JPH07335529A

JPH07335529A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07335529A
Application number: JP6127481A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷; Toru Kawaguchi; 透川口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】投影光学系の収差の影響を受けにくくし、且
つ露光時に走査方向に対して連続的にアライメントを行
う。【構成】 −Ｙ方向にレチクルを走査するのと同期し
て、＋Ｙ方向にウエハを走査することにより、レチクル
のパターンをウエハ上に走査露光方式で露光する。ウエ
ハのショット領域の近傍に走査方向に沿って連続的に格
子状マーク１７を形成し、レチクル上のほぼ対応する領
域も走査方向に連続的に格子状マークを形成し、２つの
格子状マークの位置ずれ量を連続的に計測する。この際
に、格子状マーク１７の２つの計測方向３８及び３９
を、検出領域の中心３６Ａａと投影光学系の光軸ＡＸと
を通る直線３７に関して線対称に設定する。これによ
り、２つの計測方向３８及び３９での収差及び結像倍率
が等しくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばマスクと感光性
の基板との位置合わせを行うアライメント機構を備えた
投影露光装置に関し、ステッパーのような一括露光方式
にも適用できるが、特にスリットスキャン方式又はステ
ップ・アンド・スキャン方式のような走査露光方式の投
影露光装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、レ
チクル（又はフォトマスク等）のパターンを感光材が塗
布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する
投影露光装置が使用されている。一般に半導体素子等
は、ウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成
されるため、ウエハ上の前層に形成されている回路パタ
ーンとこれから露光するレチクルのパターンとの重ね合
わせ精度を高精度に維持する必要がある。そこで、投影
露光装置には、レチクルとウエハ上の各ショット領域と
の位置合わせを行うためのアライメント装置が備えられ
ている。

【０００３】最近は、半導体素子等のパターンが益々微
細化しているため、投影光学系の解像力をより高めるこ
とが求められている。解像力を高めるための手法には、
露光光の波長の短波長化、又は投影光学系の開口数の増
大等の手法があるが、何れの手法を用いる場合でも、従
来と同じ程度の露光フィールドを確保しようとすると、
露光フィールドの全面で結像性能（ディストーション、
像面湾曲等）を所定の精度に維持することが困難になっ
てきている。そこで最近見直されているのが、所謂スリ
ットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方
式等の走査露光方式の投影露光装置である。

【０００４】この走査露光方式の投影露光装置では、矩
形状、円弧状、又は２次元的に配置された複数の台形状
等の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」とい
う）に対してレチクルを所定の方向に走査し、それと同
期してそのスリット状の照明領域と共役な露光領域に対
してウエハを走査することにより、そのレチクルのパタ
ーンが逐次ウエハ上の各ショット領域に露光される。従
って、同一面積のパターンを露光するのであれば、ステ
ッパーのような一括露光方式と比べて、走査露光方式で
は投影光学系の露光フィールドを小さくすることがで
き、露光フィールド内での結像性能の向上が期待でき
る。

【０００５】また、半導体素子等の回路パターンの大面
積化により、従来の主流である投影倍率が１／５倍でレ
チクルが６インチサイズでは間に合わなくなっている。
そのため、投影光学系の投影倍率を例えば１／４倍に変
更した投影露光装置を設計する必要があるが、このよう
な被転写パターンの大面積化に応えるためにも、走査露
光方式が有利である。

【０００６】斯かる走査露光方式の投影露光装置におい
ても、アライメント装置が必要であり、例えば特開昭６
３−４１０２３号公報において、ＴＴＲ（スルー・ザ・
レチクル）方式のアライメント装置が開示されている。
このアライメント装置では、図１０に示すように、ウエ
ハ上のショット領域ＳＡの近傍に走査方向に沿って部分
的にハの字型のマーク５４Ａ〜５４Ｄ及び５７Ａ〜５７
Ｄが形成され、レチクル側にも対応する位置に部分的に
それぞれハの字型のマークを形成される。例えばマーク
５４Ａは、走査方向に対してそれぞれ４５°で交差する
直線状パターン５２Ａ及び５３Ａより形成され、それに
対向するマーク５７Ａも走査方向に対してそれぞれ４５
°で交差する直線状パターン５５Ａ及び５６Ａより形成
されている。

【０００７】そして、露光前の走査（プリスキャン）に
よりＴＴＲ方式でウエハ上のマーク５４Ａ，５７Ａ〜５
４Ｄ，５７Ｄとレチクル上のマークとの相対的な位置ず
れ量が検出され、実際の露光時にその位置ずれ量に基づ
いて走査方向の位置ずれ量が補正されていた。更に、ウ
エハ上の露光領域は円弧状の露光領域５１となってお
り、プリスキャンにより例えばマーク５４Ａ，５７Ａと
対応するレチクル上のマークとの相対的な位置ずれ量を
検出する際には、図１０に示すように、その円弧状の露
光領域５１（但し、露光光は照射されていない）内にマ
ーク５４Ａ，５７Ａが入っている。この場合、投影光学
系の光軸５８は露光領域５１の外部にあるため、その光
軸５８と例えばマーク５４Ａの中心５９Ａ（直線状パタ
ーンの交点）とを結ぶ直線６０に関してマーク５４Ａの
２つの直線状パターン５２Ａ及び５３Ａは非対称であ
る。

【０００８】また、本出願人も、特開平４−３０７７２
０号公報において、ウエハ上及びレチクル上にそれぞれ
走査方向に沿って連続的に形成した位置合わせ用のマー
クを使用するアライメント装置を提案している。この場
合、走査露光方式で露光を行っているときに、ＴＴＲ方
式でウエハ上のマークとレチクル上のマークとの位置ず
れ量を検出し、この検出結果に基づいて連続的にレチク
ルとウエハとのアライメントが行われていた。また、こ
の場合の位置合わせ用のマークの計測方向は一例として
走査方向に平行か、又は垂直である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の中で、前者のアライメント装置では、図１０に示すよ
うに、例えばマーク５４Ａの位置を検出する場合、投影
光学系の光軸５８と計測領域の中心５９Ａとを結ぶ直線
６０に関して直線状パターン５２Ａ及び５３Ａが非対称
であるため（より正確には両者の計測方向が非対称）、
直線状パターン５２Ａと直線状パターン５３Ａとで位置
ずれ量の検出精度が異なる恐れがあるという不都合があ
った。即ち、投影光学系においては一般に、メリジオナ
ル方向（ｍ方向）とサジタル方向（ｓ方向）とで収差特
性が異なるため、ＴＴＲ方式等で投影光学系を介してウ
エハ上のマークの位置検出を行う場合、ｍ方向とｓ方向
とではマークの結像状態が異なる。そのため、直線状パ
ターン５２Ａ及び５３Ａのような直線６０に関して非対
称なパターンでは、投影光学系による結像状態が異な
り、結果として位置ずれ量の検出精度も異なることがあ
る。

