JPH11168062A - 露光装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度、高速なアライメントを可能とする。 【解決手段】 投影光学系の外部に設けたオフ・アクシ
ス・アライメント系とＴＴＬ（又はＴＴＲ）アライメン
ト系との両方によって同時に検出可能な基準マークの対
を、感光基板保持用のステージ上に並置して、ベースラ
イン計測を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェハや液晶
用ガラスプレート等の基板に塗布された感光層を露光す
る投影露光装置に関し、特にオフ・アクシス方式のアラ
イメント系のベースラインを高精度に管理する機能を備
えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オフ・アクシス・アライメント系
を備えた投影露光装置（以下、便宜上ステッパーと呼
ぶ）では、特開昭５３−５６９７５号公報、特開昭５６
−１３４７３７号公報等に開示されているように、感光
基板（以下ウェハとする）を保持してステップ・アンド
・リピート方式で２次元移動するウェハステージ上に基
準となるマーク板を固設し、この基準マーク板を使って
オフ・アクシス・アライメント系と投影光学系との間の
距離、所謂ベースライン量を管理していた。図１は上記
各公報に開示されたベースライン計測の原理を模式的に
表わした図である。図１において、主コンデンサーレン
ズＩＣＬは、露光時にレチクル（マスク）Ｒを均一に照
明するものである。レチクルＲはレチクルステージＲＳ
Ｔに保持され、このレチクルステージＲＳＴはレチクル
Ｒの中心ＣＣが投影レンズＰＬの光軸ＡＸと合致するよ
うに移動される。一方ウェハステージＷＳＴ上には、ウ
ェハ表面に形成されたアライメントマークと同等の基準
マークＦＭが付設され、この基準マークＦＭが投影レン
ズＰＬの投影視野内の所定位置にくるようにステージＷ
ＳＴを位置決めすると、レチクルＲの上方に設けられた
ＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のアライメント系ＤＤＡ
によって、レチクルＲのマークＲＭと基準マークＦＭと
が同時に検出される。マークＲＭとレチクルＲの中心Ｃ
Ｃとの距離Ｌａは設計上予め定まった値であり、投影レ
ンズＰＬの像面側（ウェハ側）におけるマークＲＭの投
影点と中心ＣＣの投影点との距離は、Ｌａ／Ｍとなる。
ここでＭは、ウェハ側からレクチル側を見たときの投影
レンズＰＬの倍率であり、１／５縮小投影レンズの場合
はＭ＝５である。

【０００３】また投影レンズＰＬの外側（投影視野外）
には、オフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系Ｏ
ＷＡが固設されている。ウェハ・アライメント系ＯＷＡ
の光軸は、投影像面側では投影レンズＰＬの光軸ＡＸと
平行である。そしてウェハ・アライメント系ＯＷＡの内
部には、ウェハ上のマーク、又は基準マークＦＭをアラ
イメントする際の基準となる指標マークＴＭが、ガラス
板に設けられ、投影像面（ウェハ表面、又は基準マーク
ＦＭの面）とほぼ共役に配置されている。

【０００４】さて、ベースライン量ＢＬは、図１に示す
ようにレチクルマークＲＭと基準マークＦＭとがアライ
メントされたときのステージＷＳＴの位置Ｘ１と、指標
マークＴＭと基準マークＦＭとがアライメントされたと
きのステージＷＳＴの位置Ｘ２とをレーザ干渉計等で計
測し、その差（Ｘ１−Ｘ２）を計算することで求められ
る。このベースライン量ＢＬは、後でウェハ上のマーク
をウェハ・アライメント系ＯＷＡでアライメントして投
影レンズＰＬの直下に送り込むときの基準量となるもの
である。すなわちウェハ上の１ショット（被露光領域）
の中心とウェハ上のマークとの間隔をＸＰ、ウェハマー
クが指標マークＴＭと合致したときのウェハステージＷ
ＳＴの位置をＸ３とすると、ショット中心とレチクル中
心ＣＣとを合致させるためにはウェハステージＷＳＴを
次式の位置に移動させればよい。

【０００５】Ｘ３−ＢＬ−ＸＰ、又はＸ３−ＢＬ＋ＸＰ 尚、この計算式は原理的に１次元方向のみを表している
だけで、実際には２次元で考える必要があり、さらにＴ
ＴＬアライメント系ＤＤＡ（すなわちマークＲＭ）の配
置、ウェハ・アライメント系ＯＷＡの配置等によっても
計算方法が異なる。

【０００６】いずれにしろ、オフ・アクシス方式のウェ
ハ・アライメント系ＯＷＡを用いてウェハ上のマーク位
置を検出した後、一定量だけウェハステージＷＳＴを送
り込むだけで、ただちにレチクルＲのパターンをウェハ
上のショット領域に正確に重ね合わせて露光することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
では、オフ・アクシス方式のアライメント系ＯＷＡの検
出中心点（指標マークＴＭの中心）と、レチクルＲのマ
ークＲＭの投影レンズＰＬによる投影点との位置関係
（ベースライン量ＢＬ）を計測する際、その相対距離
は、ウェハステージＷＳＴを移動させてレーザ干渉計を
求めている。このため、ウェハステージＷＳＴの走り精
度、レーザ干渉計のレーザビーム光路の空気ゆらぎ等の
必然的にさけられない要因によって、ベースライン計測
の精度向上には自ずと限界が生じていた。また基準マー
クＦＭを、ＴＴＬアライメント系ＤＤＡの検出領域内に
位置決めするためのウェハステージＷＳＴの移動と、基
準マークＦＭをオフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡ
の検出中心点に位置決めするためのウェハステージＷＳ
Ｔの移動とが必要であり、ベースライン計測処理の速度
を高めることにも自ずと限界があった。

【０００８】本発明は、この様な従来の問題点に鑑みて
なされたもので、ベースライン計測精度の向上と処理速
度の向上を計った投影露光装置を得ることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、感光基板を
保持するステージ上に、オフ・アクシス・アライメント
系（ＯＷＡ）によって検出可能な第１基準マーク（ＦＭ
１）と投影光学系を介したアライメント系によって検出
可能な第２基準マーク（ＦＭ２）とを、予め定められた
設計上の位置関係で並置した。そして投影光学系を介し
たアライメント系によってレチクル（マスク）上のマー
ク（ＲＭ１、ＲＭ２）とステージ上の第２基準マーク
（ＦＭ２）との位置ずれを検知するのと同時に、オフ・
アクシス・アライメント系（ＯＷＡ）によってステージ
上の第１基準マーク（ＦＭ１）の検出中心からの位置ず
れを検知する。さらに、第１基準マーク（ＦＭ１）と第
２基準マーク（ＦＭ２）との設計上の間隔（製造誤差を
含む）と、検知した各位置ずれ量とに基づいて、レチク
ル上のマークの投影光学系による投影点と、オフ・アク
シス・アライメント系ＯＷＡの検出中心点との相対距
離、すなわちベースラインを算出するようにした。

【００１０】本発明では、投影光学を介したアライメン
ト系とオフ・アクシス・アライメント系とを同時に使っ
て、基準板上の各基準マークを検出するため、ステージ
の走り精度、位置決め精度に左右されずに、極めて正確
なベースライン計測が可能になる。従来のようにウェハ
ステージを移動させて、その移動量からベースライン量
を計測するのではないので、ステージ位置計測用のレー
ザ干渉計の測定値に依存しないという利点がある。

【００１１】さらに本発明は、ステージ上に設けた基準
板の各マークを基準にして、レチクル（マスク）の位置
検出、位置ずれ量検出、あるいはレチクルアライメント
を行なうと同時に、基準板を基準としてベースライン計
測をするので、全ての基準が統一されているとともに、
一連の処理が短時間のうちに終了するという利点すなわ
ち高精度、高スループットの両方の効果が得られる。

【００１２】

【発明の実施形態】図２は、本発明の実施例による投影
露光装置の構成を示す斜視図であり、図１の従来装置と
同じ部材には同一の符号をつけてある。図２において、
レチクルＲ上にはウェハＷ上に露光すべき回路パターン
等が形成されたパターン領域ＰＡとアライメント用のレ
チクルマークＲＭ１、ＲＭ２とが設けられている。この
レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２は、それぞれ投影光学系
を介したアライメント系の対物レンズ１Ａ、１Ｂを介し
て光電的に検出される。またレチクルステージＲＳＴ
は、図２中には不図示のモータ等の駆動系によって２次
元（Ｘ、Ｙ、θ方向）に移動可能であり、その移動量、
又は移動位置は３つのレーザ干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、Ｉ
Ｒθによって遂次計測される。レチクルステージＲＳＴ
のＺ軸（光軸ＡＸと平行な座標軸）回りの回転量は、干
渉計ＩＲＹとＩＲθの計測値の差で求められ、Ｙ軸方向
の平行移動量は干渉計ＩＲＹとＩＲθの計測値の平均値
で求められ、Ｘ軸方向の平行移動量は干渉計ＩＲＸで求
められる。

【００１３】本実施例では、投影レンズＰＬのみを介し
てウェハＷ上のマークを検出するために投影光学系を介
した第２のアライメント系が、Ｘ方向用とＹ方向用とで
分離して設けられている。Ｘ方向用の第２の投影光学系
を介するアライメント系は、レチクルステージＲＳＴと
投影レンズＰＬとの間に固定したミラー２Ｘと対物レン
ズ３Ｘ等で構成され、Ｙ方向用の第２のアライメント系
は、同様にして配置されたミラー２Ｙと対物レンズ３Ｙ
等で構成される。本実施例では、対物レンズ１Ａ、１Ｂ
を含む第１のアライメント系を以降、ＴＴＲ（スルーザ
レチクル）アライメント系と呼び、対物レンズ３Ｘ、３
Ｙを含む第２のアライメント系は単にＴＴＬアライメン
ト系と呼ぶことにする。

【００１４】さて、ウェハＷが載置されるウェハステー
ジＷＳＴの２辺上には、レーザ干渉計ＩＦＸからのビー
ムを反射する移動鏡ＩＭｘと、レーザ干渉計ＩＦＹ１、
ＩＦＹ２の各々からのビームを反射する移動鏡ＩＭｙと
が固定されている。干渉計ＩＦＸからのビームはＹ方向
に伸びた移動鏡ＩＭｘの反射面と垂直であり、そのビー
ムの延長線は投影レンズＰＬの光軸ＡＸの延長線と直交
する。干渉計ＩＦＹ２からのビームは、Ｘ方向に伸びた
移動鏡ＩＭｙの反射面と垂直であり、そのビームの延長
線も光軸ＡＸの延長線と直交する。もう１つの干渉計Ｉ
ＦＹ１からのビームは、移動鏡ＩＭｙの反射面と垂直で
あり、干渉計ＩＦＹ２のビームと平行になっている。

【００１５】またオフ・アクシス方式のウェハ・アライ
メント系は、投影レンズＰＬの下端部の直近に固定され
た反射プリズム（又はミラー）４Ａと対物レンズ４Ｂ等
で構成される。ウェハアライメント系の受光系４Ｃは内
部に共役指標マークＴＭを含み、プリズム４Ａと対物レ
ンズ４Ｂを介して指標マーク板に結像されたウェハ上の
マーク等をＣＣＤカメラで撮像する。

【００１６】本実施例では、プリズム４Ａを介してウェ
ハステージＷＳＴ上に落ちる対物レンズ４Ｂの光軸と、
投影レンズＰＬの光軸ＡＸとがＸ方向のみに一定間隔だ
け離れ、Ｙ方向については位置座標差がほとんどないよ
うに設定されている。さらに対物レンズ４Ｂのウェハス
テージＷＳＴに落ちる光軸の延長線は、干渉計ＩＦＸの
ビームの延長線と干渉計ＩＦＹ１のビームの延長線の各
々と直交する。このような干渉計の配置は、詳しくは特
開平１−３０９３２４号公報に開示されている。

