(57)【要約】【課題】高いスループットで位置検出を行うことができ、且つ重ね合わせ測定用マークのうちの一方のマークを兼用することにより高精度な位置検出を行うことのできる位置検出用マーク。【解決手段】基板上に形成されて、第１方向（Ｘ方向）に沿った基板の位置および第１方向と直交する第２方向（Ｙ方向）に沿った基板の位置を検出するための位置検出用マーク。マークの中心（Ｏ）から第１方向に沿って第１距離（Ｄ１）だけ間隔を隔てて配置されて第１方向に周期性を有する第１パターン（ＷＭＸａ，ＷＭＸｂ）と、中心から第２方向に沿って第１距離と実質的に異なる第２距離（Ｄ２）だけ間隔を隔てて配置されて第２方向に周期性を有する第２パターン（ＷＭＹａ，ＷＭＹｂ）とを備えている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されて、第１方向に沿った前記基板の位置および前記第１方向と直交する第２方向に沿った前記基板の位置を検出するための位置検出用マークにおいて、
前記マークの中心から前記第１方向に沿って第１距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第１方向に周期性を有する第１パターンと、前記中心から前記第２方向に沿って前記第１距離と実質的に異なる第２距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第２方向に周期性を有する第２パターンとを備えていることを特徴とする位置検出用マーク。
【請求項２】
前記第１パターンのピッチおよび前記第２パターンのピッチは２μｍ〜１６μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出用マーク。
【請求項３】
前記第１パターンの前記第２方向に沿った長さ寸法および前記第２パターンの前記第１方向に沿った長さ寸法は１０μｍ〜７０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出用マーク。
【請求項４】
前記第１パターンを構成するライン部の前記第１方向に沿った幅寸法Ｗ１と前記第１パターンのピッチＰ１とにより規定されるデューティ比Ｗ１／Ｐ１、および前記第２パターンを構成するライン部の前記第２方向に沿った幅寸法Ｗ２と前記第２パターンのピッチＰ２とにより規定されるデューティ比Ｗ２／Ｐ２は５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出用マーク。
【請求項５】
前記第１パターンを構成するライン部の前記第１方向に沿った幅寸法および前記第２パターンを構成するライン部の前記第２方向に沿った幅寸法は１μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出用マーク。
【請求項６】
前記第１パターンを構成するライン部および前記第２パターンを構成するライン部のうちの少なくとも一方は、１μｍ以下の線幅を有する少なくとも２本のセグメントラインを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出用マーク。
【請求項７】
前記セグメントラインの線幅Ｗｓと前記セグメントラインのピッチＰｓとにより規定されるデューティ比Ｗｓ／Ｐｓは３０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の位置検出用マーク。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出用マークからの光を導く光学系と、前記位置検出用マークからの光を光電検出する光電検出器と、該光電検出器の出力信号に基づいて前記位置検出用マークの位置を検出する検出系とを備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出用マークからの光を光学系を介して導く工程と、前記光学系を介して導かれた前記位置検出用マークからの光を光電検出する工程と、前記光電検出の結果に基づいて前記位置検出用マークの位置を検出する工程とを含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１０】
所定の回路パターンを感光性基板上に形成する露光装置において、
前記感光性基板の位置を検出するための請求項８に記載の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
所定の回路パターンを感光性基板上に形成する露光方法において、
請求項８に記載の位置検出装置または請求項９に記載の位置検出方法を用いて前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出用マークと該位置検出用マークの中央スペースに形成された第２マークとからなる重ね合わせ測定用マークからの光を導く光学系と、前記重ね合わせ測定用マークからの光を光電検出する光電検出器とを備え、該光電検出器の出力信号に基づいて前記位置検出用マークと前記第２マークとの重ね合わせずれ量を測定することを特徴とする重ね合わせ測定装置。
