JPH09115819A

JPH09115819A - アライメント方法及び装置

Info

Publication number: JPH09115819A
Application number: JP7291919A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のマーク検出系を用いて基板のアライメ
ントを行う場合のスループットを向上させること。【解決手段】複数のマーク検出系（ＬＳＡ，ＦＩＡ）
の各焦点位置（５２、５４）に基づき、これら複数のマ
ーク検出系に共通な単一の焦点位置を決定し、この決定
された焦点位置に基板（Ｗ）を配置して、複数のマーク
検出系でそれぞれアライメントマークの位置、又は位置
ずれを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板のアライメント
方法及び装置に関し、特に、基板上のアライメントマー
クを複数のマーク検出系で光電検出し、その検出結果に
基づいて基板のアライメントを行う方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、投影露光装置のように極めて精密
な位置検出精度が要求される装置においては、ステージ
上に載置された基板の位置を検出する場合に、例えば、
投影レンズを介して基板上のマークを検出するＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式のマーク検出系と、投影レ
ンズを介さずに基板上のマークを検出するオフアクシス
方式のマーク検出系を併用することがある。このように
複数の検出系で基板上のマークを検出する場合には、各
検出系の焦点位置を検出対象である基板上のマークの位
置に合致させる必要がある。

【０００３】しかし、上記のようにＴＴＬ方式とオフア
クシス方式のように、異なる複数のマーク検出系を併用
した場合、周囲の大気圧や、基板自体の傾き等によって
両検出系の焦点位置に差が生じることがある。このた
め、従来では、特開平６−３４９７０８号公報に開示さ
れているように、基板上のマークを検出する際に、各マ
ーク検出系の焦点位置に基板の位置をその都度合わせて
いた。すなわち、ＴＴＬ方式の検出系でマーク検出を行
う場合には、投影レンズの焦点位置に基板の位置を合わ
せ、また、オフアクシス方式の検出系でマーク検出を行
う場合には、当該オフアクシ方式の検出系の焦点位置に
基板の位置を合わせている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の方法では、２つのマーク検出系で位置検出
を行う際に、それぞれの検出系毎に基板の位置を移動し
ているため、作業効率が悪いという不都合があった。従
って、本発明は、複数のマーク検出系を用いて基板のア
ライメントを行う場合のスループットの向上を課題とし
て創作された。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、複数のマーク検出系の各焦点位
置に基づいて、複数のマーク検出系に共通な単一の焦点
位置を決定し、この決定された焦点位置に基板を配置し
て、複数のマーク検出系でそれぞれアライメントマーク
の位置、又は位置ずれを検出する。更に好ましくは、複
数のマーク検出系の焦点位置の差が所定の基準値より大
きくなっているときは、複数のマーク検出系の各焦点位
置に基板を配置してアライメントマークの位置、又は位
置ずれを検出する。

【０００６】また、基板上のいくつかのアライメントマ
ークをそれぞれ第１のマーク検出系で光電検出し、この
第１のマーク検出系の出力に基づいて基板のグローバル
アライメントを行った後、基板上の複数の領域内の少な
くとも３つに付設されるアライメントマークをそれぞれ
第１の検出系と異なる第２のマーク検出系で光電検出
し、この第２のマーク検出系の出力に基づいて基板を移
動して、複数の領域の各々をマスク上のパターンとアラ
イメントする方法においては、第１のマーク検出系の焦
点位置と第２のマーク検出系の焦点位置との差が所定の
基準値以下であるときは、基板を第２のマーク検出系の
焦点位置に配置してアライメントマークを光電検出し、
焦点位置の差が基準値よりも大きくなっているときは、
第１及び第２のマーク検出系の各焦点位置に基板を配置
してアライメントマークを光電検出する。

【０００７】

【作用】以上のように、本発明においては、従来と同様
に複数のマーク検出系を用いてアライメントマークを検
出するが、各々の検出系の焦点位置に基づいて全ての検
出系に共通な単一の焦点位置で各アライメント系による
アライメントマークの検出を行っているため、各マーク
検出系毎に基板を移動させる必要がなくなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下に示
す実施例に従って説明する。

【０００９】

【実施例】本実施例は、フォトレジストが塗布されたウ
エハ上の各ショット領域に、レチクルのパターン像をス
テップ・アンド・リピート方式で順次露光する投影露光
装置に本発明を適用したものである。

【００１０】図１は、本実施例の投影露光装置の概略構
成を示す。図において、水銀ランプ１から射出された露
光光ＩＬ１（ｉ線又はｇ線）は楕円鏡２で反射し、その
第２焦点で一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フ
ィルター、オプティカルインテグレータ（フライアイレ
ンズ）及び開口絞り（σ絞り）等を含む照明光学系３に
入射する。楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モータ５に
よって露光光ＩＬ１の光路の閉鎖及び開放を行うシャッ
ター（例えば４枚羽根のロータリーシャッター）４が配
置されている。露光光ＩＬ１としては、水銀ランプ１等
の輝線（ｉ線等）の他に、ウエハのレジスト層を感光さ
せる波長域を有するものであれば、ＫｒＦエキシマレー
ザ若しくはＡｒＦエキシマレーザ等のレーザ光、又は金
属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等を用いても良
い。

