JP3004303B2

JP3004303B2 - 露光方法及びその装置

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Publication number: JP3004303B2
Application number: JP2039417A
Authority: JP
Inventors: 伸幸秋山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH03241817A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、露光方法及びその装置に係り、特に、被処
理基板上に形成されている位置合わせマークの検出が正
確に行なえる露光方法及びその装置に関する。

［従来の技術］原画パターンをウエハに露光する投影露光装置には、
露光の解像力を向上するため、単波長光と、そのための
単波長光専用投影レンズとを用いる。

そのため、位置合わせマーク検出の際にも、単波長光
で、照明し、検出を行なっている。

また、この投影露光装置に用いる単波長専用の縮小投
影レンズは、精密に作られるため、色収差補正が困難で
ある。

従来の技術において、単波長光を利用した、位置合わ
せマークへの照明とその検出の状態を、第８図を用いて
説明する。

第８図（Ａ）に示すように、レチクル１の上から単波
長照明光102を照射し、縮小投影レンズ４を通して、ウ
エハ５上の位置合わせマーク25を照明する。ここからの
反射光を、ハーフミラー106で反射させて、検出器107で
検出する。

第８図（Ｂ）は、検出器107で検出した画像を拡大し
て示したものであり、マスク上の窓108の中に、位置合
わせマーク25が見えている。

この位置合わせマーク25と、レチクル１に描かれたマ
ークとを一致させ、マスクパターンとウエハパターンと
を合わせている。

一方、通常は、上記位置合わせマークの上には、パタ
ーン形成に必要なため、レジスト109が布装されてい
る。

よって、上記位置合わせマーク近傍の断面図は、第９
図に示すように、マーク部分110と、レジスト部分111と
に分けて、考えることができる。

従って、この場合、レチクル１の上方から照明した単
波長光は、レジスト部分で干渉を起こすが、レジスト厚
さが均一ならば、干渉光の強度は一定である。

しかし、現実には、位置合わせマークの凹凸や、レジ
スト厚さ不均一のため、レジストにも凹凸が生じる。そ
のため、干渉光の強度は一定でなく、位置合わせマーク
の検出精度が低下するという問題が生じていた。

この問題を解決するために、特開昭60−80223号公報
に記載されている技術では、照明光として、水銀灯の中
に含まれる輝線（特に輝度の高い光）、例えば、ｈ線
（波長405nm）、ｇ線（波長436nm）、ｅ線（波長546n
m）、ｄ線（波長577nm）の中から、２種類以上の波長の
光を選択して、照明し、検出した光の強度信号を合成す
ることにより、レジスト凹凸の影響を低減している。

一例として、第10図に、ｅ線およびｄ線で照明した場
合の検出信号と、これを合成した信号を示す。

同図において、合成した信号を示す図の中心線に対し
て、対象となっている強度の低い部分が、位置合わせマ
ーク25の両端部112を示す。強度が低くなっているの
は、上から光が入射すると、端部で散乱され、上に戻る
光が少なくなるからである。

すなわち、２つの信号を合成することにより、位置合
わせマーク25の両端部112が、対称に検出され、レジス
トの凹凸の影響が低減していることがわかる。

次に、見かけ上の波長を変えるようにして、照明し、
検出信号を合成する方法が特開昭60−136312号公報に記
載されている。

この技術は、第11図に示すように、照明光として、直
進性の高いレーザ113を用い、光路の途中にある反射鏡1
14を揺動することによって、照明光を、位置合わせマー
ク25を中心に揺動する技術である。すなわち、第12図に
示すように、レジスト109内で、光路長が変化すること
を利用したものである。

その結果、レジストの凹凸の影響が低減し、精度よ
く、位置合わせマークを検出できる。

また、特開平01−86518号公報に記載の技術は、照明
光として、波長が互いに27nmずつ異なる、４つのレーザ
光を使用することによって、レジスト内の干渉が低減で
き、精度よく、位置合わせマークを検出できることを示
している。特に、波長458,488,515,543nmのレーザを推
奨している。

