JPS63237522A - アライメント方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は２つの物体、特に半導体素子製造に使われるマ
スク（又はレチクル）とウェハ（感応性基板）との相対
的な位置合わせ、所謂アライメントの方法に関する。

（従来の技術） 従来、半導体素子の製造工程においてはマスクやレチク
ルに形成された回路パターンを、ウェハ上にすでに形成
された回路パターンと正確に重ね合わせて露光して、多
数の層構造から成る回路チンブを作っている。この重ね
合わせ露光を行なう装置としてマスクアライナ−ウェハ
ステッパー等が知られているが、いずれの装置において
も、マスク（又はレチクル）とウェハとを正確にアライ
メントする機能を有している。特にこの種の露光装置に
使用されるアライメント手法は、多くの方式が考えられ
、実用化されてきた。

近年、より微細な回路パターンを正確に転写するため、
ウェハステッパーと呼ばれる縮小投影型露光装置が多用
されてきている。この装置は、レチクルの回路パターン
を投影レンズを介してウェハ上に結像投影するもので、
１回の投影露光フィールドが５圓角〜２０馴角程度であ
るため、ウェハを一定ピンチだけ歩進させては露光する
ことを繰り返す、所謂ステップアンドリピート方式を採
用している。このウェハステッパーにおけるレチクルと
ウェハとのアライメント方式は、現在実用化されている
もので２種の方式に大別できる。

その１つは、ウェハ上の１回の露光フィールドに対応し
たショット領域に付随して設けられたアライメントマー
ク（ウェハマーク）とレチクルの回路パターンの周辺に
形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）とを
同時に観察する方式、所謂ＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式であり、もう１つはレチクルが装置上の所定位
置に固定されていることを前提として、ウェハマークの
みを観察する方式、所謂オフ・アクシス方式である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記２つのアライメント方式のうち、オフ・アクシス方
式は投影レンズのみを介してウェハ面を観察したり、投
影レンズとは別体のアライメント顕微鏡によってウェハ
面を観察したりするため、レチクルとの直接的なアライ
メントではなく、アライメントオフセットが発生しやす
いといった問題がある。ただし、この方式のうち投影レ
ンズとは別体にアライメント顕微鏡を設けたものは、ウ
ェハマークを観察又は検出するための照明光の性質に制
限がなく、マーク検出時の精度自体は高くできる。しか
し、マーク検出位置とレチクルの回路パターンの露光位
置とが一定長だけ離れているた砂、その分ウェハをずら
してから露光する必要があり、上記オフセットの問題を
常に考慮しなければならない。

一方、ＴＴＲ方式にはこのようなオフセットの問題はな
く、アライメントした位置をそのまま露光位置とするこ
とができる。しかしながら、ウェハマークの観察は投影
レンズを介して行なわれるため、ウェハマークの照明光
（均−照明又はスポント照明）の波長が制限されてしま
うといった問題がある。通常投影レンズは露光用の照明
光波長（準単色光）に対して色収差補正され、その他の
波長成分の光に対しては著しい色収差が発生する。この
ためレチクルとウェハとを投影レンズに関して共役にし
て、レチクルマーク忙ウェハマークとを観察又は検出す
る際、照明光の波長は露光波長と同一、もしくは極めて
近い波長のみに制限されてしまう。このようにアライメ
ント用の照明光が単波長（コヒーレント光又は準単色光
）に制限されることにより、ウェハマークの検出に多大
な問題点が生しる。それは、照明光が単波長で、ウェハ
上にはレジスト層（薄Ｄｉ）が形成されていることによ
り、ウェハマークの像に干渉縞が発生することである。

このためウェハマークの検出精度が著しく悪化すること
があった。この干渉は、レジスト層の表面での反射光と
レジスト層の下のウェハ下地表面での反射光とによって
引きおこされるが、レジス）Ｆｔの厚みがウェハマーク
の近傍、特にウェハマークの段差エツジ部で不均一にな
るために干渉縞（明暗の縞）となって発生する。この縞
はウェハマークの直線的な段差エツジと平行に生じるた
め、観察又は光電検出時にウェハマークのエツジと干渉
縞との識別が困難になる。そのためウェハマークの検出
精度が低下し、アライメント精度が低下するといった問
題が生じるのである。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は、上記問題点を解決したアライメント方法を提
供することを目的とし、特に投影露光装置を用いたマス
ク（又はレチクル）と感光基板とをアライメントするの
に好適な新規の方法を提供することを目的とする。さら
に本発明は、投影露光方式以外の露光方式（プロキシミ
ティ）に採井されているアライメント方式においても利
用できるものである。

