JPS63107139A - 感光基板のアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ウェハを２次元移動ステージ上に位置決めす
るアライメント方式、特に、そのステージ上に載置され
たウェハのフラットの位置および方向を定めてステージ
に対して位置合せを行うプリアライメント方式に関する
。

（従来技術） 近年、ＬＳＩやＶＬＳ　Ｉ等のパターンの微細化に伴い
、これを製造するのに適する露光装置として縮小投影型
露光装置が多く用いられている。この縮小投影型露光装
置は、マスク原板（以下「レチクル」と称する。）上の
パターンの像を投影レンズを用いてウェハ上に縮小投影
するもので、その露光装置においては、２次元的に移動
する移動ステージ（以下単に「ステージ」と称する。）
を一定量づつ歩進（ステッピング）させながら、縮小投
影を繰り返して行い、ウェハの全面に多数のパターンを
マトリックス状に転写する、いわゆるステップ・アンド
リピート法が用いられている。

この場合、１個のＬＳＩ等を製造するには、数層以上の
パターンがウェハ上に順次重ね合わされて形成されるの
で、異なる眉間のパターンの重ね合わせ誤差（回転を含
む位置ずれ）を一定値以下にしなければ、層間の導電ま
たは絶縁状態が意図するものにならず、ＬＳＩ等は機能
を果し得なくなる。例えば、１μｍの最小線幅の回路に
対しては、せいぜい０．２μｍ程度までの位置ずれしか
許されない。

そのため、この種の露光装置には、ウェハ上に転写形成
されたアライメントマークを光電的に検出してウェハと
投影像との位置合わせを行う、いわゆるファインアライ
メント光学装置が組み込まれている。

しかし、このファインアライメント光学装置は、゛アラ
イメントマークを照射するスポット光の投射範囲が極め
て狭いため、そのスポット光の投射光軸近傍にアライメ
ントマークが無いときは、ウェハを大きく移動して広い
領域をサーチしなければならず、アライメントマークの
サーチに多くの時間を要する。このサーチ時間を短縮す
るためには、ウェハがステージに載置されたときに、ウ
ェハのアライメントマークがファインアライメント光学
装置の少なくとも視野（検出領域）内に無ければならな
い。そのため、ウェハの搬送途中に設置されたプリアラ
イメント装置を用いて搬送装置に対する位置規正（回転
方向を含む。）を行い、さらにステージ上に載置したと
きに、ステージ側において再びウェハの直線的切欠き（
以下「フラット」と称する。）を基準としてプリアライ
メントを行う位置決め装置が、例えば特開昭６０−２３
９０２４号公報によって開示され、既に公知である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来公知の位置決め装置は、ステー
ジ上のウェハホルダーのウェハ載置面から突出して、ウ
ェハのフラットおよび外周面と接触可能な複数個のロー
ラが設けられ、ウェハホルダーに載置されたウェハが、
そのローラによって、ステージに対して位置決め（フラ
ットの方向を含む）されるように構成されている。その
ため、ウェハに接触するローラやそのローラを移動させ
るローラ移動手段のように、位置ずれ補正のための専用
の装置を設けなければならず、ステージの構成が複雑な
ものとなる。そのうえ、ウェハの搬入、顕出の際には、
突出したローラ部分を回避してウェハを移動しなければ
ならず、搬送手段の動きにも特別な配慮がなされなけれ
ばならない。また、ローラによる機械的補正の代りに、
ステージ上に多数の光電検出装置を設け、これによりウ
ェハの位置およびフラットの方向を検出することも考え
られるが、ウェハホルダーの周囲に多数の専用の光電検
出装置を設けなければならず、露光装置がさらに複雑な
構成のものとなる欠点が有る。

本発明は、上記のようにステージ例に特別な位置決めの
装置を設けること無く、極めて正確にウェハのアライメ
ントを行うことができる新規なプリアライメント方式を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決する為の手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、（１）
、先ず、公知のプリアライメント装置によってウェハの
位置とフラットの方向とが規正されたウェハを２次元移
動可能なステージヘ搬送して、フラットの方向がステー
ジの一方の移動方向Ｘにほぼ平行するようにそのウェハ
をステージ上に載置し、（２）、次に、ステージと共に
そのウェハを移動して、露光装置に設けられた露光位置
検出装置から、例えば露光用の投影レンズを介して投射
される光スポットをもって、Ｘ方向に互に離れた少なく
ともフラット上の２点をそれぞれｙ方向に走査する。（
３）、走査されたそれぞれの２点から発する光情軸を前
記の露光位置検出装置で検出して、ステージの移動方向
Ｘに対するフラットの回転偏位角を求め、（４）、次に
、その回転偏位角だけウェハを偏位方向とは逆方向に回
転させる。

以上のステップによって、ステージ上でのウェハのプリ
アライメントを行うことを、本発明は技術的要点として
いるものである。

（作用） 上記のステップのうちの第１ステツプにおいて、ステー
ジ（８）上には従来装置のようなガイドやローラーのよ
うな突出部材が設けられていないので、ウェハ（７）の
載置は極めて容易である。しかし、ステージ（８）に載
置されたウェハ（７）は、搬送途中のプリアライメント
装置から搬送アームに受は渡される時と、その搬送アー
ムによってステージ（８）上に載置される時との２回の
受渡しの際に、ステージ（８）に対するフラット（Ｆ）
の位置およびステージ（８）の一方の移動方向（Ｘ）に
対するフラットの平行度が狂い、ウェハ毎にその位置お
よび平行度はステージ（８）に対して不揃いとなる。こ
のように安定しない状態でのフラット（Ｆ）を基準とし
て第１層目の露光（ステップ・アンド・リピート露光）
を行うと、極端な不揃いの場合第２Ｎ目からは、ファイ
ンアライメント検出系によってウェハ上のアライメント
マークを検出することが困難となる。