［発明が解決しようとする課題以上の従来技術の中で、最も優れた位置合わせマーク
検出精度を有するものは、特開平01−86518号公報に記
載の、いわゆる、４波長レーザ照明法、または、特開昭
60−136312号公報に記載の、いわゆる、レーザ揺動照明
法と考えられる。

しかし、４波長レーザ照明法では、４種のレーザ発振
器が必要なので、投影露光装置が高価になるという問題
がある。

また、レーザ揺動照明法は、レーザを揺動するための
可動部分が存在するので、光軸が変化し易く、位置合わ
せマーク検出精度が低下するという問題がある。

本発明の第１の目的は、位置合わせマークの検出が精
度よく行なえる露光方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、小形、安価で、かつ、
位置合わせマークの検出が精度よく行なえる露光装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記第１の目的を達成するため、本発明の第１の態様
によれば、原画パターンを被処理基板上に露光する露光装置であっ
て、波長の異なる複数の光をそれぞれＳ偏光とＰ偏光とに分
離し、該分離された前記Ｓ偏光と前記Ｐ偏光とを互いに
異なる角度で前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマーク上に照射し、該照射により前記位置合わせマークで回折された回折
光を、前記照射した複数の波長の光に対応して前記被処
理基板と光学的に共役な位置で検出し、該検出した前記複数の波長の光に対応する回折光に基
づいて前記位置合わせマークの位置を求め該求めた位置合わせマークの位置に基づいて前記原画
パターンと前記被処理基板との相対的な位置を調整し、前記原画パターンを前記相対的に位置が調整された前
記被処理基板上に露光する、ことを特徴とする露光方法が提供される。

また、上記第２の目的と達成するため、本発明の第２
の態様によれば、原画パターンを被処理基板上に露光する露光装置であ
って、波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形成
された位置合わせマーク上に照明する照明手段と、前記被処理基板と光学的に共役な位置に配置されて前記
照射手段により照射され前記位置合わせマークにより回
折された回折光を前記照明した複数の波長の光に対応し
て検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記複数の波長の光に対
応する回折光に基づいて前記位置合わせマークの位置を
検出する位置検出手段と、を備え、前記照射手段は、前記波長の異なる複数の光をそれぞ
れＳ偏光とＰ偏光とに分離する偏光分離部を有し、該偏
光分離部により分離された前記Ｓ偏光と前記Ｐ偏光とを
互いに異なる角度で前記被処理基板に照射する、ことを特徴とする露光装置が提供される。

［作用］上記のように構成された露光装置において、照射手段
は、波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形
成された位置合わせマーク上に照射する。例えば、二つ
以上の、波長の異なる光を、各波長の光ごとに、識別可
能な第一の光と第二の光とに分離して、位置合わせマー
クに照射する。照射された光は、位置合わせマークにお
いて回折する。上記検出手段は、位置合わせマークによ
り回折された回折光を前記照射した複数の波長の光に対
応して検出する。この後、上記位置検出手段は、検出手
段により検出された前記複数の波長の光に対応する回折
光に基づいて前記位置合わせマークの位置を検出する。

このように、複数の回折光を検出することにより、干
渉の影響を減少させ、位置合わせマークの位置が精度よ
く検出できる。

そして、照明光として、二つの、波長の異なるレーザ
光を用いれば、二つのレーザ光で、四つの識別可能な光
を得ることができるので、四つの光源を用いて、四つの
波長の異なるレーザ光を用いたと同様に、位置合わせマ
ークの位置が精度よく検出できる。

また、レーザ揺動照明法のように、レーザを揺動する
ための可動部分は存在しないので、位置合わせマーク検
出精度が低下することはない。

さらに、単に、２つの波長の光を垂直に入射した場合
に比べ、レジスト膜厚の不均一、および、パターン段差
により生じる、レジストの凹凸による干渉のための検出
精度の変動を大幅に低減することが可能となるので、レ
ジスト塗布むら、および、位置合わせマークのパターン
段差むらによる検出波形の非対称性が著しく小さくな
り、位置合わせマーク検出精度が顕著に向上し、目的と
するパターンが得られる。

また、連続スペクトル成分、あるいは、多数のスペク
トルを有する光を用いて、検出系を構成することが困難
なパターン検出系において、パターンをおおっている被
検物の透明被膜の影響、および、パターン段差の影響を
受けることがないので、パターンの位置や、２次元（平
面）形状を正確に検出する上で、効果がある。