上記目的のため、本発明では、感光層を有する基板（ウ
ェハ等）に予め形成されているアライメントマークの近
くに、予め定められた間隔で第２の基準マークを感光層
上に形成する。これは感光層の一部を高エネルギーと一
部等により第２の基準マークの形状に直接飾刻するか、
感光層中に第２の基準マークの潜像を作ることによって
実施される。そして原板（マスクやレチクル）と基板と
をアライメントする際は、原板上に予め形成されている
第１の基準マークと、感光層に形成された第２の基準マ
ークとを検出するようにした。

（作用） 感光層上に形成される第２の基準マークは、基板に予め
形成されているアライメントマークから離れて位置する
ため、感光層の厚みムラは比較的に少なく、このため単
色光で照明しても干渉縞の発生は格段に少なくなる。す
なわち本発明では、本来アライメントのために設けられ
た基板上のアライメントマークを使うことなく、基板と
原板とのアライメントを行なうようにしたものである。

（実施例） 第亙図は本発明の第１の実施例による方法を模式的に表
わした斜視図である。

本実施例では、ウェハ上のレジスト層に第２の基準マー
クを形成するマーク打込み装置Ａと、レチクルの回路パ
ターンをウェハ上のレチクル層に露光するステッパーＢ
とによって本発明のアライメント方法を実施するものと
する。マーク打込み装置ｅＡは、打込み用の照明光を発
生するエキシマレーザ光源ｌ、コンデンサーレンズ２、
打込み用のマークパターン（指標マーク）ＲＲを有する
指標板３、そのマークパターンＲＲをウェハＷに投影す
る加工用の対物レンズ４、マークパターンＲＲとウェハ
Ｗ上のマークＷＭＡとのアライメント状態を観察するた
めの検出光学系５、マークパターンＲＲの像とマークＷ
ＭＡの像とを同時に光電検出するＣＣＤ等の撮像素子６
、及びアライメントの際にマークパターンＲＲ、マーク
ＷＭＡを照明するアライメント用照明系７とで構成され
る４第１図に示したマーク打込み装置Ａはあくまでも模
式的な構成を示したものであり、適宜レンズ系、ビーム
スプリッタ、全反射ミラー等も設けられている。さて、
ウェハＷ上には全面にレジスト層が塗布され、その下地
にはすでに形成された回路パターン領域（ショット領域
）ＣＡと、これに付随したアライメントマークＷＭＡ、
ＷＭＢとがｘ１ｙ方向に規則的なピッチで複数設けられ
ている。

そしてそのウェハＷと指標板３とは対物レンズ４に関し
て共役に配置されるが、対物レンズ４は少なくとも２つ
の異なる波長成分に対して色収差補正がなされている。

その２つの波長の一方はレーザ光源ｌからのエキシマレ
ーザ光の波長（短波長）であり、他方は照明系７からの
照明光の波長である。照明系７からの照明光はレジスト
層を感光させにくい波長成分からなり、好ましくは多数
の波長スペクトルを有する多色レーザ光、又はスペクト
ル幅の広い白色光（ただし感光波長成分以外）等に定め
られる。指標板３はマークパターンＲＲは円５０内に拡
大して示したように、矩形の透明窓（石英）内に２本の
平行なバーマークＲＲ、、ＲＲ，を有している。バーマ
ークＲＲ，、ｌ？Ｒ２はクロム等の遮光物で形成され、
マークパターンＲＲの矩形の窓の外側もクロム等で形成
されている。そしてマークパターンＲＲの中心（窓の中
心）は対物レンズ４の光軸が通るように設定される。

尚、第１図には示していないが、ウェハＷは干渉計等に
よって位置計測される２次元移動ステージ上に載置され
、ウェハＷ上の複数ケ所のマークＷＭＡ、ＷＭＢとマー
クパターンＲＲとの位置合わせのために移動される。ま
たエキシマレーザ光源ｌからのレーザ光は不図示ではあ
るが、コヒーレンス性を低減する光学系を介してコンデ
ンサーレンズ２に入射する。さらにレーザ光ａｌはパル
ス発光であるため、１ケ所のマークＷＭＡ　（又はＷＭ
Ｂ）上のレジスト層を飾刻するのに最適なｌパルスあた
りのエネルギーとパルス数とが設定される。

一方、公知のステッパーＢは、回路パターン領域ＰＡと
ウェハＷ上のマークＷＭＡ、ＷＭＢの夫々に対応するマ
ークＲＭＡ、ＲＭＢとを有するレチクルＲが投影レンズ
ｌＯの光軸に対して位置決めして装着される。レチクル
Ｒの上方には不図示ではあるが露光用の照明系（水銀放
電ランプやエキシマレーザ等の光源と、レチクルＲを均
一照明するための各種光学系とを含む）が設けられる。