【請求項１３】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出用マークの中央スペースに第２マークを形成する工程と、前記位置検出用マークと前記第２マークとからなる重ね合わせ測定用マークからの光を光学系を介して導く工程と、前記光学系を介して導かれた前記重ね合わせ測定用マークからの光を光電検出する工程と、前記光電検出の結果に基づいて前記位置検出用マークと前記第２マークとの重ね合わせずれ量を測定する工程とを含むことを特徴とする重ね合わせ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出用マーク、位置検出装置、位置検出方法、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程で用いる露光装置に搭載される位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、回路パターンをウェハ上に露光するための露光装置には、マスクのパターンと既に回路パターンの形成されているウェハの各露光領域との相対位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、高精度のアライメントが必要とされるようになってきている。
【０００３】
従来、この種のアライメント装置として、特開平４−６５６０３号公報、特開平４−２７３２４６号公報等に開示されているように、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。この撮像方式のアライメント装置の検出系は、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系の位置検出装置とも呼ばれている。ＦＩＡ系の位置検出装置では、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上のアライメントマーク（ウェハマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハマークの位置検出を行う。
【０００４】
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、ウェハマークは、チップ周辺のスクライブラインに形成される。従来、ウェハマークとして、ウェハのＸ方向に沿った位置を検出するためのＸ方向一次元マークと、ウェハのＹ方向に沿った位置を検出するためのＹ方向一次元マークとが独立的に形成されていた。ここで、Ｘ方向一次元マークはＸ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンであり、Ｙ方向一次元マークはＹ方向に沿って周期性を有するＬ／Ｓパターンである。
【０００５】
しかしながら、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２つの一次元マークにより位置検出用マークを構成する従来技術では、Ｘ方向一次元マークとＹ方向一次元マークとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができない。その結果、Ｘ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＸ方向に沿った位置を検出した後に、Ｙ方向一次元マークからの光を光電検出してウェハのＹ方向に沿った位置を検出する必要があり、位置検出のスループットが低かった。
【０００６】
そこで、たとえば特開平１０−１８９４４３号公報には、位置検出のスループットを向上させる（位置検出時間を短縮する）ための位置検出用マークとして、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークが提案されている。同公報に開示された二次元マークは、Ｙ方向に周期性を有する第１パターン（Ｍ１）と、この第１パターンのＸ方向に沿った両側近傍に配置されてＸ方向に周期性を有する第２パターン（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）とにより構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−６５６０３号公報
【特許文献２】
特開平４−２７３２４６号公報
【特許文献３】
特開平１０−１８９４４３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において、形成されたレジストパターンと下地パターンとの重ね合わせずれ量を測定する必要がある。このため、いわゆる重ね合わせ測定装置を用いて、下地パターンの形成に際して形成された第１マークと次回のレジストパターンの形成に際して形成された第２マークとにより構成された重ね合わせ測定用マークを光電検出し、第１マークと第２マークとの相対位置ずれ量に基づいて２つのパターンの重ね合わせずれ量を測定している。
【０００９】
