JPH0574685A - 位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子を製造する際にレチクルとウエハ
との位置合わせを高精度に行うことができる位置合わせ
装置及びそれを用いた露光装置を得ること。 【構成】 物体面上のアライメントパターンを投影光学
系により微細パターンを設けた所定面上に投影し、双方
のパターンを検出光学系により撮像手段面上に結像させ
て該物体と該撮像手段との位置合わせを行なう際、該ア
ライメントパターンはレリーフ状の３次元構造をしてお
り、該微細パターンは該検出光学系の光軸方向に複数個
配置されており、かつ該微細パターンは位置合わせ方向
に平行に複数の透光部と遮光部とから成る直線状マーク
を該物体面上のアライメントパターンの上面からの反射
光と下面からの反射光が分離出来るピッチで配置されて
いること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造用に好
適な位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置に関し、
特に第１物体としてのレチクルと第２物体としてのウエ
ハとの相対的位置合わせをウエハ面上に設けたアライメ
ントパターンの３次元構造を捉えることにより高精度に
行うことのできる位置合わせ装置及びそれを用いた露光
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の回路パターンの微細
化の要求に伴い、半導体素子の製造用の露光装置におい
てはレチクルとウエハとの高精度な相対的位置合わせが
要求されている、露光装置における位置合わせ方法の一
つとして例えば特願平２−１２７００５号で提案されて
いる、所謂１次元パターンマッチ検出方法というのがあ
る。

【０００３】図６は特願平２−１２７００５号で提案さ
れている１次元パターンマッチ検出方法を利用した露光
装置の要部概略図である。同図ではレチクルＲと撮像装
置１１０との位置関係は既に求められている。

【０００４】照明装置１８から放射された露光光の波長
と略等しい波長の光束をミラー１７で反射させ、照明光
学系１６で集光し、偏光ビームスプリッター１５で、所
定方向に振動する偏光光束を反射させて対物レンズ１４
に入射させている。対物レンズ１４に入射した光束はミ
ラー１３で反射し、そのうちレチクルＲの透過部を通過
した光束は投影光学系１２を介して（入／４板１１も通
過する。）ウエハＷ面上のウエハパターンＷａを照明す
る。

【０００５】投影光学系１２によりレチクルＲ面近傍に
結像されたウエハパターン像（Ｗａ´）をミラー１３、
対物レンズ１４、偏光ビームスプリッタ１５、そして検
出光学系１９により撮像装置１１０の撮像面１１０ａ上
に結像させている。

【０００６】図７は図６の撮像装置１１０より得られた
パターン像に関する２次元電気信号に関する説明図であ
る。

【０００７】同図においてはレチクルの位置と撮像装置
位置との関係が予め求められている為、撮像装置の画面
上でのウエハ面上のアライメントパターン像の中心位置
を決定すればレチクルとウエハの位置関係を決定するこ
とができる。

【０００８】図７（Ａ）においてＷａ´は撮像面１１０
ａに形成されたウエハパターン像である。撮像装置１１
０からの２次元電気信号をＡ／Ｄ変換装置１１１によっ
て画素のＸＹアドレスに対応した２次元離散ディジタル
信号列に変換した後、積算装置１１２によって所定の大
きさの２次元窓７０内でウエハパターンＷａの長手方向
（ｙ方向）に画素積算して図７（Ｂ）に示すような１次
元離散電気信号である積算信号ｔ（ｘ）を得る。そして
中心値演算装置１１３によって次のようにしてウエハパ
ターンＷａの中心位置を算出している。

