JPS6254263A - マスク及び該マスクを用いる露光装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程で使
われるマスク、及びそのマスクを用いた露光装置に関し
、特にマスクの露光装置への位置合わせと、露光装置に
よって露光される半導体ウェハとマスクとの位置合わせ
に於いて改良された露光装置に関する。

（発明の背景） 大規模集積回路（Ｌｓｔ）パターンの微ｉ■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
性の高い回路パターン焼付は装置として縮小投影型露光
装置が普及し７てきている。従来より用いられてきたこ
れらの装置においては、シリコンウェハに焼付けされる
べきパターンの何倍か（例えば５倍）のレチクルパター
ン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２１ｎ＋の矩形よりも
小さい程度の領域である。従って直径１２５寵位のウェ
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
テップアンド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。

一般に縮小投影型露光方式では、レティクル」二のパタ
ーンの投影像と既に形成されたウェハ」二のパターンと
を重ね合せるために、まず、レティクルを露光装置本体
に位置合せ（アライメント）シて、その後にアライメン
トされたレティクルに対して、ウェハのアライメントを
行なう。ウェハをアライメンＩ・する方法の一つにスル
ー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式が知られζいる。

Ｔ　Ｔ　Ｌ方式の例として、露光波長の照明光を用いて
、レティクル」二のアライメントマークとそれに対応し
たウェハ上のアライメントマークを直接観察し、両マー
クの位置合わせ度を計測する方法がある。

従来のこの種の装置について第１０図をもって説明する
。まず、レティクルアライメント光学系について述べる
。レティクルＲ上には、レティクルをアライメントする
ためのレティクルアライメントマークＲ０が（十字マー
ク）ある。露光波長の照明光４０ば、ハーフミラ−４１
を透過してレティクルアライメントマークＲｍを照明す
る。レティクルアライメントマークの結像光は縮小投影
レンズＬ０を通り、ウェハＷと共役な位置におかれた鏡
面部ＰＰに結像し、反射してレティクルＲ上に再結像す
る。この結像光はハーフミラ−４１で反射して、結像レ
ンズ４２を通り又ハーフミラ−４３で反射してスリット
板４４」二で結像する。

このスリット４４を通過した光は光電検出器４５に入る
。この光電信号を用いてレティクルのアライメントを行
なう。又、レティクルをアライメントする様子はＩＴＶ
カメラ４６によってモニタする事が出来る。

次に、ＴＴＬ（ステップ）アライメント光学系について
述べる。露光波長と同じ波長の照明光が、ライト・ガイ
ド５０に導かれ、集光レンズ５１によって視野絞り５２
を照明する視野絞り５２によって制限を受けた照明光は
ハーフミラ−５３、リレーレンズ５４、ミラー５５を介
して、レティクル上を照明する。この光は投影レンズＬ
０を通ってウェハＷ上をも照明する。レティクル上にあ
るＴＴＬアライメン１へマークＳ、とウェハ」二にある
ＴＴＬアライメントマークＷ、ば共に結像位置関係にあ
るので、ミラー５５、レンズ系５４、ハーフミラ−５３
を通ってｒＴＶカメラ５Ｇ上に結像される。そしてＴＶ
モニターｌ二のアライメントマークＳＩＩ、Ｗｌの像の
相対位Ｗ関係を求める事によって、レティクルとウェハ
を直接アライメントする事が出来る。

このように、従来レティクルアライメントの光学系とＴ
　Ｔ　Ｌアライメント光学系とは各々独立に、すなわち
２系統の光学系を必要とした。このため多くの光学系を
設置しなければならないという欠点があった。また、こ
れら光学系を置ける数も、位置と光学系の大きさの関係
からレティクル上、前後左右の４ケ所でその中で、２系
統の光学系で分配したため十分な数を設置出来ないとい
う欠点があった。さらにレティクルに設けるマークも、
レティクルアライメント用のマークとＴＴＴ−・アライ
メント用のマークを２ケ所置かなければならないとい・
う不便があるのみならず、レティクル上に各種マークを
形成するのに各７−・りの配置を正確に管理しなければ
ならなか、った。また、レティクルレアライメン１〜光
学系とＴＴＬアライメント光学系とが全く独立した光学
系で構成されているため、各光学系の配置誤差や機械的
なドリフトに対して何らかの対策を考えておく必要があ
り、このことば装置のアライメントシーケンスを複雑に
する原因にもなっていた。

（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を解決し、簡潔な構造で、理想的
な位置に、必要な数だりアライメント光学系が配置でき
るように、マスク（レティクル）アライメントマークと
ステップ（ＴＴＬ）アライメントマークとの配置の同一
化を計ったマスク（レティクル）を得ること、及びその
ような各マークが検出可能な露光装置を得ることを目的
とする。