［実施例］以下、本発明の第１実施例を、第１図から第７図、第
13図、第14図により説明する。

第１図（Ａ）は本実施例に係る露光装置で用いられる
位置合わせマーク検出装置の分解図、第１図（Ｂ）はウ
エハ上の位置合わせマークにレーザ光が照射した場合を
拡大して示す説明図、第２図は本実施例における光路を
説明するための説明図、第３図は検出された画像を示す
説明図、第4,5図は本実施例の原理を示す説明図、第6,7
図は実施例の効果を示す説明図、第13,14図は第１実施
例の解析式に数値を代入して結果を求めた表である。

第１図に示すように、本実施例の構成は、大別して、
位置合わせマークを照射するレーザを出射するレーザ出
射装置200と、位置合わせマークからの回折光を結像さ
せ、位置合わせ検出信号を出す位置合わせ光学装置201
と、レチクル１と、縮小投影レンズ４と、ウエハ５とか
らなる。

各装置の構成を、レーザ光の進む方向に従って、説明
する。

まず、レーザ出射装置200の構成を説明する。

上記レーザ出射装置200は、波長λ_１のレーザ光を出
射するレーザ光源11と，波長λ_２のレーザ光を出射する
レーザ光源12とを有し、レーザ光源11の光路上前方に
は、二つのレーザ光源11,12から出射した二つのレーザ
光を一つの光路上に合わせるダイクロイックミラー13を
配置する。レーザ光源12の光路上前方には、波長λ_２の
レーザ光を、上記ダイクロイックミラー13に入射させる
ための反射鏡39を配置する。

上記ダイクロイックミラー13の前方には、４分の１波
長板14を配置し、さらに、その前方には、複屈折プリズ
ム15を配置する。上記複屈折プリズム15の前方には、こ
の複屈折プラズム15により偏光したレーザ光の一つであ
る、Ｓ偏光レーザ光を微小角θだけ屈折させ、光軸から
離れて直進させるためのレンズ16を配置し、その背後に
は、レーザ光を位置合わせ光学装置に導くための反射鏡
19を配置する。

次に、位置合わせ光学装置201の構成を、上記と同様
に、レーザ光の進む方向に従って、説明する。

レーザ出射装置200からのレーザ光を屈折させるため
のハーフプリズム20を、上記反射鏡19の前方に、配置す
る。このハーフプリズム20の前方には、レンズ21を配置
する。さらに、このレンズ21の前方には、レーザ光を縮
小投影レンズ４に入射させるための、反射鏡22を配置す
る。

次に、ウエハ５上の位置合わせマークに入射したレー
ザ光は、上記ウエハ５上の位置合わせマークにおいて回
折されるので、この回折光の進む方向に従って、位置合
わせ光学装置201の構成を、説明する。

ハーフプリズム20の前方には、波長λ_２のレーザ光を
反射するダイクロイックミラー30を配置する。このダイ
クロイックミラー30の上方には、反射鏡41を配置し、そ
の前方には、波長λ_２のレーザ光による、位置合わせマ
ークの実像31を検出する光電素子33を配置する。

上記ダイクロイックミラー30の前方には、波長λ_２の
レーザ光による、位置合わせマークの実像29を検出する
光電素子32を配置する。

さらに、上記二つの光電素子32,33からの電気信号を
加算し、一つの検出信号35を得るための信号加算器34を
有する。

なお、ハーフプリズム20、レンズ21、反射鏡22の三つ
の要素は、レーザ出射装置200と位置合わせ光学装置201
とに共通の要素である。

レチクル１の下面には、破線２に囲まれた部分に回路
パターンが描画されており、また、レチクル位置合わせ
マーク3a,3bの上方には、それぞれ、レチクル位置検出
装置7a,7bを設けている。

