JPS63153821A

JPS63153821A - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPS63153821A
Application number: JP62269194A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsuura; 松浦　敏男; Kyoichi Suwa; 恭一諏訪
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1988-06-27
Also published as: JPH0121615B2

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】本発明は、ＩＣ露光装置の位置合わせ装置に関し、特に
、投影露光装置で投影光学系を用し：たスルー・ザ・レ
ンズ（ＴＴＬ）方式の位置合わせ装置に関する。

一般に、ＬＳＩやＶＬＳ　Ｉ製造用焼付装置の光学レン
ズによる投影露光法に於いて、マスクのパターンは、結
像投影レンズを通してウェハ上に投影される。特に、マ
スクパターンをウェハ上に１０分の１程度に縮小して投
影露光する装置に於いては、一枚のウェハに同一パター
ンを繰り返し露光する。その為、各チップを焼き付ける
毎に、マスクとウェハとの相対位置を投影レンズを通し
て（スルー・ザ・レンズ方式。以下ＴＴＬと呼ぶ、）観
察し、位置合わせの状態を確認する事が望ましい。この
様な方式は、ステップ・アライメント又は、イーチ・ア
ライメントと呼ばれている。

近年、ウェハ上のパターンの線幅が１μｍ程度になるに
至って、ステップ・アライメントの高精度化、高速化が
要求され、作業者の疲労の低減のためにもアライメント
すなわち、位置合わせの自動化、いわゆるオート・アラ
イメントが必要となってきた。

従来、ＴＴＬオート・ステップ・アライメントとしして
は、ウェハ・アライメント・マーク像及びレチクル・ア
ライメント・マーク像を、ＩＴＶカメラによる走査又は
、スリット走査で光電変換して、ウェハとレチクルの相
対位置を検出する方法がとられて来た。第１図は、［Ｔ
Ｖカメラを用いた従来技術によるＴＴＬ・オート・、ス
テップ・アライメント装置を示す。ＩＣ露光装置は、レ
チクル１上のパターンを、ウェハ３上に縮小投影レンズ
２で焼き付ける。ＴＴＬオート・ステップ・アライメン
トを行うために、このレチクル１上のレチクル・アライ
メント・マーク４及びウェハ３上のウェハ・アライメン
ト・マーク５を、ＩＴＶカメラ１４の受光面に再結像さ
せる。但しこのウェハ・アライメント・マーク５は、投
影レンズ２によってレクチル１上に一担、結像ささてい
る。

ＩＴＶカメラ１４の受光面上の像は、図中左側の円形拡
大部分１７で与えられており、像４′はレチクル・アラ
イメント・マーク像、像５′はウェハ・アライメント・
マーク像である。これらの像をＴＶ走査線で走査した光
電信号により、レチクル１とウェハ３との相対位置を検
知して、レチクル１の位置又はウェハ３の位置を移動す
る事により、レチクル１と、ウェハ３　（チップ）を決
められた相対位置にアライメントする。光源７、先導波
路８、集光レンズ９、視野絞り１０、ハーフミラ−１１
、アライメント用対物レンズ１２、ミラー１３は、照明
系を構成する。このような従来技術による装置では、ア
ライメント・マークのコントラストが低いため、このマ
ークの測定が困難になるという欠点がある。例えば、Ｓ
ｔ　ウェハ上にＳｉ　Ｏ！によって形成されたマークを
検出する場合、Ｓｉ　＆Ｓｉ　Ｏ□との全反射率は、は
とんど等しいために、マークとウェハとのコントラスト
が低くなる。ＩＴＶによる光電信号は、そのコントラス
トに応じた濃淡信号であるため、マークの検出が困難に
なる可能性がある。さらに、このＳ／Ｎ比の低い信号で
アライメントを行う場合、アライメント精度をあげるた
めには信号を長時間積算処理する必要があり、このため
アライメント速度が低下する。又、ウェハ上のアライメ
ント・マーク５のパターン形成状況、及びレジストの塗
布による影響などによって信号の形態が一様でなくなる
という欠点もある。例えば、レジストの塗布による影響
によって、レジストの干渉等により、アラインド・マー
クが、結像面上で、暗線となったり、明線となったり、
或は、マークの縁の部分で明暗が反転する等の現象が生
じる。従って、マークのｉ１識、マーク位置の検出は、
非常に複雑なものになっていた。

