JPH08162393A - 位置合わせ装置 - Google Patents
位置合わせ装置Info
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- JPH08162393A JPH08162393A JP6304697A JP30469794A JPH08162393A JP H08162393 A JPH08162393 A JP H08162393A JP 6304697 A JP6304697 A JP 6304697A JP 30469794 A JP30469794 A JP 30469794A JP H08162393 A JPH08162393 A JP H08162393A
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- wafer
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レチクルとウエハとの位置合わせをする際
に、機械的な振動があっても、高速に且つ正確に位置合
わせを行う。 【構成】 所定のサンプリング周期でレチクルとウエハ
との相対的な位置ずれから目標位置ずれ量を差し引いて
残留誤差εを求める。時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3，…毎
に残留誤差εの平均値Δ1 ，Δ2 ，Δ3 ，…を算出し、
これらの平均値が０を中心とする許容幅２・εM の範囲
に入った時点ｔOKに、位置決め終了と判定して露光を行
う。
に、機械的な振動があっても、高速に且つ正確に位置合
わせを行う。 【構成】 所定のサンプリング周期でレチクルとウエハ
との相対的な位置ずれから目標位置ずれ量を差し引いて
残留誤差εを求める。時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3，…毎
に残留誤差εの平均値Δ1 ，Δ2 ，Δ3 ，…を算出し、
これらの平均値が０を中心とする許容幅２・εM の範囲
に入った時点ｔOKに、位置決め終了と判定して露光を行
う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マスク（レチクル等）
上に形成されたパターンを感光基板（ウエハ等）上に転
写する露光装置においてマスクと感光基板との位置合わ
せ（アライメント）を行うための位置合わせ装置に関
し、特に機械的振動の多い環境下で使用される投影光学
系を備えた露光装置の位置合わせ装置に適用して好適な
ものである。
上に形成されたパターンを感光基板（ウエハ等）上に転
写する露光装置においてマスクと感光基板との位置合わ
せ（アライメント）を行うための位置合わせ装置に関
し、特に機械的振動の多い環境下で使用される投影光学
系を備えた露光装置の位置合わせ装置に適用して好適な
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子、又は液晶表示素子等の製造
に使用される投影露光装置において、特にウエハ（又は
ガラスプレート等）上の２層目以降に回路パターンを形
成する際には、レチクルとウエハとを高精度に位置合わ
せする必要がある。代表的なアライメント動作であるグ
ローバルアライメントは、アライメントセンサによりウ
エハの位置（又はウエハとレチクルとの相対的な位置）
を計測する工程と、アライメントセンサによる計測結果
を基にウエハを位置決めして露光する工程とに分けられ
る。アライメントセンサによる計測が正しくても、ウエ
ハを露光位置に位置決めする際、目標とする位置に正確
に位置決めできないと、レチクルとウエハとの位置ずれ
が生ずることになる。
に使用される投影露光装置において、特にウエハ（又は
ガラスプレート等）上の２層目以降に回路パターンを形
成する際には、レチクルとウエハとを高精度に位置合わ
せする必要がある。代表的なアライメント動作であるグ
ローバルアライメントは、アライメントセンサによりウ
エハの位置（又はウエハとレチクルとの相対的な位置）
を計測する工程と、アライメントセンサによる計測結果
を基にウエハを位置決めして露光する工程とに分けられ
る。アライメントセンサによる計測が正しくても、ウエ
ハを露光位置に位置決めする際、目標とする位置に正確
に位置決めできないと、レチクルとウエハとの位置ずれ
が生ずることになる。
【０００３】一般的に例えばＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式、又はオフ・アクシスのアライメントセンサに
よりウエハの各ショット領域の位置を計測した後、露光
対象のショット領域を露光位置に位置合わせするとき
は、レチクルを静止させた状態でウエハステージの位置
をレーザ干渉計でモニタし、目標位置に対してある許容
値以内にウエハステージが存在していることが確認され
た後、露光を開始するようにしている。具体的には、所
定の一定時間の間、ウエハステージの位置の目標位置に
対するずれ（これもレチクルとの相対位置のずれとみな
せる）が、所定のウィンドウ（２次元の許容領域）に入
ったかどうかを確認するようにしている。例えば、時間
が２０ｍｓの間、前記ずれが±４０ｎｍ以内であるかど
うかで判断する。
ズ）方式、又はオフ・アクシスのアライメントセンサに
よりウエハの各ショット領域の位置を計測した後、露光
対象のショット領域を露光位置に位置合わせするとき
は、レチクルを静止させた状態でウエハステージの位置
をレーザ干渉計でモニタし、目標位置に対してある許容
値以内にウエハステージが存在していることが確認され
た後、露光を開始するようにしている。具体的には、所
定の一定時間の間、ウエハステージの位置の目標位置に
対するずれ（これもレチクルとの相対位置のずれとみな
せる）が、所定のウィンドウ（２次元の許容領域）に入
ったかどうかを確認するようにしている。例えば、時間
が２０ｍｓの間、前記ずれが±４０ｎｍ以内であるかど
うかで判断する。
【０００４】また、レチクルとウエハとの相対位置をレ
チクル及び投影光学系を介して直接観察することのでき
るＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント
センサを装備した投影露光装置においては、ＴＴＲ方式
のアライメントセンサによって検出されるウエハとレチ
クルとの相対位置のずれが、レーザ干渉計同様、目標追
い込み値に対してある一定時間の間ある許容値以内にあ
ることが確認された後露光が開始される。
チクル及び投影光学系を介して直接観察することのでき
るＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント
センサを装備した投影露光装置においては、ＴＴＲ方式
のアライメントセンサによって検出されるウエハとレチ
クルとの相対位置のずれが、レーザ干渉計同様、目標追
い込み値に対してある一定時間の間ある許容値以内にあ
ることが確認された後露光が開始される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の技
術によれば、レチクルとウエハとの相対位置のずれがあ
る一定時間内で１００％許容値以内でなければ露光を開
始しなかった。そのため、投影露光装置全体に機械的振
動があった場合、又はステージ系のハンチングがある場
合等には、いつまでも露光が開始できなかったり、位置
決めに著しく時間がかかるという不都合があった。
術によれば、レチクルとウエハとの相対位置のずれがあ
る一定時間内で１００％許容値以内でなければ露光を開
始しなかった。そのため、投影露光装置全体に機械的振
動があった場合、又はステージ系のハンチングがある場
合等には、いつまでも露光が開始できなかったり、位置
決めに著しく時間がかかるという不都合があった。
【０００６】これを避けて、例えばスループット（単位
時間当たりのウエハ処理枚数）を低下させないために、
仮に位置決め許容値を広げたとしても、振動が多い環境
下ではレチクルとウエハとの相対位置のずれが露光中に
目標範囲に収束するとは限らず、場合によっては偏った
位置に位置決めされてしまうことも考えられる。本発明
は斯かる点に鑑み、レチクルステージ又はウエハステー
ジ等に振動があっても、レチクルとウエハとの位置合わ
せを高速に且つ高精度に行うことができる位置合わせ装
置を提供することを目的とする。
時間当たりのウエハ処理枚数）を低下させないために、
仮に位置決め許容値を広げたとしても、振動が多い環境
下ではレチクルとウエハとの相対位置のずれが露光中に
目標範囲に収束するとは限らず、場合によっては偏った
位置に位置決めされてしまうことも考えられる。本発明
は斯かる点に鑑み、レチクルステージ又はウエハステー
ジ等に振動があっても、レチクルとウエハとの位置合わ
せを高速に且つ高精度に行うことができる位置合わせ装
置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
合わせ装置は、マスク（４）上の転写用のパターンの投
影光学系（５）を介した像を、２次元的に移動自在な基
板ステージ（８Ｘ，８Ｙ）上に載置された感光性の基板
（６）上に投影する投影露光装置に設けられ、そのマス
ク（４）とその基板（６）との位置合わせを行う装置に
おいて、そのマスク（４）とその基板（６）との相対的
な位置ずれ量を検出する位置検出手段と、この位置検出
手段により検出される相対的な位置ずれ量の所定時間毎
の平均値を順次求める演算手段（６４Ａ）と、を有し、
この平均値が予め定められた許容範囲内になったとき
に、位置決めが完了したと判定するものである。
合わせ装置は、マスク（４）上の転写用のパターンの投
影光学系（５）を介した像を、２次元的に移動自在な基
板ステージ（８Ｘ，８Ｙ）上に載置された感光性の基板
（６）上に投影する投影露光装置に設けられ、そのマス
ク（４）とその基板（６）との位置合わせを行う装置に
おいて、そのマスク（４）とその基板（６）との相対的
な位置ずれ量を検出する位置検出手段と、この位置検出
手段により検出される相対的な位置ずれ量の所定時間毎
の平均値を順次求める演算手段（６４Ａ）と、を有し、
この平均値が予め定められた許容範囲内になったとき
に、位置決めが完了したと判定するものである。
【０００８】本発明による第２の位置合わせ装置は、そ
の第１の位置合わせ装置と同じ前提部において、そのマ
スク（４）とその基板（６）との相対的な位置ずれ量を
検出する位置検出手段と、この位置検出手段により検出
される相対的な位置ずれ量の所定時間毎の平均値及びば
らつきを順次求める演算手段（６４Ａ）と、を有し、そ
の平均値が予め定められた許容範囲内になり、且つその
ばらつきが予め定められた許容値以下になったとき、位
置決めが完了したと判定するものである。
の第１の位置合わせ装置と同じ前提部において、そのマ
スク（４）とその基板（６）との相対的な位置ずれ量を
検出する位置検出手段と、この位置検出手段により検出
される相対的な位置ずれ量の所定時間毎の平均値及びば
らつきを順次求める演算手段（６４Ａ）と、を有し、そ
の平均値が予め定められた許容範囲内になり、且つその
ばらつきが予め定められた許容値以下になったとき、位
置決めが完了したと判定するものである。
【０００９】これらの場合、その位置検出手段の一例
は、マスク（４）が載置されるマスクステージ（９）の
移動量を検出するマスク側レーザ干渉計（６２）と、そ
の基板ステージの移動量を検出する基板側レーザ干渉計
（６３）と、そのマスク側レーザ干渉計（６２）の計測
値とその基板側レーザ干渉計（６３）のそのマスク
（４）側に換算した計測値との差分を求める差分手段
