JPH10116770A

JPH10116770A - 位置検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH10116770A
Application number: JP8270631A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】露光光とは異なる波長のアライメント光を用
いて投影光学系を介してレチクルマークとウエハマーク
との位置ずれ量を検出する際に、できるだけ近接した光
路に沿って進む光束を使用する。【解決手段】僅かに周波数の異なる２光束Ｌ１，２Ｌ
２を用いて投影光学系ＰＬを介して２光束干渉方式でレ
チクルマーク１４Ｘ及びウエハマーク１６Ｘの位置ずれ
量を検出する。レチクルマーク１４Ｘとウエハマーク１
６Ｘとのピッチを互いに回折光が重ならないように設定
し、時分割方式で２光束Ｌ１，Ｌ２の交差角を切り換え
て順次レチクルマーク１４Ｘ及びウエハマーク１６Ｘの
位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つのマークの位
置ずれ量を検出するための位置検出方法及び装置に関
し、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表
示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグ
ラフィ工程で使用される投影露光装置において、マスク
上から投影光学系を介してマスク上の位置合わせ用マー
クと感光基板上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を
検出するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライ
メントセンサ、又はマスクと感光基板とを密着させて露
光するプロキシミティ方式の露光装置でマスク上の位置
合わせ用マークと感光基板上の位置合わせ用マークとの
位置ずれ量を検出するアライメントセンサ等に使用して
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等の微細パターン
を形成するために、マスクとしてのレチクル（又はフォ
トマスク等）のパターンを投影光学系を介して感光基板
としてのウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショッ
ト領域に転写するステッパー等の投影露光装置が使用さ
れている。斯かる投影露光装置では、ウエハ上の各ショ
ット領域内に既に形成されている回路パターンと、これ
から転写するレチクルのパターンとの位置合わせ（アラ
イメント）を高精度に行うために、レチクルとウエハと
の位置ずれ量を検出するための位置検出装置としてのア
ライメントセンサ、及びこの検出結果に基づいてレチク
ル及びウエハの位置決めを行うためのステージ機構等か
らなるアライメント機構が備えられている。

【０００３】そのような従来のアライメントセンサで、
最も高精度にレチクルとウエハとの位置ずれ量を検出で
きる方式の一つが、レチクル上から投影光学系を介して
レチクル上のアライメントマーク（レチクルマーク）と
ウエハ上のアライメントマーク（ウエハマーク）との位
置ずれ量を検出するＴＴＲ方式である。また、このＴＴ
Ｒ方式に適用できるアライメントセンサ中で、高精度に
各アライメントマークの位置を検出できるタイプとし
て、回折格子状のアライメントマークに対して２方向か
ら可干渉な光ビームを照射し、そのアライメントマーク
から同一方向に発生する複数の回折光よりなる干渉光の
位相に基づいてそのアライメントマークの位置を検出す
る２光束干渉方式が知られている。２光束干渉方式は、
ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)方式とも呼
ばれている。２光束干渉方式は、更に僅かに周波数の異
なる２光束を使用するヘテロダイン干渉方式と、同じ周
波数の２光束を使用するホモダイン干渉方式とに分かれ
る。

【０００４】また、アライメントセンサでは通常、ウエ
ハ上のフォトレジストに対して非感光性の光束（非露光
光）がアライメント光として使用されている。ところ
が、ＴＴＲ方式のアライメントセンサで、アライメント
光として非露光光を使用すると、投影光学系は露光光に
対して色収差が補正されているため、投影光学系での色
収差によってそのアライメント光のもとではレチクルと
ウエハとの共役性が保てなくなり、共通の検出系でレチ
クルマークとウエハマークとの位置ずれ量を高精度に検
出するのは困難となる。

【０００５】そこで、例えば特開平４−７８１４号公報
（米国特許（ＵＳＰ）第５，２１４，４８９号）では、
レチクルマークの格子ピッチを投影倍率を考慮したウエ
ハマークの格子ピッチの１／２にして、互いに独立の検
出系を用いてレチクルマーク、及びウエハマークから得
られる各々の光ビート信号を比較して位置検出を行う２
光束干渉方式のアライメントセンサが開示されている。
また、このアライメントセンサでは、非露光光よりなる
アライメント光のもとでの投影倍率が、露光光のもとで
の投影倍率と異なることも考慮されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように２光束干
渉方式のアライメントセンサは、極めて高精度にアライ
メントマークの位置検出を行うことができる。しかしな
がら、従来の２光束干渉方式のアライメントセンサで、
レチクルマークとウエハマークとの位置ずれ量を検出す
るためには、レチクルマーク及びウエハマークにそれぞ
れ重ならないようにアライメント光を照射して、それら
２つのマークの位置を個別に、且つ並列に検出する必要
があり、光学系が複雑であるという不都合があった。