【００１１】照明光学系３から射出された露光光ＩＬ１
は、その大部分がビームスプリッター６を透過し、第１
リレーレンズ７、可変視野絞り（レチクルブラインド）
８及び第２リレーレンズ９を通過してミラー１０に達す
る。ミラー１０で略垂直下方に反射された露光光ＩＬ１
は、メインコンデンサーレンズ１１を介してレチクルＲ
のパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で照明する。な
お、レチクルブラインド８の配置面は、レチクルＲのパ
ターン形成面と共役関係（結像関係）を有するように設
定されている。

【００１２】レチクルＲは、レチクルステージ１２に載
置され、レチクルステージ１２は、モータ１５によって
投影光学系１６の光軸方向に微動可能で、且つ水平面内
で２次元的な移動及び微小回転が可能な構成になってい
る。レチクルステージ１２の端部には、移動鏡１３ｍが
固定され、レーザ光波干渉測長器（干渉計）１３からの
レーザビームを反射し、その反射光が干渉計１３で検出
されるようになっている。そして、この干渉計１３によ
ってレチクルステージ１２の２次元的な位置が、例えば
0.01μｍ程度の分解能で常時検出される。レチクルＲ上
にはレチクルアライメント系（不図示）が配置されてお
り、このアライメント系によってレチクルＲに形成され
たアライメントマークを検出するようになっている。そ
して、レチクルアライメント系からの検出信号に基づい
てレチクルステージ１２を微動させることで、レチクル
Ｒのパターン領域ＰＡの中心点が光軸ＡＸと一致するよ
うにレチクルＲが位置決めされる。

【００１３】レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した
露光光ＩＬ１は、両側テレセントリックな投影光学系１
６に入射し、レチクルＲの回路パターンの投影像が例え
ば、１／５に縮小され、表面にフォトレジスト層が形成
されたウエハＷ上の１つのショット領域に重ね合わせて
投影（結像）される。ウエハＷは、その表面が投影光学
系１６の結像面とほぼ一致するように保持される。

【００１４】図２は、ウエハＷ上に形成されたショット
領域ＥＳ１〜ＥＳＮを示し、これらのショット領域ＥＳ
１〜ＥＳＮはウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）に沿って配
列されている。各ショット領域ＥＳｉに隣接するストリ
ートラインには、それぞれＸ方向用のウエハマークＭｘ
ｉ及びＹ方向用のウエハマークＭｙｉが形成されてい
る。ウエハマークＭｘｉはＸ方向に所定ピッチで配列さ
れたマルチマークであり、ウエハマークＭｙｉはＹ方向
に所定ピッチで配列されたマルチマークである。また、
本実施例では、エンハンスト・グローバル・アライメン
ト（以下、「ＥＧＡ」という）方式でアライメントを行
う。このＥＧＡ方式では、ショット領域ＥＳ１〜ＥＳＮ
から予め選択されたショット領域（以下、「サンプルシ
ョット」という）ＳＡ１〜ＳＡ９についてのみオフ・ア
クシスのアライメントセンサー２７でウエハマークの位
置を検出する。そして、その検出結果を統計処理するこ
とにより、全てのショット領域の計算上の配列座標を算
出し、この配列座標に基づいて位置合わせを行うように
なっている。

【００１５】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このホルダを介してＺステ
ージ１７上に載置される。また、Ｚステージ１７はＸＹ
ステージ１８上に載置される。ＸＹステージ１８は、装
置全体の動作を統括制御する主制御系１４によりモータ
２１を介して、ステップ・アンド・リピート方式で駆動
される。主制御系１４は、また、Ｚステージ１７を介し
てウエハＷを投影光学系１６の光軸に平行なＺ方向に位
置決めする。Ｚステージ１７中には、ウエハＷの水平出
し（レベリング）を行うレベリングステージも組み込ま
れている。ウエハＷ上の１つのショット領域に対するレ
チクルＲの転写露光が終了すると、ＸＹステージ１８に
よりウエハＷは次のショット位置までステッピングされ
る。Ｚステージ１７の端部には移動鏡２０ｍが固定さ
れ、干渉計２０からのレーザビームを反射し、その反射
光が干渉計２０で検出される。そして、この干渉計２０
によって、Ｚステージ１７の２次元的な位置が、例えば
0.01μｍ程度の分解能で常時検出される。