一般に、レジストパターンと下地パターンとの間に発生する重ね合わせずれ量は、位置検出装置において発生する位置検出誤差に依存している。換言すれば、レジストパターンと下地パターンとの重ね合わせずれ量をオフセット量として、位置検出装置の検出結果を補正することにより高精度な位置検出が可能になる。しかしながら、従来技術では、位置検出用マークと重ね合わせ測定用マークの一部を構成する第１マークとが独立的に形成されているので、位置検出用マークと重ね合わせ測定用マークの第１マークとが異なることに起因する誤差が発生し易く、ひいては十分に高精度な位置検出を行うことができないという不都合があった。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、高いスループットで位置検出を行うことができ、且つ重ね合わせ測定用マークのうちの一方のマークを兼用することにより高精度な位置検出を行うことのできる位置検出用マークを提供することを目的とする。また、本発明の位置検出用マークを用いて、高いスループットで高精度な位置検出を行うことのできる位置検出装置および位置検出方法を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、本発明の高精度な位置検出装置および位置検出方法を用いて、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。また、本発明の位置検出用マークで重ね合わせ測定用マークのうちの一方のマークを兼用することにより、高精度な重ね合わせ測定を行うことのできる重ね合わせ測定装置および重ね合わせ測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、基板上に形成されて、第１方向に沿った前記基板の位置および前記第１方向と直交する第２方向に沿った前記基板の位置を検出するための位置検出用マークにおいて、
前記マークの中心から前記第１方向に沿って第１距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第１方向に周期性を有する第１パターンと、前記中心から前記第２方向に沿って前記第１距離と実質的に異なる第２距離だけ間隔を隔てて配置されて前記第２方向に周期性を有する第２パターンとを備えていることを特徴とする位置検出用マークを提供する。
【００１３】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１パターンのピッチおよび前記第２パターンのピッチは２μｍ〜１６μｍの範囲内である。また、前記第１パターンの前記第２方向に沿った長さ寸法および前記第２パターンの前記第１方向に沿った長さ寸法は１０μｍ〜７０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１４】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１パターンを構成するライン部の前記第１方向に沿った幅寸法Ｗ１と前記第１パターンのピッチＰ１とにより規定されるデューティ比Ｗ１／Ｐ１、および前記第２パターンを構成するライン部の前記第２方向に沿った幅寸法Ｗ２と前記第２パターンのピッチＰ２とにより規定されるデューティ比Ｗ２／Ｐ２は５０％以下である。また、前記第１パターンを構成するライン部の前記第１方向に沿った幅寸法および前記第２パターンを構成するライン部の前記第２方向に沿った幅寸法は１μｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１パターンを構成するライン部および前記第２パターンを構成するライン部のうちの少なくとも一方は、１μｍ以下の線幅を有する少なくとも２本のセグメントラインを有する。この場合、前記セグメントラインの線幅Ｗｓと前記セグメントラインのピッチＰｓとにより規定されるデューティ比Ｗｓ／Ｐｓは３０％以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２形態では、第１形態の位置検出用マークからの光を導く光学系と、前記位置検出用マークからの光を光電検出する光電検出器と、該光電検出器の出力信号に基づいて前記位置検出用マークの位置を検出する検出系とを備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３形態では、第１形態の位置検出用マークからの光を光学系を介して導く工程と、前記光学系を介して導かれた前記位置検出用マークからの光を光電検出する工程と、前記光電検出の結果に基づいて前記位置検出用マークの位置を検出する工程とを含むことを特徴とする位置検出方法を提供する。
【００１８】
本発明の第４形態では、所定の回路パターンを感光性基板上に形成する露光装置において、前記感光性基板の位置を検出するための第２形態の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１９】
本発明の第５形態では、所定の回路パターンを感光性基板上に形成する露光方法において、第２形態の位置検出装置または第３形態の位置検出方法を用いて前記感光性基板の位置を検出することを特徴とする露光方法を提供する。
【００２０】