【００１０】特に、例えばウエハ上の回折格子状のマー
クに２方向からレーザビームを照射してそのマークから
の回折光よりなる干渉光の位相より位置検出を行う所謂
２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）のアライメント装置で
は、そのマークのピッチと照射される２光束の干渉縞の
ピッチとの比を正確に所定の値にする必要がある。しか
し、計測方向によって投影光学系による結像状態が異な
ると、計測方向によって回折格子状のマークのピッチと
照射されるレーザビームの干渉縞のピッチとの比が本来
の値から変化して、ウエハ上のフォトレジストの塗布む
ら等により検出誤差が生じることがある。更に、従来技
術における前者のアライメント装置では、位置合わせ用
のマークが走査方向に沿って部分的に形成されているだ
けであるため、連続的な（フルタイムの）アライメント
ができず、マークが形成されていない領域で位置ずれが
生ずる恐れがあった。また、予めプリスキャンにより位
置ずれ量を計測する方式であるため、露光工程のスルー
プットが低下するという不都合があった。

【００１１】一方、後者のアライメント装置では、走査
方向に沿って連続的に位置合わせを行うことができる
が、位置合わせ用のマークの２つの計測方向が、必ずし
も投影光学系の光軸と計測点とを結ぶ直線に関して対称
ではなかったため、同様に計測方向によって位置ずれ量
の検出精度が異なる恐れがあった。また、走査露光方式
の投影露光装置のみならず、ステッパーのような一括露
光方式の投影露光装置であっても、従来は位置合わせ用
のマークの２つの計測方向は投影光学系の収差とは関係
なく定められていたため、計測方向によって位置ずれ量
の検出精度が異なる恐れがあった。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の収
差の影響を受けにくい状態で、即ち複数の計測方向での
位置ずれ量の検出精度がほぼ等しい状態でアライメント
を行うことができる一括露光方式、又は走査露光方式の
投影露光装置を提供することを目的とする。更に本発明
は、投影光学系の収差の影響を受けにくく、且つ露光時
に走査方向に対して連続的にアライメントを行うことが
できる走査露光方式の投影露光装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、マスク（Ｒ）上の原画パターンを所定倍率で感光
性の基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、そ
の基板を保持して投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に
実質的に垂直な面内でその基板を移動させる基板ステー
ジ（９）と、その投影光学系を介してマスク（Ｒ）上の
位置計測用のマークと基板（Ｗ）上の位置計測用のマー
クとの相対的な位置ずれ量を検出するマーク検出手段
（２２〜２４）と、を有する投影露光装置において、そ
のマーク検出手段は、投影光学系（ＰＬ）のフィールド
（３４）での所定の第１計測域（３６Ａ）に位置する基
板（Ｗ）上の位置計測用のマーク（１７）によって互い
に異なる第１計測方向（３８）及び第２計測方向（３
９）での位置ずれ量をそれぞれ検出すると共に、マスク
（Ｒ）上の所定の第２計測域（３５Ａ）に位置する位置
計測用マーク（１３）によってその第１計測方向に対応
する方向とその第２計測方向に対応する方向での位置ず
れ量をそれぞれ検出し、投影光学系（ＰＬ）のフィール
ド（３４）内での第１計測方向（３８）及び第２計測方
向（３９）を、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）を含
む所定の面と投影光学系（ＰＬ）のフィールド（３４）
とが交差する直線（３７）に関して線対称としたもので
ある。

【００１４】この場合、マスク（Ｒ）上の位置計測用の
マークの一例は、そのマスク上の複数箇所にそれぞれそ
れら第１及び第２計測方向と対応する方向に所定ピッチ
で形成された格子状マークであり、基板（Ｗ）上の位置
計測用のマークの一例は、基板（Ｗ）上の露光領域（Ｓ
Ａ）に複数個付設されそれぞれそれら第１及び第２計測
方向に所定ピッチで形成された格子状マークである。

【００１５】また、マスク（Ｒ）を保持して所定の走査
方向にマスク（Ｒ）を走査するマスクステージ（６〜
８）と、このマスクステージに同期してその所定の走査
方向と対応する方向に基板ステージ（９）を介して基板
（Ｗ）を走査する制御手段（３０）と、を設け、マスク
（Ｒ）上の位置計測用のマーク（１３）を、その所定の
走査方向に沿って連続的に形成されると共に、それら第
１及び第２の計測方向に対応する方向に所定ピッチで形
成される格子状マークより構成し、基板（Ｗ）上の位置
計測用のマーク（１７）を、基板（Ｗ）上の露光領域
（ＳＡ）の近傍にその走査方向に対応する方向に連続的
に形成されると共に、それら第１及び第２の計測方向に
沿って所定ピッチで形成される格子状マークで構成する
ことが望ましい。

【００１６】

【作用】斯かる本発明によれば、例えばマーク検出手段
がマスク（Ｒ）の上方にある場合、基板（Ｗ）上の位置
計測用のマーク（１７）は投影光学系（ＰＬ）を介して
検出される。一般に、所定の像高を有する結像の場合、
投影光学系に収差があると（通常或る程度の収差は残存
している）、メリジオナル方向（ｍ方向）とサジタル方
向（ｓ方向）とで投影倍率が異なる。そのため、位置計
測用のマークを例えば直交する２方向（２つの計測方
向）にそれぞれ所定ピッチで形成された２次元の格子状
パターンとして、その直交する２方向をｍ方向及びｓ方
向に取ると、それら２つの計測方向でのその格子状パタ
ーンの位置検出精度を等しくするには、それら２つの計
測方向に対してアライメント光学系の結像倍率を異なら
せる必要がある。しかしながら、２つの計測方向に対し
てアライメント光学系の結像倍率を変えると、アライメ
ント光学系が複雑化し、且つ大型化してしまう。

【００１７】これに対して、本発明では、例えば図４
（ａ）に示すように、基板（Ｗ）上の位置計測用のマー
ク（１７）の第１計測方向（３８）及び第２計測方向
（３９）は、マーク検出手段による検出領域の中心点
（３６Ａａ）と投影光学系の光軸（ＡＸ）とを通る直線
（３７）に関して線対称である。即ち、第１計測方向
（３８）、及び第２計測方向（３９）は互いにｍ方向の
成分とｓ方向の成分との割合が等しいため、投影光学系
（ＰＬ）の投影倍率は第１計測方向（３８）と第２計測
方向（３９）とで等しい。従って、簡単な構成のアライ
メント光学系を使用しても、第１計測方向（３８）と第
２計測方向（３９）とで位置検出精度が等しくなり、基
板（Ｗ）上の位置計測用のマーク（１７）の２次元的な
位置を正確に検出できる。

【００１８】また、２つの計測方向（３８，３９）は必
ずしも直交させる必要はないが、実際には直交させるの
が便利である。このように直交する場合には、２つの計
測方向（３８，３９）はそれぞれｍ方向（又はｓ方向）
に４５°で交差する方向に設定される。次に、マスク
（Ｒ）上の位置計測用のマークが、そのマスク上の複数
箇所にそれぞれそれら第１及び第２計測方向と対応する
方向に所定ピッチで形成された格子状マークであり、基
板（Ｗ）上の位置計測用のマークが、基板（Ｗ）上の露
光領域（ＳＡ）に複数個付設されそれぞれそれら第１及
び第２計測方向に所定ピッチで形成された格子状マーク
である場合には、例えば一括露光方式の投影露光装置に
おいて、２次元的なアライメントを正確に行うことがで
きる。

