JPH08167559A

JPH08167559A - アライメント方法及び装置

Info

Publication number: JPH08167559A
Application number: JP6311984A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-25
Also published as: US5721607A

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘテロダイン干渉方式のアライメント装置を
用い、レチクルとウエハとの位置合わせをするアライメ
ント方法において、ウエハビート信号がウエハのショッ
ト領域毎にばらついても、位置合わせに要する時間を長
くしない。【構成】ウエハがプリアライメントされる際、ステッ
プ１０６においてレチクルと格子状のウエハマークとの
位置ずれが格子ピッチＰ_Wの±１／４ピッチ以内になる
前に、ステップ１０４において、ウエハマークと光束の
照射領域との中心同士の差が、計測方向（Ｘ方向）に±
ΔＬ₁以内、非計測方向（Ｙ方向）に±ΔＬ₂以内にな
ったことが、重複領域演算系の演算の結果に基づき中央
制御系により確認されると、ステップ１０５において、
ウエハビート信号Ｓ_WのＡＧＣ（オート・ゲイン・コン
トロール）が開始される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスク上に形成された
パターンを感光基板上に転写する露光装置においてマス
クと感光基板との位置合わせを行う際に使用されるアラ
イメント方法及びアライメント装置に関し、特に、マス
クと感光基板との相対位置をヘテロダイン干渉方式で検
出する場合に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等の製造に
使用される投影露光装置においては、ウエハ（又はガラ
スプレート等）上に形成される多数層の回路パターン相
互の重ね合わせ精度を高く維持する必要があるため、特
にウエハ上の２層目以降にレチクル（又はフォトマスク
等）のパターンを露光する際に、そのレチクルとウエハ
とを高精度に位置合わせ（アライメント）することが望
まれる。そのため投影露光装置には、レチクルとウエハ
との位置関係を高精度に検出して両者の位置合わせを行
うためのアライメント系（アライメント装置）が備えら
れている。

【０００３】このためのアライメントセンサとしては、
レーザ光をウエハ上のアライメントマーク（ウエハマー
ク）に照射し、ウエハマークによって回折又は散乱され
た光によりそのウエハマークの位置を検出するＬＳＡ
（Laser Step Alignment）方式、ハロゲンランプを光源
とする波長帯域幅の広い光で照明したアライメントマー
クを撮像して画像処理して計測するＦＩＡ(Field Image
Alignment）方式、あるいはウエハ上の回折格子状のウ
エハマークに、周波数を僅かに変えたレーザ光を２方向
から照射し、発生した２つの回折光（ヘテロダインビー
ム）を光電変換して得られるビート信号の位相からその
ウエハマークの位置を計測するヘテロダイン干渉方式等
がある。このヘテロダイン干渉方式は、ＬＩＡ(Laser I
nterferometric Alignment）方式とも呼ばれている。

【０００４】また、アライメント方式は、投影光学系を
介してレチクルとウエハとの位置関係を測定するＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式と、投影光学系及びレチク
ルを介してレチクルとウエハとの位置関係を測定するＴ
ＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式とに大別される。こ
のＴＴＲ方式のアライメント系は、現状で原理的に最も
高い精度が実現できるアライメント系である。

【０００５】斯かるＴＴＲ方式のアライメント方式に、
ヘテロダイン干渉方式のアライメントセンサを適用する
ことにより、極めて高精度なアライメント系が実現でき
る（例えば特開平２−２７２３０５号公報参照）。この
アライメント系では、例えばレチクルマーク及びウエハ
マークからの±１次回折光を使用するものとして、回折
格子状のウエハマークの計測方向へのピッチをＰ_Wとす
ると、それら２つのマークから得られるビート信号の位
相差が０（又は所定の目標値ｘ）になる位置に対してウ
エハマークが計測方向に±Ｐ_W／４だけ移動すると、そ
の位相差は±１８０°変化する。また、位相差は原理的
に±１８０°の間、又は幅が３６０°の間でしか検出で
きないため、２つのビート信号の目標位相差を０°とす
ると、ヘテロダイン干渉方式のアライメント系を用いて
正確に位置合わせを行うには、別のウエハアライメント
センサを用いて、ウエハの当該ショット領域のウエハマ
ークを対応するレチクルマークに対して±１／４ピッチ
の範囲内に位置決めする必要がある。そのため、例え
ば、上述のＦＩＡ方式、又はＬＳＡ方式等の周知のプリ
アライメントセンサにより、ウエハマークの位置を検出
し、この結果に基づいてウエハのプリアライメントを行
っている。

【０００６】図１６は、従来のプリアライメントからヘ
テロダイン干渉方式のアライメント（ファインアライメ
ント）に至る過程を示すフローチャートであり、この図
１６に示すように、プリアライメントでは、先ずステッ
プ２０１及びステップ２０２においてウエハを搭載した
ウエハステージをステッピングさせながら、レチクル及
びウエハの位置をレーザ干渉計等の位置計測系により計
測して、プリアライメントセンサによりレチクルとウエ
ハとの相対的な位置ずれを検出し、その位置ずれが回折
格子状のウエハマークの格子ピッチＰ_Wの±１／４ピッ
チの範囲内に位置決めされたかどうか判定する。レチク
ルとウエハとの相対位置ずれが、格子ピッチＰ_Wの±１
／４ピッチの範囲内でなければ更にウエハステージを移
動させる。もし、レチクルとウエハとの相対位置ずれ
が、格子ピッチＰ_Wの±１／４ピッチの範囲内であれ
ば、ステップ２０３においてウエハステージを停止させ
る。これでプリアライメントが終了する。

【０００７】プリアライメントの終了に伴い、ヘテロダ
イン干渉方式のアライメント系によりファインアライメ
ント（最終アライメント）が開始されるが、その前にス
テップ２０４において、可変増幅器を介してウエハマー
クから得られるビート信号（ウエハビート信号）の振幅
がオート・ゲイン・コントロール（ＡＧＣ）により調整
される。

【０００８】半導体ウエハは、エッチングやスパッタリ
ングなど、数々のプロセスを経ているため、また、フォ
トレジストの塗布むら等があり、ウエハに形成されてい
るウエハマークは全てが均一ではない。具体的には、ウ
エハマークの凹凸の段差が異なっていたり、レジスト層
の厚さが異なっていたりする。このような場合、ウエハ
マークから発生する回折光の強度は各マーク毎に必ずし
も同じではない。回折光の強度にマーク毎のばらつきが
あると、例えば前のショット領域のウエハマークによる
回折光と今回対象となるウエハマークによる回折光との
強度差が甚だしい場合、得られるビート信号が飽和した
り、逆に微小すぎたりして、位相比較手段でレチクルマ
ークから得られるビート信号（レチクルビート信号）と
ウエハビート信号との位相比較ができないことがある。
したがって、通常アライメント開始前にＡＧＣ方式でビ
ート信号の電気増幅率を変更して、最適な信号振幅にな
ってから本来のアライメントを開始する。