本発明の第６形態では、第１形態の位置検出用マークと該位置検出用マークの中央スペースに形成された第２マークとからなる重ね合わせ測定用マークからの光を導く光学系と、前記重ね合わせ測定用マークからの光を光電検出する光電検出器とを備え、該光電検出器の出力信号に基づいて前記位置検出用マークと前記第２マークとの重ね合わせずれ量を測定することを特徴とする重ね合わせ測定装置を提供する。
【００２１】
本発明の第７形態では、第１形態の位置検出用マークの中央スペースに第２マークを形成する工程と、前記位置検出用マークと前記第２マークとからなる重ね合わせ測定用マークからの光を光学系を介して導く工程と、前記光学系を介して導かれた前記重ね合わせ測定用マークからの光を光電検出する工程と、前記光電検出の結果に基づいて前記位置検出用マークと前記第２マークとの重ね合わせずれ量を測定する工程とを含むことを特徴とする重ね合わせ測定方法を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図２は、本実施形態の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成された位置検出用マーク（ウェハマーク）の構成を模式的に示す図である。
【００２３】
本実施形態では、半導体素子を製造するための露光装置において感光性基板の位置を検出するためのＦＩＡ系の位置検出装置に本発明を適用している。なお、図１では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００２４】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージ３０上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００２５】
なお、ウェハＷは、ウェハホルダ３１を介して、Ｚステージ３２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。Ｚステージ３２は、ステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に沿ってＺ方向に駆動されるように構成されている。Ｚステージ３２はさらに、ＸＹステージ３３上に支持されている。ＸＹステージ３３は、同じくステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。
【００２６】
前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。そこで、位置検出すべき物体であるウェハＷには、図２に模式的に示すようなウェハマーク（位置検出用マーク）ＷＭが形成されている。ウェハマークＷＭの位置を検出し、ひいてはウェハＷの位置を検出するのに、本実施形態の位置検出装置が使用される。
【００２７】
図２を参照すると、本実施形態の位置検出用マークすなわちウェハマークＷＭは、その中心ＯからＸ方向（第１方向）に沿って距離Ｄ１（第１距離）だけ間隔を隔てて配置されてＸ方向に周期性を有するＸ方向パターン（第１パターン）ＷＭＸａおよびＷＭＸｂと、中心ＯからＹ方向（第２方向）に沿って距離Ｄ１と実質的に異なる距離Ｄ２（第２距離）だけ間隔を隔てて配置されてＹ方向に周期性を有するＹ方向パターン（第２パターン）ＷＭＹａおよびＷＭＹｂとにより構成されている。
【００２８】
具体的には、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂは、Ｙ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＸ方向に沿って所定のピッチＰ１で配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。また、Ｙ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂは、Ｘ方向に沿って細長く延びた３本の矩形状のライン部をＹ方向に沿って所定のピッチＰ２で配列することにより構成されたＬ／Ｓパターンである。ウェハマークＷＭのさらに詳細な構成および作用については後述する。
【００２９】
再び図１を参照すると、本実施形態にかかる位置検出装置は、波長帯域幅の広い照明光（たとえば５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）を供給するための光源１を備えている。光源１として、ハロゲンランプのような光源を使用することができる。光源１から供給された照明光は、リレー光学系（不図示）を介して、光ファイバーのようなライトガイド２の入射端に入射する。ライトガイド２の内部を伝搬して、その射出端から射出された照明光は、たとえば円形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り３を介して制限された後、コンデンサーレンズ４に入射する。
【００３０】
