズとする）１はレチクルＲに形成された回
路パターン等の像をウェハＷに1/5、又は1/10に縮小し
て露光する。レチクルＲは不図示のレチクルステージに
載置され、このレチクルステージは不図示の駆動部によ
ってX,Y方向、及びΘ（回転）方向に微動する。そして
レチクルＲは不図示の位置合せ顕微鏡を使って、例えば
投影レンズ１の光軸AXに対して所定位置にアライメント
（位置合せ、あるいは位置決め）される。またレチクル
ＲはウェハＷに塗布されたレジストを感光させるのに有
効な波長（例えばｇ線やｉ線）を含む露光光によって照
明される。この露光光の照明により、レチクルＲのパタ
ーン像を形成する光束ELは、ウェハＷの表面に結像す
る。一方、このウェハＷはX,Y方向に２次元移動するス
テージ２に載置される。ステージ２は不図示であるが、
ウェハＷを上下動させるためのＺステージ部と、このＺ
ステージ部上に設けられてウェハＷを微小回転させるΘ
テーブルとを有する。ステージ２の２次元的な移動は駆
動部（モータ等）20によって行なわれ、またステージ２
のXY座標系における位置（座標値）はレーザ干渉計等の
測長器３によって、例えば0.02μｍの分解能で常時検出
されている。

次にウェハＷの位置合せ検出光学系（アライメント光学
系）について説明する。レーザ光源４からのレーザ光は
ビーム拡大器５で所定のビーム径に拡大され、シリンド
リカルレンズ６によって断面が細長い楕円ビームに整形
される。そして、この整形されたレーザビームはミラー
７で反射され、レンズ８、ビームスプリッタ９、レンズ
10を通り、ミラー11によってレチクルＲの下面から上方
に向けて反射される。ミラー11からのレーザビームは一
度スリット状に収束した後、レチクルＲの下方にレチク
ルＲと平行な反射平面を有するミラー12に至り、ここで
レーザビームは投影レンズ１の入射瞳1aに向けて反射さ
れる。

投影レンズ１を通ったレーザビームはシリンドリカルレ
ンズ６の働きでウェハＷ上で細長い帯状のスポット光LA
yに結像される。このスポット光はウェハＷのレジスト
を感光させないような波長に定められている。ウェハＷ
上には予め位置合せ用のマーク（アライメントマーク）
が形成されているので、スポット光LAyがこのマークを
照射すると、マークからは散乱光や回折光が生じる。本
実施例ではマークを回折格子状のパターンとしたので、
マークからは主としてスポット光LAyの正反射光（０次
回折光）と回折光（１次光以上）とが生じる。これらマ
ークからの光情報は投影レンズ１に逆入射し、入射瞳1a
を通ってミラー1211で反射され、レンズ10を通ってビー
ムスプリッタ９で反射され、空間フィルター13に達す
る。空間フィルター13は投影レンズ１の入射瞳1aと共役
であり、ウェハＷの表面からの正反射光（０次回折光）
のみを遮断する。ウェハＷの表面（マーク）からの回折
光（散乱光）は空間周波数によって正反射光の光路に対
して変位する。そこで、空間フィルター13は、回折光や
散乱光のみを通し、集光レンズ14はそれら回折光や散乱
光を光電検出器として受光素子15に集光する。

受光素子15は回折光や散乱光の強度に応じた光電信号SA
を出力し、この光電信号SAはアライメント信号処理回路
（以下、単に処理回路とする）16に入力する。処理回路
16は測定器３からの位置情報（時系列的なアップ・ダウ
ンパルス信号、又はパラレルなデジタル信号）PDも入力
して、マークからの回折光に応じた光電信号SAの発生位
置（走査位置）を検出する。具体的には、ステージ４の
単位移動量（0.02μｍ）毎に発生するアップ・ダウンパ
ルス信号によって光電信号SAをサンプリングし、各サン
プリング値をデジタル値に変換してメモリに番地順に記
憶させた後、所定の演算処理によって、マークの走査位
置を検出するものである。制御装置17は、検出されたマ
ークの位置情報に基づいて駆動部20を制御する。ウェハ
Ｗ上のマークが、ウェハ上の複数のチップの各々に付随
して設けられたものであれば、各マークの位置を検出す
ることによって、チップの中心と光軸AXとを正確に位置
合せすることができる。

