JPH08264432A

JPH08264432A - アライメント方法

Info

Publication number: JPH08264432A
Application number: JP7203359A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JP3630189B2

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置においてアライメントセンサを使用
してウエハマークや基準マークの位置を検出する際に、
簡単且つ迅速にそのアライメントセンサに対するベスト
フォーカス位置、及びこの位置における計測値を求め
る。【解決手段】ＩＳＳ(Imaging Slit Sensor )方式のア
ライメントセンサに対するＩＳＳ基準マークのＺ座標を
次第に変えて、そのＩＳＳ基準マークをレチクル上のＩ
ＳＳマークに対してＸ方向に走査しつつそれぞれ検出信
号ＳＸの信号幅Ｄ ₁,Ｄ₂,…、及びマーク位置Ｘ₁,Ｘ₂,…
を求める。その信号幅が最も狭くなるときのＺ座標をベ
ストフォーカス位置として、その位置でのマーク位置を
求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、又は液晶表示素子等を製造する際に使用される露光
装置において、被露光基板上のアライメントマーク、又
は基準マーク部材上の基準マーク等の位置を光電検出す
るアライメント方法に関し、特に露光装置に備えられる
アライメント系のベースライン量を計測するための工程
に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体集積回路等はウエハ（又は
ガラスプレート等）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、そのウエハ上にマスクとしてのレ
チクルのパターンを露光するために使用されるステッパ
ー等の投影露光装置では、ウエハ上の各ショット領域と
これから露光するレチクルのパターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が備えられている。斯かるアライメント装置は、ウエ
ハ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク
（ウエハマーク）の位置を検出するアライメントセンサ
と、その検出結果に基づいてウエハステージを介してそ
のウエハ上の各ショット領域を露光位置に設定する制御
系とより構成されている。

【０００３】そのアライメントセンサとしては、先ず例
えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されている
ように、スリット状に集光されたレーザビームとドット
列パターンよりなるウエハマークとを相対的に走査し
て、そのウエハマークから発生する回折光を検出するこ
とによりそのウエハマークの位置を検出するレーザ・ス
テップ・アライメント方式のアライメントセンサ（以
下、「ＬＳＡ系」と呼ぶ）が知られている。その他に、
撮像されたウエハマーク像を画像処理して位置検出を行
う撮像方式のアライメントセンサ、又は可干渉な２光束
を回折格子状のウエハマークに照射してそのウエハマー
クから同一方向に発生する回折光を受光して、そのウエ
ハマークの位置を検出する２光束干渉方式のアライメン
トセンサ等も知られている。

【０００４】また、上述のアライメントセンサは、ＴＴ
Ｒ（スルー・ザ・レチクル）方式、ＴＴＬ（スルー・ザ
・レンズ）方式、又はオフ・アクシス方式として投影露
光装置に組み込まれるが、何れの方式でもアライメント
センサの検出中心とレチクルの投影像の中心位置との間
には所定のずれ、即ちベースライン量がある。そして、
例えばレチクルを交換する毎にそのベースライン量は微
妙に変化するため、レチクル交換時等にはベースライン
計測工程でそのベースライン量を計測しておく必要があ
る。

【０００５】そのベースライン量計測時に、投影光学系
を介したＴＴＬ方式でレチクルのパターンの位置を高精
度に計測するアライメントセンサとして、所謂ＩＳＳ
（Imaging Slit Sensor)方式のアライメントセンサ（以
下、「ＩＳＳ系」と呼ぶ）が使用されることがある。こ
のＩＳＳ系は、ウエハが載置されるウエハステージ上の
基準マーク部材上に形成された基準マークを底面側から
照明する照明系と、その基準マークを通過した後、投影
光学系、及びレチクル上のアライメントマークの近傍を
通過した光束を光電変換する光電検出器とよりなり、こ
の光電検出器の検出信号を用いてその基準マークがその
アライメントマークの共役像に合致するときのウエハス
テージの座標を検出するものである。そして、このよう
に検出された座標に所定のオフセット補正を施すことに
より、レチクルの投影像の中心位置が検出される。

【０００６】その後、例えば基準マークから所定間隔だ
け離れた別の基準マークを、実際にベースライン計測対
象のアライメントセンサにより実測することにより、こ
のアライメントセンサのベースライン量が計測される。
更に、ウエハステージの座標は通常レーザ干渉計により
計測されているが、レーザ干渉計は空気揺らぎにより座
標計測値がばらつく恐れのあることに鑑みて、そのよう
な空気揺らぎの影響を低減するために、ベースライン量
を複数回計測し、その平均値を求めることも行われてい
る。

【０００７】更に、ＩＳＳ系、ＬＳＡ系、又は撮像方式
等の各アライメントセンサにおいては、それぞれ計測対
象のウエハマーク（又は基準マーク）を対物光学系のベ
ストフォーカス位置に設置することが望まれるため、各
アライメントセンサの対物光学系のベストフォーカス位
置は、基準大気圧のもとでの露光用の投影光学系のベス
トフォーカス位置にほぼ合致するように調整されてい
る。

【０００８】また、大気圧変動や露光用の照明光の照射
熱等に応じた投影光学系等のベストフォーカス位置のシ
フト量は計算により求められるため、例えば大気圧変動
が生ずるか、又は所定時間以上の露光が行われたときに
は、ソフトウェア的に投影光学系、及びアライメントセ
ンサのベストフォーカス位置のシフト量をそれぞれ算出
していた。そして、アライメント時には計測対象のウエ
ハマーク（又は基準マーク）をアライメントセンサの補
正後のベストフォーカス位置に設定すると共に、露光時
にはウエハの表面を投影光学系の補正後のベストフォー
カス位置に設定するようにしていた。これにより、高精
度にアライメントが行われていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来は
ソフトウェア的に投影光学系、及びアライメントセンサ
のベストフォーカス位置のシフト量を求め、このシフト
量によりベストフォーカス位置の補正を行っていた。し
かしながら、大気圧変動、又は照射熱等以外の例えば機
械的なずれ等によりアライメントセンサのベストフォー
カス位置が変動した場合には、アライメントセンサのベ
ストフォーカス位置がソフトウェア的に補正された位置
からずれるという不都合がある。

