(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体上のパターンを第２物体上のパターンに位置合わせして露光転写する露光装置において、
前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測する計測系と、
第１の露光工程における前記計測系による計測結果に基づいて得られた前記複数のノッチマークの位置に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記第１の露光工程より後の第２の露光工程における前記計測系による計測結果と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて、前記第２の露光工程における前記第２物体上のパターンの位置を決定する決定手段と
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記ノッチマークは、前記第２物体の外周部に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、前記第１の露光工程における前記第２物体の縦横倍率を記憶することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記決定手段は、前記第２物体上のパターン全体に関する倍率、直交性、回転、シフト成分、ならびにパターン毎の倍率および回転のうち少なくとも１つを求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶された情報は、前記第１の露光工程における複数の前記第２物体に関する前記計測系による計測結果に基づいて得られたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記計測系は、前記ノッチマークの下部の形状を選択的に検出する検出系を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記検出系の光学的深度が前記第２物体の厚みより小さいことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記検出系がコンフォーカル検出系であることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項９】
前記計測系は、前記第１物体上のパターンを前記第２物体上のパターンに投影するための投影光学系を介して前記ノッチマークを検出する検出系を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記計測系は、前記第１物体上のパターンを前記第２物体上のパターンに投影するための投影光学系および前記第１物体を介して前記ノッチマークを検出する検出系を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記計測系は、前記第１物体上のパターンを前記第２物体上のパターンに投影するための投影光学系を介さず前記投影光学系とは異なる光学系を介して前記ノッチマークを検出する検出系を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記計測系は、前記第１物体上のパターンを前記第２物体上のパターンに投影するための投影光学系および前記第１物体を介してマークを検出する第１の検出系と、前記投影光学系を介さず前記投影光学系とは異なる光学系を介して前記ノッチマークを検出する第２の検出系とを含み、前記第１および第２の検出系による検出値の間のオフセットを求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１３】
第１物体上のパターンを第２物体上のパターンに位置合わせして露光転写する露光装置に用いられる位置合わせ方法において、
第１の露光工程において、前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測し、該計測結果に基づいて得られた前記複数のノッチマークの位置に関する情報を記憶し、
前記第１の露光工程より後の第２の露光工程において、前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測し、該計測結果と前記記憶された情報とに基づいて、前記第２の露光工程における前記第２物体上のパターンの位置を決定する
ことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項１４】
前記第１の露光工程において、前記第２物体の縦横倍率を記憶することを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ方法。
【請求項１５】
前記第２の露光工程において、前記第２物体上のパターン全体に関する倍率、直交性、回転、シフト成分、ならびにパターン毎の倍率および回転のうち少なくとも１つを求めることを特徴とする請求項１３または１４に記載の位置合わせ方法。
【請求項１６】
前記第１の露光工程において、複数の前記第２物体に関する前記計測結果に基づいて得られた前記複数のノッチマークの位置に関する情報を記憶することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【請求項１７】