第２図は投影レンズ１の円形のイメージフィールドifと
スポット光LAyの配置関係を示す平面図である。第１図
では説明を簡単にするために、アライメント光学系の１
組のみを示したが、実際には第１図の紙面と垂直な方向
に同様の構成のアライメント光学系がもう１組設けられ
ている。投影レンズ１の光軸AXを直交座標系xyの原点を
通るように定めたとき、スポット光LAyは第２図のよう
にｘ軸上でｘ方向に細長く、もう１組のアライメント光
学系によるスポット光LAxはｙ軸上でｙ方向に細長くな
るように形成される。各スポット光は必らずしも、それ
ぞれｘ軸,y軸上に位置する必要はないが、ここでは説明
を簡単にするため、x,y軸上に一致しているものとす
る。スポットLAyはウェハＷ上にｘ方向に伸びたアライ
メントマークのｙ方向の位置検出に使われ、スポット光
LAxはウェハＷ上でｙ方向に伸びたアライメントマーク
のｘ方向の位置検出に使われる。また第２図からも明ら
かなように、スポット光LAy,LAxの位置はイメージフィ
ールドif内であって、かつこれに内接する矩形のパター
ン投影領域PA外に定められている。また、本実施例にお
いてはスポット光LAxのｙ方向の中心位置から光軸AXま
での距離Dyと、スポット光LAyのｘ方向の中心位置から
光軸AXまでの距離Dxとは装置の製造時等に予めわかって
いるものとする。尚、スポット光LAx,LAyが夫々ｙ軸,x
軸上に一致していない場合は、スポット光LAxの中心を
通りｙ軸と平行な線分と、スポット光LAyの中心を通り
ｘ軸と平行な線分とが直交する交点PPから、スポット光
LAx,LAyまでの各距離Dy,Dxが予めわかっていればよい。

第３図は本装置によるアライメントに好適なウェハＷ上
のマーク配置を示す平面図である。ウェハＷ上には複数
のチップCPがマトリックス状に配置され、各チップには
第３図のようにｙ方向に伸びたｘ方向の位置合せ用のマ
ークMxと、ｘ方向に伸びたｙ方向の位置合せ用のマーク
Myとが異なる部分に設けられている。そしてチップCPの
中心CCを座標系xyの原点と一致させたとき、マークMxは
チップCPの周辺でｙ軸からｘ方向にΔＸだけ離れた位置
に設けられ、マークMyはチップCPの周辺でｘ軸からｙ方
向にΔＹだけ離れた位置に設けられている。さらに本実
施例においては、マークMxの中心を通りｙ軸と平行な線
分l₁と、マークMyの中心を通りｘ軸と平行な線分l₂との
直交する交点をP₀としたとき、交点P₀からマークMxまで
の距離Cyを、スポット光LAxの光軸AX（又は交点PP）か
らの距離Dyと等しく定め、交点P₀からマークMyまでの距
離Cxを、スポットLAyの光軸AX（又は交点PP）からの距
離Dxと等しく定めてある。さて、第４図はマークMx,My
のうち、代表してマークMxを拡大した平面図である。マ
ークMxは、ｘ方向に伸びた段差エッジを有する微小な線
要素、又はドットをｙ方向に規則的に一定ピッチで配列
した回折格子状のパターンとして形成される。このた
め、スポット光LAxとマークMxとが重なると、マークMx
からは０次回折光（正反射光）と高次（±1,±２…）回
折光とが発生する。この高次回折光は第１図に示した受
光素子15と同様の受光素子に受光され、受光素子はその
光強度（あるいは光量）に応じた光電信号を出力する。
第１図に示した受光素子15はスポット光LAyの照射によ
るマークMyからの高次回折光を受光するので、以後その
光電信号はSAyと呼び、スポット光LAxの照射によるマー
クMxからの高次回折光を受光する受光素子の光電信号は
SAxと呼ぶことにする。尚、本実施例ではマークMx,Myの
検出率を高めるために、マークMx（My）の長さをスポッ
ト光LAx（LAy）の長さよりも十分長くしておくことが望
ましい。