そこで、ステージ（８）に載置されたウェハ（７）を再
びプリアライメントするために、第２ステツプにおいて
、例えば投影レンズを介して射出される露光位置検出装
置（２１〜３１）からの光スポット（ＬＡ）をもって、
フラット（Ｆ）をＸ方向に走査し、第３ステツプにおい
て、Ｘ方向に所定量線れた２点から発する光情報を検出
して、その２点のＸ方向の位置の差を求め、その位置の
差とＸ方向の離間距離とからＸ方向に対するフラット（
Ｆ）の回転偏位角を求める。このフラット（Ｆ）の位置
検出においては、ウェハ（７）の上面とステージ（ウェ
ハホルダー９を含む）の上面ととの間にはウェハ（７）
の厚みだけ大きい段差すなわち光スポット（ＬＡ）の焦
点深度よりもはるかに大きな段差が有り、光スポット（
ＬＡ）がフラット（Ｆ）と交差する際には、その境界（
フラットの端縁）において検出信号が明確に変化する。

従って、ウェハ（７）面上のパターンからの検出信号と
は明確に区別できる。しかも、そのフラットの位置を無
接触で、しかもファインアライメント用の露光位置検出
装置にて検出するのであるから、フラット（Ｆ）を傷付
けることも無く高い精度で位置検出が可能となる。従っ
て、この検出位置に基づいて行われる回転偏位角の検出
も高い精度で求めることができる。

次に、第４ステツプ（このステップは必ずしも必要では
ないが）において、その回転偏位角だけウェハ（７）を
偏位方向とは逆方向に回転して、フランｌ−（Ｆ）の方
向をステージ（８）の移動方向に合わせる。上記のプリ
アライメント方式の実施によって、第２Ｎ以降の露光に
対するファインアライメントの際、ウェハ上のアライメ
ントマークの検出を容易且迅速に行うことが可能となる
。

（実施例） 次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。

第１図は、本発明の実施に好適な縮小投影型露光装置を
用いてプリアライメントを行っている状態を示す傾斜図
で、第２図は第１図の縮小投影型露光装置の構成を説明
するための概略構成図である。

第２図において、露光用光源１からの照明光は集光レン
ズ２、シャッタ３、コンデンサーレンズ４を介してレチ
クル（拡大回路パターンを有するマスク）５を均一に照
明する。照明されたレチクル５のパターン像は、投影レ
ンズ６によって、１１５乃至１／１０に縮小されてウェ
ハ７上に投影される。ウェハ７は、ｘ、Ｘ方向に移動可
能なステージ８に設けられ且つ回転および上下動可能な
ウェハホルダー９上に真空吸着されている。ウェハホル
ダー９は、第１図に示すように、ステージ８上に設けら
れた回転補正用駆動モーター１０によって回転駆動され
る。また、ステージ８のＸ方向の移動は、第１図に示す
Ｘ方向駆動モーター１１の駆動によって行われ、Ｘ方向
の移動は、Ｘ方向駆動モーター１２の駆動によって行わ
れる。さらに、ステージ８の直交する２辺には、第１図
に示すように、反射面がＸ方向に伸びたミラー１３と、
反射面がＸ方向に伸びたミラー１４とがそれぞれ固設さ
れている。レーザー光波干渉測長器（以下単に「レーザ
ー干渉計」と略称する。）１５は、ミラー１４にレーザ
ー光を投射し、その反射光を受光してステージ８のＸ方
向の位置（または移動量）を検出し、レーザー干渉計１
６は、ミラー１３にレーザー光を投射し、その反射光を
受光してステージ８のＸ方向の位置（または移動量）を
検出するように構成されている。

フランＩ−Ｆがステージ８の移動方向Ｘとほぼ平行する
ようにウェハホルダー９上に載置されたウェハ７の上面
には、レチクル５のパターンとアライメントマークとが
投影レンズ６を介して焼付けされて、第３図に示すよう
に、例えば第１層目の回路パターン（パターン露光領域
を方形Ｃ１、Ｃ２・・・・・・ＣＩ、にて示す。）がマ
トリックス状に整列して形成され、各パターン露光領域
外の周辺に回折格子パターン（第４図参照）の複数のア
ライメントマーク５ＹＩ１、ＳＸｌ、およびＧＹ、、Ｇ
ａ４が形成されている。各パターン露光領域Ｃ７の中心
Ｐ７からＸおよびＸ方向に伸びたアライメントマーり５
ＹｆｉとＳＸ、とは、後述の露光位置検出装置（２１〜
３１．４１）にて検出され、アライメントマークＳ　Ｘ
　＋を挟んで設けられたアライメントマークＧＹ、、、
Ｇθイは後述のグローバルアライメント検出系（５１〜
６４Ａ、６４Ｂ）にて検出される。

なお、レーザー干渉計１５．１６から出力されるステー
ジ８の位置信号は、主制御回路１７に送られ、また、駆
動モーター１１．１２は、その主制御装置２０からの制
御信号によって制御される。

なお、ウェハホルダー９を含むステージ８にＲ置される
ウェハ７は、搬送アーム１８　（第１図参照）によって
、図示されないプリアライメント装置から搬送される。

次に、この縮小投影型露光装置に設けられた、ウェハ７
の位置合わせ（アライメント）のために投影レンズを通
してウェハ７上のアライメントマークｓｙｎ、ｓｘ、を
検出するＴＴＬ方式の露光位置検出装置（以下「ステッ
プ、アライメント検出系」と称する。）と、投影レンズ
６と並列に設けられた一対の対物レンズ６１Ａ、６１Ｂ
を通してアライメントマークＧＹ、　、Ｇａ４を検出す
るオフ・アクシス方式のグローバル・アライメント検出
系との両ファインアライメント検出系の構成について詳
しく説明する。