【００１０】この場合、仮にそのアライメントセンサの
テレセントリック性が角度θだけ崩れているものとし
て、ベストフォーカス位置のずれ量をｄとすると、その
アライメントセンサで計測されたウエハマーク（又は基
準マーク）の位置にはほぼθ・ｄだけの誤差が含まれる
ことになる。この誤差はアライメント誤差となるため、
例えばウエハのアライメント時には、位置合わせ精度が
悪化することになる。また、ベースライン計測時には、
ベースライン量の計測値に誤差が混入することになる。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、露光装置におい
てアライメントセンサのような位置検出手段を使用して
ウエハマークや基準マークの位置を検出する際に、別途
ベストフォーカス位置のキャリブレーションを行うため
の装置等を使用することなく、簡単且つ迅速にその位置
検出手段のベストフォーカス位置、及びこのベストフォ
ーカス位置における計測値を求めることのできるアライ
メント方法を提供することを目的とする。

【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、例えば図１〜図３に示すように、２次元的に
位置決めされる感光基板（１４）上にマスクパターン
（１０）を露光する露光装置で、感光基板（１４）上の
位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計測
対象マーク（４３Ｘ）の位置を求めるアライメント方法
において、計測対象マーク（４３Ｘ）からの光を受光し
て、計測対象マーク（４３Ｘ）に対応する検出信号ＳＸ
を生成する位置検出手段（４〜９，１３，３５，３６，
３８〜４２）と、計測対象マーク（４３Ｘ）のその位置
検出手段の光軸方向の高さを調整する高さ調整手段（１
５）と、を用いる。

【００１３】そして本発明は、高さ調整手段（１５）に
より計測対象マーク（４３Ｘ）を複数の異なる高さに設
定し、このように設定された複数の高さのそれぞれにお
いてその位置検出手段により生成される計測対象マーク
（４３Ｘ）に対応する検出信号ＳＸの波形を取り込み、
このように取り込まれた検出信号の複数の波形よりその
位置検出手段のベストフォーカス位置を求め、その取り
込まれた検出信号ＳＸの複数の波形（コントラスト、ピ
ークレベル、ピークの幅等）より計測対象マーク（４３
Ｘ）がその位置検出手段のベストフォーカス位置にある
ときの、計測対象マーク（４３Ｘ）の計測方向の位置を
求めるものである。

【００１４】この場合、その位置検出手段から出力され
る検出信号ＳＸの個々の波形の変化量を求め、この変化
量を計測対象マーク（４３Ｘ）の高さに関する２次曲線
（４６）で近似し、このように近似された２次曲線（４
６）が極値を取るときの計測対象マーク（４３Ｘ）の高
さを、その位置検出手段のベストフォーカス位置とみな
すようにしてもよい。

【００１５】また、計測対象マーク（４３Ｘ）をそれら
複数の異なる高さに設定したときにその位置検出手段か
ら出力される検出信号ＳＸの波形に基づいて、それぞれ
計測対象マーク（４３Ｘ）の計測方向への位置を求め、
それら複数の異なる高さと対応する計測対象マーク（４
３Ｘ）の位置との関係を最小自乗法によって１次式で近
似することが望ましい。

【００１６】また、そのように求められた１次式に基づ
いて計測対象マーク（４３Ｘ）の位置を補正することが
望ましい。

【００１７】斯かる本発明によれば、複数の高さにおい
てそれぞれ位置検出手段（アライメントセンサ）により
計測対象マーク（４３Ｘ）からの光を受光して検出信号
ＳＸが生成される。この場合、計測対象マーク（４３
Ｘ）のデフォーカス量に応じてその検出信号ＳＸの波形
が変化し、計測対象マーク（４３Ｘ）がベストフォーカ
ス位置にあるときに例えばその検出信号ＳＸのコントラ
スト、ピークレベル、又はピークの幅等が極値を取るた
め、例えばそのような極値を取るときの高さをその位置
検出手段に対するベストフォーカス位置とすることがで
きる。そして、このベストフォーカス位置での例えば補
間された検出信号ＳＸの波形より計測対象マーク（４３
Ｘ）の位置が検出される。

【００１８】この場合、その検出信号ＳＸの波形の変化
量を２次曲線等で補間するときには、比較的単純な曲線
での補間により正確にそのベストフォーカス位置が検出
される。また、上記の複数の高さと対応する計測対象マ
ーク（４３Ｘ）の位置との関係を１次式で近似すると、
その１次式の傾きよりその位置検出手段の対物光学系
（１３）の主光線の傾斜角（角度θ）が求められる。そ
して、その計測対象マーク（４３Ｘ）の高さがベストフ
ォーカス位置から間隔ｄだけずれたときには、計測され
た位置にθ・ｄの補正を行うことにより、ベストフォー
カス位置での計測方向の位置が算出される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるアライメント
方法の実施の形態の一例につき、図面を参照して説明す
る。本例はＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系を用いてＬ
ＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）系のベースラ
イン計測を行う場合に本発明を適用したものである。

【００２０】図２は本例で使用される投影露光装置の構
成を示し、この図２において、露光時には露光用の光源
である水銀ランプ、楕円鏡、コリメータレンズ、干渉フ
ィルタ等からなる光源系１から射出される露光光は、フ
ライアイレンズ２に入射する。フライアイレンズ２の射
出面には照明系の開口絞り３が配置され、開口絞り３を
通過した露光光ＩＬ１は、露光時には２点鎖線で示すよ
うに、透過率が大きく反射率の小さなビームスプリッタ
ー４、第１リレーレンズ５、可変視野絞り６（レチクル
ブラインド）、第２リレーレンズ７、コンデンサーレン
ズ８、及び光路折り曲げ用のミラー９を介して、レチク
ル１０を均一な照度分布で照明する。その露光光ＩＬ１
のもとで、レチクル１０の回路パターンが両側（又はウ
エハ側に片側）テレセントリックな投影光学系１３を介
して、ウエハ１４の各ショット領域に所定の縮小倍率
（例えば１／５倍等）で結像投影される。但し、図１に
おいて、説明の都合上ウエハ１４は露光位置にはない。

【００２１】なお、露光光ＩＬ１としては、水銀ランプ
等の輝線（ｇ線、ｉ線等）の他、例えばエキシマレーザ
（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの
高調波等を使用することができる。ここで、投影光学系
１３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面
内で図２の紙面に垂直にＸ軸を、図２の紙面に平行にＹ
軸を取る。

【００２２】レチクル１０は、光軸ＡＸに垂直な平面
（ＸＹ平面）内で２次元移動及び微小回転自在なレチク
ルステージ１２上に真空吸着により保持されている。レ
チクルステージ１２の位置は、レチクルステージ１２の
周辺に配置されたレーザ干渉計（不図示）により例えば
０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され、検出結果が
装置全体を統轄制御する中央制御装置１９内の制御手段
２０に供給されている。また、レチクル１０の下面（パ
ターン面）のパターン領域の近傍にＩＳＳ系用のアライ
メントマーク（以下、「ＩＳＳレチクルマーク」と呼
ぶ）１１Ｘが形成されている。

