WO1999027567A1

WO1999027567A1 - Procede de detection de marque et capteur de position de marque

Info

Publication number: WO1999027567A1
Application number: PCT/JP1998/005226
Authority: WO
Inventors: Naomasa Shiraishi
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 1999-06-03
Also published as: DE69840031D1; EP1041608A1; JP4192423B2; US6285455B1; EP1041608A4; AU1174599A; ATE408857T1; EP1041608B1

Description

明細書

マーク検出方法、及び位置検出装置

技術分野

本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフイエ程で、マスクパターンが転写されるゥェハ等の基板上に形成された位置合わせ用マークの位置を検出する際に使用して好適なマーク検出方法、及び位置検出装置に関する。

背景技術

半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを基板としてのフォトレジス卜が塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写するために、従来は、縮小投影型でかつ一括露光型の投影露光装置（ステッパー）が多用されていたが、最近ではレチクル及びウェハをほぼ投影倍率を速度比として同期移動して露光を行うステップ，アンド，スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置も使用されつつある。

一般に、半導体素子は、ウェハ上に微細パターンを数十層に亘つて互いに所定の位置関係で積み重ねて形成されるため、それらの投影露光装置には、ウェハ上にそれまでの工程で形成されている回路パターンと、これから露光するレチクルのパターンとの位置合わせを高精度に行うために、ウェハ上に回路パターンと共に形成されているァライメントマーク（ウェハマーク）の位置を検出するためのァライメントセンサが備えられている。

ァライメントセンサとしては各種の方式が知られているが、それらの内で特に高精度に位置検出を行うことができるセンサとして、格子状のァライメントマークのほぼ全面にレーザ光を照射して、それからの回折光を受光する格子ァライメント方式のセンサが広範に利用されている。その格子状のァライメントマークは、それ以前の露光工程、及び成膜、エッチング工程により、明暗の格子又は段差を伴う凹凸の格子として形成されたものである。また、格子ァライメント方式で使用されるレーザ光の波長は、従来はウェハ上のフォ卜レジスト等の感光材料が感光しない波長域である 5 5 0〜7 8 0 n m程度に設定されていた。

ところで、半導体集積回路の微細化に伴い、より正確に微細な回路パ夕一ンを形成するために、ゥェ八上に形成される各層の表面を平坦化するプロセス（平坦化プロセス）が採用されるようになってきた。この最たるものが、成膜した膜の表面を研磨して、それをほぼ完全に平坦化する C M P (Chemical & Mechanical Po l i shing:化学機械的研磨）プロセスである。 C M Pプロセスは、半導体集積回路の配線層（金属）間の層間絶縁膜（二酸化ケイ素等の誘電体）に適用されることが多く、その場合には、波長 5 5 0〜 7 8 0 n m程度の光束は平坦化された層間絶縁膜を透過して、下層のァライメントマークに達するため、従来の格子ァラィメント方式のァライメントセンサを使用できていた。

これに関して、最近、例えば隣接する微細素子同士を絶縁するために所定幅の浅い溝を形成し、この溝に誘電体等の絶縁物を埋め込む S T I (Shal low Trench I solat ion) 工程が開発されている。この S T I工程では、絶縁物を埋め込んだ層の表面を C M Pプロセスで平坦化した後、その表面にポリシリコンを成膜することがある。この場合、ポリシリコン層の表面には下層のァライメントマークを反映した凹凸は全く形成されず、また、ポリシリコン層は波長 5 5 0〜7 8 0 n mの光束（可視光）を透過しないため、従来の格子ァライメント方式のセンサでは、ポリシリコン層の下層に形成されたァライメントマークを検出することはできなかった。そのため、特に S T I工程で形成された平坦なァライメントマークの位置を、ポリシリコン層等を介して例えば格子ァライメン卜方式で高精度に検出できるァライメントセンサが求められていた。

本発明は斯かる点に鑑み、可視光を透過しない膜の底面に平坦化された位置合わせ用マークが形成されている場合でも、高精度にそのマークの位置を検出できるマーク検出方法、及び位置検出装置を提供することを目的とする。

更に、本発明は、そのような位置検出装置を備えた露光装置を提供することをも目的とする。

更に本発明は、そのようなマーク検出方法を使用して、高精度にァラィメントを行うことができる露光方法、及び半導体素子の製造方法を提供することをも目的とする。発明の開示

本発明によるマーク検出方法は、所定のパターン（2 9) と共に位置合わせ用マーク（2 6) が形成されている基板（4) に対してマスクパターン（R) を重ね合わせて転写するに際して、基板（4) とマスクパターン（R) との位置合わせを行うために、基板（4) 上に形成されている位置合わせ用マーク（2 6) の位置を検出するマーク検出方法であつて、位置合わせ用マーク（2 6) に対して、波長が 8 0 0 nm〜 1 5 0 0 nmの範囲内の 1本のコヒ一レントな光束（L 2) 、又は 2本の互いにコヒ一レントな光束（LA， L B) を照射し、位置合わせ用マーク ( 2 6) から発生する回折光（LDA， LDB、又は LD) を受光し、この受光される回折光に基づいて位置合わせ用マーク（2 6) の位置を検出するものである。斯かる本発明によれば、その位置合わせ用マーク（2 6) は、一例として S T I (Shallow Trench Isolation) 工程によって形成された回折格子状マークであり、この場合、その表面は CMP (Chemical & Mecha nical Pol ishing)プロセスによって平坦化されると共に、その上にポリシリコン（S i ) のように可視光に対しては強い吸収性を持つが、赤外光に対しては良好な透過性を有している薄膜が形成されている。この場合、この薄膜の表面は平坦であって、この表面の凹凸からは位置合わせ用マーク（ 26) を検出することはできない。しかし、本発明で使用される光束の波長域は 8 0 0 nm以上であるため、その光束はその薄膜を透過してその下層の位置合わせ用マーク（26) に達する。従って、その位置合わせ用マークの位置を検出できる。

また、その検出分解能はほぼその光束の波長に比例するが、その波長は 1 5 0 0 nm以下であるため、その検出精度は極めて高い。

この場合、一例として、その位置合わせ用マーク（2 6) に対して 2 本の互いにコヒーレントな光束（LA， L B) を照射し、位置合わせ用マ一ク（2 6) からそれら 2本の光束の照射により互いに同一方向に発生する 1対の回折光（LD) を受光してもよい。これによつて、 2光束干渉方式で位置検出が行われる。この際に、その 2本の光束の周波数を所定量だけずらしておくことによって、ヘテロダイン干渉方式で被検マ —クが静止状態であっても高分解能で（高精度に）位置検出が行われる。