ＴＴＬ方式のステップ・アライメント検出系には、ウェ
ハ７上の感光層を感光させない波長の光が用いられ、そ
のレーザー光源２１からのレーザー光束は、第１図およ
び第２図に示すように、ビームイクスパンダー２２、シ
リンドリカルレンズ２３を通過した後、ビームスプリッ
タ−２４によって互いに直交する２光束に分割される。

分割された一方の光束は、反射鏡２５Ａ、半透過鏡２６
Ａ、集光レンズ２７Ａ、反射鏡２８Ａを介して、視野絞
り２９Ａの位置にＸ方向に長く伸びた楕円形光スポット
を結ぶ。さらに、視野絞り２９Ａを通過したレーザー光
束は、反射鏡３０Ａにて反射されて、投影レンズ６の瞳
６Ｐ（第２図参照）を通り、ウェハ７上にＸ方向に長く
伸びた楕円形の光スポットＬＡとして第４図に示すよう
に再結像される。ウェハ７からの光スポットＬＡの反射
光（正反射光、乱反射光、回折光を含む。）は、投影レ
ンズ６に逆入射して、反射鏡３０Ａ、視野絞り２９Ａ、
反射鏡２８Ａ、集光レンズ２７Ａを通り、半透過鏡２６
Ａにて反射されて、後で詳しく述べられる光電検出部３
１に入射する。なお、反射鏡２５Ａ乃至３０Ａおよび光
電検出部３１をもってＴＴＬ方式によるＸ方向のステッ
プ・アライメント検出系を構成する。

また、ビームスプリッタ−２４によって分割された他方
のレーザー光束は、第１図に示すように、反射ｔｊ１２
５Ｂ、半透過鏡２６Ｂ、集光レンズ２７Ｂ、反射鏡２８
Ｂを介して、視野絞り２９Ｂの位置にＸ方向に長く伸び
た楕円形の光スポットを結び、この視野絞り２９Ｂを通
過したレーザー光束は、反射鏡３０Ｂにて反射された後
、投影レンズ６の瞳６Ｐ（第２図参照）を通り、Ｘ方向
に長く伸びた楕円形の光スポットＬＢとしてウェハ７と
同一の面上に投射される。この光スポラ）ＬＢによるウ
ェハ７からの反射光（正反射光、散乱光、回折光等を含
む）は、投影レンズ６に逆入射し、反射鏡３０Ｂ、視野
絞り２９Ｂ、反射鏡２８Ｂ、集光レンズ２７Ｂを通り、
半透過鏡２６Ｂにて反射された後、光電検出部用と同様
に構成された光電検出部４１に入射する。なお、反射鏡
２５Ｂ乃至３０Ｂおよび光電検出部４１をもって、ＴＴ
Ｌ方式によるＸ方向のステップ・アライメント検出系が
構成される。

双方の光電検出部３１．４１から出力される検出信号は
主制御装置１７に送られ、レーザー干渉計１５．１６か
らの位置信号と協同して、アライメントマークＳＹｎ、
ＳＸ、によるウェハ７上の露光位置のアライメントのた
めに使われる。

次に、ＴＴＬ方式のステップ・アライメント検出系に並
設されたオフ・アクシス方式のグローバル・アライメン
ト検出系について説明する。

オフ・アクシス方式のグローバル・アライメント検出系
に用いられるレーザー光源５１にも、ウェハ７上の感光
剤が感光しない波長の光を発振するものが使用される。

レーザー光源５１からのレーザー光束は、ビーム・イク
スパンダー５２、シリンドリカルレンズ５３、ガルバノ
ミラ−５４、集光レンズ５５を介して、視野絞り５６の
位置に第２図に示すように上下に伸びた楕円形の光スポ
ットを結像する。この光スポットは、ガルバノミラ−５
４の回転振動に従って、紙面に垂直な方向（ｙ方向）に
単振動する。

視野絞り５６の位置に集束されたレーザー光は、レンズ
５７により平行光束となり、ビームスプリッタ５８によ
って２光束に分割され、分割された一方の光束は反射鏡
５９、半透過鏡６０Ａを介して第１対物レンズ６１Ａに
入射し、第１対物レンズ６１ＡはＸ方向に伸びた楕円形
の光スポットＬＹをウェハ７上に形成する。また、ビー
ムスプリッタ５８にて分割された他方の光束は、半透過
鏡６０Ｂを介して第２対物レンズ６１Ｂに入射し、第２
対物レンズ６１ＢもＸ方向に伸びた楕円形の光スポラｌ
−Ｌθをウェハ７上に形成する。この両光スポットＬＹ
、Ｌθは共に、ガルバノミラ−５４の回転振動に応じて
第２図中で紙面に垂直なｙ方向に単振動する。光スポラ
）ＬＹＳＬθによるウェハ７からの反射光（正反射光、
散乱光、回折光等）は、それぞれ半透過鏡６０Ａ、６０
Ｂを透過した後、空間フィルター６２Ａ、６２Ｂに達し
、必要な散乱光や回折光が選択され、それぞれ集光レン
ズ６３Ａ、６３Ｂを介して光電検出器６４Ａ５６４Ｂの
受光面に集光される。この光電検出器６４Ａ、６４Ｂは
、後で述べられるウェハ７上のマーク（例えばＧＹ７　
、Ｇａ４゜）からの回折光の光量に応じた光電信号を出
力する。なお、半透過鏡６０Ａ、第１対物レンズ６１Ａ
、空間フィルター６２Ａ、集光レンズ６３Ａおよび光電
検出器６４Ａをもってグローバル・Ｙアライメント検出
系が構成され、半透過鏡６０Ｂ、第２対物レンズ６１Ｂ
１空間フィルター６２Ｂ１集光レンズ６３Ｂおよび光電
検出器６４Ｂをもってクローバル・θアライメント検出
系が構成される。その光電検出器６４Ａ、６４Ｂの検出
信号は、共に主制御■装置１７（第１図参照）に送られ
る。