【００１６】ウエハＷ上には、ラフなアライメントを行
う所謂サーチ・アライメント用のアライメントマークが
形成されており、このマークを後述するＴＴＬ方式のＬ
ＳＡ(Laser Step Alignment）センサ３００によって検
出するようになっている。図３には、ＬＳＡセンサ３０
０の構成が示されている。このＬＳＡセンサ３００にお
いて、レーザ光源３０１から射出されたアライメント用
のレーザ光は、送光系３０２中のビームエクスパンダと
シリンドリカル・レンズの作用により、スリット状のビ
ームに成形される。送光系３０２を透過したスリット状
ビームは、ビームスプリッタ３０４、レンズ系（対物レ
ンズ）３０６、絞り３０８、ミラー３１０を介して投影
レンズ１６に入射する。絞り３０８は、ウエハ面と共役
になっており、ビームはここにスリット状に集光され
る。

【００１７】図３に示されたＬＳＡセンサ３００におい
て、ウエハステージ１８をスリット状ビームに対して相
対走査すると、アライメントマークがビームスポットを
横切る時に、このマークから発生する回折光、又は散乱
光が、投影レンズ１６、ミラー３１０、レンズ系３０６
及びビームスプリッタ３０４を介して光電検出器３１２
に受光される。光電検出器３１２からの光電信号は、Ｌ
ＳＡ処理回路３１４に入力され、ウエハステージ１８の
干渉計からの信号に応じてデジタルサンプリングされ
る。ＬＳＡ処理回路３１４は、デジタルサンプリングさ
れた信号波形をメモりに記憶し、所定の演算によりウエ
ハＷ上のマークの位置を検出する。

【００１８】Ｚステージ１７上には、ガラス基板よりな
る基準部材１９が設けられている。基準部材１９上には
ベースライン計測時にオフアクシス・アライメントセン
サ２７によって検出される基準マークと、不図示のＴＴ
Ｒ（スルー・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメ
ントセンサによって検出される発光マークとが形成さ
れ、表面の高さがウエハＷの露光面の高さとほぼ一致す
るように設定されている。本実施例では、Ｚステージ１
７でＺ方向の位置を変えて、基準部材１９上の基準マー
クを後述のオフ・アクシスのアライメントセンサー２７
で観測し、撮像された基準マーク像のコントラストが最
も高くなる位置から、そのアライメントセンサー２７の
ベストフォーカス位置を求める。オフアクシス検出用の
基準マークとしては、例えばウエハマークと同様のマル
チマークを使用することができる。

【００１９】本実施例においては、基準部材１９上の基
準マークの位置をアライメントセンサー２７により検出
すると同時に、ＴＴＲ方式の観察系（不図示）により投
影光学系１６を介して発光マークを検出することによ
り、投影光学系１６の光軸とアライメントセンサー２７
の光軸とのずれ量であるベースライン量の計測と、レチ
クルＲの投影光学系１６に対するアライメントが同時に
行われる。なお、このような技術（同時ベースライン計
測）の詳細については、例えば特開平４−３２４９２３
号公報に開示されている。

【００２０】投影光学系１６には、結像特性を調整する
ための結像特性補正部２２が付設されている。この補正
部２２は、投影光学系１６を構成する一部のレンズエレ
メント、特にレチクルＲに近い複数のレンズエレメント
の各々を、ピエゾ素子等の圧電素子を用いて独立に駆動
（光軸ＡＸに対して平行移動又は傾斜）する。これによ
り、投影光学系１６の結像特性、例えば投影倍率やディ
ストーションが補正される。投影光学系１６の結像特
性、例えば結像面の位置（焦点位置）は、周囲の大気
圧、温度、及び投影光学系１６に対する露光光の照射時
間（正確には露光光吸収に伴う熱蓄積量）等によっても
変化する。同様に、アライメントセンサー２７のベスト
フォーカス位置も大気圧、温度及び基準部材１９の傾斜
等により変化する。

【００２１】投影光学系１６とアライメントセンサー２
７との中間位置には、環境センサー２３が配置されてい
る。この環境センサー２３は、大気圧及び温度を常時計
測し、計測結果を主制御系１４に入力する。主制御系１
４は、大気圧及び温度の計測結果に基づき、予め実験的
に求めてある計算式を用いて、投影光学系１６の結像特
性の変化量及び結像面の位置の変化量を求める。また、
これと並行してアライメントセンサー２７のベストフォ
ーカス位置の変化量を求める。投影光学系１６の結像特
性の変化については、主制御系１４は結像特性補正部２
２を介して補正を行う。また、投影光学系１６の結像面
の位置の変化及びアライメントセンサー２７のベストフ
ォーカス位置の変化に対しては、Ｚステージ１７を介し
てウエハＷのＺ方向の位置を調整することにより対応す
る。

【００２２】ビームスプリッター６で反射した露光光Ｉ
Ｌ１は、集光レンズ２４を介して光電検出器２５で受光
され、光電検出器２５の光電変換信号が主制御系１４に
供給される。光電検出器２５での受光量とウエハＷの露
光面での露光エネルギーとの関係は予め求められてい
る。主制御系１４は、光電検出器２５の光電変換信号を
積算することによりウエハＷの積算露光量をモニター
し、これにより露光時間の制御を行うようになってい
る。同時にその積算露光量から、投影光学系１６を通過
する露光光の光量も分かるため、これに基づいて投影光
学系１６の結像特性の変化量、及び投影光学系１６の結
像面の位置の変化量を求めることができる。