次に本実施例による位置検出の動作を第３図，第４図と
ともに、第５図（ａ），（ｂ）を使って説明する。第５
図（ａ），（ｂ）は夫々光電信号SAx,SAyの波形図であ
り、それぞれ横軸はｘ方向、又はｙ方向の走査位置を表
わし、縦軸は各光電信号の強度を表わす。まずウェハＷ
は不図示のプリアライメント装置によってステージ２に
粗く位置決めされてから載置される。さらにウェハＷ全
体の投影レンズ１の光軸AXに対する２次元的な位置ずれ
と回転ずれとは、ウェハＷ上の離れた２ケ所に形成され
たマークを検出する本図示のオフ・アクシス・アライメ
ント顕微鏡を使ってグローバルアライメントされる。以
上の動作によって、ウェハＷ上の各チップの配列座標系
とステージ２の移動座標系すなわちxy座標系とが一義的
な関係に対応付けられる。従って、制御装置17が測長器
３からの位置情報PDを読み込み、その位置がウェハＷの
チップ配列座標に沿って変化するように駆動部20を駆動
してステージ２を位置決めすれば、投影レンズ１の光軸
AXが概ねウェハＷ上の１つのチップCPの中心CCを通るよ
うにアライメントすることができる。次に、パターン領
域PAの投影像とその１つのチップCPとの精密な位置合せ
を行なう。このために制御装置17はチップCPと２つのス
ポット光LAx,LAyの配置関係が第３図に示すように、例
えばｘ方向,y方向のいずれとも45゜だけ傾いた斜め方向
（探査方向）に所定距離だけずれるように、ステージ２
を位置決めする。第３図では、その位置決めによって光
軸AXとチップCPの中心CCとを概ね一致させた状態を示し
た。この状態から制御装置17はステージ２を第３図中の
矢印Ａのように斜め45゜の探査方向に直線移動（ステー
ジ走査）させる。具体的には、光軸AXが通るチップCP上
の点（第３図ではほぼ中心CC）と線分l₁,l₂の交点P₀と
を結ぶ線分に沿ってステージ走査を行なう。これによっ
て、マークMxは走査軌道（探査軌道）SC1に沿ってスポ
ット光LAxを斜め45゜で横切るように移動し、マークMy
は走査軌道（探査軌道）SC2に沿ってスポット光LAyを斜
め45゜で横切るように移動する。このとき、本実施例で
はマークMx,Myの配置関係とスポット光LAx,LAyの配置関
係とを合同（Dy＝Cy,Dx＝Cx）に定めたのでマークMxが
スポット光LAxに重なる時点とマークMyがスポット光LAy
に重なる時点とはほぼ一致する。ただし厳密にはウェハ
Ｗのプリアライメント、グローバルアライメントの精度
に起因して、第３図のような走査開始時点の状態でｘ方
向とｙ方向の微小な位置ずれが残存しているので、スポ
ット光LAx,LAyがそれぞれマークMx,Myを検出する時点は
その微小な位置ずれ量に応じて時間的に極くわずかだけ
ずれることになる。

さて、マークMxが第４図のようにスポット光LAxを45゜
方向に横切ると、光電信号SAxは第５図（ａ）のように
マークMxからの高次回折光の強度変化に応じてピークと
なる。光電信号SAyについても第５図（ｂ）のように同
様なピーク波形になる。処理回路16は測長器３からの位
置情報PDのうち、ステージ２のｘ方向の位置情報と、そ
の光電信号SAxとを処理して、例えば光電信号SAxのピー
ク点に対応するｘ方向の位置x₀を検出する。同様に処理
回路16はステージ２のｙ方向の位置情報と、光電信号SA
yとを処理して、光電信号SAyのピークに対応するｙ方向
の位置y₀を検出する。処理回路16は光電信号SAx,SAyの
大きさをステージ２のｘ方向、ｙ方向の単位移動量毎に
サンプリングして記憶する回路を有するため、ステージ
２を斜めに１回だけ走査するだけで、位置x₀とy₀の両方
が検出できる。この位置x₀はマークMxの中心を通る線分
l₁のｘ方向の位置であり、位置y₀はマークMyの中心を通
る線分l₂のｙ方向の位置である。従って以上の位置検出
動作によって、スポット光LAx,LAyに対するチップCPの
２次元的な位置関係、すなわち光軸AXと交点P₀との位置
関係が精密に対応付けられたことになる。