（６４）と、を有するものである。
は、マスク（４）が載置されるマスクステージ（９）の
移動量を検出するマスク側レーザ干渉計（６２）と、そ
の基板ステージの移動量を検出する基板側レーザ干渉計
（６３）と、そのマスク側レーザ干渉計（６２）の計測
値とその基板側レーザ干渉計（６３）のそのマスク
（４）側に換算した計測値との差分を求める差分手段
（６４）と、を有するものである。
【００１０】また、その位置検出手段の他の例は、その
マスク（４）上に形成された位置合わせ用のマーク（３
５Ａ）とその基板（６）上に形成された位置合わせ用の
マーク（４８Ａ）との位置ずれ量をその投影光学系
（５）を介して検出するマーク検出手段（１）である。
また、その位置検出手段の別の例は、そのマスク（４）
上に形成された回折格子状の位置合わせ用のマーク（３
５Ａ）及びその基板（６）上に形成された回折格子状の
位置合わせ用のマーク（４８Ａ）に対し、それぞれ互い
に周波数の異なる一対の光束（ＲＢ1 ，ＲＢ2 ，Ｗ
Ｂ1 ，ＷＢ2 ）を照射する照射光学系（１１，１３〜２
６）と、そのマスク（４）側の位置合わせ用のマーク
（３５Ａ）及びその基板（６）側の位置合わせ用のマー
ク（４８Ａ）での回折によりそれぞれ発生するヘテロダ
インビーム（ＲＢ1 +1 ，ＲＢ2 -1 ，ＷＢ1 +1 ，ＷＢ
2 -1 ）を光電変換してマスク（４）側のビート信号（Ｓ
R ）及び基板（６）側のビート信号（ＳW ）を生成する
光電検出手段（３０，３１）と、そのマスク（４）側の
ビート信号（ＳR ）とその基板（６）側のビート信号
（ＳW ）との位相差を検出する位相比較手段（７０）
と、を有するヘテロダイン干渉方式のアライメント系で
ある。
マスク（４）上に形成された位置合わせ用のマーク（３
５Ａ）とその基板（６）上に形成された位置合わせ用の
マーク（４８Ａ）との位置ずれ量をその投影光学系
（５）を介して検出するマーク検出手段（１）である。
また、その位置検出手段の別の例は、そのマスク（４）
上に形成された回折格子状の位置合わせ用のマーク（３
５Ａ）及びその基板（６）上に形成された回折格子状の
位置合わせ用のマーク（４８Ａ）に対し、それぞれ互い
に周波数の異なる一対の光束（ＲＢ1 ，ＲＢ2 ，Ｗ
Ｂ1 ，ＷＢ2 ）を照射する照射光学系（１１，１３〜２
６）と、そのマスク（４）側の位置合わせ用のマーク
（３５Ａ）及びその基板（６）側の位置合わせ用のマー
ク（４８Ａ）での回折によりそれぞれ発生するヘテロダ
インビーム（ＲＢ1 +1 ，ＲＢ2 -1 ，ＷＢ1 +1 ，ＷＢ
2 -1 ）を光電変換してマスク（４）側のビート信号（Ｓ
R ）及び基板（６）側のビート信号（ＳW ）を生成する
光電検出手段（３０，３１）と、そのマスク（４）側の
ビート信号（ＳR ）とその基板（６）側のビート信号
（ＳW ）との位相差を検出する位相比較手段（７０）
と、を有するヘテロダイン干渉方式のアライメント系で
ある。
【００１１】
【作用】斯かる本発明の第１の位置合わせ装置によれ
ば、マスク（４）と感光性の基板（６）とが相対的に目
標位置に位置決めされていることを一定時間の平均位置
で判断するため、露光装置の機械的振動があっても振動
中心が目標位置にあれば露光を開始できるため、位置合
わせが高速に行われ、結果としてスループットが向上す
る。また、従来機械振動分まで見込んで許容値（ウィン
ドウ）を設定していたのに比べて、より小さなウィンド
ウを設定することができるため、位置合わせ精度も向上
する。
ば、マスク（４）と感光性の基板（６）とが相対的に目
標位置に位置決めされていることを一定時間の平均位置
で判断するため、露光装置の機械的振動があっても振動
中心が目標位置にあれば露光を開始できるため、位置合
わせが高速に行われ、結果としてスループットが向上す
る。また、従来機械振動分まで見込んで許容値（ウィン
ドウ）を設定していたのに比べて、より小さなウィンド
ウを設定することができるため、位置合わせ精度も向上
する。
【００１２】また、本発明の第２の位置合わせ装置によ
れば、第１の発明同様に位置合わせまでの時間が短縮さ
れ、位置合わせ精度が向上する。更に、露光装置におい
てハンチング等の現象が生じた場合、上下の振れは大き
いにもかかわらず、一定時間内の平均値は測定開始当初
から許容値内にある場合もある。従って第１の発明によ
る平均値だけの判断では誤って位置決めされる可能性が
ある。しかしながら、本発明では一定時間内の平均値に
加えて、一定時間内のばらつき（標準偏差等）も判断基
準に加えるため、マスク（４）や基板（６）が振動しな
がら所定の方向にずれて行くような場合、その振動中心
の平均値がたとえ目標位置にあったとしても位置決めが
終了していないと認識して露光動作に移行することはな
く、誤って位置決めされることがない。
れば、第１の発明同様に位置合わせまでの時間が短縮さ
れ、位置合わせ精度が向上する。更に、露光装置におい
てハンチング等の現象が生じた場合、上下の振れは大き
いにもかかわらず、一定時間内の平均値は測定開始当初
から許容値内にある場合もある。従って第１の発明によ
る平均値だけの判断では誤って位置決めされる可能性が
ある。しかしながら、本発明では一定時間内の平均値に
加えて、一定時間内のばらつき（標準偏差等）も判断基
準に加えるため、マスク（４）や基板（６）が振動しな
がら所定の方向にずれて行くような場合、その振動中心
の平均値がたとえ目標位置にあったとしても位置決めが
終了していないと認識して露光動作に移行することはな
く、誤って位置決めされることがない。
【００１３】また、位置検出手段が、マスク（４）が載
置されるマスクステージ（９）の移動量を検出するマス
ク側レーザ干渉計（６２）と、基板ステージの移動量を
検出する基板側レーザ干渉計（６３）と、マスク側レー
ザ干渉計（６２）の計測値と基板側レーザ干渉計（６
３）のマスク（４）側に換算した計測値との差分を求め
る差分手段（６４）と、を有する場合には、マスク
（４）側及び基板（６）側レーザ干渉計により検出され
る測定値に基づき差分手段（６４）によりその差分を計
算し、マスク（４）と基板（６）との位置ずれを求める
ことができる。
置されるマスクステージ（９）の移動量を検出するマス
ク側レーザ干渉計（６２）と、基板ステージの移動量を
検出する基板側レーザ干渉計（６３）と、マスク側レー
ザ干渉計（６２）の計測値と基板側レーザ干渉計（６
３）のマスク（４）側に換算した計測値との差分を求め
る差分手段（６４）と、を有する場合には、マスク
（４）側及び基板（６）側レーザ干渉計により検出され
る測定値に基づき差分手段（６４）によりその差分を計
算し、マスク（４）と基板（６）との位置ずれを求める
ことができる。
【００１４】また、位置検出手段が、マスク（４）上に
形成された位置合わせ用のマーク（３５Ａ）と基板
（６）上に形成された位置合わせ用のマーク（４８Ａ）
との位置ずれ量を投影光学系（５）を介して検出するマ
ーク検出手段（１）である場合には、マスク（４）のマ
ーク（３５Ａ）と基板（６）のマーク（４８Ａ）とを直
接観察して位置合わせすることができる。
形成された位置合わせ用のマーク（３５Ａ）と基板
（６）上に形成された位置合わせ用のマーク（４８Ａ）
との位置ずれ量を投影光学系（５）を介して検出するマ
ーク検出手段（１）である場合には、マスク（４）のマ
ーク（３５Ａ）と基板（６）のマーク（４８Ａ）とを直
接観察して位置合わせすることができる。
【００１５】また、位置検出手段が、ヘテロダイン干渉
方式のアライメント系である場合には、ＴＴＲ方式でマ
スク（４）と基板（６）との正確な位置合わせを行うこ
とができる。
方式のアライメント系である場合には、ＴＴＲ方式でマ
スク（４）と基板（６）との正確な位置合わせを行うこ
とができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明による位置合わせ装置の一実施
例につき図面を参照して説明する。本実施例は、レチク
ル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショ
ット領域に露光する投影露光装置においてＴＴＲ方式で
且つヘテロダイン干渉方式のアライメントセンサを使用
する場合に本発明を適用したものである。
例につき図面を参照して説明する。本実施例は、レチク
ル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショ
ット領域に露光する投影露光装置においてＴＴＲ方式で
且つヘテロダイン干渉方式のアライメントセンサを使用
する場合に本発明を適用したものである。
【００１７】図１は、本例の投影露光装置の全体の概略
構成を示し、この図１においてレチクル４はレチクルス
テージ９上に保持され、ウエハ６はウエハステージ６１
上に保持され、露光時には露光照明系６７からの露光用
の波長λ0 の照明光がダイクロイックミラー３を介して
レチクル４に照射され、その照明光のもとでレチクル４
のパターンが投影光学系５を介して例えば１／５に縮小
されてフォトレジストが塗布されたウエハ６の各ショッ
ト領域に露光される。レチクルステージ９、及びウエハ
ステージ６１は、それぞれ投影光学系５の光軸に垂直な
平面上でレチクル４及びウエハ６の位置決めを行う。レ
チクルステージ９、及びウエハステージ６１の２次元座
標はそれぞれレチクル側の干渉計６２、及びウエハ側の
干渉計６３により検出され、検出結果が中央制御系６４
に供給され、中央制御系６４は、レチクルステージ制御
系６５、及びウエハステージ制御系６６を介してそれぞ
れレチクルステージ９、及びウエハステージ６１の動作
を制御する。
構成を示し、この図１においてレチクル４はレチクルス
テージ９上に保持され、ウエハ６はウエハステージ６１
上に保持され、露光時には露光照明系６７からの露光用
の波長λ0 の照明光がダイクロイックミラー３を介して
レチクル４に照射され、その照明光のもとでレチクル４
のパターンが投影光学系５を介して例えば１／５に縮小
されてフォトレジストが塗布されたウエハ６の各ショッ
ト領域に露光される。レチクルステージ９、及びウエハ
ステージ６１は、それぞれ投影光学系５の光軸に垂直な
平面上でレチクル４及びウエハ６の位置決めを行う。レ
チクルステージ９、及びウエハステージ６１の２次元座
標はそれぞれレチクル側の干渉計６２、及びウエハ側の
干渉計６３により検出され、検出結果が中央制御系６４
に供給され、中央制御系６４は、レチクルステージ制御
系６５、及びウエハステージ制御系６６を介してそれぞ
れレチクルステージ９、及びウエハステージ６１の動作
を制御する。
【００１８】次に、プリアライメント用としてＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式のプリアライメントセンサ
４２が、投影光学系５の側面近傍に配置されている。プ
リアライメントセンサ４２は、レチクル４と投影光学系
５との間に配置されたミラー４３、及び投影光学系５を
介してウエハ６上のウエハマークの近傍にスリット状に
集光されるレーザビームを照射する。この状態でウエハ
ステージ６１を駆動してウエハ６を計測方向に走査する
と、ウエハマークがそのレーザビームにかかると所定の
方向に回折光が発生し、この回折光が投影光学系５、及
びミラー４３を介してプリアライメントセンサ４２の受
光部に入射する。この受光部４２からの光電変換信号が
中央制御系６４に供給され、中央制御系６４は、その光
電変換信号のレベルが最大になるときのウエハ側の干渉
計６３の計測値より、そのウエハマークの２次元座標を
求め、この検出結果に基づいてウエハ６の当該ショット
領域のプリアライメントを行う。即ち、本例のプリアラ