【００２３】図４には、本実施例の投影露光装置に備え
られたフォーカス位置検出系（以下、「ＡＦセンサー」
という）が示されている。このＡＦセンサーは、送光系
４２ａ（照明系４３〜集光対物レンズ４５）と受光系４
２ｂ（集光対物レンズ４６〜光電検出器５０）とより構
成される。送光系４２ａにおいて、照明系４３は、ウエ
ハＷ上のフォトレジストに対して非感光性の検出光ＩＬ
３を射出する。照明系４３の前面にはスリットパターン
よりなる開口パターンが形成され、この開口パターンを
通過した検出光ＩＬ３は、ミラー４４及び集光対物レン
ズ４５を介して投影光学系１６の光軸ＡＸに対して斜め
にウエハＷの露光面（又は基準部材１９の表面等）に照
射される。これにより、照明系４３の前面に形成された
スリットパターン像が露光面に結像投影される。

【００２４】ウエハＷの露光面で反射された検出光は、
受光系４２ｂの受光対物レンズ４６、傾斜角可変のミラ
ー４７、結像レンズ４８及び振動スリット４９を経て光
電検出器５０に達する。光電検出器５０の受光面にはス
リット状の開口が形成されており、その開口上に照明系
４３のスリットパターンが再結像される。光電検出器５
０の受光面の開口を通過した光は、光電変換され、得ら
れた検出信号は主制御系１４に入力される。主制御系１
４に入力された検出信号は、振動スリット４９の駆動信
号で同期整流され、これによってフォーカス信号が得ら
れる。

【００２５】この実施例では、ウエハＷの露光面でのス
リットパターン像の長手方向は図４の紙面に垂直な方向
に設定されており、ウエハＷの露光面がＺ方向に変位す
ると、光電検出器５０の受光面でのスリットパターン像
はＸ方向に変位する。従って、光電検出器５０から出力
されるフォーカス信号は、所定の範囲内でウエハＷの露
光面のフォーカス位置に対してほぼリニアに変化する信
号になる。すなわち、このフォーカス信号からウエハＷ
の露光面のフォーカス位置を検出することが可能とな
る。また、受光系４２ｂ内のミラー４７を図４の紙面に
垂直な軸を中心に回転することにより、光電検出器５０
の受光面でのスリットパターン像の位置がＸ方向に変位
する。ミラー４７の傾斜角は、主制御系１４が駆動部５
１を介して設定する。

【００２６】本実施例においては、オートフォーカスを
行うに先立ち、ＡＦセンサーのキャリブレーションが行
われる。すなわち、投影光学系１６のベストフォーカス
位置（最良結像面のＺ方向の位置）を求め、ウエハＷの
露光面をその結像面の位置に設定した状態で、ミラー４
７を傾斜させることにより、光電検出器５０の受光面の
開口の中心にスリットパターン像の中心を合致させる。
これはフォーカス信号をゼロクロス点に設定することを
意味する。

【００２７】投影光学系１６の側面には、プリズムミラ
ー２６と共に、オフ・アクシス方式のアライメントセン
サー２７が配置されている。このアライメントセンサー
２７は、照明系（２６、２８〜３３）と受光系（２６、
３２〜４１）とから構成されている。このうち照明系
は、照明光ＩＬ２を照射するハロゲンランプ２８と、照
明光ＩＬ２を集光する集光レンズ２９と、集光レンズ２
９を透過した照明光ＩＬ２を所定方向に導く光ファイバ
ー３０と、レンズ系３１と、ハーフプリズム３２と、ハ
ーフプリズム３２を透過した照明光ＩＬ２を集光する対
物レンズ３３と、対物レンズからの照明光ＩＬ２をウエ
ハＷ上に導くプリズムミラー２６とから構成されてい
る。

【００２８】一方、受光系は、上述の照明系と共用され
るプリズムミラー２６、対物レンズ３３、ハーフプリズ
ム３２に加え、ウエハＷ上で反射しプリズムミラー２
６、対物レンズ３３、ハーフプリズム３２で反射された
光を集光する結像レンズ３４と、指標板３５と、指標板
３５からの光が透過するリレー系３６と、リレー系３６
からの光を反射するミラー３７と、リレー系３８と、リ
レー系３８を透過した光を分岐するハーフプリズム３９
と、ハーフプリズム３９を透過、反射した光をそれぞれ
受光する２次元ＣＣＤカメラ等よりなる撮像素子４０Ｘ
及び４０Ｙと、撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙからの撮像信
号が入力される信号処理系４１とから構成されている。