【０００７】また、そのように２光束干渉方式で２つの
マークの位置を並列に検出するためには、レチクルマー
ク及びウエハマークからの干渉光が互いに混入しないよ
うに、空間的にレチクルマーク、及びウエハマークの検
出位置を共役な位置関係からずらしたりすることが必要
になる。その結果、２つのマークに入射する光束の光
路、及び２つのマークからの干渉光の光路が同一ではな
くなって、それら２つのマークに対する空気揺らぎ等の
影響が異なり、それが検出誤差になることがあった。

【０００８】更に、最近は露光光としてＫｒＦエキシマ
レーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波
長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光も使用されるよう
になっている。ところが、この場合にも、アライメント
光としては現状で容易に入手できる光源であるＨｅ−Ｎ
ｅレーザや半導体レーザ等からの波長６００〜８００ｎ
ｍ程度の赤色光が使用される。この結果、投影光学系で
アライメント光に対して大きな色収差（軸上色収差、及
び倍率色収差等）が発生し、ＴＴＲ方式のアライメント
を行うためにはその補正が必要になる。特に、倍率色収
差が補正されていない状態でレチクルマークとウエハマ
ークとの間に相対位置ずれがある場合、アライメント光
での位置ずれ量と露光光での位置ずれ量とが異なり、検
出誤差が生じるという不都合があった。例えば、露光光
の波長が２４８ｎｍの場合、投影光学系においてアライ
メント光に対して５％の倍率誤差が生じることもある。
この場合、アライメント光での２つのマークの位置ずれ
量が２μｍあったとすると、この位置ずれ量は露光光で
は２．１μｍ（又は１．９μｍ）になるため、その検出
誤差は０．１μｍ（１００ｎｍ）にも達してしまう。

【０００９】これに関して、上述の特開平４−７８１４
号公報に開示された２光束干渉方式のアライメントセン
サでは、アライメント光に対する投影光学系の倍率誤差
を考慮して、レチクルマーク上に照射される２光束の干
渉縞のピッチとウエハマーク上に照射される２光束の干
渉縞のピッチとを調整していた。これは具体的には、レ
チクルマークとウエハマークとでそれぞれ独立の検出系
を備え、且つレチクルマークとウエハマークとで観察倍
率を変えていたことを意味する。しかしながら、このよ
うにレチクルマークとウエハマークとで観察倍率を変え
た光学系を２系統持つことは、全体の光学系の複雑化を
招き製造コストの上昇につながるという不都合があっ
た。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、所定の波長のア
ライメント光を用いてレチクルマークとウエハマークと
の位置ずれ量を検出する際に、できるだけ近接した光路
に沿って進む光束を使用する簡単な光学系を介して、そ
れら２つのマークの位置ずれ量を正確に検出できる位置
検出方法を提供することを目的とする。更に本発明は、
その位置検出方法を実施できる位置検出装置を提供する
ことをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出方
法は、露光用の照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に
形成されたパターンを感光基板（Ｗ）上に転写するに先
立って所定の波長域の位置検出光（Ｌ）を用いてマスク
（Ｒ）上の格子状の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）と感
光基板（Ｗ）上の格子状の位置合わせ用マーク（１６
Ｘ）との位置ずれ量を検出する位置検出方法において、
マスク（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）のピッ
チと感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１６Ｘ）
のピッチとをその位置検出光によるそれら２つの位置合
わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）からの回折光が重なら
ないように定め、その位置検出光を同時にそれら２つの
位置合わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）に照射したとき
に得られるそれら２つの位置合わせ用マーク（１４Ｘ，
１６Ｘ）からの回折光の位相に基づいてそれら２つの位
置合わせ用マークの位置ずれ量を検出するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、例えば図３に示す
ように、マスク（Ｒ）上のパターンを投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して感光基板（Ｗ）に転写する投影露光装置の
位置合わせに際して、２つの位置合わせ用マーク（１４
Ｘ，１６Ｘ）の位置を同軸の（同じ光軸に沿った）近接
した光路を通る位置検出光（Ｌ１，Ｌ２）を用いて検出
できる。即ち、２光束干渉方式を用いるとして、先ず図
３（ａ）に示すように、感光基板（Ｗ）上の位置合わせ
用マーク（１６Ｘ）のピッチに合わせて位置検出光（Ｌ
１，Ｌ２）の交差角を設定すると、位置合わせ用マーク
（１６Ｘ）から例えば±１次回折光よりなる干渉光（Ｌ
Ｗ）が発生するが、マスク（Ｒ）上の位置合わせ用マー
ク（１４Ｘ）からの回折光の方向はその干渉光（ＬＷ）
の方向とは異なるために、その干渉光（ＬＷ）のみを検
出できる。次に、図３（ｂ）に示すように、マスク
（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）のピッチに合
わせて位置検出光（Ｌ１，Ｌ２）の交差角を設定する
と、位置合わせ用マーク（１４Ｘ）から例えば±１次回
折光よりなる干渉光（ＬＲ）が発生するが、位置合わせ
用マーク（１６Ｘ）からの回折光の方向はその干渉光
（ＬＲ）の方向とは異なるために、その干渉光（ＬＲ）
のみを検出できる。従って、それらの干渉光（ＬＷ，Ｌ
Ｒ）の位相より２つの位置合わせ用マーク（１４Ｘ，１
６Ｘ）の位置をそれぞれ正確に検出でき、この検出結果
の差分よりそれら２つのマークの位置検出光のもとでの
位置ずれ量が正確に検出される。