（発明の概要） 本発明は、フォトリソグラフィ用の露光装置に位置合わ
せするためのマスク・アライメントマーク（ＲＹ、ＲＴ
ＸＲＸ）が形成される第１領域（ＭＡ）と、前記露光装
置によって露光される基板（ウェハＷ）上に形成された
アライメントマーク（ＷＳ）と同時に検出し得るステッ
プ・アライメン［・マーク（ＳＹ、ＳＴ、ＳＸ）が形成
される第２領域（ＳＡ）とを有するマスク（レチクルＲ
）であって、前記第１領域内の所定位置に前記第２領域
を設けることを技術的要点とし、さらにそのマスクと前
記基板（ウェハＷ）とを相対的に位置合わせする露光装
置であって、前記マスク・アライメン１〜マークとステ
ップ・アライメントマークとを共通に観察する対物光学
系（７，８，９，１０）と； 該対物光学系を介して前記マスク・アライメン１〜マー
クの像を光電検出するための第１の検出光学系（１１，
１２，１３，１４，１５，１６）と；前記対物光学系を
介して前記ステップ・アライメントマークの像を光電検
出するための第２の検出光学系（Ｌ、、Ｉ、２、Ｌ８、
■、４、Ｐ８、Ｇ２、Ｐ２．２０．２１．２２．２３．
２４）と；前記ステップ・アライメントマークの検出時
に、前記対物光学系を介して前記第２領域のみを照明し
得る照明光学系（１，２，３，４，５，６）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による縮小投影型露光装置のア
ライメント光学系の概略的な構造を示す斜視図である。

第１図において、本発明の一実施例でもあるレチクルＲ
は、その中心ＲＣが投影レンズＩ、　ｏの光軸ＡＸと一
致するように位置決めされているものとする。レチクル
Ｒには露光すべき回路パターン等が描かれた矩形のパタ
ーン領域ＰＡと、その周辺の３ケ所にレチクルアライメ
ントのためのマークＲＹ、ＲＸ、ＲＴが設けられたマー
ク領域ＭＡとが形成されている。ここでレチクルＲ上の
マーク領域ＭＡ内のアライメントマークの配置について
、第２図を参照して詳述する。第２図においては代表し
てマークＲＹのみについて図示するが、他のマークにつ
いても同様である。

マーク領域ＭＡばレチクＲ１でほぼ５　＊ｍ　Ｘ　５　
ｖａ−ｙｓ角の正方形な領域であり、そのＸ方向の中心
位置に、Ｘ方向に線状に伸びたマークＲＹが形成される
。

マーク領域ＭＡはレチクルＲの光透過部として形成され
、その周辺に斜線で示した部分はクロム等を蒸着した遮
光層である。この遮光層は必ずしも必要なものではない
。マークＲＹもクロム等の遮光層として作られている。

このマーク領域ＭＡが本発明における第１領域である。

そしてマークＲＹの延長線はレチクルＲの中心ＲＣを通
るように定められている。この線状のマークＲＹの中央
部（マーク領域ＭＡ内の中心部）は、本発明の第２領域
としてのステップ・アライメントマーク領域ＳＡによっ
て部分されている。マーク領域ＳＡはレチクルＲ」−で
２５０μｍＸ２５０μｍ角の寸法である。第３図はステ
ップ・アライメントマーク領域ＳＡの拡大図であり、マ
ーク領域ＳＡは正方形の遮光層による枠Ｆ　Ｌで区画さ
れており、その枠Ｆ　Ｌ内に２木の挾み込み用のステン
プマークＳＹａ、ＳＹｂが平行に設けられている。この
マーク領域ＳＡの中心点ＣＣを通り、直交原票系ｘｙの
Ｘ軸と平行な線を１３とし、Ｙ軸と平行な線をβ４とす
ると、線１３はレチクルアライメントマークＲＹの中心
線でもあり、その延長線上にレチクルＲの中心ＲＣが位
置する。またマーク領域ＳＡの中心点ＣＣは、本実施例
ではマーク領域ＭＡの中心点と一致するように定められ
ている。アライメントマークＳＹａ、ＳＹｂは線Ｉ１３
に対して線対称に配置されるとともに、先端部は階段状
に先細るような形状となっている。これはウェハ上のマ
ーク等をマークＳＹａ、ＳＹｂによって挾み込んで目視
観察する際に、挾み込み状態の判断を容易にするためで
ある。尚、マーク領域ＳＡ内には投影レンズを介した焦
点合わせチェックのために、ライン・アンド・スペース
状のパターンＦＣが形成されている。

さて、第１図の説明に戻って、レチクルＲ上の３ケ所の
マーク領域ＭＡ内には、第２図、第３図に示したような
マーク領域ＳＡが同様に形成されている。そしてレチク
ルアライメントマークＲＹとＲＴはレチクルＲの中心Ｒ
Ｃを通る直線（第３図中の１２３）上に設けられる。ま
たマークＲＸはその直線と直交し、中心ＲＣを通る直線
上に設けられる。いずれのマークＲＹ、ＲＴ、、ＲＸも
中心ＲＣから放射方向に伸びた線状である。