【００２３】図３（ｂ）は本例のレチクル１０のパター
ン配置を示す平面図であり、この図３（ｂ）において、
ガラス基板よりなるレチクル１０のパターン領域ＰＡを
囲む遮光帯２９の−Ｙ方向の外側に、Ｙ方向に延びた直
線状の遮光部よりなるＸ軸用のＩＳＳレチクルマーク１
１Ｘが形成され、遮光帯２９の＋Ｘ方向の外側に、Ｘ方
向に延びた直線状の遮光部よりなるＹ軸用のＩＳＳレチ
クルマーク１１Ｙが形成されている。ＩＳＳレチクルマ
ーク１１ＸのＸ座標、及びＩＳＳレチクルマーク１１Ｙ
のＹ座標はそれぞれレチクル１０のパターン領域の中心
のＸ座標、及びＹ座標を示している。

【００２４】また、遮光帯２９の−Ｙ方向及び＋Ｙ方向
の外側に１対の十字型のアライメントマーク３０Ａ及び
３０Ｂが形成されている。これらのアライメントマーク
３０Ａ及び３０Ｂは、レチクル１０をレチクルステージ
１２に対して位置合わせする際（レチクルアライメント
時）に使用される。なお、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ
及び１１Ｙの代わりに、アライメントマーク３０Ａ及び
３０ＢをＩＳＳレチクルマークとして使用してもよい。

【００２５】図２に戻り、ウエハ１４はＺステージ１５
上に真空吸着により保持され、Ｚステージ１５はＸＹス
テージ１６上に載置されている。また、Ｚステージ１５
上でウエハ１４の近傍に、透過性のガラス基板よりなる
基準パターン板２３が固定されている。図３（ａ）はそ
の基準パターン板２３のパターン配置を示し、この図３
（ａ）において、基準パターン板２３上の遮光膜中に、
Ｙ方向に延びた直線状の開口パターンよりなるＸ軸用の
ＩＳＳ基準マーク４３Ｘ、及びＸ方向に延びた直線状の
開口パターンよりなるＹ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｙ
が形成されている。また、一方のＩＳＳ基準マーク４３
ＸからＸ方向に間隔ΔＸ_Lだけ離れた位置に、Ｙ方向に
所定ピッチで配列されたドット列パターンよりなるＸ軸
のＬＳＡ基準マーク４４Ｘが形成され、他方のＩＳＳ基
準マーク４３ＹからＹ方向に所定間隔だけ離れた位置
に、Ｘ方向に所定ピッチで配列されたドット列パターン
よりなるＹ軸のＬＳＡ基準マーク４４Ｙが形成されてい
る。これらＬＳＡ基準マーク４４Ｘ及び４４Ｙは、それ
ぞれＬＳＡ系用の基準マークとして使用される。

【００２６】図２に戻り、Ｚステージ１５は、投影光学
系１３の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）へのウエハ１４及び基
準パターン板２３の位置（焦点位置）を調整する。その
Ｚステージ１５のＺ方向への変位は、後述の斜入射方式
のＡＦセンサ（焦点位置検出系）により検出される。一
方、ＸＹステージ１６はＸ方向、及びＹ方向にそれぞれ
ウエハ１４及び基準パターン板２３の位置決めを行う。
ウエハ１４上の或るショット領域への露光が終了する
と、ＸＹステージ１６のステッピング動作により次に露
光するショット領域が露光フィールド内に位置決めさ
れ、その後、オートフォーカス方式でＺステージ１５に
よりウエハ１４の表面の焦点位置が投影光学系１３の結
像面の位置に合わせ込まれ、その状態で露光が行われ
る。

【００２７】また、Ｚステージ１５上にＹ軸用の移動鏡
１７が固定され、外部のレーザ干渉計１８からのレーザ
ビームを移動鏡１７で反射することにより、レーザ干渉
計１８でＺステージ１５のＹ座標が計測される。同様に
不図示のＸ軸用の移動鏡、及びレーザ干渉計によりＺス
テージ１５のＸ座標が計測され、計測された座標は制御
手段２０に供給され、制御手段２０は供給された座標に
基づいて、ＸＹステージ駆動系２１を介してＸＹステー
ジ１６の動作を制御する。更に、制御手段２０は、Ｚθ
駆動系２２を介してＺステージ１５の動作を制御する。

【００２８】次に、本例の斜入射方式のＡＦセンサ（焦
点位置検出系）は、投影光学系１３の側面部に配置され
た送光系２４、及び受光系２５からなり、その送光系２
４から投影光学系１３の光軸ＡＸに対して斜めに、その
投影光学系１３の露光フィールド内の計測点上にスリッ
ト像が投影される。図２の例ではその計測点は基準パタ
ーン板２３上に位置している。送光系２４からの照明光
としては、ウエハ１４上のフォトレジストに対して感光
性の弱い波長帯で、且つ薄膜干渉の影響等を低減させる
ために所定の波長幅を有する光が望ましい。

【００２９】その計測点からの反射光は、受光系２５内
の集光光学系及び振動スリット等を経て、受光系２５内
の光電検出器に入射する。その不図示の振動スリット上
に計測点上のスリット像が再結像され、その不図示の光
電検出器の光電変換信号をその振動スリットの駆動信号
で同期整流することにより、基準パターン板２３（又は
ウエハ１４）のＺ方向への変位に応じて所定範囲でほぼ
線形に変化する焦点信号ＳＦが生成され、この焦点信号
ＳＦは中央制御装置１９内の演算手段３３に供給され
る。本例では予め、基準パターン板２３（又はウエハ１
４）の表面が投影光学系１３のベストフォーカス位置に
あるときに、その焦点信号ＳＦの値が０となるように調
整が行われている。その焦点信号ＳＦは、演算手段３３
を介して制御手段２０にも供給され、制御手段２０はＺ
θ駆動系２２を介して、その焦点信号ＳＦの値が０にな
るようにオートフォーカス方式でＺステージ１５の高さ
を制御する。なお、本例の制御手段２０、及び演算手段
３３はコンピュータのソフトウェア上の機能であり、焦
点信号ＳＦ、及び他の信号はそれぞれ不図示のアナログ
／デジタル変換器を介して演算手段３３に供給される。

