JPS60114914A

JPS60114914A - 位置決め装置

Info

Publication number: JPS60114914A
Application number: JP58222926A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsuura; 松浦　敏男; Satoshi Yomo; 四方　智
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1983-11-26
Filing date: 1983-11-26
Publication date: 1985-06-21
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: US4723221A; JP2530587B2

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】（発明の技術分野）本発明は、半導体装置製造用の無光装置に適した位置決
め装置に関し、特に位置合せ用のマークと他のパターン
とを有する基板を位置決めする際、そのマークと他のバ
ター／とを識別して検出し、位置決めする装置に関する
ものである０（発明の背景）大規模集積回路（ＬＳＩ）パターンの微細化は年々進行
しているが、微細化に対する要求を満たし、且つ生産性
の高い回路バター／焼付は装置として縮小投影型露光装
置が普及してきている。従来よシ用いられてきたこれら
の装置においては、シリコンウエノ・に焼付けされるべ
きバター／の何倍か（例えば５倍）のレナクルバター／
が投影レンズによって縮小投影され、１回の露光で焼付
けされるのはウェハ上で対角長２１ｍｍの正方形よりも
小さい程度の領域である。従りて直径１２５朋位のウェ
ハ全面にパターンを焼付けるには、ウェハをステージに
載せて一定距離移動させては露光を繰返す、いわゆるス
テップア／トリピート方式を採用している。

ＬＳＩの製造においては、数層以上のパターンがウェハ
上に順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重
ね合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にしておかなけれ
ば、眉間の導電または絶縁状態が意図するものでなくな
り、ＬＳＩの機能を果すことができなくなる。例えば１
μｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜい０．２μｍ
程度の位置ずれしか許されない。

縮小投影露光方式では、パター／を重ね合わせる方法、
即ちレティクル上のパターンの投影像と既に形成された
ウェハ上のパターンとを重ね合わせる方法として、オン
・アクシス（０ｆｆ−Ａｘｉｓ　）方式とスルー・ザ・
レンズ（ＴＴＬ）方式との２つの方法がある。いずれの
方式にしろ、ウェハはステージに載置される際に、粗く
位置決め（プリアライメント）される。このプリアライ
メントの精度が悪いと、ウェハ上に形成された位置合せ
用のマークは、オフ・アクシス方式によるアライメント
顕微鏡、又はＴＴＬ方式による観察系（検出系）の検出
中心位置から大きくずれてしまう。このためそのマーク
以外のバター／を誤認識して検出し、その結果誤った位
置合せを行なってしまうという欠点があった。

（発明の目的）本発明はこれらの欠点を解決し、例え基板（ウェハ）の
プリアライメント精度が悪くても正確に位置合せ用のマ
ークを認識して、基板の位置決めを行なう装置を得るこ
とを目的とする。

（発明の概要）本発明は、位置合せ用の基準パターン（アライメントマ
ーク）と他のパターン（回路パターン等）とを有する基
板、例えばウエノ・を位置決めする装置において、基準
パターンと所定の角度、例えば９０°で交わる探査（走
査）方向にその基準パターンを含んで所定距離だけ伸び
た探査領域から、この探査領域内のパターン分布に応じ
た光電信号を得る光電検出手段、例えばオフ・アクシス
方式のアライメント用光電顕微鏡と、その光電信号のう
ち、探査方向に関して所定の条件、例えば基準パターン
の探査方向の前後の一定範囲内に何らパターンが存在し
ないこと、あるいは基準バター／を複数のマークとした
とき、それらマークの探査方向の間隔と一致しているこ
と等の条件を満足した光電信号を基準パターンから生じ
たと判定する判定手段（マイクロコンピュータ）と、そ
の判定された光電信号に基づいて基板を位置決めする位
置決め手段（移動ステージや該ステージ上の回転テーブ
ル）とを設けることを技術的要点としている。

（実施例）第１図は本発明の実施例が適用される縮／Ｊ％投影型露
光装置の概略的な構成を示す斜視図である。

所定ノ回路パターンが描かれたフォトマスクやレチクル
（以下、レチクルで代表する）１は不図示の照明光源か
らの光で照期される。縮小投影レンズ（以下単に投影レ
ンズとする）２はレチクルｌのパターｙ像を縮ｌＪ−シ
て感光剤の塗布されたウェハ３に投影する。２次元移動
可能なステージ４はウェハ３を載置して図中の直交座標
系ＸＹに従って移動する。ステージ４にはウェハ３を真
空吸着するとともに、ステージ４に対して回転可能なθ
テーブル４ａが設けられる。またステージ４には位置決
めや位置合せ（アライメント）時に基準となるマーク板
（以下、単に基準マークと呼ぶ）４ｂが固設される０ウ
エハ３をオフ・アキシス方式でアライメントするために
３本のアライメ／ト顕微鏡５，６．７が投影し／ズ２の
周辺に設けられ、各顕微鏡の光軸は投影レンズ２０光軸
ｔと平行に配置される。顕微鏡５はウェハ３のＹ方向の
位置ずれを検出するのに用いられるので、以降Ｙ顕微鏡
５と呼び、顕微鏡６はＸ顕微鏡５とともにウェハ３の回
転ずれを検出するので、以降θ顕微鏡６と呼び、顕微鏡
７はウェハ３のＸ方向の位置ずれを検出するのでＸ顕微
鏡７と呼ぶことにする。