【０００９】先ず、ステップ２０５，２０６ではレチク
ルビート信号とウエハビート信号との位相差を検出しな
がら、レチクルが載置されたレチクルステージを移動さ
せ、両信号の位相差が予め決められた許容範囲内かどう
かを判定する。両信号の位相差が予め決められた許容範
囲内でなければ、更にレチクルステージを移動させる。
そして、両信号の位相差が予め決められた許容範囲内で
あれば、ステップ２０７においてレチクルステージを停
止させる。これでファインアライメントが終了し、それ
に続くステップ２０８において、レチクルに対して露光
光が照射され、レチクルの回路パターンがウエハ上に転
写される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ヘテロ
ダイン干渉方式のアライメント系では、検出可能範囲が
格子ピッチの±１／４以下であるため、レチクル用レー
ザ干渉計及びウエハ用レーザ干渉計によってレチクルと
ウエハとの相対的な位置ずれが格子ピッチの±１／４以
内であることが確認された後、即ちプリアライメントの
終了後初めてヘテロダイン干渉方式のアライメント系に
より最終アライメントが開始される。また、前述のよう
にウエハマークの状態が、ショット領域により一様でな
いために、プリアライメントの終了後、ＡＧＣ方式でウ
エハビート信号の電気増幅率を調整する必要がある。従
って、ＡＧＣに要する時間だけ最終アライメントの開始
が遅れ、スループット（生産性）の低下を招くという不
都合が有った。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、ヘテロダイン干
渉方式のアライメント系を用いて位置合わせを行う際
に、ウエハビート信号がウエハのショット領域毎にばら
ついても、位置合わせまでの時間を短縮できるアライメ
ント方法を提供することを目的とする。更に、本発明は
そのようなアライメント方法を直接的に実施することが
できるアライメント装置を提供することをも目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト方法は、マスク（４）上の転写用のパターンを感光性
の基板（６）上に露光する際に、回折格子状の参照マー
ク（３５Ａ）とその基板（６）上に形成された回折格子
状の基板マーク（４８Ａ）との相対的な位置ずれ量を所
定の目標値に追い込むように、そのマスク（４）及びそ
の基板（６）の少なくとも一方の位置を調整するアライ
メント方法において、その参照マーク（３５Ａ）とその
基板マーク（４８Ａ）との相対的な位置ずれ量を検出す
る粗アライメント系（４２）と、その参照マーク（３５
Ａ）及びその基板マーク（４８Ａ）にそれぞれ互いに周
波数の異なる可干渉な２光束（ＲＢ₁，ＲＢ₂及びＷＢ
₁，ＷＢ₂）を照射し、その参照マーク（３５Ａ）及び
その基板マーク（４８Ａ）からそれぞれ回折により戻さ
れるヘテロダインビーム（ＲＢ₁ ⁺¹，ＲＢ₂ ^-1及びＷＢ
₁ ⁺¹，ＷＢ₂ ^-1）を第１及び第２の光電検出手段（３
０，３１）により光電変換して参照ビート信号（Ｓ_R）
及び基板ビート信号（Ｓ_W）を生成するヘテロダイン干
渉方式のアライメント光学系（１）とを使用する。

【００１３】そして、本発明は、その第２の光電検出手
段（３１）から出力される基板ビート信号（Ｓ_W）の振
幅が所定レベルになるように、その基板ビート信号（Ｓ
_W）を可変の増幅率で増幅する可変増幅手段（５３）
と、その第１の光電検出手段（３０）から出力される参
照ビート信号（Ｓ_R）と、その基板ビート信号（Ｓ_W）
をその可変増幅手段（５３）で増幅して得られた信号と
の位相差を比較する位相比較手段（７０）と、を有し、
その粗アライメント系（４２）の検出結果に基づいて、
その参照マーク（３５Ａ）とその基板マーク（４８Ａ）
との相対的な位置ずれ量をその所定の目標値に向けて追
い込む際に、そのヘテロダイン干渉方式のアライメント
光学系（１）からその基板（６）上に照射されるその可
干渉な２光束（ＷＢ₁，ＷＢ₂）の照射領域（５４）
と、その基板マーク（４８Ａ）とが所定の割合以上に重
なってから、且つその参照マーク（３５Ａ）とその基板
マーク（４８Ａ）との位置ずれ量が位相比較できる量に
なる前に、その可変増幅手段（５３）における増幅率の
決定動作を開始するものである。

【００１４】この場合、その基板マーク（４８Ａ）の大
きさが、その基板（６）上に照射されるその可干渉な２
光束（ＷＢ₁，ＷＢ₂）の照射領域（５４）に比べて、
その基板マーク（４８Ａ）を構成する格子の配列方向で
ある計測方向（Ｘ方向）に２ΔＬ₁、及びその計測方向
に垂直な非計測方向（Ｙ方向）に２ΔＬ₂だけ異なるも
のとすると、その基板（６）上に照射されるその可干渉
な２光束（ＷＢ₁，ＷＢ₂）の照射領域（５４）と、そ
の基板マーク（４８Ａ）とが所定の割合以上に重なる場
合の一例は、その基板マーク（４８Ａ）の中心とその照
射領域（５４）の中心との位置ずれ量が計測方向に±Δ
Ｌ₁以内で、且つ非計測方向に±ΔＬ₂以内になった時
である。

【００１５】また、その参照マークの一例は、そのマス
ク（４）上に設けられた回折格子状のマスクマーク（３
５Ａ）である。更に、本発明によるアライメント装置
は、転写用のパターンが形成されたマスク（４）を保持
するマスクステージ（９）と、感光性の基板（６）の位
置決めを行う基板ステージ（８Ｘ，８Ｙ）とを有し、そ
のマスク（４）のパターンをその基板（６）上に露光す
る露光装置に設けられ、回折格子状の参照マーク（３５
Ａ）とその基板（６）上に形成された回折格子状の基板
マーク（４８Ａ）との相対的な位置ずれ量を所定の目標
値に追い込むように、そのマスクステージ（９）及びそ
の基板ステージ（８Ｘ，８Ｙ）の少なくとも一方を駆動
するアライメント装置において、その参照マーク（３５
Ａ）とその基板マーク（４８Ａ）との相対的な位置ずれ
量を検出する粗アライメント系（４２）と、その参照マ
ーク（３５Ａ）及びその基板マーク（４８Ａ）にそれぞ
れ互いに周波数の異なる可干渉な２光束（ＲＢ₁，ＲＢ
₂及びＷＢ₁，ＷＢ₂）を照射し、その参照マーク（３
５Ａ）及びその基板マーク（４８Ａ）からそれぞれ回折
により戻されるヘテロダインビーム（ＲＢ₁ ⁺¹，ＲＢ₂
^-1及びＷＢ₁ ⁺¹，ＷＢ₂ ^-1）を第１及び第２の光電検
出手段（３０，３１）により光電変換して参照ビート信
号（Ｓ_R）及び基板ビート信号（Ｓ_W）を生成するヘテ
ロダイン干渉方式のアライメント光学系（１）とを有す
る。

【００１６】更に、本アライメント装置は、その第２の
光電検出手段（３１）から出力されるその基板ビート信
号（Ｓ_W）の振幅が所定レベルになるように、その基板
ビート信号（Ｓ_W）を可変の増幅率で増幅する可変増幅
手段（５３）と、その第１の光電検出手段（３０）から
出力されるその参照ビート信号（Ｓ_R）と、その基板ビ
ート信号（Ｓ_W）をその可変増幅手段（５３）で増幅し
て得られた信号との位相差を比較する位相比較手段（７
０）と、そのヘテロダイン干渉方式のアライメント光学
系（１）からその基板上（６）に照射されるその可干渉
な２光束（ＷＢ ₁ ，ＷＢ₂ ）の照射領域（５４）と、そ
の基板マーク（４８Ａ）との重なりの割合を求める重複
領域算出手段（６４Ａ）と、その粗アライメント系（４
２）、及びその位相比較手段（７０）の検出結果に基づ
いてそのマスクステージ（９）及びその基板ステージ
（８Ｘ，８Ｙ）の少なくとも一方の動作を制御すると共
に、その重複領域算出手段（６４Ａ）で求められた割合
に基づいてその可変増幅手段（５３）における増幅率の
決定動作を開始させる制御手段（６４）と、を有するも
のである。