投影レンズ１０は少なくともウェハ側（像側）がテレセ
ンドリンク系であり、回路パターンＰＡ（又はマークＲ
ＭＡ、ＲＭＢ）の像をウェハＷ上の１つのショット領域
ＣＡ（又はマークＷＭＡ。

ＷＭＢ）に重ね合わせて投影するような倍率に定められ
ている。そしてウェハＷは２次元移動するステージ（不
図示）上に載置され、投影レンズ１０の結像面に沿って
移動される。第１図の投影レンズ１０の下のウェハＷは
、レチクルＲと１つのショット領域ＣＡとがアライメン
トされる位置、もしくは露光される位置にあるものとし
て示されている。さて、レチクルＲの上方にはアライメ
ント用の光学系が配置されるが、第１図ではマークＨＭ
Ａに対するアライメント系のみを図示した。

アライメント用の照明系１１は投影レンズ１０の収差補
正された波長と同一、もしくはその近傍の波長の照明光
をビームスプリンタ（不図示）を介してアライメント用
対物レンズ１２に入射させる。

対物レンズ１２からの照明光はミラー（不図示）で折り
曲げられてマークＲＭＡの存在する局所領域のみを照明
するとともに、マークＨＭＡの透明部を透過して投影レ
ンズｌＯの入射瞳の中心を通ってウェハＷ上のマークＷ
ＭＡを含む局所領域に達する。そしてマークＷＭＡを含
む局所領域からの反射光はテレセントリックの特性によ
って投影レンズ１０の瞳中心を通ってレチクルＲのマー
クＲＭＡを含む局所領域に戻ってくる。このためウェハ
ＷのマークＷＭＡの投影レンズ１０による像がレチクル
ＲのマークＨＭＡと同一の面内に空中像として結像する
。このときレチクルＲのマークＲＭＡはウェハＷからの
反射光によって同時に透過照明されることにもなる。さ
てマークＷＭＡを含む局所領域からの光とマークＨＭＡ
からの光を対物レンズ１２を通り、ビームスプリフタで
反射されてリレー系１３に入射した後、ＩＴＶカメラ等
の撮像素子１４に達する。ｔｉ像素子１４の受光面ばレ
チクルＲのマークＲＭＡとウェハＷのマークＷＭＡとの
両方に対して共役に定められるため、マークＨＭＡ、Ｗ
ＭＡの両方の像が同時に観察されることになる。撮像素
子１４からの画像信号は不図示の信号処理回路に入力し
て、各種マークの相対的なずれ量が検出される。そして
このずれ量が補正されるようにレチクルＲ又はウェハＷ
８＠動させることによって、レチクルＲ（回路パターン
領域ＰＡ）とウェハＷ（ショット領域ＣＡ）とのアライ
メントが完了する。従来のアライメントでは、ウェハＷ
のレジスト層の下に形成されているマークとレチクルＲ
のマークＲＭＡとを光学的に検出していたが、本実施例
ではウェハＷに関しては、レジストｉの下に形成された
マークを検出する必要がない。

次に第１図に示したシステム構成を用いたアライメント
方法について説明する。

まず始めに、レジスト層の塗布されたウェハＷをマーク
打込み装置Ａのステージ上に載置し、公知の手法により
ウェハのグローバルアライメントを行なう。グローバル
アライメントが完了すると、ウェハＷ上のマークＷＭＡ
　（又はＷＭＢ）と指標板３のマークパターンＲＲの投
影像とは、１μｍ以下の精度で（立置法めできる。そし
てステージを動かしてマーク打込むべき部分を対物レン
ズ４の下に位置させ、照明系７を点灯させて、撮像素子
６によって指標板３のマークパターンＲＲと、例えばマ
ークＷＭＡとを観察して両マークのアライメントを行な
う、このアライメントにあたっては、Ｉ最像素子６から
の画像信号を信号処理することによって、マークパター
ンＲＲの２本のバーマークＲＲ＋　、ＲＲｚの中心とマ
ークＷＭＡの中心とのずれ量を精密に求め、そのずれ量
が零になるようにウェハステージ又は指標板３を自動的
に微動させるようにするとよい。このマーク打込み装置
Ａでは、ウェハＷ上のレジスト層の下にもともと形成さ
れているマークＷＭＡ　（ＷＭＢ）の代わりに同一の機
能を奏する新たなマークをレジスト層に形成するため、
ここでのアライメントは高精度であることが望まれる。

本実施例ではアライメント用の照明光が白色光、又は多
色光とされているため、マークＷＭを観察する際にレジ
スト層で生じる干渉の影響は著しく低減され、コントラ
ストのよいマーク像が検出できる。さらにマークＷＭＡ
　（ＷＭＢ）の観察は、対物レンズ４の光軸上で行なう
ため、対物レンズ４の収差の影響が最小限に押えられ、
この点でも高精度化が計られることになる。