【００２９】以上のように構成されたオフアクシス・ア
ライメント系２７において、ハロゲンランプ２８からの
照明光ＩＬ２は集光レンズ２９を介して光ファイバー３
０に入射する。光ファイバー３０の他端から射出された
照明光ＩＬ２は、レンズ系３１、ハーフプリズム３２及
び対物レンズ３３を介してプリズムミラー２６に入射す
る。プリズムミラー２６で反射された照明光は、ウエハ
Ｗ上のウエハマークをほぼ垂直に照射する。図１では図
示していないが、レンズ系３１中のウエハＷとほぼ共役
な位置には、ウエハＷ上での照明領域を規定する照明視
野絞りが設けられている。

【００３０】ウエハＷ上のウエハマークからの反射光は
同じ経路を戻ってプリズムミラー２６、対物レンズ３３
を介してハーフプリズム３２に達する。ハーフプリズム
３２で反射された光は、結像レンズ３４を経て指標板３
５上にウエハマークの像を結像する。指標板３５にはＸ
方向用の指標マーク３５ａ，３５ｂ（図５参照）及びＹ
方向用の指標マークが形成されている。指標マーク３５
ａ，３５ｂは図５に示すように、ウエハＷの座標系のＹ
方向と共役な方向に伸びた直線状パターンがウエハＷの
座標系のＸ方向と共役な方向に所定の間隔で並設された
２本のパターンで構成されている。

【００３１】指標板３５は、対物レンズ３３と結像レン
ズ３４とによってウエハＷとほぼ共役に配置される。従
って、ウエハＷ上のウエハマークの像は指標板３５上に
結像され、指標板３５からの光がリレー系３４、ミラー
３７、リレー系３８及びハーフプリズム３９を介して、
それぞれ撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面に達する。
撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙの撮像面にはそれぞれウエハ
マークの像と指標マークの像とが結像される。そして、
撮像素子４０Ｘ及び４０Ｙからの撮像信号に基づいて、
信号処理系４１が指標板３５上の指標マークとウエハマ
ークとの位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量を主制御
系１４に供給する。

【００３２】撮像素子４０Ｘの走査線の方向はウエハＷ
の座標系のＸ方向と共役であり、撮像素子４０Ｙの走査
線の方向は同座標系のＹ方向と共役である。そこで、図
２のＸ方向用のウエハマークＭｘｉの位置検出は撮像素
子４０Ｘの撮像信号に基づいて行い、Ｙ方向用のウエハ
マークＭｙｉの位置検出は撮像素子４０Ｙの撮像信号に
基づいて行う。このように指標マークを用いるのは撮像
素子４０Ｘ及び４０Ｙによる画像のスキャン開始位置が
ドリフトする為である。

【００３３】図５（ａ）には、図２のサンプルショット
ＳＡ１に付設されたＸ方向用のウエハマークＭｘｊがハ
ーフプリズム２６の直下にある場合に、撮像素子４０Ｘ
で観察されるその照明領域に相当する部分の様子が示さ
れている。ウエハＷ上の照明領域５５は、ウエハマーク
Ｍｘｊに対応する領域５５ｃとウエハマークＭｘｊ近傍
での指標板３５上の指標マーク３５ａ，３５ｂに実質的
に対応する領域５５ａ，５５ｂとで構成されている。こ
の領域５５ａ，５５ｂにまで広げてこの照明領域を規定
しているのは、この領域５５ａ，５５ｂのウエハＷから
の戻り光を利用して指標板３５上の指標マーク３５ａ，
３５ｂを透過照明しているからである。

【００３４】従って、指標マーク３５ａ，３５ｂを照明
する光に他のマークや回路パターンからのノイズ成分が
混入しないように、領域５５ａ，５５ｂは回路パターン
もマークも形成されていない領域となっており、通常は
鏡面状に加工されている。このような状態でのウエハマ
ークＭＸｊ、指標マーク３５ａ，３５ｂに対応する撮像
素子４０Ｘからの撮像信号ＳＸを図５（ｂ）に示す。こ
こで、縦軸は信号の強度を表し、横軸は図１のＸＹステ
ージ１８のＸ方向の走査位置を表している。図５（ｂ）
に示すように、撮像素子４０Ｘからの撮像信号は、指標
マーク３５ａ，３５ｂ位置やウエハマークＭＸｊのエッ
ジに対応する位置（画素位置）でボトムとなる信号波形
となる。また、Ｙ方向にもウエハアライメントマーク，
指標マークが設けられており、撮像素子４０ＹはＹ方向
のマークを検出する。

【００３５】次に、本実施例によるアライメント方法に
ついて、図６のフローチャートに基づいて説明する。な
お、本実施例のアライメント方法においては、説明の便
宜上、ＴＴＬ方式のＬＳＡセンサ３００のベストフォー
カス位置（投影光学系の結像点）とオフアクシス・アラ
イメントセンサー２７のベストフォーカス位置の環境誤
差パラメータとしては、大気圧についてのみ考慮するも
のとする。但し、大気圧以外の誤差パラメータに対応で
きることは言うまでもない。また、本実施例において
は、投影光学系１６の結像面の位置とＬＳＡセンサ３０
０のベストフォーカス位置とを説明の便宜上同一のもの
として扱うが、これらを別々に補正するようにしてもよ
い。