このため、ＩＴＶによる明視野観察にかえて、レーザビ
ームを照明光とした暗視野検出方式を採用する試みもな
されている。暗視野検出の場合は、マークの段差エツジ
部で生じる散乱、回折光を検出するので、マーク周辺部
の信号が無い状態に対してマーク部からのみ信号が得ら
れるために、信号のＳ／Ｎ比が良（検出率が高いという
利点がある、また暗視野検出は明視野にくらべるとレジ
ストの塗布による影響が少ないとされている。

ところで第１図に示した明視野によるアライメント光学
系、又は暗視野によるアライメント光学系のいずれにお
いても、露光装置として考えると、１つの不都合点が存
在する０通常レチクルアライメント・マークは露光すべ
き回路パターン領域の周辺に極近接して設けられるため
、ＴＴＬ方式の７ライメントが完了すると、アライメン
ト光学系の−１部（例えば第１図ではミラー１３等）を
露光領域外に退避させなければならない、このような構
成は露光ｖｊｔ置のスループ７トの点で不利であるとと
もに、可動とする光学材料の設定精度を比較的高くして
おかねばならないといった問題点がある。

そこで本発明は、アライメントマークを簡単な構成で確
実に検出し、スループントを落すことなく高速、高精度
な位置合わせを可能とする装置を提供することを目的と
する。

この目的を達成するため、本発明においてはマスク（レ
チクル）と投影レンズとの間で、かつマスクの回路パタ
ーン等の投影光路（露光領域）外からマスクのマーク領
域に向けてコヒーレントな照明光（レーザビーム）を照
射する照射手段（１８，１９，２０，２１，２２，２３
，２４，４８，４９）を設け、マスクのマーク領域には
照明光を投影光路外に向けて回折させる回折パターン部
（６０ａ）と、照射光を投影光学系を介して被転写体（
ウェハ）のマーク１７へ向けて反射させる光反射部（６
０ｂ）とを形成するようにした。

次に本発明の特定の実施例について詳細に説明するが、
その前にレーザビーム使ったＴＴＬ方式のアラインド系
の１＆礎的な技術について説明する。

一般に、ＩＣ投影露光装置の投影レンズは、高分解を得
ろために、１．２種の特定の波長に対してのみ、色収差
、球面収差等を除去している。この特定の波長が、露光
に使用する波長となる。そこでこの投影レンズの色収差
、球面収差等の影響を受けない波長の光をアライメント
用照明光として使うものとする。以下基礎技術の説明、
及び本発明の特定の実施では、露光光源として、水銀ラ
ンプのｇ線を用いるものとする。従ってｇ線で収差をと
った投影レンズを使用し、アライメントマーク検出用の
照明光源として、Ｈｅ−Ｃｄ（ヘリウム・カドミウム）
レーザーを採用する。　Ｈｅ　−Ｃｄレーザーの発振波
長は、４４１．６　ｎ　ｍで、ｇ線の波長４３６ｎｍと
はり一敗するために、収差の影響を除去する事ができる
。アライメント・マーク検出用の照明光源として、レー
ザー光を使う事によって、レチクル面上及びウェハ面上
の走査光として、任意の形、こ−では、スリット状の細
長いスポット光（帯状ビーム）を容昌に形成する事が出
来、又高譚度が得られる。