ヘリウムネオンレーザ光源Ｃ以下、単にレーザ光源とす
る）８はウェハ３の感光剤を感光させない波長のレーザ
光を発生する。光学部材８ａはビームエクスパンダとシ
リ／トリカルレンズを有し、レーザ光源８からのレーザ
光を横断面が細長い楕円形の平行光束に成形する。光学
部材８ａからのレーザ光の平行光束はビームスプリンタ
８ｂで２つの分割され、その一方の光束はミラー８ｃで
反射されてＸ顕微鏡７に入射する。またビームスプリッ
タ８ｂで分割された他方の光束はミラー８ｄで反射され
た後、ビームスプリッタ８ｅでさらに２つの分割され、
その一方の光束はθ顕微鏡６に入射し、他方の光束はミ
ラー８ｆで反射されてＸ顕微鏡５に入射する。各顕微鏡
５，６．７に入射したレーザ光束は光学部材８ａに設け
られたシリ／トリカルレンズの働きで、ウエノ・３上で
それぞれ微小な細長い楕円形のスポット光ＹＳ、θＳ。

ＸＳに結像される。スポット光ＹＳ、θｓＨステージ４
の移動方向のうちＸ方向に細長く伸びるように定められ
、スポット光Ｘ５ＦｉＹ方向に細長く伸びるように定め
られる。しかもスポット光ＹＳとθＳを結ぶ線分の方向
がＸ方向と一致するように、Ｘ顕微鏡５とθ顕微鏡６と
は所定の関係で配置されている。これらスポット光ＹＳ
、θＳ。

ＸＳはウェハ３上に形成された位置合せ用のマーク、又
は基準マーク４ｂを検出するだめのものである。さて、
Ｘ干渉計ブロック９は、ステージ４の端部に設けられて
、Ｙ方向に伸びた反射平面を有するＸ移動鏡１】に周波
数が安定したレーザ光束を照射するとともに、Ｘ干渉計
ブロック９内に設けられた参照鏡にもレーザ光束を照射
する。そしてＸ干渉計ブロック９はＸ移動鏡１１と参照
鏡とからの反射光を干渉させて、その干渉波面に生じる
干渉縞の変化を光電検出することによってステージ４の
Ｘ方向の位置を検出する。この検出はレーザ光束の波長
の安定度がよいため、例えば０．０２μｍの分解能で行
なわれる。一方、Ｙ干渉計ブロックＩＯもＸ干渉計ブロ
ック９と全く同様に構成され、ステージ４にＸ方向に延
設されたＹ移動鏡１２にレーザ光束を照射し、ステージ
４のＹ方向の位置を０．０２μｍの分解能で検出する。

モータ等の駆動部１３はステージ４をＸ方向に直線移動
させ、駆動部１４ｉｔステージ４をＹ方向に直線移動さ
せる。これら駆動部１３．１４によってステージ４は任
意の位置に２次元的に位置決めされる。

さて、ここでステージ４に載置されるウエノ・３の一例
を第２図により説明する。第２図に示すウェハ３は例え
ば第１図に示した露光装置を用いてレチクル１のバター
／をステップアンドリピート方式で露光して第１層目の
パターンを形成したものである。第２図ではウェハ３上
にマトリックス状に形成された複数のパターンのうち、
特定の一列についてのみ示しである。′ウエノ）３には
円周の一部に直線状の切欠き（以下、フラットと呼ぶ）
Ｆが形成されていて、ステージ４にこのウエノＳ３を載
置する際、このフラノ）Ｆの直線方向が３１０図中、Ｘ
方向と一致するように、不図示の予備位置決め装置によ
って位置決め（プリアライメント）される。第１層目の
パターン（表面に微小な凹凸で形成された幾何学的な形
状）はこのプリアライメント精度に依存してウエノ・３
上にマトリックス状に配列されるＯそとでこのマトリッ
クス状の配列の座標を配列座標系Ｘ’　Ｙ’とし、この
配列座標系Ｘ’　Ｙ’　に従って形成された複数の矩形
状のノ；ターンをチップと呼ぶことにする。この配列座
標系Ｘ’　Ｙ’はステージ４の移動座標系ＸＹと対応す
るものであり、座標系Ｘ’　Ｙ’の原点はウエノ・３の
ほぼ中心に定められる。座標系Ｘ’　Ｙ’のＸ′軸に沿
った複数のチップのそれぞれには、その周辺に微小な凹
凸で形成された３つのマーク（基準）くター：／）ＹＭ
、θＭ、ＸＭが形成される。マークＹＭ。

０ＭはＸ′軸に沿って直線状に交互に配置され、各ナツ
プともマークＹＭと０ＭのＸ′方向の間隔は同一である
。さて、これら複数のマークＹＭ。

θＭ、ＸＭのうち、ウェハ３上の左端に位置するチップ
Ｃ１とともに形成されたマークＹＭ１と、中央部に位置
するチップＣ２ととも形成されたマークＸＭ２と、右端
に位置するチップＣ３とともに形成されたマークθＭ３
との３つを用いて、ウェハ３の全体的なつ′ライメント
（グローバルアシイメント）を行なう。このため、マー
クＹＭＩと０Ｍ３とのＸ′力方向間隔が、スポット光Ｙ
ＳとθＳとのＸ方向の間隔と一致するように、チップの
配列ビンカやチップの大きさくサイズ）等に応じてｌチ
ップ内のマークＹＭとθＭの間隔が設計上予め定められ
ている。またマークＸＭ２は第２図ではＹ′軸と一致す
るものとしたが、その他極単には例えはマークＸＭＩを
通るようにＹ′軸を設定してもよい。尚、第１図におい
て、ウェハ３を載置するθテーブル４ａの回転中心はウ
ェハ３の中心０とは一致しておらず、むしろ偏心してい
て、ここではチップＣ１のマークＹＭＩの位置か、その
近傍の位置に定められている。さてウェハ３上のマーク
ＹＭ、θＭ、ＸＭは例えば第３図のように複数の微／］
・線要素が一定ピッチで一方向に規則的に配列した、い
わゆる格子構造を有しており、ここではその微小線要素
は座標系Ｘ’　Ｙ’の各軸Ｘ１Ｙ′に対して４５°傾い
ているものとする。第３図にはマークＹＭＩとスポット
光ＹＳの位置関係を示し、マークＹＭｌは４５°傾いた
複数の微小線要素をＸ′力方向一列に形成したものであ
る。またマークθＭ３もマークＹＭ１と全く同様な構造
であり、マークＸＭ２は４５°傾いた複数の微小線要素
をＹ′方向に一列に形成したものである。