レチクル１の下方には、レチクルのパターンを縮小
し、ウエハ５上に結像するための縮小投影レンズ４を配
置する。

さらに、縮小投影レンズ４の下方には、図示していな
いステージに乗せた、ウエハ５を配置する。

次に、本実施例の作用について、第１図を用いて、簡
単に、説明する。

まず、後述する、ウエハ位置合わせマーク検出を行な
い、ウエハ５の位置を検出する。つぎに、レチクル１を
微動し、レチクル１上に描画されているレチクル位置合
わせマーク3a,3bと、レチクル位置検出系7a,7bとによ
り、レチクル位置を制御し、目的とする位置にレチクル
１をあわせる。この結果、レチクル１に描画されている
パターンが、ウエハ５上に、目的とする位置精度で重な
る。つぎに、レチクル１上方にある露光照明系（図示せ
ず）により、露光照明光をレチクル１に照射する。その
結果、レチクル１の下面に描画された回路パターンは、
縮小投影レンズ４により縮小され、ウエハ５上のチップ
６に焼き付けられ、重ね露光が終了する。

次に、本実施例のウエハ位置合わせマーク検出装置の
作用について、レーザ光の進む方向に従って、第１図に
より説明する。

光源11および12からは、それぞれ、波長λ_１およびλ
_２のレーザ光が出射され、両者はダイクロイックミラー
13により、一つの光路上に合わされる。上記レーザ光
は、直線偏光であるから、４分の１波長板14を経て、円
偏光となり、複屈折プリズム15に達する。

このため、上記波長λ₁,λ_２のレーザ光は、複屈折プ
リズム15を通過することにより、両者とも、それぞれ、
Ｐ偏光レーザ17と、Ｓ偏光レーザ18とに分岐する。

その後、Ｐ偏光レーザ17は、光軸上を直進するが、Ｓ
偏光レーザ18は、レンズ16を通過することにより、微小
角θだけ屈折し、光軸から離れて直進する。

次に、波長λ_１のＰ偏光レーザ17に着目して、更に、
説明を続ける。

Ｐ偏光レーザ17は、反射鏡19で反射して、ハーフプリ
ズム20（半透明プリズムをハーフプリズムと言う）、レ
ンズ21、反射鏡22を経て、光線23となり、縮小レンズ４
に達する。

一方、Ｓ偏光レーザ18は、光軸上は通らないが、ほぼ
上記と同じ経路をたどって光線24となり縮小レンズ４に
達する。

光線23と光線24とは、第１図（Ｂ）に示すように、ウ
エハ上の位置合わせマーク25を照明する。

位置合わせマークは、２〜３μｍ角の凹形または凸形
のパターンで形成されており、レーザ光が当ると、同図
中の破線で示す26および27のような回折光が生じる。こ
の回折光は、往路と逆方向に縮小レンズ４、反射鏡22を
経て、像28として、一度、結像する。この像28は、更
に、レンズ21で拡大され、ハーフプリズム20、反射鏡41
を経て、実像29となる。

すなわち、位置合わせマーク25の位置と、実像29の位
置とは、共役の関係になっており、光線23と24とで照明
された実像29は、同じ位置に結像する。

ただし、縮小レンズ４には色収差が存在するため、波
長λ_１とλ_２とのレーザ光では、結像する位置が異なっ
ている。

そこで、中間にダイクロイックミラー30を設け、波長
λ_２の光を、反射させて、実像31として結像させる。

そして、二つの実像29および31は、別々の光電素子3
2,33で検出し、電気信号に変換した後、信号加算器34で
加算することにより、レジスト内での干渉の影響を除去
した、一つの検出信号35を得ることができる。

この検出信号35を、予め記憶させているステージの基
準マーク（図示していない）の信号と比較し、ウエハの
位置合わせマーク25の位置と、ステージの基準マークの
位置とを一致させることにより、ウエハ位置合わせは終
了する。

次に、波長λ_１またはλ_２のレーザ光の光路を第２図
を用いて、説明する。

第２図（Ａ）は、Ｐ偏光レーザ光17の光路を示し、第
２図（Ｂ）は、Ｓ偏光レーザ光18の光路を示している。

第２図（Ａ）に示すように、４分の１波長板14に入射
した平行レーザ光は、複屈折プリズム15を通ることによ
り、Ｐ偏光レーザ光17とＳ偏光レーザ光18とに分岐され
る。