【００１７】ウェハステージＷＳＴ上には、ベースライ
ン計測のための２つの基準マークＦＭ１、ＦＭ２を付設
した基準板ＦＰが固設されている。基準板ＦＰは、ウェ
ハステージＷＳＴ上の２つの移動鏡ＩＭｘ、ＩＭｙで囲
まれた角部に配置され、石英板等の低膨張係数の透明材
料の表面にクロム等の遮光層を形成し、その一部を基準
マークＦＭ１、ＦＭ２の形状にエッチングしたものであ
る。基準マークＦＭ１はオフ・アクシス方式のウェハ・
アライメント系（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）で検出可能であ
り、基準マークＦＭ２はＴＴＲアライメント系（１Ａ、
１Ｂ）、又はＴＴＬアライメント系（２Ｘ、３Ｘ；２
Ｙ、３Ｙ）によって検出可能である。これら基準マーク
ＦＭ１、ＦＭ２のＸ方向の間隔は、サブミクロンの精度
で正確に作られている。

【００１８】図３は、ウェハステージＷＳＴ上の各部材
の配置を示す平面図で、ウェハＷはウェハステージＷＳ
Ｔ上で微小回転可能なウェハホルダＷＨに配置され、真
空吸着される。本実施例では、ウェハＷの直線状の切り
欠きＯＦがＸ軸と平行になるように機械的にプリアライ
メントされてからウェハホルダＷＨ上に載置される。図
３の示すように、投影レンズＰＬの鏡筒下端部の直径の
中心（光軸ＡＸ）と対物レンズ４Ｂの視野とは極力接近
するように配置される。このように、投影レンズＰＬと
基準板ＦＰとを配置したとき、ウェハＷは投影レンズＰ
Ｌの直下の位置から図中、右斜め下へ最も移動している
ため、この状態でウェハＷのローディング、アンローデ
ィングが可能である。この配置は、例えば特開昭６３−
２２４３２６号公報に開示されている。

【００１９】図４は、基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ
１、ＦＭ２の詳細なマーク配置を示す平面図である。図
４において、Ｘ軸と平行な直線ＬＸとＹ軸と平行な直線
ＬＹ２との交点が基準マークＦＭ２の中心であり、ベー
スライン計測時には、その交点が投影レンズＰＬの光軸
ＡＸとほぼ一致する。本実施例では、その交点上に発光
型の十字状スリットマークＩＦＳが配置され、露光光と
同一波長の照明光が基準板ＦＰの裏側から発光スリット
マークＩＦＳを含む局所領域ＩＳａのみを照明する。ま
た直線ＬＸ上で発光スリットマークＩＦＳを挟む対照的
な２ヶ所には、レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２ の夫々
の配置に対応した基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂが設け
られている。このマークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂは基準板Ｆ
Ｐ上のクロム層を十字状のスリットでエッチングしたも
ので、マークＦＭ２ＡはレチクルマークＲＭ１とアライ
メントされ、マークＦＭ２ＢはレチクルマークＲＭ２と
アライメントされる。

【００２０】発光スリットマークＩＦＳの中心（交点）
を原点とする円形領域ＰＩＦは投影レンズＰＬの投影視
野領域であり、本実施例の場合、図２に示したＸ方向用
のＴＴＬアライメント系（２Ｘ、３Ｘ）によって検出可
能なマークＬＩＭｘが視野領域ＰＩＦ内の直線ＬＹ２上
に配置され、Ｙ方向用のＴＴＬアライメント系（２Ｙ、
３Ｙ）によって検出可能な２つのマークＬＩＭｙとＬＳ
Ｍｙが視野領域ＰＩＦの直線ＬＸ上に配置される。各マ
ークの詳しい配置関係については、さらに後で述べる
が、本実施例では２つのＴＴＲアライメント系１Ａ、１
ＢがそれぞれレチクルマークＲＭ１、ＲＭ２と基準マー
クＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂとを同時に検出している状態で、
Ｘ方向用のＴＴＬアライメント系（２Ｘ、３Ｘ）がマー
クＬＩＭｘを検出し、Ｙ方向用のＴＴＬアライメント系
（２Ｙ、３Ｙ）がマークＬＩＭｙを検出することができ
るように、各マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂ、ＬＩＭｘ、Ｌ
ＩＭｙを配置した。

【００２１】一方、直線ＬＹ２からＸ方向に一定距離だ
け離れて設定された直線ＬＹ１はＹ軸と平行であり、こ
の直線ＬＹ１と直線ＬＸの交点上には、オフ・アクシス
・アライメント系の対物レンズ４Ｂの視野ＭＩＦ内に包
含され得る大きさの基準マークＦＭ１が形成される。マ
ークＦＭ１は２次元のアライメントが可能なように、Ｘ
方向とＹ方向の夫々と平行に設けた複数のラインパター
ンの集合体である。尚、以上の説明からあきらかなよう
に、基準板ＦＰは、直線ＬＹ１がＸ−Ｙ平面内で、干渉
計ＩＦＹ１ のビームの中心線と極力一致し、直線ＬＹ
２が干渉計ＩＦＹ２のビームの中心線と極力一致するよ
うに、ウェハステージＷＳＴ上に固定される。

【００２２】さらに、直線ＬＸとＬＹ１との交点を挟ん
で直線ＬＸ上の対称的な位置に、２つの基準マークＦＭ
２Ｃ、ＦＭ２Ｄが設けられている。基準マークＦＭ２
Ｃ、ＦＭ２Ｄは基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂと全く同
じ形状、大きさの十字状スリットパターンであり、その
Ｘ方向の間隔も、マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの間隔と全
く同一である。尚、図４中のマークＬＳＭｘはＸ方向用
のＴＴＬアライメント系（２Ｘ、３Ｘ）で検出されるも
ので、基準マークＦＭ２ＢのＸ座標値と同一位置に設け
られる。

【００２３】図５は、基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ２
側の各マーク配置のみを拡大したもので、投影レンズＰ
Ｌの投影視野領域ＰＩＦの中心を発光スリットマークＩ
ＦＳの交点に合致させた状態を示す。図５には、さらに
その状態で理想的に位置決めされたレチクルＲの外形と
パターン領域ＰＡの外形との位置関係を２点鎖線で表し
てある。

【００２４】ＴＴＬアライメント系用のマークＬＩＭ
ｘ、ＬＩＭｙは投影視野ＰＩＦの最外周に位置するが、
これはＴＴＬアライメント系の先端のミラー２Ｘ、２Ｙ
がパターン領域ＰＡの投影領域を遮光しないように配置
したからである。この状態で、基準マークＦＭ２Ａはレ
チクルマークＲＭ１と整合され得るが、レチクルマーク
ＲＭ１（ＲＭ２も同じ）は、図６に示したように、Ｘ方
向に延びたダブルスリットマークＲＭ１ｙとＹ方向に延
びたダブルスリットマークＲＭ１ｘとで構成され、これ
らマークＲＭ１ｙ、ＲＭ１ｘは矩形の遮光帯ＳＢに囲ま
れた透明窓部に暗部として作られる。

【００２５】基準マークＦＭ２Ａの十字状スリットのう
ち、Ｘ方向に延びたスリットがダブルスリットマークＲ
Ｍ１ｙに挾み込まれ、Ｙ方向に延びたスリットがダブル
スリットマークＲＭ１ｘに挾み込まれることで、理想的
なアライメントが達成されたことになる。ここで、基準
マークＦＭ２Ａの中心とマークＬＩＭｙの中心とのＸ方
向の間隔Ｋ１と、発光スリットマークＩＦＳの中心とマ
ークＬＳＭｙの中心とのＸ方向の間隔Ｋ２とは、図６に
示した発光スリットマークＩＦＳがレチクルマークＲＭ
１をＹ方向走査するときのＸ方向のオフセット量ΔＸｋ
（ウェハ側換算値）だけ差をもつように設定されてい
る。すなわち、Ｋ１＝Ｋ２＋ΔＸｋ、あるいはＫ１＝Ｋ
２−ΔＸｋに設定されている。

【００２６】さらに、Ｘ方向用のＴＴＬアライメント系
で検出可能なマークＬＳＭｘのＸ方向の中心位置は、基
準マークＦＭ２ＢのＸ方向の中心位置と一致する。これ
は、２ヶ所の基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの各中心点
と発光スリットマークＩＦＳの中心とのＸ方向の間隔Ｋ
３が、ともに等しいときに成り立つ条件である。またマ
ークＬＳＭｘのＹ方向の位置は、マークＬＩＭｘのＹ方
向の位置とほぼ等しいが、厳密には、発光マークＩＦＳ
の中心とマークＬＩＭｘの中心とのＹ方向の間隔をＫ
４、発光マークＩＦＳの中心とマークＬＳＭｘの中心と
のＹ方向の間隔をＫ５としたとき、Ｋ４＝Ｋ５＋ΔＹ
ｋ、又はＫ４＝Ｋ５−ΔＹｋの関係に設定される。ここ
で、ΔＹｋは図６に示すように発光スリットマークＩＦ
ＳがレチクルマークＲＭ１のダブルスリットマークＲＭ
１ｘをＸ方向に走査するときのＹ方向のオフセット量で
ある。

【００２７】次に、図７を参照してＴＴＲアライメント
系（１Ａ）の詳細な構成を説明する。レチクルマークＲ
Ｍ１の上方には全反射ミラー１００が４５°で斜設さ
れ、水平に配置された対物レンズ１０１の光軸をレチク
ルＲに対して垂直にする。このＴＴＲアライメント系は
同軸落射照明のために、ビームスプリッタ１０２、露光
波長の光を発生する光源１０３、照明光の遮断、通過を
切り替えるシャッター１０４、照明光を導びく光ファイ
バー１０５、光ファイバー１０５の射出端からの照明光
を集光して照明視野絞り１０７を均一照明するための集
光レンズ１０６、及び視野絞り１０７からの照明光をケ
ーラー照明条件で対物レンズ１０１へ送光するレンズ系
１０９で構成された自己照明系を有する。こうして、対
物レンズ１０１はレチクルＲのマークＲＭ１が形成され
た遮光帯ＳＢの内側のみを照明する。これによってマー
クＲＭ１からの反射光がミラー１００、対物レンズ１０
１を介してビームスプリッタ１０２で反射され、結像レ
ンズ１１０に入射する。マークＲＭ１の像光束は、ハー
フミラー１１１で２つに分割され、結像レンズ１１０に
よってＸ方向検出用のＣＣＤカメラ１１２ＸとＹ方向検
出用のＣＣＤカメラ１１２Ｙの夫々の撮像面上に拡大結
像される。ＣＣＤカメラ１１２Ｘと１１２Ｙとは、マー
クＲＭ１の拡大像に対する水平走査線の方向が互いに直
交するように配置されている。