各マーク領域ＭＡは同様のアライメント光学系によって
観察され、マーク検出される。ただし、第１図では図面
を簡略化するため、マークＲＸを検出するアライメント
光学系は大部分を省略した。

レチクルＲの露光用の照明光と同一波長の照明光はオプ
チカルファイバー１から射出し、集光レン□ズ２により
視野絞り３−にに集光される。視野絞り３にはスリット
状の開口部３ａと、小さな矩形状の開口部３ｂとが設け
られ、レチクルＲのアライメント時には開口部３ａが、
レチクルＲとウェハとのステップ・アライメンＩ・時に
は開口部３ｂが選択されるように可動となっている。視
野絞り３を透過した照明光は反射鏡４、リレーレンズ５
を経て半透過鏡６で反射された後、リレーレンズ７、反
射鏡７、対物レンズ９、及び反射鏡１０によってレチク
ルＲ上のマーク領域ＭＡに集光される。

視野絞り３の各開口部３ａ又は３ｂの像はリレーレンズ
５．７と対物レンズ９によって、レチクルＲの裏面（投
影レンズＩ、ｏ側）であるパターン面に結像される。こ
こで開口部３ａはレチクルアライメントマークＲＹ、Ｒ
，Ｔ、ＲＸＯ長手方向と一致するようなスリット状であ
り、マークＲＹ、ＲＴ、ＲＸをほぼ一様に照明し得るよ
うな寸法に定められている。そして開口部３ｂは、ステ
ップ・アライメントマーク領域ＳＡのみを照明するだけ
の形状寸法に定められている。尚、第３図に示した枠Ｆ
Ｌの幅は、開口部３ｂのレチクル上でのボケ量や、絞り
３の設定精度に見合って決定される。

さて、レチクルアライメントマークＲＹ、ＲＴ。

ＲＸからの光（厳密には投影レンズを通り、鏡面で反射
して戻ってきた光）は反射鏡】０、対物レンズ９、反射
鏡８、及びリレーレンズ７の順に進み、半透過鏡６を透
過した後リレーレンズ１１を通り、半透過鏡１２で２分
割される。尚、レチクルアライメントマークＲＴを検出
するアライメント光学系には、リレーレンズ１１の後に
平行平板ガラス（プレーンパラレル）Ｈが設けられる。

このプレーンパラレルＩ（ば、マークＲＴを検出するア
ライメント光学系の検出中心をレチクルＲ上でＹ方向に
微調整するために設けられたものである。

さて、半透過鏡１２で反射したマークＲＹ、ＲＴ、ＲＸ
の像光は振動鏡１３で反射された後、フィールドレンズ
１４を透過して、スリットＳＳを有するスリン１−板１
５上に結像される。このスリット板１５上にはマークＲ
ＹＸＲＴＳＲＸの像がスリットＳＳと平行になるように
結像し、振動鏡１３によってスリットＳＳの長手方向と
直交する方向に微小振動している。そしてスリットＳＳ
を透過したマークＲＹ、ＲＴ、、ＲＸの像光はフォトマ
ルチプライヤ等の光電検出器１６に受光され、受光光量
に応じた電気信号に変換される。その電気信号を振動鏡
１３の駆動周波数（交流信号）で同期検波することによ
って、スリットＳＳに対する各マークＲＹ、ＲＴ、ＲＸ
の相対位置が正確に検出される。この検出方式は所謂光
電顕微鏡と呼ばれる公知の方式である。ここで、反射鏡
１０、対物レンズ９、反射鏡８、リレーレンズ７、半透
過鏡６、及びリレーレンズ１１によって、本発明の対物
光学系が構成され、振動鏡１３、フィールドレンズ１４
、スリット板１５、及び光電検出器１６によって本発明
の第１の検出光学系が構成され、オプチカルファイバー
１、集光レンズ２、視野絞り３、反射鏡４、及びリレー
レンズ５によって本発明の照明光学系が構成される。