第５図は上記のＴＴＬ方式のステップ・アライメント検
出系による光スポットＬＡおよびＬＢと、オフ・アクシ
ス方式のグローバル・アライメント検出系によって形成
される光スポラＩ−ＬＹおよびＬＢの位置関係を示す平
面図である。第５図において、光軸ＡＸを原点とする座
標ｘｙを定めると、Ｘ軸とｙ軸とはそれぞれステージ８
の移動方向を表わす。光軸ＡＸを中心とする円形破線の
領域は、投影レンズ６のイメージ、フィールドｉｆを示
し、その内側の方形破線の領域は、レチクル５の有効パ
ターン領域の投影像Ｐｒを示す。光スポラ）ＬＡＳＬＢ
は、イメージ・フィールドｉｆ内で投影像Ｐｒの外側に
位置し、ＬＡはＸ軸に一致し、ＬＢはｙ軸に一致するよ
うに形成されている。

一方、光スポラ）ＬＹ、ＬＢの振動中心は、Ｘ軸からｙ
方向に距離Ｙ０だけ離れた、Ｘ軸に平行な線１１と一致
し、且つそのＸ方向の間隔ＤＸがウェハ７の直径より小
さい値になるように定められている。また、両光スポッ
トＬＹ、Ｌθは、ｙ軸に対して左右対称になるように配
置され、主制御装置１７　（第１図参照）は、光軸ＡＸ
の投影点に対する光スポットＬＹ、Ｌθの位置に関する
情報を記憶している。さらに、主制御装置２０は、光軸
ＡＸの投影点に対する光スポラ）ＬＡのＸ方向の中心位
置（距離Ｘ、）と、光スポラ）ＬＢのＸ方向の中心位置
（距離ｙ＋）に関する情報も記憶している。従って、こ
れ等の光スポットＬＹ。

ＬθおよびＬＡ、ＬＢにて、ウェハ７上のアライメント
マークを走査してその位置を検出すれば、投影光軸Ａｘ
のウェハ（７）上の位置を求めることができる。

第６図は、ＴＴＬ方式のステップ・アライメント検出系
の光電検出部３１．４１の一例を示す具体的構成図であ
る。両光霜検出部３１．４１は共に同一構成のものであ
るから、ここでは一方の光電検出部３１のみを示す。半
透過鏡２６Ａで反射されたウェハ７からの光は、ビーム
スプリッタ−７０にて２つに分割され、分割された一方
の光は、投影レンズ６の瞳と共役な位置に配置された空
間フィルター７１に入射し、その空間フィルター７１に
より散乱光Ｄ０のみが開ロアＬａ（７１ｂ）にて抽出さ
れ、集光レンズ７２を介して光電素子７３の受光面に集
光される。ビームスプリッタ−７０で分割された他方の
光は、投影レンズ６の瞳６Ｐと共役な位置に設けられた
空間フィルター７４に達し、ここで、回折光±Ｄのみが
開ロア４ａ、７４ｂを介して抽出され、その回折光±Ｄ
は２つの反射面７５ａ、７５ｂでそれぞれ反射され、一
方の回折光＋Ｄは集光レンズ７６ａを介して光電素子？
？ａの受光面上に集光される。また、他方の回折光−Ｄ
！集光レしズ７６ｂを介して光電素子７７ｂの受光面上
に集光される。

第７図および第８図は、それぞれ空間フィルター７１と
７４の形状を示す平面図である。第７図において、空間
フィルター７１の中心部にはウェハ７上の光スポラ１−
ＬＡと直交する方向に長く伸びた正反射光ＬＲ（破線に
て示す。）を遮断し、その正反射光ＬＲの長（伸びた方
向の外側に、散乱光Ｄ０を透過させる開ロア１ａ、７１
ｂが設けらている。この開ロア１ａ、７１ｂは正反射光
ＬＲを挟んで対称的に配置されている。本実施例ではこ
の空間フィルター７１によって、ウェハ７上の光スポッ
トＬＡがフラットＦの端縁に投射されたときに発生する
乱反射光の抽出、および光スポラ）ＬＢがウェハ７の左
右外周端縁に投射されたときに発生する乱反射光の抽出
が行なわれる。

従って、光電素子７３から、ウェハ７のフラットＦの端
縁の検出信号とウェハ７の左右外周端縁の検出信号との
雨検出信号ＳＣが主制御装置１７に送られる。

一方、第８図に示す空間フィルター６４も中心部は正反
射光ＬＲを遮断し、その正反射光ＬＲを挟んでその正反
射光ＬＲの長手方向に直交する方向に対称的な２個の開
ロア４ａ、７４ｂが設けられ、この開ロア４ａ、７４ｂ
を回折光±Ｄが通過するように構成されている。この開
ロア４ａ、７４ｂは、光スポットＬＡ、ＬＢがそれぞれ
アライメントマークＳＹ、ｌ、５Ｘｆｉに投射されたと
きに発生する例えば第３次までの回折光を受は入れるよ
うに、その形状、大きさが定められている。従って、光
電素子７７ａ、７７ｂから、ウェハ７上のアライメント
マークＳＹｌ、、ＳＸ、、をそれぞれ検出したとき出力
される検出信号ＳＡ、ＳＢが主制御装置１７に送られる
。