【０００９】まず図７（Ｂ）に示すように積算信号ｔ
（ｘ）に対して評価用の１次元窓７１を用意する。１次
元窓７１内の積算信号ｔ（ｘ）に対してウエハパターン
Ｗａの断面形状を考慮に入れた１次元パターンマッチン
グを行う。その際に各点に対して最小自乗近似法によっ
てマッチングする積算信号とテンプレート（図７（Ｃ）
に示す２次関数を使用したテンプレート）の差を最小に
した後に積算信号ｓ（ｘ）とテンプレートとの差の絶対
値の１次元窓７１内の和の逆数とテンプレートと近似の
際に利用した幾何学的情報（２次関数の２次の係数の絶
対値）との積をもってその相関度とする。このときの積
算信号ｓ（ｘ）としては例えば図９（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）に示すようなものがあり、それに対応し
てテンプレートとして図１０（Ａ），（Ｂ）、図１１
（Ａ），（Ｂ）の実線部で示すものがある。

【００１０】図６に示す位置合わせにおいては相関度の
最も高い値を持つ点をもってウエハパターンの位置合わ
せの為の中心位置としている。このようにして求めたウ
エハパターンの中心に対して位置合わせ制御装置１１４
によってＸＹステージ１０を駆動させてレチクルＲとウ
エハＷとの位置合わせを行っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の１次元パターン
マッチ検出方法では３次元構造を有したウエハパターン
に基づく情報の次元を落とし、２次元情報としてＡ／Ｄ
変換して２次元電気信号を得て信号処理を行っていた。

【００１２】しかしながら半導体素子の製造工程におい
てウエハパターンには例えば図８に示すように３次元的
な非対称構造が起きることが知られている。

【００１３】尚、図８（Ａ），（Ｂ）はウエハパターン
をウエハ面と垂直方向から見たときの概略図と断面図を
示している。又図５（Ａ）はウエハパターンの断面図で
ある。図５において５０はレジスト、５１はウエハパタ
ーンである。この為非対称構造のウエハパターンの中心
位置を目的に応じて適切に設立しないと位置合わせ精度
が低下してくるという問題点があった。

【００１４】例えば図５（Ａ）において５２はウエハパ
ターン５１の底辺Ｚ₂ に対する中心位置であり、５３は
ウエハパターン５１の上辺Ｚ₁に対する中心位置であ
る。このように種々と定義できる中心位置に対して半導
体素子の製造工程においてはそのうちの１つを製造工程
に対応して決定することが位置合わせ精度を高める為に
重要となってくる。

【００１５】本発明はウエハパターンの断面形状が非対
称であっても、製造工程に対応してウエハパターンの中
心位置を適切に決定し、レチクルとウエハとの相対的位
置合わせを高精度に行うことのできる位置合わせ装置及
びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ装置
は、物体面上に設けたアライメントパターンの像を投影
光学系により所定面上に投影し、該アライメントパター
ン像と該所定面上に配置した微細パターンとを検出光学
系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段から得ら
れる信号を利用して該物体と該撮像手段との所定方向の
相対的な位置合わせを行なう際、該アライメントパター
ンはレリーフ状の３次元構造をしており、該微細パター
ンは該検出光学系の光軸方向に複数個配置されており、
かつ該微細パターンは位置合わせ方向に平行に複数の透
光部と遮光部とから成る直線状マークを該物体面上のア
ライメントパターンの上面からの反射光と下面からの反
射光が分離出来るピッチで配置されていることを特徴と
している。

【００１７】又、このとき前記物体面上のアライメント
パターンは前記所定面上に配置した複数個の微細パター
ンの透光部又は／及びその周辺の透光部を通過し、前記
投影光学系を介した光束で照明されていることを特徴と
している。

【００１８】この他、本発明の位置合わせ装置としては
投影光学系を介してウエハと撮像手段との相対的な位置
合わせを行う際、該ウエハ面上にレリーフ状の３次元構
造のアライメントパターンを設け、該アライメントパタ
ーンの該投影光学系による結像面近傍に該アライメント
パターンの一辺と平行方向に複数の直線状の透光部と遮
光部とを該ウエハ面上のアライメントパターンの上面か
らの反射光と下面からの反射光が分離出来るピッチで設
けた微細パターンを光軸方向に複数個配置し、照明系か
らの光束で該複数個の微細パターンを照明し該複数個の
微細パターンの透光部又は／及びその周辺の透光部を通
過した光束で該投影光学系を介して該アライメントパタ
ーンを照明し、該アライメントパターンを該投影光学系
により、該複数個の微細パターン面近傍に結像させ、該
アライメントパターン像と該複数個の微細パターンとを
検出光学系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段
から得られる信号を利用して該ウエハと該撮像手段との
相対的な位置合わせを行ったことを特徴としている。