このマークＹＭ１にスポット光ＹＳを照射すると、スポ
ット光ＹＳの波長、すなわちヘリウムネオンレーザ光の
波長と格子周期とによってマークＹＭｌから回折光り。

が発生子る。尚、本実施例ではスポット光の幅とマーク
の幅とは等しく、マークはスポット光よりも長いものと
する。

第４図はウェハ３上のマークＹＭ、θＭ、ＸＭを光電的
に検出してウェハ３のアライメントを行なうための検出
系と制御系のブロック図である。

ここではＹ顕微鏡５の検出系のみを示すが、他のθ顕微
鏡６、Ｘ顕微＠７についても同様に構成される。第１図
においては不図示であるが、レーザ光源８、光学部材８
ａから射出したレーザ光束は一定の振幅で微小振動する
振動ミラー２０によって、微小角度偏向される。振動ミ
ラー２０からのレーザ光束は前述のミラー８ｆで反射さ
れてＹ顕微鏡５に入射するが、ここでミラー８ｆはノ・
−フミラーとする。このためスポット光ＹＳは長手方向
と直交したＹ方向に微小振動する。そしてマークＹＭＩ
からの回折光ＬｏはＹ顕微鏡５の対物レンズ５ａに逆入
射し、ミラー８ｆを透過してダイクロイツクミラ−２１
で反射して回折光検出部２２に入射する０回折光検出部
２２はスポット光ＹＳのウェハ３表面での正反射光Ｌ′
を遮断して、回折光ＬＯのみを透過する空間フィルター
と、その回折光り。を集光するレンズと、集光された回
折光り。を受光して、その光強度に応じた光電信号Ｓｌ
を出力する光電検出器とから成る。光電信号Ｓｌは増幅
器２３で所定量増幅されて、位相同期検波回路（以下Ｐ
ＳＤとする）２４に入力する０ＰＳＤ２４は振動ミラー
２０を振動させるだめの周波数ｆの発振信号と、その周
波数ｆの２倍の周波数２ｆの発振信号とを入力して、そ
のいずれか一方の発振信号により周波数ｆで変調された
光電信号Ｓ１を同期検波する。周波数２ｆの発振信号で
光電信号Ｓ１を同期検波した時の検波出力信号Ｓ２は、
所定の基準レベルＶＬと比較する比較器２５に入力し、
比較器２５は検波出力信号Ｓ２を２値化する。その２値
化信号Ｓ３１．ｌエツジ検出回路２６に入力して、２値
化信号Ｓ３の立上り、立下りに応じたエツジ信号を出力
する。

干渉計カウンター２７はＸ干渉計ブロック９とＸ干渉計
ブロック１０からの干渉縞に応じた光電信号に基づいて
所定の計数パルスを生成し、その計数パルスをカウント
するものである。この干渉計カウンター２７にはステー
ジ４のＸ方向の位置検出用のＸカラ／り２７ｘと、Ｙ方
向の位置検出用のＹカウンタ２７Ｖとを有する。ステー
ジ駆動回路２８はステージ４の駆動部１３．１４を所定
量駆動させるものであシ、θテーブル駆動回路２９はス
テージ４上のθテーブル４ａを所定量回転させるモータ
を駆動させるものである。そしてこれら制御系と検出系
はマイクロコンピュータ（以下μＣＯＭとする）３０に
よって統括制御される。

μＣ０Ｍ３０はインタフェース回路（以下ＩＦ’Ｃとす
る）３】を介して、基準レベルＶＬの出方、エツジ検出
回路２６のエツジ信号の入力、ＰＳＤ２４の周波数ｆの
発振信号による検波出力信号ｓ４の入力、干渉計カウン
ター２７のＸカラ／り２７ｘ１Ｙカウ／り２７ｙからの
計数値（Ｘ位置情報とＹ位置情報）の入力、及び各駆動
回路２８．２９への駆動情報の出力を行なう。尚、Ｘ顕
微鏡５にはスポット光ＹＳを含む局所領域を観察するだ
めの照明用光源３３が設けられ、この照明用光源３３か
らの照明光はハーフミラ−３４で反射されて対物レンズ
５ａに入射し、ウェハ３を照明する。テレビカメラ３５
は対物レンズ５ａの視野内で観察された像を撮像してテ
レビブラウン管上に表示する。以上、Ｘ顕微鏡５の検出
系を中心に説明したが、θ顕微鏡６、Ｘ顕微鏡７の検出
系についでも、回折光検出回路、比較回路、ＰＳＤ等が
全く同様に構成され、μＣ０Ｍ３０によって統括制御さ
れる。またスポット光θＳはＹ方向に微小振動し、スホ
ット光ＸＳｆ′ｉＸ方向に徽ｌＪ％振動しでいる。