ところで半透過鏡１２を透過したマーク領域ＭＡからの
像光のうち、ステップ・アライメントマーク領域ＳＡＯ
像光を観察して、ウェハ上のマーク等とステップ・マー
クＳＹａ、ＳＹｂ等との整合状態を検出するための第２
の検出光学系が設けられる。レチクルＲ上のマークＲＴ
内に設けられたステップ・アライメントマーク領域ＳＡ
からの像光は、第１リレーレンズＬ、と第２リレーレン
ズＬ２との収斂作用及びこれらの間に配置されたペンタ
ゴナルダハプリズムＰ１の反則作用を受け、視野合成プ
リズムとしての直角プリズムＰ２の一方の斜面で反射さ
れて焦点板２０上の右半分に結像する。一方、レチクル
Ｒ上のマークＲＹ内に設けられたステップ・プライメン
１〜マーク領域ＳＡからの像光は、第３リレーレンズＬ
、と第４リレーレンズＬ４との収斂作用、及びこれらの
間に設けられた反射鏡Ｍ２の反射作用を受けて、視野合
成プリズムＰ２の他方の斜面で反射されて焦点板２０上
の左半分に結像する。焦点板２０上にできた２つのマー
ク領域ＳＡの像は、リレーレンズ２１、反射鏡２２及び
リレーレンズ２３を介して、テレビカメラ等の撮像装置
２４の撮像面に再結像される。撮像装置２４の撮像面上
において、マーク領域ＳＡの像は、その中心ＣＣを通る
線７！４がマークＳＹａ、、ＳＹｂとウェハ」二のマー
ク等との走査方向における相対的な位置関係が検出され
、レチクルとウェハとを直接合わせ込む所謂Ｔ　Ｔ　Ｌ
アライメントが達成される。第１図において、第１リレ
ーレンズＬ１、第２リレーレンズＬｚ−、第３リレーレ
ンズＬ３、第４リレーレンズＬ４、ペンタゴナルダハプ
リズムＰ３、反射鏡Ｍ２、視野合成プリズムＰ２、焦点
板２０、リレーレンズ２１．２３、反射鏡２２及び撮像
装置２４によって、本発明の第２の検出光学系が構成さ
れる。尚、上記焦点板２０とリレーレンズ２１とは一体
に、その光軸方向に可動であり、撮像装置２４の撮像面
にマーク領域ＳＡの像を常に合焦状態で結像させること
ができる。

さて第４図は、アライメント光学系の反射鏡１０の配置
を詳述するだめの概略的な装置構成を示す図である。反
射鏡１０は対物レンズ９の光軸ＡＬを垂直に折り曲げ、
投影レンズＬｏの光軸ＡＸと平行にする。投影レンズＬ
。の物体（レチクルＲ）側が非テレセンドリンク系であ
る場合、マークＲＹ、、ＲＴを通り投影レンズＩ、。の
瞳ＥＰの中心を通る対物レンズ９の主光線ｌ、は、レチ
クルＲと投影レンズＬ。との間では光軸ＡＸに対して傾
いている。またパターン領域ＰＡの最外端を通る主光線
１２も光軸ＡＸに対して傾いたものとなるが、反射鏡１
０ば露光時にパターン領域ＰＡを遮光しないような位置
に固定されている。すなわちマークＲＹ、ＲＴ等のマー
ク領域ＭＡをパターン領域ＰＡかられずかに離して形成
しておく。パターン領域ＰＡの投影像はウェハＷ上に投
影露光されるが、この露光の際は、第１図に示したオプ
チカルファイバー１からの照明光の照射は遮断される。

ウェハＷはステップ・アンド・リピート方式のステージ
ＳＴに載置される。このステージＳＴ上にはアライメン
ト光学系の配置関係を計測したり、第１図に示したプレ
ーンパラレルＨの角度調整を行なうために使われる基準
マーク板ＦＭが設けられている。基準マーク板ＦＭの表
面は反射率の高い鏡面であり、そこに２本の線状の基準
マークが夫々Ｘ方向とｙ方向とに伸びて、低反射部とし
て形成されている。その表面は投影レンズＬ。

の結像面と一致するように配置されている。もちろん基
準マークは、第１図に示したアライメント光学系によっ
て検出可能である。

次に上記装置によるレチクルＲのアライメントの動作と
ステップアライメントの動作とを説明する。まずレチク
ルアライメントのシーケンスを第５図に示したフローチ
ャート図に基づいて説明する。

まず、第１図に示すようなレチクルＲを装置本体にロー
ディング（ステップ１００）ｌ、、機械的なプリアライ
メンｌ−（ステップ１０１〉を行なう。

このプリアライメントが終った時点でスリット板３は開
口部３ａが選択されるように切替えられる。

そして、このプリアライメントによって、開口部３ａに
よるレチクルＲ上での照明光像がレチクルアライメント
マーク領域ＭＡの透明部に位置するように、レチクルＲ
がセットされる。尚、スリット板３の開口部３ａへの切
替えは、プリアライメント終了時に限られるものではな
い。次に３ケ所のアライメント光学系の初１υｊ設定を
行なう（ステップ１０２）。この設定はステージ５Ｔｊ
−の基準マークを使って行なわれる。まずＸ方向に伸び
た基準マークがマークＲＹを検出するレチクルアライメ
ント光学系によって位置合わせされるように、ステージ
ＳＴを位置決めする。その基準マークがＸ方向に位置合
ねセされたら、そのときのステージＳＴのＸ座標値を記
１，１１．　、さらにその値を保ったまま、ステージＳ
ＴをＸ方向に一定距離（投影結像面におけるマークＲＹ
とＲＴのＸ方向の間隔分）だけ移動させ、マークＲＴを
検出するレチクルアライメント光学系によって、同一の
基準マークを検出する。このとき第１図中に示したプレ
ーンパラレルＨの回転角を調整して、基準マークが位置
合わせされるように、その基準マークの（Ｉを微小量シ
フトさせる。これによってマークＲＹとＲＴを検出する
２つのアライメント光学系の平行出しが完了する。次に
Ｘ方向に伸びた基準マークが、マークＲＸを検出するｌ
／チクルアライメント光学系によって位置合わせされる
ようにステージＳＴを位置決めし、そのときのステージ
ＳＴのＸ座標値を記憶する。以上によってレチクルアラ
イメンＩ・光学系の初期設定が完了する。