【００１９】そして本発明の露光装置としては前記位置
合わせ装置を利用してレチクル面上のパターンをウエハ
面上に投影し露光するようにしている。

【００２０】又、本発明の半導体素子の製造方法として
は、投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ上
のレリーフ状の３次元構造より成るアライメントパター
ンと撮像手段との相対的な位置を検出し、該検出結果に
基づいて該ウエハ上のパターンとレチクル上の回路パタ
ーンとを位置合わせをし、該レチクル上の回路パターン
を該ウエハ上のパターンを覆うレジストに該投影光学系
を介し投影露光し、該ウエハより半導体素子を製造する
際、該ウエハ上のアライメントパターンの該投影光学系
による結像面近傍に該アライメントパターンの一辺と平
行方向に複数の直線状の透光部と遮光部とを該ウエハ面
上のアライメントパターンの上面からの反射光と下面か
らの反射光が分離出来るピッチで設けた微細パターンを
光軸方向に複数個配置し、照明系からの光束で該複数個
の微細パターンを照明し該複数個の微細パターンの透光
部又は／及びその周辺の透光部を通過した光束で該投影
光学系を介して該アライメントパターンを照明し、該ア
ライメントパターンを該投影光学系により、該複数個の
微細パターン面近傍に結像させ、該アライメントパター
ン像と該複数個の微細パターンとを検出光学系により撮
像手段面上に結像させ、該撮像手段から得られる信号を
利用して該ウエハと該撮像手段との相対的な位置合わせ
を行ったことを特徴としている。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の位置合わせ装置を用いた露光
装置の要部概略図である。

【００２２】同図においてＲはレチクルであり、その面
上には電子回路パターンが形成されており、レチクルス
テージＲ１に支持されている。レチクルＲは照明系１１
５により露光光で照明されている。Ｗはウエハであり、
その表面の一部には位置検出用の３次元構造の矩形状の
ウエハパターンＷａが一辺が位置検出方向と平行となる
ように形成されている（ウエハパターンＷａ断面図、図
５（Ａ）参照）。１０はＸＹＺ−ステージであり、ウエ
ハＷを載置しており、ＸＹ方向及びＺ方向に移動可能と
なっている。１２は投影光学系でありレチクルＲ面上の
回路パターンをウエハＷ面上に縮小投影している。１１
は入／４板であり、投影光学系１２の瞳位置近傍に配置
されている。Ｐ１，Ｐ２は各々微細パターンであり、後
述する対物レンズ１４（検出光学系１９）の光軸方向に
沿って空間的に距離ＤＳ離して互いに平行となるように
配置している。

【００２３】図２は微細パターンＰ１，Ｐ２のパターン
形状と配置状態を示している。１８は照明装置であり、
露光光の波長と略同一波長の光を放射している。１９は
検出光学系であり、微細パターンＰ１，Ｐ２と投影光学
系１２により微細パターンＰ１，Ｐ２近傍に形成された
ウエハＷ面上のウエハパターンＷａの像Ｗａ´を各々撮
像装置１１０の撮像面１１０ａに対物レンズ１４を介し
て所定の倍率で結像させている。