さて、マークMx,Myはステージ走査によって夫々スポッ
ト光LAx,LAyを通り過ぎた位置にある。そこで処理回路1
6は検出した位置x₀,y₀の値に、設計上予め定められたマ
ークMx,Myのオフセット量、すなわち、ΔX,ΔＹを加え
た位置（x₀・ΔX,y₀＋ΔＹ）を、ステージ２の光軸AXに
対する位置決め目標位置として制御装置17に出力する。
すると制御装置17は測長器３からの位置情報PDが、その
目標位置になるように、ステージ２をサーボ制御する。
この結果、投影レンズ１の光軸AXがチップCPの中心CCを
正確に通り、ウェハＷの精密なアライメントが達成され
る。その後、露光光をレチクルＲに照射して、パターン
をウェハＷ上のチップCPに重ね合せ露光する。

以上、本実施例ではDy＝Cy,Dx＝Cxとして斜め45゜にス
テージ走査を行なうため、マークMx,Myの検出がほぼ同
時に可能となる。このため、斜め45゜のステージ走査の
走査距離（マークのサーチ距離）を短くでき、位置合せ
に必要な時間は極めて短くなるという利点がある。尚、
Dy＝Cy,Dx＝Cxであれば、ステージ走査の方向を45゜以
外にしてもマークMxとMyの同時検出は可能である。

次に本発明の第２の実施例を第６図に基づいて説明す
る。第２の実施例では位置検出動作におけるステージ走
査の方向を、次のチップを露光するためのステッピング
方向と一致させた点に特徴がある。すなわちウェハＷ上
にマトリックス状に配置された複数のチップに対してス
テージ２をｘ方向とｙ方向にのみステッピングさせるの
ではなく、露光中のチップに対して斜め隣りに位置する
チップを露光するようにステッピングさせるものであ
る。第６図はウェハＷ上の特定のチップとパターン投影
像PAとを重ね合せて露光した直後の配置関係を表わす。
ウェハＷ上のチップCP₁,CP₂,CP₃にはそれぞれ第３図と
同様にマークMx₁,My₁マークMx₂,My₂、及びマークMx₃,My
₃が設けられている。本実施例では露光の終了したチッ
プの斜め隣りに位置するチップCP₃の中心CCが投影レン
ズ１の光軸AX（又はパターン投影像PAの中心点）と一致
するように、ステージ２を走査軌道SC₀に沿って斜めに
直線移動させる。この走査軌道SC₀の距離はチップの配
列ピッチが設計上わかっているため、簡単な演算で予め
求めておくことができる。さてこの走査軌道SC₀に沿っ
てステージ２を移動させたときのスポット光LAx,LAyの
各走査軌道SC₁,SC₂は、走査軌道SC₀と平行になる。この
とき、チップCP₃に付随したマークMx₃は走査軌道SC₁上
に位置し、マークMy₃は走査軌道SC₂上に位置するように
定められる。他のチップCP₁,CP₂に付随したマークも全
く同様に配列され。また、本実施例ではマークMX₃の中
心を通る線分l₁とマークMy₃の中心を通る線分l₂との交
点P₀に対するマークMx₃,My₃の位置、すなわち距離Cy,Cx
が、第３図に示した場合と異なり、Dy≠Cy,Dx≠Cxに定
められている。さらにチップCP₃の中心CCを通りｙ軸と
平行な線分l₃とマークMx₃とのｘ方向のオフセット量Δ
Ｘと、チップCP₃の中心CCを通りｘ軸と平行な線分l₄と
マークMy₃とのｙ方向のオフセット量ΔＹとは、ともに
予め（設計上）わかっている。