次にレチクルＲを不図示の微動機構により、しチクルア
ライメント光学系に対して位置決めする（ステップ１０
３）。このとき３ケ所のレチクルアライメントマークＲ
Ｙ、ＲＴ、ＲＸの夫々が、各アライメント光学系によっ
て検出されるように微動される。この際マークＲＹ、Ｒ
Ｔ、、ＲＸは第２図に示すようにステップ・アライメン
トマーク領域ＳＡよりも十分に長く、かつ光電顕微鏡の
検出部としてのスリットＳＳもマークＲＹ、ＲＴ。

ＲＸの像とほぼ同じ長さに定められているため、マーク
領域ＳＡが存在することにより、マークＲＹ、ＲＴ、Ｒ
Ｘが検出できなくなることはない。

次に、アライメント光学系のレチクルＲのパターン面（
裏面）に対する精密な合焦動作を行なう（ステップ１０
４）。この合焦動作の際、スリット板３は開口部３ｂが
選ばれるように切り換えてもよい。ただしこの合焦動作
のときは、特にウェハＷとのアライメントを行なう訳で
はないので、開口部３ａを選択したままでもよい。それ
は開口部３ａによる照明光がマーク領域ＳＡも同時に照
明するからである。この合焦動作は、レチクルＲのマー
ク領域ＳＡ内に形成されたパターンＦＣを撮像装置２４
で観察し、ぞのコントラストが最大となるように、第１
図に示した焦点板２０とリレーレンズ２１とを移動させ
ることによって行なわれる。このようなパターンＦＣを
用いた合焦動作の一例は、例えば特開昭６０−１０１５
４．０号公報に詳細に開示されている。

次に基準マーク板ＦＭの表面を投影レンズＬ。

の結像面と精密に一致させるＦＭ合焦動作を行なう　（
ステップ１０５）。このため基準マーク板ＦＭの表面に
はレチクルＲ−，１−のパターンＦＣと同様のパターン
が形成されていて、そのパターンがマーク領域ＳＡ内の
光透過部を介して撮像装置２４によって観察されるよう
にステージＳＴの位置決めが行なわれる。そしてコント
ラストが最大となるように、ステージＳＴの」部下位置
（光軸ＡＸに沿った位置）を調整する。このステップ１
０５のＦＭ合焦動作ば、特開昭６０−１０１．５４０号
公報に開示されているように、ウェハへの露光動作中に
働く別の焦点検出系（斜入射光式又はエアマイクロメー
タ式）のキャリブレーション時に必要な動作である。

次に装置に対して位置決めされたレチクルＲの回転誤差
をより精密に検出する（ステップ１０６）。このための
方法はいくつか！あるが、以下にそのうちの２つの方法
を説明する。第１の方法は、レチクルアライメント光学
系を本来の使用方法通りに使うものであり、第２の方法
はステップ・アライメント光学系と基準マーク板ＦＭを
使うものである。第１の方法については、レチクルアラ
イメントマークＲＹ、ＲＴを検出するアライメント光学
系の光電検出器１６からの光電信号を同期検波した検波
信号（所謂Ｓカーブ信号）が零点からどれぐらいずれて
いるかを検出すればよい。レチクルアライメント時には
、その検波信号が零点になるようにレチクルＲが微動さ
れ、零点になった時点でレチクルＲを載置するレチクル
・ステージをコラムに真空吸着する。この吸着時に、わ
ずかにレチクルＲが動いてしまうこともある。レチクル
ＲがＸ方向、又はＸ方向にのみ平行に動いてしま・うな
らば、ウェハＷへのステップ・アンド・リピート方式に
よる焼き付けの際、ステージＳＴのステッピング位置を
Ｘ、又はＸ方向に補正するだけでよい。ところがレチク
ルＲに微小な回転誤差（ローテーション・エラー）が生
じると、ウェハＷ上に焼き付けられた各ショットが全て
回転してしまうといった問題が生じる。そこで本実施例
のようにレチクルＲのローテーションをチェックするわ
けである。

またローテーション・チェックの第２の方法としては、
まず基準マーク板ＦＭ上のＸ方向に伸びた基準マークＦ
Ｍｙが、第６図に示したようにステップ・マークＳＹａ
、ＳＹｂに挾み込まれるようにステージＳＴを位置決め
する。そして撮像装置２４からの画像信号に基づいて、
ステップ・マークＳＹａとｓｙｂとの中心（線１３）と
基準マークＦＭｙのＸ方向の中心とのＸ方向のずれ量Δ
ｙ。

