JPH09283426A

JPH09283426A - 位置計測装置

Info

Publication number: JPH09283426A
Application number: JP8113114A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】位置計測時と露光時の照明条件の相違に基づ
いて生ずる測定誤差を高精度で補正するとともに、高速
高精度のベースライン計測や位置計測を行う。【解決手段】レチクル側に１組のＬ／Ｓマークが設け
られるとともに、ウエハ側に前記１組のＬ／Ｓマークり
も大きい受光可能な開口部（102）が設けられる。そし
て、露光用照明光により前記１組のＬ／Ｓマークを照射
したときの投影像（34C）と前記開口部（102）を相対走
査することで、レチクル側とウエハ側の相対的な位置関
係が計測される。このとき、Ｌ／Ｓマークの投影像（34
C）又は開口部（102）を走査方向に複数並ぶようにする
か、あるいはマークのエッジに対する開口部（102）の
角度を工夫することによって、高精度で位置計測が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＩＣやＬＳＩな
どを製造するための投影露光装置において、露光用照明
を用いた位置計測及び露光用照明と異なる照明を用いた
位置計測手段の補正に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来の投影露光装置としては、例えば図１
５に示すようなものがある。以下、同図を参照して概要
を説明する。

【０００３】（1）露光系の動作この場合、照明光源９００を射出した光は、シャッタ駆
動部９０２によってシャッタ９０４が開放されている
と、Ａ方向に透過してミラー９０６に入射する。ミラー
９０６によって偏向された光は、照明光学系９０８に入
射し、ここで均一性や照明フィールドなどが露光に最適
となるように調整される。そして、調整後の光がレチク
ル９１０を照明する。レチクル９１０を透過した光は、
投影レンズ９１２を介してウエハステージ９１４上にセ
ットされたウエハ９１６の所定領域に入射する。これに
よって、レチクル９１０上に形成されたパターン像がウ
エハ９１６上に投影転写される。

【０００４】（2）アライメント系の動作上述したウエハに対するレチクルパターンの投影露光
は、通常複数のパターンに対して繰り返し行われ、エッ
チングや成膜などの各種工程を経てＩＣやＬＳＩとな
る。その際には、前の工程でウエハ上に投影されたパタ
ーンと、次の工程で用いられるレチクルのパターンとを
重ね合せるアライメント（位置合せ）作業が行われる。

【０００５】ここで、アライメントを行うためには、レ
チクル座標とウエハ座標との対応をとるための位置計測
が必要である。この例では、ウエハステージ９１４上に
基準プレート９１８を配置し、その中に形成されたウエ
ハアライメントマーク９２０と、レチクル９１０上に形
成されたレチクルマーク９２２とを同時に観察すること
で対応付けを行っている。

【０００６】具体的に説明すると、シャッタ駆動部９０
２を駆動してシャッタ９０４を閉じると、シャッタ９０
４の金属面で反射した光がＢ方向に進行し、アライメン
ト照明系９２４の分割ミラー９２６に入射する。分割ミ
ラー９２６で偏向された光は、レチクルマーク９２２及
び基準マーク９２０を図示のように照明する。これらの
各アライメントマークの情報を含んだ光は、基準プレー
ト９１８で反射され、往路を逆に進行して分割ミラー９
２６に入射する。そして、分割ミラー９２６を透過して
２次元のイメージセンサ９２８上にアライメントマーク
９２０，９２２が投影される。イメージセンサ９２８に
よって撮像された各アライメントマークの画像は、画像
処理装置９３０に入力され、ここで画像が解析されてレ
チクル９１０とウエハステージ９１４との相対的な位置
ずれが求められる。

【０００７】パターンのアライメント時には、かかる位
置ずれ量を考慮してウエハステージ７１４を移動するこ
とで、ウエハ９１６に投影されたパターンと、レチクル
９１０上のパターンとのアライメントが行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術では、露光用の光学系とアライメント用
の光学系との照明条件が必ずしも一致していない。近年
のような微小線幅のパターンを露光する場合、照明波長
λの短波長化，投影レンズの開口数ＮＡの増大，変形照
明化などの工夫が行われている。これらのうち、照明波
長λについては、別光学系で光源よりリレーすること
で、露光用光学系とアライメント用光学系の照明条件を
等価とすることができる。しかし、それ以外の開口数な
どの要素に対しては、別光学系で等価にするためにアラ
イメント用の照明系を複雑かつ大口径にする必要がある
が、これは実現性に乏しい。このような理由から、露光
用とアライメント用の光学系の照明条件は異なるように
なる。

【０００９】このような不都合を解決するものとして、
露光用の照明光をウエハステージ上のスリットセンサで
受光する手法がある。しかしながら、この手法では、照
明条件を一致させることが可能ではあるが、例えば特開
平５−２１３１４号に開示されているようなＲＡ（レチ
クルアライメント）画像処理系による高速度処理に応用
することができないという不都合がある。更に、スリッ
ト計測では、スリットを透過した光の積分値を波形信号
とするため、限界解像付近のＬ／Ｓ（ライン＆スペー
ス）の幅計測などには不向きという問題もある。

【００１０】この発明は、以上の点に着目したもので、
位置計測時と露光時の照明条件の相違に基づいて生ずる
測定誤差を高精度で補正するとともに、高速，高精度の
ベースライン計測や位置計測を行うことを、その目的と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、レチクル側に
形成された１組のＬ／Ｓマーク；ウエハ側に形成された
受光の可能な前記１組のＬ／Ｓマークよりも大きい開口
部；露光用照明光により前記１組のＬ／Ｓマークを照射
したときの投影像と前記開口部を相対走査することで、
レチクル側とウエハ側の相対的な位置関係を計測する手
段；を備え、それらの投影像が、前記開口部よりも大き
い間隔を置いて走査方向に複数並ぶように配置したこと
を特徴とする。