イメントセンサ４２はレーザ・ステップ・アライメント
方式であるが、撮像方式等も使用できることは言うまで
もない。
（スルー・ザ・レンズ）方式のプリアライメントセンサ
４２が、投影光学系５の側面近傍に配置されている。プ
リアライメントセンサ４２は、レチクル４と投影光学系
５との間に配置されたミラー４３、及び投影光学系５を
介してウエハ６上のウエハマークの近傍にスリット状に
集光されるレーザビームを照射する。この状態でウエハ
ステージ６１を駆動してウエハ６を計測方向に走査する
と、ウエハマークがそのレーザビームにかかると所定の
方向に回折光が発生し、この回折光が投影光学系５、及
びミラー４３を介してプリアライメントセンサ４２の受
光部に入射する。この受光部４２からの光電変換信号が
中央制御系６４に供給され、中央制御系６４は、その光
電変換信号のレベルが最大になるときのウエハ側の干渉
計６３の計測値より、そのウエハマークの２次元座標を
求め、この検出結果に基づいてウエハ６の当該ショット
領域のプリアライメントを行う。即ち、本例のプリアラ
イメントセンサ４２はレーザ・ステップ・アライメント
方式であるが、撮像方式等も使用できることは言うまで
もない。
【００１９】また、ウエハステージ６１上には基準マー
ク及び基準回折格子マークが形成された基準マーク部材
４１が固定され、レチクルアライメント時には、基準マ
ーク部材４１が投影光学系５の露光フィールド内に移動
され、基準マークが底面側から露光用の照明光と同じ波
長λ0 の照明光で照明される。その基準マークを通過し
た照明光は、投影光学系５を経てレチクル４の下面のア
ライメントマーク上に基準マーク像を形成し、レチクル
４の上方のレチクルアライメント顕微鏡３９，４０によ
りそれらアライメントマーク、及び基準マークの像が撮
像され、撮像信号が中央制御系６４に供給される。中央
制御系６４では、供給された撮像信号を処理して基準マ
ークに対するアライメントマークの位置ずれ量を求め
る。
ク及び基準回折格子マークが形成された基準マーク部材
４１が固定され、レチクルアライメント時には、基準マ
ーク部材４１が投影光学系５の露光フィールド内に移動
され、基準マークが底面側から露光用の照明光と同じ波
長λ0 の照明光で照明される。その基準マークを通過し
た照明光は、投影光学系５を経てレチクル４の下面のア
ライメントマーク上に基準マーク像を形成し、レチクル
４の上方のレチクルアライメント顕微鏡３９，４０によ
りそれらアライメントマーク、及び基準マークの像が撮
像され、撮像信号が中央制御系６４に供給される。中央
制御系６４では、供給された撮像信号を処理して基準マ
ークに対するアライメントマークの位置ずれ量を求め
る。
【００２０】更に、最終的なアライメントを行うため
に、ＴＴＲ方式でヘテロダイン干渉方式のアライメント
センサが設けられている。このアライメントセンサは、
レーザ制御系６９、アライメント送光系１ａ、ビームス
プリッター２６、対物レンズ２、アライメント受光系１
ｂ、及びアライメント信号処理系７０等より構成されて
いる。アライメントを行う際には、中央制御系６４は、
レーザ制御系６９を介してアライメント送光系１ａ中の
後述の２個のレーザ光源にそれぞれ発光を行わせる。ア
ライメント送光系１ａ中のレーザ光源から射出されたレ
ーザビームが、所定の周波数変調を経てアライメント光
としてビームスプリッター２６に向かい、ビームスプリ
ッター２６で反射されたレーザビームが、対物レンズ
２、ダイクロイックミラー３を透過してレチクル４に照
射され、レチクル４を透過したレーザ光が基準マーク部
材４１の基準回折格子マーク（又はウエハ６上のウエハ
マーク）に照射される。
に、ＴＴＲ方式でヘテロダイン干渉方式のアライメント
センサが設けられている。このアライメントセンサは、
レーザ制御系６９、アライメント送光系１ａ、ビームス
プリッター２６、対物レンズ２、アライメント受光系１
ｂ、及びアライメント信号処理系７０等より構成されて
いる。アライメントを行う際には、中央制御系６４は、
レーザ制御系６９を介してアライメント送光系１ａ中の
後述の２個のレーザ光源にそれぞれ発光を行わせる。ア
ライメント送光系１ａ中のレーザ光源から射出されたレ
ーザビームが、所定の周波数変調を経てアライメント光
としてビームスプリッター２６に向かい、ビームスプリ
ッター２６で反射されたレーザビームが、対物レンズ
２、ダイクロイックミラー３を透過してレチクル４に照
射され、レチクル４を透過したレーザ光が基準マーク部
材４１の基準回折格子マーク（又はウエハ６上のウエハ
マーク）に照射される。
【００２１】そして、基準マーク部材４１（又はウエハ
マーク）での回折により生じたヘテロダインビーム、及
びレチクルマークでの回折により生じたヘテロダインビ
ームが、ダイクロイックミラー３、対物レンズ２、ビー
ムスプリッター２６を経てアライメント受光系１ｂに入
射し、アライメント受光系では２つのビート信号が生成
される。これらのビート信号がアライメント信号処理系
７０に供給され、ここで２つのビート信号の位相差が検
出され、検出された位相差が中央制御系６４に供給され
る。検出された位相差に基づいて、中央制御系６４はア
ライメント時の目標位相差を求めるか、又は最終的なア
ライメントを行う。
マーク）での回折により生じたヘテロダインビーム、及
びレチクルマークでの回折により生じたヘテロダインビ
ームが、ダイクロイックミラー３、対物レンズ２、ビー
ムスプリッター２６を経てアライメント受光系１ｂに入
射し、アライメント受光系では２つのビート信号が生成
される。これらのビート信号がアライメント信号処理系
７０に供給され、ここで２つのビート信号の位相差が検
出され、検出された位相差が中央制御系６４に供給され
る。検出された位相差に基づいて、中央制御系６４はア
ライメント時の目標位相差を求めるか、又は最終的なア
ライメントを行う。
【００２２】また、本例ではヘテロダイン干渉方式のア
ライメントセンサによる最終アライメント時に、アライ
メント信号処理系７０からの位相差に基づき、レチクル
４とウエハマークとの位置ずれと後述する目標追い込み
値との差の所定の一定時間毎の平均値及びばらつきとし
ての標準偏差を演算系６４Ａで演算してその結果を中央
制御系６４に供給するようにしている。
ライメントセンサによる最終アライメント時に、アライ
メント信号処理系７０からの位相差に基づき、レチクル
４とウエハマークとの位置ずれと後述する目標追い込み
値との差の所定の一定時間毎の平均値及びばらつきとし
ての標準偏差を演算系６４Ａで演算してその結果を中央
制御系６４に供給するようにしている。
【００２３】次に、レチクルアライメント顕微鏡、及び
ヘテロダイン方式のアライメントセンサにつき詳細に説
明する。図２は、本実施例の投影露光装置のステージ系
及びアライメント光学系を示し、投影光学系５の光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標系
をＸ軸、及びＹ軸とする。この場合、図２（ａ）はその
投影露光装置をＹ方向に見た正面図であり、図２（ｂ）
は図２（ａ）の側面図であり、アライメント光学系１
は、図１のアライメント送光系１ａ、ビームスプリッタ
ー２６、及びアライメント受光系１ｂに対応し、ウエハ
６をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ位置決めするＸステー
ジ８Ｘ、及びＹステージ８Ｙが図１のウエハステージ６
１に対応する。また、図２ではウエハステージとウエハ
６との間に、ウエハ６を保持するウエハホルダ７が設け
られている。実際には、Ｘステージ８Ｘ上に、ウエハ６
をＺ方向に位置決めするＺステージが載置され、このＺ
ステージ上に基準マーク部材４１が設けられている。
ヘテロダイン方式のアライメントセンサにつき詳細に説
明する。図２は、本実施例の投影露光装置のステージ系
及びアライメント光学系を示し、投影光学系５の光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標系
をＸ軸、及びＹ軸とする。この場合、図２（ａ）はその
投影露光装置をＹ方向に見た正面図であり、図２（ｂ）
は図２（ａ）の側面図であり、アライメント光学系１
は、図１のアライメント送光系１ａ、ビームスプリッタ
ー２６、及びアライメント受光系１ｂに対応し、ウエハ
６をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ位置決めするＸステー
ジ８Ｘ、及びＹステージ８Ｙが図１のウエハステージ６
１に対応する。また、図２ではウエハステージとウエハ
６との間に、ウエハ６を保持するウエハホルダ７が設け
られている。実際には、Ｘステージ８Ｘ上に、ウエハ６
をＺ方向に位置決めするＺステージが載置され、このＺ
ステージ上に基準マーク部材４１が設けられている。
【００２４】アライメント光学系１からは、露光波長λ
0 と異なる平均波長λ1 で周波数差Δｆ（本例では５０
ｋＨｚ）のレチクルアライメント照明光ＲＢ1 ，Ｒ
Ｂ2 、及びウエハアライメント照明光ＷＢ1 ，ＷＢ
2 と、波長λ1 に近い平均波長λ2 で周波数差Δｆ（＝
５０ｋＨｚ）のレチクルアライメント照明光ＲＢ3 ，Ｒ
Ｂ4 、及びウエハアライメント照明光ＷＢ3 ，ＷＢ4 と
が射出される。
0 と異なる平均波長λ1 で周波数差Δｆ（本例では５０
ｋＨｚ）のレチクルアライメント照明光ＲＢ1 ，Ｒ
Ｂ2 、及びウエハアライメント照明光ＷＢ1 ，ＷＢ
2 と、波長λ1 に近い平均波長λ2 で周波数差Δｆ（＝
５０ｋＨｚ）のレチクルアライメント照明光ＲＢ3 ，Ｒ
Ｂ4 、及びウエハアライメント照明光ＷＢ3 ，ＷＢ4 と
が射出される。
【００２５】図２（ａ）に示すように、レチクルアライ
メント照明光ＲＢ1 ，ＲＢ2 は対物レンズ２によってレ
チクル４上に集光され、レチクル４の下面の回折格子状
のレチクルマーク３５Ａにそれぞれ入射角−θR1，θR1
で照射される。図３は、本例のレチクル４のパターン配
置を示し、この図３において、レチクル４の中央部のパ
ターン領域３２の周囲に遮光帯３３が形成され、遮光帯
３３中のＸ方向に伸びた辺中にＹ方向にピッチＰR で形
成された回折格子よりなるＹ軸用のレチクルマーク３６
Ａ及び３６Ｂが形成され、Ｙ方向に伸びた辺中にＸ方向
にピッチＰR で形成された回折格子よりなるＸ軸用のレ
チクルマーク３５Ａ及び３５Ｂが形成されている。レチ
クルマーク３５Ａ及び３５Ｂの内側にそれぞれウエハ側
に向かうアライメント光を通過させるための透過性の窓
部（以下、「レチクル窓」と呼ぶ）３７Ａ及び３７Ｂが
形成され、レチクルマーク３６Ａ及び３６Ｂの内側にそ
れぞれウエハ側に向かうアライメント光を通過させるた
めのレチクル窓３８Ａ及び３８Ｂが形成されている。更
に、遮光帯３３をＸ方向に挟むように十字型のアライメ
ントマーク３４Ａ及び３４Ｂが形成されている。
メント照明光ＲＢ1 ，ＲＢ2 は対物レンズ２によってレ
チクル４上に集光され、レチクル４の下面の回折格子状
のレチクルマーク３５Ａにそれぞれ入射角−θR1，θR1
で照射される。図３は、本例のレチクル４のパターン配
置を示し、この図３において、レチクル４の中央部のパ
ターン領域３２の周囲に遮光帯３３が形成され、遮光帯
３３中のＸ方向に伸びた辺中にＹ方向にピッチＰR で形
成された回折格子よりなるＹ軸用のレチクルマーク３６
Ａ及び３６Ｂが形成され、Ｙ方向に伸びた辺中にＸ方向
にピッチＰR で形成された回折格子よりなるＸ軸用のレ
チクルマーク３５Ａ及び３５Ｂが形成されている。レチ
クルマーク３５Ａ及び３５Ｂの内側にそれぞれウエハ側
に向かうアライメント光を通過させるための透過性の窓