【００１３】この場合、それら２つのマークへの位置検
出光の照射は共通の光学系によって行うことができるた
め、光学系が簡素化される。更に、予め位置検出光（ア
ライメント光）のもとでの投影倍率と、露光用の照明光
（露光光）のもとでの投影倍率とを求めておき、その検
出結果を露光用の照明光のもとでの位置ずれ量に換算す
ることによって、露光用の照明光のもとでの位置ずれ量
が正確に検出される。

【００１４】この場合、マスク（Ｒ）のパターンが投影
光学系（ＰＬ）を介して感光基板上に転写されていると
すると、マスク（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４
Ｘ）のピッチをＰｒ、感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用
マーク（１６Ｘ）のピッチをＰｗ、その位置検出光のも
とでのその投影光学系（ＰＬ）のマスク（Ｒ）から感光
基板（Ｗ）への投影倍率をβとしたとき、１以上の任意
の整数ｍ，ｎを用いて、次の２つの関係が成立するよう
にピッチＰｒ及びＰｗを設定することが望ましい。

【００１５】Ｐｗ≠ｍ・β・Ｐｒ（１）ｎ・Ｐｗ≠β・Ｐｒ（２）より具体的には、ピッチＰｗをｍ・β・Ｐｒ、又はβ・
Ｐｒ／ｎによって定まる値に対して例えば数％異なる値
に設定するとよい。これによって、マスク（Ｒ）上の位
置合わせ用マーク（１４Ｘ）に入射した光束からの０次
光、及び１次以上の回折光を感光基板（Ｗ）上の位置合
わせ用マーク（１６Ｘ）に入射させて得られる回折光中
には、同一方向に進む組み合わせは存在しない。逆に、
感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１６Ｘ）から
の０次光、及び１次以上の回折光をマスク（Ｒ）上の位
置合わせ用マーク（１４Ｘ）で回折させても同一方向に
進む回折光は存在しない。つまり、２つの位置合わせ用
マークからの回折光は互いに混入しないことになる。

【００１６】また、以上の（１）式及び（２）式は、マ
スク（Ｒ）上のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して
感光基板（Ｗ）に転写する投影露光装置におけるマスク
（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）と感光基板
（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１６Ｘ）とを検出する
場合のものであるが、投影光学系（ＰＬ）を用いずにマ
スク（Ｒ）上のパターンと感光基板（Ｗ）とを近接又は
密着させて露光するプロキシミティ方式等の露光装置の
場合にも適用することができる。このプロキシミティ方
式等の露光装置の場合、投影光学系（ＰＬ）が存在しな
いが、互いにマスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とが近接し
て配置されているため、投影光学系（ＰＬ）の投影倍率
βを１として（１）式及び（２）式を扱うことができ
る。従って、プロキシミティ方式等の露光装置の場合で
も２つの位置合わせ用マークからの不要な回折光が混入
することなく、必要とされる回折光のみを得ることがで
きる。

【００１７】従って、位置合わせ用マーク（１４Ｘ）に
入射した光束の０次光をそのまま位置合わせ用マーク
（１６Ｘ）に入射させても、位置合わせ用マーク（１４
Ｘ）のその他の回折光が位置合わせ用マーク（１６Ｘ）
からの回折光のノイズ光となることはなく、逆も成立す
るため、それら２つのマークに対する位置検出光を同軸
に入射させることが可能である。