【００１２】他の発明は、前記開口部が、前記投影像よ
りも大きい間隔を置いて走査方向に複数並ぶように配置
したことを特徴とする。あるいは、前記開口部が、第１
のエッジと、これに対して４５゜の角度を有する第２の
エッジを備えたことを特徴とする。

【００１３】更に他の発明は、前記相対的な位置関係を
計測する手段によって、ウエハ側ステージとレチクルの
相対的座標系の位置合わせ，投影像の形状の計測と投影
光学系の結像状態の計測，投影レンズのディストーショ
ンの計測，レチクルの描画誤差の計測のいずれかが行わ
れる。

【００１４】更に他の発明は、前記開口部を透過する照
明光を拡散するための光拡散手段；これによって拡散し
た照明光をウエハ側のステージ外に導くための第１の光
リレー手段；発光時に露光光を開口部に導くための第２
の光リレー手段；を更に備えたことを特徴とする。

【００１５】更に他の発明は、ウエハ側に形成された受
光の可能な開口部；レチクル側に形成されたレチクルマ
ーク：露光時と異なる照明条件で照明を行って、前記開
口部を前記レチクルマークとアライメントする第１の位
置計測手段；露光時と同様の照明条件で照明を行って、
前記開口部に対して前記レチクルマークの投影像を相対
的に走査することで、レチクル側とウエハ側との相対的
な位置関係を計測する第２の位置計測手段；前記第２の
位置計測手段により、前記第１の位置計測手段の計測値
を補正することを特徴とする。

【００１６】

【発明の効果】本発明においては、レチクル側に１組の
Ｌ／Ｓマークが設けられるとともに、ウエハ側に前記１
組のＬ／Ｓマークよりも大きい受光可能な開口部が設け
られる。そして、露光用照明光により前記１組のＬ／Ｓ
マークを照射したときの投影像と前記開口部を相対走査
することで、レチクル側とウエハ側の相対的な位置関係
が計測される。このとき、Ｌ／Ｓマークの投影像又は開
口部を走査方向に複数並ぶようにするか、あるいはマー
クのエッジに対する開口部の角度を工夫することによっ
て、高精度で位置計測が可能となる。更に、露光時と異
なる照明条件で計測を行う第１の位置計測手段と、露光
時と同一の照明条件で計測を行う第２の位置計測手段が
設けられる場合には、第１の計測手段では、高速，高精
度でベースライン計測が行われる。そして、その際に、
照明条件の違いによって生じる誤差が第２の位置計測手
段で補正され、高速・高精度のベースライン計測，ひい
てはレチクルアライメントが可能となる。

【００１７】この発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】

【実施例１】最初に、実施例１を示す図１を参照して露
光系から説明する。ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエ
キシマレーザのようなレーザ装置あるいは水銀ランプな
どの適当な光源１０から射出した光は、ビームエキスパ
ンダ１２によって一定の大きさの径に成形された後、ミ
ラー１４に入射する。このミラー１４で偏向された光は
シャッタ１６に入射するが、露光時はシャッタ１６を光
が透過して、レンズ１８に入射する。レンズ１８では、
第１フライアイレンズ２０の射入面とほぼ同じ大きさと
なるように光が成形され、成形後の光が第１フライアイ
レンズ２０に入射する。

【００２０】第１フライアイレンズ２０を射出した光
は、スペックル除去用ミラー２２，レンズ２４，第２フ
ライアイレンズ２６によって照明フィールドとほぼ同じ
形状の均一な照明光に成形される。成形後の光は、瞳照
明アパーチャ２８を介してハーフミラー３０に入射す
る。そして、ハーフミラー３０を透過した光は、リレー
レンズ，結像ブラインド，コンデンサレンズなどを有す
る照明光学系３２によってレチクル３４を照射する。

【００２１】レチクル３４上に形成されているパターン
は、かかる照明により、投影レンズ３６を介して、ウエ
ハ３８上に投影転写される。なお、図１に示すウエハ位
置は、アライメント時の状態であり、露光時ではない。
ウエハ３８は、エアガイド及びリニアモータ（図示せ
ず）を用いることで自在に定盤４０上を駆動できるＸＹ
ステージ４２と、フォーカス及びチルト駆動が可能なＺ
チルトステージ４４上に設けられたウエハホルダ４６の
上に配置されている。また、レチクル３４は、Ｘ，Ｙ両
方向に２次元移動可能なレチクルステージ３５上に載置
されている。そして、Ｚチルトステージ４４上に設けら
れた移動鏡４８をウエハ干渉計５０によってＸ，Ｙ両方
向でモニターすることで、制御装置５２によって任意の
座標にウエハ３８が移動し、いわゆるステップ＆リピー
ト又はステップ＆スキャンなどの方法でレチクル３４上
のパターンが繰り返しウエハ３８上に露光される。

【００２２】以上のようなウエハに対するレチクル上の
パターンの露光を行うためには、ウエハ上に形成された
前工程のパターンと、次工程で露光されるレチクル上の
パターンとを重ね合せる，つまりアライメントする必要
がある。これを行う手法としては、よく知られているよ
うに、投影レンズフィールド外に設けられたセンサを
用いるオフアクシスアライメント光学系３７による方
法，投影レンズとレチクルの間よりミラーでアライメ
ント光を外部に導き出し、これを利用してアライメント
を行うＴＴＬアライメント光学系による方法などがあ
る。オフアクシスアライメント光学系３７は、例えば特
開平５−２１３１４号公報に開示されているように、オ
フアクシスアライメント系３７内に設けられた指標マー
クの像とウエハ上のマークの像とをＣＣＤカメラで撮像
し、ウエハマークの位置を計測するものである。

