JPH04324923A - 投影露光装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】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ＲＳＴ
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ＷＳ
Ｔを位置決めすると、レチクルＲの上方に設けられたＴ
ＴＬ（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ＣＣ
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ＷＳＴ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ＴＴＬ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Ｆ
Ｍ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ＷＳＴ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】

【課題を達成する為の手段】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（ＦＭ１
　）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】

【作用】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】

【実施例】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、ＯＲＹ、ＩＲ
θ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ＩＭ
ｙ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ＩＦＹ１　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；２Ｙ、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ＦＭ１
　、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。

【００２０】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Ｉ
ＦＳを含む局所領域ＩＳａのみを照明する。また直線Ｌ
Ｘ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ＦＰ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。

【００２１】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Ｌ
ＳＭｙ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
、ＬＩＭｙを配置した。

【００２２】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ＬＹ２　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。

【００２３】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Ｆ
Ｍ２Ｃ、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。

【００２４】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
ＰＬの投影視野領域ＰＩＦの中心を発光スリットマーク
ＩＦＳ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。

【００２５】ＴＴＬアライメント系用のマークＬＩＭｘ
、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。

【００２６】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
ＲＭ１　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　＝Ｋ２　−ΔＸｋに設定されている。

【００２７】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Ｋ３　
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Ｋ４　
、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　＋Δ
Ｙｋ、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
ＩＦＳがレチクルマークＲＭ１　のダブルスリットマー
クＲＭ１Ｘ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。

【００２８】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
１０１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１
１０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。

【００２９】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ＦＭ２
Ａ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
ＣＣＤ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Ｒ
Ｍ１ｙ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ＲＭ
１　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１１
５を制御して、レチクルＲの位置を補正する。駆動系１
１５は、図２に示した３つの干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ、Ｉ
Ｒθ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Ｉ
ＲＸ、ＩＲＹ、ＩＲθが検出すべき計測値を演算によっ
て求めている。

【００３０】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。

【００３１】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ＥＰ、
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ＩＦＳ
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ＩＦＸ
、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。

【００３２】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。

【００３３】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Ａ
ＰＡ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ＬＩ
Ｍｘ、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Ｐ
Ｌを介して２本の送光ビームの光路に沿って、ミラー２
Ｙ、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１３９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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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２Ｙ、
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Ｗ
ＳＴ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。

【００３９】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Ｐ
Ｌ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ＲＭ
１　の投影位置情報ＳＳＣとして主制御系１１４へ出力
する。

【００４０】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４Ｂ、
ミラー４Ｃ、レンズ系４Ｄ、およびハーフミラー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
。

【００４１】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　、
ＴＭＹ１　、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ＴＭＸ１　、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。

【００４２】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。

【００４３】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
、４Ｙ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１１４へ情報ＳＳＥとして送られる。

【００４４】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Ｔ
ＭＹ１　、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。

【００４５】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
、ＣＣＤ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。

【００４６】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ＰＳ
ｘ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。

【００４７】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ＬＳ
ＭｙのＸ方向の中心点との間隔Ｋ２　とは、Ｋ１　＝Ｋ
２　±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。

【００４８】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。

【００４９】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）。

【００５０】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１１
４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Ｒ
Ｍ２　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ＲＳ
Ｔ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。

【００５１】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Ｔ
ＴＲアライメント系１Ａ、１Ｂを用いて、ＣＣＤカメラ
１１２Ｘ、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ＲＳ
Ｔ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。

【００５２】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ＴＴ
Ｒ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１
１４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、Ｆ
Ｍ２Ｂ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、ＩＦＹ
２　（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。

【００５３】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（ΔＸ
Ｒ２　、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。

【００５４】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、Ｆ
Ｍ２Ｂの各中心点に対して各レチクルマークＲＭ１、Ｒ
Ｍ２　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。

【００５５】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。

【００５６】 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ΔＹ
Ｒ１　−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Ｒ
ＳＴを微動させればよいかが各ずれ量（ΔＸＲ１　、Δ
ＹＲ１　）、（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。

【００５７】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。

【００５８】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ＦＭ２Ａ
、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５１６
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。