【００１８】この際に、その位置検出光によるマスク
（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）からの回折光
の位相と、感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１
６Ｘ）からの回折光の位相とを時分割で検出することが
望ましい。時分割によって、共通の受光系を介して、順
次２つの位置合わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）の位置
検出を行うことができる。

【００１９】更に、その位置検出光によるそれら２つの
位置合わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）からの回折光の
位相をそれぞれ所定の基準信号の位相と比較することに
よって、それら２つの位置合わせ用マークの位置ずれ量
を求めるようにしてもよい。２光束干渉方式で、且つヘ
テロダイン干渉方式で位置検出を行う場合、例えば周波
数の異なる２光束を生成するための音響光学素子の駆動
信号をミキシングすることによってその基準信号を生成
できる。そして、感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マー
ク（１６Ｘ）については、位置検出光と露光用の照明光
との間の投影倍率の相違に基づいて、そのようにして求
められた位置ずれ量を露光用の照明光のもとでの位置ず
れ量に換算することによって、露光用の照明光のもとで
の位置ずれ量が正確に求められる。

【００２０】また、本発明による位置検出装置は、露光
用の照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成された
パターンを感光基板（Ｗ）上に転写するに先立って所定
の波長域の位置検出光（Ｌ）を用いてマスク（Ｒ）上の
格子状の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）と感光基板
（Ｗ）上の格子状の位置合わせ用マーク（１６Ｘ）との
位置ずれ量を検出する位置検出装置において、位置検出
用の光束（Ｌ）から互いに周波数の異なる２光束（Ｌ
１，Ｌ２）を生成する光変調手段（２３）と、この光変
調手段に対して周波数が可変の超音波を加える駆動手段
（２４）と、光変調手段（２３）で生成された２光束
（Ｌ１，Ｌ２）を投影光学系（ＰＬ）と共にマスク
（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１４Ｘ）及び感光基板
（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１６Ｘ）に導く照射光
学系（２７，２８）と、それら２つの位置合わせ用マー
ク（１４Ｘ，１６Ｘ）からそれぞれ同一方向に発生する
複数の回折光同士による干渉光（ＬＲ，ＬＷ）を光電的
に検出する検出器（３０）と、を有し、それら２つの位
置合わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）の内の検出対象の
マークのピッチに応じて駆動手段（２４）から光変調手
段（２３）に対して加える超音波の周波数を調整するも
のである。

【００２１】斯かる本発明の位置検出装置によれば、２
つの位置合わせ用マーク（１４Ｘ，１６Ｘ）のピッチが
それぞれのマークからの回折光が重ならないように定め
られている場合に、時分割的にその光変調手段（２３）
に供給される超音波の周波数を切り換えて、その光変調
手段（２３）から射出される周波数の異なる２光束（Ｌ
１，Ｌ２）の交差角を、順次位置合わせ用マーク（１４
Ｘ）、及び位置合わせ用マーク（１６Ｘ）のピッチに応
じた角度に設定する。これによって、共通の照射光学系
（２７，２８）を介して位置合わせ用マーク（１４Ｘ，
１６Ｘ）の位置が順次検出され、本発明の位置合わせ方
法が実施される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、レチクルのパ
ターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した
状態で、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期
走査することによりレチクルのパターン像をウエハ上の
各ショット領域に逐次転写するステップ・アンド・スキ
ャン方式の投影露光装置で、レチクルとウエハとのアラ
イメントを行う場合に本発明を適用したものである。

【００２３】図１は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図１において、露光時に露光用光源、及びフラ
イアイレンズ等からなる照度分布均一化光学系１から射
出された露光用の照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２、
可変視野絞り（レチクルブラインド）３、第２リレーレ
ンズ４及びコンデンサレンズ５を経てダイクロイックミ
ラー６に入射する。そして、ダイクロイックミラー６で
下方に反射された照明光ＩＬは、レチクルＲのパターン
領域上のスリット状の照明領域を均一な照度分布で照明
する。照明光ＩＬとして、本例ではＫｒＦエキシマレー
ザ（波長２４８ｎｍ）、又はＡｒＦエキシマレーザ（波
長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光が使用されてい
る。但し、照明光ＩＬとしては、金属蒸気レーザやＹＡ
Ｇレーザの高調波、又は水銀ランプの輝線（波長３６５
ｎｍのｉ線等）等を使用することもできる。

【００２４】露光時にレチクルＲ上の照明領域を通過し
た照明光ＩＬは、両側（又はウエハ側に片側）テレセン
トリックな投影光学系ＰＬに入射し、その照明領域内の
パターンを投影光学系ＰＬにより投影倍率Ｍ（Ｍは露光
用の照明光のもとでの投影倍率であり、例えば１／４，
１／５等の値を取る）で縮小した像が、表面にフォトレ
ジストが塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域
に投影露光される。以下では、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙
面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説
明する。