【００１９】更に、マスク（Ｒ）を保持して所定の走査
方向にマスク（Ｒ）を走査するマスクステージ（６〜
８）と、このマスクステージに同期してその所定の走査
方向と対応する方向に基板ステージ（９）を介して基板
（Ｗ）を走査する制御手段（３０）と、を設け、マスク
（Ｒ）上の位置計測用のマーク（１３）を、その所定の
走査方向に沿って連続的に形成されると共に、それら第
１及び第２の計測方向に対応する方向に所定ピッチで形
成される格子状マークより構成し、基板（Ｗ）上の位置
計測用のマーク（１７）を、基板（Ｗ）上の露光領域
（ＳＡ）の近傍にその走査方向に対応する方向に連続的
に形成されると共に、それら第１及び第２の計測方向に
沿って所定ピッチで形成される格子状マークで構成すた
場合には、走査露光方式の投影露光装置において、露光
時に走査方向に対して連続的に２次元的なアライメント
を正確に行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の第１実施
例につき図面を参照して説明する。本実施例は、ステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適
用したものである。図１は本実施例の投影露光装置の概
略構成を示し、この図１において、露光用光源からの照
明光は、フライアイレンズ等によって均一な照度分布に
なって照明視野絞りとしてのレチクルブラインド１を照
明する。レチクルブラインド１には、レチクルＲ上をス
リット状に照明するためのスリット状開口が設けられて
いる。このスリット状開口の長手方向はレチクルＲ、及
びウエハＷの走査方向（これをＹ方向する）と直交した
Ｘ方向になっている。

【００２１】レチクルブラインド１のスリット状開口を
通った照明光は、レンズ系２、ミラー３、コンデンサー
レンズ４、及びダイクロイックミラー（又はビームスプ
リッター）５を介してレチクルＲに達する。レチクルブ
ラインド１は、レンズ系２、及びコンデンサーレンズ４
よりなる合成系に関してレチクルＲのパターン面（投影
光学系ＰＬと対向した面）と共役に配置され、レチクル
Ｒにはスリット状開口の像（以下、「スリット状の照明
領域」と呼ぶ）が結像される。このスリット状の照明領
域の中心は投影光学系ＰＬ、及び照明光学系（レンズ系
２、コンデンサーレンズ４等）の光軸ＡＸに一致してい
るものとする。この場合、投影光学系ＰＬ内の光軸ＡＸ
に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面
に垂直にＸ軸を取り、図１の紙面に平行にＹ軸（走査方
向）を取る。

【００２２】さて、レチクルＲは少なくともＹ方向に大
きく移動自在に構成されたレチクルステージ６上に吸着
保持される。即ち、レチクルステージ６はコラム７上で
駆動モータ８によってＹ方向に一定速度で移動する（走
査される）。勿論、レチクルＲのアライメントのために
はＸ方向及び回転方向（θ方向）への微動機構も必要で
あるが、そのような微動機構は周知であるため、ここで
はその図示、及び説明を省略する。図２に示すように、
レチクルＲのスリット状の照明領域３１内に存在するパ
ターンの像は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各
ショット領域のスリット状の露光領域３２内に結像投影
される。投影光学系ＰＬとしては、一例として屈折素子
（屈折レンズ）のみで構成されたフルフィールドタイプ
の１／５縮小型で、且つレチクルＲ側とウエハＷ側とが
共にテレセントリックになっている投影レンズを使用す
る。照明領域３１に対してレチクルＲを−Ｙ方向（又は
＋Ｙ方向）に走査するのと同期して、露光領域３２に対
してウエハＷを＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に走査するこ
とにより、ウエハＷのショット領域ＳＡにレチクルＲの
パターンが逐次露光される。

【００２３】図１に戻り、ウエハＷは２次元的に（Ｘ方
向及びＹ方向に）大きく移動するウエハステージ９上に
載置され、このウエハステージ９は駆動モータ１０によ
って駆動される。ウエハステージ９の座標位置の変化は
レーザ干渉計１１により遂次計測されている。レーザ干
渉計１１は、ウエハステージ９のＸ方向、及びＹ方向の
移動速度をも計測し、計測した座標及び移動速度を駆動
制御部１２に供給する。駆動制御部１２は、レーザ干渉
計１１からの位置情報や速度情報に基づいて駆動モータ
１０を最適な駆動シーケンスで制御する。本実施例では
ウエハステージ９のＹ方向の移動によって走査露光を行
い、Ｘ方向の移動をステッピングに使うものとするが、
その逆であってもよいことは言うまでもない。

【００２４】なお、図１に示してないが、レチクルステ
ージ６もレーザ干渉計によって座標位置、回転（ヨーイ
ング）誤差等が計測されているものとする。次に、図２
を参照して、レチクルＲ及びウエハＷに形成されたアラ
イメントマークの配置の一例を説明する。図２に示すよ
うに、レチクルＲとウエハＷとはＹ方向に沿って互いに
逆方向に走査移動されることから、レチクルＲ上のパタ
ーン領域ＰＡの周辺のＹ方向に伸びた２列のマーク形成
領域に、走査方向（Ｙ方向）に沿って連続的にそれぞれ
２つの周期方向を有する格子状マーク１３及び１４が形
成され、格子状マーク１３及び１４の外側にそれぞれス
リット状の光透過性の窓部１５及び１６が形成されてい
る。格子状マーク１３及び１４は、パターン領域ＰＡを
挟んでＸ方向に離して設けられるが、その格子状パター
ンのＹ方向の位置関係（位相）は一致しているものとす
る。

【００２５】一方、ウエハＷ上には複数のショット領域
（パターン）領域ＳＡが形成され、各ショット領域ＳＡ
の周辺において、レチクルＲの窓部１５に対応したスト
リートライン領域上に、格子状マーク１３の像と同様の
格子状マーク１７が走査方向に沿って連続的に形成さ
れ、窓部１６に対応したストリートライン領域上に格子
状マーク１４の像と同様の格子状マーク１８が形成され
ている。

【００２６】この場合、レチクルＲ上の格子状マーク１
３及び１４の２次元的な位置は、それぞれ光軸ＡＸａ及
びＡＸｂを有するアライメント光学系により検出され、
ウエハＷ上の格子状マーク１７及び１８の２次元的な位
置は、それぞれ光軸ＡＸｃ及びＡＸｄを有するアライメ
ント光学系により検出される。そして、これらの検出結
果より走査露光中に連続的に、格子状マーク１３と格子
状マーク１７との２次元的な相対的な位置ずれ量、及び
格子状マーク１４と格子状マーク１８との２次元的な相
対的な位置ずれ量が検出され、これらの相対的な位置ず
れ量を所定の値に戻すようにレチクルＲ若しくはウエハ
Ｗ（又は両方）の位置が微調整される。これらの光軸Ａ
Ｘａ，ＡＸｂ及び光軸ＡＸｃ，ＡＸｄは投影光学系ＰＬ
の瞳面ＥＰ（レチクルＲに対するフーリエ変換面）の中
心で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと交差している。