【００２３】いずれの手法を用いる場合でも、いわゆる
ベースライン量，すなわちアライメント光学系によるア
ライメント位置（例えばアライメント基準点）と投影露
光系による露光位置（例えば露光中心）との関係や、ウ
エハ座標系とレチクル座標系との相対的位置関係をそれ
ぞれ計測する必要がある。これらの計測手法としては、
例えば、特開平５−２１３１４号や特開平７−１７６４
６８号公報に開示されているような高精度・高速の計測
手法がある。これらは、ウエハステージ上の基準プレー
トを絶対座標系としたベースライン計測法である。その
他にも、ウエハステージを絶対座標系とするステージ移
動型ベースライン計測法などが利用されている。

【００２４】（1）画像処理検出系による相対座標位置
計測以下、露光と異なる条件での位置計測と、露光と同じ条
件での位置計測とについて説明する。まず、露光と異な
る条件での位置計測としてのＣＣＤによる画像処理検出
系による計測から説明する。なお、この手法は、前記特
開平５−２１３１４号や特開平７−１７６４６８号公報
で詳しく述べれられているので、以下概要を説明する。
図２（A）に、この測定におる光の進路が矢印で示され
ている。上述したシャッタ１６は、シャッタ制御装置５
４及びシャッタ駆動装置５６によって、入射光を反射す
るように駆動される。シャッタ１６で反射偏向された光
は、レンズ５８，光ファイバ６０Ａ，６０ＢによってＺ
チルトステージ４４上の基準プレート６２に導かれ、基
準プレート６２をステージ側からレチクル３４の方に向
かって照明する。これにより、基準プレート６２の透過
部（後述する図６（B）の基準プレートマーク２００，
２０２）が発光することとなる。

【００２５】この透過部を透過した光は、投影レンズ３
６を介してレチクル３４上のアライメントマーク（後述
する図４のレチクルマーク３４Ａ）を照明し、ミラー６
４，アライメント受光系６６を経てＣＣＤアレイセンサ
６８に入射する。これにより、ＣＣＤアレイセンサ６８
上には、基準プレート６２の透過部とレチクルマークの
両パターンが重ねて結像されることとなる。ＣＣＤアレ
イセンサ６８で撮像された映像の情報はアライメント制
御装置７０に供給され、ここでＡ／Ｄ変換の後に画像処
理される。そして、その処理結果に基づいて基準プレー
ト透過部とレチクルマークとの位置関係が算出され、レ
チクル座標とウエハステージ座標との相対位置関係が計
測される。

【００２６】（2）走査検出系による相対座標位置計測次に、露光と同じ条件での位置計測としての走査検出系
について説明する。この走査検出系では、照明光学系３
２から射出される照明光を用いて、ウエハ側にレチクル
側のアライメントマークパターンが投影される。そし
て、アライメントマークパターンの投影像がウエハステ
ージ側に設けられた開口部と相対的に走査され、開口部
を通過した光は、受光系７２，光ファイバ６０Ｂ，６０
Ｃによって光センサ７４に導かれる。光センサ７４の光
電変換出力は、アライメント制御装置７０に供給され
る。他方、照明光学系３２の手前で、ハーフミラー３
０，レンズ７６，インテグレータセンサ７８によって光
の一部がサンプリングされ、得られた光量で前記光セン
サ７４の受光値を除算することで、強度変化のバラツキ
が補正される。図２（B）には、以上の走査型アライメ
ントにおける光の進路が矢印で示されている。以下、詳
述する。

【００２７】ａ，基準プレート及び受光系まず、ウエハ側の基準プレート６２及び受光系７２につ
いて説明する。図３には、ステージ４４を一部破断して
基準プレート６２及び受光系７２を拡大した図が示され
ており、Ｚチルトステージ４４上に設けられた基準プレ
ート６２の表面は低反射クロム部１００となっており、
開口部１０２が設けられている。照明光学系３２からの
光は、開口部１０２から拡散板１０４，レンズ１０６，
ミラー１０８を有する受光系７２に入射する。そして更
に、支持部１１０でＺチルトステージ４４側面に固定さ
れた光ファイバ６０Ｂに導かれる。

【００２８】ここで、投影レンズ３６によってウエハ３
８上にレチクルパターンを投影露光する際の照明開口数
ＮＡが０．６程度と大きいために、レンズ１０６からは
ずれる光が多くなってしまうことを防ぐとともに、更に
開口部１０２で散乱された光をすべての方向に対して均
等に受光するために、拡散板１０４が用いられている。
開口部下のレンズ１０６が開口部１０２による散乱光を
すべて受光できるような球率を持ち、光ファイバ６０Ｂ
を十分に大きくできるならば、拡散板１０４を設ける必
要はないが、装置の小型化を考慮すると拡散板１０４を
用いた方が有利である。また、光ファイバ６０Ｂの代わ
りに光学素子をリレーすることでステージ外部に光を導
出するようにしてもよい。

【００２９】以上のように、照明光学系３２側から入射
して基準プレート６２の開口部１０２を透過した光は、
受光系７２から光ファイバ６０Ｂ，６０Ｃと進み、ほぼ
すべてが光センサ７４で受光されることになる。