部（以下、「レチクル窓」と呼ぶ）３７Ａ及び３７Ｂが
形成され、レチクルマーク３６Ａ及び３６Ｂの内側にそ
れぞれウエハ側に向かうアライメント光を通過させるた
めのレチクル窓３８Ａ及び３８Ｂが形成されている。更
に、遮光帯３３をＸ方向に挟むように十字型のアライメ
ントマーク３４Ａ及び３４Ｂが形成されている。
【００２６】図７は、図３中のレチクルマーク３５Ａ及
びレチクル窓３７Ａの拡大図であり、レチクルマーク３
５Ａに照明光ＲＢ1 ，ＲＢ2 ，ＲＢ3 ，ＲＢ4 よりなる
光束５０が照射され、レチクル窓３７Ａを照明光Ｗ
Ｂ1 ，ＷＢ2 ，ＷＢ3 ，ＷＢ4 よりなる光束５１が通過
している。図２に戻り、入射角−θR1，θR1とレチクル
マーク３５Ａの格子ピッチＰR とは次式の関係にあり、
照明光ＲＢ1 の＋１次回折光ＲＢ1 +1 と照明光ＲＢ2 の
−１次回折光ＲＢ2 -1 とはそれぞれ真上に発生し、アラ
イメント検出光（ヘテロダインビーム）として対物レン
ズ２を介してアライメント光学系１に戻る。
びレチクル窓３７Ａの拡大図であり、レチクルマーク３
５Ａに照明光ＲＢ1 ，ＲＢ2 ，ＲＢ3 ，ＲＢ4 よりなる
光束５０が照射され、レチクル窓３７Ａを照明光Ｗ
Ｂ1 ，ＷＢ2 ，ＷＢ3 ，ＷＢ4 よりなる光束５１が通過
している。図２に戻り、入射角−θR1，θR1とレチクル
マーク３５Ａの格子ピッチＰR とは次式の関係にあり、
照明光ＲＢ1 の＋１次回折光ＲＢ1 +1 と照明光ＲＢ2 の
−１次回折光ＲＢ2 -1 とはそれぞれ真上に発生し、アラ
イメント検出光（ヘテロダインビーム）として対物レン
ズ２を介してアライメント光学系１に戻る。
【００２７】
【数１】sin （θR1）＝λ1 ／ＰR 同様に、レチクルアライメント照明光ＲＢ3 ，ＲＢ4 も
対物レンズ２によってレチクル４上に集光され、レチク
ル４上のレチクルマーク３５Ａに入射角−θR2，θR2で
照射される。このとき、照明光ＲＢ3 の＋１次回折光Ｒ
Ｂ3 +1 と照明光ＲＢ4 の−１次回折光ＲＢ4 -1 とがそれ
ぞれ真上に発生し、対物レンズ２を介してアライメント
光学系１に戻る。
対物レンズ２によってレチクル４上に集光され、レチク
ル４上のレチクルマーク３５Ａに入射角−θR2，θR2で
照射される。このとき、照明光ＲＢ3 の＋１次回折光Ｒ
Ｂ3 +1 と照明光ＲＢ4 の−１次回折光ＲＢ4 -1 とがそれ
ぞれ真上に発生し、対物レンズ２を介してアライメント
光学系１に戻る。
【００２８】一方、ウエハアライメント照明光ＷＢ1 ，
ＷＢ2 はレチクル４上のレチクル窓３７Ａを通過し、投
影光学系５中の色収差制御板１０に達する。色収差制御
板１０の照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2 が通過する部分には、そ
れぞれ回折格子状の軸上色収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B
（図６参照）が形成されており、照明光ＷＢ1 ，ＷＢ 2
はそれぞれ角度−θG1，θG1だけ曲げられて、回折格子
状のウエハマーク４８Ａに対しそれぞれ入射角−θW1，
θW1で照射される。
ＷＢ2 はレチクル４上のレチクル窓３７Ａを通過し、投
影光学系５中の色収差制御板１０に達する。色収差制御
板１０の照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2 が通過する部分には、そ
れぞれ回折格子状の軸上色収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B
（図６参照）が形成されており、照明光ＷＢ1 ，ＷＢ 2
はそれぞれ角度−θG1，θG1だけ曲げられて、回折格子
状のウエハマーク４８Ａに対しそれぞれ入射角−θW1，
θW1で照射される。
【００２９】図４は、ウエハ６のショット配列の一部を
示し、この図４において、露光対象とするショット領域
４７をＸ方向に挟むようにＹ方向にピッチＰW で形成さ
れた回折格子よりなるＹ軸用のウエハマーク４９Ａ及び
４９Ｂが形成され、ショット領域４７をＹ方向に挟むよ
うにＸ方向にピッチＰW で形成された回折格子よりなる
Ｘ軸用のウエハマーク４８Ａ及び４８Ｂが形成されてい
る。他のショット領域にもそれぞれウエハマークが付設
されている。
示し、この図４において、露光対象とするショット領域
４７をＸ方向に挟むようにＹ方向にピッチＰW で形成さ
れた回折格子よりなるＹ軸用のウエハマーク４９Ａ及び
４９Ｂが形成され、ショット領域４７をＹ方向に挟むよ
うにＸ方向にピッチＰW で形成された回折格子よりなる
Ｘ軸用のウエハマーク４８Ａ及び４８Ｂが形成されてい
る。他のショット領域にもそれぞれウエハマークが付設
されている。
【００３０】図８は、図４中のウエハマーク４８Ａの拡
大図であり、この図８においてウエハマーク４８Ａに、
照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2 ，ＷＢ3 ，ＷＢ4 よりなる光束５
１が照射されている。図２（ａ）に戻り、入射角−
θW1，θW1とウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰ W とは
次式の関係にあり、照明光ＷＢ1 の＋１次回折光ＷＢ1
+1 と照明光ＷＢ2の−１次回折光ＷＢ2 -1 とはそれぞれ
真上に発生し、これら２つの回折光がアライメント検出
光（ヘテロダインビーム）となる。
大図であり、この図８においてウエハマーク４８Ａに、
照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2 ，ＷＢ3 ，ＷＢ4 よりなる光束５
１が照射されている。図２（ａ）に戻り、入射角−
θW1，θW1とウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰ W とは
次式の関係にあり、照明光ＷＢ1 の＋１次回折光ＷＢ1
+1 と照明光ＷＢ2の−１次回折光ＷＢ2 -1 とはそれぞれ
真上に発生し、これら２つの回折光がアライメント検出
光（ヘテロダインビーム）となる。
【００３１】
【数２】sin （θW1）＝λ1 ／ＰW この際に、ウエハアライメント照明光ＷＢ3 ，ＷＢ4 は
照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2に波長が近いため、色収差制御板
１０上で通過する位置は、それぞれほぼ軸上色収差制御
素子Ｇ１A ，Ｇ１B 上と見なせる。そのため、照明光Ｗ
Ｂ3 ，ＷＢ4 はそれぞれ角度−θG2，θG2だけ曲げられ
て、ウエハマーク４８Ａに対しそれぞれ入射角−θW2，
θW2で照射される。そして、照明光ＷＢ3 の＋１次回折
光ＷＢ3 + 1 と照明光ＷＢ4 の−１次回折光ＷＢ4 -1 とが
それぞれ真上に発生し、アライメント検出光となる。
照明光ＷＢ1 ，ＷＢ2に波長が近いため、色収差制御板
１０上で通過する位置は、それぞれほぼ軸上色収差制御
素子Ｇ１A ，Ｇ１B 上と見なせる。そのため、照明光Ｗ
Ｂ3 ，ＷＢ4 はそれぞれ角度−θG2，θG2だけ曲げられ
て、ウエハマーク４８Ａに対しそれぞれ入射角−θW2，
θW2で照射される。そして、照明光ＷＢ3 の＋１次回折
光ＷＢ3 + 1 と照明光ＷＢ4 の−１次回折光ＷＢ4 -1 とが
それぞれ真上に発生し、アライメント検出光となる。
【００３２】この場合、図２（ｂ）に示すように、色収
差制御板１０の偏向作用によりウエハアライメント照明
光は、非計測方向（Ｙ方向）においてウエハ６に対して
角度θm だけ傾いて入射するため、上記各アライメント
検出光が色収差制御板１０上で通過する位置は入射時に
通過した位置と異なる。ウエハマーク４８Ａからのアラ
イメント検出光は、色収差制御板１０上の軸上色収差制
御素子Ｇ１C （図６参照）を通ることによって横方向の
色収差が補正されて、レチクル窓３７Ａに向かう。その
後、各検出光はレチクル窓３７Ａ、及び対物レンズ２を
介して再びアライメント光学系１へと戻る。また、ウエ
ハアライメント照明光は、色収差制御板１０が配置され
ない場合に比べ、ウエハ６の表面でＹ方向にΔβだけず
れた位置を照明する。
差制御板１０の偏向作用によりウエハアライメント照明
光は、非計測方向（Ｙ方向）においてウエハ６に対して
角度θm だけ傾いて入射するため、上記各アライメント
検出光が色収差制御板１０上で通過する位置は入射時に
通過した位置と異なる。ウエハマーク４８Ａからのアラ
イメント検出光は、色収差制御板１０上の軸上色収差制
御素子Ｇ１C （図６参照）を通ることによって横方向の
色収差が補正されて、レチクル窓３７Ａに向かう。その
後、各検出光はレチクル窓３７Ａ、及び対物レンズ２を
介して再びアライメント光学系１へと戻る。また、ウエ
ハアライメント照明光は、色収差制御板１０が配置され
ない場合に比べ、ウエハ６の表面でＹ方向にΔβだけず
れた位置を照明する。
【００３３】図６は、色収差制御板１０を示し、図６に
おいて、ガラス基板よりなる透過性基板上には、１２個
の軸上色収差制御素子が形成されている。そして、３個
の軸上色収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B ，Ｇ１C が図２の
アライメント光学系１のウエハアライメント照明光、及
びアライメント検出光の偏向用に使用されている。実際
には、他に３軸のアライメント光学系があるため、色収
差制御板１０上には全体で１２（＝３×４）個の軸上色
収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B ，Ｇ１C 〜Ｇ４A，Ｇ
４B ，Ｇ４C が形成されている。
おいて、ガラス基板よりなる透過性基板上には、１２個
の軸上色収差制御素子が形成されている。そして、３個
の軸上色収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B ，Ｇ１C が図２の
アライメント光学系１のウエハアライメント照明光、及
びアライメント検出光の偏向用に使用されている。実際
には、他に３軸のアライメント光学系があるため、色収
差制御板１０上には全体で１２（＝３×４）個の軸上色
収差制御素子Ｇ１A ，Ｇ１B ，Ｇ１C 〜Ｇ４A，Ｇ
４B ，Ｇ４C が形成されている。
【００３４】ここで、図５を参照して、アライメント光
学系１について詳しく説明する。図５（ｂ）はアライメ
ント光学系１を図２（ｂ）と同じ方向から見た図、図５
（ａ）はアライメント光学系１を図２（ａ）と同じ方向
から見た図、図５（ｃ）は図５（ａ）の底面図である。
図５において、例えばレーザダイオードよりなる第１の
レーザ光源１１から出た波長λ1 のレーザビームと、例
えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源よりなる第２のレーザ光源１
２から出た波長λ2 のレーザビームとは、ビーム合成プ
リズム１３によって照明光Ｂに合成され、それぞれ周波
数Ｆ1 で駆動されている音響光学変調素子（以下、「Ａ
ＯＭ」と呼ぶ）１４に入射する。ＡＯＭ１４は光を垂直
に入射させてラマン・ナス回折による±１次回折光を均
等に得るもの、即ちラマン・ナス型ＡＯＭである。照明
光Ｂ内の２つのレーザビームは波長が若干異なるため、
ＡＯＭ１４によってそれぞれ若干異なる角度に回折光が
発生する。これら＋１次、及び−１次回折光は、もとの
周波数に対してそれぞれ＋Ｆ1 ，及び−Ｆ1 の周波数差
を持っている。
学系１について詳しく説明する。図５（ｂ）はアライメ
ント光学系１を図２（ｂ）と同じ方向から見た図、図５
（ａ）はアライメント光学系１を図２（ａ）と同じ方向