【００２４】撮像装置１１０は例えばＩＴＶ、２次元イ
メージセンサ等の光電変換手段を有しており、撮像面１
１０ａ上に撮像した像を２次元の電気信号に変換してい
る。

【００２５】本実施例の微細パターンＰ１，Ｐ２は図２
（Ａ）に示すように位置検出方向（ｘ方向）に平行に複
数の透光部と遮光部とから成る直線状マークを一定のピ
ッチＣＰで配置した構成より成っている。このときのピ
ッチＣＰは後述するようにウエハ面上の３次元構造のア
ライメントパターンＷａの上面と下面からの反射光に基
づく光学情報が分離出来るピッチとなっている。換言す
ると投影光学系１２の光軸方向にウエハを変化させたと
きに、該ウエハ面上のアライメントパターンの明暗が微
細パターンを介して精度良く検出することができる程度
に、即ち実効的焦点深度が十分狭く、ウエハ面上のアラ
イメントパターンの上面が下面かを撮像手段１１０で区
別することが出来る程度に微細パターンＰ１，Ｐ２のピ
ッチＣＰは設定されている。

【００２６】又、微細パターンＰ１，Ｐ２のパターンの
占める領域は図２（Ａ）のように互いに共役な関係とな
っている。更に図２（Ｂ）のように光軸に沿った方向に
距離ＤＳ離れて、互いの面が平行となるように配置して
いる。このときの距離ＤＳは後述するが実効的にウエハ
Ｗ上の溝として形成されているアライメントパターンＷ
ａの段差に相当するように設けている。

【００２７】本実施例では微細パターンＰ１とＰ２の距
離ＤＳは位置合わせ制御装置１４によって制御され可変
となっている。

【００２８】本実施例では予めアライメントパターンＷ
ａの３次元構造の段差が判っており、距離ＤＳはそれに
相当する距離に調整している。

【００２９】一般に半導体素子の製造工程において同一
工程内ではアライメントパターンＷａの段差は一定の
為、前記の調整は半導体素子の製造工程が変わった際の
最初のウエハに対して行なわれ、その後は変更がないよ
うにしている。

【００３０】本実施例では基準状態ではウエハＷ面と微
細パターンＰ１，Ｐ２面、ウエハＷ面と撮像面１１０ａ
は各々光学的に共役関係となっている。

【００３１】又、本実施例では予め適当な検出手段によ
り、投影光学系１２、検出光学系１９そして撮像装置１
１０に対するレチクルＲの相対的位置関係は求められて
いる。この為ウエハＷと撮像装置１１０の撮像面との相
対的位置検出を行い、これによりウエハＷとレチクルＲ
との位置合わせを行っている。

【００３２】本実施例では照明装置１８から放射された
露光光の波長と略等しい波長の光束をミラー１７で反射
させ、照明光学系１６で集光し、偏光ビームスプリッタ
１５で、所定方向に振動する偏光光束を反射させて対物
レンズ１４に入射させている。対物レンズ１４に入射し
た光束は微細パターンＰ１，Ｐ２を照明する。又微細パ
ターンＰ１，Ｐ２及び、その周辺の透過部を通過した光
束はミラー１３で反射し投影光学系１２を介して（入／
４板１１も通過する。）ウエハＷ面上のウエハパターン
Ｗａを照明する。このときウエハＷ面には、図３（Ａ）
に示すように微細パターンＰ１，Ｐ２の像Ｐ１ａが形成
されている。このようにして照明された該ウエハパター
ンＷａを投影光学系１２により微細パターンＰ１，Ｐ２
近傍に結像している。

【００３３】今、簡単の為に、まず微細パターンＰ１の
光学的作用について説明する。ウエハパターンＷａと微
細パターンＰ１の像Ｐ１ａの像Ｐ１ａａが微細パターン
Ｐ１近傍に結像しているとき次のことが言える。

【００３４】まず、微細パターンＰ１の格子パターンの
存在する領域のみに着目する。ここで注意したいのは微
細パターンＰ１と重なる像Ｐ１ａａの各部分は微細パタ
ーンＰ１自信の影であるということである。