【００３０】ｂ，レチクルマークと基準プレート開口部以上のように構成された基準プレート６２には、照明光
学系３２から光がレチクル３４，投影レンズ３６を介し
て投射されるが、このときのレチクルマークと基準プレ
ート６２の開口部１０２との関係を図４を参照して説明
する。同図（A）には、レチクル３４から基準プレート
に至る部分が示されており、照明光学系３２より照明さ
れたレチクルマーク３４Ａは、投影レンズ３６を介して
基準プレート６２上に投影像３４Ｂとして再結像する。
開口部１０２は、レチクルマーク３４Ａの投影像３４Ｂ
よりも走査方向に対し大きく，別言すれば走査方向に投
影像３４Ｂよりも長く設定されている。なお、非走査方
向には必ずしも大きい必要はない。

【００３１】この投影像３４Ｂに対し、ＸＹステージ４
２（図１参照）によって図４（A）に矢印で示す方向に
開口部１０２を相対走査したとする。このときの投影像
３４Ｂと開口部１０２との位置関係は、投影像３４Ｂを
固定して考えると、図４（B），（C），（D）のように
変化する。すなわち、投影像３４Ｂの一部が開口部１０
２にかかるようになり、やがて走査方向において全体が
開口部１０２内に位置するようになる。その後、開口部
１０２から抜け、やがて全体が開口部１０２の外とな
る。

【００３２】投影像３４Ｂとして開口部１０２から入射
した光は、上述したように受光系７２，光ファイバ６０
Ｂ，６０Ｃによって光センサ７４に入射する。光センサ
７４によって光電変換された信号は、アライメント制御
装置７０に供給される。アライメント制御装置７０で
は、前記走査に同期して光センサ７４の光量変化がサン
プリングされる。なお、光源１０（図１参照）としてＫ
ｒＦ又はＡｒＦのようなパルス発光レーザ光を利用する
ときは、それらのパルス発光タイミングを光センサ７４
の出力のサンプリング時に合せるようにする。

【００３３】一方、照明光学系３２の手前のハーフミラ
ー３０で１％以下の光が反射偏向され、この光がレンズ
７６を介して集光後インテグレータセンサ７８で受光さ
れる。インテグレータセンサ７８の出力は、同様にアラ
イメント制御装置７０に供給される。アライメント制御
装置７０では、両入力信号がＡ／Ｄ変換されるととも
に、インテグレータセンサ７８によって得た光量で光セ
ンサ７４による受光値が除算され、照明光強度のバラツ
キが補正される。光源１０がパルスレーザの場合は、パ
ルス毎にバラツキが補正される。

【００３４】補正後の信号波形は、例えば、図５（B）
に示すようになる。ステージの移動に伴って開口部１０
２が図４（B）から（C）のように移動する場合、レチク
ルマーク３４Ａの投影像３４Ｂが開口部１０２と重なる
ようになるとセンサ受光量が減少し、同図（C）の状態
で受光量は最小となる。その後、徐々に受光量は増大す
る。この光量波形を微分すると、図５（B）に示すよう
な微分波形が得られる。これから、レチクルマーク３４
Ａの投影像３４Ｂのウエハ側における位置関係を知るこ
とができる。

【００３５】次に、以上のような画像処理検出系と走査
検出系の両方を用いたベースライン計測動作の補正につ
いて説明する。図６には、基準プレート６２の平面の主
要部が示されている。なお、詳細は特開平５−２１３１
４号公報あるいは特開平（7）−１７６４６８号公報に
開示されている。上述した開口部１０２の他に基準プレ
ートマーク２００，２０２と、オフアクシスセンサ用マ
ーク２０４が設けられている。基準プレートマーク２０
０，２０２は、十字形状の発光型のマークで、それらの
位置をレチクルマーク３４ＡとともにＣＣＤアレイセン
サ６８で検出するため、照明光が光ファイバ６０Ｄから
供給されている。なお、レチクル３４の投影像を示す
と、例えば範囲２０６となる。

【００３６】特開平５−２１３１４号に開示されたベー
スライン管理手法によれば、ＣＣＤアレイセンサ６８に
よって、レチクルマーク３４Ａと基準プレートマーク２
００，２０２が重畳観察されるとともに、同時にオフア
クシスセンサ３７によってマーク２０４が検出される。
これにより、１回の動作でベースライン計測が終了す
る。

【００３７】ところで、近年のパターン微細化に必要な
技術として、例えば特開平４−２２５３５７号公報など
に開示されているような変形照明という露光手法があ
る。本実施例においても、図１に示すように、第２フラ
イアイレンズ２６の射出側に設けられており、互いに開
口径の異なる絞り，輪帯状の開口部を有する絞り，照明
系の光軸から偏心した位置に複数の開口を有する絞りを
有する瞳照明アパーチャ２８を、アパーチャ制御装置２
７及び駆動装置２９で制御し、小σ照明，輪帯照明，あ
るいは傾斜照明に露光照明を変形させることができるシ
ステムとなっている。

【００３８】この変形照明を用いると、同じ解像度のＬ
／Ｓマーク露光で深い焦点深度が得られたり、フォーカ
ス駆動と併用してコンタクトホールに対しても同様の効
果が得られる。しかし、照明条件に応じてディストーシ
ョンが変化することがあり、前記画像処理検出系に対し
てオフセットが発生する可能性がある。これは、一般
に、画像処理検出系のアライメント受光系６６のＮＡや
発光基準プレート２００，２０２の照明条件を露光用照
明系３２，３６の各条件に合わせることが難しいため、
変形照明時の微小線幅（画像処理検出系のＮＡは小さい
ので解像度がない）のオフセット変動が検出できないか
らである。