【００２８】この際、マークＲＭ１を含む遮光帯ＳＢの
内側領域の直下に、基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ２Ａ
が位置すると、ＣＣＤ１１２Ｘ、１１２Ｙは基準マーク
ＦＭ２Ａの十字状のスリットを黒線として撮像する。画
像処理回路１１３Ｘは、ＣＣＤカメラ１１２Ｘからの画
像信号をデジタル波形処理し、基準マークＦＭ２ＡのＹ
方向に延びたスリットと、レチクルマークＲＭ１のダブ
ルスリットマークＲＭ１ｘとのＸ方向（水平走査線方
向）の位置ずれ量を求める。画像処理回路１１３ＹはＣ
ＣＤカメラ１１２Ｙからの画像信号をデジタル波形処理
して、基準マークＦＭ２ＡのＸ方向に延びたスリット
と、レチクルマークＲＭ１のダブルスリットマークＲＭ
１ｙとのＹ方向（水平走査線方向）の位置ずれ量を求め
る。主制御系１１４は、処理回路１１３Ｘ、１１３Ｙで
求められた基準マークＦＭ２ＡとレチクルマークＲＭ１
とのＸ、Ｙ方向の位置ずれ量が予め設定した許容範囲外
のときには、レチクルステージＲＳＴの駆動系１１５を
制御して、レチクルＲの位置を補正する。駆動系１１５
は、図２に示した３つの干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、ＩＲθ
によってレチクルステージＲＳＴの補正前の位置（Ｘ、
Ｙ、θ）を検出しており、補正後に３つの干渉計ＩＲ
Ｘ、ＩＲＹ、ＩＲθが検出すべき計測値を演算によって
求めている。

【００２９】従って駆動系１１５は、３つの干渉計ＩＲ
Ｘ、ＩＲＹ、ＩＲθの各々の計測値が、補正後に検出さ
れるべき計測値になるように、レチクルステージＲＳＴ
を位置サーボ制御によって位置決めする。また主制御系
１１４は、ウェハステージＷＳＴの移動を、干渉計ＩＦ
Ｘ、ＩＦＹ１、又はＩＦＹ２の計測値に基づいて位置サ
ーボ制御する駆動系１１６も制御する。

【００３０】さて、図７に示したＴＴＲアライメント系
１Ａには、基準板ＦＰ上の発光マークＩＦＳからの照明
光を、投影レンズＰＬ、レチクルＲの遮光帯ＳＢの内部
の透明部、ミラー１００、対物レンズ１０１、ビームス
プリッタ１０２、レンズ系１０９及びビームスプリッタ
１０８を介して検出する発光マーク受光系が設けられ
る。この発光マーク受光系はレンズ系１２０と光電セン
サー（フォトマルチプライヤー）１２１等で構成され、
光電センサー１２１の受光面は投影レンズＰＬの瞳Ｅ
Ｐ、及び対物レンズ１０１とレンズ系１０９との間の共
役に配置される。光電センサー１２１は、発光マークＩ
ＦＳがレチクルマークＲＭ１（又はＲＭ２）を走査した
ときに変化する透過光量を光電検出し、その変化に応じ
た光電信号ＳＳＤを出力する。この光電信号ＳＳＤの処
理は、ウェハステージＷＳＴの走査に伴って干渉計ＩＦ
Ｘ、ＩＦＹ１から出力されるアップダウンパルス（例え
ば０．０２μｍの移動量毎に１パルス）に応答して信号
波形をデジタルサンプリングし、メモリに記憶すること
で行なわれる。

【００３１】次に、図８を参照して図２中のＴＴＬアラ
イメント系（２Ｙ、３Ｙ）の構成の一例を説明する。本
実施例で使用するＴＴＬアライメント系は、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光源１３０からの赤色光をマーク照明光として利
用し、ウェハＷのレジスト層によるマーク反射光検出時
の影響、及びレジスト層の感光を防止している。さらに
このＴＴＬアライメント系には、マーク検出原理の異な
る２つのアライメントセンサーが組み込まれており、対
物レンズ３Ｙを共有化して２つのアライメントセンサー
を択一的に使うようにしてある。このような構成は、特
開平２−２７２３０５号公報、又は特開平２−２８３０
１１号公報に詳細に開示されているので、ここでは簡単
に説明する。

【００３２】レーザ光源１３０からのＨｅ−Ｎｅレーザ
光はビームスプリッタ１３１で分割され、相補的に開閉
されるシャッター１３２Ａ、１３２Ｂに至る。図８では
シャッター１３２Ａが開き、シャッター１３２Ｂが閉じ
た状態にあり、レーザ光は２光束干渉アライメント（以
下、ＬＩＡとする）方式の送光系１３３Ａへ入射する。
この送光系１３３Ａは、入射したビームを２本のレーザ
ビームに分割し、音響光学変調素子を用いて２本のレー
ザビームに一定の周波数差を与えて出力するものであ
る。図８の場合、送光系１３３Ａから出力される２本の
レーザビームは同図の紙面と垂直な方向に平行に並んで
いる。この２本のレーザビームはハーフミラー１３４で
反射され、さらにビームスプリッタ１３５で２つに分割
される。ビームスプリッタ１３５で反射した２つのレー
ザビームは対物レンズ３Ｙによってウェハ共役面の絞り
ＡＰＡ上で交差する。絞りＡＰＡを通った２本の平行な
レーザビームはミラー２Ｙで反射して投影レンズＰＬに
入射し、ウェハＷ上、又は基準板ＦＰ上で再度交差す
る。この２本のレーザビームが交差する領域内には、１
次元の干渉縞が作られ、その干渉縞は２本のビームの周
波数差に応じた速度で干渉縞のピッチ方向に流れる。そ
こで、図４、図５に示したマークＬＩＭｙ、ＬＩＭｘを
干渉縞と平行な回折格子とすると、その回折格子状のマ
ークＬＩＭｘ、ＬＩＭｙからは周波数差に応じたビート
周波数で強度変化する干渉ビート光が発生する。マーク
ＬＩＭｘ、ＬＩＭｙの回折格子のピッチと干渉縞のピッ
チとを、ある一定の関係にすると、その干渉ビート光は
ウェハＷ、又は基準板ＦＰから垂直に発生し、投影レン
ズＰＬを介して２本の送光ビームの光路に沿って、ミラ
ー２Ｙ、絞りＡＰＡ、及び対物レンズ３Ｙの順に戻って
くる。干渉ビート光はビームスプリッタ１３５を一部透
過して、光電検出器１３９に達する。光電検出器１３９
の受光面は投影レンズＰＬの瞳面ＥＰとほぼ共役に配置
される。また光電検出器１３９の受光面には複数の光電
素子（フォトダイオード、フォトトランジスタ等）が互
いに分離して配置され、干渉ビート光は光電検出器１３
９の中心（瞳面の中心）に位置する光電素子で受光され
る。その光電信号はビート周波数と等しい周波数の正弦
波状の交流信号となり、位相差計測回路１４０に入力す
る。

【００３３】また、ビームスプリッタ１３５を透過した
２本の送光ビームは、逆フーリエ変換レンズ１３６によ
って透過型の基準格子板１３７上で平行光束となって交
差する。従って基準格子板１３７上には、１次元の干渉
縞が形成され、この干渉縞はビート周波数に応じた速度
で一方向に流れる。光電素子１３８は基準格子板１３７
から同軸に発生する±１次元回折光の干渉光、又は０次
光と２次回折光との干渉光のいずれか一方を受光する。
これら干渉光も、ビート周波数と等しい周波数で正弦波
状に強度変化し、光電素子１３８はビート周波数と等し
い周波数の交流信号を、基準信号として位相差計測回路
１４０に出力する。

【００３４】位相差計測回路１４０は、光電素子１３８
からの基準信号を基準として、光電検出器１３９からの
交流信号の位相差Δφ（±１８０°）を求め、その位相
差Δφに対応した基準板ＦＰ上のマークＬＩＭｙ（又は
同等のウェハ上のマーク）のＹ方向、すなわち格子ピッ
チ方向の位置ずれ量の情報ＳＳＢを、図７中の主制御系
１１４へ出力する。位置ずれ検出の分解能は、マークＬ
ＩＭｙのピッチと、このマーク上に照射される干渉縞の
ピッチとの関係、及び位相差検出回路の分解能によって
決まるが、位相差検出分解能が±１°であるとすると、
マークＬＩＭｙの格子ピッチＰｇを８μｍ、干渉縞のピ
ッチＰｆをＰｇ／２としたとき、位置ずれ検出分解能
は、±（１°／１８０°）×（Ｐｇ／４）で表わされ、
約±０．０１μｍとなる。

【００３５】図７の主制御系１１４は、このような高分
解能のＬＩＡ方式のＴＴＬアライメント系からの位置ず
れ情報ＳＳＢに基づいて、ウェハステージＷＳＴの駆動
系１１６をサーボ制御し、基準板ＦＰ上のマークＬＩＭ
ｙが基準格子板１３７に対して常に一定の位置関係に追
い込まれるようにウェハステージＷＳＴをサーボロック
することができる。

【００３６】ただし、サーボロックを行なう場合は、光
電素子１３８と光電検出器１３９の夫々からの信号の位
相差が所定の値に安定していればよいので、ことさら、
位相差を位置ずれ量に変換する必要はなく、位相差の目
標値からの変化量のみを検出するだけでサーボロックが
可能である。ＴＴＬアライメント系のもう１つの検出方
式は、先に掲げた特開平２−２３３０１１号公報にも開
示されているように、マーク検出方向と直交する方向に
延びたスリット状のレーザスポット光に対してマークを
走査し、そのマークから発生する回折、散乱光を光電検
出して得られる信号レベルを、マーク走査のためのウェ
ハステージＷＳＴの移動に伴って生ずる干渉計ＩＦＸ、
ＩＦＹ１からのアップダウンパルスに応答してデジタル
サンプリングする方式である。

【００３７】図８中のレーザステップアライメント（Ｌ
ＳＡ）方式の送光系１３３Ｂには、シャッター１３２Ａ
が閉じて、シャッター１３２Ｂが開いているときにレー
ザビームが入射する。入射したビームは、ビームエクス
パンダとシリンドリカルレンズの作用で、集光点のビー
ム断面が一方向に延びたスリット状に成形され、ビーム
スプリッタ１３４、１３５、レンズ系３Ｙ、及びミラー
２Ｙを介して投影レンズＰＬに入射する。この際、絞り
ＡＰＡはＨｅ−Ｎｅレーザ光の波長のもとでウェハ面
（基準板ＦＰの面）と共役となっており、ビームはここ
にスリット状に集光される。図８に示したＴＴＬアライ
メント系の場合、ＬＳＡ方式で作られるビームスポット
は、投影視野ＰＩＦ内の静止した位置でＸ方向に延びた
スリット状に成形される。ウェハステージＷＳＴをＹ方
向に走査して、基準板ＦＰ上のマークＬＳＭｙがビーム
スポットを横切るとき、このマークＬＳＭｙから発生し
た回折光、又は散乱光が、投影レンズＰＬ、ミラー２
Ｙ、対物レンズ３Ｙ、およびビームスプリッタ１３５を
介して光電検出器１３９に達し、中央の光電素子以外の
周囲の光電素子に受光される。この光電素子からの光電
信号はＬＳＡ処理回路１４２に入力され、ウェハステー
ジＷＳＴ用の干渉計ＩＦＹ１（又はＩＦＹ２）からのア
ップダウンパルス信号ＵＤＰに応答してデジタルサンプ
リングされる。処理回路１４２はデジタルサンプリング
された信号波形をメモリに記憶し、デジタル演算を用い
た高速波形処理によって、メモリ上の波形からＬＳＡ方
式のスリット状スポット光のＹ方向の中心点とマークＬ
ＳＭｙのＹ方向の中心点とが精密に合致するときのウェ
ハステージＷＳＴのＹ座標値を算出し、マーク位置情報
ＳＳＡとして出力する。この情報ＳＳＡは図７中の主制
御系１１４へ送られ、ウェハステージＷＳＴの駆動系１
１６の駆動制御に使われる。