を検出する。そして次にステージＳＴのｙ座標を保った
まま、レチクルアライメントマークＲＴの内部に存在す
るステップ・マークＳＴａ、ＳＴｂに、基準マークＦＭ
ｙが挾み込まれるように、ステージＳＴをＸ方向に位置
決めする。その状態で、同様に撮像装置２４からの画像
信号に基づいて、ステップ・マークＳＴａとＳＴ、ｂの
中心（線Ｉ２３）と基準マークＦＭｙのＸ方向の中心と
のＸ方向におけるずれ量Δｙ２を検出する。このずれ量
Δｙ２が先に検出したずれ量Δｙ、と同じ値で、同じ方
向であれば、レチクル・ローテーション・エラーはない
ことになるが、Δｙ、とΔｙ２に差があれば、その差分
がローテーション・エラーに相当する。

上記第１の方法、又は第２の方法によってローテーショ
ンチェックを行ない、許容範囲以上の誤差がある場合は
、レチクルアライメント光学系の平行出しを補正する（
ステップ１０７）。このステップ１０７では先のステッ
プ１０１と同じようにレチクルＲをＸ方向とＸ方向に少
しずらし、基準マークＦ　Ｍ　ｙ　ヲ用いて、プレーン
・パラレルＨをローテーション・エラーがなくなるよう
に回転させる。尚、プレーン・パラレルＨを補正する代
りに、マークＲＴを検出するレチクルアライメント光学
系からのＳカーブ信号にオフセット電圧を加えてもよい
。

こうして補正されたレチクルアライメント光学系に対し
て、再度レチクルＲをアライメントする（ステップ１０
８）。そして」−記ステップ１０６．１０７．１０８を
所定回数（例えば３回）繰り返す。

ステップ１０６のローテーションチェックの結果、エラ
ーが許容範囲内であれば、次に装置のベースライン測定
を行なう（ステップ１０９）。この測定は第１図、第４
図の構成上には示していないが、投影レンズＩ、。を介
してウェハＷ上のアライメントマークを検出するための
レーザ・スポット光の照射位置と、各アライメント光学
系の検出中心位置とのＸ又はＸ方向の間隔を基準マーク
板ＦＭを用いて計測するものである。

次に、オフ・アクシス方式のウェハグローバル・アライ
メント光学系（不図示）が設けられている場合は、各ウ
ェハ・アライメント光学系の初期設定を基準マーク板Ｆ
Ｍを用いて行なう　（ステップ１１０）。このとき、ウ
ェハ・アライメント光学系の検出中心位置と、第１図に
示したアライメント光学系の検出中心位置とのＸ、又は
Ｘ方向の間隔（ベースライン測定値）も計測される。

次に計測された各種ベースライン測定値に基づいて、ス
テージＳＴをステッピングさせて、ウェハＷ上にレチク
ルＲのパターン領域ＰＡの投影像を順次露光する（ステ
ップ１１１）。この露光がウェハＷへの重ね合わせ露光
の場合は、１シヨツト毎、又は特定のショットについて
、ウェハＷ上の重ね合わせ露光領域に設けられたアライ
メントマークとレチクルＲ上のステップ・マークとをア
ライメント（ステップ・アライメント）することがある
。その様子を第７回に示す。第７図において、ＣＰはパ
ターン領域ＰＡの投影像が重ね合わされる露光領域であ
り、その周辺に隣接して、ステップ・アライメント用の
マークＷＳｘ、ＷＳｙが設けられている。マークＷＳｘ
は露光領域ＣＰの中心をｘｙ座票系の原点としたとき、
ｙ軸」二にＸ方向に伸びた線状マークであり、マークＷ
ＳｙはＸ軸上にＸ方向に伸びた線状マークである。とこ
ろで、第４図に示したように、アライメント光学系の反
射鏡１０はパターン領域ＰＡを遮光しないように配置さ
れているため、ステップ・アライメントマーク領域ＳＡ
の各投影像ＳＡｘ’　、ＳＡｙｏは第７図のように、露
光すべき位置ではずれている。露光領域ｃｐの中心（ｘ
ｙ座票系の原点）が光軸ＡＸと一致した露光位置におい
て、露光領域ｃｐの中心から投影像Ｓ　Ａ　ｘ　’　、
Ｓ　Ａ、　ｙ　’　までの各距離ばｙ’　、ｘ’　とし
て一定のものである。

そこでステップ・アライメントする際は、投影像ＳＡＸ
’　とマークＷＳｘとが重なり合うように、ウェハＷを
Ｘ方向に一定距離だけずらし、そこでオプチカルファイ
バー１からの照明光の照射を行ない、ステップ・アライ
メントマークＳＸａ、、ＳｘｂとマークＷＳｘとの挾み
込み状態を検出し、Ｘ方向の位置ずれを撮像装置２４か
らの画像信号に基づいて求める。その後、投影像ＳＡｘ
’　を形成するオプチカルファイバー１の照射を中断し
、２日 次に投影像ＳＡｙ“　とマークｗｓｙとが重なり合うよ
うにウェハを一定距離だけ動かし、同様にステップ・マ
ークＳＹａ、ＳＹｂとマークｗｓｙとのＸ方向の位置ず
れを求める。尚、このステップ・アライメントの際は、
視野絞り３の開口部３ｂが選択されている。