【００３９】そこで、本実施例では、この基準プレート
６２上に基準プレートマーク２００，２０２の他に開口
部１０２を設け、これをレチクルマーク３４Ａの位置に
移動し、露光と同じ条件による計測と露光と異なる条件
による計測の両方を行い、ベースライン計測値を補正す
ることとしている。

【００４０】（1）レチクルマークの配置なお、レチクルとウエハとをほぼ静止させた状態でレチ
クル上のパターン全体をウエハ上に露光する一括露光の
場合は、基準プレートマーク２００の近傍にレチクルマ
ーク３４Ａが投影される配置とし、ミラー６４及びアラ
イメント受光系６６の位置をわずかにずらすか，レチク
ル３４自身をわずかにずらすか、のいずれかを行ってＣ
ＣＤアレイセンサ６８の画像検出範囲にレチクルマーク
３４Ａが入るようにする。

【００４１】また、レチクルとウエハとを一方向に同期
して移動させながら露光するスキャン露光の場合は、レ
チクル３４がスキャン方向に大きく移動するので、その
移動方向にレチクルマーク３４Ａを配置できれば、基準
プレートマーク２００の近傍でなくてもよい。

【００４２】（2）発光による計測次に、発光による計測動作について説明する。レチクル
マーク３４ＡをＣＣＤアレイセンサ６８の検出範囲に移
動するとともに、ウエハステージ４２，４４を駆動して
開口部１０２をレチクルマーク３４Ａの下に移動する。
ここで、光源１０から出力された露光光（光源にパルス
光レーザを使用した場合はレーザパルス）をシャッタ１
６で偏向し、図２（A）に示した画像処理検出系の経路
によって開口部１０２から照明光が出力される（図７
（A）参照）。この照明光によりレチクルマーク３４Ａ
が照明されると、ＣＣＤアレイセンサ６８上には図８
（A）に示すような開口部１０２とレチクルマーク３４
Ａの像が重畳して観察される。

【００４３】このときの像を、Ｘ，Ｙ方向の一次元画像
としてそれぞれ検出すると、図８（B），（C）に示す信
号波形が得られる。これらの図中、中央付近の光量低下
部分はレチクルマーク３４Ａによって照明光が遮られた
部分であり、その左右の光量増大部分は照明光が遮られ
ない部分である。このような一次元画像から得られるレ
チクルマーク３４Ａと開口部１０２のエッジ情報から、
両者の相対的な位置ずれ量△ａが求められ、その値がア
ライメント制御装置７０に記憶される。なお、位置ずれ
量Δａは、Ｘ，Ｙの各方向についてそれぞれ求められ
る。

【００４４】（3）受光による計測次に、受光による計測動作について説明する。この動作
は、走査検出系による相対座標位置計測として、図４，
図５を参照しながら説明した通りである。この受光によ
る計測時は、図２（B）に示した経路で照明が行われる
ため、投影レンズフィールド全域に光が当ってしまう。
このため、基準プレート６２のすべての開口部分から入
射した光が光ファイバ６０Ａに入ってしまう。そこで、
照明光学系３２の中の結像ブラインド（図示せず）を駆
動して、開口部１０２とその周囲のクロム部１００（図
３参照）のみを照明するように照明視野が制限される
（図７（B）参照）。

【００４５】光源１０がパルス光を射出するような例え
ばエキシマレーザであるとして説明すると、図２（B）
に示した状態で、一度光源１０によるレーザパルス発光
をＯＦＦする。そして、シャッタ１６を照明光が透過す
るように切り替え、レチクルマーク３４Ａを図９（A）
に示す位置に移動して再びレーザパルス発光が開始され
る。そして今度は、このレーザパルス発光及びステージ
移動に同期して光センサ７４から得られた光量変化がア
ライメント制御装置７０でサンプリングされる。Ｘ，Ｙ
の各方向でそれぞれ得られる信号波形は、図９（B），
（C）に示すようになる。

【００４６】このような一次元画像から得られるレチク
ルマーク３４Ａと開口部１０２のエッジ情報から、両者
の相対的な位置ずれ量△ｂが求められ、その値がアライ
メント制御装置７０に記憶される。なお、位置ずれ量Δ
ｂも、Ｘ，Ｙの各方向についてそれぞれ求められる。

【００４７】（4）ベースライン計測値の補正次に、以上のようにして求められた位置ずれ量Δａ，Δ
ｂによるベースライン計測値の補正処理について説明す
る。上述したように、位置ずれ量Δａは、発光型の画像
処理検出系（図２（A）参照）によって検出されたもの
であり、位置ずれ量Δｂは、受光型の走査型検出系（図
２（B）参照）によって検出されたものである。両者
は、光学系の条件が異なっているために、それら位置ず
れ量も異なった値となる。別言すれば、位置ずれ量△
ａ，△ｂの差異が、両検出系によるアライメント検出時
のオフセットとなっている。

【００４８】そこで、アライメント制御装置７０では、
画像処理検出系によって計測されたベースライン計測値
に対して、位置ずれ量の差△＝△ｂ−△ａの補正が行わ
れる。これによって、上述した変形照明に対応したベー
スライン計測ができるようになる。

【００４９】以上のように、本実施例によれば、特開平
５−２１３１４号や特開平７−１７６４６８号に開示さ
れているような高再現性，高速処理の機能を保持したま
ま、変形照明や線幅の差異によるドリフトを補正した高
精度，高速のベースライン計測を行うことができる。