次に、光電素子７３．７７ａ、７７ｂからの各光電信号
ＳＡ、ＳＢ、ＳＣを入力する処理回路の一例を第９図に
より説明する。この処理回路は主制御装置１７に設けら
れたマイクロコンピュータやミニコンピユータ等の演算
処理部と協同して、ウェハ７上のアライメントマークＳ
Ｙ、　、ＳＸ。

（第３図参照）の位置の検出およびウェハ７の位置、特
にフラットＦの位置およびステージ８の移動方向に対す
る回転偏位角を検出する。

第６図中で、光電素子７７ａから出力される光電信号Ｓ
Ａは、第９図において、所定の増幅率を有するプリアン
プ８０によって増幅された後、利得制御アンプ（以下ｒ
ＡＧｃＪと称する。）８１に入力する。ＡＧＣ８１は、
予めセットされた利得で入力信号のレベルを調整して信
号Ｓ　Ａ　＋を出力する。一方、光電素子７７ｂから出
力される光電信号ＳＢは、同様にプリアンプ８２、ＡＧ
Ｃ８３によって信号ＳＢ、に変換される。加算回路８４
は、２つの信号ＳＡ、　、ＳＢ、をアナログ的に加算し
た信号ＳＤを出力し、この信号ＳＤをアナログ−デジタ
ル変換器（以下ｒＡＤＣＪと称する。

）８５はサンプリングして、その大きさくレベル）に対
応したデジタル値に変換する。ランダム、アクセス、メ
モリ回路（以下単にｒＲＡＭＪと称する。）８６はＡＤ
Ｃ８５でサンプリングされたデジタル値を指定された番
地（アドレス）に記憶する。ＡＤＣ８５のサンプリング
とＲＡＭ８６のアドレス指定は、共にレーザー干渉計１
５　（または１６）のパルス信号ＳＰによって行われる
。このパルス信号ＳＰは、ステージ８がＸ（またはｙ）
方向に単位量（例えば０．０２μｍ）移動するたびに１
パルスとなるようなパルス列であり、その１パルスに応
答してＡＤＣ８５の１回のサンプリングが行われ、ＲＡ
Ｍ８６のアドレスが１つだけ更新される。

また一方、第６図中で光電素子７３から出力される光電
信号ＳＣは、第９図においてプリアンプ８７、によって
増幅された後、ＡＧＣ８７によって予めセントされた利
得でレベルが調整される。

そのレベルが調整された信号Ｓ　Ｃ＋　は、ＡＤＣ８９
によってサンプリングされた後、ＲＡＭ９０にアドレス
順に記憶される。ＡＤＣ８９のサンプリングとＲＡＭ９
０のアドレスの更新も、レーザー干渉計１５（または１
６）からのパルス信号ＳＰのパルスに応答して行われる
。

マイクロコンピュータやミニコンピユータ等の演算処理
部（以下ｒＣＰＵＪと称する。）１００は、ＲＡＭ８６
、または９０からのデジタル情報（波形情報）およびレ
ーザー干渉計１５（または１６）で読み取ったステージ
８のｙ（またはＸ）方向の信号情報を入力して、アライ
メントマークＳＹ７、ＳＸ、、の位置およびウェハ７の
ステージ８に対するフラットＦの位置と回転偏位角の演
算処理をソフトウェアにより実行する。

次に、ウェハ７のアライメント動作について第１０図の
フローチャートに基づいて詳しく説明する。

ウェハ７の搬送途中に設けられた不図示のプリアライメ
ント装置によって、フラットＦの向きと位置とが規正さ
れたウェハ７は、搬送アーム１８によってプリアライメ
ント装置から搬出され、露光装置のステージ８のウェハ
ホルダー９上に載置（ローディング）される（ステップ
１ｏ１）。この場合ステージ８は、ウェハ７を載置し易
いように投影レンズ６の直下からｙ方向の所定位置まで
引き出される。しかし、載置されたウェハ７は、必ずし
もフラットＦの方向がステージ８の一方の移動方向又と
平行で且つ所定の位置に正確に置かれるとは限らない。

そこで、フラットＦの方向をステージ８の移動方向Ｘに
合わせるために、ステップ・アライメント検出系を用い
、投影レンズ６を介して投射される光スポットＬＡによ
るフラットＦの方向合わせ（Δθアライメント）が、ウ
ェハ７のｙ方向のアライメントとともに行われる（ステ
ップ１０２）。

このステップ１０２において、ウェハ７はステージ８に
載せられて投影レンズ６の直下に送り込まれ、さらに、
フランｌ−Ｆが第１図に示すように光スポットＬＡによ
って照射される位置までｙ方向に移動され、このウェハ
７のｙ方向の移動により例えばフラットＦの右端部が光
スポットＬＡによって走査される。その際、ウェハ７の
上面とステージ８　（ウェハホルダー９を含む）の上面
との間には、ウェハ７の厚さだけの段差があるため、光
スポットＬＡはフラットＦの端８！　（境界）からウェ
ハ外に出すとデフォーカス状態となり、そのフラットＦ
の端縁において発する光情報（正反射光、散乱光等）に
明確な変化が生じる。フラットＦから発する散乱光およ
び正反射光は、投射レンズ６に入射して、照射光の往路
を逆光し、半透過鏡２６Ａにて反射された後、光電検出
部３１に達するそのうちの散乱光は、第６図に示すよう
に、ビームスプリッタ７０にて反射された後、散乱光用
の空間フィルター７１によって抽出される。抽出された
散乱光は、光電素子７３の受光面に達し、光電変換され
て、散乱光の光量に応じた信号が光電素子７３から出力
される。この場合、その出力信号は光スポットＬＡがフ
ラットＦと一致したときに最大となる。その最大出力信
号に対応するステージ８のＸ方向の位置は、レーザー干
渉計１５のパルス信号でサンプリングされて、ＲＡＭ９
０（第９図参照）に記憶された波形をＣＰＵＩ　ＯＯが
演算処理することによって検出される。ＣＰＵ１００は
そのＸ方向の位置をステージ８のＸ方向の位置とともに
記憶する。