前前記第１および第２の露光工程における前記ノッチマークの位置の計測は、前記ノッチマークの下部の形状を選択的に検出することにより行うことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置合わせ方法及び露光装置に関するもので、特に半導体素子製造用のステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式の投影露光装置等に用いられる、第１物体であるレチクルに形成されているＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等に係るパターンと第２物体であるウエハーに形成されているパターンとの相対的位置合わせ（アライメント）を行なう際に好適な位置合わせ方法及び当該位置合わせ方法が適用された露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高密度化に伴い、半導体素子製造用の投影露光装置では、レチクル面上の回路パターンをウエハー面上にますます高い解像力で投影露光することが要求されている。露光装置の投影解像力を向上させる方法には露光光の波長を固定して投影光学系のＮＡを大きくする方法や、露光光の波長を、より短波長化する、例えばｇ線からｉ線、ｉ線からエキシマレーザの発振波長へ移行する等の方法がある。
【０００３】
一方、回路パターンの微細化に伴い、レチクル上に形成されている電子回路パターンとウエハー上のパターンを高精度にアライメントすることが要求されている。レチクルとウエハーの位置合わせはウエハー面上に塗布されたレジストを感光させる露光光を使用する場合と、レジストを感光させない非露光光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザの発振波長である６３３ｎｍの波長を使用する場合がある。現在実用化されているアライメント波長は半導体プロセスに影響されにくいというメリットのため、非露光光がほとんどである。
【０００４】
本出願人も、非露光光を用いた位置合わせ装置を、特開昭６３−３２３０３号公報や、特開平２−１３０９０８号公報等で提案しており、実際に製品化されて効果が確認されている。この方法は非露光ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式と呼ばれているもので、レチクル上のパターンをウエハー上に転写投影する投影光学系を介してウエハー上のパターンを非露光光で観察する方式である。非露光光の波長で観察すると前記投影光学系には色収差が発生するが、該色収差はアライメント光学系で補正される。これに対し、投影光学系を介さず全く独立した光学系（Ｏｆｆａｘｉｓ顕微鏡）でウエハーを観察してアライメントするＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式と呼ばれる方法もある。
【０００５】
上記出願に見られるように、現在実際に使用されているアライメント方法のほとんどにはウエハー上のアライメントマークの光学像をＣＣＤカメラ等の撮像素子に結像し、該撮像素子から得られる電気信号を処理して、ウエハーの位置を検出するいわゆる画像処理法が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の本出願人になる画像処理を利用した非露光ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式はｉ線を露光光とするｉ線ステッパには使用されているが、エキシマレーザを露光光源とした投影露光装置、所謂エキシマステッパには採用されていない。この理由はエキシマステッパの場合、投影光学系での非露光の波長での収差、例えば波長６３３ｎｍにおける色収差が非常に大きいためである。エキシマステッパにおいて画像処理を前提にした位置合わせ方式を非露光ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式で開口数（ＮＡ）０．２以上で構成しようとすると、アライメントのための補正光学系が投影光学系と同じくらいの大きさとなり、装置化する上でほとんど可能性がない。
【０００７】
また、たとえその大きさで構成できたとしても、ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ補正光学系と投影光学系との相対関係を表わすベースラインの変動要因となる各光学系の敏感度が高くなる。このためベースラインの安定性が特徴であるはずの非露光光ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式が、Ｎｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式と同じ欠点をもつことになってしまう。勿論、ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式固有のウエハーを駆動するステージの駆動ストロークや精度の点で有利な点はあるものの、装置の大きさ等の点でＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式のほうが構成面で有利となってしまう。
【０００８】