尚、スポット光ＹＳ、θＳ、ＸＳの振動振幅は例えばマ
ークの幅とほぼ等しく定められている。

次に本装置におけるウェハアライメントの動作について
、第５図、第６図のフローチャート図に基づいて説明す
る。まずステップ１００，１０１で第２図に示すような
ウェハ３は、不図示のブリアライメント機構によってフ
ラットＦがステージ４の座標系のＸ軸と平すになるよう
に位置決めされる。その後ステップ１０２でその状態を
保って、ウェハ３をステージ４のθテーブル４ａ上に搬
送し、ステージ４を移動して７ｗ４微鋭５とθ顕微鏡６
の下にウェハ３を運ひ込む。このとき、ウエノ蔦３のノ
リアライメ／ト精度に応じた誤差でウエノ・３上のマー
クＹＭＩ（Ｙマーク）とマークθＭ３（θマーク）とは
それぞれスポット光ＹＳ、θＳと所定の位置関係で整列
する。第７図はその状態を示すウェハ３とスポット光Ｙ
Ｓ、θＳとの配置図である。第７図ではウエノ・３が回
転誤差とＸＹ方向の誤差とを伴ってステージ４上に載置
されている。次にμＣ０Ｍ３０はステップ１０３でＹ１
０マーク部のレーザスキャンを実行する。これは、ステ
ージ４（ウェハ３）をＹ方向に移動してスポット光ｙｓ
（θＳ）がマークＹＭＩ（０Ｍ３）を相対的に走査する
ことによって行なわれる。また、その移動量はウェハ３
のブリ・アシイメ／ト精度と、マークＹＭＩ（０Ｍ３）
の走査方向の前後に設けたパターン禁止領域の長さとを
足し合わせた距離よシも十分長い範囲（探葺領域）に定
められる。第８図はステップ１０３でスポット光ＹＳが
マークＹＭＩを含むウェハ３上の一定の範囲を走査する
様子を示している。実際にはステージ４（ウェハ３）が
Ｙ方向に移動するが、説明の便宜上スポット光ＹＳが同
図中矢印６６の方向（探査方向）にウェハ３上を移動（
走査）するものとする。パターン禁止領域とは、マーク
ＹＭＩの走査方向の前後に、回路パター／６１．６５の
形成が禁止される領域のことであり、設計上予め決った
範囲の領域だけ確保される。

本実施例ではこのパター／禁止領域をマークＹＭＩの前
後の範囲Ａ、Ｂとし、範囲へは範１ｉＨよりも走査方向
の距離が短いものとする。尚、第８図中、マークＹＭ１
と回路バター７６５の間にはチングとチップを区画する
だめのスクライプライン６４が形成されている。

さて、ステップ１０３が実行されると、μＣ０Ｍ３０は
第６図のフローチャート図に従ってウェハ３からの回折
光に基づいて、ウェハ３のマーク位置検出を行なう。こ
の動作を第９図のタイムチャート図とともに説明する。

まずステップ２００で第８図の如くスポット光ＹＳが左
端に位置した状態から右端に向けて走査されるように、
ステージ４は所定の速度でＹ方向の移動を開始する。ス
ポット光ＹＳが矢印６６の方向に移動すると、第９図（
ａ）のように検波出力信号Ｓ２は回路パターン６１のと
ころでピーク７２．７３となシ、マークＹＭ１で大きな
ピーク７４となシ、スクライプライン６４で小さなピー
ク７５となシ、回路パターン６５のところでピーク７６
．７７．７８となる。このような検波出力信号Ｓ２は比
較器２５で基準レベルＶＬと比較され、検波出力信号Ｓ
２が基準レベル’ＶＬよりも大きいときに論理値ｒＨＪ
となるような２値化信号Ｓ３が作られる。

この検波出力信号Ｓ２のうち、基準レベルＶＬよりも小
さいピーク７２．７７は無視される。さて、μＣ０Ｍ３
０Ｈ、ステップ２０１でエツジ検出回路２６からのエツ
ジ信号を検出し、立上りエツジの場合はステップ２０２
で干渉計カラフタ−２７のＹカウンタ２７ｙの値Ｙ１を
ラッチする。そして再ひステップ２０１で立上りエツジ
か否かを検出する０次にμＣ０Ｍ３０はステップ２０３
でエツジ検出回路２６からのエツジ信号をモニターし、
立下シエツジの場合はステップ２０４でＹカウンタ２７
ｙＴｈ値￥２をランチする。そしてμＣ０Ｍ３０けステ
ップ２０５で値ＹｌとＹ２の差の絶対値、すなわち検波
出力信号Ｓ２が基準レベルＶＬよシも大きくなっている
間のステージ４のＹ方向の移動量をめ、その絶対値ＩＹ
Ｉ　Ｙ２１が予め定められた値ＷＡとＷＢの間の値か否
かを判断する。マークＹＭ１のＹ方向の幅は設計上手め
わかっている。そこで、マークの幅よシもわずかに小さ
な値ＷＡとマークの幅よシもわずかに大きい値ｗＢとの
間に絶対値ＩＹＩＹ２１があれば、それはマークＹＭ１
らしきパターンからの回折光を受光したと判断する。こ
の条件を満足しないものはマークである可能性がないの
で、再びステップ２０１から繰シ返される。もしその条
件を満足するものであれば、μＣ０Ｍ３０はステップ２
０６でラッチした立上りエツジの位置、すなわち値Ｙ１
を記憶して再びステップ２０１からの動作を繰り返す。

第９図（ｃ）は、ステップ２０５０条件によって２値化
信号Ｓ３が等測的にフィルタリングされた様子を表わす
２値化信号である。第９図（ｂ）の２値化信号Ｓ３中の
パルス７９と８０は、その幅が狭く先の条件を満足しな
いので、第９図（ｃ）のように消去される。そして、ス
テップ２０６で記憶される値Ｙｌは、第９図（ｄ）のよ
うに第９図（ｃ）の２値化信号の立上りエツジに対応し
た４つの位置８１，８２．８３．８４を表わす。またμ
Ｃ０Ｍ３０はステップ２０３で立下りエツジを検出しな
かったときは、ステップ２０７に進む。ステップ２０７
でμＣ０Ｍ３０は、スポット光ＹＳが第８図中の右端ま
で所定距離だけ移動したか否かを判断し、その移動が完
了していなければ、ステップ２０１からの動作を繰り返
し実行する。

以上のようにして検波出力信号Ｓ２のレベルが所定値以
上か否かの判定（レベル判定）と、マークの幅に近似し
ているか否かの判定（幅判定）とを行なってマークＹＭ
ＩのＹ方向位置の候補となる位置８１，８２，８３．８
４がまるとμＣ０Ｍ３０はステージ４の移動を中止する
。尚、上記の動作はスポット光θＳに関しても同時に全
く同様に行なわれ、マークθＭ３らしきパターンのＹ方
向の位置がμＣ０Ｍ３０に記憶される。