Ｐ偏光レーザ光17は直進し、レンズ16とレンズ21を経
て、縮小レンズ４の入射瞳40に集光する。

その後、ウエハ５に、入射角零度で、照射される。

一方、Ｓ偏光レーザ18は、レンズ16を通過し、微小角
θだけ屈折して進行し、さらに、レンズ21により屈折
し、像28の位置を通って、入射瞳41に集光した後、平行
光となって、ウエハ５上に、所定の入射角で、斜めに照
射する。

位置合わせマーク25と像28の位置とは、共役の関係に
あり、レーザ光が像28の位置を通っているので、ウエハ
５上の位置合わせマーク25を照明することができる。

この場合、ウエハ５上を照明する２つのレーザ光は、
１つのレーザ光を分岐したものであるから、一般には、
ウエハ５上で干渉を起こし、激しい照明むらが生じる。

この現像を回避するために、本実施例においては、複
屈折プリズム15が、円偏光を、Ｓ偏光とＰ偏光とに分岐
する性質を利用する。

すなわち、第２図（Ａ）では、Ｐ偏光レーザをウエハ
５上に、第２図（Ｂ）では、Ｓ偏光レーザをウエハ５上
に、それぞれ照射している。このようにしたのは、Ｐ偏
光レーザとＳ偏光レーザとは、振動面が異なるため、同
時に照明しても、互いに干渉しないからである。

従って、一つのレーザ光を分岐して、見かけ上二つの
レーザ光として、使用することができる。

次に、本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理
と、理論的背景とを第４図を用いて、説明する。

特開平01−86518号公報の記載によれば、照明光は、
互いに、約27nm波長の異なった４つのレーザ光で照明す
ることが望ましいことが示されている。

この従来技術に従い、第１図（Ｂ）における入射光と
して、互いに、27nmだけ異なった波長λ₁,λ_１′，λ₂,
λ_２′のレーザを用い、各波長の回折光を合成して、検
出すればよいのであるが、４個のレーザ光源が必要なた
め、装置が高価になる。

そこで、位置合わせマークに対する、垂直入射光23と
して、λ₁,λ_２の波長のレーザを用い、回折光26を検出
すると共に、傾斜させた入射光24にも、λ₁,λ_２の波長
のレーザを用い、回折光27を検出する。

この傾斜させた入射光24により、見かけ上λ_１′，λ
_２′の波長の光を、垂直入射光23として照射し、回折光
26を検出したものと同じ効果を得ることができる。

以上が、本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理
である。

上記原理を、位置合わせマークの段差と、レジスト厚
さとの影響に着目して説明する。

初めに、パターン段差の影響に着目して、上記原理を
説明する。

第４図は、第１図（Ａ）の位置合わせマーク25の上
に、レジスト25を塗布したものの断面を示す。

光線53は、位置合わせマークの上面で回折したもので
あり、光線54は、位置合わせマークの下面で回折したも
のである。両者の光線の位相差δ_１は次式で表わされ
る。

ただし、ここで、ｈはパターン段差、ｐはパターンのピッチ、n₂
はレジストの屈折率である。

θ＝０の場合、波長λ_１およびλ_１′で照明した時の
位相差をδ₁₀およびδ₁₀′とすると、次式となる。

ただし、一方、波長λ_１、入射角θ₂₁、照明した時の位相差をδ
₁₁とすると次式となる。

ただし、ここで、δ₁₁＝δ₁₀′とすると式（５）〜（８）を用いて、波長λ_１で照明した時の
θ₁₁,θ₂₁,θ₂₁′，θ₁₁′を求めることができる。

すなわち、レジストの上からθ₁₁の入射角で、波長λ
_１の光を照射し、回折角θ₁₁′の回折光を検出すれば、
波長λ_１′の光を垂直に照射して、その時の回折光を検
出したのと同じ効果が得られることがわかる。

同様にして、波長λ_２で照明した時の値も求めること
ができる。

λ_１＝0.488μｍ、λ_２＝0.543μｍ、ｐ＝５μｍ、n₁
＝１、n₂＝1.64とした時の上記の値を上式から求めた結
果を、第13図に示す。

なお、波長0.448μｍのレーザとしては、Arレーザを
用い、波長0.543μｍのレーザとしては、He−Neレーザ
を用いる。

第13図に示すように、上記の２つの波長λ₁,λ_２のレ
ーザ光を垂直および27.51度を傾けて、位置合わせマー
クを照射し、第１図（Ｂ）に示す回折光26,27を検出す
ることにより、波長0.488,0.515,0.543,0.570μｍの四
つのレーザ光で照明したのと同じ効果が得られることが
わかる。