第２図、３図は、本発明の基礎技術によるアライメント
装置の光学系を示す、第２図、３図において、各々上方
の正方形はレチクルｌを上面から見たものであり、下部
の正方形はウェハ３上のチップ３３を上面から見たもの
である。また第３図は第２図を右側面から見た図である
。レチクル１の上方には、ｇ線の露光用光源が配置され
、レチクル１上のパターンを投影レンズ２で縮小してウ
ェハ３上に投影するが、これは従来の装置と同様である
。レチクル１の周辺部には、レチクルｌとウェハ３上の
チップ３３の相対位置を検出するためのレクチルアライ
メントマーク４が設けられている。このレチクルアライ
メントマーク４　（以下、単にレチクルマーク４とする
。）は、図中、円１０１内に示した如く、２本の細長い
スリット状のクロム面４ａと、２本のクロム面４ａで挟
まれた中心部４ｂとからなり、以下に述べるウェハアラ
イメントマークの走査光及び回折光ぐ戻り光）が通るの
で、その中心部４ｂは白抜き、すなわちクロムを設けず
におく必要がある。ウェハアライメントマーク１７は、
例えば第１回目の露光焼付けでウェハ３上の各チップ３
３に設けられる。尚、レチクル１とウェハ３は、投影レ
ンズ２を介して光学的に共役な位置関係にあるので、レ
チクルマーク４の中心部４ｂには、チップ３３のウェハ
アライメントマーク（以下単にウェハマークとする。）
１７が結像する。このサチクルマーク４とウエハマーク
１７は、前述のＨｅ−Ｃｄレーザ光の走査によって検出
されるｅ　Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源１８はコリメーターレ
ンズ系１９．２１、固定ミラー２０を介してビーム走査
用振動ミラー２２、に達する。コリメーターレンズ系に
よってレーザ光ビームは、その断面が帯状に細長くされ
る。振動ミラー２２は、図中紙面内で振動していて、レ
ーザ光を走査する。走査されたレーザ光は、走査の範囲
を制限する視野絞り４８、対物レンズ系４９、及びミラ
ー２３．２４を介して、レチクル１の上側からレチクル
マーク４付近に導びかれる。レチクル１に達したレーザ
光は、振動ミラー２２による走査方向とはり直交する方
向に細長（形成された帯状スポット光３０となる。同時
に、この帯状スポット光３０は、レチクルマーク４の細
長いクロム面４ａと同一方向に細長く形成される。そし
て円１０１内のように帯状スポット光３０がレチクルマ
ーク４上を走査して、クロム面４ａを照射すると、はと
んどの光が反射され、中心部４ｂを照射すると、帯状ス
ポット光３０は、投影レンズ２をとおってウェハ３上に
達する。クロム面４ａで反射された光は、レチクル１の
上側（露光光源側）に設けられた光電素子２５によって
光電検出される。一方、中心部４ｂを透過した帯状スポ
ット光３０は、投影レンズ２で縮小され、帯状スポット
光３０′と、してウェハ３上のウェハマーク１７を走査
する。この際、ウェハマーク１７は、帯状スポット光３
０′の走査方向と直交する方向、すなわち、帯状スポッ
ト光３０’の長手方向に複数の微小線分要素を一列にな
らべた、一種の回折格子を形成するようなアライメント
マークにする。

このようにすると、帯状スポット光３０′がウェハマー
ク１７を照射したとき、ウェハマーク１７から回折光が
生じる。この様子を第３図に基づいて説明する。ウェハ
マーク１７は図中、円１０２内のような断面形状になっ
ていて、微小線分要素３１が帯状スポット光３０′の長
手方向に並んでいる。像側（ウェハ側）テレセンドリン
クの投影レンズでは、ウェハ表面での反射光は、往路と
同じ光路を戻る。従って、ウェハマーク１７で生じた正
反射光は、投影レンズ２を通ってレチクルマーク４の中
心部４ｂに結像する。さらに、ウェハマークで回折され
た回折光のうち投影レンズ２を通ったものはレチクルマ
ーク４の中心部４ｂに結像する。例えば投影レンズのＮ
、Ａ、−０，３５、ウェハマーク１７の格子周期を４μ
ｍ、走査するレーザビームの波長を４４１．６　ｎｍと
すると、０次（正反射光）、±１次、±２次、±３次程
度の回折光が投影レンズ２を戻る。一方、ウェハマーク
１７のない部分は、レーザ光の前反射光、すなわち０次
光のみが投影レンズ２を戻ることになる。

第３図中、円１０３内は、投影レンズ２の瞳６上の回折
光の様子を示し、θ次光３０″から離れた位置に、正負
高次の回折光３４’３５’が現われる。第３図でも明ら
かなように、レチクル１又はウェハ３上に形成される帯
状スポット光３０．３０′の長手方向と、瞳６上にでき
る０次光３０“の長手方向とは直交するように定められ
る。こうして、レチクル１のマーク領域の中心部４ｂに
達した回折光は、レチクルｌを透過して、第２図に示し
たミラー２４に入射して、レー、ザ光源１８への光路を
たどる。そこで、第２図で、ミラー２０から視野絞り４
８、ミラー２４までの光学系内にハーフミラ−等（不図
示）を挿入して、ウェハからの信号光の一部を分岐する
。分岐した信号光は、第３図に示すように、結像用対物
レンズ２６によって投影レンズ２の瞳６を共役面６′に
結像する。