アライメントが完了すると、エキシマレーザ光源１の発
振が開始され、マークパターンＲＲがウェハＷ上のマー
クＷＭＡの上のレジスト層に投影され、マークの打込み
が行なわれる。この打込みの様子は、第１図中の円５２
内に拡大して示しである。円５２ない上には、打込み前
のマークＷＭＡ付近のウェハの断面が示され、円５２内
の下にば打込み後のウェハ断面が示されている。打込み
前、マークＷＭＡはウェハ下地表面に対して凸状に形成
され、その上をレジスト層ＰＲが被覆している。レジス
ト層ＰＲはマークＷＭＡの段差エツジ付近では垂直方向
の厚みムラがあるが、段差エツジから離れるにつれて、
一様の厚みになってくる。一般にレジスト層の厚みは１
〜２μｍ程度である。そして打込み後は、マークＷＭＡ
を挟んで左右に、マークパターンＲＲの２本のバーマー
クＲＲ，、ＲＲ，の夫々のレジスト像ＲＲ，’、ＲＲ，
’が、レジスト層ＰＲの凸部として形成される。ここで
はバーマークＲ，Ｒ，，ＲＲ，が遮光性であるため、レ
ジスト像ＲＲ，’、ＲＲｚ“の厚みは打込み前と変わら
ないが、その周辺のレジスト層ＰＲはエキシマレーザ光
の照射によって表面から膜減り（以下アベレージツンと
呼ぶ）が生じる。

これはエキシマレーザ光等のような紫外域の高エネルギ
ーと−ムによつて、レジスト層ＰＲの材質である有機物
質が気化していくためである。ところでレジスト像ＲＲ
，°、ＲＲｆｆｉ’が形成される部分は、マークＷＭＡ
から所定距離だけ離れるように定められている。すなわ
ちレジスト層ＰＲの厚みムラが少なく、一様の部分に定
められる。これはレジスト層ＲＲ，°、ＲＲ，°、及び
その周囲に残存したレジスト層を一様な厚さにして、単
色光の照明光で照明したときの干渉縞の発生を低減させ
るためである。尚、マーク打込みの際、レジスト層ＰＲ
に与えられたエキシマレーザ光の総エネルギー量によっ
ては、レジスト像ＲＲ，’、ＲＲｇ’の゛　みが残って
、その周囲のレジスト層が完全に除去されることもある
。

以上のようにして必要位置に順次マーク（レジスト像Ｒ
Ｒ，’、ＲＲ１’）の打込みが行なれたウェハＷは、ス
テッパーＢのステージ上に載置された後、同様にグロー
バルアライメントされ、レチクルＲとの相対的な位置す
れか１ＪＩＩｌ以下に規定される。

そしてウェハＷ上のアライメントすべき１つのショット
領域ＣＡが投影レンズ１０の下にくるようにステージを
位置決めした後、アライメント用の照明系１１を点灯さ
せて、撮像素子１４によってレチクルＲのマークＲＭＡ
とウェハＷのマークＷＭＡを含む局所領域とを同時観察
する。このとき撮像素子１４の受光面には、第２図中の
円５４内に拡大して示すような像が形成される。円５４
内の中心には、ウェハＷのマークＷＭＡが位置し、その
左右にはレチクルＲのマークＨＭＡ　（２本のバーマー
ク）がマークＷＭＡを挟み込むように位置し、さらにそ
の外側には２本のレジスト像ＲＲ１′、ＲＲｚ’がマー
クＲＭＡを挟み込むように位置する。そしてアベレージ
ョンによってレジスト層が残存しているものとすると、
マークＷＭＡの段差エツジ付近には干渉縞Ｆｌが発生す
る。一方、レジスト像ＲＲ，’、ＲＲ１’は、それ自体
周囲のレジスト層と厚みが異なるため、干渉縞の発生は
ほとんど認められないものの、周囲とは異なる濃淡（Ｉ
ＴＶがモノクロームの場合）になって観察されることも
ある。さらにレジスト像ＲＲ１、ＲＲ３′の外形は段差
エツジで規定されているため、そのエツジ部では照明光
が１■乱するので黒く観察される。

このような観察像に対して、撮像素子１４の走査線ＳＬ
を円５４内のように設定すると、走査線ＳＬに沿った画
像信号の波形は第２図に示すようになる。第２回におい
て縦軸は画像信号の強度（レベル）を表わし、横軸は例
えばＸ方向の走査位置を表わす。第２図の信号波形中、
中央部の乱れた波形ＧはマークＷＭＡに対応し、ボトム
状の波形Ｒ１、Ｒ２は夫々、レチクルＲのマークＲＭＡ
の２本のバーマークに対応し、ボトム状の波形Ｅ、、Ｅ
、の夫々はレジスト像ＲＲ，’、ＲＲ，’に対応する。