コンデンサーレンズ４を介した照明光は、照明すべき物体であるウェハＷの露光面と光学的にほぼ共役に配置された照明視野絞り５を介して、照明リレーレンズ６に入射する。照明リレーレンズ６を介した照明光は、ハーフプリズム７を透過した後、第１対物レンズ８に入射する。第１対物レンズ８を介した照明光は、反射プリズム９の反射面で図中下方に（−Ｚ方向に）反射された後、ウェハＷ上に形成されたウェハマークＷＭを照明する。
【００３１】
このように、光源１、ライトガイド２、照明開口絞り３、コンデンサーレンズ４、照明視野絞り５、照明リレーレンズ６、ハーフプリズム７、第１対物レンズ８および反射プリズム９は、ウェハマークＷＭを照明するための照明光学系を構成している。照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光（回折光を含む）は、反射プリズム９および第１対物レンズ８を介して、ハーフプリズム７に入射する。ハーフプリズム７で図中上方に（＋Ｚ方向に）反射された光は、第２対物レンズ１０を介して、指標板１１上にウェハマークＷＭの像を形成する。
【００３２】
指標板１１を介した光は、リレーレンズ系（１２，１３）を介して、撮像素子としてのＣＣＤ１４に入射する。なお、リレーレンズ系（１２，１３）の平行光路中には、結像開口絞り１５が配置されている。このように、反射プリズム９、第１対物レンズ８、ハーフプリズム７、第２対物レンズ１０、指標板１１、リレーレンズ系（１２，１３）、および結像開口絞り１５は、照明光に対するウェハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。
【００３３】
また、ＣＣＤ１４は、結像光学系を介して形成されたマーク像を光電検出するための光電検出器を構成している。こうして、ＣＣＤ１４の撮像面には、マーク像が指標板１１の指標パターン像とともに形成される。ＣＣＤ１４からの出力信号は、信号処理系１６に供給される。さらに、信号処理系１６において信号処理（波形処理）により得られたウェハマークＷＭの位置情報は、主制御系３５に供給される。主制御系３５は、信号処理系１６からのウェハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系３４に出力する。
【００３４】
ステージ制御系３４は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ３３を適宜駆動し、ウェハＷのアライメントを行う。なお、主制御系３５には、たとえばキーボードのような入力手段３６を介して、照明開口絞り３に対する指令や結像開口絞り１５に対する指令が供給される。主制御系３５は、これらの指令に基づき、駆動系１７を介して照明開口絞り３を駆動したり、駆動系１８を介して結像開口絞り１５を駆動したりする。
【００３５】
本実施形態では、レジストの塗布されたウェハＷを露光装置にセットし、ウェハＷのレジスト上に所定の回路パターンを形成する。次いで、レジストパターンが形成されたウェハＷを露光装置から取り外し、たとえばレジスト除去、エッチングなどのプロセス処理を施す。その結果、ウェハＷ上には、第ｎ層の回路パターンが形成されるとともに、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭがスクライブラインに形成される。
【００３６】
その後、レジストの再塗布されたウェハＷを露光装置にセットし、位置検出装置によりウェハマークＷＭの位置情報を、ひいてはウェハＷの位置情報を検出する。そして、ウェハＷの位置情報に基づいてウェハＷの各露光領域とレチクルＲ上のパターン領域ＰＡとを光学的に位置合わせした後に、ウェハＷのレジスト上に所定の回路パターンを形成する。このとき、レジストパターンの形成に際して、ウェハマークＷＭの中央スペース内に、後述の内側マークＩＭが形成される。
【００３７】
図３は、本実施形態の位置検出用マークとしてのウェハマークが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する様子を示す図である。本実施形態では、ウェハマークＷＭの中央に、その中心Ｏを中心として、Ｘ方向に２×Ｄ１の寸法を有し且つＹ方向に２×Ｄ２の寸法を有する矩形状のスペースが形成されている。したがって、図３に示すように、ウェハマークＷＭの中央スペースを利用して、外側マークとしてのウェハマークＷＭと、その中央スペースに形成された内側マークＩＭとにより重ね合わせ測定マークを形成することができる。なお、図３には、矩形状の形態を有する内側マークＩＭを例示しているが、これに限定されることなく、長方形の４つの辺に対応する４つの独立したライン部により内側マークＩＭを構成することもできる。また、内側マークＩＭは、長方形状の形態ではなく正方形状の形態をしていても良い。
【００３８】
こうして、本実施形態では、第（ｎ＋１）層用のレジストパターンが形成されたウェハＷを露光装置から取り外し、所定のプロセス処理に先立って、周知の内部構成を有する重ね合わせ測定装置３７（図１を参照）にセットする。重ね合わせ測定装置３７は、たとえば重ね合わせ測定マークを照明する照明系（不図示）と、重ね合わせ測定マークの像を形成する結像光学系（不図示）と、重ね合わせ測定マークの像を検出するための検出系（不図示）とを備え、外側マーク（第１マーク）と内側マーク（第２マーク）との重ね合わせずれ量を測定する。なお、重ね合わせ測定を行う際に外側マークとして、図３に示すウェハマークＷＭのすべてを用いても良いし、またウェハマークＷＭのなかで最も内側マークＩＭに近いパターンのみを用いても良い。