そこで、第６図の状態からチップCP₃の露光のためにス
テージ２を走査軌道SC₀に沿って直線移動させると、投
影レンズ１の光軸AXが走査軌道SC₀の点P₁に位置したと
き、マークMy₃がスポット光LAyと重なる。さらにステー
ジ２が移動して光軸AXが走査軌道SC₀上の点P₂に位置し
たときマークMX₃がスポット光LAxと重なる。そこで処理
回路16はスポット光LAyがマークMy₃の付近に位置した時
点から光電信号SAyのサンプリングを開始し、スポット
光LAyがマークMy₃を完全に横切った時点でサンプリング
を中止し、マークMy₃のｙ方向の位置（走査位置）y₃の
検出演算処理を開始する。さらに処理回路16はその検出
した位置y₃とオフセット量ΔＹを加算（又は減算）した
位置（y₃＋ΔＹ）をステージ２のｙ方向の停止目標位置
として制御装置17に出力する。マークMx₃の検出につい
ても全く同様であり、処理回路16はスポット光LAxがマ
ークMx₃を横切った直後から、マークMx₃のｘ方向の位置
X₃の検出演算処理を開始し、ステージ２のｘ方向の停止
目標位置（x₃＋ΔＸ）を制御装置17に出力する。以上の
ようにスポット光LAx,LAyが各々マークMx,Myの走査をと
もに完了した時点からステージ２の停止目標位置（x₃＋
ΔX,y₃＋ΔＹ）を算出するまでの時間（以下、検出処理
時間と呼ぶ）は十分に短いことが望ましい。例えば処理
回路16に専用の高速プロセッサーを用いることで10msec
オーダーの高速処理が可能である。さて、目標位置（x₃
＋ΔX,y₃＋ΔＹ）が算出された時点で制御装置17はステ
ージ２の現在位置（位置情報PD）を読み込みつつ、その
２次元的な位置が目標位置（x₃＋ΔX,y₃＋ΔＹ）になる
ようにステージ２をサーボ制御により位置決めする。以
上の動作によって、投影レンズ１の光軸AX（又はパター
ン投影像PAの中心）はチップCP₃の中心CCと正確に一致
し、パターン投影像PAとチップCP₃は精密に重ね合され
たことになる。尚、この位置合せが完了したとき、スポ
ット光LAxは点Pxに位置し、スポット光LAyは点Pyに位置
する。

以上のように本実施例によれば、次のチップの露光のた
めに斜めにステッピングさせたとき、スポット光LAx,LA
yの各走査軌道SC₁,SC₂上の夫々にマークMx,Myが位置す
るようにしたので、マークの位置検出動作から露光動作
のためのステッピングまでの間にステージ２を停止させ
ることなく、極めて短時間のうちに精密な位置合せがで
きるという効果が得られる。

尚、本実施例では第６図からも明らかなようにマークMx
₃,My₃の配置関係により時間的にマークMx₃の方がマーク
My₃よりも後に検出され、しかもマークMx₃のオフセット
量ΔＸが小さいため、位置（x₃＋ΔＸ）の検出処理時間
が、点P₂から中心CCまでの光軸AXの移動時間よりも長く
なってしまうこともある。この場合は、投影レンズ１の
光軸AXがチップCP₃の中心CCを通り過ぎた位置、又はそ
の手前の位置でステージ２を停止させる必要もある。ス
テージ２を停止させたくない場合は、マークMx₃をスポ
ット光LAxで検出した時点、あるいはその直前に検出処
理時間に合せてステージ２の送り速度を遅くすればよ
い。ただし、ステージ２の停止、あるいは減速は露光装
置のスループットを低下させる原因となる。そこでマー
クMx,Myの配置を第７図のように変更する。

第７図はチップCP₃に付随したマークMx₃,My₃の第３の実
施例による配置図である。この実施例では第３図に示し
たマーク配置と同様にマークMx₃,My₃の各距離Cy,Cxを夫
々Dy＝Cy,Dx＝Cxに定め、線分l₁,l₂の交点P₀が光軸AXの
走査軌道SC₀上に一致するようにマークMx₃,My₃を配置す
る。すなわち、マークMx₃（My₃）の位置をスポット光LA
x（LAy）の走査軌道SC₁（SC₂）上の点Px（Py）からなる
べく離れた位置（ただしチップCP₃に付随して形成でき
る位置）に変更する。このようにすると、マークMx₃,My
₃はほぼ同時に検出されるとともに、投影レンズ１の光
軸AXが交点P₀からチップCP₃の中心CCに達するまでの時
間が、検出処理時間よりも長くなり、ステージ２の一時
停止や減速といった動作が不要になる。このため位置検
出，位置合せ、及び露光の繰り返し動作はより高速にな
るといった利点がある。