次にμＣ０Ｍ３０は第５図のステップ１０４を実行する
。ステップ１０４はマークの形成条件、すなわちマーク
ＹＭ】の前後の範囲ＡとＢに伺らパターンが存在しない
という条件に基づいて、候補として検出された位置のう
ち、その条件を満足する位置を見つけ出すものである。

μＣ０Ｍ３０は第９図（ｄ）のようにマークＹＭＩの候
補となった４つの位置８１，８２，８３．８４を記憶し
ている。そこでμＣ０Ｍ３０はまず位置８１について、
その前後の範囲Ａ、Ｂ（距離Ａ、Ｂ）内に伺らパターン
がないか否かを調べる。位置８１の前、すなわち第９図
（ｄ）では左側については範囲Ａ内に何らパターンはな
い。しかし、位置８１の後（第９図（ｄ）では右側）に
は、範囲Ｂ内に一候補となるパターン（位置８２）が存
在している。

このため、μＣ０Ｍ３０は位置８１に存在するパターン
がマークＹＭＩでないと判定する。次にμＣ０Ｍ３（１
：位置８２について同様に調べる。

このとき、位置８２に存在するパターンはマーク形成条
件を満足しているので、μＣ０Ｍ３０はそのパターンを
マークＹＭＩと判断する。尚、位置８３．８４について
も同様の判定を行ない、位置８２がマークＹＭＩの位置
であることを確認する。

次にμＣ０Ｍ３０はステップ１０５の目標Ｙマーク位置
決めで、干渉計カウンター２７のＹカラ／り２７ｙの計
測位置か記憶された位置８２と一致するようにステージ
４をＹ方向に戻し、スポットＹＳとマークＹＭ１とを重
ねる。通常、ステップ１０４で判定した位置８２に基づ
いてステージ４を位置決めすれば、スポット光ＹＳとマ
ークＹＭＩは誤差なく一致する０尚、この動作の間、μ
Ｃ０Ｍ３０はマークθＭ３の候補となった複数の位置の
うち、パターン禁止領域（範囲Ａと範囲Ｂ）内に何らパ
ターンが存在しないという条件を満足する位置をステッ
プ１０４と同様に検出する。

さて、スポット光ＹＳとマークＹＭＩとが重なると、マ
ークＹＭＩから強い回折光Ｌｏが発生する。スポット光
Ｙ８はＹ方向に微小振動しており、その振幅は例えばマ
ークＹＭＩの幅とほぼ等しく定められているので、ＰＳ
Ｄ２４にょシ周波数ｆで同期検波された検波出力信号５
４１ｅ第１０図に示すような８力−ブ信号となる。第１
０図において、縦軸は検波出力信号Ｓ４の大きさを表わ
し、横軸はスポット光ＹＳの振動中心位置に対するマー
クＹＭＩの幅の中心位置のずれ量ΔＤを表わす。

このずれ量ΔＤが零になったとき、すなわち検波出力信
号Ｓ４が零になったとき、スポット光ＹＳの振動中心と
マークＹＭＩの幅の中心とが一致して精密な位置合ぜが
達成されたことになる。そこでμＣ０Ｍ３υはステップ
１０６のＹマーク精密位置決めで、ステージ４のＹ方向
の位置を検波出力信号Ｓ４を用いてサーボ制御によシ精
密に位置決めする。具体的にはＰＳＤ２４からの検波出
力信号Ｓ４に基づいて、検波出力信号２４の大きざが零
、あるいは零を含む所定範囲内になるように、ステージ
駆動回路２８をサーボ制御（フィードバック制御）する
。これによってマークＹＭＩとスポット光ＹＳとは正確
に一致する。

この動作と共に、μＣ０Ｍ３０はステップ１０７の回転
方向判定でウェハ３の回転方向、すなわちステージ４の
座標系ＸＹのＸ軸に対して、ウェハ３の配列座標系Ｘ’
　Ｙ’のＸ′軸がどちらの方向に傾いでいるかを検出す
る。これは先のステップ１０４で検出されたマークＹＭ
Ｉ１７）Ｙ方向の位置８２と、マークθＭ３のＹ方向の
位置との偏差を計算し、その差値が正になるか負になる
かを判断することによってめられる。例えはその偏差が
正の時は、第７図のようにステージ４の座標系ＸＹに関
してウェハ３Ｖｉ反時計方向に回転しており、逆に負の
時は時計方向に回転している。次にμＣ０Ｍ３０はステ
ップ１０８のθテーブル回転でθテーブル４ａをその検
出した回転方向と反対に回転する。

このとき、スポット光θＳにより発生した回折光を光電
検出し、周波数２ｆの発振信号で同期検波された検波出
力信号を得て、この検波出力信号を２値化した２値化信
号に基づいて、μＣ０Ｍ３０はマークθＭ３らしきパタ
ーンの検出動作を同時に行なう。

そして、０テーブル４ａを回転し始めてから、マークθ
Ｍ３らしきパターンがいくつ検出されたかを調べる。そ
の動作を第１１図を参照して説明する。第１１図はθテ
ーブル４ａの回転前のウェハ３の状態を模式的に表わし
た図である。線１１はスポット光ＹＳとθＳの両振動中
心を結ぶ線分であシ、ステージ４の座標系ＸＹのＸ軸と
平行である。Ｙマーク位置情報は第９図（ａ）に示した
マークＹＭＩらしきバター／の位置８１，８２゜８３．
８４をＹ方向に表わしたものであり、θマ−ク位置情報
はマークθＭ３らしきノ（ターンの位置８５．８ｔｉ、
８７，８８．８９をＸ方向に表わしたものである。そし
てマークＹＭ１．０Ｍ３の位置は、前述のステップ１０
４でそれぞれ位置８２と位置８７と判定されている。さ
て、θテーブル４ａの回転中心がマークＹＭ１の近傍で
あることと、スポット光ＹＳとマークＹＭｔとが一致す
るようにステージ４にＹ方向のサーボが働いていること
から、θテーブル４ａの回転によってマークＹＭＩとス
ポット光ＹＳとはずれることがなく、マークθＭ３とス
ポット光θＳとが相対的にＹ方向に走査されることにな
る。μＣ０Ｍ３０はマークＹＭ１の位置８２に対して、
マークθＭ３らしきパター／の各位置８５〜８９がＹ方
向のどちらにあるかを判断するＯθテーブル４ａを矢印
９０のように時計方向に回転したとき、位置８２に対し
て位置８５は線ｔｌを横切ることはない。