次に、ウェハ７をステージ８と共に第１１図に示す如く
Ｘ方向に所定距離ｌＸだけ移動した後再びＸ方向に移動
して、光スポットＬＡによってフラットＦの左端部をＸ
方向に走査する。この走査によって、フラン）Ｆから発
生した散乱光は再び光電素子７３によって検出され、そ
のときのステージ８のＸ方向の位置とＸ方向の位置とが
ＣＰＵ１００に記憶される。このＣＰＵＩ　ＯＯに記憶
されたフラットＦの左端と右端とのＸ方向の位置の差Δ
ｙ（！：ｘ方向の所定距離！！、とから、ＣＰＵｌ００
はフラットＦのＸ方向に対する回転偏位角Δθを算出し
、Δθの値が所定の誤差範囲以上のときはモーター１０
を制御して角Δθでけ、逆方向にウェハホルダー９を回
転させる。この回転によりフラットＦはステージ８の移
動方向Ｘと平行となる。なお、フラットＦのＸ方向の位
置の差Δｙの正負の符号によって、ウェハ７の回転方向
が決められる。また、この際、ウェハ７の回転駆動中心
が予めわかっている場合、回転後の光スポットＬＡに対
するフラットＦの中心点のＸ方向位置はＣＰＵ１００の
演算により容易に予測でき、ウェハ７のＸ方向のアライ
メントも完了することになる。一般的にはこれで十分で
あるが、フラットＦの回転方向の修正が完了した後、確
認のためにステージＢを再度Ｘ方向に動かして、光スポ
ットＬＡの中心位置とフラットＦとが一致するようなス
テージ８のＸ方向位置を求めてもよい。（ステップ１０
３）。このステップ１０３は必要に応じて実行され、省
略してもかまわない。次に、ステージ８を第１２図に示
すようにＸ方向に所定量２゜たけ移動した後、さらにＸ
方向に移動して、光スポ−／　）　Ｌ　Ｂによりウェハ
７の円周端縁を第１２図に示す如くＸ方向に走査し、そ
の円周の両端縁７ａと７ｂのＸ方向位置をレーザー干渉
計１６とＲＡＭ９０に記憶された波形とに基づいて検出
し、その両端縁７ａ、７ｂの間隔ｄｘの中点７Ｃを求め
る。この中心点７ＣからＸ方向に所定距離１ｙだけ戻せ
ば、フラットＦの中点Ｆ６のＸ方向の位置（すなわちウ
ェハ７のＸ方向の位置）がフラットＦのＸ方向の位置と
共に求められる（ステップ１０４）。

上記の如くしてフラットＦの位置（ウェハ７のステージ
座標系における位置）が決定されると、次にウェハ７に
第１層目が露光されるのか否かが判断される。この場合
、例えばレチクル５に設けられたバーコードを読み取っ
た信号により、レチクル５が第１層目用のものであると
きは、ステップ１０６に進み、レチクル５が第２Ｎ目あ
るいはそれ以上の層に用いられるものある場合には、ス
テップ２０１に進む。

ウェハ７が第１層目の場合には、ウェハ７はフランＩ−
Ｆを基準として、直ちにｘｙＸ方向所定量移動され、第
３図中の露光域Ｃ１の中心Ｐ、が投影光軸ＡＸ上にもた
らされた後、直ちに露光され、公知のステップ・アンド
・リピート露光によって第３図に示すようなマトリック
ス状にパターンが焼き付けられる（ステップ１０６）。

この場合、先のステップ１０２〜１０４で求めたウェハ
位置を基準にして、ステップ・アンド・リピートのステ
ッピング位置を補正するようにしてもよい。尚、この焼
付けの際、アライメントマークＳＸ、、ＳＹ７、ＧＹ、
１、Ｇθ。も同時に焼き付けられる。

ステップ・アンド・リピート露光が完了すると、ウェハ
７はステージ１１のウェハホルダー９から露光装置外へ
搬送（アンローディング）される（ステップ１０７）。

ウェハホルダー９からウェハ７が取り除かれると、所定
のウェハ数Ｎが全部搬出されたかどうかが判断され、ま
た第１層目を露光すべきウェハが残っている場合には、
再びステップ１０１のウェハローディングが行われ、ス
テップ１０７までの作業が繰り返えされる。ステップ１
０８において第１Ｎ目の露光を終了して搬出されたウェ
ハ７が所定数Ｎに達すると、ステップ１０１からステッ
プ１０８までのルーチン、ワークは停止する。

一方、ステップ１０５において、ウェハ７は少なくとも
第１層目が焼付けられている場合には、ステップ１０１
からステップ１０４までの、ステージ８上でのプリアラ
イメントによる位置合せを、更に精密に行うために、グ
ローバル・アライメント検出系によるグローバル・アラ
イメントが行われる。そのため、先ずステージ８はＸ方
向に所定量移動される（ステップ２０１）。