【００２５】本例では、レチクルＲはレチクルステージ
７上に保持され、レチクルステージ７は、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸに垂直な平面内で２次元的にレチクルＲの
位置決めを行うと共に、Ｘ方向（走査方向）にレチクル
Ｒを所定速度で走査できるように構成されている。レチ
クルステージ７上の移動鏡８ｍ、及びレーザ干渉計８に
よって計測されるレチクルステージ７の２次元座標が、
装置全体の動作を統轄的に制御する主制御系９に供給さ
れ、主制御系９は供給された座標に基づいてレチクルス
テージ駆動部１０を介してレチクルステージ７の位置、
及び走査速度を制御する。

【００２６】一方、ウエハＷは、微小回転可能なウエハ
ホルダ（不図示）を介してウエハステージ１１上に載置
されている。ウエハステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向
にウエハＷの位置決めを行うと共に、Ｘ方向にウエハＷ
を一定速度で走査するように構成されている。また、ウ
エハステージ１１は、オートフォーカス方式でウエハＷ
のＺ方向の位置（フォーカス位置）の制御を行う。ウエ
ハステージ１１上の移動鏡１２ｍ、及び外部のレーザ干
渉計１２によって計測されるウエハステージ１１の２次
元座標が主制御系９に供給され、主制御系９はウエハス
テージ駆動部１３を介してウエハステージ１１の動作を
制御する。走査露光時には、レチクルステージ７を介し
てレチクルＲが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度Ｖ_Rで
走査されるのに同期して、ウエハステージ１１を介して
ウエハＷ上の１つのショット領域が速度β・Ｖ_R(βは投
影倍率）で−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に走査される。

【００２７】次に、本例の投影露光装置のアライメント
センサにつき詳細に説明する。本例では、ＴＴＲ方式
で、且つ２光束干渉方式（ＬＩＡ方式）のアライメント
センサを使用する。そして、レチクルＲ、及びウエハＷ
の各ショット領域にはそれぞれ回折格子状のアライメン
トマーク（レチクルマーク及びウエハマーク）が形成さ
れている。

【００２８】図２（ａ）はレチクルＲ上のレチクルマー
クの配列を示し、この図２（ａ）において、レチクルＲ
のパターン領域ＰＡを囲む＋Ｙ方向の遮光帯内に、Ｘ方
向に所定ピッチで光透過部と遮光部とを配列してなるＸ
軸の回折格子状のレチクルマーク１４Ｘ、及びＹ方向に
所定ピッチで光透過部と遮光部とを配列してなるＹ軸の
回折格子状のレチクルマーク１４Ｙが形成されている。
また、その１対のレチクルマークと対称に、−Ｙ方向の
遮光帯内にも、回折格子状のＸ軸のレチクルマーク１５
Ｘ、及びＹ軸のレチクルマーク１５Ｙが形成されてい
る。

【００２９】次に、図２（ｂ）はウエハＷ上の１つのシ
ョット領域ＳＡに付設されたウエハマークの配列を示
し、この図２（ｂ）において、ショット領域ＳＡに−Ｙ
方向に隣接するように、Ｘ方向に所定ピッチで凸部と凹
部とを配列してなるＸ軸の回折格子状のウエハマーク１
６Ｘ、及びＹ方向に所定ピッチで凸部と凹部とを配列し
てなるＹ軸の回折格子状のウエハマーク１６Ｙが形成さ
れている。また、その１対のウエハマークと対称に、そ
のショット領域ＳＡに＋Ｙ方向に隣接するように、回折
格子状のＸ軸のウエハマーク１７Ｘ、及びＹ軸のウエハ
マーク１７Ｙが形成されている。ＴＴＲ方式でアライメ
ントを行う際には、レチクルＲ上の４個のレチクルマー
ク１４Ｘ，１４Ｙ，１５Ｘ，１５Ｙと対応するウエハＷ
のショット領域ＳＡのウエハマーク１６Ｘ，１６Ｙ，１
７Ｘ，１７Ｙとの計測方向への位置ずれ量が対応するア
ライメントセンサによって検出され、これらの検出結果
がそれぞれ所定の許容範囲内に収められた状態で露光が
行われる。