また、別の例として、その位置合わせ用マーク（26) に対して 1本のコヒ一レントな光束（L 2) を照射し、位置合わせ用マ一ク（ 2 6) から異なる方向に発生する 1対の回折光（LDA, LDB) を受光するようにしてもよい。これによつて、一光束を照射する方式で位置検出が行われる。

この一光束を照射する方式では、位置合わせ用マーク（2 6) から発生する 1対の回折光（LDA, LDB) を所定の回折格子（ 1 8) 上に所定の交差角で照射し、回折格子（ 1 8) から発生する回折光（LD C) の光電変換信号よりその位置合わせ用マークの位置を検出してもよい。その光電変換信号の位相からその位置合わせ用マークの位置が高い分解能で、かつ高精度に検出できる。

又は、位置合わせ用マーク（2 6) から発生する 1対の回折光（LD A, LD B) を所定の観察面上に所定の交差角で照射して干渉縞の像

(2 0) を形成し、このように形成される干渉縞の像の強度分布に基づいてその位置合わせ用マークの位置を検出してもよい。その干渉縞の像の位置（位相）からその位置合わせ用マークの位置が高精度に検出できる。

更に、上記の本発明における 1本のコヒ一レントな光束、又は 2本の互いにコヒーレン卜な光束に、更にそれぞれ波長が 50 0〜 8 0 0 nm の範囲内の光束を含めてもよい。これによつて、可視光を通過する膜で覆われた被検マークの位置を容易に高精度に検出できる。その波長 5 0 0〜8 0 0 nmの中では、例えば容易に高出力の光源が得られると共に、フォトレジスト等の感光材料を感光させない等の観点より、更に 6 3 0 〜 8 0 0 nmの波長域が望ましい。

また、本発明による位置検出装置は、所定のパターン（2 9) と共に位置合わせ用マーク（2 6) が形成されている基板（4) に対してマスクパターン（R) を重ね合わせて転写する露光装置に備えられ、その基板とそのマスクパターンとの位置合わせを行うために、その基板上に形成されている位置合わせ用マーク（2 6) の位置を検出する位置検出装置であって、位置合わせ用マーク（2 6) に対して、波長が 8 0 0 nm 〜 1 5 0 0 nmの範囲内の 1本のコヒ一レントな光束（L 2 ) 、又は 2 本の互いにコヒ一レントな光束（LA, L B) を照射する照射光学系 (1 0， 1 1， 14, 1 5, PL、又は 1 0〜 1 3， 1 5, PL) と、位置合わせ用マーク（26) から発生する回折光を受光する受光光学系

(PL, 1 5， 1 7， 1 8， 1 6、又は PL, 1 5， 14, 1 6) と、を備え、このように受光される回折光に基づいて位置合わせ用マーク (26) の位置を検出するものである。

斯かる本発明によれば、波長が 800 nm〜 1 500 nmの範囲内の光束が位置検出用に使用されているため、本発明のマーク検出方法が使用できる。

また、本発明による露光装置は、上記の本発明による位置検出装置を備えたものである。

次に、本発明による露光方法は、マスク（R) 上のパターンを基板 (4) 上に転写する露光方法において、その基板上の位置合わせ用マーク（26) に対して波長が 800〜 1 500 nmの範囲内のコヒーレントビーム（LA， LB、又は L 2) を照射すると共に、その位置合わせ用マークから発生する回折光（LD、又は LDA, LDB) を受光してその位置情報を検出し、この検出された位置情報に基づいて、そのマスクとその基板との位置関係を調整するものである。斯かる本発明の露光方法によれば、本発明のマーク検出方法が使用されているため、可視光を透過しない膜の底面に平坦化された位置合わせ用マークが形成されている場合でも、高精度にァライメントを行うことができ、高い重ね合わせ精度が得られる。

この場合、その位置合わせ用マークは、一例として ST I工程によつて、その凹部に絶縁物（25 d) が埋め込まれているものであるか、又はポリシリコン膜（27) で覆われているものである。

また、そのコヒーレントビームが 2本のビーム（LA, LB) である場合、ヘテロダイン干渉方式、又はホモダイン干渉方式で高精度にァラィメン卜が行われる。

一方、そのコヒーレントビームが 1本のビーム（L 2) である場合、この 1本のビームの照射によってその位置合わせ用マークから発生する光を基準格子（1 8) に照射すると共に、この基準格子から発生する一対の回折光（LDC) を受光することによって、簡単な構成で位置検出を行うことができる。その基準格子として、マスク（R) 上のァライメントマークを使用して、 TTR方式でァライメントを行うことも可能である。

また、そのコヒ一レントビームを、少なくとも波長が 800〜 1 50 0 nmの範囲内の第 1コヒーレントビームと、この第 1コヒ一レントビ —ムと波長が異なる第 2コヒーレントビームとを含むように多波長化してもよい。この場合のその第 2コヒーレントビームの波長は、例えば 5 00〜 1 500 nmの範囲内であるか、又は 500〜800 nmの範囲内である。

また、本発明による半導体素子の製造方法は、基板（4) 上に複数のパターンを重ね合わせて形成する工程を含む半導体素子の製造方法において、その基板上の位置合わせ用マーク（26) に対して波長が 800 〜 1 500 n mの範囲内のコヒ一レントビームを照射すると共に、その位置合わせ用マークから発生する回折光を受光してその位置情報を検出し、この検出された位置情報に基づいて、その基板上に形成されたパ夕 —ンに所定のマスクパターンを重ね合わせて転写するものである。斯かる製造方法によれば、本発明のマーク検出方法が使用されているため、可視光が透過しない膜（ボリシリコン等）の底部に位置合わせ用マークが形成されていても、高い重ね合わせ精度が得られる。従って、高い歩留りで高機能の半導体素子を製造できる。

この場合、そのマスクパターンをその基板上に転写する工程に先立つて、その基板上のそのパターン、及びその位置合わせ用マークの凹部にそれぞれ絶縁体（25 c, 25 d) を埋め込む工程を含んでもよい。更に、 CMPプロセスによって平坦化処理が施されていても、高い重ね合わせ精度が得られる。また、転写方法は、ステップ ' アンド · リピート方式（一括露光型）、又はステップ · アンド · スキャン（走査露光型）の何れでもよい。図面の簡単な説明