このようにマークＷＭＡの上にレジスト層が残っている
と、波形Ｇ中にはマークＷＭＡの段差エツジ部ｉＰ、　
、Ｐ、で発生するボトム以外に、干渉縞による多数のボ
トム部が生じてしまい、信号処理が困難になる。そこで
画像信号の処理回路では、この波形Ｇを無視して波形Ｅ
、　、　Ｅｔに基づいてマークＷＭＡの位置を特定する
。波形Ｅ１、Ｒ２には干渉縞によるノイズ成分が少ない
ため、レジスト像ＲＲ，’、ＲＲ，°の各段差エツジ部
に対応したボトムを正確にとらえることができ、レジス
ト像ＲＲ，“の中心位ＲＸｅ＋　、レジスト像ＲＲ，”
の中心位置Ｘｅｇは精密に検出できる。

一方、レチクルＲのマークＨＭＡについてもきれいな波
形Ｒ１、Ｒ１になるため、２本のバーマークの各中心位
置Ｘｒｌ、Ｘｒ！は精密に検出できる。そして位置Ｘｅ
＋　とＸｅ、を２等分する位置ＸＥと、位ＩＸｒ＋　と
Ｘｒ、とを２等分する位置ＸＲとを求め、その差（ＸＲ
−ＸＥ）を計算すれば、それがレチクルＲの回路パター
ン領域ＦＡとウェハＷのシッット領域ＣＡとのＸ方向（
走査線方向）のずれ量、すなわちアライメント誤差量と
して求められる。

以上、本実施例では、レジスト像ＲＲ＋°、ＲＲ２′は
マークＷＭＡと正確に位置合わせして形成されるとした
が、レジスト像とマークＷＭＡとのずれ量が何らかの手
段によって検出できるのであれば、そのずれ量をオフセ
ット値としてステッパーＢに指示しておけばよい。そし
てステッパーＢによるレチクルＲとウェハＷのアライメ
ント時に、そのオフセット個分だけさらに補正されるよ
うにウェハＷ、又はレチクルＲを微動させればよい。

次に本発明の第２の実施例による方法について第３図を
参照して説明する。第３図は本実施例による方法を実施
するのに好適なシステムの構成を示し、本実施例ではレ
ジスト層に形成する第２マークを潜像にした点が第１実
施例と大きく異なる。第３図において、マーク打込み装
置はステッパ一本体のオフ、アクシス方式のアライメン
ト系が一部が兼用して構成される。また第１図中の部材
と同等の作用、機能を存する部材には同一の符号を付し
である。まず、ステッパーＢには、露光用照明光ＥＬを
水平方向から入射するメインコンデンサーレンズ２０と
、その照明光ＥＬを垂直方向に反射させてレチクルＲを
照明するためのグイクロイックミラー２１とが設けられ
る。グイクロイックミラー２１は照明光ＥＬの波長（ｇ
線、ｉ線等）に対して高い反射率を有し、それより長い
波長の光に対しては高い透過率を有する。そしてレチク
ルＲを透過した照明光ＥＬは投影レンズ１０の瞳ｅｐで
光源像を作った後、ステージＳＴ上のウェハＷを照明し
、回路パターンの露光が行なわれる。

さて、グイクロイックミラー２１の上方にはアライメン
ト用対物レンズ１２が設けられ、レチクルＲのマークＲ
ＭＡとウェハＷのマークＷＭＡとが観察可能である０本
実施例においてマークＲＭＡとＷＭＡとの検出は、レー
ザのスポット光を走査して、各マークからの反射光（正
反射光、散乱光、回折光）を光電検出して行なわれるも
とする。