【００３５】本実施例において微細パターンＰ１近傍
（ウエハＷ側）にはウエハＷ面上に形成した自らの微細
パターンＰ１の像Ｐ１ａａが形成されている。このとき
の像Ｐ１ａａが微細パターンＰ１自身と一致するとき、
即ち像Ｐ１ａａの明部が微細パターンＰ１の透過部に又
暗部が微細パターンＰ１の遮蔽部に完全に一致するとき
照明装置１８側からウエハＷ方向に透過した光強度とウ
エハＷから撮像装置１１０側に透過する光強度が一致す
る。

【００３６】ウエハパターンＷａは微細パターンＰ１を
透過した光、即ち微細パターンＰ１ａで照明されている
ため、ウエハＷ方向から撮像装置１１０に光が透過する
とき、即ち上記の一致が起ったときのみ撮像装置１１０
にウエハＷａの像が形成される。

【００３７】ところがウエハＷ面の光軸に沿った光学位
置に依存して上記の透過率が変化する。つまりウエハＷ
面上の微細パターンＰ１の像Ｐ１ａがウエハＷ面の凸凹
により焦点面からズレたところに形成された場合、ウエ
ハＷ面上に形成された微細パターンの像Ｐ１ａはぼやけ
ることとなる。更にその像である微細パターンＰ１の近
傍にできた、ウエハＷ面上に形成された像Ｐ１ａの像Ｐ
１ａａは更にぼやけ、微細パターンＰ１自身と一致しな
くなる。即ち像Ｐ１ａの像Ｐ１ａａの明部が微細パター
ンＰ１の透過部に対応できず、遮蔽部にはみだし、遮蔽
部によってウエハＷ側に反射され、光情報が、撮像装置
１１０側に伝達しないこととなる。従って光の強度は極
端に落ち、暗くなってくる。

【００３８】本発明では前述の如く各要素を設定するこ
とにより、このようなウエハパターンＷａの凹凸に対し
て撮像装置１１０での検出精度（敏感度）を向上させて
いる。

【００３９】一般に前述した作用は微細パターンのピッ
チによってその敏感度が異なる。つまりピッチが狭くな
る程敏感度が高くなり、ウエハＷ面上の焦点面からの微
少なズレに対して、その面部からの光情報を撮像装置１
１０側に伝えなくなってしまう。従ってピッチが狭くな
ると焦点深度が狭くなる。そこで本実施例ではこの原理
に従ってウエハパターンＷａの上面と下面を分離できる
ように微細パターンのピッチを決定している。

【００４０】更に本実施例では微細パターンＰ１を位置
合わせ方向と平行にしている。これにより上記の光学的
効果を保存しながら、つまり、ウエハＷ上のアライメン
トパターンＷａの上面からの光情報と下面からの光情報
を分離しながら、アライメントパターンＷａの撮像装置
１１０に撮像された像Ｗａａに対して従来例の位置合わ
せ方法に従って、位置合わせ方向と垂直方向に、撮像装
置に形成された微細パターンＰ１の像Ｐ１ａのピッチよ
り広く、画素積算を行ない、微細パターンＰ１の像Ｐ１
ａが見かけ上なくなり、電気的に従来例と同様な処理が
できるようにしている。このような微細パターンＰ１の
光学的作用は微細パターンＰ２に対しても同様に生じ
る。

【００４１】特に本実施例では微細パターンＰ１とＰ２
とを光軸方向に距離ＤＳ離して配置していることを特徴
としている。即ち後述するようにアライメントマークＷ
ａの段差に基づく上面と下面とを同時に観察できるよう
に、距離ＤＳを投影光学系１２の倍率を考慮に入れて、
アライメントマークＷａの段差に相当する距離、離して
いる。

【００４２】図３（Ｂ）は本実施例において撮像装置１
１０で観察されるアライメントマークＷａの像Ｗａ´と
微細パターンＰ１，Ｐ２の像Ｐ１´、Ｐ２´を示したも
のである。