図 1 (a) は本発明の第 1の実施の形態で使用される投影露光装置を示す概略構成図、図 1 (b) は図 1 (a) 内のァライメントマ一ク 26 を示す拡大断面図である。図 2は、本発明の第 2の実施の形態で使用される投影露光装置を示す概略構成図である。図 3 (a) は本発明の第 3 の実施の形態のァライメントセンサの要部を示す図、図 3 (b) は図 3 (a) の撮像素子 1 9上に形成される干渉縞を示す図である。図 4 (a) は図 2の光電検出器 1 6から出力される検出信号 S Aの一例を示す図、図 4 (b) は図 3 (a) の撮像素子 1 9から出力される撮像信号 S Bの一例を示す図である。図 5は、本発明の実施の形態で検出対象となるァライメントマークの形成方法の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な第 1の実施の形態につき図 1を参照して説明する。本例は、投影露光装置に備えられた TTL (スルー ·ザ，レンズ）方式で、格子ァライメント方式のァライメントセンサに本発明を適用したものである。

図 1 (a) は本例の投影露光装置を示し、この図 1 (a) において、露光時には、露光光源、照度分布均一化用のオプティカル ·インテグレ一夕（ホモジナイザ一）、リレ一レンズ、可変視野絞り、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系 1から射出される露光用の照明光 I Lは、レチクル Rのパターン面（下面）の所定の照明領域を照明する。なお、露光光源としては、 K r F (波長 2 4 8 n m) 、 A r F (波長 1 9 3 η m) 、 F ₂ (波長 1 5 7 n m) 等のエキシマレーザ光源、又は水銀ランプ等が使用できる。

レチクル Rのその照明領域内のパターンの像は、両側（又はゥェ八側に片側）テレセントリックな投影光学系 P Lを介して投影倍率 ]3 ( は、 1ノ4倍、又は 1 Z 5倍等）で縮小されて、フォトレジストが塗布されたウェハ 4上のショット領域に投影される。以下、投影光学系 P Lの光軸 A Xに平行に Z軸を取り、 Z軸に垂直な平面内で図 1 ( a ) の紙面に平行に X軸を取り、図 1 ( a ) の紙面に垂直に Y軸を取って説明する。

このとき、レチクル Rはレチクルステージ 2上に吸着保持され、レチクルステージ 2は X方向、 Y方向、及び回転方向にレチクル Rの位置決めを行う。不図示のレーザ干渉計によって計測されるレチクルステージ 2の位置、及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系 9からの制御情報に基づいて、不図示のレチクルステージ駆動系がレチクルステージ 2 の動作を制御する。

一方、ウェハ 4は不図示のウェハホルダ上に吸着保持され、このゥェハホルダは試料台 5上に固定され、試料台 5はウェハステージ 6上に固定されている。試料台 5は、ウェハ 4のフォーカス位置（Z方向の位置）、及び傾斜角の制御を行い、ウェハステージ 6は、 X方向、 Y方向に試料台 5を位置決めする。試料台 5の上端の移動鏡 7 m及び対応するレ一ザ干渉計 7によって試料台 5 (ウェハ 4 ) の 2次元的な位置が計測され、この計測値、及び主制御系 9からの制御情報に基づいてウェハステージ駆動系 8が、例えばリニァモー夕方式でウェハステージ 6の動作を制御する。レーザ干渉計 7の計測値は主制御系 9にも供給されている。そして、投影露光装置が本例のように一括露光型（ステッパー型）であれば、ウェハ 4の露光対象のショット領域が投影光学系 P Lによる露光領域に静止した状態で、照明光 I Lが照射されてレチクル Rのパターン像が露光される。その後、ウェハステージ 6のステップ移動によって次のショット領域が露光領域に移動し、以下ステップ，アンド ' リピート方式でレチクル Rのパターン像がウェハ 4の各ショット領域に転写される。

また、本発明はステップ · アンド · スキャン方式の投影露光装置にも適用可能であり、この場合には、レチクルステージ 2にも所定方向（例えば Y方向）への連続移動機能が備えられ、走査露光時にはレチクルステ一ジ 2、及びウェハステージ 6を介してレチクル R、及びウェハ 4が投影光学系 P Lに対してほぼ投影倍率 3を速度比として同期走査されるさて、このようにウェハ 4上の各ショット領域に対して順次レチクル Rのパターン像を転写する際には、予めレチクル Rとウェハ 4上の各シヨット領域とのァライメントを行っておく必要がある。このために、レチクル Rのパターン領域の近傍にはァライメントマ一クが形成され、このァライメントマークと試料台 5上の不図示の基準マークとの位置ずれ量をレチクル R上の不図示のレチクルァライメント顕微鏡で検出することによって、レチクル Rのパターン像がウェハステージ 6に対して位置合わせされる。また、ウェハ 4上の各ショット領域にはそれぞれァライメントマ一ク（ウェハマーク）が付設されており、投影光学系 P Lの側方にそれらのァライメントマークの位置を検出するための、 T T L方式で格子ァライメン卜方式のァライメントセンサ 3が配置されている。

この場合、試料台 5上の不図示の基準マークを用いて、レチクル Rのパターン像の中心とァライメントセンサ 3の検出中心との間隔（ベースライン量）が予め求められて、主制御系 9内に記憶されている。そして. ウェハのァライメント時には、一例として、ァライメントセンサ 3によつて露光対象のショット領域のァライメントマークの位置を検出し、この検出結果及びそのべ一スライン量等に基づいてそのショット領域をレチクル Rのパターン像の露光位置に移動することで、正確な重ね合わせ露光が行われる。以下では、検出対象のマークを X軸のァライメントマーク 2 6であるとして説明する。

図 1 (b) は本例のァライメントマーク 2 6を示す拡大断面図であり、この図 1 (b) に示すように、シリコン基板よりなるウェハ 4の表面には、 S T I (Shallow Trench Isolation) 工程によって、 X方向にピッチ Pで複数個の凹部 2 3 dが形成され、これらの凹部 2 3 dにそれぞれ二酸化ケイ素（S i 0₂)等の誘電体よりなる絶縁体 2 5 dが埋め込まれている。絶縁体 2 5 dは或る程度赤外光等を透過するため、ァライメントマーク 2 6は X方向にピッチ Pで形成された位相型（凹凸）の回折格子とみなすことができる。ただし、絶縁体 2 5 dが赤外光等を殆ど透過しない場合には、絶縁体 2 5 dの部分とゥェ八 4の基板の部分との反射率の相違を利用して、ァライメントマ一ク 2 6をピッチ Pの振幅型の回折格子とみなすこともできる。