そのアライメント用のレーザ光はレーザ光ｔＪ、２２か
ら射出され、ビームスプリンタ２３を透過して、エクス
バンダー、シリンドリカルレンズ等を含む光学系２４を
通り、振動ミラー２５で偏向された後、リレーレンズ２
６、ビームスプリッタ２７、リレーレンズ２８を介して
ミラー２９で垂直方向に反射され、複屈折を利用した２
焦点素子３０を通って対物レンズ１２に入射する。この
レーザ光はウェハＷのレジストを感光させにくい波長で
、エクス１−１１に対して透過性をもつような短波長に
定められている。そのため投影レンズｌＯが照明光ＥＬ
のみに対して色収差補正されているものとすると、アラ
イメント用のレーザ光をマークＷＭＡへの照明光とした
とき、大きな色収差が発生し、レチクルＲとウェハＷと
の結像関係が維持できな（なる。そこで２焦点素子３０
によってアライメント用のレーザ光のスポットを、色収
差量に相当した間隔だけ光軸方向に離れた２ケ所に結像
するようにした。対物レンズ１２から射出したレーザ光
のうちＰ偏光成分は例えばレチクル只のマークＲＭＡと
同一面（レチクルパターン面）に鮮明なスポット光とし
て結像され、Ｓ偏光成分はレチクルＲの上方空間に離れ
た面ＩＰに鮮明なスポット光として結像される。これら
スポット光が投影レンズ１０によってウェハＷ上に投影
されると、ウェハＷ上には面ＩＰにできたスポット光が
再結像し、レチクルパターン面にできたスポット光はウ
ェハ上では大きくデフォーカスしてしまい、スポット光
にはならない。そしてマークＲＭＡ、、ＷＭＡに対して
、振動ミラー２５の働きによってスポット光が走査され
、各マークからの光情報が対物レンズ１２．２焦点素子
、ミラー２９、リレーレンズ２８を通って戻り、ビーム
スプリッタ２７で反射されてリレーレンズ３１を介して
空間フィルター３２に達する。空間フィルター３２はリ
レーレンズ２８．３１、及び対物レンズ１２の働きによ
って投影レンズＩＯの瞳ｅｐと共役になるように配置さ
れ、瞳ｅｐにおける光情報の分布のうち所望のものを選
択的に透過する。その透過光はフォトマル等の光電素子
３３に受光され、光電素子３３はその光量に応じた信号
を出力する。ここで空間フィルター３２は瞳ｅｐ上に分
布する正反射光とその他の散乱回折光とを分離し、光電
素子３３も正反射光と散乱回折光とを別々に受光するよ
うに構成されているものとする。尚、上記アライメント
系の光路中には、２焦点素子３０によってマークＨＭＡ
とマークＷＭＡとの共通の像面が存在するので、第１図
中と同様にＩＴＶ等の撮像素子を設ければ、両マークの
像を同時観察することができる。本実施例では、このア
ライメント系の光電素子３３、又は撮像素子によってウ
ェハのレジスト層に形成されたマークパターンの潜像を
レチクルＲのマークＲＭＡと同時検出することによって
、アライメントが行なわれる。

さて、その潜像を形成するために、本実施例では公知の
オフ・アクシスアライメント系を一部流用する。加工用
対物レンズ４は第１図中に示したものと同様に２つの波
長に対して色収差補正されるが、この対物レンズ４はウ
ェハＷ上のマークを検出してグローバルアライメント等
を行なう時にも使用される。対物レンズ４とマークパタ
ーンＲＲを有する指標板３との間にはビームスプリッタ
４０が設けられ、グローバルアライメント用の照明系４
１からの照明光がコンデンサーレンズ４２を介して対物
レンズ４に入射し、対物レンズ４の視野内を均一に照明
する。この照明光もレジスト層を怒光させない白色光（
ブロードなスペクトル分布をもつ光）であることが望ま
しい。一方、マーク打込み時に使用されるアライメント
系は、レーザ光源２２からのレーザ光をビームスプリッ
タ２３を介して入射するコヒーレント低減用の光学系（
ランダムファイバー等）４３、リレーレンズ４４、ビー
ムスプリンタ４５、可動ミラー４６、及び第１図と同様
のリレーレンズ５、撮像素子６とで構成される。可動ミ
ラー４６はアライメント時には図中の位置にあり、マー
ク打込み時には露光用照明光ＥＬと同一波長の光を射出
するファイバー４７の光路をさえぎらないように退避す
る。

従ってマーク打込み時はファイバー４７からの光がコン
デンサーレンズ２を介して指標板３を均一に照明し、マ
ークパターンＲＲがウェハＷ上のマークＷＭＡ、ＷＭＢ
に整合して投影露光されることになる。尚、レーザ光源
２２からのレーザ光の波長スペクトルは、照明系４１か
らの照明光の波長域内にあることが望ましい。これは対
物レンズ４の設計を容易にするためである。また対物レ
ンズ４、ビームスプリッタ４０、指標板３、コンデンサ
ーレンズ２等は投影レンズＩＯの鏡筒を保持する金物（
コラム）に、一体的に固着され、オフ・アクシスアライ
メント系の光軸（対物レンズ４の光軸）と投影レンズｌ
Ｏの光軸との機械的な間隔が変動しないように構成され
る。さらにこのオフ・アクシスアライメント系の対物レ
ンズ４はウェハＷの全面のどの位置についても観察（又
はマーク打込み）する必要があるため、従来のステッパ
ーにくらべてステージＳＴの移動ストロークを大きくす
る必要がある。このためステージＳＴのヨーイングが発
生しやすくなるので、ステージＳＴの位置計測用の干渉
計の他に、ヨーイング計測用の差動干渉計を設けるとよ
い。本実施例ではマーク打込み部と露光部とに対して共
通のステージＳＴを用いてウェハＷの位置決めを行なう
ため、ステージＳＴの制御系はマーク打込み時と露光（
又はレチクルとウェハのアライメント）時とで共通にで
きる部分が多くなるとともに、全体としての処理スピー
ドも向上する。