【００２７】ここで再び図１を参照して、本実施例のア
ライメント系、及び制御系について説明する。本実施例
では、レチクルＲ、及びウエハＷの各格子状マークのピ
ッチ方向（計測方向）の位置ずれを検出するために、所
謂２光束干渉方式（ＬＩＡ方式：Laser Interferometri
c Alignment 方式）のアライメント系を採用している。
このＬＩＡ方式のアライメント系の詳細な構成例は、例
えば特開昭６３−２８３１２９号公報、特開平２−２２
７６０２号公報等に開示されているので、ここでは簡単
に説明する。

【００２８】図１において、Ｎｅ−Ｎｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、
又はＡｒイオン等のレーザ光源２０から射出されたコヒ
ーレントで直線偏光のレーザビームは、２光束化周波数
シフタ部２１に入射し、ここで周波数差Δｆを有する２
つのレーザビームＬＢ１及びＬＢ２が生成される。周波
数差Δｆは、アライメントマークからの干渉光を受光す
る光電検出器の周波数応答性によって上限が決まり、そ
の光電検出器がフォトダイオード等の半導体センサーの
場合には実用的には、周波数差Δｆは１００ｋＨｚ以
下、例えば５０ｋＨｚ程度がよい。ただし、光電検出器
として光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）を使う場
合等は、周波数差Δｆは比較的高い周波数にすることが
できる。

【００２９】さて２つのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２
は、送受分離光学系２２を介して４個のアライメント光
学系に分配される。図１では１つのアライメント光学系
を構成する対物レンズ２３と落射用ミラー２４とを示
す。対物レンズ２３の光軸が図２に示す光軸ＡＸａ，Ａ
Ｘｂ，ＡＸｃ，ＡＸｄ中の例えば光軸ＡＸｃにほぼ一致
する。２つのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は対物レンズ
２３の光軸に対して対称に偏心して対物レンズ２３に入
射し、対物レンズ２３から射出されたレーザビームＬＢ
１，ＬＢ２は、落射用ミラー２４で反射された後ダイク
ロイックミラー５を透過して、対物レンズ２３の焦点位
置に存在するレチクルＲのパターン面上の窓部１５で互
いに平行光束となって交差する。その窓部１５を透過し
た２つのレーザビームは、投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷの格子状マーク１７上に所定の交差角で交差するよ
うに入射する。

【００３０】この場合、投影光学系ＰＬは露光光に対し
て諸収差が補正され、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２に対
しては軸上色収差が残存している恐れがある。そこで、
このように軸上色収差が残存しているときには、投影光
学系ＰＬの瞳面ＥＰ上のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の
光路上に、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路を偏向さ
せて軸上色収差を補正するための光路偏向部材（例えば
位相型の回折格子、又はプリズム等から形成される）を
設ける。これにより、２つのレーザビームＬＢ１，ＬＢ
２は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷの格子状マーク
１７上で交差する。

【００３１】図４（ａ）は、格子状マーク１７の拡大平
面図であり、この図４（ａ）に示すように、格子状マー
ク１７は直交する計測方向３８及び３９を有し、計測方
向３８に沿ってピッチＰＷ１で回折格子１７ａが形成さ
れ、計測方向３９に沿ってピッチＰＷ２（＝ＰＷ１）で
回折格子１７ｂが形成されている。また、回折格子１７
ａ及び１７ｂは、走査方向（Ｙ方向）に沿って連続的に
形成されている。この場合、図４（ａ）のＡＡ線に沿う
断面図である図４（ｂ）に示すように、回折格子１７ａ
上に計測方向に沿ってそれぞれ入射角θ_inで対称的に交
差するようにレーザビームＬＢ１，ＬＢ２が入射してい
る。

【００３２】この交差によって回折光１７ａ上に計測方
向３８に沿って１次元の干渉縞が作られる。２本のレー
ザビームＬＢ１，ＬＢ２（送光ビーム）間にΔｆの周波
数差があることから、その干渉縞はΔｆに比列した速度
でその計測方向（ピッチ方向）に流れる。回折格子１７
ａの計測方向とその干渉縞のピッチ方向とが一致するよ
うに、２本のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の入射方向が
決定され、且つ回折格子１７ａのピッチＰＷ１とその干
渉縞のピッチＰｃとが所定の関係（例えば１以上の整数
ｎを用いて、ＰＷ１＝ｎ・Ｐｃ）になるように、２本の
レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の交差角（２・θ_in）を決
定する。これにより、回折格子１７ａからは、垂直方向
に例えばレーザビームＬＢ１の＋１次回折光ＬＢ１(+1)
と、レーザビームＬＢ２の−１次回折光ＬＢ２(-1)とが
平行に射出される。

【００３３】回折光ＬＢ１(+1)及びＬＢ２(-1)は、周波
数差Δｆと同じビート周波数をもったビート干渉光であ
り、回折格子１７ａと２本レーザビームＬＢ１，ＬＢ２
との交差領域が、走査方向であるＹ方向に変位すると、
そのビート干渉光の位相が変化する。但し、ウエハＷが
走査されているときには、ドップラー効果によりそのビ
ート干渉光の周波数も走査速度に応じて変化するが、そ
れについては後述する。そのビート干渉光の光電変換信
号の位相変化を検出することにより、回折格子１７ａの
計測方向３８での位置が検出される。

【００３４】図１に戻り、図４（ｂ）の回折格子１７ａ
からのビート干渉光は、投影光学系ＰＬ、レチクルＲの
窓部、ダイクロイックミラー５、落射ミラー２４、対物
レンズ２３、及び送受分離光学系２２を介して、光電検
出ユニット２５に導かれ、正弦波状の検出信号ＳＷが生
成される。また、送受分離光学系２２からはレチクルＲ
上の格子状マーク１３に向かう２つのレーザビームも射
出され、これらレーザビームは、格子状マーク１３中の
図４（ａ）のウエハ上の回折格子１７ａに対応する回折
格子上に所定の交差角で入射し、この回折格子からの周
波数差Δｆをビート周波数（実際には走査速度に応じて
周波数が変化している）とするビート干渉光も、送受分
離光学系２２等を介して光電検出ユニット２５に導か
れ、正弦波状の検出信号ＳＲが生成される。検出信号Ｓ
Ｗ及びＳＲは位相差計測部２７に供給される。

【００３５】検出信号ＳＷは、ウエハＷの格子状マーク
１７中の回折格子１７ａからのビート干渉光を光電検出
して得られた信号であり、検出信号ＳＲは、レチクルＲ
の格子状マーク１３中の一方の回折格子からのビート干
渉光を光電検出して得られた信号であり、レチクルＲと
ウエハＷとが投影光学系ＰＬに対して走査されている状
態では、検出信号ＳＷ及びＳＲはそれぞれ周波数が同一
（Δｆとは異なる）のビート信号である。但し、レチク
ルＲの回折格子とウエハＷの回折格子１７ａとが、計測
方向３８（図４（ａ）参照）にずれているときは、２つ
の検出信号ＳＲ及びＳＷの間に位相差Δφ１が生じる。
この位相差Δφ１は位相差計測部２７によって検出さ
れ、検出された位相差に対応した位置ずれ量が算出され
る。検出可能な位相差は、通常±１８０゜の範囲であ
り、これは回折格子１７ａのピッチＰＷ１に対して、±
ＰＷ１／２、又は±ＰＷ１／４等に相当する。この位置
ずれ量が主制御部３０に供給される。