S T I工程を施す場合、ウェハ 4の表面 4 aは、ァライメントマーク 2 6の表面を含めて CMP (化学機械的研磨）プロセスによって平坦化されており、本例では更にその表面 4 a上にポリシリコン膜（S i ) 2 7が形成されている。ポリシリコン膜 2 7は、可視光は殆ど透過しないが、波長 8 0 0 nm以上の赤外光に対しては少なくとも透過光を検出できる程度の透過率を有している。また、 CMPプロセスによってァライメントマーク 2 6を含む表面 4 aの平坦度は良好であるため、その上のポリシリコン膜 2 7の表面にはァライメントマーク 2 6の各凹部 2 3 d に起因する凹凸は全く現れていない。更に、ポリシリコン膜 27上に感光材料としてのフォトレジス卜 28が塗布されている。フォトレジス卜 28の感度は、波長 400 nm程度以下の紫外域にあるため、ほぼ垂直に入射する可視光や赤外光はフォトレジスト 28を殆ど透過する。即ち，可視光や赤外光はフォ卜レジスト 28を感光させない。

図 1 (a) のァライメントセンサ 3において、ァライメント時には、半導体レーザ素子、又は YAGレーザ光源等のレーザ光源 1 0から、波長が 800〜1 500 nmの範囲内で単色とみなせる可干渉性の良好な (即ち、コヒーレントな）レーザビームよりなる光束 L 1が射出される光束 L 1は、整形光学系 1 1により断面形状等が整形された後、音響光学素子（AOM) 等を含む周波数シフ夕 1 2に入射し、周波数シフタ 1 2から互いに周波数の僅かに異なる 2つの光束 L A， L Bが発生する。その周波数差を Δ f とする。これらの互いに可干渉な（互いにコヒ一レントな）光束 LA, LBは、リレ一レンズ 1 3、及びレチクル Rと投影光学系 PLとの間に配置された光路折り曲げ用のミラ一 1 5を経て投影光学系 PLに入射する。そして、投影光学系 PLを通過した 2つの光束 L A, LBは、ウェハ 4上のァライメン卜マーク 26上に X方向に所定の交差角で入射する。

図 1 (b) を参照して説明したように、ァライメントマ一ク 26上にはポリシリコン膜 27、及びフォトレジスト 28が形成されているが、光束 LA， LBの波長は 800 nm以上であるため、光束 LA, LBはフォトレジスト 28を感光させることもなく、かつポリシリコン膜 27 もかなりの透過率で透過してァライメントマーク 26に達する。これに関して、従来の格子ァライメント方式のセンサでは、検出波長が 550 〜 780 nm程度であったため、ポリシリコン膜 27を透過して、その下層のァライメントマーク 26を検出することは困難である。ァライメントマーク 2 6の X方向へのピッチは Pであり、 2つの光束 LA， L Bの波長を λとすると、 2つの光束 LA， L Bのァライメントマ一ク 2 6に対する X方向への入射角 0は、次式を満たすように設定されている。

sin Θ = λ/Ρ ( 1 )

これによつて、ァライメントマ一ク 2 6からは、光束 LAの + 1次回折光、及び光束 L Βの一 1次回折光が垂直上方（光束 LA， L Bの入射方向の中間の方向）に平行に発生する。これら 1対の ± 1次回折光は周波数 Δ f で強度が変化するへテロダインビームであり、このへテロダインビームを回折光 LDと呼ぶ。ァライメントマーク 2 6から発生する回折光 LDは、投影光学系 P L、ミラー 1 5、及び分岐用ミラ一 1 4を経て、光電検出器 1 6により受光され、光電検出器 1 6から出力される周波数 Δ f の正弦波状のビート信号 Sは、ァライメント信号処理系 2 1に供給される。レーザ光源 1 0〜光電検出器 1 6よりァライメントセンサ 3が構成されている。

ァライメント信号処理系 2 1は、主制御系 9の制御のもとでレーザ光源 1 0の発光タイミングを制御すると共に、光電検出器 1 6からのビー卜信号 Sの位相を検出する。ビート信号 Sの位相はァライメントマーク 2 6の X方向の位置により変化するため、ァライメント信号処理系 2 1 は、その位相よりァライメントマ一ク 2 6の X方向の位置を高精度に検出し、この検出結果を主制御系 9に供給する。なお、本例のァライメントセンサ 3と同様の構成で、検出光の波長域が異なるァライメントセンザの詳細な構成は、例えば日本国特開平 2— 2 8 3 0 1 1号公報（及びこれに対応する米国特許第 5， 1 5 1 , 7 5 0号明細書）に開示されている。

また、本例では 2光束 LA, L Bに周波数差 Δ f を与えるヘテロダイン方式を採用しているため、ァライメント信号処理系 2 1は、その周波数差 Δ f と同じ周波数の基準信号とビート信号 Sとの位相差を検出すると共に、この位相差とァライメントマ一ク 2 6の検出時に得られるレーザ干渉計 7の計測値とに基づいて、ァライメントマーク 2 6の位置を検出する。その基準信号としては、例えば周波数シフタ 1 2の駆動信号を使用することができる。その外に、リレーレンズ 1 3とミラ一 1 5との間に配置したビームスプリツ夕（不図示）で 2光束 L A， L Bの一部を分岐して基準格子に照射し、この基準格子から発生する土 1次回折光よりなるヘテロダインビームを光電検出して、その基準信号を得るようにしてもよい。このような位置検出アルゴリズムは周知であるため、ここではこれ以上の説明を省略する。

また、ァライメントセンサ 3と並列に Y軸のァライメントマークの位置を検出するための Y軸のァライメントセンサ（不図示）も配置され、このァライメントセンサによる Y軸のァライメントマークの位置情報も主制御系 9に供給される。主制御系 9は、それら X軸及び Y軸のァライメントマークの位置、これらのァライメン卜マークが属するショット領域の中心とこれらのァライメントマークとの位置関係の情報、及び既に説明したベースライン量に基づいて、ゥェ八 4の駆動位置を決定する。この駆動位置の情報はウェハステージ駆動系 8に供給され、これに応じてウェハステージ 6がウェハ 4 (試料台 5 ) を露光位置に移動して、位置決めが完了した段階でレチクル Rのパターン像が露光される。

このように本例では、波長 8 0 0 n m以上の光束 L A， L Bがァライメントマ一ク 2 6に照射されているため、ァライメントマーク 2 6がポリシリコン膜 2 7に覆われていても、光束 L A , L Bはそのポリシリコン膜 2 7を透過する。従って、ァライメントマーク 2 6の位置をへテロダイン干渉方式で高分解能で検出できる利点がある。更に、光束 L A , LBの波長は 1 500 nm以下であるため、検出精度も高くなつている, なお、上記の実施の形態は、ヘテロダイン干渉方式であるため、ァラィメントマーク 26に照射される 2本の光束 L A， L Bの周波数は互いに僅かに異なっており、検出対象のァライメントマ一ク 26が静止している状態で、高精度にそのマークの位置を検出することができる。しかしながら、 2本の光束 LA， LBの周波数を同一のままとしておくホモダイン干渉方式を採用してもよい。この場合には、回折光 LDの位相を検出するために、ウェハステージ 6を介してァライメントマーク 26を X方向に走査すればよい。