【００３０】更に、受光系２５内の振動スリットの前に
は平行平面板（不図示）が配置され、演算手段３３がこ
の平行平面板の角度を変えることにより、その焦点信号
ＳＦの値をシフトできるようになっている。そして、例
えば不図示の大気圧センサにより投影光学系１３の周囲
の大気圧変化が検知された場合、又は露光が継続して行
われたような場合には、演算手段３３は大気圧変化、又
は照射熱の蓄積による投影光学系１３のベストフォーカ
ス位置の変化量を求め、この変化後のベストフォーカス
位置でその焦点信号ＳＦの値が０となるように、受光系
２５内の平行平面板の角度を調整する。これにより、大
気圧変化、又は露光光による照射熱の蓄積が生じた場合
でも、オートフォーカス方式で基準パターン板２３（又
はウエハ１４）の表面を正確に投影光学系１３の実際の
ベストフォーカス位置に設定できる。

【００３１】次に、投影光学系１３の側面部に本例のＴ
ＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つＸ軸用のＬＳ
Ａ（レーザ・ステップ・アライメント）系２６が配置さ
れている。ＬＳＡ系２６から射出されたレーザビームＡ
Ｌは、ミラー２７によりほぼ垂直下方に反射されて投影
光学系１３に入射し、投影光学系１３から射出されるレ
ーザビームＡＬは、図３（ａ）に示すように、基準パタ
ーン板２３（又はウエハ１４）上でＹ方向に延びたスリ
ット状のスポット光２８として集光される。

【００３２】図３（ａ）において、スポット光２８に対
してＬＳＡ基準マーク４４ＸをＸ方向に走査すると、Ｌ
ＳＡ基準マーク４４Ｘがスポット光２８を横切る際に所
定の方向に回折光が射出される。この回折光を検出する
ことにより、そのＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標が検
出される。図２に戻り、基準パターン板２３上のＬＳＡ
基準マーク４４Ｘ（図３（ａ）参照）からの回折光は、
投影光学系１３及びミラー２７を経てＬＳＡ系２６に戻
り、戻された回折光はＬＳＡ系２６内の光電検出器によ
り光電変換され、その光電検出器から出力される検出信
号ＱＸが演算手段３３に供給される。この場合、レーザ
ビームＡＬの正反射光もＬＳＡ系２６に戻されるため、
ＬＳＡ系２６内には正反射光を遮光して回折光のみを通
す空間フィルタが設置されている。演算手段３３には制
御手段２０を介して、レーザ干渉計１８等により計測さ
れているＺステージ１５のＸ座標、及びＹ座標も供給さ
れ、演算手段３３では、例えばその検出信号ＱＸが最大
となるときのＺステージ１５のＸ座標より図３（ａ）の
ＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ方向の位置を検出する。こ
のように検出されたＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標よ
り、後述のようにＬＳＡ系２６のＸ方向のベースライン
量が求められる。

【００３３】同様に、図３（ａ）のＹ軸用のＬＳＡ基準
マーク４４Ｙの位置を検出するためのＹ軸用のＬＳＡ系
（不図示）も備えられ、このＹ軸用のＬＳＡ系及び図２
の演算手段３３によりそのＬＳＡ基準マーク４４ＹのＹ
座標が検出される。このように検出されたＹ座標より、
同様にＹ方向のベースライン量が求められる。なお、Ｌ
ＳＡ系のより詳細な構成は例えば特開昭６０−１３０７
４２号公報に開示されている。

【００３４】また、ウエハ１４上の各ショット領域にも
それぞれ図３（ａ）のＬＳＡ基準マーク４４Ｘ，４４Ｙ
と同様のＬＳＡ系用のウエハマークが形成され、これら
のウエハマークの位置も図２のＬＳＡ系２６等により計
測される。例えば、それらのウエハマークが対応するシ
ョット領域の中心位置を示すものとすると、それらのウ
エハマークの計測された位置からベースライン量だけＸ
Ｙステージ１６を移動させることにより、対応するウエ
ハ１４上のショット領域の中心位置が、レチクル１０の
投影像の中心位置と合致するため、高い重ね合わせ精度
が得られる。

【００３５】次に、本例のＩＳＳ（Imaging Slit Senso
r)系につき説明する。図２において、本例のＩＳＳ系の
照明系は、露光光ＩＬ１と同じ波長の照明光ＩＬ２を発
生する光源３５と、この光源３５からの照明光を集光し
て光ガイド３８の一端に導く集光レンズ３６と、光ガイ
ド３８の他端から射出される照明光を集光する集光レン
ズ３９と、その集光された照明光を基準パターン板２３
の底部に導くミラー４０とから構成されている。光源３
５としては、例えば光源系１内で露光光ＩＬ１から分岐
された光を、光ガイドを介して伝達する光学系等が使用
される。この場合、光ガイド３８の他端、集光レンズ３
９、及びミラー４０はＺステージ１５内に組み込まれて
いる。

【００３６】また、光ガイド３８の他端側を覆うように
円筒状の口金４９が装着され、この口金４９がＺステー
ジ１５の側壁内に或る程度の範囲内で傾斜でき、且つ所
望の傾斜角で固定できるように取り付けられている。本
例では、ＩＳＳ系による計測動作に先だって、その口金
４９の傾斜角の調整によって、ＩＳＳ系の照明光ＩＬ２
の主光線の傾き角をＺ軸にほぼ平行にすることによっ
て、ＩＳＳ系のテレセントリック性の粗調整を行ってお
く。なお、その口金４９を設ける代わりに、集光レンズ
３９を２つのレンズに分けて、これら２つのレンズの間
（瞳空間）に平行平面ガラス（ハービング）を或る程度
の範囲内で回転できるように配置し、この平行平面ガラ
スの回転角の調整によってそのＩＳＳ系のテレセントリ
ック性の粗調整を行ってもよい。

【００３７】その照明系からの照明光ＩＬ２は、図３
（ａ）の基準パターン板２３上のＩＳＳ基準マーク４３
Ｘ及び４３Ｙを底部から照明する。そして、ＩＳＳ基準
マーク４３Ｘ及び４３Ｙを通過した照明光ＩＬ２は、図
２において、投影光学系１３を経てレチクル１０に入射
し、レチクル１０を透過した照明光ＩＬ２は、ミラー
９、コンデンサーレンズ８、第２リレーレンズ７、可変
視野絞り６、及び第１リレーレンズ５を経てビームスプ
リッター４に至る。このビームスプリッター４で反射さ
れた照明光ＩＬ２が、集光レンズ４１により光電検出器
４２上に集光され、光電検出器４２での光電変換により
得られた検出信号ＳＸが演算手段３３に供給される。こ
の場合、投影光学系１３、ミラー９〜ビームスプリッタ
ー４、集光レンズ４１、及び光電検出器４２より本例の
ＩＳＳ系の受光系が構成されている。