から見た図、図５（ｃ）は図５（ａ）の底面図である。
図５において、例えばレーザダイオードよりなる第１の
レーザ光源１１から出た波長λ1 のレーザビームと、例
えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源よりなる第２のレーザ光源１
２から出た波長λ2 のレーザビームとは、ビーム合成プ
リズム１３によって照明光Ｂに合成され、それぞれ周波
数Ｆ1 で駆動されている音響光学変調素子（以下、「Ａ
ＯＭ」と呼ぶ）１４に入射する。ＡＯＭ１４は光を垂直
に入射させてラマン・ナス回折による±１次回折光を均
等に得るもの、即ちラマン・ナス型ＡＯＭである。照明
光Ｂ内の２つのレーザビームは波長が若干異なるため、
ＡＯＭ１４によってそれぞれ若干異なる角度に回折光が
発生する。これら＋１次、及び−１次回折光は、もとの
周波数に対してそれぞれ＋Ｆ1 ，及び−Ｆ1 の周波数差
を持っている。
【００３５】ＡＯＭ１４から射出されたレーザビームは
レンズ１５を通過して空間フィルタ１６に入射し、空間
フィルタ１６によって±１次回折光のみが選択され、選
択された回折光はレンズ１７を経て、ＡＯＭ１４に対し
て４５°回転して配置され、且つ周波数Ｆ2 で駆動され
ているＡＯＭ１８に交差するように入射する。ＡＯＭ１
８はブラッグ型ＡＯＭであり、入射角はブラッグ角の１
／sin ４５°になるよう設定してある。従って、光軸の
回りに４５°回転した面で見れば、回折光の入射角はブ
ラッグ角である。この場合、ＡＯＭ１４で＋Ｆ1 の周波
数変調を受けたレーザビームはＡＯＭ１８で−１次回折
光が強く発生し、その−１次回折光はＡＯＭ１８で−Ｆ
2 の周波数変調を受け、レーザ光源１１，１２から射出
されるときに対して＋（Ｆ1 −Ｆ2 ）の周波数変調を受
けたアライメントビームＢ1 ，Ｂ 3 になる。同様に、Ａ
ＯＭ１４で−Ｆ1 の周波数変調を受けたレーザビームは
ＡＯＭ１８で＋１次回折光が強く発生し、その＋１次回
折光はＡＯＭ１８で−Ｆ2の周波数変調を受け、レーザ
光源１１，１２から射出されるときに対して−（Ｆ 1 −
Ｆ2 ）の周波数変調を受けたアライメントビームＢ2 ，
Ｂ4 になる。その結果、アライメントビームＢ1 ，Ｂ3
とアライメントビームＢ2 ，Ｂ4 との周波数差Δｆは２
（Ｆ1 −Ｆ2 ）で表され、この例ではΔｆは５０ｋＨｚ
に設定されるものとする。ＡＯＭ１８を通過したレーザ
ビームは、レンズ１９を経て空間フィルタ２０に入射
し、空間フィルタ２０で選択されたアライメントビーム
Ｂ1 〜Ｂ 4 は後段へと導かれる。
レンズ１５を通過して空間フィルタ１６に入射し、空間
フィルタ１６によって±１次回折光のみが選択され、選
択された回折光はレンズ１７を経て、ＡＯＭ１４に対し
て４５°回転して配置され、且つ周波数Ｆ2 で駆動され
ているＡＯＭ１８に交差するように入射する。ＡＯＭ１
８はブラッグ型ＡＯＭであり、入射角はブラッグ角の１
／sin ４５°になるよう設定してある。従って、光軸の
回りに４５°回転した面で見れば、回折光の入射角はブ
ラッグ角である。この場合、ＡＯＭ１４で＋Ｆ1 の周波
数変調を受けたレーザビームはＡＯＭ１８で−１次回折
光が強く発生し、その−１次回折光はＡＯＭ１８で−Ｆ
2 の周波数変調を受け、レーザ光源１１，１２から射出
されるときに対して＋（Ｆ1 −Ｆ2 ）の周波数変調を受
けたアライメントビームＢ1 ，Ｂ 3 になる。同様に、Ａ
ＯＭ１４で−Ｆ1 の周波数変調を受けたレーザビームは
ＡＯＭ１８で＋１次回折光が強く発生し、その＋１次回
折光はＡＯＭ１８で−Ｆ2の周波数変調を受け、レーザ
光源１１，１２から射出されるときに対して−（Ｆ 1 −
Ｆ2 ）の周波数変調を受けたアライメントビームＢ2 ，
Ｂ4 になる。その結果、アライメントビームＢ1 ，Ｂ3
とアライメントビームＢ2 ，Ｂ4 との周波数差Δｆは２
（Ｆ1 −Ｆ2 ）で表され、この例ではΔｆは５０ｋＨｚ
に設定されるものとする。ＡＯＭ１８を通過したレーザ
ビームは、レンズ１９を経て空間フィルタ２０に入射
し、空間フィルタ２０で選択されたアライメントビーム
Ｂ1 〜Ｂ 4 は後段へと導かれる。
【００３６】アライメントビームＢ1 〜Ｂ4 はレンズ２
１によって視野絞り２２上に集光され、レチクル又はウ
エハ上でのビーム形状が決められた後、レチクル・ウエ
ハビーム分離プリズム２３によってレチクルアライメン
ト照明光ＲＢ1 〜ＲＢ4 、及びウエハアライメント照明
光ＷＢ1 〜ＷＢ4 に分けられる。その後、アライメント
照明光はレンズ２４を経て直視プリズム２５に到達す
る。直視プリズム２５は光軸を中心に回転可能であり、
不図示のモータによって図１の中央制御系６４からの指
示により駆動される。直視プリズム２５が回転すると波
長λ1 ，λ2 の２色の照明光は相対角度が変化し、波長
λ1 の照明光ＲＢ1 ，ＷＢ1 ，ＲＢ2 ，ＷＢ2 に対して
それぞれ波長λ2 の照明光ＲＢ3 ，ＷＢ3 ，ＲＢ4 ，Ｗ
Ｂ4 が分離される。このように相対角度が変化した照明
光は、ビームスプリッタ２６を経て図２の対物レンズ２
に向かう。相対角度の変化により、波長λ1 ，λ2 の２
色の照明光のレチクル及びウエハ上での照射位置の相対
関係も変化する。
１によって視野絞り２２上に集光され、レチクル又はウ
エハ上でのビーム形状が決められた後、レチクル・ウエ
ハビーム分離プリズム２３によってレチクルアライメン
ト照明光ＲＢ1 〜ＲＢ4 、及びウエハアライメント照明
光ＷＢ1 〜ＷＢ4 に分けられる。その後、アライメント
照明光はレンズ２４を経て直視プリズム２５に到達す
る。直視プリズム２５は光軸を中心に回転可能であり、
不図示のモータによって図１の中央制御系６４からの指
示により駆動される。直視プリズム２５が回転すると波
長λ1 ，λ2 の２色の照明光は相対角度が変化し、波長
λ1 の照明光ＲＢ1 ，ＷＢ1 ，ＲＢ2 ，ＷＢ2 に対して
それぞれ波長λ2 の照明光ＲＢ3 ，ＷＢ3 ，ＲＢ4 ，Ｗ
Ｂ4 が分離される。このように相対角度が変化した照明
光は、ビームスプリッタ２６を経て図２の対物レンズ２
に向かう。相対角度の変化により、波長λ1 ，λ2 の２
色の照明光のレチクル及びウエハ上での照射位置の相対
関係も変化する。
【００３７】一方、図２のレチクルマーク３５Ａ及びウ
エハマーク４８Ａからのアライメント検出光は、図５の
アライメント光学系１に戻った後、ビームスプリッタ２
６により反射され、レンズ２７を経てレチクル、及びウ
エハと共役な位置にある検出光分離プリズム２８によっ
て、レチクル検出光とウエハ検出光とに分離される。レ
チクル検出光ＲＢ1 +1 ，ＲＢ2 -1 及びＲＢ3 +1 ，ＲＢ4
-1 は検出光分離プリズム２８を透過し、波長λ1 の光
束のみを透過させる色フィルタ２９により検出光ＲＢ1
+1 ，ＲＢ2 -1 のみが選別され、光電検出素子３０によ
って受光される。ウエハ検出光ＷＢ1 +1 ，ＷＢ2 -1 及び
ＷＢ3 +1 ，ＷＢ4 -1 は検出光分離プリズム２８で反射さ
れて、光電検出素子３１によって受光される。光電検出
素子３０からレチクルマークの位置に対応するレチクル
ビート信号ＳR が出力され、光電検出素子３１からウエ
ハマークの位置に対応するウエハビート信号ＳW が出力
される。
エハマーク４８Ａからのアライメント検出光は、図５の
アライメント光学系１に戻った後、ビームスプリッタ２
６により反射され、レンズ２７を経てレチクル、及びウ
エハと共役な位置にある検出光分離プリズム２８によっ
て、レチクル検出光とウエハ検出光とに分離される。レ
チクル検出光ＲＢ1 +1 ，ＲＢ2 -1 及びＲＢ3 +1 ，ＲＢ4
-1 は検出光分離プリズム２８を透過し、波長λ1 の光
束のみを透過させる色フィルタ２９により検出光ＲＢ1
+1 ，ＲＢ2 -1 のみが選別され、光電検出素子３０によ
って受光される。ウエハ検出光ＷＢ1 +1 ，ＷＢ2 -1 及び
ＷＢ3 +1 ，ＷＢ4 -1 は検出光分離プリズム２８で反射さ
れて、光電検出素子３１によって受光される。光電検出
素子３０からレチクルマークの位置に対応するレチクル
ビート信号ＳR が出力され、光電検出素子３１からウエ
ハマークの位置に対応するウエハビート信号ＳW が出力
される。
【００３８】レチクルビート信号ＳR は検出光Ｒ
Ｂ1 +1 ，ＲＢ2 -1 による周波数Δｆの正弦波状のビート
信号であり、ウエハビート信号ＳW は検出光ＷＢ1 +1 ，
ＷＢ2 -1 及びＷＢ3 +1 ，ＷＢ4 -1 による周波数Δｆの正
弦波状のビート信号である。両者の位相差Δφ［ｒａ
ｄ］はレチクル４、及びウエハ６のＸ方向への相対移動
量により変化し、その相対移動量Δｘは以下の式に示す
通りである。
Ｂ1 +1 ，ＲＢ2 -1 による周波数Δｆの正弦波状のビート
信号であり、ウエハビート信号ＳW は検出光ＷＢ1 +1 ，
ＷＢ2 -1 及びＷＢ3 +1 ，ＷＢ4 -1 による周波数Δｆの正
弦波状のビート信号である。両者の位相差Δφ［ｒａ
ｄ］はレチクル４、及びウエハ６のＸ方向への相対移動
量により変化し、その相対移動量Δｘは以下の式に示す
通りである。
【００３９】
【数３】Δｘ（レチクル上）＝ＰR ・Δφ／（４π）
【００４０】
【数４】Δｘ（ウエハ上） ＝ＰW ・Δφ／（４π） なお、Ｙ方向用のアライメントセンサにより、Ｙ軸用の
レチクルマーク及びウエハークに対応するビート信号が
得られる。レチクルビート信号ＳR 及びウエハビート信
号ＳW はそれぞれ増幅器５２，５３により信号強度（振
幅）が調整され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
５４，５５を経由してアライメント信号処理系７０に供
給され、ここで両信号ＳR，ＳW の位相差が検出され
る。検出された位相差は中央制御系６４に供給される。
中央制御系６４に付属する演算系６４Ａは、中央制御系
６４から供給される両ビート信号ＳR ，ＳW の位相差に
基づき、レチクル４とウエハマークとの位置ずれと後述
する目標追い込み値との差の所定の一定時間毎の平均値
及びばらつきとしての標準偏差を演算してその結果を中
央制御系６４に供給する。
レチクルマーク及びウエハークに対応するビート信号が
得られる。レチクルビート信号ＳR 及びウエハビート信
号ＳW はそれぞれ増幅器５２，５３により信号強度（振
幅）が調整され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
５４，５５を経由してアライメント信号処理系７０に供
給され、ここで両信号ＳR，ＳW の位相差が検出され
る。検出された位相差は中央制御系６４に供給される。
中央制御系６４に付属する演算系６４Ａは、中央制御系
６４から供給される両ビート信号ＳR ，ＳW の位相差に
基づき、レチクル４とウエハマークとの位置ずれと後述
する目標追い込み値との差の所定の一定時間毎の平均値
及びばらつきとしての標準偏差を演算してその結果を中
央制御系６４に供給する。
【００４１】なお、図２では、ウエハマークが投影光学
系５の下に位置決めされているが、アライメント光学系
１の調整（キャリブレーション）時には、基準マーク部
材４１を投影光学系５の下に移動し、基準マーク部材４
１上の格子マークをウエハアライメント照明光で照明す
る。次に、本例における位置決め及び露光動作の２つの
例につき説明する。以下では、Ｘ方向への位置決め動作
につき説明するが、同様にＹ方向への位置決めも行われ
る。
系５の下に位置決めされているが、アライメント光学系
１の調整（キャリブレーション）時には、基準マーク部
材４１を投影光学系５の下に移動し、基準マーク部材４