また、本例のァライメントセンサ 3は、投影光学系 P Lを介して被検マークを検出する TTL方式である。これ以外に、例えば日本国特開平 6 - 26038 9号公報に開示されているように、レチクル R上のァラィメントマ一クとウェハ 4上のァライメントマークとにそれぞれ 2光束を照射し、両マークからそれぞれ発生する士 1次回折光よりなる干渉光を互いに独立に光電検出し、この 2つの検出信号の位相差から両マークの位置ずれ量を求める TTR (スルー 'ザ，レチクル）方式のァライメン卜センサにも本発明を適用することができる。

この TTR方式のァライメントセンサを使用する際には、投影光学系 PLは露光波長（例えば 248 nm、又は 1 93 nmなど）に対して良好に色収差補正されているため、レチクル Rに設けた透過窓、及び投影光学系 PLを通る 2光束（本例では波長 800〜 1 500 nmに発振スぺクトルを有するコヒーレント光）がウェハ 4上のァライメントマークに照射され、かつ当該マークから発生する土 1次回折光が投影光学系 P L、及びレチクル Rのその透過窓を通るように、投影光学系 PLの瞳面にその 2光束、及び ± 1次回折光をそれぞれ偏向する補正光学素子（回折格子など）を有する補正板を配置しておくとよい。更にァライメントセンサ 3を、例えば日本国特開平 7— 3 2 1 0 3 0 号公報（及びこれに対応する米国特許第 5， 7 2 1 , 6 0 5号明細書）に開示されているセンサと同様に、投影光学系 P Lとは別に設けられる対物光学系を介してウェハ 4上のァライメントマークに 2光束を照射するオフ · ァクシス方式としてもよい。

また、ァライメントセンサ 3が、 T T L方式（図 1 ( a ) の方式）、 T T R方式、又はオフ · ァクシス方式の何れであっても、互いに波長が異なる複数組の 2光束を用いてァライメントマークを検出するにように構成してもよい。この際に、第 1組の 2光束として波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 n mの第 1の単色光を用い、第 2組の 2光束として波長が 5 0 0〜 8 0 0 n mの第 2の単色光（例えば波長 6 3 3 n m、又は波長 5 4 4 η mなど）を用いることが望ましい。そして、第 1組、及び第 2組の 2光束でそれぞれァライメントマークを検出可能であるときは、ァライメント信号処理系 2 1で組毎に検出されるァライメントマークの位置の一つ、若しくはその平均値、又は所定の信頼度（例えば各ビート信号の振幅）に応じて各検出値（マーク位置）毎に重み付けを行った加重平均値を用いることで、当該ァライメントマ一クの位置を高精度に求めることがでさる。

一方、第 1組及び第 2組の 2光束の一方のみによる検出が可能であるァライメントマーク、例えば本例のように S T I工程で絶縁体が埋め込まれ、かつ表面にポリシリコン膜が形成されるァライメントマ一クでは、第 1組の 2光束を用いてそのマークの位置を求めるようにする。これにより、レイァ毎に最適なァライメント光を用いることができ、フオトレジストなどにおける薄膜干渉の影響を大幅に低減して、ァライメントマ —クの検出精度を向上させることが可能となる。

なお、その第 2組の 2光束として用いる第 2の単色光は波長 5 0 0〜 8 0 0 n mに限られるものではなく、例えば第 1の単色光と波長が異なる 8 0 0〜 1 5 0 0 n m内の単色光を用いてもよい。また、ァライメントマ一クの検出に用いる 2光束は 2組に限られるものではなく、互いに波長が異なる 3組以上であってもよい。更に、 2光束に与える周波数差を組毎に僅かに異ならせるようにしてもよい。また、互いに波長が異なる複数組の 2光束をそれぞれァライメントマークに照射する場合、光電検出器は組（波長）毎に用意して、ァライメントセンサ 3の光学系は共通に利用するようにしてもよいし、あるいは組毎に光学系を用意するようにしてもよい。更に、ァライメントセンサをホモダイン干渉方式とした場合でも、同様に 2組以上の互いに波長が異なる 2光束を用いるよう次に、本発明の第 2の実施の形態につき図 2及び図 4を参照して説明する。本例も格子ァライメント方式のァライメントセンサに本発明を適用したものであるが、本例のァライメントセンサは、ァライメントマ一クに対して 1本の光束を照射し、そのァライメントマークから異なる方向に発生する 2本の回折光を検出する点が異なっている。

図 2は、本例の投影露光装置を示し、図 1に対応する部分に同一符号を付したこの図 2において、投影光学系 P Lの側方に T T L方式で、格子ァライメント方式のァライメントセンサ 3 Aが配置されている。ァラィメントセンサ 3 Aにおいて、レーザ光源 1から射出された波長 8 0 0 〜 1 5 0 0 n mの単色のレーザビームよりなる光束 L 1は、整形光学系 1 1を経て所定の断面形状の光束 L 2に変換される。光束 L 2は、分岐用ミラ一 1 4、光路折り曲げ用のミラ一 1 5を経て、更に投影光学系 P Lを介して、ウェハ 4上のァライメントマーク 2 6に照射される。ァラィメントマ一ク 2 6は、上記の第 1の実施の形態と同じく、凹部に絶縁体が埋め込まれて平坦化された回折格子状マークであり、かつポリシリコン膜、及びフォトレジストに覆われている。

本例では、ァライメントマ一ク 2 6のピッチ P、光束 L 2の波長 λを用いて、ァライメントマ一ク 2 6からは、入射する光束 L 2に対する + 1次回折光 LDA、及び一 1次回折光 LDBが次式で定まる回折角 ± Θ で対称に発生する。

sin Θ = λ/Ρ ( 2)