【００３６】また、図１の送受分離光学系２２からは図
４（ａ）に示す格子状マーク１７の他方の回折格子１７
ｂの計測方向３９の位置を検出するための２つのレーザ
ビーム、及び回折格子１７ｂに対応するレチクルＲ上の
格子状マーク１３の他方の回折格子の位置を検出するた
めの２本のレーザビームも射出され、位相差計測部２７
には回折格子１７ｂの位置に対応する検出信号、及び格
子状マーク１３の他方の回折格子の位置に対応する検出
信号が供給されている。そして、位相差計測部２７から
主制御部３０に対して、それら２つの回折格子の位置ず
れ量も供給されている。

【００３７】更に、図１では不図示であるが、レチクル
Ｒの上方には、図２に示すウエハＷ上の格子状マーク１
８とレチクルＲ上の格子状マーク１４との２次元的な位
置ずれ量を検出するためのＬＩＡ方式のアライメント光
学系も配置され、このアライメント光学系により検出さ
れた２次元的な位置ずれ量も主制御部３０に供給されて
いる。主制御部３０は、これらの位置ずれ量が所定の値
になるように、ウエハステージ９の駆動制御部１２、又
はレチクルステージ６の駆動制御部２８に遂次補正値を
出力する。

【００３８】ここで、通常の一括露光方式で使用される
ＬＩＡ方式のアライメント系では、主制御部３０は単に
その位相差が所定値になるまで駆動モータ８、又は１０
を駆動してレチクルステージ６、又はウエハステージ９
の何れか一方を微動させるだけでよい。しかしながら本
実施例のように、レチクルＲとウエハＷとの両方が高速
移動するスキャン露光中にも、２つの検出信号ＳＲとＳ
Ｗとの位相差を求めるとなると、別の問題が生じてく
る。それは、既に述べたように、スキャン露光によって
格子状マークが２本のレーザビームの交差領域に対して
ピッチ方向に速度ｖ［ｍｍ／ｓ］で移動し続けることに
よって、光電検出すべき格子状マークからの干渉光がド
ップラー効果を受け、検出信号ＳＲ，ＳＷの周波数がΔ
ｆから大きく変動してしまうことである。検出信号ＳＲ
（検出信号ＳＷについても同じ）の周波数ｆｓ［ｋＨ
ｚ］は、レチクルＲ上の格子状マークの或る計測方向へ
のピッチをＰｇ［μｍ］として、レチクルＲの移動速度
をその格子状マークのピッチ方向に換算した値をｖ［ｍ
ｍ／ｓ］として次式で表される。

【００３９】ｆｓ＝Δｆ＋２ｖ／Ｐｇ（１）但し、本例ではビート周波数Δｆは一例として５０ｋＨ
ｚとする。例えば移動速度ｖが−１００ｍｍ／ｓで、ピ
ッチＰｇが８μｍとすると、検出信号ＳＲの周波数ｆｓ
は２５ｋＨｚになってしまい、移動速度ｖが＋１００ｍ
ｍ／ｓであると、周波数ｆｓは７５ｋＨｚになる。その
ため、レチクルステージ６、ウエハステージ９の走査速
度にはある制限が伴う。例えば、周波数ｆｓとして位相
差計測上で問題とならない値が確保できるように走査速
度を低めに設定しておけばよい。また、周波数ｆｓが低
くなるような走査方向（レチクルＲ側で−Ｙ方向）は避
けて、常にレチクルＲの走査方向を＋Ｙ方向のみに限定
して走査露光を行うようにする方法も有効である。

【００４０】以上のことを踏まえて、本実施例の主制御
部３０は、図１に示すように、より簡単に走査中のアラ
イメントを実行するために、先ずウエハステージ９を制
御された一定速度で駆動するための速度及び位置の制御
部３００と、レチクルステージ６を制御された一定速度
で駆動するための速度及び位置の制御部３０２と、トラ
ッキング走査制御部３０４とを有する。

【００４１】通常のレチクル単体の位置決め、いわゆる
レチクルアライメントや、ウエハ単体の位置合わせ、い
わゆるウエハグローバルアライメント（又はエンハンス
ト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ））の場合、制
御部３００及び３０２は相互に関連することなく、従来
通りの機能を達成する。そしてスキャン露光時には、制
御部３００及び３０２は相互に協調してレチクルステー
ジ６とウエハステージ９との相対位置、及び速度を制御
する。

【００４２】本実施例では、更にトラッキング走査制御
部３０４を設け、通常の協調制御とトラッキング制御と
を切り替えられるようにしている。このトラッキング制
御は、位相差計測部２７から遂次出力される位置ずれ量
が常に一定の値になるように、レチクルステージ６の駆
動制御部２８をサーボ制御すると共に、ウエハステージ
９は単に一定速度で制御するというものである。勿論、
レチクルステージ６を定速制御とし、ウエハステージ９
をトラッキング制御としてもよい。

【００４３】即ち、本実施例では、走査露光中に連続し
て検出信号ＳＲ，ＳＷが出力されること、換言するとレ
チクルＲとウエハＷとの相対位置ずれ量の変化量が遂次
検出されることに着目して、レチクルとウエハとの何れ
か一方は定速度で走査し、他方はその走査移動に追従す
るように制御したのである。また、図１において基準検
出系２６は２本のビームＬＢ１，ＬＢ２の周波数差（ビ
ート周波数）Δｆを検出するもので、この検出信号は、
周波数Δｆの正弦波状の基準信号ＳＦとして位相差計測
部２７に供給される。

【００４４】位相差計測部２７は基準信号ＳＦと検出信
号ＳＲとの位相差から、レチクルＲの初期位置のずれを
求めたり、基準信号ＳＦと検出信号ＳＷとの位相差か
ら、ウエハＷの初期位置のずれを求めたりすることがで
きる。更に位相差計測部２７には、周波数変化を検出す
る回路が組み込まれており、基準信号ＳＦに対する検出
信号ＳＲ、又はＳＷの周波数変化を定量化することによ
って、レチクルステージ６、又はウエハステージ９の速
度変化を格子状マークの移動から直接検出することが可
能となっている。

【００４５】さて、本実施例では図２に示すように、光
軸ＡＸａ〜ＡＸｄに対応するアライメント光学系で格子
状マーク１３と格子状マーク１７との２次元的な位置ず
れ量、及び格子状マーク１４と格子状マーク１８との２
次元的な位置ずれ量を検出しているため、レチクルＲと
ウエハＷ上のショット領域ＳＡとの２次元的な位置ずれ
量のみならず、レチクルＲとそのショット領域ＳＡとの
相対的な回転角の誤差も走査露光中に逐次検出される。

【００４６】相対的な回転角の誤差も、パターン領域Ｐ
Ａ、又はショット領域ＳＡのサイズや、最小線幅の値に
よって、或る許容量が定められ、この許容量を超える回
転誤差が生じ得るときは、レチクルステージ６を微小回
転させる回転機構にその回転誤差をフィードバックし
て、走査露光中にリアルタイムにその回転誤差を補正し
ていくことが望ましい。この場合、回転機構の回転中心
は、レチクルＲ上に投影されたレチクルブラインド１の
スリット状の開口像の中心、即ちスリット状の照明領域
３１の中心と一致していることが好ましい。