その結像面６′には、回折光のうち０次光のみをカット
するフィルター２７が配置され、高次回折光３４＃、３
５＃は集光レレズ２８によって集光され、光電素子２９
に達する。

以上説明した構成において、レチクルマーク４のクロム
面４ａからの反射光を受光する光電素子２５と、ウェハ
マーク１７からの高次回折光を受光する光電素子２９の
光電信号は各々、第４図、５図に示したようになる。第
４図で、前述の帯状スポット光３０は、レチクルマーク
４を矢印の方向に走査する。この時、光電素子２５は、
クロム面４ａの−に対応して、図のような２つのピーク
を有する信号３２ａを出力する。この信号３２ａの２つ
のピーク点を正確に積出すことによって、２つのクロム
面４ａの中心位置が正確に求められる。尚、クロム面４
ａが低反射クロム面であっても、同様な信号が得られ、
反射光量の不足、すなわち光電素子２５への受光量不足
の原因とはならない。

帯状スポット光３０は、前述のようにレチクル１を透過
して、ウェハ上で帯状スポット光３０’となってウェハ
マーク１７を走査する。先にも述べたようにウェハマー
ク１７は、第５図に示すように、微小線分要素３１が一
列に並んだ周期構造体である。そして、微小要素の並び
の方向が帯状スポット光３０’の長手方向とはり平行に
なるように配置され、帯状スポット光３０’は図中矢印
の方向に走査される。帯状スポット光３０′がウェハマ
ーク１７を走査すると、光電素子２９は図のような信号
３２ｂを出力する。光電素子２９は、１次以上の回折光
を受光するようになっているので、非常にＳ／Ｈの良い
信号を出力する。この信号３２ｂのピーク点を正確に検
出することにょうて、ウェハマーク１７の中心位置を正
確に求めることができる。そして、最終的には、レチク
ルマーク４の中心、すなわち中心部４ｂの中央に、ウェ
ハマーク１７を合致させることによって、レチクルｌと
チップ３３（又はウェハ３）の相対位置合わせを行なう
。このように、レチクル、ウェハの各アライメントマー
クの線方向と直角な方向に位置合わせが可能である。

尚、ウェハ３の露光時には、従来と同様に位置合わせ用
光学系の一部、例えばミラー２４と光電素子２５が、露
光領域外へ退去可能に構成されている０以上第２図〜第
５図は、従来（第１図）のアライメント系の構成を流用
してレーザ光走査型ＴＴＬアライメント方式を採用した
場合を示す基礎技術である。

第６図、７図は、本発明の基礎技術であり、従来のアラ
イメント光学系の配置を根本的に変えたアライメント装
置の光学系を示す、第２の基礎技術が第１の基礎技術と
大きく異なる点は、レチクルマークの形状と、レチクル
マーク、ウェハマークを走査するレーザスポット光をレ
チクルの下側（投影レンズ側）より入射していることで
ある。

第６図、７図において、第２図、第３図と同一の部材、
及び同様に動作する部分については、同一の参照信号に
しである。第６図は、第２の基礎技術によるアライメン
ト装置の正面図であり、第７図は第６図を右側面からみ
た図である。レチクル１には、第６図、７図に示したよ
うなレチクルマーク３４が設けられている。レチクルマ
ーク３４は、第７図中、円１０４内に示すように、２本
の細長いスリット状の白抜き（クロムを設けない）部３
４ａと、２本の白抜き部３４ａで挟まれたクロム面３４
ｂとからなり、以下に述べるウェハマークへの走査光及
び、ウェハマークから・の回折光（戻り光）がクロム面
３４ｂで反射される。尚、レチクルマーク３４の線方向
は、第２図、第３図の場合と異なり、レチクル１の周辺
方向に直交するように、すなわちレチクル１の中心に向
うように設けられている。

また、ウェハ３のチップ３３上のウェハマーク１７も第
２図、第３図と同様、第６図中、円１０２内に示すよう
に、微小線分要素３１の集合からなる。たりし、ウェハ
マーク１７の線方向はレチクルマーク３４の線方向と同
一方向に設けられている。