【００３８】またＬＳＡ処理回路１４２内には、図７の
光電センサー１２１からの光電信号ＳＳＤを、アップダ
ウンパルス信号ＵＤＰに応答してデジタルサンプリング
するメモリと、メモリ内の信号波形を高速演算処理する
回路とを有し、レチクルマークＲＭ１の投影レンズＰＬ
による投影像と発光マークＩＦＳとが一致するときのウ
ェハステージＷＳＴの座標値を、レチクルマークＲＭ１
の投影位置情報ＳＳＣとして主制御系１１４へ出力す
る。

【００３９】次に、図９、図１０を参照してオフ・アク
シス・アライメント系ＯＷＡの詳細な構成を説明する。
図１０はオフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡの構成
を示し、ＩＭＰはウェハ表面、又は基準板ＦＰの表面を
表す。また、対物レンズ４Ｂの視野ＭＩＦ内に位置した
表面領域の像は、プリズムミラー４Ａ、対物レンズ４
Ｂ、ミラー４Ｃ、レンズ系４Ｄ、及びハーフミラー４Ｅ
を介して指標板４Ｆ上に結像する。表面ＩＭＰを照明す
る光は、ハーフミラー４Ｅを介してレンズ系４Ｄ、ミラ
ー４Ｃ、対物レンズ４Ｂ、及びプリズム４Ａを介して表
面ＩＭＰへ進む。照明光はウェハのレジスト層への感度
が極めて低い波長域で３００nm程度のバンド幅を有す
る。

【００４０】指標板４Ｆは、図９に示すように透明ガラ
スの上に、遮光部による複数本（例えば４本）のライン
パターンからなる指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２、ＴＭ
Ｙ１、ＴＭＹ２を形成したものである。図１０は、基準
板ＦＰ上に設定した直線ＬＸとＬＹ１との交点と指標板
４Ｆの中心とが一致した状態を表わす。指標マークＴＭ
Ｘ１、ＴＭＸ２は基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ１をＸ
方向に挾み込むように設けられ、指標マークＴＭＹ１、
ＴＭＹ２は基準マークＦＭ１をＹ方向に挾み込むように
設けられている。

【００４１】さて、指標板４Ｆ上の各指標マークと基準
マークＦＭ１（又はウェハ上のマーク）の像とは、撮像
用の結像レンズ４Ｇとハーフミラー４Ｈを介して２つの
ＣＣＤカメラ４Ｘ、４Ｙ上に拡大結像される。ＣＣＤカ
メラ４Ｘの撮像領域は、指標板４Ｆ上では図９中の領域
４０Ｘに設定され、ＣＣＤカメラ４Ｙの撮像領域は、領
域４０Ｙに設定される。

【００４２】そして、ＣＣＤカメラ４Ｘの水平走査線
は、指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２のラインパターンと
直交するＸ方向に定められ、ＣＣＤカメラ４Ｙの水平走
査線は指標マークＴＭＹ１、ＴＭＹ２のラインパターン
と直交するＹ方向に定められる。ＣＣＤカメラ４Ｘ、４
Ｙの各々からの画像信号は、画素毎に信号レベルをデジ
タルサンプリングする回路、複数の水平走査線毎に得ら
れる画像信号（デジタル値）を換算平均する回路、指標
マークＴＭと基準マークＦＭ１とのＸ方向、Ｙ方向の各
位置ずれ量を高速に演算する回路等を含む波形処理回路
で処理され、その位置ずれ量の情報は図７の主制御系１
１４へ情報ＳＳＥとして送られる。

【００４３】尚、本実施例の場合、オフ・アクシス・ア
ライメント系ＯＷＡの検出中心点とは、一例としてＸ方
向については２つの指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２の中
心点であり、Ｙ方向については２つの指標マークＴＭＹ
１、ＴＭＹ２の中心点である。ただし場合によっては、
２つの指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２のうち、例えばマ
ークＴＭＸ２のみのＸ方向の中心点を検出中心とするこ
ともある。

【００４４】図１１は基準板ＦＰ上に形成された基準マ
ークＦＭ１の拡大図であり、Ｙ方向に延びたラインパタ
ーンをＸ方向に一定ピッチで複数本配列するとともに、
Ｘ方向に延びたラインパターンをＹ方向に一定ピッチで
複数本配列した２次元パターンとして形成される。この
基準マークＦＭ１のＸ方向の位置検出にあたっては、Ｃ
ＣＤカメラ４Ｘからの画像信号を波形処理回路で解析
し、Ｘ方向に並んだ複数本のラインパターンの各検出位
置（画素位置）の平均位置を基準マークＦＭ１のＸ方向
位置とし、指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２の中心位置と
のずれ量を求めればよい。

【００４５】Ｙ方向に関する基準マークＦＭ１の検出、
位置ずれ量の検出についてもＣＣＤカメラ４Ｙによって
同様に行なわれる。ところで、先に図５で説明したよう
に、ＴＴＲアライメント系とＴＴＬアライメント系とで
検出される基準板ＦＰ上の各種マークの配置は、一定の
位置関係に定められているが、このことについて、さら
に図１２を参照して説明する。図１２は直線ＬＸ上に位
置した各マークの拡大図であり、マークＬＩＭｙはＹ方
向に一定ピッチ（例えば８μｍ）で格子要素を配列した
回折格子であり、マークＬＳＭｙは円形内に拡大して示
すように微小な正方形のドットパターンをＸ方向にピッ
チＰＳｘで配列し、Ｙ方向にピッチＰＳｙで配列した２
次元の格子パターンである。マークＬＳＭｙはＹ方向用
のＬＳＡ方式のＴＴＬアライメント系のビームスポット
で検出されるものであり、ビームスポットはＸ方向にス
リット状に延び、Ｙ方向のビーム幅はドットパターンの
Ｙ方向の寸法とほぼ等しい。尚、Ｘ方向のピッチＰＳｘ
がマーク検出時の回折光発生に寄与するものであり、Ｙ
方向のピッチＰＳｙはＹ方向に複数の格子マークを配列
してマルチマーク化するためのものである。したがって
マルチマーク化する必要のないときは、直線ＬＸ上に並
ぶ一列のドットパターン群のみがあればよい。

【００４６】また、Ｘ方向のピッチＰＳｘは、ビームス
ポットの波長と必要とされる１次回折光の回折角とによ
って一義的に決まるが、Ｙ方向のピッチＰＳｙはＰＳｘ
と等しいか、もしくはそれよりも大きければよい。さ
て、図５で説明したように、マークＬＩＭｙのＸ方向の
中心点と基準マークＦＭ２ＡのＸ方向の中心点との間隔
Ｋ１と、発光マークＩＦＳのＸ方向の中心点とマークＬ
ＳＭｙのＸ方向の中心点との間隔Ｋ１とは、Ｋ１＝Ｋ２
±ΔＸｋの関係にある。この条件は、本実施例における
ＬＩＡ方式のＴＴＬアライメント系のマーク検出領域
（干渉縞の照射領域）の中心と、ＬＳＡ方式のＴＴＬア
ライメント系のマーク検出中心点（ビームスポット）と
がほぼ一致しているために必要となったものであり、必
ずしも上記条件に限定されるものではない。

【００４７】以上の図８で説明したＴＴＬアライメント
系は、Ｘ方向用についても全く同様に構成され、各マー
クのＸ方向の位置情報は主制御系１１４へ送られる。次
に、本実施例の装置によるベースライン計測の動作につ
いて説明するが、ここで説明する動作は代表的なもので
あり、いくつかの変形動作については後でまとめて述べ
る。

【００４８】図１３、図１４は、代表的なシーケンスを
説明するフローチャート図であり、そのシーケンスは主
に主制御系１１４によって統括制御される。まず、所定
の保管場所に収納されていたレチクルＲは、自動、又は
手動搬送され、レチクルステージＲＳＴ上に機械的な位
置決めと受け渡し精度のみに依存した形でローディング
される。（ステップ５００）。

【００４９】この場合、レチクルＲのローディング精度
は、図６に示したレチクルマーク用の窓領域（遮光帯Ｓ
Ｂの内側）の大きさを５mm角程度にしてダブルスリット
マークＲＭ１ｘ、ＲＭ２ｙの長さを４mm程度にしたとす
ると、±２mm以下が望ましい。次に主制御系１１４は、
レチクルＲのマークＲＭ１、ＲＭ２がＴＴＲアライメン
ト系１Ａ、１Ｂによって正常に検出されるように、レチ
クルＲの位置を予備的にラフにアライメントするための
レチクルサーチを行なう。このレチクルサーチには、図
１３のステップ５０４、５０６に示すようにＳＲＡ方式
とＩＦＳ方式の２つがあり、ステップ５０２でどちらの
モードにするかが選ばれる。ステップ５０４のＩＦＳ方
式によるプリアライメントとは、図６に示すように、レ
チクルステージＲＳＴの位置を固定したまま、発光マー
クＩＦＳがレチクルマークＲＭ１、又はＲＭ２が存在し
そうな位置を探索するようにウェハステージＷＳＴを大
きなストローク（例えば数mm）で、Ｘ、Ｙ方向にサーチ
移動させて、レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２の位置をラ
フに検出し、その検出位置の設計上の位置からのずれ量
を求めて、レチクルステージＲＳＴ用の干渉計ＩＲＸ、
ＩＲＹ、ＩＲθを頼りにレチクルステージＲＳＴを微動
させる方式である。

【００５０】これに対して、ステップ５０６のＳＲＡ方
式によるプリアライメントは以下のように実行される。
レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２が存在しそうな位置の直
下に基準板ＦＰの無地の面を配置し、その状態でＴＴＲ
アライメント系１Ａ、１Ｂを用いて、ＣＣＤカメラ１１
２Ｘ、１１２Ｙ（図７）によってレチクルＲ上のパター
ンを撮像して１画面内の水平走査線に応じた画像信号波
形をメモリに取り込む。次にレチクルステージＲＳＴを
干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、ＩＲθの計測値に基づいて駆動
系１１５により一定量だけＸ方向、又はＹ方向に移動さ
せてから、２画面目の画像信号波形をＣＣＤカメラから
取り込み、１画面目の信号波形とつなぎ合わせる。その
後、つなぎ合わせた画像信号波形を解析してレチクルマ
ークＲＭ1 、ＲＭ2 の各位置を求め、設計上の位置から
のずれ量を求めてからレチクルステージＲＳＴの位置を
移動させる方式である。

【００５１】いずれのサーチモードであっても、レチク
ルＲのマークＲＭ1 、ＲＭ2 の各中心を、２つのＴＴＲ
アライメント系１Ａ、１Ｂの夫々に設けられたＣＣＤカ
メラ１１２Ｘ、１１２Ｙの撮像領域内の中心に数μｍ程
度の精度でプリアライメントできる。次に主制御系１１
４は、ステップ５０８からのレチクルアライメント動作
に入るが、その前に、２つの基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ
２Ｂの夫々が投影レンズＰＬの視野ＰＩＦ内の設計上の
位置にくるよう駆動系１１６を干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ２
（又はＩＦＹ１）の計測値に応じて制御してウェハステ
ージＷＳＴを位置決めする。ウェハステージＷＳＴが位
置決めされると、基準マークＦＭ２Ａ（ＦＭ２Ｂ）はレ
チクルマークＲＭ１（ＲＭ２）とおおむね整合された状
態でＣＣＤカメラ１１２Ｘ、１１２Ｙで撮像される。

【００５２】この段階で図７中の処理回路１１３Ｘ、１
１３Ｙを作動させて、基準マークＦＭ２Ａに対するレチ
クルマークＲＭ１のＸ、Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＸＲ
１、ΔＹＲ１）と、基準マークＦＭ２Ｂに対するレチク
ルマークＲＭ２のＸ、Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＸＲ２
、ΔＹＲ２）と計測する。次にステップ５１０で、各
位置ずれ量が許容値以内か否かを判定し、許容値よりも
はずれているときはステップ５１２へ進む。