【００４７】次に、本実施例で使用される格子状マーク
１３，１４，１７，１８の構成につき詳細に説明する。
図３（ａ）はレチクルＲのパターン配置を示し、この図
３（ａ）において、パターン領域ＰＡの両側に走査方向
（Ｙ方向）に沿って連続的な逆Ｖ字型のパターンよりな
る格子状マーク１３及び１４が形成され、この両側にウ
エハＷ側の格子状マークに対するレーザビームが通過す
る窓部１５及び１６が形成されている。図１の投影光学
系ＰＬの最大有効露光フィールドと共役なレチクルＲ上
の領域を最大有効転写領域３３とすると、この最大有効
転写領域３３内で且つスリット状の照明領域３１内にＬ
ＩＡ方式のアライメント系による検出領域３５Ａ及び３
５Ｂが設定されている。検出領域３５Ａ内で格子状マー
ク１３の位置検出が行われ、検出領域３５Ｂ内で格子状
マーク１４の位置検出が行われる。

【００４８】図３（ｂ）はウエハＷのショット領域ＳＡ
に付設された格子状マークの配置を示し、この図３
（ｂ）において、ショット領域ＳＡの両側に走査方向
（Ｙ方向）に沿って連続的なＶ字型のパターンよりなる
格子状マーク１７及び１８が形成されている。そして、
図１の投影光学系ＰＬの最大有効露光フィールド３４内
で且つスリット状の露光領域３２の外側にＬＩＡ方式の
アライメント系による検出領域３６Ａ及び３６Ｂが設定
されている。検出領域３６Ａ内で格子状マーク１７の位
置検出が行われ、検出領域３６Ｂ内で格子状マーク１８
の位置検出が行われる。

【００４９】既に説明した図４（ａ）に示すように、ウ
エハＷ上の格子状マーク１７は、計測方向（ピッチ方
向）３８の回折格子１７ａと計測方向３９の回折格子１
７ｂとより構成されている。また、アライメント光学系
による検出領域３６Ａ（図３（ｂ）参照）の中心を中心
３６Ａａとすると、回折格子１７ａ上に入射する２つの
レーザビームの照射領域の中心、及び回折格子１７ｂ上
に入射する２つのレーザビームの照射領域の中心は、そ
れぞれほぼ中心３６Ａａにあるとみなすことができる。
そして、本実施例では、ウエハＷ上で投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸが通る点とそのアライメント光学系による検出
の中心３６Ａａとを通る直線３７に関して、格子状マー
ク１７の計測方向３８と計測方向３９とを線対称に設定
する。即ち、計測方向３８の直線３７に対する反時計回
りの角度θ₁と、計測方向３９の直線３７に対する時計
回りの角度θ₂とを等しく設定する。また、計測方向３
８のピッチＰＷ１と、計測方向３９のピッチＰＷ２とは
異なってもよい。

【００５０】この結果、投影光学系ＰＬを介して格子状
マーク１７の位置を検出する際に、計測方向３８のメリ
ジオナル方向（ｍ方向）の成分とサジタル方向（ｓ方
向）の成分との比は、計測方向３９のｍ方向の成分とｓ
方向の成分との比に等しくなる。これに関して、一般
に、投影光学系ＰＬにおいては、ｍ方向とｓ方向とで収
差（結像倍率、非点収差等の縦の収差、あるいはコマ収
差等の横の収差等）の特性が異なっている。しかしなが
ら、本実施例では、計測方向３８及び３９の対称性によ
り、計測方向３８と計測方向３９とで投影光学系ＰＬに
よる収差の影響が等しくなり、計測方向３８の検出精度
と計測方向３９の検出精度とが等しくなる。特に、ＬＩ
Ａ方式では、投影光学系ＰＬの結像倍率により２つのレ
ーザビームの交差角が決まるため、２つの計測方向で投
影光学系ＰＬの結像倍率を等しくする必要がある。本実
施例では、２つの計測方向で投影光学系ＰＬの結像倍率
が等しいため、格子状マーク１７の２つの計測方向で正
確な位置検出が行われる。

【００５１】仮に、図４（ａ）において、計測方向３８
及び３９をそれぞれ直線３７に対して平行（ｍ方向）及
び垂直（ｓ方向）に設定すると、投影光学系ＰＬの収差
の影響を直接受けてしまう。特にｍ方向とｓ方向とでの
投影倍率の差は最大となり、これをアライメント光学系
で補正することは難しい。従って図４（ａ）のマーク配
置はアライメント光学系の構成を簡易化する上で有効な
ものである。

【００５２】ところで本実施例の構成では図４（ａ）に
おいて角度θ₁と角度θ₂とが等しいことが重要であ
り、計測方向３８と計測方向３９とが直交する必要はな
い。但し、それら計測方向が直交する場合は位置検出の
データ処理上都合のよい場合がある。このように計測方
向が直交する場合は、θ₁＋θ₂＝９０°となる。更
に、最も単純な構成では、直線３７がＸ軸に平行に設定
され、計測方向３８の直線３７に対する角度θ₁が４５
°、計測方向３９の直線３７に対する角度θ ₂が４５°
にされる。言い換えると、計測方向３８及び３９がそれ
ぞれ走査方向（Ｙ方向）に対して４５°で交差する。

【００５３】同様に、図３（ｂ）の他方の格子状マーク
１８も、２つの計測方向が光軸ＡＸと検出領域３６Ｂの
中心とを通る直線に関して線対称に設定され、投影光学
系ＰＬを介した位置検出が高精度に行われる。また、レ
チクルＲ上の格子状マーク１３及び１４に関しては、位
置検出は投影光学系ＰＬを介さずに行われるため、検出
精度に関しては特に計測方向は限定されない。しかしな
がら、レチクルＲ上の格子状マーク１３及び１４は、ウ
エハＷ上の格子状マーク１７及び１８との位置ずれ量が
問題となるため、レチクルＲ上の格子状マーク１３及び
１４の検出領域３５Ａ及び３５Ｂは、ウエハＷ上の検出
領域３６Ａ及び３６Ｂとほぼ共役な領域であることが望
ましく、且つ格子状マーク１３及び１４の計測方向もウ
エハＷ上での計測方向に対応する（共役な）方向である
ことが望ましい。そこで、図４（ａ）の直線３７がＸ軸
に平行で、且つ角度θ₁及びθ₂がそれぞれ４５°であ
る場合には、レチクルＲ上の格子状マーク１３及び１４
の検出領域３５Ａ及び３５Ｂの中心を、光軸ＡＸを通り
Ｘ軸に平行な直線上に設定し、且つ格子状マーク１３及
び１４の２つの計測方向も、それぞれ走査方向（Ｙ方
向）に対して４５°で交差する方向にすることが望まし
い。