【００３６】予め基準大気圧での投影光学系１６の結像
面の位置（ＬＳＡセンサ３００のベストフォーカス位
置）Ｚ１と、オフアクシス・アライメントセンサー２７
のベストフォーカス位置Ｚ２とが合致するように調整
し、且つそのベストフォーカス位置でＡＦセンサーのフ
ォーカス信号がゼロクロス点となるようにキャリブレー
ションを行う。

【００３７】その後、ウエハＷへの露光を行う前に、環
境センサー２３により投影光学系１６及びオフアクシス
・アライメントセンサー２７の周囲の大気圧を計測し、
その計測結果の基準大気圧からの変化量より、投影光学
系１６の結像面の位置（ＬＳＡセンサ３００のベストフ
ォーカス位置）の変化量ΔＺ１及びオフアクシス・アラ
イメントセンサー２７のベストフォーカス位置の変化量
ΔＺ２を算出する。

【００３８】次に、投影光学系１６の結像面の位置（Ｌ
ＳＡセンサ３００のベストフォーカス位置）の変化量Δ
Ｚ１及びアライメントセンサー２７のベストフォーカス
位置の変化量ΔＺ２の差ｄＦ（＝｜△Ｚ１−△Ｚ２｜）
を算出し、予め設定されている許容値ＬＦと比較する。
この許容値ＬＦの値としては、サーチアライメント（Ｌ
ＳＡ）において問題とならない程度の値、例えば３μｍ
程度とすることができる。許容値ＬＦは、装置定数とし
て設定しておき、プロセス毎に設定しても良い。

【００３９】比較の結果、差ｄＦが許容値ＬＦ以上の場
合（ｄＦ≧ＬＦ）には、サーチアライメント・センサ
（ＬＳＡセンサ３００）とオフアクシス・アライメント
センサ（ＦＩＡセンサ）２７のそれぞれのベストフォー
カス位置にウエハＷの露光面を設定して、各々の方式で
アライメントを行う。すなわち、主制御系１４により、
駆動部５１を介してフォーカス位置の変化量ΔＺ１に対
応する角度だけミラー４７を傾斜させる。この状態でオ
ートフォーカスを働かせ、図７（ｂ）に示すように、Ａ
Ｆセンサーの受光系４２ｂから得られるフォーカス信号
がゼロとなる面を、ＬＳＡセンサ３００のベストフォー
カス位置（投影光学系１６の結像面の存在する面）５３
と一致させる。この状態で、ウエハＷ上のアライメント
マークからの回折光（又は散乱光）を検出することによ
り、当該マークの位置を検出する。そして、検出された
アライメントマークの位置に基づいて、ウエハステージ
１８を駆動することにより、ウエハＷのラフな位置合わ
せを行う。

【００４０】次に、主制御系１４により、駆動部５１を
介してフォーカス位置の変化量ΔＺ２に対応する角度だ
けミラー４７を傾斜させる。この状態でオートフォーカ
スを働かせると、図７（ａ）に示すように、ＡＦセンサ
ーの受光系４２ｂから得られるフォーカス信号がゼロと
なる面が、オフアクシス・アライメントセンサー２７の
ベストフォーカス位置の面５４となる。この状態で、オ
フアクシス・アライメントセンサー２７を用いてウエハ
Ｗ上のサンプルショット（図２のサンプルショットＳＡ
１〜ＳＡ９）のウエハマークの位置を検出することによ
り、ウエハＷのファインアライメントが行われる。

【００４１】そして、再び、図７（ｂ）に示すように、
ＡＦセンサーの受光系４２ｂから得られるフォーカス信
号がゼロとなる面が、投影光学系１６の結像面の存在す
る面５３となるようにＺステージ１７を駆動するととも
に、ＸＹステージ１８を駆動して、ウエハＷのショット
領域を投影光学系１６の光軸上に移動させる。この状態
で、レチクルＲ上に形成されたパターンを投影光学系１
６を介してウエハＷ上に順次露光を行うことにより、レ
チクルＲのパターンが高い解像度でそれぞれウエハＷの
各ショット領域に投影される。

【００４２】一方、差ｄＦが許容値ＬＦより小さい場合
（ｄＦ＜ＬＦ）には、ファインアライメント（ＦＩＡ）
センサのベストフォーカス位置にフォーカシングして、
サーチアライメント（ＬＳＡ）とファインアライメント
（ＦＩＡ）の両方を行い、位置合わせをする。すなわ
ち、主制御系１４により、駆動部５１を介してフォーカ
ス位置の変化量ΔＺ２に対応する角度だけミラー４７を
傾斜させる。この状態でオートフォーカスを働かせ、図
７（ａ）に示すように、ＡＦセンサーの受光系４２ｂか
ら得られるフォーカス信号がゼロとなる面を、オフアク
シス・アライメントセンサー２７のベストフォーカス位
置の面５４に一致させる。この状態で、まず、ＬＳＡセ
ンサ３００によりウエハＷ上のアライメントマークから
の回折光（又は散乱光）を検出する。そして、アライメ
ントマークの位置情報に基づいて、ウエハステージ１８
を駆動してウエハＷのラフな位置合わせを行う。