【００３８】また、ＩＳＳ系で使用される照明光ＩＬ２
は露光光ＩＬ１と同じ波長域の光であるため、露光光Ｉ
Ｌ１のもとで基準パターン板２３の表面が投影光学系１
３に関してレチクル１０のパターン面と共役であるとき
には、その照明光ＩＬ２のもとで基準パターン板２３の
表面とレチクル１０のパターン面とは共役である。そこ
で、例えば、レチクル１０のウエハステージに対するＸ
方向の位置を検出する際には、図３（ｂ）のレチクル１
０のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘとほぼ共役な位置（設
計データより大まかに算出される位置）のＸ方向の手前
側に、図３（ａ）の基準パターン板２３上のＩＳＳ基準
マーク４３Ｘの位置が設定される。その後、図２におい
てＸＹステージ１６を駆動して基準パターン板２３をＸ
方向に走査すると、ＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチクル
側への投影像がレチクル１０上のＩＳＳレチクルマーク
１１Ｘを横切る際に、光電検出器４２から出力される検
出信号ＳＸは谷型に落ち込むように変化する。

【００３９】そこで、その検出信号ＳＸの波形、及びレ
ーザ干渉計により計測されるＺステージ１５のＸ座標よ
り、ＩＳＳ基準マーク４３Ｘの像がＩＳＳレチクルマー
ク１１Ｘと合致するときのＸ座標、即ち基準パターン板
２３を基準としたレチクル１０の投影像の中心のＸ座標
が検出される。同様に、図３（ｂ）のＹ軸用のＩＳＳレ
チクルマーク１１Ｙに対して、図３（ａ）のＹ軸用のＩ
ＳＳ基準マーク４３ＹをＹ方向に走査することにより、
基準パターン板２３を基準としたレチクル１０の投影像
の中心のＹ座標が計測される。

【００４０】本例のＩＳＳ系に対するベストフォーカス
位置は、例えば光電検出器４２から出力される検出信号
ＳＸの谷型の落ち込み部の幅（又はその落ち込み量等）
が最大となるときに、送光系２４及び受光系２５からな
る斜入射方式のＡＦセンサによる検出されるＺ座標と定
義される。従って、そのＩＳＳ系では投影光学系１３が
使用されていても、必ずしもレチクル１０のパターンを
露光する際の投影光学系１３のベストフォーカス位置
が、そのＩＳＳ系のベストフォーカス位置になるとは限
らない。但し、例えば標準大気圧のもとでの初期状態で
は、投影光学系１３のベストフォーカス位置がそのＩＳ
Ｓ系のベストフォーカス位置となるように調整が行わ
れ、大気圧が変化した場合、及び露光光の照射熱が蓄積
された場合のそのＩＳＳ系のベストフォーカス位置の変
動量も、演算手段３３によりソフトウェア的に算出され
るようになっている。

【００４１】ところが、大気圧変化等の他に例えば光電
検出器４２の位置ずれのような予測できない要因によっ
ても、ＩＳＳ系のベストフォーカス位置がシフトする場
合がある。また、露光用の照明光ＩＬ１のもとで投影光
学系１３の少なくともウエハ側のテレセントリック性は
高精度に維持されているが、照明光ＩＬ２のもとでのＩ
ＳＳ系の基準パターン板２３上におけるテレセントリッ
ク性は多少崩れている場合が有り得る。例えばＩＳＳ系
のテレセントリック性の崩れ量を角度θとして、ベスト
フォーカス位置がｄだけシフトしているものとすると、
ＩＳＳ系で計測されたレチクル１０の位置にウエハ側に
換算してほぼθ・ｄの位置ずれ量が生ずる恐れがある。
本例では、以下のようにしてそのような位置ずれ量の発
生を防止する。

【００４２】以下、ＬＳＡ系２６のベースライン量の計
測を行う場合を例にとって、ＩＳＳ系のベストフォーカ
ス位置におけるＩＳＳ系の計測結果の推方法の一例につ
き図１のフローチャートを参照して説明する。この際
に、上述のように予め図２のＩＳＳ系の照明系内の口金
４９の傾斜角を調整することによって、ＩＳＳ系のテレ
セントリック性の粗調整を行っておく。

【００４３】先ず、図１のステップ１０１において、図
２の中央制御装置１９内の制御手段２０は、レチクル１
０が載置されたレチクルステージ１２の位置合わせ（レ
チクルアライメント）を行う。このためには、レチクル
１０上の不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用い
て、図３（ｂ）の２つのアライメントマーク３０Ａ及び
３０Ｂの位置がそれぞれ所定の基準位置となるようにレ
チクルステージ１２の位置決めを行う。その後、ベース
ライン・チェック工程に移行する。

【００４４】即ち、ステップ１０２において、図２の制
御手段２０は、ＸＹステージ１６を駆動することによ
り、図３（ａ）の基準パターン板２３上のＸ軸用のＩＳ
Ｓ基準マーク４３Ｘを、図３（ｂ）のレチクル１０上の
Ｘ軸用のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘと計算上で共役な
位置に対してＸ方向の手前側の近傍に移動する。この状
態では、図２に示すように、斜入射方式のＡＦセンサの
送光系２４からのスリット像が基準パターン板２３上に
投影される。その後、ステップ１０３において、演算手
段３３が現在の大気圧等に応じたＩＳＳ系に対するベス
トフォーカス位置Ｚ₀を算出し、このソフトウェア的に
算出されたベストフォーカス位置Ｚ₀を制御手段２０に
供給する。

【００４５】制御手段２０は、Ｚθ駆動系２２を介して
Ｚステージ１５を駆動することにより、基準パターン板
２３の表面のＺ座標をそのベストフォーカス位置Ｚ₀か
らΔＺだけ低い位置に設定する。ΔＺの値は、予測でき
ない要因によるベストフォーカス位置の変動量のそれま
での最大値（制御手段２０内の記憶部に記憶されてい
る）より大きな値である。ΔＺの値は、一例として５μ
ｍである。この場合の基準パターン板２３の表面のＺ座
標は、斜め入射方式のＡＦセンサの受光系２５から出力
される焦点信号ＳＦに、演算手段３３において予め求め
られている係数を乗じて得られる座標であり、この座標
は演算手段３３から制御手段２０に供給される。

【００４６】次のステップ１０４において、制御手段２
０は、ＩＳＳ系の光源３５を発光させて照明光ＩＬ２で
基準パターン板２３を底面側から照明した状態で、ＸＹ
ステージ駆動系２１を介してＸＹステージ１６を駆動す
ることにより、レチクル１０側のＩＳＳレチクルマーク
１１Ｘを横切るようにＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチク
ルへの投影像をＸ方向に走査する。そして、この走査中
に演算手段３３は、ＩＳＳ系の光電検出器４２からの検
出信号ＳＸを取り込み、その検出信号ＳＸの信号幅
Ｄ_i、及びＩＳＳレチクルマーク１１Ｘのマーク位置Ｘ
_i(ｉ＝１）を求める。