【００１７】

【作用】斯かる本発明のアライメント方法によれば、可
干渉な２光束（ＷＢ₁，ＷＢ₂）の照射領域（５４）
と、基板マーク（４８Ａ）とが所定の割合以上に重なっ
てから、且つ参照マーク（３５Ａ）と基板マーク（４８
Ａ）との位置ずれ量が位相比較できる量になる前に、可
変増幅手段（５３）における増幅率の決定動作を開始す
る。従って、参照マーク（３５Ａ）と基板マーク（４８
Ａ）との位置ずれが、ヘテロダイン干渉方式のアライメ
ント系における検出可能範囲である基板マーク（４８
Ａ）の格子ピッチＰ_Wの±１／４ピッチ以内に到達して
いなくても、基板ビート信号（Ｓ_W）の増幅率の調整
（オート・ゲイン・コントロール）を開始することがで
き、参照マーク（３５Ａ）と基板マーク（４８Ａ）との
位置ずれが、格子ピッチの±１／４ピッチ以内に到達す
るころには、既に基板ビート信号（Ｓ_W）の増幅率の調
整が終了しているため、短時間にアライメントを行うこ
とができる。

【００１８】また、基板マーク（４８Ａ）の大きさが、
基板（６）上に照射される可干渉な２光束（ＷＢ₁，Ｗ
Ｂ₂）の照射領域（５４）に比べて、基板マーク（４８
Ａ）を構成する格子の配列方向である計測方向（Ｘ方
向）に２ΔＬ₁、及びその計測方向に垂直な非計測方向
（Ｙ方向）に２ΔＬ₂だけ異なり、基板マーク（４８
Ａ）の中心と照射領域（５４）の中心との位置ずれ量が
計測方向に±ΔＬ₁以内で、且つ非計測方向に±ΔＬ₂
以内になったときに、且つ参照マーク（３５Ａ）と基板
マーク（４８Ａ）との位置ずれ量が位相比較できる量に
なる前に、基板ビート信号（Ｓ_W）の増幅率の調整を開
始する場合には、例えば基板マーク（４８Ａ）が２光束
の照射領域（５４）より計測方向及び非計測方向共に大
きく形成されている場合には、増幅率の調整の開始時に
はすでに基板マーク（４８Ａ）と２光束の照射領域（５
４）との重複領域がその照射領域（５４）の全体を覆う
ため、最終的なアライメント時と同じ回折光強度が得ら
れるため、より正確な増幅率の調整を行うことができ
る。

【００１９】また、例えば基板マーク（４８Ａ）が２光
束の照射領域（５４）より計測方向及び非計測方向共に
小さく形成されている場合でも、増幅率の調整開始時に
は基板マーク（４８Ａ）の全部が２光束の照射領域（５
４）に入っているので基板ビート信号（Ｓ_W）の増幅率
の正確な調整を行うことができる。また、参照マーク
が、マスク（４）上に設けられた回折格子状のマスクマ
ーク（３５Ａ）である場合には、参照格子を設けるため
の特別の構造を必要とせず、且つ、直接マスクと基板と
の位置ずれ量が検出される。

【００２０】更に、斯かる本発明のアライメント装置に
よれば、上述の本発明のアライメント方法を直接的に実
施することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図１〜図１４
を参照して説明する。本実施例は、レチクル上のパター
ンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に露
光する投影露光装置に使用されるＴＴＲ方式で且つヘテ
ロダイン干渉方式のアライメント系に本発明を適用した
ものである。

【００２２】図２は、本例の投影露光装置の全体の概略
構成を示し、この図２においてレチクル４はレチクルス
テージ９上に保持され、ウエハ６はウエハステージ６１
上に保持され、露光時には露光照明系６７からの露光用
の波長λ₀の照明光がダイクロイックミラー３を介して
レチクル４に照射され、その照明光のもとでレチクル４
のパターン像が投影光学系５を介してフォトレジストが
塗布されたウエハ６の各ショット領域に露光される。レ
チクルステージ９、及びウエハステージ６１は、それぞ
れ投影光学系５の光軸に垂直な平面上でレチクル４及び
ウエハ６の位置決めを行う。レチクルステージ９、及び
ウエハステージ６１の２次元座標はそれぞれレチクル側
の干渉計６２、及びウエハ側の干渉計６３により検出さ
れ、検出結果が中央制御系６４に供給され、中央制御系
６４は、レチクルステージ制御系６５、及びウエハステ
ージ制御系６６を介してそれぞれレチクルステージ９、
及びウエハステージ６１の動作を制御する。

【００２３】次に、プリアライメント用としてＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式のプリアライメントセンサ
４２が、投影光学系５の側面近傍に配置されている。プ
リアライメントセンサ４２は、レチクル４と投影光学系
５との間に配置されたミラー４３、及び投影光学系５を
介してウエハ６上のウエハマークの近傍にスリット状に
集光されるレーザビームを照射する。この状態でウエハ
ステージ６１を駆動してウエハ６を計測方向に走査する
と、ウエハマークがそのレーザビームにかかると所定の
方向に回折光が発生し、この回折光が投影光学系５、及
びミラー４３を介してプリアライメントセンサ４２の受
光部に入射する。この受光部４２からの光電変換信号が
中央制御系６４に供給され、中央制御系６４は、その光
電変換信号のレベルが最大になるときのウエハ側の干渉
計６３の計測値より、そのウエハマークの２次元座標を
求め、この検出結果に基づいてウエハ６の当該ショット
領域のプリアライメントを行う。即ち、本例のプリアラ
イメントセンサ４２はＬＳＡ方式（レーザ・ステップ・
アライメント方式）であるが、撮像方式等も使用できる
ことは言うまでもない。

【００２４】また、ウエハステージ６１上には基準マー
ク等が形成された基準マーク部材４１が固定され、レチ
クルアライメント時には、基準マーク部材４１が投影光
学系５の露光フィールド内に移動され、基準マークが底
面側から露光用の照明光と同じ波長λ₀の照明光で照明
される。その基準マークを通過した照明光は、投影光学
系５を経てレチクル４の下面のアライメントマーク上に
基準マーク像を形成し、レチクル４の上方のレチクルア
ライメント顕微鏡３９，４０によりそれらアライメント
マーク、及び基準マークの像が撮像され、撮像信号が中
央制御系６４に供給される。中央制御系６４では、供給
された撮像信号を処理して基準マークに対するアライメ
ントマークの位置ずれ量を求める。

【００２５】更に、最終的なアライメントを行うため
に、ＴＴＲ方式でヘテロダイン干渉方式のアライメント
系が設けられている。このアライメント系は、レーザ制
御系６９、アライメント送光系１ａ、ビームスプリッタ
ー２６、対物レンズ２、アライメント受光系１ｂ、及び
アライメント信号処理系７０等より構成されている。ア
ライメントを行う際には、中央制御系６４は、レーザ制
御系６９を介してアライメント送光系１ａ中のレーザ光
源に発光を行わせる。アライメント送光系１ａ中のレー
ザ光源から射出されたレーザビームが、所定の周波数変
調を経てアライメント光としてビームスプリッター２６
に向かい、ビームスプリッター２６で反射されたレーザ
ビームが、対物レンズ２、ダイクロイックミラー３を透
過してレチクル４に照射され、レチクル４を透過したレ
ーザ光が基準マーク部材４１（又はウエハマーク）に照
射される。