次に、レジスト厚さの影響に着目して、第５図を用い
て説明する。

第５図は、位置合わせマーク25の上に、レジスト52が
塗布された状態を示したものである。

光線55が、角度θ_１で入射すると、点Ａに達し、回折
光56を生ずる。一方、点Ａでの０次回折光（正反射光）
はＡからＢを経て、Ｃを照射し、回折光57を生じ、その
結果、光線56と57とが干渉する。

両者の位相差ε_１は、次式で表わされる。

ただし、ここで、ｄはレジスト厚さ、n₂はレジストの屈折率であ
る。

θ_１＝０の場合、波長λ_１およびλ_１′で照明した時
の位相差をε₁₀およびε₁₀′とすると、これらは、次式
で表わされる。

一方、波長λ_１、入射角θ₂₁で照明した時の位相差
を、ε₁₁とすると次式となる。

ただし、ここで、ε₁₀＝ε₁₀′とすると式（13）〜（16）を用いて、波長λ_１で照明した時のθ
₁₁,θ₂₁,θ₂₁′，θ₁₁′を求めることができる。

λ_１＝0.488μｍ、λ_２＝0.543μｍ、ｐ＝５μｍ、n₁
＝１、n₂＝1.64とした時の上記の値を上式から求めた結
果を第14図に示す。

第14図に示すように、上記の波長のレーザを、垂直お
よび24.81度傾けてレジスト付位置合わせマークを照射
し、第１図（Ｂ）の回折光26,27を検出することによ
り、波長0.488,0.515,0.543,0.570μｍのレーザ光で照
明したのと同じ効果が得られることがわかる。

以上を総合すると、波長0.488μｍおよび0.543μｍの
レーザ光を、垂直および約26゜傾けて、位置合わせマー
クを照射する構造にすれば、四つレーザ光源を用いなく
てもよいことがわかる。

波長0.488μｍのレーザはArレーザにより、また、波
長0.543μｍのレーザはHe−Neレーザにより容易に得ら
れるので実現し易い。

次に、本実施例の検出装置を用いて、位置合わせマー
クを検出した場合の検出信号の表示状態を、第３図に示
す。

第３図（Ａ）は、第１図（Ａ）での検出信号35を、TV
モニタ50にディスプレーしたものであり、第１図（Ｂ）
での位置合わせマーク25が、明信号51として現われてい
る。

第３図（Ｂ）は、走査線の信号を示したもので、横軸
はｘ座標、縦軸は電圧Ｖである。この信号の中央値を求
めて、ウエハ上の位置合わせマークの位置x₀とする。

このウエハの位置合わせマークの位置x₀を、予め記憶
させているステージの基準マークの位置（図示していな
い）と比較し、上記二つのマークの位置を一致させるこ
とにより、ウエハ位置合わせは終了する。

次に、第６図を用いて、上記レーザ光を照射した場合
の、ウエア上の位置合わせマークのパターン段差ｈと、
第４図に示した回折光53,54の干渉強度との関係を示
す。

第６図（Ａ）は、第１図（Ｂ）において、波長0.488
μｍのレーザ光を入射光23として入射し、回折光26のみ
を検出した場合を示す。

横軸60は、ウエハ上の位置合わせマークのパターン段
差の値であり、縦軸61は回折光検出値である。

同図に示すように、回折光検出値61は、パターン段差
の値60の影響を大きく受け、0.0〜1.0の間で変動してい
る。回折光検出値61が0.0ということは、パターン回折
光信号が０になることを意味するから、ウエハ上の位置
合わせマークの検出が不可能になってしまう。