【００４７】図４（ａ）は最初に取り込まれる検出信号
ＳＸを、ＩＳＳ基準マーク４３ＸのＸ座標に対してプロ
ットした図であり、この図４（ａ）において、検出信号
ＳＸはＸ方向に対して谷型に落ち込んでいる。そこで、
検出信号ＳＸのレベルが予め定められているスライスレ
ベルＳ_THより低い部分のＸ方向の幅Ｄ₁を信号幅とす
る。また、その信号幅Ｄ₁内のＸ方向の中点のＸ座標Ｘ
₁をそのＺ座標でのマーク位置とする。

【００４８】次のステップ１０５において、制御手段２
０は、Ｚステージ１５を駆動して基準パターン板２３の
Ｚ座標をδＺだけ上昇させる。δＺの値は細かい程、高
精度にベストフォーカス位置を検出できるが、δＺが細
かい程計測時間が長くなる。そこで、精度と計測時間と
のバランスを考えてδＺの値が決定される。ステップ１
０３で設定するΔＺの値が５μｍの場合、δＺは例えば
１μｍに設定される。その後、ステップ１０６で基準パ
ターン板２３のＺ座標が（Ｚ₀＋ΔＺ）を超えたかどう
かを調べるが、今の段階ではＺ座標は（Ｚ₀＋ΔＺ）よ
り低いため動作はステップ１０４に戻る。そして、再
び、制御手段２０は、ＸＹステージ１６を駆動すること
により、レチクル１０側のＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ
を横切るようにＩＳＳ基準マーク４３Ｘのレチクルへの
投影像をＸ方向に走査する。そして、この走査中に演算
手段３３は、ＩＳＳ系の光電検出器４２からの図４
（ｂ）に示す検出信号ＳＸを取り込み、その検出信号Ｓ
Ｘの信号幅Ｄ_i、及びマーク位置Ｘ_i(ｉ＝２）を求め
る。その後、ステップ１０５で制御手段は、Ｚ座標をδ
Ｚだけ上昇させる。

【００４９】以下同様にして、基準パターン板２３のＺ
座標が（Ｚ₀＋ΔＺ）を超えるまで、ステップ１０４及
び１０５が繰り返されて、各Ｚ座標においてそれぞれ検
出信号ＳＸの信号幅Ｄ_i、及びマーク位置Ｘ_i(ｉ＝３，
４，…）が求められる。図４（ｃ）はｉの値が３の場合
を示している。基準パターン板２３のＺ座標が実際のベ
ストフォーカス位置に近づくにつれて、その検出信号Ｓ
Ｘの信号幅Ｄ_iは狭くなっている。

【００５０】その後、ステップ１０６において、基準パ
ターン板２３のＺ座標が（Ｚ₀＋ΔＺ）を超えたとき
に、動作はステップ１０７に移行して、演算手段３３
は、基準パターン板２３のＺ座標に対する検出信号ＳＸ
の信号幅Ｄ_iの関係を、最小自乗法により２次曲線で近
似することにより、最も信号幅Ｄ_iが狭くなるときのＺ
座標を実際のベストフォーカス位置Ｚ_fとして求める。
その２次曲線近似の方法につき図５（ａ）を参照して説
明する。以下では、ΔＺを５μｍ、δＺを１μｍとし
て、Ｚ₀を中心とする±５μｍの範囲内で１μｍステッ
プで１１回の計測を行ったものとして説明する。

【００５１】図５（ａ）は、横軸が基準パターン板２３
のＺ座標、縦軸が検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_iであり、１
１個の点４５は、Ｚ座標に対してステップ１０４で求め
られた信号幅Ｄ_iをプロットしたものである。このと
き、信号幅Ｄ_iを次のように係数ａ，ｂ，ｃを有するＺ
座標の２次関数ｆ（Ｚ）で表す。

【００５２】

【数１】Ｄ_i＝ｆ（Ｚ）＝ａＺ²＋ｂＺ＋ｃそして、計測が行われたＺ座標をＺ₁，Ｚ₂，…，
Ｚ₁₁、これらの座標での信号幅Ｄ_iをそれぞれＤ₁，Ｄ
₂，…，Ｄ₁₁としたとき、次の残留誤差成分E(a,b,c)が
最小値を取るように、例えば数値解析により係数ａ，
ｂ，ｃの値を定める。

【００５３】

【数２】E(a,b,c)＝｛Ｄ₁−ｆ（Ｚ₁)}²＋｛Ｄ₂−ｆ
（Ｚ₂)}²＋…＋｛Ｄ₁₁−ｆ（Ｚ₁₁）｝² その後、求められた係数ａ，ｂ，ｃを（数１）に代入し
て、（数１）が極値を取るときのＺ座標を実際のベスト
フォーカス位置Ｚ_fとして求める。この場合、図５
（ａ）に示すように求められた２次関数ｆ（Ｚ）は凹の
２次曲線４６で表され、ベストフォーカス位置Ｚ_fでそ
の２次曲線４６の値が最小となっている。

【００５４】次に、ステップ１０８において、基準パタ
ーン板２３のＺ座標に対する検出されたマーク位置Ｘ_i
の関係を最小自乗法により１次式（１次関数）で近似す
る。その１次式による近似の方法につき図５（ｂ）を参
照して説明する。ここでは、図５（ａ）に対応するＺ座
標とマーク位置Ｘ_iとの関係は図５（ｂ）のようになっ
ているものとする。

【００５５】図５（ｂ）は、横軸が基準パターン板２３
のＺ座標、縦軸がＩＳＳ基準マーク４３Ｘのマーク位置
Ｘ_iであり、１１個の点４７は、Ｚ座標に対してステッ
プ１０４で求められたマーク位置Ｘ_iをプロットしたも
のである。このとき、マーク位置Ｘ_iを次のように係数
ｄ及びθを有するＺ座標の１次関数ｇ（Ｚ）で近似す
る。

【００５６】

【数３】Ｘ_i＝ｇ（Ｚ）＝θ・Ｚ＋ｄそして、計測が行われたＺ座標をＺ₁，Ｚ₂，…，
Ｚ₁₁、これらの座標でのマーク位置Ｘ_iをそれぞれ
Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ₁₁としたとき、次の残留誤差成分E
(ｄ，θ）が最小値を取るように、例えば数値解析によ
り係数ｄ及びθの値を定める。