【００２６】そして、基準マーク部材４１（又はウエハ
マーク）での回折により生じたヘテロダインビーム、及
びレチクルマークでの回折により生じたヘテロダインビ
ームが、ダイクロイックミラー３、対物レンズ２、ビー
ムスプリッター２６を経てアライメント受光系１ｂに入
射し、アライメント受光系１ｂでは２つのビート信号が
生成される。これらのビート信号がアライメント信号処
理系７０に供給され、ここで２つのビート信号の位相差
が検出され、検出された位相差が中央制御系６４に供給
される。検出された位相差に基づいて、中央制御系６４
はアライメント時の目標位相差を求めるか、又は最終的
なアライメントを行う。なお、２つのビート信号の内特
にウエハ６側のビート信号（ウエハビート信号）はウエ
ハ６のショット領域の状態等により信号の強度が極端に
小さい場合等があり、そのため後述する電気的可変増幅
器によりウエハビート信号の強度（振幅）が調整され
る。

【００２７】また、本例ではプリアライメントの際、プ
リアライメントセンサ４２の検出結果に基づきウエハ６
が所定の目標位置に位置決めされる前に、重複領域演算
系６４Ａにより上記ヘテロダインビームの光束照射領域
とウエハマークとの重なり状態を定量的に算出し、その
算出結果を中央制御系６４に供給する。中央制御系６４
は、その重なり状態が予め定められた範囲内に入ったと
き、上記可変増幅器にウエハビート信号の強度の調整を
開始するよう指令するようになっている。

【００２８】次に、レチクルアライメント顕微鏡、及び
ヘテロダイン干渉方式のアライメント系につき詳細に説
明する。図３は、本実施例の投影露光装置のステージ系
及びアライメント光学系を示し、投影光学系５の光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標系
をＸ軸、及びＹ軸とする。この場合、図３（ａ）はその
投影露光装置をＹ方向に見た正面図であり、図３（ｂ）
は図３（ａ）の側面図であり、アライメント光学系１
は、図２のアライメント送光系１ａ、ビームスプリッタ
ー２６、及びアライメント受光系１ｂに対応し、ウエハ
６をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ位置決めするＸステー
ジ８Ｘ、及びＹステージ８Ｙが図２のウエハステージ６
１に対応する。また、図３ではウエハステージとウエハ
６との間に、ウエハ６を保持するウエハホルダ７が設け
られている。実際には、Ｘステージ８Ｘ上に、ウエハ６
をＺ方向に位置決めするＺステージが載置され、このＺ
ステージ上に基準マーク部材４１が設けられている。

【００２９】アライメント光学系１からは、露光波長λ
₀と異なる平均波長λ₁で周波数差Δｆ（本例では５０
ｋＨｚ）のレチクルアライメント照明光ＲＢ₁，Ｒ
Ｂ₂、及びウエハアライメント照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂が
射出される。図３（ａ）に示すように、レチクルアライ
メント照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂は対物レンズ２によってレ
チクル４上に集光され、レチクル４の下面の回折格子状
のレチクルマーク３５Ａにそれぞれ入射角−θ_R1，θ_R1
で照射される。

【００３０】図４は、本例のレチクル４のパターン配置
を示し、この図４において、レチクル４の中央部のパタ
ーン領域３２の周囲に遮光帯３３が形成され、遮光帯３
３中のＸ方向に伸びた辺中にＹ方向にピッチＰ_Rで形成
された回折格子よりなるＹ軸用のレチクルマーク３６Ａ
及び３６Ｂが形成され、Ｙ方向に伸びた辺中にＸ方向に
ピッチＰ_Rで形成された回折格子よりなるＸ軸用のレチ
クルマーク３５Ａ及び３５Ｂが形成されている。レチク
ルマーク３５Ａ及び３５Ｂの内側にそれぞれウエハ側に
向かうアライメント光を通過させるための透過性の窓部
（以下、「レチクル窓」と呼ぶ）３７Ａ及び３７Ｂが形
成され、レチクルマーク３６Ａ及び３６Ｂの内側にそれ
ぞれウエハ側に向かうアライメント光を通過させるため
のレチクル窓３８Ａ及び３８Ｂが形成されている。更
に、遮光帯３３をＸ方向に挟むように十字型のアライメ
ントマーク３４Ａ及び３４Ｂが形成されている。

【００３１】図１０は、図４中のレチクルマーク３５Ａ
及びレチクル窓３７Ａの拡大図であり、レチクルマーク
３５Ａに照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂よりなる光束５０が照射
され、レチクル窓３７Ａを照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂よりな
る光束５１が通過している。図３に戻り、入射角−
θ_R1，θ_R1とレチクルマーク３５Ａの格子ピッチＰ_Rと
は次式の関係にあり、照明光ＲＢ₁の＋１次回折光ＲＢ
₁ ⁺¹と照明光ＲＢ₂の−１次回折光ＲＢ₂ ^-1とはそれぞ
れ真上に発生し、アライメント検出光（ヘテロダインビ
ーム）として対物レンズ２を介してアライメント光学系
１に戻る。

【００３２】sin （θ_R1）＝λ₁／Ｐ_R （１）一方、ウエハアライメント照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂はレチ
クル４上のレチクル窓３７Ａを通過し、投影光学系５中
の色収差制御板１０に達する。色収差制御板１０の照明
光ＷＢ₁，ＷＢ₂が通過する部分には、それぞれ回折格
子状の軸上色収差制御素子Ｇ１_A，Ｇ１_B（図９参照）
が形成されており、照明光ＷＢ₁，ＷＢ ₂はそれぞれ角
度−θ_G1，θ_G1だけ曲げられて、回折格子状のウエハマ
ーク４８Ａに対しそれぞれ入射角−θ_W1，θ_W1で照射さ
れる。

【００３３】図５は、ウエハ６のショット配列の一部を
示し、この図５において、露光対象とするショット領域
４７をＸ方向に挟むようにＹ方向にピッチＰ_Wで形成さ
れた回折格子よりなるＹ軸用のウエハマーク４９Ａ及び
４９Ｂが形成され、ショット領域４７をＹ方向に挟むよ
うにＸ方向にピッチＰ_Wで形成された回折格子よりなる
Ｘ軸用のウエハマーク４８Ａ及び４８Ｂが形成されてい
る。他のショット領域にもそれぞれウエハマークが付設
されている。

【００３４】図１１は、図５中のウエハマーク４８Ａの
拡大図であり、この図１１においてウエハマーク４８Ａ
に、照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂ よりなる光束５１が照射され
ている。ウエハマーク４８Ａは全体として、Ｘ方向及び
Ｙ方向にそれぞれＬ₁及びＬ ₂ の長さを有する矩形の領
域を持ち、光束５１の照射領域５４のＸ方向及びＹ方向
の長さよりそれぞれ２ΔＬ₁ 及び２ΔＬ₂だけ長く形成
されている。これらのΔＬ₁ 及びΔＬ₂の大きさに制限
はないが、それぞれ照射領域５４のＸ方向及びＹ方向の
長さＬ₁ 及びＬ₂の約２０％以上が好ましい。

【００３５】図３（ａ）に戻り、入射角−θ_W1，θ_W1と
ウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰ _Wとは次式の関係に
あり、照明光ＷＢ₁の＋１次回折光ＷＢ₁ ⁺¹と照明光Ｗ
Ｂ₂の−１次回折光ＷＢ₂ ^-1とはそれぞれ真上に発生
し、これら２つの回折光がアライメント検出光（ヘテロ
ダインビーム）となる。 sin （θ_W1）＝λ₁／Ｐ_W （２）