これらの回折光 LDA, LD Bは、投影光学系 P L、ミラ一 1 5を介して集光レンズ 1 7に導かれ、集光レンズ 1 7によって回折光 LDA, LDBは基準格子 1 8上に所定の交差角で集光され、そこに干渉縞を形成する。基準格子 1 8は、そこに形成される干渉縞の強度分布のピッチと同一のピッチで透過部と遮光部とが周期的に形成された振幅型の回折格子である。その基準格子 1 8からは、回折光 LD Aの + 1次回折光と回折光 LD Bの一 1次回折光とが平行に干渉光 LD Cとして発生し、干渉光 LD Cは光電検出器 1 6で受光される。光電検出器 1 6から出力される検出信号 S Aは、ァライメント信号処理系 2 1 Aに供給される。レ一ザ光源 1 0、整形光学系 1 1、及び分岐用ミラー 1 4〜光電検出器 1 6よりァライメントセンサ 3 Aが構成されている。

ァライメント信号処理系 2 1 Aも、主制御系 9の制御のもとでレーザ光源 1 0の発光タイミングを制御し、検出信号 S Aからァライメントマーク 2 6の位置を検出する。即ち、基準格子 1 8上に形成される干渉縞の位置は、ァライメントマ一ク 2 6の位置を反映し、その位置に応じて検出信号 S Aの位相が変化するため、ァライメント時に主制御系 9は、一例としてウェハステージ 6を X方向に駆動して、光束し 2に対してァライメントマ一ク 2 6を相対的に走査する。これによつて、検出信号 S Aは、図 4 (a) に示すように時間 tに対して正弦波状に変化する。そこで、ァライメント信号処理系 2 1 Aで、所定の時点 t。での検出信号 S Aの位相を検出することで、ァライメントマ一ク 2 6の位置が検出される。

本例においても、光束し 2の波長は 8 0 0〜 1 5 0 0 nmであるため、ァライメントマ一ク 2 6を覆うポリシリコン膜を透過して、かつ高精度にそのァライメントマーク 2 6の位置を検出できる。

なお、本例において、ウェハステージ 6の走査の代わりに、基準格子 1 8を走査したり、振動させてもよい。これによつても、光電検出器 1 6に受光された光束の強度を変化させることができ、結果としてァライメントマ一ク 2 6の位置を検出することができる。

次に本発明の第 3の実施の形態につき図 3を参照して説明する。本例は、図 2の第 2の実施の形態において、基準格子 1 8及び光電検出器 1 6を、図 3 (a) に示す撮像素子 1 9に置き換えたものであり、それ以外の光学系の変更は無い。図 3 (a) において、図 2のァライメントマーク 2 6からの回折光 LD A, LD Bは、集光レンズ 1 7によって C C D等の 2次元の撮像素子 1 9の撮像面に集光されて、その撮像面上に図 3 (b) に示すような干渉縞 2 0が形成される。干渉縞 2 0は、図 2の基準格子 1 8上に形成される干渉縞と同じものであり、撮像素子 1 9の撮像信号 S Bはァライメント信号処理系 2 1 Bに供給され、ァライメン卜信号処理系 2 1 Bでは撮像信号 S Bより干渉縞 2 0の位置（位相）を検出する。

即ち、撮像信号 S Bは、図 4 (b) に示すような正弦波信号となるが、この横軸は時間 tではなく、ァライメントマーク 6の計測方向（X方向）に対応する撮像素子 1 9上の位置 Xである。そこで、ァライメント信号処理系 2 1 Bで、撮像面上の所定の基準点 χ。での撮像信号 S Bの位相を検出することで、ァライメントマーク 2 6の位置が検出される。本例においても、ァライメントマ一ク 2 6を覆うポリシリコン膜を透過して、かつ高精度にそのァライメントマーク 2 6の位置を検出できる。

なお、以上の第 2、及び第 3の実施の形態中では、ァライメントセンザの光学系は、全て投影光学系をその一部として使用する TTL方式としたが、ァライメントセンサの光学系を、投影光学系 P Lとは全く別のオフ · ァクシス方式として構成してもよい。例えばオフ · ァクシス方式の場合には、独立に収差補正を行った対物レンズが使用できるため、検出光束を波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 nmの範囲内の複数の単色光の組み合わせ、即ち複数波長の光束としてもよい。これによつて、ウェハ上のフォトレジスト層等における薄膜干渉の影響が軽減される場合がある。また、検出光束を、波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 nmの第 1の単色光と、波長が 5 0 0〜 8 0 0 nmの第 2の単色光との組み合わせとするか、又は本例のァライメントセンサ 3 Aに対して、波長が 5 0 0〜 80 0 nm の光束を使用する従来方式の格子ァライメント方式のァライメントセンサとを併用するようにしてもよい。なお、その第 2の単色光としては、波長が 6 3 0〜 8 0 0 nmの光束を使用してもよい。波長を 6 3 0 nm 以上とすることで、 H e _N eレーザ（波長 6 3 3 nm) や赤色の半導体レーザ等の高出力で廉価な光源を使用して、通常の可視光を通過する膜で覆われたァライメントマークの位置を高い S N比で高精度に検出できる。

また、特に図 2の第 2の実施の形態では、基準格子 1 8をレチクル 2 上に形成するものとし、ウェハ 4とレチクル Rとを TTR (スルー ·ザ • レチクル）方式で直接ァライメントすることも可能である。

また、上記の第 1〜第 3の実施の形態は、本発明を格子ァライメント方式のァライメントセンサに適用したものであるが、例えばスリット状に集光されるレーザビームと、ドット列状の（一種の回折格子の）ァラィメントマークとを相対走査して、そのァライメントマ一クから発生する回折光を受光して位置検出を行うレーザ ·ステップ，ァライメント方式（L SA方式）のァライメントセンサにも本発明を適用することができる。

次に、図 5を参照して上記の実施の形態中で検出対象となっているァライメントマーク 2 6の形成方法の一例につき説明する。

[第 1工程]

先ず、図 5 (a) に示すように、シリコン基板よりなるウェハ 4の表面にフォトレジスト 2 2を塗布した後、露光装置を用いて所定のレチクルのパターンの像を露光する。その後、現像を行うことによって、図 5 (b) に示すように、フォトレジスト 2 2中の回路パターン領域に対応する部分に所定幅のスペース部 2 2 a〜2 2 cを設け、ァライメン卜マ —クに対応する部分により狭い幅のスペース部 2 2 dをピッチ P (図 1

(b) 参照）で複数個形成する。

[第 2工程]

図 5 (b) のウェハ 4に対してフォトレジスト 2 2をマスクとしてェツチングを行った後に、フォトレジストを剥離することによって、図 5

(c ) に示すように、ウェハ 4上の回路パターン領域に所定幅の凹部 2 3 a〜 2 3 cを形成し、ァライメントマーク領域により狭い幅の凹部 2 3 dをピッチ Pで複数個形成する。

[第 3工程]