そこでμＣ０Ｍ３０はその位置８５を除いてマークθＭ
３らしきパターンの位置８６０次の位置８７、すなわち
θテーブル４ａを回転し始めてから発生する信号の２番
目を検出する。この際μＣ０Ｍ３０はθ顕微鏡６で検出
された回折光の光電信号に基づいて、マークθＭ３らし
きパターンをレベル判定と幅判定とによって検出する。

尚、このときの幅判定にあたっては、干渉計カラ／り２
７のＹカラ／り２７ｙの計演１値を使えないのでθテー
ブル４ａの回転速度を用いて算出するようにする。

μＣ０Ｍ３０Ｖｉθテーブル４ａが回転を開始すると、
θ顕微鏡６で検出された光電信号に基づいてエツジ検出
回路２６θのエツジ信号から立上りエツジと立下シエノ
ジを検出する。そして、その立上りエツジと立下りエツ
ジとの時間間隔をめた後、θテーブル４ａの回転による
マークθＭ３とスポットθＳのＹ方向の相対移動速度か
ら、立上りエツジと立下シエツジの幅を算出する。以上
のようにして検出した幅ＷＳｆＪＸ幅判定の条件（ＷＡ
≦ＷＱ≦ＷＢ）を満足しているときは、そのエツジ信号
を１番目（第１１図の位置８６）の信号として検出する
。同様にしてμＣ０Ｍ３０が２番目（第１１図の位置８
７）の信号を検出したとき、μＣ０Ｍ３０はθテーブル
４ａの回転を中止する。そのとき、第１１図中、位置８
２と８７を結ぶ線ｔ２、すなかち配列座標系Ｘ’　Ｙ’
のＸ′軸と線ｔ１とは一致する。

次にμＣ０Ｍ３０は第５図のステップ１０９の０マ一ク
精密位置決めを行なう。これは０顕微鏡６で検出された
光電信号を周波数ｆの発振信号で同期検波した検波出力
信号（Ｓカーブ信号）に基づいて、マークθＭ３のＹ方
向の中心とスポット光θＳの振動中心とが一致するよう
に、θテーブル４ａの回転駆動をサーボ制御する。この
制御もステップ１０７と同様にＳカーブ信号が零になる
ように行なわれる。もちろんこのステップ１０９の間、
ステップ１０６のステージ４のＹ方向のサーボ制御も継
続して行なわれ、マークＹＭｔとマークθＭ３は同時に
位置決めされる。以上によって、マークＹＭｌのＹ方向
の中心（幅中心）とスポット光ＹＳの振動中心とが一致
し、マークθＭ３のＹ方向の中心（幅中心）とスポット
光Ｏ８の振動中心とが一致し、ステージ４の座標系ＸＹ
とウェハ３の配列座標系Ｘ’　Ｙ’との回転ずれが精密
に補正される。その後μＣ０Ｍ３０は干渉計カウンタ２
７のＹカウンタ２７ｙに、投影レンズ２０光軸ｔから、
スポット光Ｙ８とθＳを結ぶ線１１までのＹ方向の距離
に対応した値をプリセットする。

これにより、投影レンズ２の光軸ｔに対するウェハ３の
Ｙ方向の位置が規定される。

次にμＣ０Ｍ３０は、ステップ１１０のＸアライメント
で、上記マークＹＭ１．０Ｍ３の検出及び位置決めと全
く同様にマークＸＭ２とスポット光ＸＳとを一致させて
、同期検波によりさらに精密なＸ方向の位置合せを行な
う。そしてその位置合せ完了後、μＣ０Ｍ３０は干渉計
カラ／り２７のＸカウンタ２７Ｘに、投影レンズ２の光
軸ｔからＸ顕微鏡７によるスポット光ＸＳまでのＸ方向
の距離に対応した値をプリセットする。これにより投影
レンズ２の光軸ｔに対するウェハ３のＸ方向の位置が規
定される。以上で、オフ・アキシス方式によるウェハの
グローバル・アジイメントが終了する。

そしてμＣ０Ｍ３０は次のステップ１１１の露光動作を
実行し、干渉計カウンタ２７の計測値に基づいて、ステ
ージ４をＸ方向、Ｙ方向にステツピングさせては、レチ
クル１の回路ノくター／をウェハ３上に露光することを
繰シ返す。

以上のように本実施例によればウエノ・３のブリアライ
メント精度が悪くても、回折光の強度に光電信号が基準
レベルＶＬよりも高く、しかもその幅が所定の条件を満
足するか否か、すなわちマークの幅と近似した値か否か
を検出するとともに、マークの形［ｉ１件、すなわちマ
ークの前後の所定距離の範囲Ａ、Ｂ内に何ら）くターン
が存在しないという条件から、真のマークを認識するも
のであり、ウェハ３の回転ずれ、Ｘ、Ｙ方向の位置ずれ
は極めて正確に検出される。

尚、上記実施例において、ステップ１０８で、θテーブ
ル４ａの回転速度からエツジ信号の幅をめたが、θテー
ブル４ａの回転量を精密に検出するエンコーダ等がある
場合は、そのエンコーダの開側信号からエツジ信号の幅
をめるようにしてもよい。さらにそのエンコーダが設け
られている場合は、ステップ１０７で位置８２と８７の
Ｙ方向の偏差をめ、その偏差に応じたθテーフ゛ル４ａ
の回転量を算出した後、エンコーダの計測信号を読取り
つつその回転量だけθテーブル４ａを回転させてから、
ステップ１０９を実行するようにしてもよい。