【００４３】本実施例では以上のような構成により、微
細パターンＰ１，Ｐ２とその近傍に結像されたウエハパ
ターン像Ｗａ´をミラー１３、対物レンズ１４、偏光ビ
ームスプリッタ１５、そして検出光学系１９により撮像
装置１１０の撮像面１１０ａ上に結像させている。そし
て撮像面１１０ａ上の微細パターンＰ１，Ｐ２の像Ｐ１
´とＰ２´とウエハパターン像Ｗａ´の双方の像のうち
ウエハパターン像の撮像面１１０ａ上での位置関係を検
出することにより撮像手段１１０とウエハＷとの相対的
な位置関係を検出している。

【００４４】図３（Ｂ）に示した撮像装置１１０の撮像
面１１０ａ上に結像した微細パターン像Ｐ´とウエハパ
ターン像Ｗａ´においてはウエハパターン像Ｗａ´の位
置検出をする方向をＸ方向としている。今、求めようと
するウエハパターン像Ｗａ´の中心Ｘ₀ に対して、ウエ
ハパターンＷａのＸ方向の断面形状が、例えば図５
（Ａ）に示すように非対称構造になっていたとする。

【００４５】図５（Ａ）において５０はレジスト、５１
はウエハパターンである。撮像装置１１０によって２次
元の電気信号に変換されたウエハパターン像Ｗａ´は図
１のＡ／Ｄ変換装置１１１によって投影光学系１２と検
出光学系１９の光学倍率及び撮像面１１０ａの画素ピッ
チにより２次元の装置上の画素のＸＹ方向のアドレスに
対応した二次元離散電気信号列に変換される。

【００４６】図１の積算装置１１２は図３（Ｂ）に示す
ウエハパターン像Ｗａ´の一部を含む所定の２次元のウ
インドウ３０，３１を設定した後に各々図３（Ｂ）のウ
インドウ３０，３１内でＹ方向に画素積算を行う。そし
て積算装置１１２からは例えば図４に示すＸ方向に離散
的な電気信号列Ｓ１（Ｘ），Ｓ２（Ｘ）を出力する。こ
のようにして得られた積算信号Ｓ１（Ｘ），Ｓ２（Ｘ）
は図５（Ａ）に示すようにウエハパターンＷａの断面形
状に従い、ウエハＷ面の光学的位置に依存して図５
（Ｂ），（Ｃ）に示すような形状となる。ここで電気信
号Ｓ１（Ｘ），Ｓ２（Ｘ）は光度に対応している。

【００４７】このとき焦点深度が狭いため、照明系の焦
点位置以外の光軸方向の光学位置にあるパターンは暗く
見える。従来例での１次元テンプレートマッチングを行
う際には、電気情報としてマークが明であるか暗である
かは問題とならない。

【００４８】尚、本実施例においては重要なことは、撮
像装置と微細パターンＰ１，Ｐ２が必ずしも光学的に共
役である必要がないということである。換言すれば、微
細パターンＰ１とＰ２との距離ＤＳは撮像光学系の焦点
深度内であるといる必要性はない。

【００４９】電気処理内において、微細パターンＰ１，
Ｐ２は処理アルゴリズム上解像される必要がなく、必要
なことはアライメントマークＷａの像が解像されること
である。アライメントマーク像Ｗａ´の線巾はパターン
Ｐ１，Ｐ２より一般的に太いため、又パターンＰ１，Ｐ
２´の像のぼやけによるノイズは撮像装置のＹ方向の積
算によって、アライメントマーク像Ｗａ´の信号には大
きな影響を与えない。

【００５０】この様な構成においてＸＹＺ−ステージ１
０を光軸方向に動かすことにより、光学情報として光軸
方向の選択が可能となる。つまり半導体素子の製造工程
において必要とされるアライメントパターンの位置合わ
せ中心を選択できることとなる。そこで、位置合わせ中
心を選択できる光学的位置を位置合わせ制御装置１１４
に記憶させる。