次に上記第1,第2,第３の実施例に共通した変形例を第４
の実施例として説明する。今までの各実施例ではマーク
Mx,Myは回折格子状のパターンとし、高次回折光の発生
に寄与する各格子の段差エッジがマークの伸長方向と直
交する方向に伸びた直格子パターンであった。ところ
が、このような直格子パターンをスポット光LAx,LAyで
斜めに走査すると、スポット光LAx,LAyの幅（スポット
サイズ）、マークMx,Myの幅、さらに斜め走査の角度と
の関係によっては、マーク走査中、高次回折光の発生に
寄与する格子の段差エッジの回折光に対する相対位置関
係、及びエッジ数が変動する。このため、光電信号SAx,
SAyは変調を受け、マークMx,Myをその長手方向と直交す
る方向に走査したときの光電信号の波形に対してわずか
に歪んだものになる可能性がある。この波形の歪みはマ
ークの位置検出精度を低下させる原因になる。そこで、
第４の実施例においては、第８図，第９図に示すように
ステージ走査の方向に伸びた段差エッジｅを有する格子
Ｇをｘ方向、又はｙ方向に配列した斜格子パターンとす
る。第８図において、マークMx,Myの夫々は、スポット
光LAx,LAyの走査軌道SC₁,SC₂と平行なエッジｅを有する
格子Ｇを配列したものであり、格子Ｇの形は平行四辺形
である。しかも、マークMx,Myの中心を通る線分l₁,l₂に
対して、各マークの位置検出方向（ｘ又はｙ方向）にお
ける格子Ｇの両エッジがともに平行になるように定めら
れている。第９図の斜格子パターンでは格子Ｇを単に長
方形に変えただけである。本実施例のように、格子Ｇの
回折光発生に寄与するエッジｅの方向とステージ２の走
査方向とを一致させるような斜格子パターンにすること
によって、前述のように光電信号は変調を受けることな
く、極めて精密にマークの位置を検出することが可能と
なる。また斜格子パターンにすると、ウェハＷ上の他パ
ターン（回路パターンヤスクライブライン等）から生じ
る回折光や散乱光と、マークから生じる回折光とを空間
フィルター13の遮光部の形状を最適に選ぶことによって
分離しやすくなるという利点もある。

以上、本発明の各実施例においては、光電信号SAx,SAy
をサンプリングしてデジタル処理することで、マークM
x,Myの位置を検出するものとしたが、光電信号SAx,SAy
を所定のスライスレベルと比較して２値化する回路を設
け、スポット光とマークとが一致したときにパルス信号
を得るようにして、このパルス信号に応答して、測長器
３からの位置情報PDをラッチ（一時記憶）するようにし
ても同様の効果が得られる。またマークMx,Myも回折格
子パターンである必要はなく、単純な一本の線状パター
ンにしてもよい。

さらに本発明は各実施例に示したように、ウェハＷ上の
１つのチップの位置をレチクルＲを介さず投影レンズ１
を通して検出するアライメント光学系を使った位置検出
に限られるものではない。例えばレチクルＲに設けられ
たマークウェハＷ上のマークMx,Myとの位置合せ状態を
検出するアライメント光学系、所謂ダイ・バイ・ダイ方
式のアライメント系を使っても同様の効果が得られる。
この場合、ダイ・バイ・ダイ方式のアライメント光学系
によるマーク照明光（スポット光LAx,LAyに相当する）
がウェハＷのフォトレジストを感光させるような波長の
ときは、ステージ２による斜め走査の範囲（走査軌道SC
₁,SC₂の長さ）をマークMx,Myを含む小さな領域に制限す
ればよい。また、本発明はウェハＷ上のチップの位置検
出だけでなく、ウェハＷ全体のアライメント（グローバ
ルアライメント）についても同様に実施し得る。例えば
投影レンズ１の光軸AXからｘ方向とｙ方向とに所定距離
だけ離した位置に夫々ｘ方向とｙ方向の検出中心を有す
るオフ・アクシス方式の２本のアライメント顕微鏡を使
ってもよい。この場合、２本のオフ・アクシス・アライ
メント顕微鏡の各検出中心は第２図に示したスポット光
LAx,LAyに相当する。従ってウェハＷ上には、その検出
中心の位置に対応した少なくとも２ケ所に、ｘ方向用の
マークとｙ方向用のマークとを設けておけばよい。そし
てステージ２を斜めに走査して、各検出中心とマークと
が一致したときにステージ２のｘ方向とｙ方向の位置を
ラッチするようにする。こうすればオフ・アクシス・ア
ライメント顕微鏡の検出中心に対するウェハＷ全体の２
次元的な位置が規定される。尚、オフ・アクシス方式の
顕微鏡はスポット光LAx,LAyと同様に細長いスポット光
を検出中心としてウェハＷ上に結像するような光学系を
備えていると好都合である。