レーザ光によるレチクルマーク３４の走査は、第２図、
３図と同様、細長いスリット状のスポット光３０によっ
て走査される。帯状スポット光３０は、Ｈｅ−Ｃｄレー
ザ光源１８、コリメートレンズ系１９．２１、固定ミラ
ー２０を介して、ビーム走査用振動ミラー２２に達する
。振動ミラー２２は、第６図中、紙面内の回動軸のまわ
りに振動してレーザ光を走査する。つまり、紙面と同一
面上に回転軸を有しているが、説明上、図のように示し
である。走査されたレーザ光は、レチクル１　（又はウ
ェハ３）と光学的に共役な位置に配置された視野絞り°
４８、（不要なレーザ走査領域を遮光する）を通り、ミ
ラー２３、レチクル１に対する対物レンズ系４９、及び
ミヨ−２４を介してレチクル１の斜下方からレチクルマ
ーク３４付近に導ひかれ、帯状スポット光３０として、
レチクルマーク３４の線方向とはゾ直交する方向に走査
する。

この帯状スポット光３０がレチクルマーク３４を走査す
ると、第７図中、円１０４に示したように、白抜き部３
４ａの所で帯状スポット光３０はレチクル１の上方へ透
過し、レチクルマーク３４の上方に配置した光電素子２
５に達する。一方クロム面３４ｂの所では、レチクル１
の下方、すなワチ投影レンズ２の方へ反射される。この
クロム面３４ｂで反射された帯状スポット光３０は、第
２図、３図と同様に投影レンズ２によって、帯状スポッ
ト光３０′としてウェハ３上を照射し、ウェハマーク１
７を走査する。この時、第６図中、円１０２に示すよう
に、回折光が生じる。投影レンズ２の瞳６において、０
次の回折光３０″と、１次以上の高次回折光３４′、３
５′が第２図、３図と同様に現われ、これら回折光は、
レチクルマーク３４のクロム面３４ｂで反射されて、レ
ーザ光の走査光学系へ戻る０回折光は、対物レンズ系４
９の一部に配置さたハーフミラ−５８によって分岐され
て、ウェハマーク検出光学系へ導びかれる。

第２図、３図の場合と同様に、ウェハマーク１７の回折
現象が発生する方向に照明光（照射ビーム）のＮ、Ａ、
（開口数）を制限する、すなわち投影レンズ２の瞳６上
で、光束を帯状に制限すると、回折光は瞳６上で容易に
各次数の回折光に分離することができる。そこで、ハー
フミラ−５８からの回折光は、投影レンズ２の瞳６と共
役な位置に配置された０次光のみを遮光するフィルター
２７によって、１次以上の高次回折光３４＃、３５＃に
分離される。この回折光３４“、３５“はレンズ２８で
集光されて、光電素子２９に達する。尚、対物レンズ系
４９の一部とレンズ系２６は、瞳６を結像する光学系で
、その結像面がフィルター２７の位置になる。

以上説明した構成において、レチクルマーク３４の白抜
き部３４ａを透過した帯状スポット光３０を受光する光
電素子２５の光電信号は第８図に示すように生じる。第
８図で９、帯状スポット光３０は、レチクルマーク３４
を矢印の方向に走査する。この時、光電素子２５は、白
抜き部３４ａの位置に帯状スポット光３０が重なったと
き、透過光量が最も多くなるので、２つのピークを有す
る信号３２ａを出力する。この信号３２ａは、第４図の
場合と同様である。尚、光電素子２９の光電信号、とウ
ェハ３上の帯状スポット光３０’の位置関係は、第５図
と同様である。光電素子２５と光電素子２９の各出力信
号３２ａと３２ｂによって、レチクルマーク３４の中心
、すなわちクロム面３４ｂの中央に、ウェハマーク１７
を合致させて、レチクル１とチップ３３　（ウェハ３）
の相対位置合わせが正確にできる。尚、ウェハマーク１
７以外の所に帯状スポット光３０′を照射したとき、正
反射光、すなわち０次光のみが発生するので信号３２ｂ
にはピークが生じない。

第２の基礎技術において、第６図中の破線はウェハ露光
用の光（例えばｇ線波長）が通る領域である。こ−で明
らかなように、レチクル１の面に対して斜下方からアラ
イメント用のレーザ光を入射しているために、露光領域
内に飛び出す光学部材は、光電素子２５だけである。一
般に、位置合わせのための光学系は、特に厳しい配置精
度を要求される。第２の基礎技術のように位置合わせ用
の光学系を配置すれば、レチクル１に対するレチクルマ
ーク３４の位置が変わらない限り、光学系は全く動かす
必要がない。たりし、ウェハ３への露光時には、光電素
子２５を露光領域外へ移動させる必要がある。しかしな
がら、光電素子２５は前述のようにレチクルマーク３４
の白抜き部３４ａを透過したレーザ光を受光するだけで
あるから、高い精度で位置を設定する必要はない。従っ
て、第１の基礎技術とくらべて、露光領域内の光学素子
はより高速に露光領域内への挿入、退去を繰り返すこと
が可能となる。