【００３９】
測定された重ね合わせずれ量が許容範囲内である場合、ウェハＷは所定のプロセス処理を受けて第（ｎ＋１）層の回路パターンが形成される。一方、測定された重ね合わせずれ量が許容範囲を超える場合、ウェハＷの露光済みのレジストを除去し且つ新たなレジストを塗布した後に露光装置にセットし、この重ね合わせずれ量をオフセット量として位置検出装置の検出結果を補正して得られた位置情報に基づいて、ウェハＷの各露光領域とレチクルＲ上のパターン領域ＰＡとを光学的に再度位置合わせする。そして、位置合わせされたウェハＷのレジスト上に所定の回路パターンが形成される。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭがＸ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークの形態を有するので、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂとＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができ、ひいては高いスループットで位置検出を行うことができる。また、本実施形態では、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用しているので、高精度に測定された重ね合わせずれ量をオフセット量として位置検出装置の検出結果を高精度に補正することができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、位置検出用マークとしてのウェハマークＷＭの中央に形成されるスペースが正方形状ではなく矩形状の形態を有するため、ウェハマークＷＭの全体形状も一方向に沿って延びた矩形状になる。したがって、本実施形態の位置検出用マークでは、所要のライン本数を有するパターンを確保した上で、細長く延びるスクライブラインにウェハマークＷＭを配置する際の配置自由度が高いという利点がある。
【００４２】
また、本実施形態では、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂの中心とＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂの中心とが一致している。したがって、本実施形態の位置検出用マークでは、前述した特開平１０−１８９４４３号公報に明記されているように、位置検出装置の光学系に残存する収差の位置検出精度に対する影響を最小にすることができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂのピッチＰ１並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂのピッチＰ２が２μｍ〜１６μｍの範囲内であることが好ましい。すなわち、ピッチＰ１およびＰ２を２μｍよりも小さく設定すると、位置検出精度が低下し易いので不都合である。一方、ピッチＰ１およびＰ２を１６μｍよりも大きく設定すると、マークの全体寸法が大きくなるので不都合である。
【００４４】
また、本実施形態では、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂのＹ方向（Ｘ方向パターンの非計測方向）に沿った長さ寸法Ｌ１並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂのＸ方向（Ｙ方向パターンの非計測方向）に沿った長さ寸法Ｌ２は１０μｍ〜７０μｍの範囲内であることが好ましい。すなわち、長さ寸法Ｌ１およびＬ２を１０μｍよりも小さく設定すると、非計測方向の平均化効果が小さくなり、位置検出精度が低下し易いので不都合である。一方、長さ寸法Ｌ１およびＬ２を７０μｍよりも大きく設定すると、マークの全体寸法が大きくなるので不都合である。
【００４５】
図４は、ＣＭＰ手法による平坦化処理に際して起こるディッシングおよびエロージョンについて説明する図である。近年、アルミニウム配線に代えて銅（カッパー）配線を用いるプロセス処理が増えるなどＣＭＰ手法による平坦化処理が用いられるケースが増えている。一般に、ＣＭＰ手法を用いて絶縁層４０およびライン部４１の表面を平坦化すると、図４（ａ）に示すように、たとえば銅（Ｃｕ）からなるライン部４１の表面が非対称に窪んだ皿状の形態になる。この現象は「ディッシング」と呼ばれている。ディッシングの発生はパターン密度（ラインの幅／ピッチ）に依存することなくライン部の線幅に依存し、たとえば１μｍ以上の線幅を有するライン部において発生し易い。
【００４６】