１上の格子マークをウエハアライメント照明光で照明す
る。次に、本例における位置決め及び露光動作の２つの
例につき説明する。以下では、Ｘ方向への位置決め動作
につき説明するが、同様にＹ方向への位置決めも行われ
る。
【００４２】［干渉計の計測値を用いる方法］先ず、図
１のレチクル４がレチクルステージ９上に搬送され、図
３に示すレチクル４のアライメントマーク３４Ａ，３４
Ｂ及びウエハステージ６１（Ｘステージ８Ｘ、Ｙステー
ジ８Ｙ）上の基準マーク部材４１上の枠型の基準マーク
（不図示）をレチクルアライメント顕微鏡３９，４０に
より観察してレチクル４が位置決めされる。次に、ウエ
ハ６が不図示のウエハオートローダによってウエハステ
ージ６１上に搬送される。この際に、ウエハ６上には各
ショット領域に付設されるヘテロダイン干渉方式のアラ
イメントセンサ用のウエハマークとは別に、図１のプリ
アライメントセンサ４２用のアライメントマーク（グロ
ーバルアライメントマーク）が形成されている。そこで
図１において、ウエハステージ６１を駆動しながら、ウ
エハ側の干渉計６３の計測値からレチクル側の干渉計６
２の計測値のβ倍（βは投影光学系５の投影倍率で、例
えばβ＝１／５）を差し引いた結果をモニタすることに
より、プリアライメントセンサ４２でウエハ６上の４個
以上のグローバルアライメントマークの座標位置（Ｘ，
Ｙ）を計測する。
１のレチクル４がレチクルステージ９上に搬送され、図
３に示すレチクル４のアライメントマーク３４Ａ，３４
Ｂ及びウエハステージ６１（Ｘステージ８Ｘ、Ｙステー
ジ８Ｙ）上の基準マーク部材４１上の枠型の基準マーク
（不図示）をレチクルアライメント顕微鏡３９，４０に
より観察してレチクル４が位置決めされる。次に、ウエ
ハ６が不図示のウエハオートローダによってウエハステ
ージ６１上に搬送される。この際に、ウエハ６上には各
ショット領域に付設されるヘテロダイン干渉方式のアラ
イメントセンサ用のウエハマークとは別に、図１のプリ
アライメントセンサ４２用のアライメントマーク（グロ
ーバルアライメントマーク）が形成されている。そこで
図１において、ウエハステージ６１を駆動しながら、ウ
エハ側の干渉計６３の計測値からレチクル側の干渉計６
２の計測値のβ倍（βは投影光学系５の投影倍率で、例
えばβ＝１／５）を差し引いた結果をモニタすることに
より、プリアライメントセンサ４２でウエハ６上の４個
以上のグローバルアライメントマークの座標位置（Ｘ，
Ｙ）を計測する。
【００４３】この際に、グローバルアライメントマーク
とウエハ上の各ショット領域との関係は予め分かってい
るので、その計測結果を用いて各ショット領域の座標位
置（Ｘi ，Ｙi ）（ｉ＝１，２，３，…）を算出する。
その後、露光工程に移行して、例えばウエハ６上のｉ番
目のショット領域４７への露光を行う際には、ウエハス
テージ６１をステッピングさせてそのｉ番目のショット
領域（このＸ座標をＸi とする）を露光位置に位置決め
する。そのためには、Ｘ方向についてのみ着目すると、
ウエハ側の干渉計６３の計測値をＩW 、レチクル側の干
渉計６２の計測値をＩR とすれば、目標位置における状
態は次式で表すことができる。
とウエハ上の各ショット領域との関係は予め分かってい
るので、その計測結果を用いて各ショット領域の座標位
置（Ｘi ，Ｙi ）（ｉ＝１，２，３，…）を算出する。
その後、露光工程に移行して、例えばウエハ６上のｉ番
目のショット領域４７への露光を行う際には、ウエハス
テージ６１をステッピングさせてそのｉ番目のショット
領域（このＸ座標をＸi とする）を露光位置に位置決め
する。そのためには、Ｘ方向についてのみ着目すると、
ウエハ側の干渉計６３の計測値をＩW 、レチクル側の干
渉計６２の計測値をＩR とすれば、目標位置における状
態は次式で表すことができる。
【００４４】
【数５】ＩW −ＩR ・β−Ｘi ＝ε＝０ この場合、Ｘi は目標追い込み値（定数）とも考えられ
る。また、ＩR ・βはレチクル４の位置をウエハステー
ジ６１側に換算した値であるため、（数５）の左辺はレ
チクル４とウエハ６上のｉ番目のショット領域との相対
的な位置ずれから、目標追い込み値を差し引いたもので
ある。ここでは、これを目標位置に対する残留誤差εと
呼ぶことにする。中央制御系６４は例えば１ｍｓ周期で
その残留誤差εを算出する。
る。また、ＩR ・βはレチクル４の位置をウエハステー
ジ６１側に換算した値であるため、（数５）の左辺はレ
チクル４とウエハ６上のｉ番目のショット領域との相対
的な位置ずれから、目標追い込み値を差し引いたもので
ある。ここでは、これを目標位置に対する残留誤差εと
呼ぶことにする。中央制御系６４は例えば１ｍｓ周期で
その残留誤差εを算出する。
【００４５】ここで、（数５）を満足させるために、ウ
エハステージ６１（Ｘステージ８Ｘ，Ｙステージ８Ｙ）
及びレチクルステージ９の何れを移動させてもよい。即
ち、Ｘステージ８Ｘ及びＹステージ８Ｙを適当に１ヶ所
に静止させ、レチクルステージ９側で最終追い込みをす
るよう制御しても良いし、その逆でも良い。図９は、残
留誤差εの時間変化の一例を示し、横軸は時間ｔ、縦軸
は残留誤差εを表している。干渉計６２，６３からの出
力は１ｍｓ毎にデジタル的に出力されるので、それらの
データから残留誤差εを計算し、これを時間に対して連
続的にプロットしたものが残留誤差曲線Ｌ１である。こ
の図９に示すように、残留誤差曲線Ｌ１は高速に振動し
ながら位置決め開始時には全体として上下に大きく振れ
ているが、時間が経つにつれて収束してくる。但し、機
械的振動等が激しい場合この上下の振れは一定時間内で
収束せず、従来の位置合わせ装置によれば、いつまでも
最終アライメントが開始できない場合もある。
エハステージ６１（Ｘステージ８Ｘ，Ｙステージ８Ｙ）
及びレチクルステージ９の何れを移動させてもよい。即
ち、Ｘステージ８Ｘ及びＹステージ８Ｙを適当に１ヶ所
に静止させ、レチクルステージ９側で最終追い込みをす
るよう制御しても良いし、その逆でも良い。図９は、残
留誤差εの時間変化の一例を示し、横軸は時間ｔ、縦軸
は残留誤差εを表している。干渉計６２，６３からの出
力は１ｍｓ毎にデジタル的に出力されるので、それらの
データから残留誤差εを計算し、これを時間に対して連
続的にプロットしたものが残留誤差曲線Ｌ１である。こ
の図９に示すように、残留誤差曲線Ｌ１は高速に振動し
ながら位置決め開始時には全体として上下に大きく振れ
ているが、時間が経つにつれて収束してくる。但し、機
械的振動等が激しい場合この上下の振れは一定時間内で
収束せず、従来の位置合わせ装置によれば、いつまでも
最終アライメントが開始できない場合もある。
【００４６】そこで本例では、所定の一定時間Ｔ毎の平
均値Δを求める。図９中、時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔ
5 ，…はこの一定時間Ｔの時間帯を順次示すもので、時
間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔ5 ，…における残留誤差εの
平均値ΔをそれぞれΔ1 ，Δ 2 ，…，Δ5 ，…とする。
例えば、時間間隔Ｔ1 において、デジタル的に出力され
る計測値から計算される残留誤差εがＮ個あるものとし
て、これらＮ個の残留誤差εの値をそれぞれε1 〜εN
として、次式より平均値Δ1 を求める。
均値Δを求める。図９中、時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔ
5 ，…はこの一定時間Ｔの時間帯を順次示すもので、時
間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔ5 ，…における残留誤差εの
平均値ΔをそれぞれΔ1 ，Δ 2 ，…，Δ5 ，…とする。
例えば、時間間隔Ｔ1 において、デジタル的に出力され
る計測値から計算される残留誤差εがＮ個あるものとし
て、これらＮ個の残留誤差εの値をそれぞれε1 〜εN
として、次式より平均値Δ1 を求める。
【００４７】
【数６】
【００４８】それに続く時間間隔Ｔ2 ，Ｔ3 ，…でもそ
れぞれ残留誤差εの平均値Δ2 ，Δ 3 ，…を計算してい
く。また、予め残留誤差εの許容値εM が（本例では５
ｎｍ）が設定されており、平均値Δi の絶対値が許容値
εM 以下になったとき、即ち、平均値Δi が０を中心と
して許容幅２・εM の範囲内に入ったときに位置決め終
了と判断する。図９の例では時刻ｔOKに中央制御系６４
により位置決め終了の判断がなされている。実際に判断
を下すのはアライメント信号処理系７０及び中央制御系
６４の何れでもよい。アライメントの終了に伴い中央制
御系６４の指令により露光照明光がレチクル４に照射さ
れ、ウエハ６の対象ショット領域にレチクル４の回路パ
ターンが転写される。
れぞれ残留誤差εの平均値Δ2 ，Δ 3 ，…を計算してい
く。また、予め残留誤差εの許容値εM が（本例では５
ｎｍ）が設定されており、平均値Δi の絶対値が許容値
εM 以下になったとき、即ち、平均値Δi が０を中心と
して許容幅２・εM の範囲内に入ったときに位置決め終
了と判断する。図９の例では時刻ｔOKに中央制御系６４
により位置決め終了の判断がなされている。実際に判断
を下すのはアライメント信号処理系７０及び中央制御系
６４の何れでもよい。アライメントの終了に伴い中央制
御系６４の指令により露光照明光がレチクル４に照射さ
れ、ウエハ６の対象ショット領域にレチクル４の回路パ
ターンが転写される。
【００４９】以上のような構成をもつ本例の位置合わせ
装置によれば、レチクル４とウエハ６との相対的な位置
ずれと目標追い込み値との誤差を一定時間毎の平均値で
評価するため、投影露光装置の機械的振動があっても振
動中心が目標位置に対して許容範囲内にあれば露光を開
始することができる。そのため、アライメント時間が短
縮されスループットが向上する。更に、従来機械振動分
まで見込んで許容値（ウィンドウ）を大き目に設定して
いたのに比べて、より小さなウィンドウを設定すること
ができるため、位置合わせ精度も向上する。
装置によれば、レチクル４とウエハ６との相対的な位置
ずれと目標追い込み値との誤差を一定時間毎の平均値で
評価するため、投影露光装置の機械的振動があっても振
動中心が目標位置に対して許容範囲内にあれば露光を開
始することができる。そのため、アライメント時間が短
縮されスループットが向上する。更に、従来機械振動分
まで見込んで許容値（ウィンドウ）を大き目に設定して
いたのに比べて、より小さなウィンドウを設定すること
ができるため、位置合わせ精度も向上する。
【００５０】［ＴＴＲ方式のアライメントセンサの計測
値を用いる方法］この場合も、干渉計の計測値を用いる
場合と同様に、レチクル４の位置決めを行う。その後、
ヘテロダイン干渉方式のアライメント光学系１から、レ
チクル４上のレチクルマーク３５Ａ及び基準マーク部材
４１上の基準回折格子マーク（不図示）に対して照明光
を照射して、図５（ａ）におけるレチクルビート信号Ｓ
R及びウエハビート信号ＳW を取り込み、両ビート信号
の位相差Δφ0 を目標位相差として記憶する。
値を用いる方法］この場合も、干渉計の計測値を用いる
場合と同様に、レチクル４の位置決めを行う。その後、
ヘテロダイン干渉方式のアライメント光学系１から、レ
チクル４上のレチクルマーク３５Ａ及び基準マーク部材
４１上の基準回折格子マーク（不図示）に対して照明光
を照射して、図５（ａ）におけるレチクルビート信号Ｓ
R及びウエハビート信号ＳW を取り込み、両ビート信号
の位相差Δφ0 を目標位相差として記憶する。
【００５１】その後、ウエハステージ６１上にウエハ６