【００５３】このとき、２つのレチクルマークＲＭ１、
ＲＭ２の形状、配置から明らかなように、レチクルＲの
Ｘ方向のアライメントは、基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２
Ｂの各中心点に対して各レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２
の中心点の夫々がレチクル中心ＣＣに向けてずれている
ときを正、逆方向にずれているときを負とすると、Ｘ方
向のずれ量ΔＸＲ１とΔＸＲ２の極性と絶対値とを等し
くすることで達成される。

【００５４】同様に、レチクルＲのＹ方向とθ方向のア
ライメントは、各レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２の中心
点が静止座標系のＹ軸の正方向にずれたときを正とする
と、Ｙ方向のずれ量ΔＹＲ１、ΔＹＲ２の極性と絶対値
とを等しくすることで達成される。レチクルＲのθ方向
（回転方向）のずれ量ΔθＲは、レチクルマークＲＭ１
とＲＭ２のＸ方向の間隔をＬrmすると、Ｙ方向のずれ量
ΔＹＲ１、ΔＹＲ２（レチクル上での実寸）から次式で
求められる。

【００５５】 ΔθＲ＝sin-1（（ΔＹＲ１−ΔＹＲ２）／Ｌrm） ≒（ΔＹＲ１−ΔＹＲ２）／Ｌrm ただし、間隔Ｌrmはどのレチクルについても一定である
から、θ方向のレチクルＲのずれ量の評価は、単純には
ΔＹＲ１−ΔＹＲ２の絶対値の大小を求めるだけでよ
い。以上のことから、Ｘ、Ｙ、θ方向のレチクルＲのず
れ量が許容値よりも大きいときは、ステップ５１２でレ
チクルステージＲＳＴを微動させる。このとき、Ｘ方
向、Ｙ方向、θ方向についてどれぐらいレチクルステー
ジＲＳＴを微動させればよいかが各ずれ量（ΔＸＲ１、
ΔＹＲ１）、（ΔＸＲ２、ΔＹＲ２）に基づいて算出さ
れるから、レチクルステージＲＳＴの位置を３つの干渉
計ＩＲＸ、ＩＲＹ、ＩＲθでモニターしながら補正すべ
き位置へ微動させる。

【００５６】この駆動方式は、所謂オープン制御方式と
呼ばれ、駆動系１１５の制御精度、レチクルステージＲ
ＳＴの位置決め精度が十分に高く、かつ、安定していれ
ば、１回の位置ずれ計測（ステップ５０８）と１回の位
置補正（ステップ５１２）だけでレチクルＲを目標位置
に正確にアライメントすることができる。しかしなが
ら、位置補正によって目標位置に正確にアライメントさ
れたか否かを確認する必要があるため、主制御系１１４
は、再度ステップ５０８からの動作を繰り返す。

【００５７】以上のステップ５０８〜５１０によって、
レチクルＲは基準板ＦＰ上の２つの基準マークＦＭ２
Ａ、ＦＭ２Ｂの設計上の座標位置に対してアライメント
されたことになる。次に主制御系１１４は、図４に示し
たステップ５１６からの動作を実行する。ステップ５１
６は、基準板ＦＰの位置をウェハステージＷＳＴ用の干
渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ２（又はＩＦＹ１）による計測値に
基づいてサーボロックするか、ＴＴＬアライメント系の
ＬＩＡ方式でサーボロックするかを選択するものであ
る。

【００５８】干渉計を用いたサーボロックが選択されて
いる場合は、ステップ５１８へ進み、レチクルアライメ
ントが達成された時点でのウェハステージＷＳＴの座標
値を記憶し、干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ２（又はＩＦＹ１）
の計測値が、常にその記憶値と一致するように、ウェハ
ステージＷＳＴの駆動系１１６をサーボ制御する。ＬＩ
Ａ方式のサーボロックが選択されている場合は、ステッ
プ５２０へ進み、図８に示したシャッター１３２Ａ、１
３２Ｂを図中の状態に設定し、基準板ＦＰ上のマークＬ
ＩＭｘ、ＬＩＭｙの夫々の上に干渉縞を照射する。そし
て位相差測定回路１４０によって、Ｘ方向とＹ方向の夫
々について、基準信号との位相差が常に所定値になるよ
うにウェハステージＷＳＴをサーボ制御する。

【００５９】ＬＩＡ方式の場合、基準板ＦＰ上の２つの
マークＬＩＭｘ、ＬＩＭｙは、ＴＴＬアライメント系の
内部に固定された基準格子板１３８に対してアライメン
トされることになる。ウェハステージＷＳＴのサーボロ
ックは、干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ２（又はＩＦＹ１）の計
測値に基づく干渉計モードでも、ＴＴＬアライメント系
に基づくＬＩＡモードでもほぼ同等の精度で制御するこ
とができるが、実験やシュミレーションによると、ＬＩ
Ａモードの方が干渉計モードよりも安定していることが
確かめられている。一般に、ウェハステージＷＳＴの
Ｘ、Ｙ方向の移動ストロークはウェハの直径よりも大き
く、一例として３０cm以上は必要である。このため干渉
計ＩＦＸ、ＩＦＹ２からのレーザビームのうち大気中に
露出する光路長は数十cm以上におよび、その間の空気に
局所的な屈折率ゆらぎが生じると、ウェハステージＷＳ
Ｔが厳密に静止しているにもかかわらず、干渉計内部の
カウンタの値が１／１００μｍ〜１／１０μｍのオーダ
で変動する。従って、干渉計のカウント値が一定になる
ようにサーボロックすると、屈折率のゆらぎによってウ
ェハステージＷＳＴの位置が、例えば±０．０８μｍ程
度の範囲内で微動することがある。屈折率のゆらぎは、
干渉計からのレーザビームの光路内を、温度差を持つ空
気のかたまりがゆっくり通過した時等に生ずる。ウェハ
ステージ用の干渉計には、このように環境上の不利な点
があり、ＬＩＡ方式よりも安定性に欠けることがある。
ＬＩＡ方式で使われるビームはほとんど大気中に露出す
ることがないように、カバーを設けることができ、さら
にビームの露出がさけられないレチクルと投影レンズと
の空間、及び投影レンズとウェハとの空間は、せいぜい
数cm程度しかないため、屈折率のゆらぎは起りにくい。

【００６０】以上のことからＴＴＲアライメント系によ
って基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂを検出している状態
で、ＴＴＬアライメント系を使って基準板ＦＢ（ウェハ
ステージＷＳＴ）の位置サーボが行なえる場合は、極力
そのようにした方が好ましい。次に主制御系１１４は、
ステップ５２２でＴＴＲアライメント系とオフ・アクシ
ス・アライメント系とを同時に使って基準マーク検出を
行なう。

【００６１】一般に、先のステップ５１０でレチクルス
テージＲＳＴが目標位置に微動され、アライメントが達
成されると、レチクルステージＲＳＴは、そのベースと
なるコラム側へ真空吸着等で固定される。この吸着の
際、レチクルステージＲＳＴ微小量横ずれすることがあ
る。この横ずれは微小なものではあるが、ベースライン
管理上は誤差要因の１つであり、十分に認識しておく必
要がある。その認識は、ＴＴＲアライメント系のＣＣＤ
カメラ１１２Ｘ、１１２Ｙを使って、再度ステップ５０
８の計測動作を行なうこと、又は、干渉計ＩＲＸ、ＩＲ
Ｙ、ＩＲθの計測値のレチクルアライメント達成時点か
らの変化量をモニターすること等で可能である。しかし
ながら本実施例では、その横ずれも含めてベースライン
量として管理するようにしたため、特別に横ずれ量のみ
を個別に求めなくてもよい。

【００６２】さて、ステップ５２２の段階では、すでに
オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡの検出領域内に
基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ１が位置している。そこ
で主制御系１１４は、図１０に示したオフ・アクシス・
アライメント系のＣＣＤカメラ４Ｘ、４Ｙを使って指標
板４Ｆ内の指標マークＴＭと基準マークＦＭ１とのＸ、
Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＸＦ、ΔＹＦ）をウェハ上の実
寸として求める。同時にＴＴＲアライメント系のＣＣＤ
カメラ１１２Ｘ、１１２Ｙを使ってレチクルマークＲＭ
１と基準マークＦＭ２Ａとの位置ずれ量（ΔＸＲ１、Δ
ＹＲ１）と、レチクルマークＲＭ２と基準マークＦＭ２
Ｂとの位置ずれ量（ΔＸＲ２、ΔＹＲ２）とをウェハ側
の実寸として計測する。このとき、ＴＴＲ方式もオフ・
アクシス方式も、ともにＣＣＤカメラを光電センサーと
しているため、撮像したマーク像に対応した画像信号波
形のメモリへの取り込みタイミングを極力一致させるよ
うに、処理回路１１３Ｘ、１１３Ｙ等を制御する。

【００６３】尚、基準板ＦＰの位置を干渉計でサーボロ
ックしている場合は、ＴＴＲ方式での画像信号の波形の
取り込みとオフ・アクシス方式での画像信号波形の取り
込み時間差を、空気の屈折率のゆらぎによるウェハステ
ージ位置の変動の時間よりも十分に短い間隔にする必要
がある。次に主制御系１１４は、ステップ５２４でウェ
ハステージＷＳＴのサーボロックを解除してステップ５
２６の動作に移り、ＬＳＡ方式、ＩＦＳ方式を同時に使
って基準板ＦＰ上の各マークを検出するためにウェハス
テージＷＳＴの移動（走査）を開始する。

【００６４】このステップ５２６は、先に図６、図５で
説明したように、発光スリットマークＩＦＳがレチクル
マークＲＭ１を２次元に走査するようにウェハステージ
ＷＳＴを移動させるもので、ウェハステージＷＳＴは、
まず発光スリットマークＩＦＳが図６に示した位置関係
になるように位置決めされる。このときＴＴＬアライメ
ント系のＬＳＡ方式によるＸ方向に延びたスリット状の
ビームスポットは基準板ＦＰ上のマークＬＳＭｙに対し
てＹ方向にずれて位置する。その状態からウェハステー
ジＷＳＴをＹ方向に走査すると、ＬＳＡ方式の光電検出
器１３９からの光電信号とＩＦＳ方式の光電素子１２１
からの光電信号ＳＳＤとの両波形は、図１５に示すよう
になる。図１５（Ａ）は、ＬＳＡ方式によってメモリ上
に取り込まれたマークＬＳＭｙの検出波形であり、ここ
ではマークＬＳＭｙを５本の回折格子パターンとしたの
で、信号波形上で５つのピークが発生している。図８に
示した処理回路１４２は、その５つのピーク波形の各々
の重心位置を求め、その平均値をマークＬＳＭｙのＹ座
標、位置ＹＬｓとして算出する。

【００６５】一方、ＩＦＳ方式で得られる信号ＳＳＤ
は、図１５（Ｂ）に示すように、レチクルマークＲＭ1
のダブルスリットマークＲＭ1yに対して、２つのボトム
波形部分を含む。処理回路１４２は図１５（Ｂ）の信号
波形中の２つのボトム波形の夫々の中心点を求め、その
中点をダブルスリットマークＲＭ1yの投影像のＹ方向の
中心座標位置ＹＩｆとして算出する。