【００５７】

【数４】E(ｄ，θ）＝｛Ｘ₁−ｇ（Ｚ₁)}²＋｛Ｘ₂−ｇ
（Ｚ₂)}²＋…＋｛Ｘ₁₁−ｇ（Ｚ₁₁）｝² このようにして決定された係数ｄ及びθを（数３）に代
入して得られる関数ｇ（Ｚ）が図５（ｂ）の直線４８で
表されている。この場合、係数θはＺ座標の変化量に対
するマークの位置ずれ量の割合を表す線形係数となる。
これは結果として、係数θが本例のＩＳＳ系のテレセン
トリック性のＸ方向への崩れ量であることを表す。

【００５８】その後、ステップ１０９において、ステッ
プ１０７で求められた実際のベストフォーカス位置
Ｚ_f、及びステップ１０８で求められた係数ｄと係数θ
（テレセントリック性の崩れ量）とを（数３）に代入す
ることにより、実際のベストフォーカス位置Ｚ_fでのマ
ーク位置Ｘ_fをレチクル１０上のＩＳＳレチクルマーク
１１ＸのＸ方向の位置として推定する。

【００５９】なお、それまでのベストフォーカス位置Ｚ
₀でのマーク位置をＸ₀として、実際のベストフォーカ
ス位置Ｚ_f及び係数θ（テレセントリック性の崩れ量）
を用いて次式より実際のベストフォーカス位置でのマー
ク位置Ｘ_f'を算出してもよい。

【００６０】

【数５】Ｘ_f'＝θ・（Ｚ_f−Ｚ₀)＋Ｘ₀ 次に、ステップ１１０において、図３（ａ）のＩＳＳ基
準マーク４３Ｙと図３（ｂ）のＩＳＳレチクルマーク１
１Ｙとを用いて、ステップ１０２〜１０９までと同様の
動作を行うことにより、レチクル１０上のＩＳＳレチク
ルマーク１１ＹのＹ方向の位置Ｙ_fを求める。本例では
ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ，１１Ｙはレチクル１０の
パターン領域の中心座標を示すため、ＩＳＳレチクルマ
ーク１１Ｘの位置Ｘ_f、及びＩＳＳレチクルマーク１１
Ｙの位置Ｙ_fがそのままレチクル１０のウエハ側への投
影像の中心座標となる。

【００６１】なお、Ｙ軸用のＩＳＳ基準マーク４３Ｙに
対するベストフォーカス位置はＸ軸用のＩＳＳ基準マー
ク４３Ｘに対するベストフォーカス位置Ｚ_fとほぼ同じ
とみなせるため、そのベストフォーカス位置Ｚ_fにおい
て、ＩＳＳレチクルマーク１１ＹのＹ座標を複数回計測
し、この平均値をＩＳＳレチクルマーク１１Ｙの位置Ｙ
_fとしてもよい。

【００６２】なお、レチクル１０に回転があるときに
は、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｘ，１１Ｙの座標とレチ
クル１０の中心座標との間には誤差が生ずる。そこで、
回転の補正を行うため場合には、例えば図３（ｂ）のレ
チクル１０上の２個のアライメントマーク３０Ａ及び３
０Ｂの座標（Ｘ，Ｙ）をＩＳＳ系を用いて計測し、この
計測結果の平均値よりレチクル１０の投影像の中心座標
を求めてもよい。

【００６３】次に、ステップ１１１において、図３
（ａ）の基準パターン板２３のＺ座標を図２のＸ軸用の
ＬＳＡ系２６に対するベストフォーカス位置に設定した
後、そのＬＳＡ系２６を用いて基準パターン板２３上の
Ｘ軸のＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標Ｘ_LSAを計測す
る。その後、同様にＹ軸用のＬＳＡ系を用いて、基準パ
ターン板２３上のＹ軸のＬＳＡ基準マーク４４ＹのＹ座
標Ｙ_LSAを計測する。

【００６４】その後、ステップ１１２において、ＬＳＡ
系のベースライン量を求める。この場合、図３（ａ）に
示すように、ＩＳＳ基準マーク４３ＸとＬＳＡ基準マー
ク４４ＸとはＸ方向に幅ΔＸ_Lだけ離れているため、ス
テップ１０９で求めたレチクル１０の投影像の中心のＸ
座標Ｘ_f、及びＬＳＡ基準マーク４４ＸのＸ座標Ｘ_LS _A
より、Ｘ軸用のＬＳＡ系２６のＸ方向へのベースライン
量は、例えば（Ｘ_f−Ｘ_LSA＋ΔＸ_L)となる。同様に、
Ｙ軸用のＬＳＡ系のＹ方向へのベースライン量も算出さ
れる。

【００６５】また、本例ではＬＳＡ系のベースライン計
測を行う度に図１の工程を繰り返して、それぞれＩＳＳ
系のベストフォーカス位置、及びＺ座標の変化量に対す
るマーク位置を表す１次近似式を求める。但し、ベース
ライン計測を行う時間間隔が短い場合等には、ソフトウ
ェア的に求められたベストフォーカス位置で計測を行っ
てもよい。

【００６６】上述のように本例によれば、ほぼベースラ
イン計測を行う度に、ＩＳＳ系の実際のベストフォーカ
ス位置、及びＩＳＳ系のＺ座標の変化量に対するマーク
位置を表す１次近似式を求め、これらに基づいて実際の
ベストフォーカス位置でのレチクル１０の投影像の中心
位置（Ｘ_f,Ｙ_f)を算出しているため、レチクル１０の投
影像の中心位置が正確に求められ、結果としてＬＳＡ系
のベースライン量も正確に計測される。

【００６７】また、例えば図５（ｂ）の例では、Ｚ座標
を１１回変えて計測した結果より、最小自乗法によりＩ
ＳＳ系のＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次
近似式を求め、この結果より実際のベストフォーカス位
置Ｚ_fでのマーク位置Ｘ_fを算出している。従って、改
めてそのベストフォーカス位置Ｚ_fでマーク位置を計測
する方法に比べて、計測誤差の平均化が行われているた
め、より高精度にＩＳＳレチクルマークの位置を計測で
きる利点がある。更に、改めて計測し直さないので、従
来のようにソフトウェア的にＺ座標を補正するだけの工
程と比べても、単位時間当りのウエハの処理枚数（スル
ープット）の低下は小さい。