を載置し、図１のプリアライメントセンサ４２を用いて
グローバルアライメントマークの位置を計測し、この計
測結果よりウエハ６上の各ショット領域の座標（Ｘi ，
Ｙi ）を算出する。そして、例えばウエハ６上のｉ番目
のショット領域４７に露光する際には、先ずプリアライ
メントセンサ４２の計測結果に基づいて、そのショット
領域４７をウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰW の±１
／４以内の精度で露光位置に位置決めする。
を載置し、図１のプリアライメントセンサ４２を用いて
グローバルアライメントマークの位置を計測し、この計
測結果よりウエハ６上の各ショット領域の座標（Ｘi ，
Ｙi ）を算出する。そして、例えばウエハ６上のｉ番目
のショット領域４７に露光する際には、先ずプリアライ
メントセンサ４２の計測結果に基づいて、そのショット
領域４７をウエハマーク４８Ａの格子ピッチＰW の±１
／４以内の精度で露光位置に位置決めする。
【００５２】その後、図２のレチクルマーク３５Ａ及び
ウエハマーク４８Ａがヘテロダイン干渉方式のアライメ
ント照明光で照明され、レチクルビート信号ＳR 及びウ
エハビート信号ＳW がそれぞれ光電検出素子３０，３１
から出力される。両ビート信号ＳR ，ＳW は、アライメ
ント信号処理系７０に供給され、アライメント信号処理
系７０によりそれらの位相差Δφが検出される。中央制
御系６４は、（数４）よりその位相差Δφをウエハ上で
の相対移動量Δｘに換算する。そして、この相対移動量
Δｘから、目標位相差Δφ0 をウエハ上での距離に換算
した目標値Δｘ 0 を差し引いて残留誤差εを求める。
ウエハマーク４８Ａがヘテロダイン干渉方式のアライメ
ント照明光で照明され、レチクルビート信号ＳR 及びウ
エハビート信号ＳW がそれぞれ光電検出素子３０，３１
から出力される。両ビート信号ＳR ，ＳW は、アライメ
ント信号処理系７０に供給され、アライメント信号処理
系７０によりそれらの位相差Δφが検出される。中央制
御系６４は、（数４）よりその位相差Δφをウエハ上で
の相対移動量Δｘに換算する。そして、この相対移動量
Δｘから、目標位相差Δφ0 をウエハ上での距離に換算
した目標値Δｘ 0 を差し引いて残留誤差εを求める。
【００５３】図１０は、この場合の残留誤差εの時間変
化を示し、横軸は時間ｔ、縦軸は残留誤差εを表してい
る。データ採取条件その他は図９と同様である。この場
合も、先ず一連の時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，…でそれ
ぞれ残留誤差εの平均値Δ1，Δ2 ，Δ3 ，…を求めて
行く。この図１０は、ハンチングが激しい例を示し、残
留誤差曲線Ｌ２の一連の平均値Δ1 ，Δ2 ，Δ3 ，…は
ほぼ０であるが、最初はウエハステージがハンチングに
より静定していないため揺れの振幅は大きい。そこで、
本例では揺れの振幅を評価するために一定時間Ｔ毎の標
準偏差Ｓを算出して行く。そして、残留誤差εの一定時
間Ｔ毎の平均値が許容範囲（幅で２εM）に収まり、且
つ標準偏差Ｓが所定の許容値εS 以下になったときに、
アライメント終了と判定する。例えば時間間隔Ｔ1 にお
いてＮ個の残留誤差ε1 〜εN が得られるとすれば、標
準偏差Ｓは次式で表される。
化を示し、横軸は時間ｔ、縦軸は残留誤差εを表してい
る。データ採取条件その他は図９と同様である。この場
合も、先ず一連の時間間隔Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，…でそれ
ぞれ残留誤差εの平均値Δ1，Δ2 ，Δ3 ，…を求めて
行く。この図１０は、ハンチングが激しい例を示し、残
留誤差曲線Ｌ２の一連の平均値Δ1 ，Δ2 ，Δ3 ，…は
ほぼ０であるが、最初はウエハステージがハンチングに
より静定していないため揺れの振幅は大きい。そこで、
本例では揺れの振幅を評価するために一定時間Ｔ毎の標
準偏差Ｓを算出して行く。そして、残留誤差εの一定時
間Ｔ毎の平均値が許容範囲（幅で２εM）に収まり、且
つ標準偏差Ｓが所定の許容値εS 以下になったときに、
アライメント終了と判定する。例えば時間間隔Ｔ1 にお
いてＮ個の残留誤差ε1 〜εN が得られるとすれば、標
準偏差Ｓは次式で表される。
【００５４】
【数７】
【００５５】図１０では、時間間隔Ｔ4 の直後の時刻ｔ
OKにおいて標準偏差Ｓが標準偏差の許容量εS を下回
り、且つ残留誤差の平均値Δが許容値εM を下回ったこ
とが中央制御系６４により確認されたためアライメント
が終了している。アライメントの終了に伴い中央制御系
６４の指令により露光照明光がレチクル４に照射され、
ウエハ６の対象ショット領域４７にレチクル４の回路パ
ターンが転写される。
OKにおいて標準偏差Ｓが標準偏差の許容量εS を下回
り、且つ残留誤差の平均値Δが許容値εM を下回ったこ
とが中央制御系６４により確認されたためアライメント
が終了している。アライメントの終了に伴い中央制御系
６４の指令により露光照明光がレチクル４に照射され、
ウエハ６の対象ショット領域４７にレチクル４の回路パ
ターンが転写される。
【００５６】図１０のような例では、上下の振れは大き
いにもかかわらず、一定時間内の平均値は測定開始当初
から許容値εM 内にある。従って平均値だけの判断では
正確に位置決めできない。しかしながら、本例ように一
定時間内の平均値に加えて、一定時間内の標準偏差も判
断基準に加えることにより、レチクル４やウエハステー
ジ６１が静定せず、所謂ハンチングを起こした場合、そ
の振動中心がたとえ目標位置にあったとしても位置決め
が終了していないと認識して露光動作に移ることはな
い。
いにもかかわらず、一定時間内の平均値は測定開始当初
から許容値εM 内にある。従って平均値だけの判断では
正確に位置決めできない。しかしながら、本例ように一
定時間内の平均値に加えて、一定時間内の標準偏差も判
断基準に加えることにより、レチクル４やウエハステー
ジ６１が静定せず、所謂ハンチングを起こした場合、そ
の振動中心がたとえ目標位置にあったとしても位置決め
が終了していないと認識して露光動作に移ることはな
い。
【００５７】なお、標準偏差Ｓを求める代わりに一定の
時間Ｔ内での最大値と最小値との差分等を求めてもよ
い。なお、本発明の位置合わせ装置は、上述のＴＴＲ方
式によるヘテロダイン干渉式のアライメントセンサに限
らず、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広い光
で照明したアライメントマークを画像処理して計測する
ＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライメントセ
ンサ等を使用する場合にも適用することができる。
時間Ｔ内での最大値と最小値との差分等を求めてもよ
い。なお、本発明の位置合わせ装置は、上述のＴＴＲ方
式によるヘテロダイン干渉式のアライメントセンサに限
らず、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広い光
で照明したアライメントマークを画像処理して計測する
ＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライメントセ
ンサ等を使用する場合にも適用することができる。
【００５８】このように本発明は上述実施例に限定され
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。
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。
【００５９】
【発明の効果】本発明の第１の位置合わせ装置によれ
ば、この位置合わせ装置が使用される露光装置のステー
ジ等の機械的な振動によりマスク又は基板が振動して
も、マスクと基板との位置ずれの所定の時間毎の平均値
を事前に設定されている許容値と比較するため、短時間
に位置決めができ、露光工程のスループットを向上させ
ることができる。また、従来許容値には機械的な振動を
考慮して大幅なマージンを持たせてきたが、本発明によ
れば、このマージンを小さくすることができ、位置合わ
せ精度が向上する。
ば、この位置合わせ装置が使用される露光装置のステー
ジ等の機械的な振動によりマスク又は基板が振動して
も、マスクと基板との位置ずれの所定の時間毎の平均値
を事前に設定されている許容値と比較するため、短時間
に位置決めができ、露光工程のスループットを向上させ
ることができる。また、従来許容値には機械的な振動を
考慮して大幅なマージンを持たせてきたが、本発明によ
れば、このマージンを小さくすることができ、位置合わ
せ精度が向上する。
【００６０】また、本発明の第２の位置合わせ装置によ
れば、平均値だけでなく、位置ずれ量の標準偏差等のば
らつきも判断基準に加えるため、機械振動を原因としな
い、例えばステージのハンチング等による振動がある場
合にも、正確に位置合わせすることができる。これらの
場合、位置検出手段が、マスクが載置されるマスクステ
ージの移動量を検出するマスク側レーザ干渉計と、基板
ステージの移動量を検出する基板側レーザ干渉計と、マ
スク側レーザ干渉計の計測値と基板側レーザ干渉計のマ
スク側に換算した計測値との差分を求める差分手段と、
を有する場合には、マスク側及び基板側レーザ干渉計に
より検出される測定値の差分により、マスクと基板との
位置ずれを求めることができる。
れば、平均値だけでなく、位置ずれ量の標準偏差等のば
らつきも判断基準に加えるため、機械振動を原因としな
い、例えばステージのハンチング等による振動がある場
合にも、正確に位置合わせすることができる。これらの
場合、位置検出手段が、マスクが載置されるマスクステ
ージの移動量を検出するマスク側レーザ干渉計と、基板
ステージの移動量を検出する基板側レーザ干渉計と、マ
スク側レーザ干渉計の計測値と基板側レーザ干渉計のマ
スク側に換算した計測値との差分を求める差分手段と、
を有する場合には、マスク側及び基板側レーザ干渉計に
より検出される測定値の差分により、マスクと基板との
位置ずれを求めることができる。
【００６１】また、位置検出手段が、マスク上に形成さ
れた位置合わせ用のマークと基板上に形成された位置合
わせ用のマークとの位置ずれ量を投影光学系を介して検
出するマーク検出手段である場合には、マスクのマーク
と基板のマークとを直接観察して位置合わせすることが
できる。また、位置検出手段が、ヘテロダイン干渉方式
のアライメント系である場合には、出力されるビート信
号を処理して得られる位置ずれ量の分解能がかなり細か
いため、本発明のようにその平均値（及びばらつき）で
判定する方法は特に有効である。
れた位置合わせ用のマークと基板上に形成された位置合
わせ用のマークとの位置ずれ量を投影光学系を介して検
出するマーク検出手段である場合には、マスクのマーク
と基板のマークとを直接観察して位置合わせすることが
できる。また、位置検出手段が、ヘテロダイン干渉方式
のアライメント系である場合には、出力されるビート信
号を処理して得られる位置ずれ量の分解能がかなり細か
いため、本発明のようにその平均値（及びばらつき）で
判定する方法は特に有効である。
【図１】本発明の実施例で使用される投影露光装置の全
体を示す概略構成図である。
体を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は実施例で使用される投影露光装置の主
にステージ系及びアライメント光学系を示す正面図、
（ｂ）は図２（ａ）の側面図である。
にステージ系及びアライメント光学系を示す正面図、