こうして、Ｘ方向とＸ方向とのずれ量が求まったら、そ
のずれ量が補正されるようにステージＳＴを位置決めし
て、露光を行なう。

上記シーケンス中のステップ１０６において、許容範囲
内であるが、レチクル・ローテーション誤差が残留した
場合、その残留ローテーション量、ステップ・アライメ
ントマーク５ＹａＸＳＹｂの中心のＸ方向の座標値、お
よびレチクルアライメントマークＲＸとともに設けられ
たステッ、ブ・アライメントマークＳＸａ、ＳＸｂ　（
不図示）の中心のＸ方向の座標値とに基づいて、計算に
よってレチクルＲの中心ＲＣの投影点の座標値が算出で
きるので、その中心ＲＣの投影点位置をベースライン測
定値の原点（レチクル側座標値）としてもよい。

さて、第８図はステップ・アライメントマークの目合わ
せとしての利用方法を示し、この場合ウェハＷ上には目
合わせ用の線状のマークＭＳｙが形成されている。この
マークＭＳＹの幅は、撮像装置２４で観察したとき、ス
テップマークＳＹａ、ＳＹｂにぴったり挾み込まれるよ
うな寸法に定められる。そして目合わせの際は、ステッ
プマークＳＹａ、ＳＹｂの階段状の部分に着目して、こ
の部分の挾み込み状態を観察すればよい。

第９図は本発明によるレチクルＲ上の各マークの変形例
を示す平面図である。第９図（Ａ）はステップ・アライ
メントマークＳＹａ、、ＳＹｂのみを、レチクルアライ
メントマークＲＹの中央部分に設けたものであり、第３
図に示したように枠ＦＬ１パターンＦＣ等を省略したも
のである。第１図に示したような視野絞り３の開口部３
ａの製造精度や切り替え時の設定精度が良好であれば、
第３図のような枠ＦＬは不要である。第９図（Ｂ）はス
テップ・アライメントマークを矩形の枠とし、その内側
の４辺のエツジＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４をアライメント
に使うものである。そして、ウェハ上には、矩形の枠内
におさまる矩形状のマークＷＳを形成しておき、第９図
（Ｂ）に示すようにアライメントする。この場合、エツ
ジＥ３、Ｅ４と平行なマークＷＳのエツジの間隔を検出
することによって前述の各実施例と同様のアライメント
動作が出来るとともに、エツジＥ＋、Ｅｚに平行なマー
クＷＳのエツジの間隔を検出することによって、中心線
１３に沿った方向のレチクルＲとウェハＷとの位置ずれ
が求まる。そして投影レンズＬ、の光軸ＡＸを挾んだ反
対側のステップ・アライメントマークについて同様に中
心線１３方向の位置ずれを求めると、それら２つの位置
ずれからウェハの伸縮を含んだ投影倍率誤差が求められ
る。

第９図（Ｃ）は第３図に示したステップ・マークの枠５
０のうち、中心線ｊ２．と平行な２辺を成す部分を中心
線１３と直交する方向に左右に延長して遮光部Ｌ　Ｓと
したものである。

このように遮光部Ｌ　Ｓを設けると、この遮光部■、Ｓ
自体がレチクルアライメントマークＲＹの存在を表わす
目安すとなり得る。

さて、第９図（Ｄ）は、ステップ・アライメントマーク
領域ＳＡの周囲に、かなり大きな範囲で遮光部ＬＳを形
成し、ウェハで反射して投影レンズＬｏに逆入射してき
た照明光の一部が、レチクルＲの内部で多重反射して迷
光となるのを防止するためのマーク形状を示す平面図で
ある。第４図にも示したように、投影レンズＬ。がレチ
クル側で非テレセンドリンク系である場合、レチクル上
の各マーク領域をＩｌｌ明する光束の主光線は、レチク
ルＲのパターン面に対して垂直ではないため、ウェハで
反射してレチクルＲのパターン面に戻ってくる光束の主
光線も、同様にパターン面に対して傾いている。このた
め、戻り光がレチクルＲの透明部分、特にステップアラ
イメントマークＳＹａ、ｓｙｂが形成された窓部を通る
とき、そこでレチクルＲのガラス面の上下面で多重反射
してからステップ・アライメント光学系に入射すること
になる。この多重反射による光は、特にウェハ上のステ
ップ・マークＷＳｙ、、ＷＳｘの、撮像装置２４による
観察像の像質を悪化させる。

そこで、ステップ・アライメントマークＳＹａ。

ＳＹｂの形成される窓部をマーク検出に支障ない程度に
小さく　（例えば１５ＱＸ１５０μｍ角程度）するとと
もに、そのまわりのかなり大きな範囲を遮光部ＬＳでお
おうことにする。この遮光部Ｉ。