次に本実施例のアライメント方法について説明する。

まず、ステージＳＴ上にプリアライメントされたウェハ
Ｗが載置され、グローバルアライメント系によってウェ
ハＷの全体的なアライメントが開始される。照明系４１
が点灯され、レーザ光１１ＪＸ２２からのレーザ光はビ
ームスプリッタ４５を通過しないように不図示のシャッ
ター等で遮断される。

ウェハＷ上のグローバルアライメント用のマークが対物
レンズ４の視野内にくるようにステージＳＴが位置決め
される、グローバルマークの像は対物レンズ４によって
指標板３のマークパターンＲＲの窓内に結像される。こ
のときマークパターンＲＲはウェハＷからの反射光によ
って透過照明されることになる。指標板３に形成された
グローバルマークの像とマークパターンＲＲＯ像はコン
デンサーレンズ２、ミラー４６、ビームスツブりンタ４
５、リレー系５を介して撮像素子６の受光面に結像され
る。そして撮像素子６から画像信号に基づいてグローバ
ルアライメント（ウェハＷの投影レンズ１０の光軸に対
する位置の規定）が行なわれる。

次にウェハＷ上の加工（マーク打込み）すべき部分例え
ばマークＷＭＡを対物レンズ４下に位置決めし、照明系
４１を消灯してレーザ光源２２からの照明光を指標板３
を介してウェハＷ上のマークＷＭＡに送る。そして第１
図に示したのと同様にマークパターンＲＲとマークＷＭ
Ａとのアライメントを行ない、アライメント完了後、ミ
ラー４６を退避させてファイバー４７から所定時間だけ
露光用照明光を照射し、マークパターンＲＲＯ像をマー
クＷＭＡ上のレジスト層に転写する。これによりレジス
ト層中にマークパターンＲＲ（２本のバーマークＲＲ＋
　、ＲＲｚ　）の潜像が形成される。以下、同様にウェ
ハＷ上の複数のマークＷＭＡ、ＷＭＢの夫々に対してマ
ークパターンＲＲの潜像を順次形成していく。尚、上記
オフ・アクシスアライメント系で指標板３のマークパタ
ーンＲＲはグローバルアライメント時とマーク打込み前
のアライメント時とで共通の基準として作用するが、そ
れぞれ最適な基準とするように別々のマークパターンに
してもよい、またマーク打込み時のアライメントの際、
レーザ光！２２からの照明光が指標板３を照明するので
、マークパターンＲＲからの反射光が撮像素子６で観察
されることになる。このためマークパターンＲＲの反射
率が高いと明るい像として観察され、ウェハＷのレジス
ト層下地にアルミが蒸着されていたりすると、マークＷ
ＭＡＳＷＭＢも明るい像として観察され、この結果、撮
像された画面は全体に明るく、コントラストのない像に
なってしまう、そこでマーク打込み時のアライメントの
際も、照明系４１を点灯させてマークパターンＲＲを透
明照明による影絵として観察するとよい、このことは第
１図に示した実施例の場合でも同様であり、第１図中の
指標板３と対物レンズ４との間にビームスプリッタを設
けて、照明光を対物レンズ４に送るようにすればよい。

以上のようにしてレジスト層にマーク打込み（ＷＩ像形
成）が行なわれると、ステージＳＴは干渉計の計測値に
管理されて投影レンズ１０の下に移動される。これによ
って露光すべき１つのショット領域ＣＡに付随したマー
クＷＭＡをレチクルＲのマークＲＭＡの投影位置に合わ
せる。そして第４図に示すようにレーザ光源２２からの
レーザ光のスポット光ＳＰによって、ウェハＷのマーク
ＷＭＡ、レチクルＲのマークＲＭＡ、及びマークパター
ンＲＲの潜像ＲＲ，’、ＲＲｔ”を走査線ＳＬに沿って
走査する。第４図（Ａ）はマークＷＭＡ、マークＲＭＡ
ＳＷＩ像ＲＲ，”、ＲＲｌのウェハ面における平面的な
配置を示し、第４図（Ｂ）はウェハＷの断面の様子を示
す。マークＲＭＡはアライメント用のレーザ光の波長の
もとでは、ウェハＷと共役にはならないが、露光光で投
影した場合にできるウェハＷ上の像位置として示しであ
る。