【００５１】位置合わせ制御装置１１４は、位置合わせ
を行う際にＸＹＺ−ステージ１０を記憶された光学的位
置に駆動させる。中心値演算装置１１３において従来例
で述べた位置合わせ方法を使用して（他の位置合わせ方
法でもよい）、２つの位置合わせ中心を算出する。その
後両者に差異のある場合、１つを選び再び位置合わせ制
御装置１１４において選ばれた中心位置に対してＸＹＺ
−ステージ１０を光軸に対して垂直方向に駆動させ位置
合わせをおえる。

【００５２】本実施例では光源として露光光を使用しな
かったが露光光を位置合わせ様光源として使用すると、
光学的に安定となる、また位置合わせとして画像を使用
した他の方法を利用してもよい。

【００５３】以上のように本実施例では前述したような
所定形状の微細パターンを用い本出願人が先に提案した
特願平２−１２７００５号のパターンマッチング方法を
参照し、ウエハ面上の非対称性の３次元構造のアライメ
ントパターンの中心位置を検出し、該検出結果に基づい
てウエハを撮像手段との相対的な位置関係を検出してい
る。そして予め求めておいた該撮像手段とレチクルとの
相対的位置関係を参照して、ウエハとレチルルとの相対
的位置関係を検出している。

【００５４】本実施例において微細パターンＰ１，Ｐ２
のうち少なくとも一つを半導体プロセスパターンを有し
たレチクルＲ面上に配置しても良い。

【００５５】本実施例では微細パターンＰ１，Ｐ２を透
明板にパターンを形成して構成したが、このような微細
パターンを光軸方向に対して適当な間隔（例えば等間
隔）で複数個、互いに平行となるように配置しても良
い。この場合には光軸方向の走査を行なわなくても光軸
方向の変化による光分布の変化を知ることができる。

【００５６】又、本実施例ではステージ１０を上下方向
に駆動させて光軸方向を変化させたが微細パターンＰ
１，Ｐ２とそれに伴って共役関係を維持するように対物
レンズ１４と検出光学系１９を駆動するようにしても良
い。

【００５７】尚、本発明において２つの微細パターンＰ
１，Ｐ２を用いる代わりに図１２に示すように１枚の透
明板に図１３に示すようなパターンを形成した微細パタ
ーンＰを光軸に対して傾けて配置してもよい。この場
合、撮像装置では図１４に示すようにＹ方向がＺ方向の
変化に対応するような像が得られる。

【００５８】本発明に係る位置合わせ装置は半導体素子
製造用の露光装置の他に、３次元構造を有するパターン
の位置を光学的に検出する方法や装置も同様に適用する
ことができる。例えばウエハ露光装置の位置合わせ精度
を検出する位置検出装置においても同様に適用すること
ができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によればウエハパターンの３次元
断面形状が非対称であっても、該ウエハパターンの３次
元的構造情報より半導体素子の製造工程に対応した２次
元情報を得ることにより、レチクルとウエハとの相対的
な位置合わせを高精度に行うことができる位置合わせ装
置及びそれを用いた露光装置を達成することができる。

【００６０】又、本発明は微細パターンを複数個用いる
ことにより同時に異なる光学情報を得ることができ、３
次元情報を容易に得ることができる等の特長を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 本発明に係る微細パターンの説明図