【００３６】この場合、図３（ｂ）に示すように、色収
差制御板１０の偏向作用によりウエハアライメント照明
光は、非計測方向（Ｙ方向）においてウエハ６に対して
角度θ_mだけ傾いて入射するため、上記各アライメント
検出光が色収差制御板１０上で通過する位置は入射時に
通過した位置と異なる。ウエハマーク４８Ａからのアラ
イメント検出光は、色収差制御板１０上の軸上色収差制
御素子Ｇ１_C（図９参照）を通ることによって横方向の
色収差が補正されて、レチクル窓３７Ａに向かう。その
後、各検出光はレチクル窓３７Ａ、及び対物レンズ２を
介して再びアライメント光学系１へと戻る。また、ウエ
ハアライメント照明光は、色収差制御板１０が配置され
ない場合に比べ、ウエハ６の表面でＹ方向にΔβだけず
れた位置を照明する。

【００３７】図９は、色収差制御板１０を示し、図９に
おいて、ガラス基板よりなる透過性の色収差制御板１０
上には、１２個の軸上色収差制御素子が配置されてい
る。そして、３個の軸上色収差制御素子Ｇ１_A，Ｇ
１_B，Ｇ１_Cが図３のアライメント光学系１のウエハア
ライメント照明光、及びアライメント検出光の偏向用に
使用されている。実際には、他に３軸のアライメント光
学系があるため、色収差制御板１０上には全体で１２
（＝３×４）個の軸上色収差制御素子Ｇ１_A，Ｇ１_B，
Ｇ１_C〜Ｇ４_A，Ｇ４_B，Ｇ４_Cが形成されている。

【００３８】ここで、図８を参照して、アライメント光
学系１について詳しく説明する。図８（ｂ）はアライメ
ント光学系１を図３（ｂ）と同じ方向から見た図、図８
（ａ）はアライメント光学系１を図３（ａ）と同じ方向
から見た図、図８（ｃ）は図８（ａ）の底面図である。
図８において、例えばレーザダイオードよりなるレーザ
光源１１から出た波長λ₁のレーザビームは、変調光学
系１２に入射する。変調光学系１２に入射したレーザビ
ームは、変調光学系１２内の周波数Ｆ₁ で駆動されてい
る音響光学変調素子及び周波数Ｆ₂で駆動されている別
の音響光学変調素子により、それぞれレーザ光源１１か
ら射出されるときに対して＋（Ｆ₁−Ｆ₂）及び−（Ｆ
₁−Ｆ₂）の周波数変調を受けたアライメントビームＢ
₁，Ｂ₂となる。その結果、アライメントビームＢ₁と
アライメントビームＢ₂との周波数差Δｆは２（Ｆ₁−
Ｆ ₂）で表され、この例ではΔｆは５０ｋＨｚに設定さ
れるものとする。

【００３９】変調光学系１２から射出されたアライメン
トビームＢ₁，Ｂ₂は視野絞り２２上に集光され、レチ
クル又はウエハ上でのビーム形状が決められた後、レチ
クル・ウエハビーム分離プリズム２３によってレチクル
アライメント照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂、及びウエハアライ
メント照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂に分けられる。その後、ア
ライメント照明光は、レンズ２４及びビームスプリッタ
２６を透過してレチクル４及びウエハ６を照明する。

【００４０】一方、図３のレチクルマーク３５Ａ及びウ
エハマーク４８Ａからのアライメント検出光は、図８の
アライメント光学系１に戻った後、ビームスプリッタ２
６により反射され、レンズ２７を経てレチクル、及びウ
エハと共役な位置にある検出光分離プリズム２８によっ
て、レチクル検出光とウエハ検出光とに分離される。レ
チクル検出光ＲＢ₁ ⁺¹，ＲＢ₂ ^-1は検出光分離プリズム
２８を透過し、光電検出素子３０によって受光される。
ウエハ検出光ＷＢ₁ ⁺¹，ＷＢ₂ ^-1は検出光分離プリズム
２８で反射されて、光電検出素子３１によって受光され
る。光電検出素子３０からレチクルマークの位置に対応
するレチクルビート信号Ｓ_Rが出力され、光電検出素子
３１からウエハマークの位置に対応するウエハビート信
号Ｓ_Wが出力される。

【００４１】レチクルビート信号Ｓ_R及びウエハビート
信号Ｓ_Wはそれぞれ可変の増幅器５２及び５３で出力が
調整される。出力が調整された両ビート信号Ｓ_R，Ｓ_W
はアライメント信号処理系７０に供給され、アライメン
ト信号処理系７０は可変の増幅器５２及び５３の増幅率
を設定すると共に、両ビート信号の位相を比較し、その
結果を中央制御系６４に供給する。

【００４２】レチクルビート信号Ｓ_Rは検出光Ｒ
Ｂ₁ ⁺¹，ＲＢ₂ ^-1による周波数Δｆの正弦波状のビート
信号であり、ウエハビート信号Ｓ_Wは検出光ＷＢ₁ ⁺¹，
ＷＢ₂ ^-1による周波数Δｆの正弦波状のビート信号であ
る。両者の位相差Δφ［ｒａｄ］はレチクル４、及びウ
エハ６のＸ方向への相対移動量により変化し、その相対
移動量Δｘは以下の式に示す通りである。

【００４３】 Δｘ（レチクル上）＝Ｐ_R・Δφ／（４π）（３） Δｘ（ウエハ上）＝Ｐ_W・Δφ／（４π）（４）なお、Ｙ方向用のアライメント系により、Ｙ軸用のレチ
クルマーク及びウエハークに対応するビート信号が得ら
れ、これらビート信号の位相差が求められる。なお、図
３では、ウエハマークが投影光学系５の下に位置決めさ
れているが、アライメント光学系１の調整（キャリブレ
ーション）時には、基準マーク部材４１を投影光学系５
の下に移動し、基準マーク部材４１上の格子マークをウ
エハアライメント照明光で照明する。

【００４４】図７は、基準マーク部材４１上の構成を説
明するための平面図を示し、この図７において、ガラス
基板等からなる透過性の基準マーク部材４１の上面に
は、Ｘ方向に所定間隔で枠型の基準マーク４４Ａ及び４
４Ｂが形成され、それら基準マークの間にＹ方向に所定
ピッチで回折格子状の基準回折格子マーク４６Ａ，４６
Ｂが形成され、Ｘ方向に所定ピッチで回折格子状の基準
回折格子マーク４５Ａ，４５Ｂが形成されている。基準
回折格子マーク４５Ａ〜４６Ｂのピッチは、図４のウエ
ハマーク４８Ａ〜４９Ｂのピッチと等しい。

【００４５】前述の通り、レチクルアライメント時に
は、基準マーク部材４１が投影光学系５の露光フィール
ド内に移動され、基準マーク４４Ａ，４４Ｂが底面側か
ら露光用の照明光と同じ波長λ₀の照明光で照明され
る。また、アライメント光学系１のキャリブレーション
時には、やはり基準マーク部材４１が投影光学系５の露
光フィールド内に移動され、基準マーク部材４１上の格
子マーク４５Ａがウエハマークと同様にウエハアライメ
ント照明光で照明される。