これに対し、第６図（Ｂ）は、２波長レーザを照射
し、２つの回折光26,27を検出した場合を示す。

同図より、本実施例によれば、パターン段差が変化し
ても、回折光検出値61の変動が少なくなっており、ウエ
ハ上の位置合わせマークの検出が可能であることがわか
る。

以上は、パターン段差ｈを変化させた場合であるが、
レジスト厚さｄを変化させた場合にも同様である。

第７図は、レジスト塗布むらのあるパターンを検出し
た時の、回折光検出信号を示す。

横軸は、第１図（Ｂ）に示す矢印ｘの方向に相当し、
縦軸は検出した信号電圧である。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、波長0.488μｍのレーザ光
で照明した時の、２つの回折光のそれぞれの検出信号、
同（Ｃ）、（Ｄ）は、波長0.543μｍのレーザ光で照明
した時の、２つの回折光のそれぞれの検出信号、同
（Ｅ）は、（Ａ）〜（Ｄ）の平均値である。

これらの図から、それぞれの検出信号は非対称である
ことがわかるが、平均化したものは対称となっており、
本実施例の効果が表われていることがわかる。

以上の実施例では、第１図（Ａ）において、照射光を
傾ける手段として、複屈折プリズム15を使用したが、複
屈折プリズムの代わりに、ガルバミラーを設けてもよ
い。

この場合、初めに、光軸上を進む光線により、位置合
わせマークを照明し、検出し、その検出画像をメモリに
記録する。次に、ガルバミラーを傾斜させ、斜めから、
レーザ光を照射して、回折光を検出し、その検出画像を
メモリに記録し、先にメモリに記録した画像と重ね合わ
せることによって、画像を検出する。

さらに、照射光を傾ける手段として、AO変向器、EO変
向器または薄膜デバイスを用いてもよい。

また、以上は、すべて位置合わせマークからの回折光
を検出する方式を説明したが、照射光を傾ける手段とし
て複屈折プリズムを使用し、位置合わせマークからの正
反射光を検出し、位置合わせマーク像を求め、その位置
合わせマークの位置を求めてもよい。

以上は、一つの位置合わせマークの検出光学系を説明
したが、実際の使用に当っては、これと直角方向に配置
した、もう一つの位置合わせマーク36（第１図参照）を
検出する光学系が必要である。これは、これまで説明し
た光学系を、単に、直角方向に設ければ実現できる。

次に、第２の実施例として、第１の実施例にかかる位
置合わせマーク検出装置を用いた位置合わせ装置、およ
び、投影露光装置を、第16図に示す。

同図において露光照明用光源73の下方には、露光軸72
を一致させて、原画パターンが描画されているレチクル
１、縮小レンズ４が配置され、さらに、縮小投影レンズ
４の下方には、回転ステージ70を上に乗せたXYステージ
が配置される。回転ステージ70の上には、ウエハ５が置
かれる。

また、位置合わせマーク検出のために、レーザ出射装
置と位置合わせ光学装置が、第１実施例と同様の構成で
配置される。

本実施例の作用を、次に示す。

レチクル位置検出系7a,7bにより、レチクル１の所定
位置を露出軸72に合わせる。次に、回転ステージ70とXY
ステージ71の基準マークを所定位置に合わせ、この位置
を位置合わせ修正装置に記憶させる。その後、実施例１
に記載された方法でウエハ５の位置合わせマークを検出
し、この検出信号を位置合わせ修正装置に送る。この検
出信号を、予め記憶させた回転ステージ70とXYステージ
71との基準マークの位置の検出信号と一致させるよう
に、図示していない駆動装置により、上記二つのステー
ジを微動する。

そして、レチクル１に描画された回路パターンは、露
光照明光により照明されることにより、縮小投影レンズ
４で縮小され、ウエハ５上のチップの所定の位置に焼き
付けられる。

この結果、従来法では0.1〜0.3μｍ程度の検出ずれが
発生することがあるが、本実施例に係る装置を用いるこ
とにより、0.03μｍ程度の検出ずれに押えられる。

次に、第３の実施例として、第２の実施例を用いた半
導体製造プラントを、第15図に示す。

同図に示すように、本実施例の半導体製造プラントに
おいては、回路設計から始まり、封止作業をもって全工
程が終了する。

本実施例の特徴は、ウエハ上に塗布したレジストに、
レチクルに描画されたパターンを露光する装置にあり、
他の装置は、従来から用いられている装置を用いる。

一般に、半導体は、上記露光工程を何度も繰り返して
製造されるのであり、その際、本実施例では、レチクル
に描画した拡大寸法のパターンの縮小像を、ウエハ上に
投影結像して、露光する。