図 5 (d) に示すように、ウェハ 4の表面に二酸化ケイ素（S i 〇₂) 等の誘電体よりなる絶縁膜 2 5を形成した後、絶縁膜 2 5の表面に CM Pプロセスを施すことによって、図 5 ( e ) に示すように、ウェハ 4の表面 4 aが現れるまで絶縁膜 2 5を除去して平坦化する。この結果、ゥェハ 4の回路パターン領域では、凹部に絶縁体 2 5 a〜 2 5 cを埋め込んだ形の回路パターン 2 9が形成され、ァライメントマーク領域では、ピッチ Pで形成された複数の凹部に絶縁体 2 5 dを埋め込んだ形のァラィメントマーク 2 6が形成される。以上の第 1工程〜第 3工程までが S T I (Shallow Trench Isolation) 工程である。また、回路パターン 2 9内の絶縁体 2 5 a〜 2 5 cは、隣接する微細素子を互いに絶縁する役割を果たしており、絶縁体 2 5 a〜 2 5 cの間には、例えばこの前後の工程において、所定の微細回路パターンが形成される。

[第 4工程]

図 5 (e) のウェハ 4の表面 4 aの上層に例えばゲートを形成するような場合に、図 5 ( f ) に示すように、表面 4 a上にポリシリコン膜 2 7を形成する。その後、ポリシリコン膜 2 7内に所定の回路パターンを形成するため、図 5 (g) に示すように、ポリシリコン膜 2 7上にフォトレジス卜 2 8を塗布する。この場合のァライメントマ一ク 2 6の状態が、図 1 (b) のァライメントマーク 2 6と同じ状態であり、この後、例えば図 1の投影露光装置を用いて重ね合わせ露光が行われる。

上記のように、本例のマーク形成方法によれば、 S T I (Shallow Tr ench Isolation) 工程で回路パターンを形成するのと並行して、効率的にァライメントマーク 2 6を形成することができる。

なお、図 5の説明ではウェハ 4の表面に回路パターン 2 9と共にァラィメントマーク 2 6を直接形成するものとしたが、ウェハ 4上に積層される複数の層（レイァ）の一つに、凹部に絶縁体などが埋め込まれるァライメントマークを形成してもよく、このァライメントマークに対しても本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

また、上記の実施の形態の露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを近接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ方式の露光装置を使用する場合にも、本発明を適用することができる。また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気へッドを製造するための露光装置にも広く適用できる。

また、上記の実施の形態の露光装置としては、露光光として軟 X線等の極端紫外光（E U V光）や X線を使用する露光装置、又は電子線を露光ビームとする電子線露光装置等も使用することができる。

更に、投影光学系を使用する場合、その倍率は縮小系のみならず等倍、又は拡大系の何れでもいい。そして、投影光学系としては、エキシマレ一ザ等の遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石等の遠紫外線を透過する材料を用い、 F ₂ レーザや X線を用いる場合は反射屈折系又は反射系の光学系にすることになる（レチクルも反射型タイプのものを用いる）。また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズ及び偏向器からなる電子光学系を用いればいい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。

また、上記の実施の形態の露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、及び投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウェハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

更に、例えば図 1 ( a ) のウェハ 4を加工して半導体デバイスを製造する場合には、デバイスの機能 ·性能設計を行うステップ、このステツプに基づいたレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウェハを制作するステップ、前述した実施の形態の露光装置によりァライメントを行いつつレチクルのパターンをウェハに露光するステツプ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージェ程を含む）、及び検査ステップ等が実行される。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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ことは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む 1 9 9 7年 1 1月 2 0日付け提出の日本国特許出願第 9 - 3 1 9 2 3 9号の全ての開示内容は、そつくりそのまま引用して本願に組み込まれている。産業上の利用の可能性

本発明のマーク検出方法によれば、位置合わせ用マークに対して、所定の波長域のコヒ一レントな光束を照射しているため、可視光を透過しない膜（例えばポリシリコン層）の底面に平坦化された位置合わせ用マ —クが形成されている場合でも、その膜を透過して高精度にそのマークの位置を検出できる。従って、露光時、又は半導体素子の製造時等にこのマーク検出方法を使用して基板とマスクパターンとのァライメントを行うことによって、高い重ね合わせ精度が得られ、ひいては高機能の半導体素子等を高い歩留りで製造することができる。

この場合、その位置合わせ用マークに対して 2本の互いにコヒ一レン卜な光束を照射するか、又はその位置合わせ用マークに対して 1本のコヒーレントな光束を照射して、その位置合わせ用マークから発生する 1 対の回折光を受光することによって、格子ァライメント方式で高精度に位置検出が行われる。

また、その位置合わせ用マークに対して 1本のコヒーレントな光束を照射する場合に、その位置合わせ用マークから発生する 1対の回折光を所定の回折格子上に所定の交差角で照射して、その回折格子から発生する回折光の光電変換信号を検出するか、又はその位置合わせ用マークから発生する 1対の回折光を所定の観察面上に所定の交差角で照射して干渉縞の像を形成することによって、それぞれ時間基準、又は位置基準で高精度に位置検出を行うことができる。

また、本発明の位置検出装置によれば、本発明のマーク検出方法が使用できる。更に、本発明の露光装置によれば、本発明の位置検出装置を用いて、可視光を透過しない基板に露光を行う場合であっても高精度にァライメントを行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 所定のパターンと共に位置合わせ用マークが形成されている基板に対してマスクパターンを重ね合わせて転写するに際して、前記基板と前記マスクパターンとの位置合わせを行うために、前記基板上に形成されている前記位置合わせ用マークの位置を検出するマーク検出方法であつて、

前記位置合わせ用マークに対して、波長が 8 0 0 n m〜 1 5 0 0 n m の範囲内の 1本のコヒーレン卜な光束、又は 2本の互いにコヒ一レン卜な光束を照射し、前記位置合わせ用マークから発生する回折光を受光し、該受光される回折光に基づいて前記位置合わせ用マークの位置を検出することを特徴とするマーク検出方法。