このためエキシマステッパにおいては前述の非露光光ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式の代わりに、投影光学系に影響されない非露光光のＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式を採用しているところが殆どである。非露光光のＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ方式ではＯｆｆａｘｉｓ顕微鏡と投影光学系との距離、いわゆるベースラインの時間的変動が精度悪化の主要因となる。このため、熱に影響されにくい部材を使用したり、頻繁にベースライン補正を行なう等のことが高精度化に必要とされる。
【０００９】
また、現在はウエハープロセスにより形成されたアライメントマークを用いた検出が行なわれているが、この場合プロセスによってアライメントマークの形状が異なるため、画像処理しずらい段差構造となる場合がありうる。例えばＣＭＰ工程等の平坦化プロセスでは、アライメント信号が低下して、検出精度の悪化や検出率の低下が問題となっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置合わせ方法及び露光装置は上記問題点を解決する方法としてウエハー周辺部に予め複数のノッチマークを形成し、該ノッチマークを基準マークとして使用し、該ノッチマークの位置を投影光学系とレチクルを介して検出するＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光スコープ等の高精度検出系により検出することを特徴とする。具体的には、本発明の露光装置は、第１物体上のパターンを第２物体上のパターンに位置合わせして露光転写する露光装置において、前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測する計測系と、
第１の露光工程における前記計測系による計測結果に基づいて得られた前記複数のノッチマークの位置に関する情報を記憶する記憶手段と、前記第１の露光工程より後の第２の露光工程における前記計測系による計測結果と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて、前記第２の露光工程における前記第２物体上のパターンの位置を決定する決定手段とを有することを特徴としている。又、本発明の位置合わせ方法は、第１物体上のパターンを第２物体上のパターンに位置合わせして露光転写する露光装置に用いられる位置合せ方法おいて、第１の露光工程において、前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測し、該計測結果に基づいて得られた前記複数のノッチマークの位置に関する情報を記憶し、前記第１の露光工程より後の第２の露光工程において、前記第２物体に予め形成された複数のノッチマークの位置を計測し、該計測結果と前記記憶された情報とに基づいて、前記第２の露光工程における前記第２物体上のパターンの位置を決定することを特徴としている。
【００１１】
一般にウエハーには外形を検出するために図８（Ａ）に示すオリエンテーションフラット１ａや図８（Ｂ）に示すノッチ１ｂ等のマークが形成され、該マークの位置を検出してウエハーの回転方向及び外形中心を求めていた。図９は該マーク検出の一例を示すもので、同図は回転ステージＲＳによりウエハー１を回転させ、ウエハの周辺部に配置された発光ダイオードＬＥＤからの光Ｌ１をラインセンサーＬＳで受光する方式である。ラインセンサーＬＳからの出力変動をモニターすることによりオリエンテーションフラットやノッチの位置を検出している。図９に示す構成での位置検出精度は数十ミクロンオーダーである。図９の構成ではサブミクロンオーダーの検出を望むことは難しい。
【００１２】
本発明では２次元的な位置検出を行なうためにウエハー周辺にノッチマークを複数個配置し、該複数個配置したノッチマークに対し専用の検出系を設け、これにより検出率及び検出精度の問題を解決することを特徴としている。複数個のノッチマークはウエハー固有に配置されたマークであるため、露光装置側でノッチの位置を正確に検出すれば、ウエハー上のパターンはノッチマークに従って自動的に決定される。この方法は殆どのプロセスに対し安定で、高精度な位置合わせをすることが可能である。
【００１３】
更に本発明の検討過程でノッチ自身の形状がプロセスの影響で変形し、検出の際にシフト成分のオフセットが発生する場合がまれに存在することが判明した。本発明のもう一つの目的はプロセスの影響を受けないノッチ計測を可能とする位置合わせ方法及び位置合わせ装置を提供することにある。発明者の見い出したところによればノッチマークの変形は上部だけで、下部は変形を受けにくい。そのため本発明ではノッチマークの下部のみを上部面に影響されないような検出条件を持つ検出系で検出することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ノッチマークを高精度に検出するための検出系の構成には
▲１▼ＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系
▲２▼Ｎｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系
▲３▼ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系
などがある。構成▲３▼のＴＴＬ＋Ｏｆｆａｘｉｓ検出系は投影光学系を介する（これを「ＴＴＬ」と定義する。）が、レチクルを介するのを以下「ＴＴＲ」と定義するとレチクルは介さない（ＴＴＲではない）検出系である。