第９図は上記２つの基礎技術をベースにした本発明の実
施例によるアライメント装置の光学系を示す。本実施例
は、第２の基礎技術で露光領域内に配置した唯一の光学
素子である、光電素子２５も露光領域外に配置するよう
にした例である。このために、第２の基礎技術で示した
レチクルマーク３４の白抜き部３４ａを、ウェハマーク
１７と同様に回折格子形状にして、レーザ光の帯状スポ
ット光３０の照射によって生じる回折光を検出するよう
にしである。尚、レチクルマーク、充電素子２５の配置
以外は、第２の基礎技術と全く同じ構成である。

レチクル１には、レチクルマーク６０が設けらているが
、その線方向（長手方向）はレチクル１の周辺方向と直
交するように位置している。第１０図は、レチクルマー
・り６０と帯状スポット光３０の関係、及び光電信号を
示す、第２の基礎技術と同様に帯状スポット光３０は細
長いスリット状の断面であり、第１０図中、矢印の方向
（帯状のスポット光３０の長手方向と直交する方向）に
走査する。レチクルマーク６０は、帯状スポット光３０
の長手方向に複数の微小線分要素を並行に配列した格子
部６０ａと、第２の基礎技術と同様なりロム面６０ｂと
からなる。微小線分要素は、クロムを設けずに白抜きに
しておく。クロム面６０ｂは第２の基礎技術と同様に、
帯状スポット光３０を投影レンズ２の方へ反射すると共
に、ウェハマークからの回折光を受けて、逆光させる。

一方、帯状スポット光３０がレチクル１の斜下方から格
子部６０ａを照射しはじめたとき、回折格子形状のため
に、回折光を生じる。さらに帯状スポット光３０が完全
に格子部６０ａと重なったとき、回折光量が最も大きく
なる。この回折光は当然、１次以上の高次回折光を含む
。高次回折光は、格子部６０ａの長手方向に広がって生
じる。すなわち第９図において、格子部６０ａから露光
領域外に進む高次の回折光６２が生じる。この回折光６
２を露光領域外に配置した光電素子６３（先の基礎技術
における光電素子２５と同等）に集光することによって
、第１と第２の基礎技術と同様のレチクルアライメント
用の信号３２ａが得られる。

この実施例によれば、露光領域内には位置合わせ用の光
学系が介入していないため、露光時に光学素子を移動さ
せる必要がなくなり、位置合わせ終了後、たゾちにウェ
ハへの露光ができるので、きわめて高速に動作するアラ
イメント装置が得られる。尚、光電素子６３は、レチク
ル１の上方で、かつ露光領域外に配置して、レチクルマ
ーク６０からレチクル１の上方へ生じる高次回折光を集
光し受光するようにしてもよい。

第１１図によって、２つの基礎技術、及び本発明の実施
例に共通した、アライメントマークの位置検出のための
信号処理を説明する。

上記各側で説明したレーザ光の走査は、アライメントマ
ーク検出用の照明光学系中の振動ミラー２２（例えばガ
ルバノミラ−）を正弦波信号で駆動することによって行
なわれる。そこで帯状スボ７）光３０、帯状スポット光
３０′は正弦振動いわゆる単振動となるが、振動の振幅
を十分に大きくして、振動の中心部分のレーザ光で、走
査するようにすれば、時間に対して線形に近似した走査
ができる。このため、第２図、６図に示したように、レ
ーザ光の走査中心部のみを通すような視野絞り４８が設
けられている。このように、線形に近似して走査するこ
とによって、正弦波走査による、走査位置と時間の非線
形性に対する補正を加える必要がなくなる。