【００５９】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。 ＬＩＡ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
、１３２Ｂを図中の状態に設定し、基準板ＦＰ上のマー
クＬＩＭｘ、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。

【００６０】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、
ＬＩＡ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ＷＳＴ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±０．０８μ
ｍ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。

【００６１】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。

【００６２】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５０８
の計測動作を行なうこと、又は、干渉計ＩＲＸ、ＩＲＹ
、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。

【００６３】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Ｃ
ＣＤカメラ１１２Ｘ、１１２Ｙを使ってレチクルマーク
ＲＭ１　と基準マークＦＭ２Ａとの位置ずれ量（ΔＸＲ
１　、ΔＹＲ１　）と、レチクルマークＲＭ２　と基準
マークＦＭ２Ｂ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、ＴＴ
Ｒ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。

【００６４】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。

【００６５】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１２
１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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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Ｆ
Ｍ２Ａ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ＷＳＴ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）、（Δ
Ｘｆｂ、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。

【００６９】主制御系１１４は、定数値ΔＸｆａ、ΔＸ
ｆｂ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。

【００７０】 ΔＸｃｃ＝（ΔＸＲ１　−ΔＸＲ２　）／２　　………
（２）ここでΔＸＲ１　、ΔＸＲ２　はレチクルマーク
ＲＭ１　、ＲＭ２　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。

【００７１】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Ｃ
Ｃ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Ｘ
Ｙ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。

【００７２】 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ＰＬ（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。

【００７３】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Ｆ
Ｍ２Ａ、ＦＭ２Ｂ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Ｙｃ
ｃは、レチクルＲの中心ＣＣの投影点と、基準マークＦ
Ｍ２Ａ、ＦＭ２Ｂ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ΔＹｆａ、ΔＹｆｂに基づいて基準マークＦＭ
２Ａ、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。

【００７４】 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４ＦのＹ方向の中心点（指標マークＴＭＹ１　とＴＭ
Ｙ２　との間の２等分点）の投影点とのＹ方向の距離Ｂ
ＬＯｙ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。

【００７５】 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
ＯＷＡ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。

【００７６】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ＬＳＭｘ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。

【００７７】 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
ＯＷＡ、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。

【００７８】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　、ＴＭＸ
２　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
ＦＭ１　と同様にマルチラインパターンであるものとす
る。

【００７９】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Ｗ
ＳＴ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４
Ｙ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。

【００８０】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、Ｙｅ
）が求められる。 　　Ｘｅ＝Ｘｍ−ΔＸｐ＋（ＢＬＯｘ−ΔＸｗｍ）　　
………（９）　　Ｙｅ＝Ｙｍ−ΔＹｐ＋（ＢＬＯｙ−Δ
Ｙｗｍ）　　………（１０）尚、ＬＳＡ方式のＴＴＬア
ライメント系でマークＷＭｘ、ＷＭｙを検出する場合、
ＬＳＡ方式によるマークＷＭｘ、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。

【００８１】 Ｘｅ＝Ｘｍ＋ＢＬＴｘ−ΔＸｗｍ　　………（１１）Ｙ
ｅ＝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。

【００８２】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。

【００８３】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、ＩＲ
Ｙ、ＩＲθの計測分解能が十分に高い（例えば０．００
５μｍ）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。

【００８４】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。

【００８５】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、ＴＴＲ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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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ＯＷＡ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ＩＦＹは１本とし、Ｘ方向の干渉計ＩＦＸ１　、ＩＦ
Ｘ２　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。

【００８９】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　
、ＩＦＹ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ＩＦＸ１　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。

【００９０】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Ｉ
ＦＳ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５２
２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。

【００９１】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、ＩＲＹ
、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　、ΔＹＲ１　
）、（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
ＦＭ１　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ＲＳＴ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ＯＷＡ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。

【００９２】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
１３、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。

【００９３】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ＦＭ２
Ａ、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、Δφ
ｙ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。

【００９４】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Ｓ
ＯＲ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。

【００９５】

【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。

【００９６】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、

【主要部分の符号の説明】

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、３
Ｙ　　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

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。