この場合、平坦化された表面上にはアルミニウム層のような不透明層４２が形成され、ライン部４１の表面部分に対応する不透明層４２の表面部分も非対称に窪んだ形態になる。したがって、ＣＭＰ手法による平坦化処理に際してディッシングが起こると、位置検出に際して不透明層４２のマーク領域だけを部分的に取り除く必要がなく、不透明層４２の非対称に窪んだ段差を利用して位置検出を行うことができる。換言すると、ＣＭＰ手法による平坦化処理に際してディッシングが起こらない場合には、不透明層４２を部分的に取り除かなければ位置検出を行うことができない。
【００４７】
一方、図４（ｂ）に示すように、比較的大きなデューティ比を有する（パターン密度の比較的大きい）Ｌ／Ｓパターンを構成する複数のライン部４３の表面をＣＭＰ手法により平坦化すると、複数のライン部４３を含むＬ／Ｓパターンのほぼ全体に亘って、絶縁層４０およびライン部４３の表面が窪んだ形態になる。この現象は「エロージョン」と呼ばれている。エロージョンの発生はライン部の線幅に依存することなくパターン密度に依存し、たとえば３０％〜５０％以上のパターン密度を有する領域において発生し易い。ＣＭＰ手法による平坦化処理に際してアライメントマークＷＭ以外の領域にまでエロージョンが起こると、ＩＣチップ上にまで悪影響を与えるため望ましくない。以上のように、ＣＭＰ手法による平坦化処理を行っても有利なマークとして、ディッシングが起こり易く且つアライメントマークの周囲にはエロージョンの起こり難いマークである。
【００４８】
本実施形態では、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂのパターン密度（Ｗ１／Ｐ１）並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂのパターン密度（Ｗ２／Ｐ２）は５０％以下であることが好ましい。ここで、Ｗ１はＸ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂを構成するライン部のＸ方向に沿った幅寸法であり、Ｗ２はＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂを構成するライン部のＹ方向に沿った幅寸法である。
【００４９】
デューティ比Ｗ１／Ｐ１およびＷ２／Ｐ２を５０％よりも大きく設定すると、いわゆるパターン密度が大きくなりすぎて、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）手法による平坦化処理に際して、エロージョンが起こり易くなるので不都合である。なお、エロージョンの発生をさらに確実に回避するには、パターン密度Ｗ１／Ｐ１およびＷ２／Ｐ２を４０％以下に設定することがさらに好ましい。
【００５０】
また、本実施形態では、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂを構成するライン部の幅寸法Ｗ１並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂを構成するライン部の幅寸法Ｗ２は１μｍ以上であることが好ましい。ライン部の幅寸法Ｗ１およびＷ２を１μｍよりも小さく設定すると、ＣＭＰ手法による平坦化処理に際してディッシングが起こり難くなり、不透明層を部分的に取り除かなければ位置検出を行うことができなくなる可能性が高くなる。
【００５１】
図５は、本実施形態の変形例にかかる位置検出用マーク（ウェハマーク）の構成を模式的に示す図である。図５を参照すると、変形例にかかるウェハマークは、図２に示す実施形態のウェハマークと全体的に類似の構成を有する。しかしながら、変形例にかかるウェハマークでは、各ライン部がそのピッチ方向に線幅Ｗｓを有し且つピッチＰｓで配列された３本のセグメントラインＳＬにより形成されている点が図２に示す実施形態のウェハマークと基本的に相違している。
【００５２】
このように、３本のセグメントラインＳＬを含むＬ／Ｓパターンにより１つのライン部を構成することにより、各セグメントラインＳＬの線幅Ｗｓが小さくても、３本のセグメントラインＳＬを含むライン部の幅寸法（２×Ｐｓ＋Ｗｓ）が比較的大きくなるので、ライン部の領域ではエロージョンが起こり、不透明膜がその上に設けられても図２に示す実施形態のウェハマークと同程度に高精度な位置検出が可能である。また、Ｘ方向パターンＷＭＸａおよびＷＭＸｂにおけるパターン密度並びにＹ方向パターンＷＭＹａおよびＷＭＹｂにおけるパターン密度が小さくなるので、各パターンＷＭＸａやＷＭＸｂやＷＭＹａやＷＭＹｂの周囲ではエロージョンが起こり難くなるという利点がある。
【００５３】
なお、変形例では、各セグメントラインＳＬの線幅Ｗｓが１μｍ以下であることが好ましい。この構成により、各セグメントラインＳＬにおけるディッシングの発生を抑えることができる。また、変形例では、セグメントラインＳＬの線幅ＷｓとセグメントラインのピッチＰｓとにより規定されるデューティ比Ｗｓ／Ｐｓは３０％以上であることが好ましい。この構成により、３本のセグメントラインＳＬを含む１つのライン部の全体に亘ってエロージョンが起こり易くなる。
【００５４】