【００４６】次に、本実施例でレチクルアライメントを
行ってウエハ上にレチクルのパターンを露光する際の動
作の一例につき図１のフローチャートを参照して説明す
る。以下では簡単のため、主にＸ方向への位置決めにつ
いて説明する。先ず、図３のウエハステージを駆動して
基準マーク部材４１を投影光学系５の露光フィールド内
に設定する。そして、図７の基準マーク部材４１の基準
マーク４４Ａ及び４４Ｂに対して底面側から露光用の照
明光と同じ波長λ₀の照明光が照射され、基準マーク４
４Ａ及び４４Ｂを通過した照明光が、図３の投影光学系
５を通ってレチクルアライメント顕微鏡３９，４０内の
ＣＣＤカメラに、レチクル側のアライメントマーク３４
Ａ，３４Ｂ、及び基準マーク４４Ａ，４４Ｂの像を形成
する。

【００４７】図６は、そのＣＣＤカメラによって観察さ
れる基準マーク４４Ａ，４４Ｂの像４４ＡＲ，４４Ｂ
Ｒ、及びレチクル上のアライメントマーク３４Ａ，３４
Ｂを電気的に１つの画面に合成したものである。画像処
理によって基準マークの像４４ＡＲ，４４ＢＲに対する
アライメントマーク３４Ａ，３４Ｂの相対的な位置ずれ
量が検出される。２つのレチクルアライメント顕微鏡３
９、及び４０によりそれぞれＸ方向及びＹ方向の１組の
相対的な位置ずれ量（Δｘ₁，Δｙ₁）、及び（Δ
ｘ₂，Δｙ₂）が計測される。位置ずれ量Δｘ₁及びΔ
ｘ₂の平均値をΔｘとする。

【００４８】このとき同時に、ヘテロダイン干渉方式の
アライメント系によって、レチクルマーク３５Ａに対応
するレチクルビート信号Ｓ_Rと、基準回折格子マーク４
５Ａに対応するウエハビート信号Ｓ_Wとの位相差（初期
位相差）Δφ₀が計測される。既に説明したように、ヘ
テロダイン干渉方式のアライメント系はＸ方向及びＹ方
向につき各２軸ずつあるが、簡単のためここではＸ方向
の１つの軸のみについて説明している。

【００４９】レチクルアライメント顕微鏡３９，４０に
より検出された計４個の位置ずれ量（Δｘ₁，Δ
ｙ₁），（Δｘ₂，Δｙ₂）より、レチクルアライメン
ト顕微鏡３９，４０の位置においてレチクル４と基準マ
ーク４４Ａ，４４Ｂとがどれくらいずれているかが計算
できる。例えば、Δｙ₁とΔｙ₂との差分より回転量が
分かるし、それらの平均値からＹ方向への平行ずれ量が
分かる。同様に、Δｘ₁ とΔｘ₂との差分より倍率ずれ
が分かり、それらの平均値からＸ方向への平行ずれ量が
分かる。このうち、倍率分は不図示の投影光学系５の結
像特性の制御装置によって補正されるものとし、残りの
Ｘ軸平行成分、Ｙ軸平行成分、及び回転成分を使ってレ
チクル４と基準マーク４４Ａ，４４Ｂとの相対的な位置
ずれを求める。この結果求められるレチクル４と基準マ
ーク４４Ａ，４４ＢとのＸ方向へのレチクル４上での相
対的な位置ずれ量がΔｘである。

【００５０】次に、（３）式より位置ずれ量Δｘを位相
差Δφに換算する。このように換算された位相差Δφを
初期位相差Δφ₀より差し引くことで、目標追い込み位
相差Δφ_Tが決定される。これは、レチクル４（正確に
はアライメントマーク３４Ａ，３４Ｂ）が基準マーク４
４Ａ，４４Ｂに対してＸ方向に合致しているときの、２
つのビート信号Ｓ_R ，Ｓ_Wの位相差を目標追い込み位相
差Δφ_Tとすることを意味している。但し、基準マーク
４４Ａ，４４Ｂの形成時に位置ずれが生ずることもあ
り、更に各種の工程を経ることにより、ウエハ６上のウ
エハマークが設計上の位置からずれてオフセットが重畳
されること等もある。このような位置ずれ、又はオフセ
ットに応じてその目標追込み位相差Δφ_Tは補正され
る。また、予め基準マーク４４Ａ，４４Ｂに対するウエ
ハ６上の各ショット領域に付設されたウエハマークの位
置関係は計測されている。その後プリアライメントが行
われる。

【００５１】図１は、プリアライメントから露光までの
工程を説明するためのフローチャートを示し、ステップ
１０１において、図２のヘテロダイン干渉方式のアライ
メント送光系１ａからアライメント用の照明光の照射を
開始させる。その後、ステップ１０２において、図５に
示すウエハ６上の露光対象とするショット領域４７を、
投影光学系５による露光フィールド内にプリアライメン
トする。このために図３のプリアライメントセンサ４２
が使用される。まず、プリアライメントセンサ４２によ
り、ウエハの概略位置が計測される。次に、ショット領
域４７が露光フィールド内に来るようウエハステージ６
１（Ｘステージ８Ｘ及びＹステージ８Ｙ）を移動させ
る。

【００５２】ウエハマーク４８Ａは前述の図１１に示す
ように、光束５１の照射領域５４より、計測方向（Ｘ方
向）に２ΔＬ₁、非計測方向（Ｙ方向）に２ΔＬ₂だけ
大きく作られている。ウエハマーク４８Ａと光束５１の
照射領域５４との概略の位置関係はプリアライメントセ
ンサ４２及びウエハ干渉計６３により計測されており、
その観測結果は重複領域演算系６４Ａに供給され、ステ
ップ１０３で重複領域演算系６４Ａはその照明領域５４
とウエハマーク４８Ａとの重複領域の大きさを算出す
る。

【００５３】次のステップ１０４において、ウエハステ
ージが目標位置に到達する前に、即ち、レチクルマーク
３５Ａとウエハマーク４８Ａとの位置ずれ量が、ウエハ
マーク４８Ａの格子ピッチＰ_W の±１／４以内になり、
レチクルビート信号Ｓ_Rとウエハビート信号Ｓ_Wとの位
相比較ができる量になる前に、中央制御系６４は、その
算出された重複領域がその照射領域５４を覆ったかどう
か、即ち、ウエハマーク４８Ａの領域の中心と光束５１
の照射領域５４の中心との差が、計測方向（Ｘ方向）に
±ΔＬ₁以内、及び非計測方向（Ｙ方向）に±ΔＬ₂以
内になったかどうかを判定する。それらの中心のずれ量
が±ΔＬ₁及び±ΔＬ₂を越えるときには、ステップ１
０２に戻る。

【００５４】一方、ウエハマーク４８Ａの領域の中心と
光束５１の照射領域５４の中心との差が、計測方向（Ｘ
方向）に±ΔＬ₁以内、及び非計測方向（Ｙ方向）に±
ΔＬ ₂以内になったことが、重複領域演算系６４Ａの演
算の結果に基づき中央制御系６４により確認されると、
ステップ１０５において、中央制御系６４からの指令に
よりウエハビート信号Ｓ_Wのオート・ゲイン・コトロー
ル（ＡＧＣ）が開始される。即ち、図８（ａ）の可変の
増幅器３１からの出力信号の増幅が所定の値になるよう
に、その増幅器３１の増幅率が調整される。

【００５５】なお、このＡＧＣ開始時期は、ウエハマー
ク４８Ａの領域の中心と光束５１の照射領域５４の中心
との差が、計測方向（Ｘ方向）に±ΔＬ₁以内、及び非
計測方向（Ｙ方向）に±ΔＬ₂以内になったときとなっ
ているが、ウエハビート信号Ｓ_W の振幅がほぼ最大振幅
となっている時点であれば何れの時点でウエハビート信
号Ｓ_WのＡＧＣを開始しても良い。