【００５０】また、ウエハステージ上の開口部の下に直
接センサを設けることなく、光ファイバによってステー
ジ外にリレーし、ステージ外のセンサで受光することと
したので、直接センサに照明光が当ることによる温度変
化によって生ずるセンサドリフトが防止できる。また、
その際に、開口部を透過した高ＮＡの光を光ファイバに
導くために拡散板を設けたので、ファイバ径を短くでき
るとともに、更には光学系を簡略化することができる。

【００５１】また、本実施例では、開口部と基準マーク
を同じ基準プレート（同一硝材）上に配置し、この基準
プレートの下に、各計測手段に共通に使用できるように
光学系が配置されているので、ウエハステージ上の省ス
ペース化を実現できる。

【００５２】図１６には、本実施例における計測手順が
示されている。まず、画像処理検出系を利用して、露光
時と異なる照明条件で、露光系とオフアクシス系とのベ
ースラインが計測される（ステップＳ１）。次に、画像
処理検出系を利用して、開口部の発光によるウエハ側と
レチクル側との位置ずれ量が計測される（ステップＳ
２）。次に、走査検出系を利用して、露光時と同様の照
明条件で露光光を開口部で受光して、ウエハ側とレチク
ル側との位置ずれ量が計測される（ステップＳ３）。そ
の後、それらの位置ずれ量から最初に求めたベースライ
ン計測値が補正される（ステップＳ４）。

【００５３】

【実施例２】上述した実施例１は、ベースラインに関す
る計測に本発明を適用したものであるが、その他にも、
本発明では露光と同じ条件で、かつ、微分信号を得るた
めに、最小パターンなどの計測も可能である。次に、最
小パターンなどの計測を高精度，高速度で行うための実
施例を説明する。

【００５４】この実施例２は、レチクルマークとして、
測定精度向上のため、Ｌ／Ｓパターンを前記実施例１に
対して用いたものである。図１０には、その一例が示さ
れており、Ｌ／Ｓマークの投影像３４Ｃが開口部１０２
によって走査される様子が示されている。投影像３４Ｃ
は、例えば本露光装置の最小パターンである０．１５〜
０．２５μｍのＬ／Ｓマークとなる。、このＬ／Ｓ像よ
り開口部１０２が走査方向に対し大きく，別言すれば開
口部１０２が走査方向に投影像３４Ｂよりも長く設定さ
れている。なお、非走査方向には必ずしも大きい必要は
ないが、非走査方向のエッジの影響を受けないように十
分に長いか十分に短くしておくことが好ましい。

【００５５】この投影像３４Ｃに対し、図１０（A）に
矢印で示す方向に開口部１０２を相対走査したとする
と、同図（B），（C）のように変化する。図４（B）〜
（D）と同様である。この場合の図５（A）に対応する光
量信号波形は、例えば、図１１（A）に示すようにな
る。ステージの移動に伴って開口部１０２が図１０
（A）から（B）のように移動する場合、Ｌ／Ｓマークの
投影像３４Ｃが開口部１０２と重なるようになるとセン
サ受光量が徐々に増大し、同図（B）の状態で受光量は
最大となる。その後、徐々に受光量は減少する。また、
Ｌ／Ｓマークとなっているため、波形は階段状となる。

【００５６】この光量波形を微分すると、図１１（B）
に示すような微分波形，すなわち、Ｌ／Ｓ位置信号が得
られる。図５（B）と比較して複数のエッジが得られる
ので、それらを利用することで測定精度の向上を図るこ
とができる。なお、一般に、開口部１０２の走査方向に
おける両エッジ部に対し、ダウンスロープとアップスロ
ープが得られるが、それぞれの結像収差が異なる場合が
ある。このため、ダウン，アップの両方のデータから、
マーク位置（図５（B）のプラス側の各マーク（＋マー
ク）とマイナス側のマーク（−マーク）のそれぞれの位
置の平均値）を求めたり、Ｌ／Ｓ幅（各＋マークと−マ
ークの幅の平均）を求めることが望ましい。但し、この
＋マークと−マークの差異を調べることで収差特性を求
めるときは、両マークを別々に取り扱ってデータ処理す
る。

【００５７】次に、図１０の例では、レチクル側のＬ／
Ｓマークは１つであったが、このＬ／Ｓマークを複数設
けるようにしてもよい。図１２にはその一例が示されて
おり、Ｌ／Ｓマークの投影像３４Ｐ，３４Ｑ．３４Ｒの
配列方向に開口部１０２が相対走査される。すなわち、
Ｌ／Ｓマークの投影像３４Ｐ，３４Ｑ．３４Ｒに対し
て、同図（A）→（B）→（C）…→（D）のように開口部
１０２が相対移動する。Ｌ／Ｓマーク投影像３４Ｐ，３
４Ｑ．３４Ｒの間隔は、開口部１０２の走査方向の幅よ
りも大きく、すなわち一つのＬ／Ｓマークを開口部が走
査するときに隣接するＬ／Ｓマークが干渉しないように
設定されている（同図（C）参照）。従って、開口部１
０２が隣接する投影像の両方にかかることはなく、信号
波形は各マーク毎に独立して検出される。

【００５８】各Ｌ／Ｓマーク投影像３４Ｐ，３４Ｑ．３
４Ｒを順に開口部１０２が相対走査すると、図１３
（A）に示すような信号波形が得られ、これを微分する
と、同図（B）に示すようになる。このような複数の信
号波形を得ることで、計測精度が向上する。光センサ７
４としては一般にホトマルチプライヤが使われるが、入
射光量が非常に小さいためにダイナミックレンジがとれ
ず、長いＬ／Ｓマークを長い開口部で走査するとＳＮ比
が悪化する。ＳＮ比の向上を図るためには、例えばＬ／
Ｓマークを繰り返し計測するという方法も考えられる
が、この手法ではスループットが遅くなり、測定の時間
差による影響も生ずるようになる。