（ｂ）は図２（ａ）の側面図である。
【図３】図２中のレチクル４のパターン配置を示す平面
図である。
図である。
【図４】図２中のウエハ６のショット領域及びウエハマ
ークを示す拡大平面図である。
ークを示す拡大平面図である。
【図５】（ａ）は図２中のアライメント光学系１及び信
号処理系の構成を示す図、（ｂ）は図５（ａ）の光学系
の側面図、（ｃ）は図５（ａ）の光学系の底面図であ
る。
号処理系の構成を示す図、（ｂ）は図５（ａ）の光学系
の側面図、（ｃ）は図５（ａ）の光学系の底面図であ
る。
【図６】図２中の色収差制御板１０上の軸上色収差制御
素子の配置を示す平面図である。
素子の配置を示す平面図である。
【図７】レチクルマーク３５Ａ及びレチクル窓３７Ａを
示す拡大平面図である。
示す拡大平面図である。
【図８】ウエハマーク４８Ａを示す拡大平面図である。
【図９】本発明の実施例において位置決めを行う場合の
レチクルとウエハとの間の相対位置の残留誤差の変化の
一例を示す図である。
レチクルとウエハとの間の相対位置の残留誤差の変化の
一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例において位置決めを行う場合
のレチクルとウエハとの間の相対位置の残留誤差の変化
の他の例を示す図である。
のレチクルとウエハとの間の相対位置の残留誤差の変化
の他の例を示す図である。
１ アライメント光学系 ２ 対物レンズ ３ ダイクロイックミラー ４ レチクル ５ 投影光学系 ６ ウエハ ７ ウエハホルダ ８Ｘ Ｘステージ ８Ｙ Ｙステージ ９ レチクルステージ １０ 色収差制御板 １１，１２ レーザ光源 ２２ 視野絞り ２３ レチクル・ウエハビーム分離プリズム ２６ ビームスプリッタ ３０，３１ 光電検出素子 ３４Ａ，３４Ｂ レチクル側のアライメントマーク ３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ レチクルマーク ３９，４０ レチクルアライメント顕微鏡 ４８Ａ，４８Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ ウエハマーク ４１ 基準マーク部材 ４２ プリアライメントセンサ ６４ 中央制御系 ６４Ａ 演算系 ７０ アライメント信号処理系
Claims (5)
- 【請求項１】 マスク上の転写用のパターンの投影光学
系を介した像を、２次元的に移動自在な基板ステージ上
に載置された感光性の基板上に投影する投影露光装置に
設けられ、前記マスクと前記基板との位置合わせを行う
装置において、 前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれ量を検出す
る位置検出手段と、 該位置検出手段により検出される相対的な位置ずれ量の
所定時間毎の平均値を順次求める演算手段と、を有し、 該平均値が予め定められた許容範囲内になったときに、
位置決めが完了したと判定することを特徴とする位置合
わせ装置。 - 【請求項２】 マスク上の転写用のパターンの投影光学
系を介した像を、２次元的に移動自在な基板ステージ上
に載置された感光性の基板上に投影する投影露光装置に
設けられ、前記マスクと前記基板との位置合わせを行う
装置において、 前記マスクと前記基板との相対的な位置ずれ量を検出す
る位置検出手段と、 該位置検出手段により検出される相対的な位置ずれ量の
所定時間毎の平均値及びばらつきを順次求める演算手段
と、を有し、 前記平均値が予め定められた許容範囲内になり、且つ前
記ばらつきが予め定められた許容値以下になったとき、
位置決めが完了したと判定することを特徴とする位置合
わせ装置。 - 【請求項３】 前記位置検出手段は、前記マスクが載置
されるマスクステージの移動量を検出するマスク側レー
ザ干渉計と、前記基板ステージの移動量を検出する基板
側レーザ干渉計と、前記マスク側レーザ干渉計の計測値
と前記基板側レーザ干渉計の前記マスク側に換算した計
測値との差分を求める差分手段と、を有することを特徴
とする請求項１又は２記載の位置合わせ装置。 - 【請求項４】 前記位置検出手段は、前記マスク上に形
成された位置合わせ用のマークと前記基板上に形成され
た位置合わせ用のマークとの位置ずれ量を前記投影光学
系を介して検出するマーク検出手段であることを特徴と
する請求項１又は２記載の位置合わせ装置。 - 【請求項５】 前記位置検出手段は、 前記マスク上に形成された回折格子状の位置合わせ用の
マーク及び前記基板上に形成された回折格子状の位置合
わせ用のマークに対し、それぞれ互いに周波数の異なる
一対の光束を照射する照射光学系と、 前記マスク側の位置合わせ用のマーク及び前記基板側の
位置合わせ用のマークでの回折によりそれぞれ発生する
ヘテロダインビームを光電変換してマスク側のビート信
号及び基板側のビート信号を生成する光電検出手段と、 前記マスク側のビート信号と前記基板側のビート信号と
の位相差を検出する位相比較手段と、を有するヘテロダ
イン干渉方式のアライメント系であることを特徴とする
請求項１又は２記載の位置合わせ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6304697A JPH08162393A (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 位置合わせ装置 |
| KR1019950046614A KR960024705A (ko) | 1994-12-08 | 1995-11-30 | 위치 맞춤장치 |
| US09/084,211 US5978071A (en) | 1993-01-07 | 1998-05-26 | Projection exposure apparatus and method in which mask stage is moved to provide alignment with a moving wafer stage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6304697A JPH08162393A (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 位置合わせ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162393A true JPH08162393A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17936135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6304697A Withdrawn JPH08162393A (ja) | 1993-01-07 | 1994-12-08 | 位置合わせ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08162393A (ja) |
| KR (1) | KR960024705A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104668770A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 发那科株式会社 | 缩短趋近时间的激光加工装置的控制装置以及控制方法 |
| KR20150074084A (ko) * | 2012-10-26 | 2015-07-01 | 가부시키가이샤 니콘 | 기판 위치 맞춤 장치, 기판 접합 장치, 기판 위치 맞춤 방법, 적층 반도체 장치의 제조 방법, 및 기판 접합 방법 |
| JP2017194559A (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | キヤノン株式会社 | 検出装置、検出方法、プログラム、リソグラフィ装置、および物品製造方法 |
| CN113805025A (zh) * | 2020-06-01 | 2021-12-17 | 均豪精密工业股份有限公司 | 光电检测系统与检测晶粒方法 |
-
1994
- 1994-12-08 JP JP6304697A patent/JPH08162393A/ja not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-11-30 KR KR1019950046614A patent/KR960024705A/ko not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150074084A (ko) * | 2012-10-26 | 2015-07-01 | 가부시키가이샤 니콘 | 기판 위치 맞춤 장치, 기판 접합 장치, 기판 위치 맞춤 방법, 적층 반도체 장치의 제조 방법, 및 기판 접합 방법 |
| CN104668770A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 发那科株式会社 | 缩短趋近时间的激光加工装置的控制装置以及控制方法 |
| JP2015104741A (ja) * | 2013-11-29 | 2015-06-08 | ファナック株式会社 | アプローチ時間を短縮するレーザ加工装置の制御装置及び制御方法 |
| US10226836B2 (en) | 2013-11-29 | 2019-03-12 | Fanuc Corporation | Controller of laser machining device and controlling method for reducing approach time |
| JP2017194559A (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | キヤノン株式会社 | 検出装置、検出方法、プログラム、リソグラフィ装置、および物品製造方法 |
| CN107305320A (zh) * | 2016-04-20 | 2017-10-31 | 佳能株式会社 | 检测装置、检测方法、程序、光刻装置和物品制造方法 |
| US10455160B2 (en) | 2016-04-20 | 2019-10-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Detecting apparatus, detecting method, computer-readable medium storing a program, lithography apparatus, and article manufacturing method that control imaging device to perform imaging at particular time period |
| CN107305320B (zh) * | 2016-04-20 | 2020-12-29 | 佳能株式会社 | 检测装置、检测方法、程序、光刻装置和物品制造方法 |
| CN113805025A (zh) * | 2020-06-01 | 2021-12-17 | 均豪精密工业股份有限公司 | 光电检测系统与检测晶粒方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960024705A (ko) | 1996-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020305 |