2 . 前記位置合わせ用マークに対して 2本の互いにコヒ一レントな光束を照射し、

前記位置合わせ用マークから前記 2本の光束の照射により互いに同一方向に発生する 1対の回折光を受光することを特徴とする請求の範囲 1 記載のマーク検出方法。

3 . 前記位置合わせ用マークに対して 1本のコヒーレントな光束を照射し、

前記位置合わせ用マークから異なる方向に発生する 1対の回折光を受光することを特徴とする請求の範囲 1記載のマーク検出方法。

4 . 前記位置合わせ用マークから発生する 1対の回折光を所定の回折格子上に所定の交差角で照射し、

前記回折格子から発生する回折光の光電変換信号より前記位置合わせ用マークの位置を検出することを特徴とする請求の範囲 3記載のマーク検出方法。

5 . 前記位置合わせ用マークから発生する 1対の回折光を所定の観察面上に所定の交差角で照射して干渉縞の像を形成し、

該形成される干渉縞の像の強度分布に基づいて前記位置合わせ用マークの位置を検出することを特徴とする請求の範囲 3記載のマーク検出方法。

6 . 前記 1本のコヒ一レントな光束、又は 2本の互いにコヒーレントな光束は、更にそれぞれ波長が 5 0 0〜 8 0 0 n mの範囲内の光束を含むことを特徴とする請求の範囲 1 、 2、又は 3記載のマーク検出方法。

7 . 前記 2本の互いにコヒ一レントな光束は互いに周波数の異なるへテ口ダインビームであることを特徴とする請求の範囲 2記載のマーク検出方法。

8 . 所定のパターンと共に位置合わせ用マークが形成されている基板に対してマスクパターンを重ね合わせて転写する露光装置に備えられ、前記基板と前記マスクパターンとの位置合わせを行うために、前記基板上に形成されている前記位置合わせ用マークの位置を検出する位置検出装置であって、

前記位置合わせ用マークに対して、波長が 8 0 0 n m〜 1 5 0 0 n m の範囲内の 1本のコヒ一レン卜な光束、又は 2本の互いにコヒーレントな光束を照射する照射光学系と、

前記位置合わせ用マークから発生する回折光を受光する受光光学系と、を備え、該受光される回折光に基づいて前記位置合わせ用マークの位置を検出することを特徴とする位置検出装置。

9 . 所定のパターンと共に位置合わせ用マークが形成されている基板に対してマスクパターンを重ね合わせて転写する露光装置であって、前記位置合わせ用マークに対して、波長が 8 0 0 n m〜 1 5 0 0 n m の範囲内の 1本のコヒーレン卜な光束、又は 2本の互いにコヒーレン卜な光束を照射する照射光学系と、

前記位置合わせ用マークから発生する回折光を受光する受光光学系とを有する位置検出装置を備え、

該位置検出装置の検出結果に基づいて前記基板と前記マスクパターンとの位置合わせを行うことを特徴とする露光装置。

1 0 . マスク上のパターンを基板上に転写する露光方法において、前記基板上の位置合わせ用マークに対して波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 n mの範囲内のコヒ一レントビームを照射すると共に、前記位置合わせ用マークから発生する回折光を受光してその位置情報を検出し、

該検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板との位置関係を調整することを特徴とする露光方法。

1 1 . 前記位置合わせ用マークは、その凹部に絶縁物が埋め込まれていることを特徴とする請求の範囲 1 0記載の露光方法。

1 2 . 前記位置合わせ用マークは、ポリシリコン膜で覆われていることを特徴とする請求の範囲 1 0、又は 1 1記載の露光方法。

1 3 . 前記位置合わせ用マークは、 S T I工程で形成されることを特徴とする請求の範囲 1 1、又は 1 2記載の露光方法。

1 4 . 前記コヒ一レントビームは、互いに波長がほぼ同一でコヒ一レン卜な 2本のビームからなり、該 2本のビームの照射によって前記位置合わせ用マークから発生する一対の回折光を受光することを特徴とする請求の範囲 1 0〜 1 3の何れか一項記載の露光方法。

1 5 . 前記 2本のビームは、互いに周波数が異なることを特徴とする請求の範囲 1 4記載の露光方法。

1 6 . 前記コヒーレントビ一ムは 1本のビームであり、該 1本のビームの照射によって前記位置合わせ用マークから発生する光を基準格子に照射すると共に、該基準格子から発生する一対の回折光を受光することを特徴とする請求の範囲 1 0〜 1 3の何れか一項記載の露光方法。

1 7 . 前記基準格子は、前記マスクに形成されるァライメントマークであることを特徴とする請求の範囲 1 6記載の露光方法。

1 8 . 前記コヒ一レントビームは、少なくとも波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 n mの範囲内の第 1コヒ一レントビームと、該第 1コヒーレントビームと波長が異なる第 2コヒーレントビームとを含むことを特徴とする請求の範囲 1 0〜 1 3の何れか一項記載の露光方法。

1 9 . 前記第 2コヒ一レントビームの波長は、 5 0 0〜 1 5 0 0 n mの範囲内であることを特徴とする請求の範囲 1 8記載の露光方法。

2 0 . 前記第 2コヒーレントビームの波長は、 5 0 0〜 8 0 0 n mの範囲内であることを特徴とする請求の範囲 1 8記載の露光方法。

2 1 . 前記第 1、及び第 2コヒ一レントビームは、それぞれ互いに波長がほぼ同一でコヒ一レントなビームからなることを特徴とする請求の範囲 1 8〜 2 0の何れか一項記載の露光方法。

2 2 . 基板上に複数のパターンを重ね合わせて形成する工程を含む半導体素子の製造方法において、

前記基板上の位置合わせ用マークに対して波長が 8 0 0〜 1 5 0 0 n mの範囲内のコヒーレントビームを照射すると共に、前記位置合わせ用マークから発生する回折光を受光してその位置情報を検出し、

該検出された位置情報に基づいて、前記基板上に形成されたパターンに所定のマスクパ夕一ンを重ね合わせて転写することを特徴とする半導体素子の製造方法。

2 3 . 前記マスクパターンを前記基板上に転写する工程に先立って、前記基板上の前記パターン、及び前記位置合わせ用マークの凹部にそれぞれ絶縁体を埋め込むことを特徴とする請求の範囲 2 2記載の半導体素子の製造方法。

2 4 . 前記絶縁体の形成工程は、前記基板上に絶縁層を形成する工程と. 前記パターンの表面が現れるまで前記絶縁層を除去する C M P工程と、を含むことを特徴とする請求の範囲 2 3記載の半導体素子の製造方法。

2 5 . 前記露光工程の前に、前記絶縁体が埋め込まれた前記基板上にポリシリコン膜を形成することを特徴とする請求の範囲 2 3、又は 2 4記載の半導体素子の製造方法。

2 6 . 前記基板上の複数の領域にそれぞれ形成されたパターンに、前記マスクパターンをステップ · アンド ' リビート方式、又はステップ · ァンド · スキャン方式で重ね合わせて転写することを特徴とする請求の範囲 2 2〜 2 5の何れか一項記載の半導体素子の製造方法。