【００６６】同様に、図６中のＸ方向の矢印のように発
光スリットマークＩＦＳを移動させて、レチクルマーク
ＲＭ１のダブルスリットマークＲＭ１ｘを走査する。こ
のとき、Ｘ方向用のＴＴＬアライメント系のＬＳＡ方式
によるスリット状スポットが、基準板ＦＰ上のマークＬ
ＳＭｘによって同時に走査され、図１５と同様の波形が
得られる。この際、Ｘ方向用のＬＳＡ方式によって検出
されたマークＬＳＭｘのＸ座標値はＸＬｓであり、ＩＦ
Ｓ方式によって検出されたダブルスリットマークＲＭ１
ｘのＸ座標値はＸＩｆである。

【００６７】図１５で示すように、座標位置ＹＬＳとＹ
Ｉｆとの差が、Ｙ方向用のＬＳＡ方式によるＴＴＬアラ
イメント系の検出中心点とレチクルＲの中心ＣＣの投影
点とのＹ方向のベースライン量である。次に主制御系１
１４は、ステップ５２８でベースライン量を求めるため
の演算を行なう。この演算に必要なパラメータは、図１
６に表で示すように計測した実測値に設計上予め定めら
れた定数値とに分けられる。図１６の表中の実測値にお
いて、「ＴＴＲ−Ａ」は図２中のＴＴＲアライメント系
１Ａのことであり、「ＴＴＲ−Ｂ」はＴＴＲアライメン
ト系１Ｂのことである。また各アライメント系による実
測値は、Ｘ方向とＹ方向とについて位置ずれ量、又はマ
ーク位置を分けて表示してある。一方、設計上の定数値
としては、基準マークＦＭ１の中心点と基準マークＦＭ
２ＡとのＸ、Ｙ方向の各距離（ΔＸfa、ΔＹfa）と基準
マークＦＭ1 の中心点と基準マークＦＭ２ＢとのＸ、Ｙ
方向の各距離（ΔＸfb、ΔＹfb）とがウェハステージＷ
ＳＴ用の干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ２（又はＩＦＹ１）で決
まる静止座標系上の値として記憶されている。従ってこ
の距離（ΔＸfa、ΔＹfa）、（ΔＸfb、ΔＹfb）には、
基準板ＦＰのウェハステージＷＳＴへの取り付け誤差に
よって生ずる基準板ＦＰ上の直線ＬＸと移動鏡ＩＭｙの
反射面とのＸ−Ｙ座標系内での相対的な傾き量と、各基
準マークの基準板ＦＰ上での配置誤差とが予め含まれて
いるものとする。

【００６８】主制御系１１４は、定数値ΔＸfa、ΔＸfb
に基づいて、基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの各中心点
を結ぶ線分の２等分点と、基準マークＦＭ１の中心点と
のＸ方向距離ＬＦを算出する。 ＬＦ＝（ΔＸfa＋ΔＸfb）／２ ………（１） 次に主制御系１１４は、ＴＴＲ−Ａで求めたＸ方向のず
れ量ΔＸＲ１とＴＴＲ−Ｂで求めたＸ方向のずれ量ΔＸ
Ｒ２との差ΔＸccの１／２をウェハ側の寸法として求め
る。

【００６９】 ΔＸcc＝（ΔＸＲ１−ΔＸＲ２）／２ ………（２） ここでΔＸＲ１、ΔＸＲ２はレチクルマークＲＭ１、Ｒ
Ｍ２が基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの夫々に対してレ
チクル中心の方向にずれているときは正、逆方向にずれ
ているときは負の値をとるものとする。この式（２）で
求まった値ΔＸccが零のとき、レチクルＲの中心ＣＣの
投影点は、２つの基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの各中
心点のＸ方向の２等分点上に精密に合致していることに
なる。

【００７０】次に主制御系１１４は、実測値ΔＸＦと計
算値ＬＦ、ΔＸccとに基づいて、レチクルＲの中心ＣＣ
のＸＹ座標平面への投影点と、オフ・アクシス・アライ
メント系ＯＷＡの指標板４ＦのＸ方向の中心点（指標マ
ークＴＭＸ１とＴＭＸ２との間の２等分点）のＸＹ座標
平面への投影点とのＸ方向の距離ＢＬＯｘを、オフ・ア
クシス・アライメント系ＯＷＡに関するＸ方向ベースラ
イン量として算出する。

【００７１】 ＢＬＯｘ＝ＬＦ−ΔＸcc−ΔＸＦ ………（３） ここでΔＸＦは、指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２のＸ方
向の２等分点に対して基準マークＦＭ１が投影レンズＰ
Ｌ（基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂ）の方向にずれて検
出されたときは正の値をとり、逆方向にずれて検出され
たときは負の値をとるものとする。

【００７２】次に主制御系１１４は、実測値ΔＹＲ１と
ΔＹＲ２に基づいて、レチクルＲの中心点ＣＣの投影点
と、基準マークＦＭ２Ａの中心点とＦＭ２Ｂの中心点と
を結ぶ線分の２等分点（ほぼ直線ＬＹ２上にある）との
Ｙ方向のずれ量ΔＹccを求める。 ΔＹcc＝（ΔＹＲ１−ΔＹＲ２）／２ ………（４） ここで、ΔＹＲ１、ΔＹＲ２は、レチクルマークＲＭ１
、ＲＭ２の夫々が対応する基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ
２Ｂに対して、図４上でＹの正方向（図４の紙面内で上
方）にずれているときは正、逆方向にずれているときは
負の値をとるものとする。このずれ量Ｙccは、レチクル
Ｒの中心ＣＣの投影点と、基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２
Ｂの各中心点を結ぶ線分の２等分点とが精密に一致した
とき零になる。さらに主制御系１１４は、定数値ΔＹf
a、ΔＹfbに基づいて基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂの
各中心点を結ぶ線分の２等分点と基準マークＦＭ１の中
心点とのＹ方向のずれ量ΔＹf2を求める。

【００７３】 ΔＹf2＝（ΔＹfa−ΔＹfb）／２ ………（５） 以上の計算値ΔＹcc、ΔＹf2と実測値ΔＹＦとに基づい
て、主制御系１１４はレチクルＲの中心ＣＣの投影点
と、オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡの指標板４
ＦのＹ方向の中心点（指標マークＴＭＹ１とＴＭＹ２と
の間の２等分点）の投影点とのＹ方向の距離ＢＬＯｙ
を、オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡのＹ方向ベ
ースライン量として算出する。

【００７４】 ＢＬＯｙ＝ΔＹcc−ΔＹf2−ΔＹＦ ………（６） 以上の演算により、オフ・アクシス・アライメント系Ｏ
ＷＡのベースライン量（ＢＬＯｘ、ＢＬＯｙ）が求ま
り、次に主制御系１１４はＬＳＡ方式のＴＴＬアライメ
ント系のベースライン量（ＢＬＴｘ、ＢＬＴｙ）を求め
る。Ｙ方向用のＬＳＡ方式ＴＴＬアライメント系のベー
スライン量ＢＬＴｙは、スリット状のビームスポットの
Ｙ方向の中心点とレチクルＲの中心ＣＣの投影点とのＹ
方向のずれ量であり、次式によって求められる。

【００７５】 ＢＬＴｙ＝ＹＩｆ−ＹＬｓ ………（７） 同様にして、Ｘ方向用のＬＳＡ方式ＴＴＬアライメント
系のベースライン量ＢＬＴｘは、スリット状のビームス
ポットのＸ方向の中心点とレチクルＲの中心ＣＣの投影
点とのＸ方向のずれ量であり、次式によって求められ
る。 ＢＬＴｘ＝ＸＩｆ−ＸＬｓ ………（８） ただし、式（７）、（８）で求めた値には、発光マーク
ＩＦＳの中心と基準板ＦＰ上のマークＬＳＭｙとのＹ方
向の配置誤差ΔＹsmと、発光マークＩＦＳとマークＬＳ
ＭｘとのＸ方向の配置誤差ΔＸsmとが含まれているた
め、これらの誤差が無視できないときは、予め定数値と
して記憶しておき、式（７）、（８）をそれぞれ式
（７’）、（８’）のように変更すればよい。

【００７６】 ＢＬＴｙ＝ＹＩｆ−ＹＬｓ−ΔＹsm ………（７’） ＢＬＴｘ＝ＸＩｆ−ＸＬｓ−ΔＸsm ………（８’） 以上のシーケンスによって、ベースライン計測が修了
し、ウェハステージＷＳＴ上にはプリアライメントされ
たウェハＷが載置される。ウェハＷ上には複数の被露光
領域、すなわちレチクルＲのパターン領域ＰＡが投影さ
れるショット領域が２次元に配置されている。そして各
ショット領域には、オフ・アクシス・アライメント系Ｏ
ＷＡ、又はＴＴＬアライメント系（２Ｘ、３Ｘ；２Ｙ、
３Ｙ）によって検出されるアライメントマークが、ショ
ット領域の中心点に対して一定の位置関係で形成されて
いる。多くの場合、それらウェハ上のアライメントマー
クはストリートライン内に設けられる。

【００７７】実際のウェハアライメントの方法には、従
来よりいくつもの方式、又はシーケンスが知られている
ので、ここではそれら方式、シーケンスの説明は省略
し、基本的なウェハアライメントのみについて説明す
る。図１７は、ウェハＷ上のショット領域とマークの配
置を示し、ショット領域ＳＡｎの中心ＳＣｎとＸ方向用
マークＷＭｘとのＸ方向の間隔がΔＸwm、中心ＳＣｎと
Ｙ方向用のＹマークＷＭｙとのＹ方向の間隔がΔＹwmと
して設計上定められている。まず、オフ・オクシス・ア
ライメント系ＯＷＡを使う場合は、任意のショット領域
ＳＡｎのマークＷＭｘがオフ・アクシス・アライメント
系ＯＷＡの検出領域内で指標マークＴＭＸ１、ＴＭＸ２
に挾み込まれるようにウェハステージＷＳＴを位置決め
する。ここでマークＷＭｘ、ＷＭｙは、基準マークＦＭ
１と同様にマルチラインパターンであるものとする。

【００７８】そして、主制御系１１４は、位置決めされ
たウェハステージＷＳＴのＸ方向の座標位置Ｘｍを干渉
計ＩＦＸから読み込む。さらにオフ・アクシス・アライ
メント系ＯＷＡ内のＣＣＤカメラ４Ｘからの画像信号を
処理して、指標板４Ｆの中心点とマークＷＭｘの中心点
とのＸ方向のずれ量ΔＸｐを検出する。次にウェハステ
ージＷＳＴを動かして、オフ・アクシス・アライメント
系の指標マークＴＭＹ１、ＴＭＹ２によってウェハのマ
ークＷＭｙが挾み込まれるようにウェハステージＷＳＴ
を位置決めする。このときのＹ方向の座標位置Ｙｍを干
渉計ＩＦ１から読み取る。そしてＣＣＤカメラ４Ｙの撮
像によって、指標板４Ｆの中心点とマークＷＭｙの中心
点とのＹ方向のずれ量ΔＹｐを求める。

【００７９】以上のマーク位置検出が終ると、あとは次
式の計算のみによって、露光時にショット領域ＳＡｎの
中心ＳＣｎをレチクルＲの中心ＣＣの投影点に合致させ
るためのウェハステージＷＳＴの座標位置（Ｘｅ、Ｙ
ｅ）が求められる。 Ｘｅ＝Ｘｍ−ΔＸｐ＋（ＢＬＯｘ−ΔＸwm） ………（９） Ｙｅ＝Ｙｍ−ΔＹｐ＋（ＢＬＯｙ−ΔＹwm） ………（１０） 尚、ＬＳＡ方式のＴＴＬアライメント系でマークＷＭ
ｘ、ＷＭｙを検出する場合、ＬＳＡ方式によるマークＷ
Ｍｘ、ＷＭｙの各検出位置をＸｍ、Ｙｍとして次式で露
光時のステージ座標位置が求まる。