第１１図において、第１１図（ａ）はレーザ光の走査波
形で、横軸に時間ｔ、縦軸に走査位置を取ってあり、正
弦波状である。図中、点線Ａ、及びＢは、走査波形に対
する２本の挟み込みレチクルマーク（クロム面４　ａ　
ｓ白抜き部３４ａ、格子部６０ａ）の位置を示し、点線
Ｃはウェハマーク１７の走査長波形に対する位置を、点
線りは２本の挟み込みレチクルマークの中心の走査波形
に対する位置を示す、こ＼で、点線ＣとＤが一致するよ
うに、レチクル１、又はウェハ３を動かすことによって
、レチクルマークの中心にウェハマークが位置合わせさ
れることになる。第１１図（ｂ）は、レチクルマークを
検出する光電素子２５又は光電素子６３の出力偏寄３２
ａを示す。信号３２ａは、各側で説明したように、レー
ザ光ビームの帯状スポット光３０の正弦波走査（往復）
によって２つのピークレベルＰａ、Ｐｂを交互に発生す
る。第１１図（Ｃ）は、ウェハマークが点線Ｃの位置に
あるときに、ウェハマークを検出する光電素子２９の出
力信号３２ｂを示し、第１１図（ｄ）は、ウェハマーク
が点線りの位置にあるときの出力信号３２ｂを示す。

信号３２ａ、３２ｂは、適当な信号処理回路、（例えば
信号のピーク点を検出する回路等を含む）によって第１
１図（ａ）、（ｆ）、（幻のような２値化信号に変換さ
れる。第１１図（ｅ）は、信号３２ａのピーク点でデジ
タルなパルス信号Ａｐ、Ｂｐを発生し、第１１図（ｆ）
　（ｇ）は、それぞれ信号３２ｂのピーク点でデジタル
なパルス信号Ｗｐを発生する様子を示す、このようにし
て得られたパルス信号Ａｐ。

Ｂｐ、Ｗｐの３つの信号が位置合わせのためのアライメ
ント信号となる。このパルス信号から、各アライメント
マークの位置を正確に検出するにはレーザ光の走査振幅
を十分太き（して、正弦波の線形性（直線性）が一番高
い所で各アライメントマークを走査すればよい。このよ
うに、線形性のよい部分で走査すればパルス信号Ａｐ、
Ｂｐ、Ｗｐ相互の時間的ずれは、レチクルマークとウェ
ハマークの位置差（距Ｍ）に比例して近似できる。

そこで、パルス信号ＡｐとＷｐまでの時間Δ１ｔとパル
ス信号ＢｐとＷｐまでの時間Δ１．とを検出すれば、レ
チクルマークとウェハマークの相対的な位置が求められ
る。そして、Δ１．＝Δｔ２になるように、レチクルマ
ーク又はウェハマークを移動すれば、（レチクル１又は
ウェハ３を動かす、）ウェハとレチクルの位置合わせが
達成される。この時、パルス信号Ｗｐは第１１図（川の
ようになる。

尚、走査の線形近似領域が十分に広くなるように、大き
な振幅でレーザ光を振動させれば、ビーム走査の振動中
心をレチクルマークの中心に一致させる必要はない。す
なわち、第１１図（ａ）で示した点線ＡとＢの範囲が、
正弦波の線形近似領域内であればよい。

以上、第１、第２の基礎技術、及び本発明の詳細な説明
において、レチクルマークはレチクル１上に１か所にし
か設けていなかったが、レチクルｌの周辺部（実際の回
路パターン描画領域の周辺部でもよい。）に同様のレチ
クルマークを複数設けておいて、レチクル１とウェハ３
の２方向の位置決めを行なう。

第１２図は、レチクル１にレチクルマークを設けた他の
実施例を示す。２つのアライメントマークによって、直
交する２方向の位置決めを行なうほかに、ステップアン
ドリピート式の露光装置では、レチクルとウェハの相対
的なθ回転補正が必要とされる。この為には、レチクル
１上の３ケ所にレチクルマークを設けるとよい、この際
、ウェハ上の各チップにも、レチクルマークに対応して
、ウェハマークが設けられる。第１２図（ａ）は、レチ
クルマークＹとレチクルマークθ　（θ回転補正の検出
用）の長手方向を同一線上に設けた例で、第１２図（Ｃ
１は、レチクルマークＸとレチクルマークθの長手方向
を同一線上に設けた例である。また、第１２図中）のよ
うに、レチクル１の対角線上に放射状に長手方向が延び
るようにレチクルマークを設けてもよい。