【００５６】図１３は、ＡＧＣが開始される時点でのウ
エハマーク４８Ａとアライメント用の光束５１の照射領
域５４との相対位置関係の一例を示し、図１４はＡＧＣ
開始時点でのウエハビート信号の一例を示したものであ
る。図１３に示すように、ウエハマーク４８Ａは照射領
域５４に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれΔＬ₁及び
ΔＬ₂だけずれた位置にさしかかったところである。ま
た、図１４においてウエハビート信号Ｓ_W の振幅はレチ
クルビート信号Ｓ_R の振幅に比較して極めて小さく、ウ
エハビート信号Ｓ_Wの出力が弱いことを表している。従
って、可変の増幅器３１における増幅率が大きく設定さ
れる。

【００５７】その後、ステップ１０６において、中央制
御系６４ではレチクル４及びウエハマーク４８Ａの計測
位置に基づきレチクル４とウエハマーク４８Ａとの相対
位置ずれがウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰ_W の±１
／４以内であるかどうかが判定される。そのずれ量が±
Ｐ_W ／４を越える範囲ではステップ１０７でウエハステ
ージが移動される。

【００５８】ＡＧＣ動作中もウエハステージの目標位置
に対する移動および位置決め動作は継続され、ステップ
１０６でレチクルマーク３５Ａとウエハマーク４８Ａと
の位置ずれがＰ_Wの±１／４ピッチ以内に到達すると、
ステップ１０８においてウエハステージの駆動が停止さ
れる。これによりプリアライメントが終了する。引き続
き、ヘテロダイン干渉方式のアライメント系によりファ
インアライメント（最終アライメント）が行われる。ス
テップ１０９において、アライメント照明光の照射によ
り発生するレチクルビート信号Ｓ_Rとウエハビート信号
Ｓ_W との位相差をアライメント信号処理系７０で検出し
ながら、レチクルステージ９を移動させる。ステップ１
１０において両ビート信号Ｓ_R，Ｓ_Wの位相差Δφ₁と
目標追い込み位相差Δφ_Tとの差を計算し、その差が許
容範囲なるようにレチクルステージ９を移動させ、その
差が許容範囲内に入ったときステップ１１１においてレ
チクルステージ９の駆動が停止され、ファインアライメ
ントが終了する。

【００５９】図１２は、２つのビート信号Ｓ_R ，Ｓ
_W（ウエハビート信号Ｓ_Wは増幅後の波形を示してい
る）の位相差Δφ₁が目標追い込み位相差Δφ_Tに合致
している状態を示す。その後、ステップ１１２におい
て、ショット領域４７にレチクル４のパターンが露光さ
れる。実際には、露光中にも、振動等によりアライメン
ト誤差が発生しないように、その位相差Δφ₁が目標追
い込み位相差Δφ_Tに合致するようにステージの制御が
行われている。

【００６０】上述のように本例によれば、レチクル４と
ウエハマーク４８Ａとの位置ずれが、ヘテロダイン干渉
方式のアライメント系における検出可能範囲であるウエ
ハマークの格子ピッチＰ_Wの±１／４ピッチ以内に到達
していなくても、アライメント光束の大部分がレチクル
４及びウエハ６上のアライメントマークに照射された時
点からウエハビート信号Ｓ_WのＡＧＣを開始し、レチク
ル４とウエハマーク４８Ａとの位置ずれが、格子ピッチ
の±１／４ピッチ以内に到達するころには、既にＡＧＣ
が終了しているため、位置合わせまでの時間が短縮され
る。従って、スループットが低下しない。

【００６１】また、ウエハマークがアライメント光束よ
り大きく作られているため、より早くＡＧＣの開始がで
きると共に、ＡＧＣの開始時にはすでにウエハマークが
設計位置に到達したときと同じ強度の回折光が発生して
いるため、より正確なＡＧＣが行える。なお、上述実施
例では、ウエハマーク４８Ａはアライメント光束５１の
ウエハ６上の照射領域５４より計測方向及び非計測方向
にそれぞれ２ΔＬ₁ ，２ΔＬ₂だけ広く形成されている
が、逆にアライメント光束がウエハマークより大きくて
もよい。

【００６２】図１５は、ウエハマークの変形例を示し、
この図１５において全体として矩形の領域を有するウエ
ハマーク４８ＡＡは、アライメント光束５１の照射領域
５４に対して計測方向及び非計測方向にそれぞれ２ΔＬ
₁ ，２ΔＬ₂ だけ小さく形成されている。この場合、Ａ
ＧＣの開始時期は前実施例同様ウエハマーク４８Ａの領
域の中心と光束５１の照射領域５４の中心との差が計測
方向に±ΔＬ₁ 以内、及び非計測方向に±ΔＬ₂ 以内に
なったときとなる。この変形例によっても、ウエハマー
ク４８ＡＡが所定の領域に到達する前に増幅率の調整が
開始できると共に、増幅率の調整開始時にはウエハマー
ク４８ＡＡの大部分が光束５１の照射領域５４に入って
いるので、ウエハビート信号Ｓ_Wの増幅率の正確な調整
を行うことができる。

【００６３】なお、上述実施例はダイ・バイ・ダイ方式
で各ショット領域への露光を行う毎にアライメントを行
う場合に本発明を適用したものである。しかしながら、
本発明は、例えば予めウエハ６上の多数のショット領域
から選択されたショット領域（サンプルショット）につ
いてウエハマークの位置計測を行って、その計測結果を
統計処理して得られる座標に基づいて各ショット領域の
位置決めを行う所謂エンハンスト・グローバル・アライ
メント方式にも適用できる。また、本発明はＴＴＲ方式
のアライメント系に限らず、ＴＴＬ方式又はオフ・アク
シス方式のアライメント系にも適用することができる。

【００６４】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。

【００６５】

【発明の効果】本発明のアライメント方法によれば、参
照マーク（レチクルマーク）と基板マーク（ウエハマー
ク）との位置ずれ量が位相比較できる量になる前に、信
号振幅の測定には十分な位置に基板マークが到達し次
第、可変増幅手段における増幅率の決定動作を開始する
ので、基板からのビート信号が基板のショット領域毎に
ばらつき、ビート信号の増幅率を頻繁に変更する必要が
あっても、基板マークが位相比較できる地点に到達する
頃には基板ビート信号の増幅率の調整が終了しているた
め、基板ビート信号の増幅率調整のための特別の時間を
必要とせず、位置合わせまでの時間が短縮され、露光工
程のスループットが向上する。

【００６６】また、基板マークの大きさが、基板上に照
射される可干渉な２光束の照射領域に比べて、基板マー
クを構成する格子の配列方向である計測方向に２Δ
Ｌ₁、及びその計測方向に垂直な非計測方向に２ΔＬ₂
だけ異なり、基板マークの中心と照射領域の中心との位
置ずれ量が計測方向に±ΔＬ₁以内で、且つ非計測方向
に±ΔＬ₂以内になったときに、且つ参照マークと基板
マークとの位置ずれ量が位相比較できる量になる前に、
基板ビート信号の増幅率の調整を開始する場合には、例
えば基板マークが２光束の照射領域より計測方向及び非
計測方向共に大きく形成されている場合には、より早く
増幅率の調整が開始できると共に、開始時にはすでに基
板マークが所定の領域に到達したときと同じ強度の回折
光が発生しているため、より正確な増幅率の調整を行う
ことができる。