【００８０】 Ｘｅ＝Ｘｍ＋ＢＬＴｘ−ΔＸwm ………（１１） Ｙｅ＝Ｙｍ＋ＢＬＴｙ−ΔＹwm ………（１２） 以上、本発明の実施例を説明したが、本実施例ではオフ
・アクシス・アライメント系ＯＷＡの静止座標系内での
検出中心点でも、干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ１の両測定軸が
直交するように定めてあるから、オフ・アクシス・アラ
イメント系ＯＷＡを用いた２次元のマーク位置検出に、
２つの干渉計ＩＦＸ、ＩＦＹ１の計測値を使うと、マー
ク検出時のウェハステージＷＳＴの座標、位置Ｘｍ、Ｙ
ｍ、及びマーク位置のずれ量ΔＸｐ、ΔＹｐにはアッベ
誤差が含まれないことになる。

【００８１】従って、オフ・アクシス・アライメント系
ＯＷＡを使ってウェハマークや基準マークを検出すると
きには、投影レンズＰＬに対してアッベ条件を満す干渉
計ＩＦＹ２ではなく、アライメント系ＯＷＡに対してア
ッベ条件を満す干渉計ＩＦＹ１を使うことが重要であ
る。尚、オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡのベー
スライン計測に基準板ＦＰの位置をサーボロックする手
段として、レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２と基準マーク
ＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂを同時に検出するＴＴＲアライメン
ト系を用い、これによって検出される位置ずれ量が常に
所定値になるようにウェハステージＷＳＴをサーボ制御
してもよい。

【００８２】次に、本実施例の変形例について述べる。
先の図１３、１４で述べたシーケンス中のステップ５０
８〜５１２では、ＴＴＲアライメント系１Ａ、１Ｂを使
ってレチクルアライメントを完全に達成するようにした
が、その動作はある程度省略することが可能である。図
２にも示したように、本実施例の装置では、レチクルＲ
のＸ、Ｙ、θ方向の位置ずれを干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、
ＩＲθで逐次モニターしているため、ステップ５０４の
ＩＦＳ方式のサーチ動作によって、レチクルマークＲＭ
１、ＲＭ２の夫々の投影点座標をウェハステージ側の干
渉計で検出したら、その座標値に基づいて演算によって
レチクルＲのＸ、Ｙ、θ方向の設計上の配置からのずれ
量を求め、そのずれ量が補正されるようにレチクル側の
干渉計を頼りにレチクルステージＲＳＴを微動させても
よい。この場合、レチクル側の干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、
ＩＲθの計測分解能が十分に高い（例えば０．００５μ
ｍ）とすれば、レチクルＲの位置決めは極めて正確に行
なわれることになる。

【００８３】また本実施例で使用したオフ・アクシス・
アライメント系ＯＷＡは、ウェハステージＷＳＴが静止
した状態でマーク検出を行なう静止型アライメント方式
であったが、ＬＳＡ方式のＴＴＬアライメント系、又は
ＩＦＳ方式のように、ウェハステージＷＳＴが移動する
ことでマーク検出を行なう走査型アライメント方式にし
ても同様の効果が得られる。例えばオフ・アクシス・ア
ライメント系ＯＷＡを、レーザビームのスポットをスリ
ット状にしてウェハＷへ投射し、ウェハ上のマークをス
テージＷＳＴの走査によって検出する方式にした場合、
基準板ＦＰ上の基準マークＦＭ１がそのビームスポット
を横切るようにウェハステージＷＳＴを移動させたと
き、同時に発光マークＩＦＳがレチクルマークＲＭ１、
又はＲＭ２を走査するように、基準板ＦＰ上の各マーク
の配置を定めればよい。

【００８４】さらにオフ・アクシス・アライメント系Ｏ
ＷＡにＬＩＡ方式を組み込み、基準板ＦＰ上の基準マー
クＦＭ１をマークＬＩＭｘ、ＬＩＭｙと同じ回折格子に
しておくと、オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡに
よって検出される基準マークＦＭ１が、オフ・アクシス
・アライメント系内のＬＩＡ用の基準格子に対して常に
アライメントされるように、位相差計測回路の検出結果
に基づいてウェハステージＷＳＴをサーボロックするこ
とができる。この場合は、オフ・アクシス・アライメン
ト系ＯＷＡの検出中心を基準マークＦＭ１の中心に精密
に合致させた状態で、ＴＴＲアライメント系１Ａ、１Ｂ
によって基準マークＦＭ２Ａ、ＦＭ２Ｂとレチクルマー
クＲＭ１、ＲＭ２との各位置ずれ量を求めるだけで、ベ
ースライン量を算出することができる。この場合、ＴＴ
Ｒアライメント系で検出した位置ずれ量は、ベースライ
ンの誤差量であり、この値がメモリに記憶される。

【００８５】また、ＴＴＬアライメント系として、ＣＣ
Ｄカメラを用いてウェハ上、又は基準板ＦＰ上のマーク
像と、ＴＴＬアライメント系の光路内に設けた指標マー
クの像との両方を撮像し、その位置ずれ量を検出するこ
とで、マークの位置検出を行なう方式を使用してもよ
い。この方式の場合は、ＴＴＬアライメント系の光路中
の指標マークの中心点（検出中心点）のウェハ側への投
影点と、レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２の中心（又はレ
チクルの中心ＣＣ）の投影点との間でもベースライン量
を管理すればよい。

【００８６】ところで、本実施例に示したＩＦＳ方式
は、専らステージスキャン、すなわち走査型アライメン
ト方式として説明したが、静止型アライメント方式にす
ることもできる。そのためには、基準板ＦＰ上の発光マ
ークＩＦＳをスリット状から矩形状の発光面に変更し、
図６に示したレチクルマークのダブルスリットＲＭ１ｙ
（又はＲＭ１ｘ）の直下にダブルスリットの幅よりも十
分大きな矩形状の発光面を位置決めし、レチクルＲの上
方からＴＴＲアライメント系等を使ってマークＲＭ1y
（又はＲＭ1x）の部分をＣＣＤカメラ等で撮像するよう
にすれば、図１５（Ｂ）で示した波形と同等の波形をも
つ画像信号を得ることができる。この際、指標となるマ
ークがＴＴＲアライメント系内にない場合は、ＣＣＤカ
メラの特定の画素位置を基準としてダブルスリットマー
クＲＭ１ｙ（又はＲＭ１ｘ）のずれ量を求めることもで
きる。またこの方式では、レチクルマークＲＭ１（又は
ＲＭ２）の中心の投影点は、そのずれ量と、矩形状の発
光面を位置決めしたときのウェハステージＷＳＴの座標
値とに基づいて算出される。尚、図１９に示すように、
矩形状の発光面ＰＩＦの一部に、ダブルスリットマーク
ＲＭ１ｙ（ＲＭ１ｘ）とのずれ量を計測するための遮光
性のスリットパターンＳＳＰを設けておき、ＴＴＲアラ
イメント系のＣＣＤカメラによって発光面ＰＩＦを撮像
し、ダブルスリットマークＲＭ１ｙによる暗線とスリッ
トパターンＳＳＰによる暗線との位置ずれ量を求めても
よい。

【００８７】図１８は、ウェハステージＷＳＴ上の基準
板ＦＰの配置とオフ・アクシス・アライメント系の配置
との変形例を示し、オフ・アクシス・アライメント系の
対物レンズ４Ｂの位置を同図中の紙面内で投影レンズＰ
Ｌの下にした場合の構成図である。この位置は装置本体
の正面側であり、ウェハのローディング方向にあたる。
図１８中の符号のうち、ウェハステージＷＳＴの位置測
定の干渉計ＩＦＹ、ＩＦＸ１、ＩＦＸ２をのぞいて、他
は図３のものと同じである。図１８の場合、投影レンズ
ＰＬの光軸位置と、オフ・アクシス・アライメント系Ｏ
ＷＡの検出中心（ほぼ対物レンズ４Ｂの光軸位置）とを
結ぶ線分は、Ｙ軸と平行になるため、Ｙ方向の干渉計Ｉ
ＦＹは１本とし、Ｘ方向の干渉計ＩＦＸ１、ＩＦＸ２を
２本とした。これに合わせて、基準板ＦＰ上の各マーク
配置を変更し、基準マークＦＭ１と基準マークＦＭ２の
各中心点を結ぶ線分をＹ軸と平行にしてある。

【００８８】この図１８に示した場合も、オフ・アクシ
ス・アライメント系ＯＷＡによってウェハ上のマーク、
又は基準マークＦＭ１等を検出するときは、アッベ条件
を満足している干渉計ＩＦＸ１とＩＦＹを用い、露光時
のウェハステージ位置決めには、干渉計ＩＦＸ２、ＩＦ
Ｙを用いる。すなわち、オフ・アクシス・アライメント
系ＯＷＡによってマーク検出を行なったときに干渉計Ｉ
ＦＸ１で計測されるのでＸ方向の位置座標値は、干渉計
ＩＦＸ２で計測される位置座標値と対応付けられる。こ
の対応付けは、図３に示した干渉計ＩＦＹ１、ＩＦＹ２
の間でも同様に行なわれる。

【００８９】ところで、以上に例示したベースライン計
測の動作は、図１３、図１４に示したように、精密なレ
チクルアライメントが終了した後に行なわれているが、
レチクルをラフにアライメントした段階でベースライン
計測を行なうようにしてもよい。例えば、図１３中のス
テップ５０４、又は５０６によって、レチクルマークＲ
Ｍ１、ＲＭ２がＴＴＲアライメント系１Ａ、１Ｂによっ
て検出可能な位置にくるまで、ＳＲＡ方式、又はＩＦＳ
方式でレチクルをラフにアライメントする。その後、図
１３中のステップ５０８と図１４中のステップ５２２と
を同時に実行して、基準マークＦＭ２Ａとレチクルマー
クＲＭ１との位置ずれ量（ΔＸＲ１、ΔＹＲ１）、基準
マークＦＭ２ＢとレチクルマークＲＭ２との位置ずれ量
（ΔＸＲ２、ΔＹＲ２）、及び基準マークＦＭ１とオフ
・アクシス・アライメント系の指標マークとの位置ずれ
量（ΔＸＦ、ΔＹＦ）を求める。

【００９０】このとき、基準板ＦＰは干渉計モード、又
はＬＩＡモードでサーボロックされるが、ウェハステー
ジＷＳＴの微動を考慮して、ＴＴＲアライメント系、オ
フ・アクシス・アライメント系の夫々による位置ずれ量
検出は何回か繰り返し実行し、その平均値を求めるよう
にする。この平均化によって、ランダムに発生する誤差
量は減少する。こうして、各位置ずれ量が求まると、後
は計算によってレチクルＲの中心ＣＣ（又はマークＲＭ
１、ＲＭ２）の投影点とオフ・アクシス・アライメント
系ＯＷＡの検出中心点との相対位置関係がわかる。さら
に、この状態におけるレチクルステージＲＳＴの位置
（ラフ・アライメント位置）を、干渉計ＩＲＸ、ＩＲ
Ｙ、ＩＲθの計測値から読み取って記憶しておく。この
読み取りについても、平均化を行なうのが望ましい。そ
して、先に計測した位置ずれ量（ΔＸＲ１、ΔＹＲ
１）、（ΔＸＲ２、ΔＹＲ２）、（ΔＸＦ、ΔＹＦ）と
予め設定されている定数値とに基づいて、オフ・アクシ
ス・アライメント系ＯＷＡの検出中心点が基準マークＦ
Ｍ１の中心と一致し（ΔＸＦ＝０、ΔＹＦ＝０）したと
きに生ずるべき、レチクルの中心ＣＣの投影点と基準マ
ークＦＭ２の中心点（マークＦＭ２ＡとＦＭ２Ｂとの間
の２等分点）との位置ずれ量（Ｘ、Ｙ、θ方向）を算出
する。その後、この位置ずれ量だけレチクルステージＲ
ＳＴを、記憶しておいたラフ・アライメント位置から干
渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、ＩＲθを頼りに微動させる。こう
してレチクルＲはオフ・アクシス・アライメント系ＯＷ
Ａの検出中心に対して精密にアライメントされ、以後、
主制御系１１４は図１４のステップ５２４からのシーケ
ンスを続ける。