【図３】 微細パターン像とアライメントパターン像
との説明図

【図４】 本発明に係るウエハパターンの積算信号の
光学的位置依存性の説明図

【図５】 ウエハパターンの断面形状と積算信号の説
明図

【図６】 従来の露光装置の要部概略図

【図７】 従来のテンプレートを用いた信号処理の説
明図

【図８】 ウエハパターンの説明図

【図９】 積算信号とテンプレートに係る信号の説明
図

【図１０】 積算信号とテンプレートに係る信号の説明
図

【図１１】 積算信号とテンプレートに係る信号の説明
図

【図１２】 本発明の他の実施例の要部概略図

【図１３】 図１２の微細パターンの説明図

【図１４】 図１２の撮像装置で得られるパターン像の
説明図

【符号の説明】

Ｒ レチクル Ｗ ウエハ Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ 微細パターン Ｗａ ウエハパターン １２ 投影光学系 １０ ＸＹＺステージ １３，１７ ミラー １４ 対物レンズ １５ 偏光ビームスプリッター １６ 照明光学系 １９ 検出光学系 １１０ 撮像装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体面上に設けたアライメントパターン
   の像を投影光学系により所定面上に投影し、該アライメ
   ントパターン像と該所定面上に配置した微細パターンと
   を検出光学系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手
   段から得られる信号を利用して該物体と該撮像手段との
   所定方向の相対的な位置合わせを行なう際、該アライメ
   ントパターンはレリーフ状の３次元構造をしており、該
   微細パターンは該検出光学系の光軸方向に複数個配置さ
   れており、かつ該微細パターンは位置合わせ方向に平行
   に複数の透光部と遮光部とから成る直線状マークを該物
   体面上のアライメントパターンの上面からの反射光と下
   面からの反射光が分離出来るピッチで配置されているこ
   とを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記物体面上のアライメントパターンは
   前記所定面上に配置した複数個の微細パターンの透光部
   又は／及びその周辺の透光部を通過し、前記投影光学系
   を介した光束で照明されていることを特徴とする請求項
   １記載の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 投影光学系を介してウエハと撮像手段と
   の相対的な位置合わせを行う際、該ウエハ面上にレリー
   フ状の３次元構造のアライメントパターンを設け、該ア
   ライメントパターンの該投影光学系による結像面近傍に
   該アライメントパターンの一辺と平行方向に複数の直線
   状の透光部と遮光部とを該ウエハ面上のアライメントパ
   ターンの上面からの反射光と下面からの反射光が分離出
   来るピッチで設けた微細パターンを光軸方向に複数個配
   置し、照明系からの光束で該複数個の微細パターンを照
   明し該複数個の微細パターンの透光部又は／及びその周
   辺の透光部を通過した光束で該投影光学系を介して該ア
   ライメントパターンを照明し、該アライメントパターン
   を該投影光学系により、該複数個の微細パターン面近傍
   に結像させ、該アライメントパターン像と該複数個の微
   細パターンとを検出光学系により撮像手段面上に結像さ
   せ、該撮像手段から得られる信号を利用して該ウエハと
   該撮像手段との相対的な位置合わせを行ったことを特徴
   とする位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記位置合わせ装置を利用してレチクル
   面上のパターンをウエハ面上に投影し露光するようにし
   たことを特徴とする請求項２又は３記載の露光装置。
5. 【請求項５】 投影光学系を介してレジストが塗布され
   たウエハ上のレリーフ状の３次元構造より成るアライメ
   ントパターンと撮像手段との相対的な位置を検出し、該
   検出結果に基づいて該ウエハ上のパターンとレチクル上
   の回路パターンとを位置合わせをし、該レチクル上の回
   路パターンを該ウエハ上のパターンを覆うレジストに該
   投影光学系を介し投影露光し、該ウエハより半導体素子
   を製造する際、該ウエハ上のアライメントパターンの該
   投影光学系による結像面近傍に該アライメントパターン
   の一辺と平行方向に複数の直線状の透光部と遮光部とを
   該ウエハ面上のアライメントパターンの上面からの反射
   光と下面からの反射光が分離出来るピッチで設けた微細
   パターンを光軸方向に複数個配置し、照明系からの光束
   で該複数個の微細パターンを照明し該複数個の微細パタ
   ーンの透光部又は／及びその周辺の透光部を通過した光
   束で該投影光学系を介して該アライメントパターンを照
   明し、該アライメントパターンを該投影光学系により、
   該複数個の微細パターン面近傍に結像させ、該アライメ
   ントパターン像と該複数個の微細パターンとを検出光学
   系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段から得ら
   れる信号を利用して該ウエハと該撮像手段との相対的な
   位置合わせを行ったことを特徴とする半導体素子の製造
   方法。