ここで、オフ・アクシス方式のグローバル・アライメン
ト検出系によるアライメント（位置合わせ）ついて説明
する。このオフアクシス・アライメント検出系によるア
ライメント方式については既に公開された特開昭６０−
１３７’　４２号公報によって公知であるから、ここで
は、検出方法の概略を説明するだけにとどめることにす
る。

このオフアクシス・アライメント検出系によってアライ
メントされるウェハ７には、第３図に示すように、アラ
イメントマーク、ＳＹ、、、ＳＸｎ、ＧＹ、　、ＧＩ！
？、と、例えば第１Ｎ目の回路パターンとが既に形成さ
れている。このオフアクシス方式のアライメントにおい
ては、アライメントマークのＸ方向の距離がグローバル
・アライメント検出系の対物レンズ６１Ａと６１Ｂとの
間隔Ｄｘ（第５図参照）にほぼ等しいもの、例えば、第
３図中でＧＹ？とＧθ、。とが選ばれる。この場合、そ
のアライメントマークＧＹ、　、Ｇａ４゜のすぐ近くに
はＩＣパターンが位置しているので、プリアライメント
によって数１０μｍ以内の精度にアライメントしないと
、ＩＣパターンからの散乱光による雑音が検出信号に混
入し、あるいはＩＣパターンの一部をアライメントマー
クと誤認することになり、誤検出する恐れが有る。しか
し、上記のステップ・アライメント検出系によって既に
フラットＦの回転ずれがほぼ修正され、またフラットＦ
のＸ方向の位置及びウェハ全体の位置が求められている
ので、アライメントマークのＸ系座標上の位置は必要な
精度内で予測できる。従って、ステップ２０１において
目的のアライメントマーク（例えばＧＹ７、Ｇａ４゜）
を対物レンズ６１Ａ。

６１Ｂから投射される光スポットＬＹ１Ｌθに近接する
位置までステージ８をＸ方向に直ちに移動させることが
できる。

ここで、僅かではあるが、グローバル・アライメント検
出系の対物レンズ６１Ａ、６１Ｂからウニハフ上にそれ
ぞれ投射される光スポットＬＹとＬθとを結ぶ線βＩ　
（ステージ８の移動方向Ｘに平行）に対して、アライメ
ントマークＧＹ７、Ｇθ、。とを結ぶ線１２が第１３図
に示すようにＸ方向のずれと回転ずれ（角θ）を起して
いるものとする。ただしその回転ずれは先のステップ１
０２により極めて小さく押さえられている。もちろんＸ
方向のずれもあるがここまでの段階においては光スポッ
トＬＹ、ＬθとアライメントマークＧＹ７、Ｇｏ、０と
が共にＸ方向に細長いので、そのずれは成程度許される
。

この場合、ステージ８をＸ方向に微動させて、マークＧ
　Ｙ　’ｒが光スポットＬＹの振動中心と一致するよう
にステージのＸ方向の駆動モーター１２にサーボをかけ
つつ、マークＧθ１゜が光スポットＬθの振動中心と一
致するまでウェハホルダー９を微動回転させれば、マト
リックス状に配置された各露光領域Ｃ＋　、Ｃｚ・・・
・・・の並びの方向をステージ８の移動方向Ｘと一致さ
せることができる。

従って、各露光領域ＣＩ、Ｃ２、Ｃ１・・・・・・のす
べてに対して、それぞれアライメントマークＧＹ。

、Ｇθ、が付されているが、そのうちの上記のような所
定の間隔位置に設けられた２個のアライメントマークＧ
Ｙ７、Ｇａ４゜のみを使用してＸ方向に対するθアライ
メントが行われ、同時にＸ方向のアライメント（Ｘ方向
のステージ位置の検出）も行われる。（ステップ２０２
゜） このＹ・θアライメントが完了したならば、次にステー
ジ８を移動させて、再びステップ・アライメント光学系
の光スポットＬＢを用いて、例えばウェハ７の中心付近
の特定のアライメントマークＳＸ７の位置をステージ８
のＸ方向の走査によるレーザー干渉計１６の位置情報と
ＲＡＭ８６に記憶された波形とに基づいて検出する（ス
テップ２０３）。これによってウェハ７のＸ方向、Ｘ方
向のグローバル・アライメントが完了したことになる。

グローバル・アライメントの後は、いくつかのアライメ
ントシーケンスが考えられるがここでは各ショット毎に
アライメントする方式を説明する。そして次にグローバ
ル・アライメントの結果に基づいてウェハ７は第１露光
位置ＣＩへステージ８により移動される（ステップ２０
４）。この場合、グローバル・アライメントが完了して
いることから、ＴＴＬ方式のアライメント検出系のアラ
イメントサーチ領域内で、第１露光域ＣＩに付随したア
ライメントマークＳＹ１、ｓｘ、（７４３図参照）は十
分な精度で捕獲される。

ここで、Ｘ方向のステップ・アライメント検出系の光ス
ポットＬＢによってアライメントマークＳＸＩが走査さ
れ（ステップ２０５）、Ｘ方向の位置が定められる。さ
らに、Ｙ方向のステップ・アライメント検出系の光スポ
ットＬＡによってアライメントマークＳＹ１が走査され
（ステップ２０６）、Ｘ方向の位置が定められ、結局第
１露光域Ｃ，の中心Ｐ１に露光光軸ＡＸ（第１図参照）
を一致させることができる。この位置合わせが完了する
と、直ちに第１露光域ＣＩの露光（プリント）が行われ
る。次に、そのプリント数が所定数（第３図ではｎ＝１
４）に達したか否かが判断される。もし、所定数ｎに達
しないときは、次の露光域にステッピング（ステップ２
０９）された後、次の露光域のアライメントマークＳＸ
２を走査するステップ２０５に戻され、（同様の）アラ
イメントが行われて、直ちにプリント（ステップ２０７
）され、ブンリト数が所定数ｎに達するまで、ステップ
２０５からステップ２０９までのステップ・アンド・リ
ピート露光動作が繰り返される。