次に本発明の第２の実施例を第１２図、第１３図を用い
て説明する。第２の実施例においてはマーク（ＹＭ、０
Ｍ　、　ＸＭ　）の形成条件が先の実施例とは異なシ、
複数のマークをスポット光との相対走査方向に所定の間
隔で配置し、その間隔を認識するものである。第１２図
はそのマークの配置とウェハ３上の回路パターン等の様
子を示す平面図である。第１２図では、先の第８図と同
一の回路パターンが形成されたウェハ３上に、Ｙマーク
として３つのマークＹＭａ　、ＹＭｂ　、ＹＭｃが互い
に平行に形成されている。マークＹ　Ｍ　ａとＹＭｂの
スポット光ＹＳの走査方向の間隔はＢであり、マークＹ
ＭｂとＹ　Ｍ　ｃの間隔はＣであり、設計上予め定めら
れた値であり、回路パターンに対して所定位置に設けら
れている。またこの３つのマークＹＭａ　、ＹＭｂ　、
ＹＭｃは共に同一の格子状のパター／であシ、スポット
光ＹＳが照射されると、共に同一強度の回折光を生じる
。このようなマークはθマーク、Ｘマークについても全
く同様に形成される。さて、ウェハ３のアライメントは
、第５図のフローチャート図と全く同様の手順によって
行なわれる。ただし、ステップ１０４のマーク条件判定
が異なる。ステップ１０３でスポット光ＹＳを第１２図
のように矢印６６のように走査すると、第１３図（ａ）
のように検波出力信号Ｓ２にはパター／からの回折光に
よるピークとともに、マークＹＭａ　、ＹＭｂ　、ＹＭ
ｃからの強い回折光によるビーク７４ａ、７４ｂ、７４
ｃが生じる。

この検波出力信号Ｓ２を２値化すると第１３図（ｂ）の
ような２値化信号Ｓ３が得られ、さらに幅判定によって
第１３図（ｅ）のような信号が得られ、その信号の立上
りエツジの位置、８１゜８２ａ　、８２ｂ　、８２ｃ　
、８３．８４を検出する。

そして、ステップ１０４のマーク条件判定でμＣ０Ｍ３
０は、それら複数の位置のうち位置８２ａと位置８２ｂ
の間隔がＢで、それに引き続く位置８２ｂと位置８２ｃ
の間隔がＣであることを検出して位置８２ａ　、８２ｂ
　、８２ｃがそれぞれマークＹＭａ　、ＹＭｂ　、ＹＭ
ｃの位置であると判断する。このとき、パターン禁止領
域による判定を付加してもよい。例えば位置８２ａの手
前すなわち第１２．１３図でスポット光ＹＳがマークＹ
Ｍａを照射する手前の範囲Ａ内に何らパターンがないこ
と、及びスポット光ＹＳがマークＹＭＣを照射した後の
範囲り内に何らパターンがないことを判定する。尚、第
１２図では範囲Ｂ内にスクライブライン６４があるが、
スクライブライン６４は回折光を積極的に発生するよう
な構造ではないので、検波出力信号Ｓ２に生じるビーク
７５は小さくその幅も狭く、最終的にマーク条件を判定
するまでに１ｔｓｉｓ図（ｄ）のように情報として残る
ことは少ない。このような場合には、パターン禁止領域
内（範囲Ｂ）にスクライブライン６４が存在してもかま
わないが、ウェハの製造工程によってはスクライブライ
ン６４からも強い回折光が生じるので、誤検出を避ける
ためにはスクライブラインもパターン禁止領域外にある
ことが好ましい。そして、次のステップ１０５のＹマー
ク位置決めにおいて、例えばマークＹ　Ｍ　ａとスポッ
ト光ＹＳとが一致するようにステージ４を位置８２ａに
移動する。もちろん、他のマークＹ　Ｍｂ。

Ｙ　Ｍ　ｃを使うようにしてもよく、それは予め適宜決
めておけばよいことである。

以上のように、この第２の実施例によればステップ１０
４のマーク条件判定による検出率、すなわち認識率が飛
躍的に向上し、マークを確実に検出する。

次に本発明の第３の実施例を説明する。第４図において
、比較器２５に印加する基準レベルＶＬは、例えばデジ
タル−アナログ変換器を用いてμＣ０Ｍ３０の指令で適
宜任意の値に設定可能である。そこで第４図の回路ブロ
ックに、検波出力信号Ｓ２の最大値を保持するピークホ
ールド回路４０と、その保持したピーク値をμＣ０Ｍ３
０がインタフェース３１を介して読み込むためのアナロ
グ−デジタル変換器４１とを付加する。そして第５図の
ステップ１０３でマークを含む一定範囲のスポット光に
よる走査を２回、すなわち１往復行なう。１回目の走査
のときはビークホルト回路４０を作動させて、検波出力
信号Ｓ２の最大のピーク値を保持する。そしてμＣ０Ｍ
３０はそのピーク値を読み込み、その値の７０〜８０％
程度の値に基準レベルＶＬが設定されるように制御する
。

その後、μＣ０Ｍ３０は逆方向にウェハ３とスポット光
とを走査して、２値化信号Ｓ３のエツジ位置を同様に検
出する。この際、第９図、第１３図に示した検波出力信
号Ｓ２を２値化した信号は、マークからの回折光の強度
が大きいため、他のパターンからの弱い回折光によるビ
ーク成分は検出されず、マークによるパルスだけが現わ
れる。