また、上記各実施例のスポット光LAx,LAyは細長いシー
ト状のスポットにしたが、微小な円形スポットにしても
同様の効果が得られる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、１度の走査でｘ方向の位
置合せ用のマークと、ｙ方向の位置合せ用のマークとの
各位置を検出できるから、極めて高速な位置合せ動作が
可能になるという効果が得られる。このため、半導体素
子製造用のステップ・アンド・リピート方式の露光方法
においては、スループットが高まり半導体素子の生産性
が向上するといった効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による位置検出装置に好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す図、第２図は投
影レンズのイメージフィールド内のスポット光の配置を
示す平面図、第３図は第１の実施例による位置検出動作
の様子を示すチップの配置図、第４図はマークとスポッ
ト光の配置関係を拡大して示す平面図、第５図は光電信
号の波形図、第６図は第２の実施例による位置合せ動作
の様子を示すチップの配置図、第７図は第３の実施例に
よる位置検出動作のためのマーク配置図、第８図，第９
図は第４の実施例としてのマークの変形例を示す拡大図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−41739（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−108743（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−122128（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−88451（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−173836（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のショット領域と該ショット領域の各
々に付随してｘ方向と直交するｙ方向に延びた該ｘ方向
の位置検出用のマークMxと、該ｘ方向に延びたｙ方向の
位置検出用のマークMyとが各々異なる配置位置に設けら
れた被露光基板を保持し、該ｘ方向と該ｙ方向とに２次
元移動するステージと；前記ステージのxy方向の位置情
報を出力する位置検出系と；マスクに形成された所定の
パターン領域の像を前記被感光基板上に形成する投影光
学系と；前記ｙ方向に延びた帯状のスポット光LAxと、
前記ｘ方向に延びた帯状のスポット光LAyを前記投影光
学系の投影視野内の所定位置に照射する光照射系と；前
記スポット光Axに対して前記ステージを移動させて、前
記スポット光LAxが前記マークMxを照射したときの前記
マークMxからの光情報に応じた第１光電信号を出力する
第１光電検出器と；前記スポット光LAyに対して前記ス
テージを移動させて、前記スポット光Ayが前記マークMy
を照射したときの前記マークMyからの光情報に応じた第
２光電信号を出力する第２光電検出器を備えた投影露光
装置を用いて、前記ショット領域の各々に前記マスクの
パターン領域の像を順次重ね合わせ露光する投影露光方
法において、前記被露光基板の位置検出の際、前記ｘ方向と一定の角
度で交差する方向に前記ステージを１回だけ直線移動さ
せて前記第１光電信号と前記第２光電信号との２つの光
電信号を検出する第１工程と；前記第１工程で得られた前記第１光電信号と前記位置検
出系からの前記位置情報に基づいて、前記スポット光LA
xと前記マークMxとが一致したときの前記ステージのｘ
方向の位置を検出する第２工程と；前記第１工程で得られた前記第２光電信号と前記位置検
出系からの前記位置情報に基づいて、前記スポット光LA
yと前記マークMyとが一致したときの前記ステージのｙ
方向の位置を検出する第３工程とを有し、前記第２工程及び前記第３工程で検出された前記ステー
ジのxy方向の位置及び前記マークMxと前記マークMyの配
置位置に基づいて、前記ステージを移動して前記ショッ
ト領域に前記マスクのパターン領域の像を重ね合わせ露
光することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】前記スポット光LAxのｙ方向の中心位置か
ら前記投影光学系の光軸AXまでの距離をDy、前記スポッ
ト光LAyのｘ方向の中心位置から前記光軸AXまでの距離
をDxとし、前記マークMxの中心を通り前記ｙ方向と平行な線分と、
前記マークMyの中心を通り前記ｘ方向と平行な線分との
直交する交点をPo、前記交点Poと前記マークMxとの距離
をCy、前記交点Poと前記マークMyとの距離をCxとしたと
き、前記マークMxと前記マークMyは、Cx＝Dx、Cy＝Dyを
満足するように前記被露光基板上に配置されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】前記ショット領域の各々に前記マスクのパ
ターン領域の像を順次重ね合わせ露光する為に前記ステ
ージが移動する方向と前記交差方向とを一致させたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。