Ｓは特にレチクルＲの中心ＲＣの方に大きくはり出し、
レチクルＲ上で一辺が７００〜８００μｍ程度の矩形に
定められている。尚、遮光部ｔ、　Ｓとしては低反射ク
ロム等が望ましい。

以上、本発明の各実施例においては、レチクルアライメ
ントマークの中心（線β、）とステップ・アライメント
マークの中心とを一致させるようにしたが、これは第１
図に示したアライメント光学系の反射鏡１０や対物レン
ズ９が固定されているため、対物レンズ９の光軸ＡＬ（
第４図参照）がともにレチクルアライメントマークの中
心とステップアライメントマークの中心を通るようにす
るための必要条件だからである。ただし、対物レンズ９
はレチクルアライメントマーク領域ＭＡの全域を観察可
能であるから、ステップ・アライメントマーク領域ＳＡ
はマーク領域ＭＡ内のどこに配置してもよい訳であるが
、それだけ対物レンズ９のディストーション等の影響を
受けることにもなる。またステップ・アライメントマー
クとレチクルアライメントマークの両中心を一致させる
ことによって、アライメント時に用いるマーク位置等の
レチクル情報が一元化され、装置が記憶すべき情報が少
なくて済むといった利点もある。

（発明の効果） 以上、本発明によればレチクルアライメント用のマーク
とステップ・アライメント用のマークとの各形成領域を
共有にしたので、レチクル上の多数の位置又は理想的な
位置にマークを配置でき、レチクルアライメントやステ
ップ・アライメントの精度を向」ニさせることができる
。またレチクルアライメントマークとステップ・アライ
メントマークとが単一の対物光学系を介して観察又は検
出できるので従来のように複数の光学系間の配置誤差や
ドリフト等の影響を受けず、ベースライン測定値等の精
度も向上するといへ効果が得られる。

さらに実施例によればアライメント光学系は装置に固定
されたままで、ステップアライメントを行なうので、ア
ライメント光学系の一部を可動にした従来装置のように
、可動部から発生するチリやゴミが皆無になるといった
利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置のア
ライメント光学系の配置を示す斜視図、第２図はレチク
ル上のレチクルアライメントマークとその領域を示す平
面図、第３図はステップ・アライメントマークとその領
域を示す平面図、第４図は第１図に示したアライメント
光学系の光軸と主光線との関係を示す平面図、第５図は
、アライメント動作の概要を示すフローチャート図、第
６図はステップ・アライメントによる基準マークの検出
の様子を示すマーク配置図、第７図はウェハとの重ね合
わせ露光時のステップ・アライメントの様子を示す図、
第８図は目合わせによるステツブ・アライメントの様子
を示すマーク配置図、第９図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）はアライメントマークの他の実施例を示す平面図
、第１０図は従来のアライメンＩ・光学系を有する投影
型露光装置の概略的な構成を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １−・−オプチカルファイバー、 ３−　照明用の視野絞り、　９−　対物レンズ１０−　
反射鏡、　　　　１２−０−半透過鏡１３−・振動鏡、
　　　　１５−　スリン１−板１６−一一一光電検出器
、 ■４３、Ｌ２、Ｌ３、■、４−　リレーレンズｐ、　　
−視野合成プリズム ２〇　−焦点板　、　　　２４−　撮像装置Ｌ　ｏ　’
−−−−投影レンズ、　　　Ｒ−レチクルＲＹ、ＲＴ、
ＲＸ　−レチクルアライメントマークＭ／ｌ−一−−レ
チク月ハアライメントマーク領域Ｓ　Ａ　−ステップ・
アライメントマーク領域５ＹａＸＳＹｂ　　−ステップ
・アライメントマーク第２図 ＯＡＡ 第９図（０）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォトリソグラフィ用の露光装置に位置合わせす
   るためのマスク・アライメントマークが形成される第１
   領域と、前記露光装置によって露光される基板上に形成
   されたアライメントマークと同時に検出し得るステップ
   ・アライメントマークが形成される第２領域とを有する
   マスクであって、前記第１領域内の所定位置に前記第２
   領域を設けたことを特徴とするマスク。
2. （２）フォトリソグラフィ用の露光装置に位置合わせす
   るためのマスク・アライメントマークが形成された第１
   領域と、前記露光装置によって露光される基板上に設け
   られたアライメントマークと同時に検出し得るステップ
   ・アライメントマークが形成された第２領域を前記第１
   領域内の所定位置に設けたマスクを用いて、該マスクと
   前記基板とを相対的に位置合わせする露光装置であって
   、前記マスク・アライメントマークとステップ・アライ
   メントマークとを共通に観察する対物光学系と； 該対物光学系を介して前記マスク・アライメントマーク
   の像を光電検出するための第１の検出光学系と； 前記対物光学系を介して前記ステップ・アライメントマ
   ークの像を光電検出するための第２の検出光学系と； 前記ステップ・アライメントマークの検出時に、前記対
   物光学系を介して前記第２領域のみを照明し得る照明光
   学系とを備えたことを特徴とする露光装置。