しかしなから、プリアシイメント精度が悪く、しかも回
路パターンが微細なときは、そのパター／からマークに
よる回折光と同程度の回折光が生じることもあるので、
先の各実施例と同様にマークの形成条件（ステップ１０
４）を判定して真のマークか否かを検出する。この第３
の実施例によれろば、マークからの回折光のように、できだけ太きな強度
の回折光に応じた光電信号（検波出力信号８２）を２値
化するので、マークの認識がよす簡単に、しかも確実に
なるという利点がある。

以上本発明の各実施例を説明したが、その他各種変形が
可能である。

本実施例ではスポット光ＹＳ、θＳ、ＭＳはそれぞれ微
小振動させるとしたが、静止していてもよい。その場合
、回折光に応じた光電信号は検波出力信号Ｓ２と同様の
波形になる。また、スポット光が静止してしる場合は、
位相同期検波回路が使えないので、そのままでは精密な
アライメントが困難である。そこで、スポット光をウェ
ハ３上で走査する際、干渉計カラ／り２７に入力する計
数パルス（例えば０．０２μｍ毎に１パルス）で回折光
に応じた光電信号を順次サンプリングしてデジタル値に
変換した後、メモリ回路に順次記憶するような構成にす
るとよい。そして光電信号の波形を一時記憶して、マー
クの波形らしきものを抽出する処理、いわゆる波形処理
によってマークの位置を検出することによって、レーザ
干渉計の計測分解能に応じたアライメントができる。も
ちろん、マークの形成条件も同時に判定される。

また、スポット光は、その長手方向と直交する方向に走
査したが、必らずしもその必要はなく、走査軌道に対し
てスポット光とマークとが所定の角度（例えば４５°）
傾いていても同様の効果が得られる。さらにマークは４
５°傾斜した微小線要素が一列に集合した格子状バター
／としたが、４５°の傾斜は必らずしも必要ではない。

さらに、第２の実施例のように同一のマークを複数設け
る場合は、第１３図（ａ）のように検波出力信号Ｓ２中
のマークに対応したビーク７４ａ。

７４ｂ、７４ｃの各波形（シェイク）が同一になること
を利用して、マークらしきバター／から得られた複数の
ピークの波形を例えば相関演算により互いに比較して、
同一であると判定されたピーク波形からマークを認識す
るようにしてもよい。

この方法によれば、例えばマークがウェハの現像、エツ
チング等の処理によって複数のマークの各マークが同一
に変形したときでもマークの認識率が高いという利点が
ある。また、スポット光は細長い楕円形でなく、単なる
円形でもよく、マークは格子状のパターンでなく１本の
ストライプ状のバター／、あるいは走査方向に複数本配
列したストライプ状のパターンでもよい。この場合は、
ストライプ状のパターンのエツジで生じる散乱光を光電
検出すればよい。また、レーザ光の集光したスポット光
を用いてマークを検出する代９に、マークの対物レンズ
による観察像を振動スリットを介して光電検出する、い
わゆる振動スリット型光電顕微鏡を用いても同様の効果
が得られる。

さらに、スルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式でウェハ上
のマークを観察及び検出するような構成の露光装置に本
発明を利用しても全く同様の効果が得られる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、アライメント用のマーク
周辺のパターンのない領域（禁止領域）の長さく範囲）
や、複数のマークの間隔等の条件を満足した光電信号（
エツジ信号）を選択するので、マークからの信号を他の
パターンからの信号と区別することができ、ブリアライ
メント精度が悪くても、基板（ウェハ）を正確に位置決
めできるという効果が得られる。さらにマークの認識率
が向上するので、マーク周辺の禁止領域を狭くすること
かでき、このだめＩＣやＬＳＩの回路バター／領域の面
積を犬きくできるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例が適用される縮小投影型露光装
置の概略な構成を示す斜視図、第２図はウェハ上に形成
されたチップとマークを示す平面図、第３図はマークと
スポット光との配置関係を示す平面図、第４図は、位置
合せのための検出系と制御系の構成を示すブロック図、
第５−はウェハの位置合せのための全体的な動作を説明
するフローチャート図、第６図はマークらしきパターン
の検出動作を説明するフローチャート図、第７図はプリ
アライメント後のウェハとスポット光との配置関係を示
す平面図、第を図はウェハ上のパターンやマークとスポ
ット光との配置を示す平面図、第９図は第８図に示した
スポット光を走査したときに得られる各種信号の様子を
示すタイムチャート図、第１０図は検波出力信号（Ｓカ
ーブ信号）の−例を示す波形図、第１１図はウェハの回
転ずれを模式的に表わした図、第１２図は本発明の第２
の実施例によるマークの配置関係を示す平面図、第１３
図は、第１２図に示したパターンとマークとをスポット
光で走査して得られる各種信号の様子を示すタイムチャ
ート図である。〔主要部分の符号の説明〕ｌ・・・レチクル、２・・・縮小投影レンズ、３・・・
ウェハ、４・・・ステージ、４ａ・・・θテープノへ　
５・・・Ｘ顕微鏡、６・・・θ顕微鏡、７・・・Ｘ顕微
鏡、ＹＳ、−θｓ、ｘｓ・・・スポット光、ＹＭ、θＭ
、ＸＭ−°。マーク出願人　日本光学工業株式会社代理人　渡　辺　隆　男、？−１図才２図Ｙ′ 、？３図才５図オ８図才９図才１０図Ｔ台′／１］Ｉ置°ｍｗ

Claims

【特許請求の範囲】

位置合せ用の基準バター／と他のパターンとを有する基
板を位置決めする装置において、前記基準パターンと所
定の角度で交わる方向に前記基準パターンを含んで所定
距離だけ伸びた探査領域から、該探査領域内のパターン
分布に応じた光電信号を得る光電検出手段と；該光電信
号のうち前記方向に関して所定の条件を満足した光電信
号を前記基準パターンから生じたと判定する判定手段と
；該判定された光電信号に基づいて前記基板を位置決め
する位置決め手段とを備えたことを特徴とする位置決め
装置。