【００４３】引き続き、オフアクシス・アライメントセ
ンサー２７を用いてウエハＷ上のサンプルショット（図
２のサンプルショットＳＡ１〜ＳＡ９）のウエハマーク
の位置を検出することにより、ウエハＷのファインアラ
イメントを行う。その後、主制御系１４により、駆動部
５１を介してフォーカス位置の変化量ΔＺ１に対応する
角度だけミラー４７を傾斜させる。この状態でオートフ
ォーカスを働かせ、図７（ｂ）に示すように、ＡＦセン
サーの受光系４２ｂから得られるフォーカス信号がゼロ
となる面を、投影光学系１６の結像面の存在する面５３
と一致させるとともに、ＸＹステージ１８を駆動して、
ウエハＷのショット領域を投影光学系１６の光軸上に移
動させる。この状態で、レチクルＲ上に形成されたパタ
ーンを投影光学系１６を介してウエハＷ上に順次露光を
行うことにより、レチクルＲのパターンが高い解像度で
それぞれウエハＷの各ショット領域に投影される。

【００４４】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
特許請求の範囲に記載された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ものである。例えば、サー
チ（グローバル）アライメントセンサをオフアクシス方
式とし、ファインアライメントセンサをＴＴＬ方式とし
た装置にも適用できる。また、本発明は、影露光装置に
限らず、複数の異なる光学センサを用いた種々のタイプ
の計測装置に適用可能である。また、上記実施例におい
ては、サーチアライメントセンサ（ＬＳＡ）とファイン
アライメントセンサ（ＦＩＡ）のベストフォーカス位置
の差を所定の許容値と比較しているが、このような比較
を行わず、常にファインアライメントセンサ（ＦＩＡ）
のベストフォーカス位置にウエハＷの露光面を合致させ
るようにすることも考えられる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、複数のマーク検出系の焦点位置に基づいて全ての検
出系に共通な単一の焦点位置で各検出系によってアライ
メントマークの検出を行っているため、各マーク検出系
毎に基板を移動させる必要がなく、スループットが向上
するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用した投影露光装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】図２は、図１に示す投影露光装置に使用される
ウエハのショット配列を示す平面図である。