【００５４】なお、図４（ａ）における計測方向３８及
び３９の対称性は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとアライ
メントマークの検出領域の中心とを結ぶ直線３７に対す
る対称性であるため、検出領域が走査方向に対して前後
に偏った場合には、２つの計測方向は走査方向に対して
対称でなくなることがある。次に、このような本発明の
第２実施例につき図５を参照して説明する。図５は、本
実施例のウエハＷのショット領域ＳＡに付設された格子
状マーク４０及び４１を示し、この図５において、ショ
ット領域ＳＡのＸ方向の両側に走査方向（Ｙ方向）に沿
って連続的に格子状マーク４０及び４１が形成されてい
る。一方の格子状マーク４０は、Ｙ方向に所定ピッチで
配列された回折格子４０ａと、Ｘ方向に所定ピッチで配
列された回折格子４０ｂとからなり、回折格子４０ａの
計測方向３８ＡはＹ軸に平行であり、回折格子４０ｂの
計測方向はＸ軸に平行である。また、他方の格子状マー
ク４１は、Ｙ方向に平行な直線に関して格子状マーク４
０と線対称な回折格子４１ａ及び４１ｂよりなり、格子
状マーク４１の２つの計測方向もＸ方向及びＹ方向とな
っている。これら格子状マーク４０及び４１の２次元的
な位置もＬＩＡ方式により検出する。

【００５５】また、図５において、格子状マーク４０の
検出領域４２Ａは、投影光学系の最大有効露光フィール
ド３４内で、且つ走査方向で上部に偏った位置にあり、
検出領域４２Ａの中心４２Ａａと、投影光学系の光軸Ａ
Ｘとを通る直線４３Ａに関して計測方向３８Ａと３９Ａ
とは線対称になっている。即ち、直線４３ＡはＸ軸及び
Ｙ軸に対して４５°で交差している。同様に、他方の格
子状マーク４１の検出領域４２Ｂの中心４２Ｂａと、投
影光学系の光軸ＡＸとを通る直線４３Ｂに関して格子状
マーク４１の２つの計測方向は線対称になっている。こ
れにより、本実施例でも、格子状マーク４０及び４１の
２次元的な位置を投影光学系ＰＬを介して検出する際
に、２つの計測方向での投影光学系ＰＬによる収差及び
結像倍率が等しいため、それら格子状マーク４０及び４
１の２次元的な位置を正確に検出できる。

【００５６】次に、上述実施例では、アライメントマー
クとして、Ｖ字型（逆Ｖ字型）の格子状マーク又は並列
に配置された１次元格子マークが使用されているが、以
下のようなマークを使用してもよい。先ず、図６（ａ）
に示すのは、正方形の凸（又は凹）のパターン４４を直
交する計測方向３８Ｃ及び３９ＣにそれぞれピッチＰＷ
１及びＰＷ２（＝ＰＷ１）で配置したウエハ側のアライ
メントマーク（ウエハマーク）を示し、計測方向３８Ｃ
及び３９ＣはそれぞれＹ軸に対して４５°で交差してい
る。また、パターン４４の幅はピッチＰＷ１のほぼ１／
２となっており、このウエハマークの位置もＬＩＡ方式
で検出される。

【００５７】但し、ウエハマークの凸部と凹部との幅が
等しいと、段差部でそのウエハマークが崩れる恐れがあ
る。そのような崩れを防止するためには、図６（ｂ）に
示すように、１辺の幅ＰＷ３がピッチＰＷ１に比べて１
／２より狭い正方形の凸（又は凹）のパターン４５を２
次元的に配置したウエハマークを使用するとよい。次
に、図７に示すように、正方形の凸（又は凹）のパター
ン４６を市松格子状に配列したウエハマークを使用して
もよい。この場合の２つの計測方向３８Ｄ及び３９Ｄは
それぞれＹ軸に対して４５°で交差し、且つ計測方向３
８Ｄ及び３９Ｄでのピッチ（実行ピッチ）は互いに等し
く、このウエハマークの２次元的な位置もＬＩＡ方式で
検出される。

【００５８】また、図８（ａ）は、ウエハマークの繰り
返しのパターン（格子要素）４７が長方形の場合を示
し、この図８（ａ）において、パターン４７の各辺はＸ
軸又はＹ軸に平行であり、且つＸ方向の辺の長さがＹ方
向の辺の長さより短くなっている。そして、このパター
ン４７を市松格子状に配列することによりＬＩＡ方式用
のウエハマークが構成され、このウエハマークの２つの
計測方向ＡＸ１及びＡＸ２は、それぞれパターン４７の
対角線に平行な方向となっている。そして、計測方向Ａ
Ｘ１とＸ軸とがなす角度θ₁と、計測方向ＡＸ２とＸ軸
とがなす角度θ₂とは等しくなっている。従って、検出
領域の中心と投影光学系の光軸とを通る直線はＸ軸に平
行である。この図８（ａ）の例では、長方形のパターン
４７の縦横比を変えることにより、計測方向ＡＸ１及び
ＡＸ２、即ち角度θ₁及びθ₂を変えることができる。
但し、角度θ₁及びθ₂の変化、又はパターン４７の大
きさの変化により、各計測方向ＡＸ１及びＡＸ２へのピ
ッチ（実行ピッチ）も変化する。

【００５９】また、図８（ｂ）に示すように、菱型のパ
ターン４８を市松格子状に配列したウエハマークを使用
してもよい。図８（ｂ）において、ウエハマークの一方
の計測方向ＡＸ３はパターン４８の一方の対角線に平行
で、且つ他方の計測方向ＡＸ４はパターン４８の他方の
対角線に平行であり、計測方向ＡＸ３とＡＸ４とは直交
している。従って、この例では菱型のパターン４８の方
向によって、計測方向ＡＸ３がＸ軸と時計回りになす角
度θ₃と、計測方向ＡＸ４がＸ軸と反時計回りになす角
度θ₄とは一致しない。この場合の検出領域の中心と投
影光学系の光軸とを通る直線の方向は、２つの計測方向
ＡＸ３及びＡＸ４に対してなす角度が等しい方向とな
る。また、菱型のパターン４８の場合は、計測方向ＡＸ
３と計測方向ＡＸ４とのピッチが異なったものとなって
いる。

【００６０】更に、上述のウエハマークを一般化する
と、繰り返しのパターン（格子要素）は図９に示すよう
な平行四辺形のパターン４９となる。このパターン４９
を市松格子状に配列することにより、ＬＩＡ方式で検出
できるウエハマークとなる。この場合、一方の計測方向
ＡＸ５はパターン４９の一方の対角線に平行で、且つ他
方の計測方向ＡＸ６はパターン４９の他方の対角線に平
行である。従って、パターン４９の回転方向、及び形状
により２つの計測方向ＡＸ５及びＡＸ６を所望の方向に
設定できる。即ち、計測方向ＡＸ５がＸ軸となす角度θ
₅、及び計測方向ＡＸ６がＸ軸となす角度θ₆を所望の
値に設定できる。更に、計測方向ＡＸ５と計測方向ＡＸ
６とのピッチを異なった値に設定することができる。

【００６１】但し、ウエハマークの２つの計測方向（例
えば図４（ａ）の計測方向３８及び３９）の直線３７に
関する対称性は、投影光学系におけるアライメント用の
光での収差の大きさによって、或る程度崩すことが可能
である。即ち、例えば計測方向３８の近傍で収差が大き
く変化しないときには、その範囲で計測方向３８を変え
ても差し支えない。