【００３０】更に、本例では、レチクルマーク及びウエ
ハマークの位置検出を行うためのアライメント光として
は、ウエハＷ上のフォトレジストを感光させない波長域
の光束、即ち露光用の照明光ＩＬとは異なる波長域の光
束が使用されている。そのため、露光用の照明光ＩＬに
対して収差補正が行われている投影光学系ＰＬにおいて
は、そのアライメント光に対して色収差（倍率色収差、
軸上色収差）が残存していることがある。そこで本例で
は、そのアライメント光のもとでの、投影光学系ＰＬに
おけるレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率βを予
め計測しておく。そして、レチクルマーク１４ＸのＸ方
向へのピッチをＰｒ、ウエハマーク１６ＸのＸ方向への
ピッチをＰｗとしたとき、１以上の任意の整数ｍ，ｎを
用いて、次の２つの関係が成立するようにピッチＰｒ及
びＰｗを設定する。

【００３１】Ｐｗ≠ｍ・β・Ｐｒ（３）ｎ・Ｐｗ≠β・Ｐｒ（４）即ち、レチクルマーク１４ＸのウエハＷ上での像のピッ
チβ・Ｐｒと、ウエハマーク１６ＸのピッチＰｗとが互
いに整数倍の関係にならないように設定する。図５は、
レチクルマーク１４ＸのウエハＷ上での像１４ＸＷと、
ウエハマーク１６Ｘとの関係を示す。この図５におい
て、レチクルマーク１４Ｘの像１４ＸＷのピッチβ・Ｐ
ｒと、ウエハマーク１６ＸのピッチＰｗとが（３）式、
及び（４）式の関係を満たしていると、仮想的にそれら
２つのマークに光束３２が垂直に入射した場合に、像１
４ＸＷからのｍ次（ｍは１以上の整数）の回折光３４の
回折角θ_mと、ウエハマーク１６Ｘからの１次回折光３
３の回折角αとは一致することがない。即ち、ｍ次の回
折光３４と１次回折光３３とは重なることがないため、
後述のようにレチクルマーク１４Ｘに影響されずに、ウ
エハマーク１６Ｘからの±１次回折光のみを検出できる
ことになる。同様に、ウエハマーク１６Ｘに影響されず
に、レチクルマーク１４Ｘからの±１次回折光のみを検
出できることになる。その他のレチクルマークとウエハ
マークとのピッチも同様な関係に設定されており、検出
原理も同じである。そのため、以下では、Ｘ軸のレチク
ルマーク１４Ｘとウエハマーク１６ＸとのＸ方向の位置
ずれ量を検出するための１つのアライメントセンサの構
成につき説明する。

【００３２】図１に戻り、そのアライメント光のもとで
の本例の投影光学系ＰＬのレチクルＲのパターン面に対
する光学的フーリエ変換面（瞳面）の近傍には、そのア
ライメント光に対する投影光学系ＰＬの色収差を制御す
るための色収差制御板１７が設置されている。色収差制
御板１７は、ガラス基板上に位相型の回折格子よりなる
複数の色収差制御素子（図１ではそれらの内の１７ａ，
１７ｂを示す）を形成したものであり、これらの色収差
制御素子によってアライメント光の色収差を制御するこ
とによって、レチクルマーク１４Ｘとウエハマーク１６
Ｘとをアライメント光のもとで投影光学系ＰＬに関して
共役にしている。

【００３３】また、レチクルＲの上方のダイクロイック
ミラー６の上に、Ｘ軸の２光束干渉方式のアライメント
センサ２１のアライメント光学系が配置されている。こ
のアライメント光学系において、例えばＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源よりなるレーザ光源２２から射出されたアライメ
ント光（位置検出光）としてのレーザビームＬは、周波
数可変２光束発生系２３に入射する。この周波数可変２
光束発生系２３は、２つの音響光学素子を含み、これら
２つの音響光学素子に外部のＡＯＭ駆動系２４から所定
の周波数差Δｆを有する可変の周波数ｆ₁,ｆ₂の高周波
信号を印加することによって、所定の周波数差Δｆを有
し互いに可干渉な２光束（ヘテロダインビーム）Ｌ１及
びＬ２を可変の射出角で発生するように構成されてい
る。