【００５９】そこで、図１２，図１３に示したような複
数のＬ／Ｓマークの間隔と開口部の大きさを最適に設計
するとともに、それらの複数マークを同一ライン上に置
き、開口部の１回の駆動で一度に走査することで、複数
のＬ／Ｓマークの測定結果を平均化でき、測定精度の向
上を図ることができる。また、反対に、図１７に示すよ
うに、Ｌ／Ｓマークを１組とし、複数の開口部１０２
Ｐ，１０２Ｑ，１０２Ｒ，１０２Ｓを同様の条件でマー
ク投影像３４Ｓの走査方向に配置しても、同様の効果が
得られる。ただし、この場合は、クロム部上におけるＬ
／Ｓの開口部をレチクルマークとすることで、Ｓ／Ｎ比
を向上させる必要がある。

【００６０】前記実施例では、基準プレート上の開口部
を四角形としたが、他の形状としてもよい。図１４
（A）の例は、開口部１０２Ａ，１０２Ｂの２つが設け
られている。そして、開口部１０２Ａが前記開口部１０
２に対応し、開口部１０２Ｂは開口部１０２Ａに対して
４５゜回転した四角形状となっている。このような分離
矩形型とすることで、０゜，４５゜，９０゜の方向に延
びたＬ／Ｓレチクルマークの投影像のすべてを計測でき
る。

【００６１】同図（B）８角形型の開口部１０２Ｃの例
であり、同図（C）は変形６角形型の開口部１０２Ｄの
例である。これらによっても、同様に各種方向に延びた
Ｌ／Ｓレチクルマークの投影像のすべてを計測できる。
また、これらの開口部を用いて、同図（A）に示すよう
なＸ, Ｙ差を平均した４５゜Ｌ／Ｓマーク３４Ｃを計測
することで、一度のスキャンで平均的な投影像の位置計
測を行うことができ、前記実施例のようなＸ，Ｙの各方
向についてを別々に計測して後で平均化するという作業
を省くことができる。また、Ｘ，Ｙの間の非点収差の影
響を低減することができる。

【００６２】また、デバイス工程の中には２０゜や３０
゜の角度のＬ／Ｓに対して微細パターンが必要な場合も
あるので、基準プレート上には、上述した０゜，４５
゜，９０゜以外の角度方向のマークを検出可能な開口パ
ターンを形成するようにしてもよい。

【００６３】このように、開口部の形状やレチクルマー
クとの配置を最適化することにより、高速，高精度の位
置計測，すなわちディストーション計測やレチクルマー
クマルチ計測（レチクル描画誤差計測）も可能となる。

【００６４】

【他の実施例】この発明には数多くの実施の形態があ
り、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能で
ある。例えば、次のようなものも含まれる。（1）図２（B）の走査型アライメントにおけるレチクル
マーク投影像と開口部の相対的走査は、ウエハステージ
側を走査しても、あるいはレチクルステージ側を走査し
ても、いずれでもよい。

【００６５】（2）図７（A）に示した発光による位置ず
れ測定と同図（B）に示した受光による位置ずれ測定の
間に時間的差異があり、ウエハステージ４２，４４の絶
対座標の信頼性が欠けるような場合には、開口部１０２
の位置でオフアクシスアライメント系３７の下にマーク
２０４が配置される構成にしておき、例えば公知技術で
あるＬＩＡによりウエハステージサーボをかけること
で、ウエハステージ４２，４４を安定して静止させ、そ
の他すべての駆動を投影倍率分だけ安定性があるレチク
ルマーク３４Ａを駆動させることで行えば、時間的差異
は問題とはならなくなる。

【００６６】（3）上述した実施例のレチクルマーク３
４Ａは太い孤立ラインと等価であるため、微小線幅の孤
立ラインやＬ／Ｓとは同位置でもディストーションが異
なる場合がある。この場合、図７（A）の発光による位
置測定でレチクルマーク３４Ａのようなものを用いても
解像度がないので、ＣＣＤアレイセンサ６８では検出で
きない。そのため、レチクルマーク３４Ａを用いて、図
７（A）及び（B）の各条件で計測を実施後、レチクルマ
ーク３４Ａから投影像３４Ｃに相当するＬ／Ｓにマーク
を変えて図７（B）に示す受光による計測を実施し、位
置ずれ量△ｃを求める。そして、位置ずれ量△ａ，△
ｂ，△ｃの結果から、線幅によるディストーションの差
異を調べるようにしてもよい。

【００６７】また、先にレチクルマーク３４Ａのような
ものは解像度がないとしたが、レチクルマーク３４Ａの
両最端パターン部の外側エッジのみはＣＣＤアレイセン
サ６８で見てコントラストは小さいものの検出可能なの
で、これを用いれば、位置ずれ量△ａ，△ｃを直接同じ
レチクルマークを用いて測定することが可能になる。

【００６８】（4）前記実施例では、拡散板１０４によ
って拡散した照明光をウエハ側のステージ外に導くため
の光リレー手段と、発光時に露光光を開口部１０２に導
くための光リレー手段を、光ファイバ６０によって構成
したが、レンズを組み合わせたリレー光学系としてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の装置全体を示す構成図であ
る。