【００６２】なお、上述実施例では、アライメント系と
してＬＩＡ方式が使用されているが、アライメント系と
して次のようなＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメン
ト）方式のアライメント系、又は撮像方式であるＦＩＡ
（Field Image Alignment ）系を使用する場合にも本発
明の適用により、アライメントマークの２次元的な位置
を正確に検出できる。

【００６３】ＬＳＡ方式のアライメント系：これはレ
ーザ光をウエハマークに照射し、回折・散乱された光を
利用してそのウエハマークの位置を計測する系であり、
従来より種々のプロセスウエハに幅広く使用されている
ものである。ＦＩＡ系：これはハロゲンランプ等を光源とする波長
帯域幅の広い光で照明したウエハマークの像を、画像処
理して位置計測を行うセンサであり、アルミニウム層や
ウエハ表面の非対称なマークの計測に効果的である。

【００６４】更に、上述実施例では、ＴＴＲ方式のアラ
イメント系が使用されているが、ＴＴＬ方式、又はオフ
・アクシス方式のアライメント系を使用する場合にも本
発明は適用される。また、上述実施例は走査露光方式の
投影露光装置のアライメント装置に本発明を適用したも
のであるが、例えばステッパーのような一括露光方式の
投影露光装置においても、本発明の適用によりレチクル
とウエハとの位置関係をより正確に検出できる。更に、
一括露光方式の投影露光装置で、例えばレチクル上のマ
ークの投影像の位置をウエハステージ側で検出して、投
影光学系の投影倍率を計測するような場合に、その計測
方向に関して本発明を適用することにより、その投影倍
率をより正確に検出できる。

【００６５】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、第１計測方向及び第２
計測方向が、例えば投影光学系の光軸と検出領域の中心
とを通る直線に関して線対称であるため、それら第１計
測方向及び第２計測方向での収差又は投影倍率には、メ
リジオナル方向の成分とサジタル方向の成分とが等しい
比率で混じっている。従って、それら２つの計測方向で
の収差又は投影倍率が等しくなり、２つの計測方向での
位置検出が同程度の精度で且つ正確に行われる利点があ
る。

【００６７】また、マスク上の位置計測用のマークが、
マスク上の複数箇所にそれぞれ第１及び第２計測方向と
対応する方向に所定ピッチで形成された格子状マークで
あり、基板上の位置計測用のマークが、基板上の露光領
域に複数個付設されそれぞれ第１及び第２計測方向に所
定ピッチで形成された格子状マークである場合には、例
えば一括露光方式の投影露光装置で、各位置計測用のマ
ークの２次元的な位置を高精度に検出できる利点があ
る。

【００６８】更に、マスクを保持して所定の走査方向に
前記マスクを走査するマスクステージと、このマスクス
テージに同期してその所定の走査方向と対応する方向に
その基板ステージを介して基板を走査する制御手段と、
を設け、マスク上の位置計測用のマークを、所定の走査
方向に沿って連続的に形成されると共に、第１及び第２
計測方向に対応する方向に所定ピッチで形成される格子
状マークで構成し、基板上の位置計測用のマークを、基
板上の露光領域の近傍に走査方向に対応する方向に連続
的に形成されると共に、第１及び第２計測方向に沿って
所定ピッチで形成される格子状マークで構成した場合に
は、走査露光方式の露光装置において、走査方向に沿っ
て高精度且つ連続的にアライメントを行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のステップ・アンド・スキ
ャン方式の投影露光装置を示す構成図である。

【図２】図１の投影露光装置における走査露光時の様子
を模式的に示す斜視図である。

【図３】（ａ）は図１のレチクルＲ上のパターン配置を
示す平面図、（ｂ）は図１のウエハＷのショット領域Ｓ
Ａに付設された格子状マークを示す拡大平面図である。

【図４】（ａ）はウエハ上の格子状マーク１７の一部を
示す拡大平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡＡ線に沿う断
面図である。

【図５】本発明の第２実施例においてウエハＷのショッ
ト領域に付設された格子状マークを示す拡大平面図であ
る。

【図６】（ａ）は正方形のパターンを規則的に配置して
構成したウエハマークの例を示す拡大平面図、（ｂ）は
小さい正方形のパターンを規則的に配置して構成したウ
エハマークの例を示す拡大平面図である。

【図７】正方形のパターンを市松格子状に配列したウエ
ハマークの例を示す拡大平面図である。

【図８】（ａ）は長方形のパターンを市松格子状に配列
したウエハマークの例を示す拡大平面図、（ｂ）は菱形
のパターンを市松格子状に配列したウエハマークの例を
示す拡大平面図である。

【図９】ウエハマークを構成するパターンの一例として
の平行四辺形のパターンを示す拡大平面図である。

【図１０】従来のウエハ側のアライメントマークの構成
例を示す平面図である。

【符号の説明】

１レチクルブラインド５ダイクロイックミラーＲレチクル６レチクルステージＰＬ投影光学系Ｗウエハ９ウエハステージ１３，１４レチクル側の格子状マーク１５，１６窓部１７，１８ウエハ側の格子状マーク２０レーザ光源２２送受分離光学系２７位相差計測部３０主制御部３２スリット状の露光領域３４最大有効露光フィールド３６Ａ，３６Ｂ検出領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の原画パターンを所定倍率で感
光性の基板上に投影する投影光学系と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸に実質的に垂
直な面内で前記基板を移動させる基板ステージと、前記投影光学系を介して前記マスク上の位置計測用のマ
ークと前記基板上の位置計測用のマークとの相対的な位
置ずれ量を検出するマーク検出手段と、を有する投影露
光装置において、前記マーク検出手段は、前記投影光学系のフィールドで
の所定の第１計測域に位置する前記基板上の位置計測用
のマークによって互いに異なる第１計測方向及び第２計
測方向での位置ずれ量をそれぞれ検出すると共に、前記
マスク上の所定の第２計測域に位置する位置計測用マー
クによって前記第１計測方向に対応する方向と前記第２
計測方向に対応する方向での位置ずれ量をそれぞれ検出
し、前記投影光学系のフィールド内での前記第１及び第２計
測方向は、前記投影光学系の光軸を含む所定の面と前記
投影光学系のフィールドとが交差する直線に関して線対
称であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記マスク上の位置計測用のマークは、
前記マスク上の複数箇所にそれぞれ前記第１及び第２計
測方向と対応する方向に所定ピッチで形成された格子状
マークであり、前記基板上の位置計測用のマークは、前記基板上の露光
領域に複数個付設されそれぞれ前記第１及び第２計測方
向に所定ピッチで形成された格子状マークであることを
特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記マスクを保持して所定の走査方向に
前記マスクを走査するマスクステージと、該マスクステージに同期して前記所定の走査方向と対応
する方向に前記基板ステージを介して前記基板を走査す
る制御手段と、を設け、前記マスク上の位置計測用のマークは、前記所定の走査
方向に沿って連続的に形成されると共に、前記第１及び
第２計測方向に対応する方向に所定ピッチで形成される
格子状マークで構成され、前記基板上の位置計測用のマークは、前記基板上の露光
領域の近傍に前記走査方向に対応する方向に連続的に形
成されると共に、前記第１及び第２計測方向に沿って所
定ピッチで形成される格子状マークで構成されることを
特徴とする請求項１記載の投影露光装置。