【００３４】図４は、その周波数可変２光束発生系２３
の一例を示し、この図４において、２つの音響光学素子
（以下、「ＡＯＭ」と略称する）３１Ａ及び３１Ｂが近
接して配置されている。この図４の第１のＡＯＭ３１Ａ
において、音響光学媒体４１Ａの一方の側面に電極板４
２Ａ、超音波発生用のトランスデューサ４３Ａ、及び電
極板４４Ａが順次固定され、他方の側面に吸音材４６Ａ
が固定され、電極板４２Ａ及び４４Ａの間にＡＯＭ駆動
系２４から可変の周波数ｆ₁の高周波信号が供給され、
これにより進行波４７Ａが形成される。また、第２のＡ
ＯＭ３１Ｂにおいて、音響光学媒体４１Ｂの他方の側面
に電極板４２Ｂ、超音波発生用のトランスデューサ４３
Ｂ、及び電極板４４Ｂが順次固定され、一方の側面に吸
音材４６Ｂが固定され、電極板４２Ｂ及び４４Ｂの間に
ＡＯＭ駆動系２４から可変の周波数ｆ₂の高周波信号が
供給され、これにより第１のＡＯＭ３１Ａ内の進行波４
７Ａと逆方向に進行する進行波４７Ｂが形成される。

【００３５】音響光学媒体４１Ａ，４１Ｂとしては、通
常のガラスの他に、２酸化テルル（ＴｅＯ₂)の単結晶、
水晶、石英、モリブデン酸鉛単結晶等が使用できる。ま
た、吸音材４６Ａ，４６Ｂとしては、音響インピーダン
ス（密度と音速との積）が音響光学媒体４１Ａ，４１Ｂ
のそれと近く、且つ音波を吸収し易い材料である例えば
鉛、又はアルミニウム等の金属膜が使用できる。また、
トランスデューサ４３Ａ，４３Ｂとしては、リチウムナ
イオベイト（ＬｉＮｂＯ₃)の単結晶、ＬｉＩＯ ₃ の単結
晶、又はＢａ₃ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅の単結晶等が使用でき
る。

【００３６】この場合、トランスデューサ４３Ａと吸音
材４６Ａとにより挟まれた領域が第１の超音波作用領域
を形成し、トランスデューサ４３Ｂと吸音材４６Ｂとに
より挟まれた領域が第２の超音波作用領域を形成してい
る。そして、入射するレーザビームＬの内で、ＡＯＭ３
１Ａ内の進行波４７Ａによる＋１次回折光Ｌ₀(1)、及び
ＡＯＭ３１Ｂ内の進行波４７Ｂによる＋１次回折光Ｌ
_A(1)の混合光が光束Ｌ１となり、進行波４７Ａによる−
１次回折光Ｌ₀(-1) 、及び進行波４７Ｂによる−１次回
折光Ｌ_A(-1) の混合光が光束Ｌ２となっている。そし
て、光束Ｌ１の周波数の変化分は実質的に（ｆ₁-ｆ₂)／
２であり、光束Ｌ２の周波数の変化分は実質的に−（ｆ
₁-ｆ₂)／２である。更に、ＡＯＭ３１Ａ内の超音波作用
領域の中心とＡＯＭ３１Ｂ内の超音波作用領域の中心と
の空気長に換算した間隔ｓは、２つの光束Ｌ１，Ｌ２の
干渉光の光電変換信号（光ビート信号）のコントラスト
が最大となるように設定されている。

【００３７】そして、この図４の構成例において、ＡＯ
Ｍ駆動系２４からＡＯＭ３１Ａ，３１Ｂに供給する高周
波信号の周波数ｆ₁,ｆ₂を変化させることによって、射
出される光束Ｌ１及びＬ２の射出角（交差角）を制御で
きるようになっている。従って、後述のように検出対象
が図１のウエハマーク１６Ｘからレチクルマーク１４Ｘ
へと順次切り換えられる際には、検出対象のマークのピ
ッチに応じて光束Ｌ１及びＬ２の交差角を調整できるよ
うになっている。但し、そのように周波数ｆ₁,ｆ₂を変
化させる場合でも、周波数差Δｆ（＝ｆ₁−ｆ₂)は一定
に維持されているため、ウエハマーク１６Ｘ又はレチク
ルマーク１４Ｘから得られる干渉光のビート周波数は一
定のΔｆであり、信号処理系の構成は簡略である。な
お、周波数ｆ₁,ｆ₂は音響光学素子を安定に駆動するた
めに数１０ＭＨｚ程度に設定され、周波数差Δｆは信号
処理が容易なように例えば数１０ｋＨｚ程度に設定され
る。

【００３８】なお、その２つのＡＯＭ３１Ａ，３１Ｂの
間隔ｓはできれば０となるのが望ましいが、図４のよう
に近接して配置するときには、間隔ｓは０にはなり得な
い。そこで、実質的に間隔ｓを０にするには、２つのＡ
ＯＭ３１Ａ，３１Ｂの間にリレーレンズ系を配置すれば
よい。また、回折効率を高めるには、ＡＯＭ３１Ａ，３
１Ｂとして異方ブラッグ回折を行う音響光学素子を使用
してもよい。