ステップ２０８において、プンリト数が所定数ｎに達す
ると、ステップ１０７に以降し、ウェハ７は搬出され、
そのウェハ数が所定数Ｎに達したか否かが判断される（
ステップ１０８）。もし、所定数Ｎに達しない場合には
、新にウェハ７がステージに載置（ステップ１０１）さ
れ、前述のプリアライメントステップ（１０２〜１０４
）とファインアライメントステップ（２０１〜２０６）
とが繰り返される。ウェハ数が所定数Ｎに対すると、上
記の動作は停止される。

さて、上記のシーケンスにおいて、ステップ２０３でグ
ローバルアライメントの完了後、ウェハ７上のショット
配列の特定をさらに高精度に行ない、かつショット毎の
アライメントを不用にしてスループットを向上させるた
めに、特開昭６１−４４４２９号公報に開示された拡張
（エンハンスメント）グローバル・アライメントによる
露光を行なうこともできる。その場合、ウェハ７上の数
ショットに付随したマーク５Ｘｆｉ、ＳＹ、ｌの位置を
光スポラ）ＬＡ、ＬＢで検出し、統計的な手段に基づい
て、ウェハ７上の各ショットがともに最小の誤差で重ね
合わせ露光できるように、ステップ・アンド−・リピー
ト時の設計上のショット位置を修正し、この修正された
ショット位置に基づいてステージ８をステッピングさせ
ればよい。従って第１０図のステップ２０３の後でエン
ハンスメント・グローバル・アライメントのためのマー
ク位置計測とショット配列の修正（演算）とが実行され
、その後、修正されたショット配列データに基づいて、
ステップ１０６が実行されるように変更すればよい。

また、本発明の露光位置検出装置としては、オフアクシ
ス方式のグローバル・アライメント系を用いることもで
きる。第２図に示したように、本実施例では２本のグロ
ーバル・アライメント系しかないが、ざらにＸ方向のア
ライメントマークを検出するオフアクシス方式のアライ
メント系を設けておけば、これらＸ方向とＸ方向のオフ
アクシス方式のグローバル・アライメント系で、第１０
図に示したアライメントシーケンスと同様のシーケンス
がただちに実行できる。

また、実施例では、ファインアライメント系が備えてい
る光電素子により、ウェハ嬶部からの光情報を検出した
が、これに限らず別に専用の光電素子を設けてもよい。

さらにウェハ端部からの光情報として正反射光の光量変
化を検出してもよい。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によれば、露光位置検出装置から投射
される光スポットをもってフラットの位置を検出してプ
リアライメントを行なうようにしたので、ファインアラ
イメントとプリアライメントとが同一のアライメント検
出系によって行なうことができ、ステージにプリアライ
メント装置を設ける必要が無いことはもちろん、ウェハ
の搬送を容易、迅速に行うようにすることが可能となる
。

さらに、本来サブミクロン以下の精度でのアライメント
を行う能力を有するファインアライメント系を用いて、
プリアライメントを行うので、そのプリアライメントの
精度も充分信頼の置けるものとなり、後に続くファイン
アライメントを迅速に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図で第２図は、第１
図の実施例を組み込んだ縮小投影型露光装置の構成図、
第３図は第２図の縮小投影型露光装置によってウェハの
第１層目にマトリックス状に露光焼付けされたパターン
とアライメントマークとを示すウェハの平面図、第４図
は、第３図のアライメントマークとこれを走査する光ス
ポットとの形状を示す平面図、第５図は、第１図に示す
ステップ・アライメント検出系とグローバル・アライメ
ント検出系ととの各検出中心の位置関係を示す平面図、
第６図は、第１図に示すステップ・アライメント検出系
の光電検出部の具体的構成を示す配置図、第７図は、第
６図の示す散乱光用空間フィルターの平面図、第８図は
、第６図に示す回折光用空間フィルターの平面図、第９
図は、ステップ・アライメント検出系の信号処理回路の
具体的構成を示す回路ブロック図、第１０図は、プリア
ライメントとファインアライメントとの手順を示す流れ
線図、第１１図は、プリアライメントにおいて、フラッ
トの回転偏位角Δθを求めるための説明図、第１２図は
、プリアライメントにおいてフラットの中心位置（Ｘ方
向位置）を求めるための説明図、第１３図は、グローバ
ル・アライメント検出系による回転角θを求めるための
説明図である。 （主要部分の符号の説明）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部のプリアライメント装置によってウェハの位置とフ
   ラットの方向とが規正されたウェハを２次元移動可能な
   ステージヘ搬送して、前記フラットの方向が前記ステー
   ジの一方の移動方向ｘにほぼ平行するように前記ステー
   ジ上に載置し；前記ステージと共に前記ウェハを移動し
   て、前記ウェハヘの露光に先立って、ウェハ上に予め形
   成されたパターンを検出するためのパターン検出装置か
   ら投射される光スポットをもって前記フラット上のｘ方
   向に互いに離れた少なくとも２点をそれぞれｙ方向に走
   査し；走査されたそれぞれの前記２点で生ずる光情報の
   変化を前記パターン検出装置によって、検出して前記ス
   テージの移動方向ｘに対する前記フラットの回転偏位量
   を求め；該回転偏位量が許容範囲以上のときは前記ウェ
   ハを偏位方向とは逆方向に回転させて、前記ウェハを前
   記ステージ上に位置合わせすることを特徴とするウェハ
   のプリアライメント方式。