【００１５】
図１は本発明で用いる位置検出の対象となるウエハー１に予め複数のノッチマーク２、３、４が形成されている状態、図２は該ノッチマークを検出する位置合わせ装置の実施形態１の要部概略図である。位置合わせ装置は半導体素子製造用の露光装置の一構成要素として機能する。ノッチマークは基準マークとしての役割を果たし、２次元的な位置合わせを行なうために複数個配置されている。
【００１６】
図２はウエハー上の複数のノッチマーク２、３、４を投影光学系を介し（ＴＴＬ）しかもレチクルＲを介する（ＴＴＲ）方式で検出する所謂ＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系である。レチクルを透過し（ＴＴＲ）、かつ投影光学系を介して（ＴＴＬ）露光光で検出を行なう検出系では、例えばｉ線ステッパーなら超高圧Ｈｇランプを光源としたｉ線（３６５ｎｍ）、エキシマステッパーにおいてはエキシマレーザー発振波長（２４８ｎｍあるいは１９３ｎｍ）が使用される。
【００１７】
図２はエキシマステッパーの例で、露光光であるエキシマレーザ５からの発振光（パルス光）６はファイバー７で導光され、位置合わせ顕微鏡であるアライメントスコープＡＳの照明系８に入射してリレーレンズ１０、対物レンズ１１を透過し、レチクル１２を照明する。レチクル１２を透過した光は投影光学系１３を透過し、ウエハー１上のノッチマーク２を照明する。
【００１８】
照明されたノッチマーク２の像１４は今度は照明時とは逆に投影光学系１３、レチクル１２、対物レンズ１１、リレーレンズ１０を透過し、エレクター１５で正立正像となって、ＣＣＤカメラ１６上に結像する。像１４はＣＣＤカメラ１６で光電変換され、高速画像処理電子回路を含むコンピュータ５１に取り込まれて画像処理され、ノッチマーク２の位置が検出される。本実施例では、アライメントスコープＡＳとコンピューター５１はノッチマーク２を計測する計測系を構成している。
【００１９】
ノッチマーク２の位置を検出すると、レーザ干渉計２６で制御されるＸＹステージ１８はノッチマーク３が検出可能な位置までウェハー１を移動する。ノッチマーク３の検出が終了すると、ＸＹステージ１８はウェハー１をノッチマーク４が検出可能な位置まで移動する。このようにして複数個のノッチマークの位置を検出している。
【００２０】
レチクル１２上には図３に示すレチクルマーク１９が配置されていて、ノッチマーク２、３、４とレチクルマーク１９との相対位置が検出される。図４はノッチマーク２の検出時の画像、図５、６はそれぞれノッチマーク３、４を検出時の画像を示すものである。
【００２１】
図２において２０は照明系で、回路パターンが形成されているレチクル１２を露光光で照明する。投影光学系１３はレチクル１２面上の回路パターンをウエハー１の面上に、例えば１／５倍に縮小投影する作用をもっている。
【００２２】
ウエハー１はウエハーチャック２１上に置かれる。ウエハーチャック２１は駆動手段であるθ−Ｚステージ２２上に配置され、ウエハー１をチャック表面に吸着することで、各種振動に対しウエハー１の位置がずれないようにする。θ−Ｚステージ２２はチルトステージ２３の上に構成され、ウエハー１をフォーカス方向である投影光学系の光軸方向に上下動させる役目を持つ。
【００２３】
チルトステージ２３はレーザ干渉計２６で制御するＸＹステージ１８上に構成され、ウエハー１の反りを投影光学系１３の像面に対して最小となるように補正する。またチルトステージ２３独自でフォーカス方向に駆動することも可能である。チルトステージ２３上に構成したバーミラー２５はレーザー干渉計２６によりＸＹステージ１８の駆動量をモニターしている。レーザー干渉計２６は回線を通じてコンピュータ５１に駆動量に関する計測値を転送する。
【００２４】
図２に示したフォーカス計測の投光系２９、検出系３０はフォーカスだけでなく、ウエハーの面の傾きも検出し、該検出結果を用いてチルトステージ２３でその量を補正する。ウエハー１の面のフォーカス計測値は、検出系３０から回線を通じ、コンピュータ５１に転送される。
【００２５】
ノッチマーク検出のシーケンスは半導体素子作成工程の初め、いわゆるファーストマスク時に先ず行なわれる。この時に計測した各ウエハーの縦横倍率は各ウエハー毎の固有の値としてコンピューター５１内の記憶手段に記憶される。続く２番目以降の工程においても前述のノッチマーク検出のシーケンスが行なわれる。ノッチ検出時の値は各ウエハー固有の値として記憶されているので、各ウエハの変形が各工程に対してトレースできる。この時のシフト成分はノッチマーク２、３、４の平均値を使用する。また縦横倍率は前述のファーストマスク時に計測した縦横倍率からの差分を工程間での倍率変化としてウエハー露光時のＸＹステージ１８またはレチクルステージの駆動量と投影光学系１３の縮小倍率に反映させて補正し逐次露光を行なっていく。
【００２６】
ノッチマークの計測ではコンピューター５１内の決定手段によってＸ、Ｙシフト成分だけでなく、ウエハー全体における倍率、直交性、回転、ショットに関する倍率、回転がノッチマーク基準に求められる。この時、各ウエハー毎のプロセス倍率等のパラメータが安定して一定の値であれば、ウエハー毎にファーストマスク時の計測値を覚えておかなくても、最初の数枚でパラメータを決定し、残りのウエハーは露光時に該決定値を反映して露光することも可能である。
【００２７】
ＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光検出では直接レチクルとノッチマークを計測しレチクルとウエハーの相対位置を検出できるので、Ｏｆｆａｘｉｓ顕微鏡を用いた検出における投影光学系と顕微鏡とのベースラインの変動を考慮しなくてよいというＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光検出系の長所を生かすことができる。ＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光検出はＯｆｆａｘｉｓ顕微鏡を用いる場合のように、熱的に影響されにくい部材を使用したり、頻繁にベースライン補正を行なうことが不必要となり、装置コストの低下とスループットの向上が達成可能となる。また、ノッチマークを検出するので、ＣＭＰ等の半導体プロセスの影響を受けないため、複雑な最適化が不要で、ＣＯＯが向上できる。
また構成▲２▼のＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系、構成▲３▼のＴＴＬ＋Ｏｆｆａｘｉｓ検出系についても同様な構成が可能である。
【００２８】
しかしながら前述の様に、ノッチ自身の形状もプロセスの影響で変形し、検出の際にシフト成分のオフセットが発生する場合がまれに存在することが判明した。プロセスの影響を受けないノッチ計測を可能とするため、ノッチマークの変形がマークの上部だけで、下部は変形を受けにくいという発明者の見い出した事実を利用している。そのため本発明ではノッチマークの下部のみを上部面に影響されないように検出することを特徴としている。またウエハーに刻まれたノッチマークは上部即ち表面側の面積が、下部即ち裏面の面積より小さくなるように刻まれている。
【００２９】
図７は本発明の位置合わせの原理を示す説明図である。ウエハー１の断面は上部（表面）６２と下部（裏面）６３の関係が、上部の面積が少なく下部の面積が大きいテーパーのついた形になっている。ウエハー１は従って端面６４がウエハーチャック２１に対して垂直でなく傾いた形となり、上部から観察したとき下面が必ず観察可能となっている。
【００３０】
６５はノッチマーク下部を検出する検出系で、上部面６２と下部面６３が同時に観察できないような光学的深度を持つ構成となっている。具体的には光学的深度のレンジを表わす４λＦｅ∧２の値をウエハー厚ｄの１／１０以下の値となるような値に設定する方法や、コンフォーカル顕微鏡で構成する等の方法があげられる。
【００３１】
以下便宜上、ウエハー１の下部面６３を上部面６２と分離して検出する方法を分離検出、該検出を行なう検出系を分離検出系と呼ぶことにする。
【００３２】
前述したようにプロセスの影響により変形するのはノッチマークの上部面６２だけなので、ノッチマークの下部面のみを上部面から分離して検出できれば、プロセスの影響から独立した、即ちＣＭＰ等の半導体形成プロセスの影響を受けない検出系が構築できる、更にこの系ではノッチマークといういつも一定のマークを観察できるため、複雑な最適化が不要で、ＣＯＯ向上と、安定し、高精度なアライメントが可能となる。
【００３３】
ノッチマークを高精度に分離検出するための検出系の構成にも
▲４▼ＴＴＬ＋ＴＴＲ分離検出系
▲５▼Ｎｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ分離検出系
▲６▼ＴＴＬ＋Ｏｆｆａｘｉｓ分離検出系
などがある。構成▲６▼のＴＴＬ＋Ｏｆｆａｘｉｓ分離検出系は投影光学系を介する（ＴＴＬ）が、レチクルは介さない（ＴＴＲではない）検出系である。
【００３４】
構成▲４▼のＴＴＬ＋ＴＴＲ分離検出系を位置合わせ装置に適用した構成は基本的には図２の構成と同じである。ウエハーの位置検出はウエハー周辺部分に形成された複数のノッチマークの位置をＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光スコープにより検出する。図２の光学系の作用については既に説明したが、ウエハー検出系の波長λと検出系のＮＡを前述の様に分離検出可能な値とすることが構成▲４▼の条件となる。別の構成としてコンフォーカルな検出系としても良い。
【００３５】
本実施形態では３個以上のノッチマークの下部と、直接レチクルを計測しレチクルとウエハーの相対位置を検出できるので、Ｏｆｆａｘｉｓ顕微鏡を用いた検出における投影光学系と顕微鏡とのベースラインの変動を考慮しなくてよいＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光検出系の長所を生かすことができる。
【００３６】
ＴＴＬ＋ＴＴＲ露光光検出はＯｆｆａｘｉｓ顕微鏡を用いる場合のように、熱的に影響されにくい部材を使用したり、頻繁にベースライン補正を行なうことが不必要となり、装置コストの低下とスループットの向上が達成可能となる。また、ノッチマークを検出するので、ＣＭＰ等の半導体プロセスの影響を受けないため、複雑な最適化が不要で、ＣＯＯの向上が可能である。
【００３７】
構成▲５▼のＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ分離検出系でも構成▲４▼と同様に検出系の波長λと検出ＮＡを前述の様に分離可能な値とすることや、コンフォーカル検出することでプロセスの影響を受けない検出系が達成される。
【００３８】