この場合、１つのライン部の全体に亘って発生するエロージョンは、図４（ａ）に示すようにライン部において発生するディッシングと同等の作用を果たすことになる。その結果、各パターンＷＭＸａやＷＭＸｂやＷＭＹａやＷＭＹｂの全体に亘るエロージョンが起こり難く且つ各ライン部においてディッシングと同等の現象が発生し易くなるので、ＣＭＰ手法による平坦化処理に対して有利なマークを実現することができる。なお、デューティ比Ｗｓ／Ｐｓを４０％以上に設定することにより、ライン部の全体に亘ってエロージョンをさらに起こり易くすることができる。
【００５５】
上述の変形例では、３本のセグメントラインＳＬを含むＬ／Ｓパターンにより１つのライン部を構成しているが、これに限定されることなく、少なくとも２本のセグメントラインにより１つのライン部を構成することもできる。また、複数の独立したセグメントラインではなく、たとえば細長い長方形の互いに向かい合う２つの辺に対応するパターンで１つのライン部を構成することもできる。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、ウェハマークを落射照明しているが、これに限定されることなく、ウェハマークを透過照明する位置検出装置に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、ウェハマークからの光に基づいてその像を形成する結像光学系を備えた位置検出装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般的にウェハマークからの光を導く光学系を備えた位置検出装置に対して本発明を適用することもできる。
【００５７】
さらに、上述の実施形態では、投影露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、プロキシミティ方式の露光装置、Ｘ線を用いてパターン転写を行うＸ線露光装置、電子線を用いてパターン転写を行うＥＢ（エレクトロン・ビーム）露光装置（直描も含む）などにも本発明を適用することができる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の位置検出を行っているが、これに限定されることなく、位置検出すべき一般的な物体に形成された物体マークの位置検出に対して本発明を適用することもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、位置検出用マークがＸ方向およびＹ方向に周期性を有する二次元マークの形態を有するので、Ｘ方向パターンとＹ方向パターンとを位置検出装置の検出視野内に同時に捕らえることができ、ひいては高いスループットで位置検出を行うことができる。また、本発明では、位置検出用マークが重ね合わせ測定用マークのうちの一方のマークを兼用しているので、高精度に測定された重ね合わせずれ量をオフセット量として位置検出装置の検出結果を高精度に補正することができ、ひいては高精度な位置検出を行うことができる。
【００６０】
したがって、本発明の位置検出装置および位置検出方法では、本発明の位置検出用マークを用いて、高いスループットで高精度な位置検出を行うことができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、本発明の高精度な位置検出装置および位置検出方法を用いて、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。また、本発明の重ね合わせ測定装置および重ね合わせ測定方法では、本発明の位置検出用マークで重ね合わせ測定用マークのうちの一方のマークを兼用することにより、高精度な重ね合わせ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態の位置検出装置により位置検出すべき物体であるウェハに形成された位置検出用マーク（ウェハマーク）の構成を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態の位置検出用マークとしてのウェハマークが重ね合わせ測定用マークの外側マークを兼用する様子を示す図である。
【図４】ＣＭＰ手法による平坦化処理に際して起こるディッシングおよびエロージョンについて説明する図である。
【図５】本実施形態の変形例にかかる位置検出用マークの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　ハロゲンランプ
２　ライトガイド
３　照明開口絞り
５　照明視野絞り
７　ハーフプリズム
８　第１対物レンズ
９　反射プリズム
１０　第２対物レンズ
１１　指標板
１４　ＣＣＤ
１５　結像開口絞り
１６　信号処理系
３０　レチクルステージ
３１　ウェハホルダ
３２　Ｚステージ
３３　ＸＹステージ
３４　ステージ制御系
３５　主制御系
３６　キーボード
３７　重ね合わせ測定装置
ＩＬ　露光用照明系
Ｒ　レチクル
ＰＡ　パターン領域
ＰＬ　投影光学系
Ｗ　ウェハ
ＷＭ　ウェハマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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