さらに、他の変更例として、ウェハマーク、又はレチク
ルマークの回折格子を第１３図に示すように、微小線分
要素を長手方向に対して、例えば４５°傾斜させて構成
する。このようにすると、回折光の回折方向が変わり、
周辺の回路パターンからの散乱、回折光と区別すること
も可能となる。

上述した実施例で、レーザ光はＨｅ−Ｃｄレーザ光源か
ら得るため、ウェハ上でレーザの帯状スポット光３０′
を走査することは、ホトレジストの感光を意味する。従
って、ウェハ上のウェハマークとレチクル上のレチクル
マークの位置合わせをする場合、ウェハマークは、帯状
スポット光３０′の走査領域内に存在することが望まし
い。

換言するなら、レチクルとウェハは、それぞれのアライ
メントマークが大まかに整合される程度にあらかじめ位
置合わせされている必要がある。このためには、例えば
、投影レンズの外側に別のアライメント光学手段を設け
、ウェハ上の特定のマークを検出することによってウェ
ハとレチクルの相対位置を合わせるようにすればよい。

（オフ・アクシス方式のアライメント）一般にウェハは、１つの集積回路チップを作るのに、単
なるレチクルパターンで複数回、露光される。従って、
そのたびに本発明の実施例のようにＴＴＬ・ステップ・
アライメントを行なうと、ポジレジストの場合ウェハマ
ークは、現像、エツチング処理によって除去されてしま
う。そこで、ウェハへの第１回目の露光の際に、１つの
チップ内に複数のウェハマークをいっしょに焼き付ける
。

そして、複数のレチクルの各々には、ウェハマークに対
応するような異なる位置にレチクルマークが設けられる
。

尚、アライメントマークは、レチクル上に１本、ウェハ
上に１対の挟みマークでもよい、また、多数本それぞれ
並べても同様の処理が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による位置合わせ装置を示す図、第２図及び第３図は、本発明の基礎となる第１の技術に
よる位置合わせ装置の光学系を示す図、第４図は第２図
及び第３図に示したレチクルマークからの光電信号を示
す図、第５図は第２図及び第３図に示したウェハマークからの
光電信号を示す図、第６図及び第７図は本発明基礎となる第２の技術による
位置合わせ装置の光学系を示す図、第８図は、第６図及
び第７図に示したレチクルマークからの光電信号を示す
図、第９図は、本発明の実施例による位置合わせ装置の光学
系を示す図、第１０図は、第９図示の実施例のレチクルマークからの
光電信号を示す図、第１１図は本発明の実施例に適用されるアライメントマ
ークの位置検出のための信号処理を説明する図、第１２図はレチクルマークのレイアウトを示す図、第１３図はウェハマーク、又はレチクルマークの回折格
子の形状の変更例を示す図である。〔主要部分の符号の説明〕転写物・・−・−・−−一−−・・−一−−−−−・−
・−・・−・−・１第１のマーク領域・−・・・・・−
４被転写物−・−・−・−・−・−・−・−・−・・３第
２のマーク領域−・・・−・−・１７照射手段・−・−
・・−・・・・−・−・・・−１８出　願　人　：　日
本光学工業株式会社第２図　　　　第３図第６図　　第７図第４図第５図第１１図第１２図（（１）　　　　（ｂ）　　　　（Ｃ）第り図〃Ｗ幼〃〃」７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスクのパターンを投影光学系を介して被転写物
に投影する際、該マスクのパターン周辺に設けられた第
１マーク領域からの光情報を検知すると共に、前記被転
写物に設けられた第２マーク領域からの光情報を前記投
影光学系を介して検知することにより、前記マスクと被
転写物とを相対的に位置合わせする装置において、前記
マスクと投影光学系との間で前記マスクのパターンの投
影光路外から、前記第１マーク領域に向けてコヒーレン
トな照明光を照射する照射手段を設け；前記第１マーク領域は、該照明光の照射により前記投影
光路外に向う回折光を発生させる回折パターン部と、前
記照明光を前記投影光学系を介して前記第２マーク領域
に向ける光反射部とを有することを特徴とする位置合わ
せ装置。
（２）前記第１マーク領域の回折パターン部は前記光反
射部を挟んだ２ケ所に形成され、該光反射部の中心を通
り、該２ケ所の回折の回折パターン部の線対称の中心と
なる線の方向がほぼ前記マスクの中心に向うように定め
られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の装置。