【図２】２つのアライメント系を示す図である。（A）
は画像処理検出系，（B）は走査検出系である。

【図３】基準プレートの開口部分を示す一部破断した側
面図である。

【図４】レチクルマークの投影像と開口部との相対走査
の様子を示す図である。

【図５】図４の相対走査によって得られる信号波形の例
を示す図である。

【図６】基準プレート上のマークや開口の様子を示す図
である。

【図７】位置ずれ測定における２つの条件を示す図であ
る。

【図８】図７（A）の発光による測定の様子を示す図で
ある。（A）は開口部の様子，（B）及び（C）は信号波
形の例である。

【図９】図７（B）の発光による測定の様子を示す図で
ある。（A）は開口部の様子，（B）及び（C）は信号波
形の例である。

【図１０】Ｌ／Ｓレチクルマークの投影像と開口部との
相対走査の様子を示す図である。

【図１１】図１０の相対走査によって得られる信号波形
の例を示す図である。

【図１２】他の実施例におけるレチクルマークと開口部
との関係と両者の相対走査の様子を示す図である。

【図１３】前記図１０の相対走査によって得られる信号
波形の例を示す図である。

【図１４】他の実施例における開口部の形状を示す図で
ある。

【図１５】背景技術を示す図である。

【図１６】実施例の主要な処理手順を示す図である。

【図１７】レチクルマークの投影像と開口部との他の配
置例を示す図である。

【符号の説明】

１０…光源１２…ビームエキスパンダ１４，６４，１０８…ミラー１６…シャッタ１８，２４，５８，７６，１０６…レンズ２０…第１フライアイレンズ２２…スペックル除去用ミラー２６…第２フライアイレンズ２８…瞳照明アパーチャ３０…ハーフミラー３２…照明光学系３４…レチクル３４Ａ…Ｌ／Ｓレチクルマーク３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｐ，３４Ｑ．３４Ｒ，３４Ｓ…Ｌ
／Ｓレチクルマークの投影像３６…投影レンズ３７…オフアクシスアライメント光学系３８…ウエハ４０…定盤４２…ＸＹステージ４４…Ｚチルトステージ４６…ウエハホルダ４８…移動鏡５０…ウエハ干渉計５２…制御装置５４…シャッタ制御装置５６…シャッタ駆動装置６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ…光ファイバ６２…基準プレート６６…アライメント受光系６８…ＣＣＤアレイセンサ７０…アライメント制御装置７２…受光系７４…光センサ７８…インテグレータセンサ１００…低反射クロム部１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ，１
０２Ｐ，１０２Ｑ，１０２Ｒ，１０２Ｓ…開口部１０４…拡散板１１０…支持部２００，２０２…基準プレートマーク２０４…オフアクシスセンサ用マーク２０６…レチクル投影範囲

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクル側に形成された１組のＬ／Ｓマ
ーク；ウエハ側に形成された受光の可能な前記１組のＬ
／Ｓマークよりも大きい開口部；露光用照明光により前
記１組のＬ／Ｓマークを照射したときの投影像と前記開
口部を相対走査することで、レチクル側とウエハ側の相
対的な位置関係を計測する手段；それらの投影像が、前
記開口部よりも大きい間隔を置いて走査方向に複数並ぶ
ように配置したことを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】レチクル側に形成された１組のＬ／Ｓマ
ーク；ウエハ側に形成された受光の可能な前記１組のＬ
／Ｓマークよりも大きい開口部；露光用照明光により前
記１組のＬ／Ｓマークを照射したときの投影像と前記開
口部を相対走査することで、レチクル側とウエハ側の相
対的な位置関係を計測する手段；前記開口部が、前記投
影像よりも大きい間隔を置いて走査方向に複数並ぶよう
に配置したことを特徴とする位置計測装置。
【請求項３】レチクル側に形成された１組のＬ／Ｓマ
ーク；ウエハ側に形成された受光の可能な前記１組のＬ
／Ｓマークよりも大きい開口部；露光用照明光により前
記１組のＬ／Ｓマークを照射したときの投影像と前記開
口部を相対走査することで、レチクル側とウエハ側の相
対的な位置関係を計測する手段；前記開口部が、第１の
エッジと、これに対して４５゜の角度を有する第２のエ
ッジを備えたことを特徴とする位置計測装置。
【請求項４】相対的な位置関係を計測する手段により
ウエハ側ステージとレチクルの相対的座標系の位置合わ
せを行う請求項１，２又は３記載の位置計測装置。
【請求項５】相対的な位置関係を計測する手段により
投影像の形状を計測し、該投影光学系の結像状態を計測
する請求項１，２又は３記載の位置計測装置。
【請求項６】相対的な位置関係を計測する手段により
投影レンズのディストーションを計測する請求項１，２
又は３記載の位置計測装置。
【請求項７】相対的な位置関係を計測する手段により
レチクルの描画誤差を計測する請求項１，２又は３記載
の位置計測装置。
【請求項８】前記開口部を透過する照明光を拡散する
ための光拡散手段；これによって拡散した照明光をウエ
ハ側のステージ外に導くための第１の光リレー手段；発
光時に露光光を開口部に導くための第２の光リレー手
段；を備えたことを特徴とする請求項１，２，３，４，
５，６又は７記載の位置計測装置。
【請求項９】ウエハ側に形成された受光の可能な開口
部；レチクル側に形成されたレチクルマーク：露光時と
異なる照明条件で照明を行って、前記開口部を前記レチ
クルマークとアライメントする第１の位置計測手段；露
光時と同様の照明条件で照明を行って、前記開口部に対
して前記レチクルマークの投影像を相対的に走査するこ
とで、レチクル側とウエハ側との相対的な位置関係を計
測する第２の位置計測手段；前記第２の位置計測手段に
より、前記第１の位置計測手段の計測値を補正すること
を特徴とする位置計測装置。