構成▲５▼の応用として、ベースラインの安定性を求めるため各ウエハーでベースライン変動を受けないような構成が必要となる。このため分離検出を行なうＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系と、ＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系と同じ光学条件の検出系の２種類を構成する。ＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系の方は必ずしも分離検出系である必要はない。この２種類の検出系で同じノッチマークを計測し、この時の計測値の差をオフセットとする。オフセット値の変動はベースラインの変動に対応する。次いでＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系でノッチマークを計測し、先程のオフセットを考慮して露光を行なう。
【００３９】
ここで同じ光学条件とは検出波長、ＮＡ、照明のσといった設計上の値だけでなく、調整状態の同一性も含んでいる。同じ光学条件にすることによりノッチマークがプロセスに影響されて変形したときにＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系で発生するオフセットの値と、ＴＴＬ＋ＴＴＲ検出系で発生するオフセットの値を同じ値とすることができる。
【００４０】
製造及び調整状態を定量的に把握するにはＴＩＳ（Ｔｏｏｌ  ＩｎｄｕｃｅｄＳｈｉｆｔ）という概念を使用するとよい。ＴＩＳの調整では計測するウエハーのパターン要因で発生するオフセット（Ｗａｆｅｒ  ＩｎｄｕｃｅｄＳｈｉｆｔ）と検出系要因で発生するオフセットＴＩＳとを分離する。分離するために計測するパターンの配置が０度である基準状態と、該パターンを１８０度回転、即ちウエハーを１８０度回転した２つの状態で計測を行なう。該計測結果からＴＩＳの値が決定され、ＴＩＳの値を小さくするように検出系を調整することができる。ＴＩＳによる調整方法を利用した提案は本出願人により特願平８−１１２０５９号で提案され、実用化されている。２つの検出系に互換性を持たせるためにはＴＩＳの値をある所定の小さな値以下に調整することが必須である。
【００４１】
構成▲６▼のＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ分離検出系は構成▲５▼のＮｏｎ−ＴＴＬ  Ｏｆｆａｘｉｓ検出系よりベースラインが安定し、アライメント波長が露光光である必要がないといった前述の２つの系の長所を持つ系である。ただし非露光光検出のＴＴＬのため投影光学系で発生する非露光光の収差を補正する必要があり、前述の２つの系より高ＮＡとすることが難しいので分離検出を行なうにはコンフォーカル系とすることが有効である。
【００４２】
以上▲４▼から▲６▼までの３つの検出系はそれぞれに特徴があるが、いずれもノッチマークの下部を分離検出することで、プロセスの影響を受けない安定した高精度アライメントを可能とする。
【００４３】
ノッチマークの構成は図１のようにマーク２、３、４の３個に限るものではなく、より多くして精度の向上を期待することもできる。ただし例えばノッチを４個構成にした場合などウエハーの回転方向の姿勢が一義的に決まらないことがある。その場合には本実施例で示したのとは別の検出系を設けて回転方向の姿勢を検出すればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位置合わせ方法及び露光装置によれば、安定した、高精度な位置合わせを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノッチマークを適用したウエハー
【図２】本発明の位置合わせ装置を搭載した露光装置の要部概略図
【図３】レチクルマークの説明図
【図４】ノッチマーク２の検出画像
【図５】ノッチマーク３の検出画像
【図６】ノッチマーク４の検出画像
【図７】ウエハーのノッチマークの下部を上部と分離検出する説明図
【図８】従来のウエハーに記されているマーク
【図９】ノッチマークを回転させて位置検出する従来の検出系、
【符号の説明】
１  ウエハー、
２、３  、４    ノッチマーク、
５  エキシマレーザ等の露光光源、
７  ファイバー、
８  アライメント照明光学系、
９  ビームスプリッタ、
１０  リレーレンズ、
１１  対物レンズ、
１２  レチクル、
１３  縮小投影光学系、
１４  ミラー、
１５  エレクター、
１６  ＣＣＤカメラ、
１７  ＣＣＤカメラ上に形成されたノッチマーク像、
１８  ＸＹステージ、
１９  レチクルマーク、
２０  照明光学系、
２１  ウエハーチャック、
２２  θ−Ｚステージ、
２３  チルトステージ、
２５  バーミラー、
２６  レーザー干渉計、
２９  フォーカス計測系（投光系）、
３０  フォーカス計測系（検出系）、
５１  コンピュータ、
６２  ウエハーのノッチマーク上部、
６３  ウエハーのノッチマーク下部、
６４  ウエハーの端面、
６５  分離検出系
【図１】
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【図２】
0003636571.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７】
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