【００９１】以上の通り、レチクルステージＲＳＴ（す
なわちレチクルＲ）の位置変化量を比較的長い範囲（例
えば±数mm）に渡って高精度に計測できるセンサー（干
渉計、又はアライメント系）がある場合は、ラフ・アラ
イメント位置を記憶するとともに、ベースライン計測の
ための各基準マーク検出の動作を行ない、その後にレチ
クルＲをファイン・アライメントすることができ、図１
３、１４のシーケンスよりもスループットを向上させる
ことができる。

【００９２】本発明の実施例では、ＬＩＡ方式のＴＴＬ
アライメント系を基準板ＦＰのサーボロック用として使
ったが、このＬＩＡ方式のＴＴＬアライメント系自体に
関しても、レチクルＲの中心ＣＣとの間でベースライン
管理を行なう必要がある。ウェハＷ上のマークを検出す
る際にＬＩＡ方式のＴＴＬアライメント系を使うものと
すると、ＴＴＲアライメント系１Ａ、１Ｂで検出される
レチクルマークＲＭ１、ＲＭ２と基準マークＦＭ２Ａ、
ＦＭ２Ｂの夫々とが精密に合致したときに、ＬＩＡ方式
のＴＴＬアライメント系１Ａ、１Ｂで検出されるマーク
ＬＩＭｘ、ＬＩＭｙの夫々の位相誤差Δφｘ、Δφｙ
を、レチクルＲの中心ＣＣに対するベースライン誤差量
の相当分として記憶しておけばよい。

【００９３】以上の実施例で説明した露光装置は、レチ
クルＲ上のパターン領域ＰＡの投影像を、ステップ・ア
ンド・リピート方式でウェハＷ上に露光するステッパー
であったが、本発明はレチクルとウェハとを投影光学系
の光軸と垂直な方向に同時に走査するステップ・スキャ
ン方式の露光装置においても同様に適用できる。また、
ＳＯＲ等のＸ線源を用いたＸ線アライナー、Ｘ線ステッ
パー等にも同様の位置合わせシステムを適用することが
できる。

【００９４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、基板ステージの
各種精度に左右されずにベースライン計測が行なわれる
ので、ベースライン計測の精度向上が期待できる。ま
た、レチクル（マスク）のアライメントとベースライン
計測とをほぼ同時に実行できること、マスクのローテー
ション誤差（θ方向の誤差）をチェックするためにステ
ージを移動させたり、ベースライン計測のためにステー
ジを移動させたりする必要がないこと等から、トータル
の処理速度が向上するといった効果も得られる。さら
に、本発明によれば、レチクルアライメントとベースラ
イン計測とがほぼ同時に可能であることから、ウェハ交
換毎にベースライン計測を行なうシーケンスを組んだと
しても、スループットを悪化させることはなく、ベース
ラインの長期ドリフトや、レチクルへの露光光の照射に
よるレチクルホルダーの位置ドリフト等を高速に確認し
て補正することができる。

【００９５】また実施例によれば、ＴＴＬアライメント
系、又はＴＴＲアライメント系（第２マーク検出手段）
を使って基準板の位置をサーボロックした状態で、基準
板上のマークをオフ・アクシス・アライメント系（第１
マーク検出手段）で検出してベースライン計測するた
め、従来のように基板ステージの位置計測用の干渉計を
使うことがなく、干渉計の光路の空気ゆらぎ（屈折率ゆ
らぎ）による影響で生ずる計測誤差が低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の投影露光装置におけるベースライン計測
の様子を示す図。

【図２】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す斜視図。

【図３】ウェハステージ上の基準マーク板の配置を示す
平面図。

【図４】基準マーク板上の各種マークの配置を示す平面
図。

【図５】投影レンズのイメージフィールド、レチクルパ
ターン、及び基準マークの配置関係を示す平面図。

【図６】レチクルアライメントマークの形状の一例を示
す図。

【図７】ＴＴＲアライメント系の構成を示す図。

【図８】ＴＴＬアライメント系の構成を示す図。

【図９】オフ・アクシス・アライメント系の指標板のパ
ターン配置を示す図。

【図１０】オフ・アクシス・アライメント系の構成を示
す図。

【図１１】オフ・アクシス・アライメント系によって検
出される基準マーク板上の基準マークのパターン例を示
す図。

【図１２】ＴＴＲアライメント系、ＴＴＬアライメント
系の夫々で検出される基準マークのパターン例を示す
図。

【図１３】本装置のベースライン計測の動作の前半を示
すフローチャート図。

【図１４】本装置のベースライン計測の動作の後半を示
すフローチャート図。

【図１５】アライメント系によって得られる信号波形の
一例を示す波形図。

【図１６】ベースライン演算に必要とされるパラメータ
を表にまとめた図。

【図１７】ウェハ上のショット配列とマーク配列とを示
す平面図。

【図１８】オフ・アクシス・アライメント系の他の配置
を示す平面図。

【図１９】基準マーク板上の発光マークの他のパターン
例を示す図。

【符号の説明】

Ｒ レチクル Ｗ ウェハ ＰＬ 投影レンズ ＲＳＴ レチクルステージ ＷＳＴ ウェハステージ １Ａ、１Ｂ ＴＴＲアライメント系 ２Ｘ、３Ｘ Ｘ方向用ＴＴＬアライメント系 ２Ｙ、３Ｙ Ｙ方向用ＴＴＬアライメント系 ＯＷＡ オフ・アクシス・アライメント系 ＦＰ 基準板 ＦＭ１ オフ・アクシス・アライメント系用の基準マー
ク ＦＭ２ ＴＴＲアライメント系用の基準マーク ＩＦＸ、ＩＦＹ ウェハステージ用のレーザ干渉計 ＲＭ１、ＲＭ２ レチクルマーク

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】露光装置及び方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光すべきパターンとアライメント用の
   複数のマークとを有するマスクを保持して、移動可能な
   マスクステージと、前記マスクのパターンが露光される
   被露光領域に対して一定の位置関係で設けられた複数の
   マークを有する感光基板を保持して移動可能な基板ステ
   ージと、前記マスクのパターンを前記感光基板の被露光
   領域に結像投影するための投影光学系と、該投影光学系
   の投影視野の外側であって、該投影光学系の光軸から一
   定間隔だけ離れた第１位置に検出中心を有し、前記感光
   基板上のマークを光学的に検出可能な第１のマーク検出
   手段と、前記マスクの複数のマークのうち、前記投影光
   学系の視野内のほぼ一定した第２位置に存在する特定の
   マークを光学的に検出する第２のマーク検出手段とを備
   えた投影露光位置において、 前記基板ステージの一部に設けられ、前記第１のマーク
   検出手段によって検出可能な第１基準マークと、前記投
   影光学系を介して前記第２のマーク検出手段によって検
   出可能な第２基準マークとを、前記第１位置と第２位置
   の間隔に応じた一定の位置関係で並設した基準マーク板
   と；前記第２のマーク検出手段によって前記第２基準マ
   ークが検出されるように、前記基板ステージを位置決め
   する第１位置決め手段と；前記第２のマーク検出手段に
   よって前記マスクの特定のマークと前記第２基準マーク
   との両方を検出し、該２つのマークが所定の位置関係に
   なるように前記マスクステージを位置決めする第２位置
   決め手段と；前記第１のマーク検出手段によって前記検
   出中心と前記第１基準マークとの位置ずれ量を検出し、
   該位置ずれ量をベースライン誤差量として記憶する記憶
   手段とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 露光すべきパターンとアライメント用の
   マークとを有するマスクを保持して２次元に移動可能な
   マスクステージと、前記マスクのパターンを所定の被転
   写面上に結像投影するための投影光学系と、前記マスク
   のパターンが露光される被露光領域とアライメント用の
   マークとを有する感光基板及び基準マークを有する基準
   板を保持して、前記被転写面に沿って２次元移動させる
   基板ステージと、前記投影光学系の投影視野の外側の所
   定位置に検出中心を有し、前記感光基板のマーク、又は
   前記基準板の基準マークと前記検出中心との位置関係を
   検出する第１マーク検出手段と、前記投影光学系の投影
   視野内の所定位置に検出領域を有し、該検出領域内で前
   記マスクのマークと前記基準板の基準マークとの相対位
   置関係を検出するための第２マーク検出手段とを備えた
   投影露光装置において、前記基準板は、前記第１マーク
   検出手段によって検出可能な第１基準マークと、前記第
   ２マーク検出手段によって検出可能な第２基準マークと
   を、前記被転写面上における前記第１マーク検出手段の
   検出中心と前記第２マーク検出手段の検出領域との間隔
   に応じた一定の位置関係で並設して成り；前記第１基準
   マークが前記第１マーク検出手段によって検出されると
   ともに、前記第２基準マークが前記第２マーク検出手段
   によって検出されるように、前記基板ステージの移動を
   制御する基板ステージ制御手段と；前記第１マーク検出
   手段によって検出される前記検出中心と前記第１基準マ
   ークとの位置関係、前記第２マーク検出手段によって検
   出される前記マスクのマークと前記第２基準マークとの
   位置関係、及び前記第１基準マークと第２基準マークと
   の位置関係に基づいて、前記被転写面における前記マス
   クのマークの位置と前記第１マーク検出手段の検出中心
   の位置との間隔をベースライン量として計測する計測手
   段とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
3. 【請求項３】 マスクのパターンを感光基板上に結像投
   影するための投影光学系と、前記マスクを該投影光学系
   の光軸とほぼ垂直に保持するマスクステージと、前記感
   光基板を前記光軸とほぼ垂直に保持する基板ステージ
   と、前記マスクステージと前記基板ステージとを前記光
   軸とほぼ垂直な方向に相対的に移動させる駆動手段と、
   前記投影光学系の外側に固設され、前記感光基板に付設
   されたマークを検出するオフ・アクシス方式の第１アラ
   イメント系と、前記投影光学系の投影視野内の所定位置
   に検出領域を有し、該検出領域内で前記投影光学系の像
   面に位置した物体のパターンを前記投影光学系を介して
   検出する第２アライメント系とを備え、前記第１アライ
   メント系の所定の検出中心点と前記第２アライメント系
   の検出領域内の所定の基準点との相対位置関係をベース
   ラインとして計測する投影露光装置において、 前記基板ステージ上に固設され、前記第１アライメント
   系の検出中心点と前記第２アライメント系の基準点との
   設計上の間隔に応じた一定の位置関係で配置された第１
   基準マークと第２基準マークとが付設された基準板と；
   前記第１アライメント系によって前記第１基準マークが
   検出されるのと同時に、前記第２アライメント系によっ
   て前記第２基準マークが検出されるように、前記駆動手
   段を制御する制御手段と；前記第１アライメント系で検
   出される前記第１基準マークの検出位置、前記第２アラ
   イメント系で検出される前記第２基準マークの検出位
   置、及び前記第１基準マークと第２基準マークの配置関
   係に基づいて、前記ベースラインを計測する計測手段と
   を備えたことを特徴とする投影露光装置。