この縮小投影露光工程のおいて、第１実施例記載の位
置合わせマーク検出位置を用いる。

上記位置合わせマーク検出装置を用いることにより、
従来のように四つのレーザ光源を必要とせず、二つのレ
ーザ光源のみでよく、構造が簡素化され、半導体製造プ
ラントの小型化が図れる。

［発明の効果］本発明に係る露光方法によれば、位置合わせマークを
精度よく検出することができる。また、本発明に係る露
光装置によれば、一つの照明光を入射すれば、識別可能
な二つの照明光として分離されるので、光源の数は、従
来の位置合わせマーク検出装置の光源の半数でよく、構
造が簡素化され、小形化と価格の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す要部を拡大した斜視
図図、第２図は第１実施例における光路を説明するため
の説明図、第３図は検出された画像を示す説明図、第4,
5図は第１実施例の原理を示す説明図、第6,7図は第１実
施例の効果を示す説明図、第８〜12図は従来技術を説明
する図、第13,14図は第１実施例の解析式に数値を代入
して結果を求めた表、第15図は第３の実施例を示す工程
図、第16図は第２の実施例を示す斜視図である。１……レチクル、２……回路パターンを示す領域、3a,3
b……レチクル位置合わせマーク、４……縮小投影レン
ズ、５……ウエハ、11,12……レーザ光源、13,30……ダ
イクロイックミラー、14……４分の１波長板、15……複
屈折プリズム、17……Ｐ偏光レーザ光、18……Ｓ偏光レ
ーザ光、20……ハーフプリズム、23……垂直入射光、24
……傾斜させた入射光、25……ウエハ位置合わせマー
ク、26,27,53,54,56,57……回折光、29,31……実像、3
2,33……光電素子、50……TVモニタ、60……ウエハ上の
位置合わせマークのパターン段差、61……回折光検出
値、200……レーザ出射装置、201……位置合わせ光学装
置、102……単波長照明光、106……ハーフミラー、109
……レジスト、110……マーク部分、111……レジスト部
分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原画パターンを被処理基板上に露光する露
光装置であって、波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形成さ
れた位置合わせマーク上に照射する照射手段と、前記被処理基板と光学的に共役な位置に配置されて前記
照射手段により照射され前記位置合わせマークにより回
折された回折光を前記照射した複数の波長の光に対応し
て検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記複数の波長の光に対
応する回折光に基づいて前記位置合わせマークの位置を
検出する位置検出手段と、を備え、前記照射手段は、前記波長の異なる複数の光をそれぞれ
Ｓ偏光とＰ偏光とに分離する偏光分離部を有し、該偏光
分離部により分離された前記Ｓ偏光と前記Ｐ偏光とを互
いに異なる角度で前記被処理基板に照射する、ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマークは、少なくとも一方向に周期性を有するパタ
ーンであって、前記検出手段が前記位置合わせマークの
周期性を有する方向に対して直角な方向に配置されてい
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】原画パターンを被処理基板上に露光する露
光方法であって、波長の異なる複数の光をそれぞれＳ偏光とＰ偏光とに分
離し、該分離された前記Ｓ偏光と前記Ｐ偏光とを互いに
異なる角度で前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマーク上に照射し、該照射により前記位置合わせマークで回折された回折光
を、前記照射した複数の波長の光に対応して前記被処理
基板と光学的に共役な位置で検出し、該検出した前記複数の波長の光に対応する回折光に基づ
いて前記位置合わせマークの位置を求め該求めた位置合わせマークの位置に基づいて前記原画パ
ターンと前記被処理基板との相対的な位置を調整し、前記原画パターンを前記相対的に位置が調整された前記
被処理基板上に露光する、ことを特徴とする露光方法。
【請求項４】前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマークは、少なくとも一方向に周期性を有するパタ
ーンであって、前記回折光を前記位置合わせマークの周
期性を有する方向に対して直角な方向から検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。