また潜像ＲＲ＋　’、ＲＲｌの部分は、周囲の未露光の
レジスト層に対して反射率、屈折率等が異なっている。

このためスポット光ＳＰによってウェハＷ上が走査され
ると、光電素子３３からは、第４図（Ｃ）のような散乱
回折光註応じた光電信号と、第４図（Ｄ）のような正反
射光に応じた光電信号とが得られる。第４図（Ｃ）のよ
うな散乱回折光はウェハ上の段差エツジ、又はレチクル
上の段差エツジで顕著に発生する。一方、第４図（Ｄ）
のような正反射光は、ウェハ上、又はレチクル上の反射
率のちがいによって顕著に発生する。第４図（Ｃ）で波
形上のピークＳ　１ｍ、Ｓｌｂ、Ｓｅａ、Ｓ２１゜はそ
れぞれレチクルＲのマークＨＭＡ　（２本のバーマーク
）の各エツジに対応しており、本実施例ではこのピーク
をとらえてマークＲＭＡの位置Ｘｒ＋　、Ｘｒｌを検出
する。またウェハＷ上の潜像ＲＲ，’、ＲＲ，”は正反
射光による波形中のボトム部Ｅ、、Ｅ、に対応するので
、これに基づいて潜像ＲＲ，”、ＲＲ，”の各位置Ｘｅ
＋、Ｘｅｚを検出する。そして、第１の実施例と同様に
マークＲＭＡの中心ＸＲと潜像Ｒ１？、”、ＲＲｚ”の
中心ＸＥとの差（ＸＲ−ＸＥ）をアライメント誤差とし
て求める。

本実施例ではスポット光ＳＰがレジスト層ＰＲに対して
透明な波長で、非感光の波長に定められているため、ス
ポット光による走査は潜像ＲＲ，”、ＲＲｚ”を破壊（
周囲のレジスト層の感光がないため）することがないの
で、信号検出、及びアライメント誤差検出は繰り返し実
行でき、複数回の走査により検出されたアライメント誤
差量を平均化するとこによって検出精度を高めることが
できる。

また本実施例においても、ＴＴＲ方式のアライメント系
に揚機素子が設けられていれば、レチクルＲのマークＲ
ＭＡと潜像ＲＲ，”、ＲＲｘ”とを像として観察でき、
第１実施例と同様に画像信号を処理してアライメント誤
差を検出することもできる。

以上本発明の各実施例において、マーク打込み装置Ａ、
又はマーク打込み部（オフ・アクシス系）を用いたレジ
スト層への新たなマークの形成は、いずれも対物レンズ
４の光軸上を使って行なわれるとともに、マークパター
ンＲＲの大きさ自体も数ｌθμｍ角程度でよいため、レ
ンズ設計が容易で高分解能のものが得られ、マーク打込
みが高精度に行なわれる。

（発明の効果） 以上、本発明によればレジスト層（感光Ｎ）の光学的な
性質による影響を著しく低減したアライメント方法が得
られるので、マスク〔レチクル〕と感光基板との相対的
なアライメント精度が向上するといった効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるアライメント方法
を実施するのに好適なシステムの構成を示す斜視図、第
２図はアライメント時に得られる信号波形を示す波形図
、第３図は本発明の第２の実施によるアライメント方法
を実施するのに好適なシステムの構成を示す図、第４図
（Ａ）はアライメント時の各マークパターンの平面配置
を示し、第４図（Ｂ）はウェハの断面を示し、第４図（
Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号波形を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置合わせ用のアライメントマークが形成された
   基板と、該アライメントマークと整合し得る第１の基準
   マークを有する原板とを相対的にアライメントする方法
   において、前記基板の表面には、所定の波長域の光に対
   して感光性を有する感光層が所定の厚さで形成され、 前記アライメントマークから所定距離だけ離れた位置の
   前記感光層部分に、感光性の光により第２の基準マーク
   を形成する工程と； 前記基板の感光層に形成された第２の基準マークと前記
   原板に形成された第１の基準マークとの整合状態を検出
   することによって前記基板と原板とをアライメントする
   工程とを含むことを特徴とするアライメント方法。
2. （２）前記感光層に第２の基準マークを形成する工程は
   、前記感光層の一部を高エネルギービームで前記第２の
   基準マークの形状に飾刻することによって、前記感光層
   表面に微小な段差を形成する工程を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）前記感光層に第２の基準マークを形成する工程は
   、前記感光層に前記第２の基準マークの潜像を形成する
   工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。