【００６８】また、図５（ａ）では信号幅Ｄ_iをＺ座標
について２次関数で近似しているが、場合によっては、
例えばＺ座標について３次以上の関数、又は平方根を含
む関数等で近似してもよい。また、上述の実施の形態で
は検出信号ＳＸの信号幅よりベストフォーカス位置を求
めたが、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、検出
信号ＳＸの凹部の深さ（信号のピークレベル）ｈ₁,ｈ₂,
ｈ₃,…よりベストフォーカス位置を求めてもよい。この
場合、その信号のピークレベルｈ_iが最も大きくなると
きのＺ座標がベストフォーカス位置となる。

【００６９】なお、上述の実施の形態では、先ずＩＳＳ
レチクルマーク１１Ｘ，１１ＹのＸ座標、Ｙ座標を求め
てからＬＳＡ系の計測を行っているが、それ以外に例え
ばＩＳＳレチクルマーク１１Ｘの計測、ＬＳＡ基準マー
ク４４Ｘの計測、ＩＳＳレチクルマーク１１Ｙの計測、
ＬＳＡ基準マーク４４Ｙの計測、の順に計測を行ってベ
ースライン量を求めてもよい。

【００７０】更に、上述の実施の形態ではＩＳＳ系につ
いてベストフォーカス位置を求めているが、例えば図２
のＬＳＡ系２６についても、複数のＺ座標において検出
信号ＱＸを取り込み、それぞれピークレベル等及びマー
ク位置を求めることにより、ベストフォーカス位置、及
びＺ座標の変化量に対するマーク位置を表す１次近似式
を求めることができる。但し、ＬＳＡ系では通常テレセ
ントリック性の崩れ量は小さいため、そのようにベスト
フォーカス位置を計測する必要性は高くない。また、撮
像方式のアライメントセンサ等においても、本発明を適
用することにより容易にベストフォーカス位置、及びＺ
座標の変化量に対するマーク位置を表す近似式を正確に
求めることができる。

【００７１】このように本発明は上述の実施の形態に限
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。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、計測対象マークを複数
の高さに設定してそれぞれ検出信号の波形を取り込み、
このように取り込まれた波形より位置検出手段のベスト
フォーカス位置、及び計測方向での位置を求めているた
め、ベストフォーカス位置のキャリブレーションを行う
ための装置等を使用することなく、簡単且つ迅速にベス
トフォーカス位置、及びこのベストフォーカス位置にお
ける計測値を求めることができる利点がある。

【００７３】また、ベストフォーカス位置での計測方向
の位置を求めることができるため、位置検出手段のテレ
セントリック性を厳密に調整しておく必要がなく、位置
検出手段の製造コストを低減できる。更に、得られた検
出信号の波形よりベストフォーカス位置とこの位置での
計測方向の位置とを求めることができるため、計測時間
が短くて済む利点もある。

【００７４】次に、検出信号の波形の変化量を高さに関
する２次曲線で近似し、この２次曲線の極値に基づいて
ベストフォーカス位置を求める場合には、そのベストフ
ォーカス位置が計測の際に設定された複数の高さの間に
あるときでも、比較的簡単な計算で計測データを補間し
て正確にそのベストフォーカス位置を求めることができ
る。

【００７５】また、複数の高さで求められた計測方向の
位置より、複数の高さとこれらの高さで位置検出手段に
より計測される位置との関係を１次式で近似する際に
は、予測できない要因によるテレセントリック性の崩れ
量を容易且つ正確に計測できる。更に、その１次式を用
いて計測方向の位置の補正を行う場合には、例えば或る
高さでの計測データに対して、その高さ及びベストフォ
ーカス位置間のずれ量とその１次式の比例係数（テレセ
ントリック性の崩れ量）との積を加算するだけの簡単な
計算により正確に計測方向の位置を求めることができ
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実施の形態の
一例が適用されたベースライン量の計測動作の一例を示
すフローチャート図である。

【図２】その実施の形態で使用される投影露光装置を示
す一部を切り欠いた構成図である。

【図３】（ａ）は図２の基準パターン板２３を示す拡大
平面図、（ｂ）は図２のレチクル１０を示す平面図であ
る。

【図４】基準パターン板２３のＺ座標を変えた場合に得
られる検出信号ＳＸの波形の変化を示す図である。

【図５】（ａ）は基準パターン板２３のＺ座標に対する
検出信号ＳＸの信号幅Ｄ_iの関係を示す図、（ｂ）はそ
のＺ座標に対するマーク位置Ｘ_iの関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１光源系４ビームスプリッター８コンデンサーレンズ１０レチクル１１Ｘ，１１ＹＩＳＳレチクルマーク１３投影光学系１４ウエハ１５Ｚステージ１６ＸＹステージ１９中央制御装置２０制御手段２３基準パターン板２４斜入射方式のＡＦセンサの送光系２５斜入射方式のＡＦセンサの受光系２６ＬＳＡ系（ＬＳＡ方式のアライメントセンサ）３３演算手段４３Ｘ，４３ＹＩＳＳ基準マーク４４Ｘ，４４ＹＬＳＡ基準マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元的に位置決めされる感光基板上に
マスクパターンを露光する露光装置で、前記感光基板上
の位置合わせ用マーク又は所定の基準マークよりなる計
測対象マークの位置を求めるアライメント方法におい
て、前記計測対象マークからの光を受光して、前記計測対象
マークに対応する検出信号を生成する位置検出手段と、
前記計測対象マークの前記位置検出手段の光軸方向の高
さを調整する高さ調整手段と、を備え、該高さ調整手段により前記計測対象マークを複数の異な
る高さに設定し、該設定された複数の高さのそれぞれに
おいて前記位置検出手段により生成される前記計測対象
マークに対応する検出信号の波形を取り込み、該取り込
まれた検出信号の複数の波形より前記位置検出手段のベ
ストフォーカス位置を求め、前記取り込まれた検出信号の複数の波形より、前記計測
対象マークが前記位置検出手段のベストフォーカス位置
にあるときの、前記計測対象マークの計測方向の位置を
求めることを特徴とするアライメント方法。
【請求項２】前記位置検出手段から出力される検出信
号の個々の波形の変化量を求め、該変化量を前記計測対
象マークの高さに関する２次曲線で近似し、該近似され
た２次曲線が極値を取るときの前記計測対象マークの高
さを、前記位置検出手段のベストフォーカス位置とみな
す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】前記計測対象マークを前記複数の異なる
高さに設定したときに前記位置検出手段から出力される
検出信号の波形に基づいて、それぞれ前記計測対象マー
クの計測方向の位置を求め、前記複数の異なる高さと対
応する前記計測対象マークの位置との関係を最小自乗法
によって１次式で近似す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】前記求められた１次式に基づいて前記計
測対象マークの位置を補正することを特徴とする請求項
３記載のアライメント方法。