【００６７】また、例えば基板マークが２光束の照射領
域より計測方向及び非計測方向共に小さく形成されてい
る場合でも、基板マークが所定の領域に到達する前に増
幅率の調整が開始できると共に、増幅率の調整開始時に
は基板マークの大部分が２光束の照射領域に入っている
ので基板ビート信号の増幅率の正確な調整を行うことが
できる。

【００６８】また、参照マークが、マスク上に設けられ
た回折格子状のマスクマークである場合には、参照格子
を設けるための特別の構造を必要とせず、且つ、直接マ
スクと基板との位置ずれ量を検出できる利点がある。更
に、本発明のアライメント装置によれば、上述の本発明
のアライメント方法を直接的に実施することができ、露
光工程のスループットが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント方法の一実施例を示
すフローチャートである。

【図２】本発明の実施例で使用される投影露光装置の全
体を示す概略構成図である。

【図３】（ａ）は実施例で使用される投影露光装置の主
にステージ系及びアライメント光学系を示す正面図、
（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。

【図４】図３中のレチクル４のパターン配置を示す平面
図である。

【図５】図３中のウエハ６のショット領域及びウエハマ
ークを示す拡大平面図である。

【図６】図３中のレチクルアライメント顕微鏡３９，４
０で観察される像を示す図である。

【図７】図３中の基準マーク部材４１上のマーク配置を
示す拡大平面図である。

【図８】（ａ）は図３中のアライメント光学系１の構成
を示す正面図、（ｂ）は図８（ａ）の側面図、（ｃ）は
図８（ａ）の底面図である。

【図９】図３中の色収差制御板１０上の軸上色収差制御
素子の配置を示す平面図である。

【図１０】レチクルマーク３５Ａ及びレチクル窓３７Ａ
を示す拡大平面図である。

【図１１】ウエハマーク４８Ａを示す拡大平面図であ
る。

【図１２】実施例のヘテロダイン干渉方式のアライメン
ト系で得られる２つのビート信号の最終追い込み後の位
相関係を示す波形図である。

【図１３】増幅率開始時のウエハマーク４８Ａと照射領
域５４との位置関係を示す拡大平面図である。

【図１４】図１３の時点でのヘテロダイン干渉方式のア
ライメント系で得られる２つのビート信号の位相関係を
示す波形図である。

【図１５】ウエハマーク４８Ａの変形例を示す拡大平面
図である。

【図１６】従来のアライメント方法の一例を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１アライメント光学系２対物レンズ３ダイクロイックミラー４レチクル５投影光学系６ウエハ７ウエハホルダ８ＸＸステージ８ＹＹステージ９レチクルステージ１０色収差制御板１１レーザ光源２２視野絞り２３レチクル・ウエハビーム分離プリズム２６ビームスプリッタ３０，３１光電検出素子３４Ａ，３４Ｂレチクル側のアライメントマーク３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂレチクルマーク３９，４０レチクルアライメント顕微鏡４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ，４８ＡＡウエハマ
ーク４１基準マーク部材４２プリアライメントセンサ４４Ａ，４４Ｂ基準マーク４５Ａ，４５Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ基準回折格子マークＳ_R レチクルビート信号Ｓ_W ウエハビート信号５２，５３可変の増幅器６４中央制御系６４Ａ重複領域演算系７０アライメント信号処理系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の転写用のパターンを感光性の
基板上に露光する際に、回折格子状の参照マークと前記
基板上に形成された回折格子状の基板マークとの相対的
な位置ずれ量を所定の目標値に追い込むように、前記マ
スク及び前記基板の少なくとも一方の位置を調整するア
ライメント方法において、前記参照マークと前記基板マークとの相対的な位置ずれ
量を検出する粗アライメント系と；前記参照マーク及び
前記基板マークにそれぞれ互いに周波数の異なる可干渉
な２光束を照射し、前記参照マーク及び前記基板マーク
からそれぞれ回折により戻されるヘテロダインビームを
第１及び第２の光電検出手段により光電変換して参照ビ
ート信号及び基板ビート信号を生成するヘテロダイン干
渉方式のアライメント光学系と；前記第２の光電検出手
段から出力される前記基板ビート信号の振幅が所定レベ
ルになるように、前記基板ビート信号を可変の増幅率で
増幅する可変増幅手段と；前記第１の光電検出手段から
出力される前記参照ビート信号と、前記基板ビート信号
を前記可変増幅手段で増幅して得られた信号との位相差
を比較する位相比較手段と；を有し、前記粗アライメント系の検出結果に基づいて、前記参照
マークと前記基板マークとの相対的な位置ずれ量を前記
所定の目標値に向けて追い込む際に、前記ヘテロダイン干渉方式のアライメント光学系から前
記基板上に照射される前記可干渉な２光束の照射領域
と、前記基板マークとが所定の割合以上に重なってか
ら、且つ前記参照マークと前記基板マークとの位置ずれ
量が位相比較できる量になる前に、前記可変増幅手段に
おける増幅率の決定動作を開始することを特徴とするア
ライメント方法。
【請求項２】前記基板マークの大きさは、前記基板上
に照射される前記可干渉な２光束の照射領域に比べて、
前記基板マークを構成する格子の配列方向である計測方
向に２ΔＬ₁、及び前記計測方向に垂直な非計測方向に
２ΔＬ₂だけ異なり、前記基板上に照射される前記可干渉な２光束の照射領域
と、前記基板マークとが所定の割合以上に重なってから
とは、前記基板マークの中心と前記照射領域の中心との
位置ずれ量が計測方向に±ΔＬ₁以内で、且つ非計測方
向に±ΔＬ₂以内であることを特徴とする請求項１記載
のアライメント方法。
【請求項３】前記参照マークは、前記マスク上に設け
られた回折格子状のマスクマークであることを特徴とす
る請求項１又は２記載のアライメント方法。
【請求項４】転写用のパターンが形成されたマスクを
保持するマスクステージと、感光性の基板の位置決めを
行う基板ステージとを有し、前記マスクのパターンを前
記基板上に露光する露光装置に設けられ、回折格子状の
参照マークと前記基板上に形成された回折格子状の基板
マークとの相対的な位置ずれ量を所定の目標値に追い込
むように、前記マスクステージ及び前記基板ステージの
少なくとも一方を駆動するアライメント装置において、前記参照マークと前記基板マークとの相対的な位置ずれ
量を検出する粗アライメント系と；前記参照マーク及び
前記基板マークにそれぞれ互いに周波数の異なる可干渉
な２光束を照射し、前記参照マーク及び前記基板マーク
からそれぞれ回折により戻されるヘテロダインビームを
第１及び第２の光電検出手段により光電変換して参照ビ
ート信号及び基板ビート信号を生成するヘテロダイン干
渉方式のアライメント光学系と；前記第２の光電検出手
段から出力される前記基板ビート信号の振幅が所定レベ
ルになるように、前記基板ビート信号を可変の増幅率で
増幅する可変増幅手段と；前記第１の光電検出手段から
出力される前記参照ビート信号と、前記基板ビート信号
を前記可変増幅手段で増幅して得られた信号との位相差
を比較する位相比較手段と；前記ヘテロダイン干渉方式
のアライメント光学系から前記基板上に照射される前記
可干渉な２光束の照射領域と、前記基板マークとの重な
りの割合を求める重複領域算出手段と；前記粗アライメ
ント系、及び前記位相比較手段の検出結果に基づいて前
記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一
方の動作を制御すると共に、前記重複領域算出手段で求
められた割合に基づいて前記可変増幅手段における増幅
率の決定動作を開始させる制御手段と；を有することを
特徴とするアライメント装置。