【図３】図３は、図１に示す投影露光装置のＬＳＡセン
サを示す構成図である。

【図４】図４は、図１に示す投影露光装置のＡＦ（オー
トフォーカス）センサを示す構成図である。

【図５】図５は、図１に示す投影露光装置の動作を説明
するために用いられる図であり、（ａ）が平面図、
（ｂ）が同図（ａ）に対応する波形図である。

【図６】図６は、図１に示す投影露光装置の動作を説明
するフローチャートである。

【図７】図７（ａ）、（ｂ）共に、図１に示す投影露光
装置の動作を説明するために用いられる説明図である。

【符号の説明】

１光源ＲレチクルＷウエハ１４主制御系１６投影光学系１７Ｚステージ１８ＸＹステージ２２結像特性補正部２３環境センサー２５光電検出器２７オフアクシス・アライメントセンサ４２ａオートフォーカスセンサの送光系４２ｂオートフォーカスセンサの受光系３００ＴＴＬ方式のＬＳＡセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上のアライメントマークを複数のマ
ーク検出系で光電検出し、該マーク検出系の出力に基づ
いて前記基板のアライメントを行う方法において、前記複数のマーク検出系の各焦点位置に基づいて、前記
複数のマーク検出系に共通な単一の焦点位置を決定し；
該決定された焦点位置に前記基板を配置して、前記複数
のマーク検出系でそれぞれ前記アライメントマークの位
置、又は位置ずれを検出することを特徴とするアライメ
ント方法。
【請求項２】前記複数のマーク検出系はそれぞれ互い
に異なる対物光学系を介して前記アライメントマークを
照明し、前記アライメントマークから発生して前記対物
光学系を通った光を受光することを特徴とする請求項１
に記載の方法。
【請求項３】前記複数のマーク検出系の各焦点位置
は、前記マーク検出系の周辺環境の変化に応じて逐次修
正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方
法。
【請求項４】前記複数のマーク検出系の焦点位置の差
が所定の基準値より大きくなっているときは、前記複数
のマーク検出系の各焦点位置に前記基板を配置して前記
アライメントマークの位置、又は位置ずれを検出するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】基板上のアライメントマークを照明し、
該アライメントマークから発生する光を光電検出する複
数のマーク検出系を備え、該複数のマーク検出系の出力
に基づいて前記基板のアライメントを行う装置におい
て、前記複数のマーク検出系の各焦点位置に基づいて、前記
複数のマーク検出系に共通な単一の焦点位置を算出する
演算手段と；前記複数のマーク検出系でそれぞれ前記ア
ライメントマークの位置、又は位置ずれを検出するため
に、前記算出された焦点位置と前記基板とをほぼ合致さ
せる設定手段とを備えたことを特徴とするアライメント
装置。
【請求項６】前記複数のマーク検出系はそれぞれ互い
に異なる対物光学系を介して前記アライメントマークを
照明し、前記アライメントマークから発生して前記対物
光学系を通った光を受光することを特徴とする請求項５
に記載の装置。
【請求項７】前記複数のマーク検出系の周辺環境を検
出する環境検出装置を更に有し、前記演算手段は、前記
検出された環境の変化に応じて前記マーク検出系の焦点
位置を逐次算出することを特徴とする請求項５又は６に
記載の装置。
【請求項８】前記設定手段は、前記複数のマーク検出
系の焦点位置の差が所定の基準値より大きくなっている
ときは、前記複数のマーク検出系の各焦点位置に前記基
板を配置することを特徴とする請求項５〜７のいずれか
に記載の装置。
【請求項９】前記基板上の複数の領域の各々をマスク
上のパターンの像で露光する露光システムと；前記複数
の領域をそれぞれ前記パターンの像で露光するために、
前記検出された位置、又は位置ずれに従って前記基板を
移動し、前記複数の領域を前記パターンの像と位置合わ
せする移動手段とを更に有することを特徴とする請求項
５〜８の何れかに記載の装置。
【請求項１０】前記露光システムは、前記マスク上の
パターンの像を前記基板上に投影する投影光学系を有
し、前記複数のマーク検出系は、前記投影光学系を介し
て前記アライメントマークを照明する第１のマーク検出
系と、前記投影光学系とは別設される対物光学系を介し
て前記アライメントマークを照明する第２のマーク検出
系とを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】前記第２のマーク検出系は、前記対物
光学系を通して前記アライメントマークを多波長光、又
は広帯域光で照射する照明系と、前記アライメントマー
クから発生して前記対物光学系を通る光を受光する撮像
素子とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装
置。
【請求項１２】基板上のいくつかのアライメントマー
クをそれぞれ第１のマーク検出系で光電検出し、該第１
のマーク検出系の出力に基づいて前記基板のグローバル
アライメントを行った後、前記基板上の複数の領域内の
少なくとも３つに付設されるアライメントマークをそれ
ぞれ前記第１の検出系と異なる第２のマーク検出系で光
電検出し、該第２のマーク検出系の出力に基づいて前記
基板を移動して、前記複数の領域の各々をマスク上のパ
ターンとアライメントする方法であって、前記第１のマーク検出系で前記アライメントマークを検
出するのに先立ち、前記基板を前記第２のマーク検出系
の焦点位置に配置し、該配置された基板上のアライメン
トマークをそれぞれ前記第１及び第２のマーク検出系で
光電検出することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１３】基板上のいくつかのアライメントマー
クをそれぞれ第１のマーク検出系で光電検出し、該第１
のマーク検出系の出力に基づいて前記基板のグローバル
アライメントを行った後、前記基板上の複数の領域内の
少なくとも３つに付設されるアライメントマークをそれ
ぞれ前記第１の検出系と異なる第２のマーク検出系で光
電検出し、該第２のマーク検出系の出力に基づいて前記
基板を移動して、前記複数の領域の各々をマスク上のパ
ターンとアライメントする方法であって、前記第１のマーク検出系の焦点位置と前記第２のマーク
検出系の焦点位置との差が所定の基準値以下であるとき
は、前記基板を前記第２のマーク検出系の焦点位置に配
置して前記アライメントマークを光電検出し、前記焦点
位置の差が前記基準値よりも大きくなっているときは、
前記第１及び第２のマーク検出系の各焦点位置に前記基
板を配置して前記アライメントマークを光電検出するこ
とを特徴とするアライメント方法。
【請求項１４】マスク上のパターン像を基板上に投影
する投影光学系と、該投影光学系と異なる第１対物光学
系を介して前記基板上の複数の領域にそれぞれ付設され
るアライメントマークを照明し、該アライメントマーク
からの光を光電検出する第１アライメントセンサとを備
え、該第１アライメントセンサの出力に基づいて前記基
板を移動し、前記複数の領域の各々を前記パターンの像
で露光する装置において、前記第１対物光学系と異なる第２対物光学系を介して前
記基板上のいくつかのアライメントマークをそれぞれ照
明し、該アライメントマークからの光を光電検出する第
２アライメントセンサと；前記第２アライメントセンサ
の出力に基づいて前記基板のグローバルアライメントを
実行するグローバルアライメント手段と；前記第２アラ
イメントセンサで前記アライメントマークを検出するの
に先立ち、前記基板と前記第１対物光学系の焦点位置と
をほぼ合致させる設定手段とを備え、前記基板と前記
第１対物光学系の焦点位置とをほぼ合致させたまま、前
記第１及び第２アライメントセンサで前記基板上のアラ
イメントマークを検出することを特徴とする露光装置。