【００３９】図１に戻り、周波数可変２光束発生系２３
から射出された１対の所定の周波数差Δｆを有する可干
渉な光束Ｌ１，Ｌ２は、対物レンズ２７で集光されてビ
ームスプリッタ２８に至り、ビームスプリッタ２８で反
射された光束Ｌ１，Ｌ２はダイクロイックミラー６を透
過して、レチクルＲのパターン面のＸ軸のレチクルマー
ク１４Ｘに交差するように入射する。この際に、その光
束Ｌ１，Ｌ２の交差角がレチクルマーク１４Ｘのピッチ
Ｐｒに適合していると、レチクルマーク１４Ｘから垂直
上方に±１次回折光よりなる干渉光が発生し、この干渉
光はダイクロイックミラー６、及びビームスプリッタ２
８を経てフォトダイオード等からなる光電検出器３０に
入射する。また、ビームスプリッタ２８と光電検出器３
０との間にはレチクルマーク１４Ｘ、又はウエハマーク
１６Ｘから垂直上方に発生する光束のみを通過させる空
間フィルタ２９が配置され、検出対象の干渉光以外の光
束が遮光されるように構成されている。

【００４０】一方、レチクルマーク１４Ｘに入射した光
束Ｌ１，Ｌ２の一部（これも光束Ｌ１，Ｌ２と呼ぶ）
は、レチクルマーク１４Ｘを透過して投影光学系ＰＬに
入射する。そして、光束Ｌ１及びＬ２はそれぞれ投影光
学系ＰＬ内に設置された色収差制御板１７上の色収差制
御素子１７ａ及び１７ｂによって光路が偏向されて投影
光学系ＰＬから射出された後、ウエハＷ上のＸ軸のウエ
ハマーク１６Ｘ上に交差するように入射する。そして、
レチクルマーク１４Ｘの場合と同様に、その光束Ｌ１，
Ｌ２の交差角がウエハマーク１６ＸのピッチＰｗに適合
していると、ウエハマーク１６Ｘから垂直上方に±１次
回折光よりなる干渉光ＬＷが発生し、この干渉光ＬＷは
投影光学系ＰＬ中の色収差制御板１７上の対応する色収
差制御素子を経てレチクルマーク１４Ｘに戻り、レチク
ルマーク１４Ｘを透過した干渉光ＬＷは、ダイクロイッ
クミラー６、ビームスプリッタ２８、及び空間フィルタ
２９を経て光電検出器３０に入射する。光電検出器３０
で入射する干渉光を光電変換して得られる周波数Δｆの
光ビート信号ＳＸは、信号処理系２６に供給される。

【００４１】なお、図４に示すように、本例の周波数可
変２光束発生系２３内のＡＯＭ３１Ａ，３１Ｂの間隔ｓ
は０にはならないため、射出される光束Ｌ１，Ｌ２には
周波数ｆ₁,ｆ₂程度で変調された成分が重畳され、得ら
れる光ビート信号ＳＸにも高周波成分が重畳されている
場合がある。そこで、図１の光電検出器３０と信号処理
系２６との間に、光ビート信号ＳＸから周波数がｆ₁/２
程度以上の高周波成分を除去するためのローパスフィル
タ回路を付加してもよい。

【００４２】また、ＡＯＭ駆動系２４からミキサ回路２
５に対して、周波数可変２光束発生系２３に供給される
高周波信号から分離された周波数ｆ₁及びｆ₂の高周波
信号が供給され、ミキサ回路２５ではそれらの高周波信
号を混合して周波数Δｆ（＝ｆ₁−ｆ₂)の参照ビート信
号ＳＲを生成し、この参照ビート信号ＳＲを信号処理系
２６に供給する。信号処理系２６では、参照ビート信号
ＳＲと光ビート信号ＳＸとの位相を比較して、参照ビー
ト信号ＳＲに対する光ビート信号ＳＸの位相差φを求め
る。

【００４３】なお、参照ビート信号ＳＲの代わりに、単
純な基準クロック発生装置からのパルス信号を使っても
よい。図１において、レーザ光源２２〜光電検出器３０
までの部材よりアライメントセンサ２１が構成されてい
る。また、レーザ光源２２、周波数可変２光束発生系２
３、対物レンズ２７〜光電検出器３０よりアライメント
光学系が構成されている。

【００４４】次に、本例のアライメントセンサ２１を用
いて、レチクルＲ上のレチクルマーク１４Ｘと、ウエハ
Ｗ上のウエハマーク１６ＸとのＸ方向への位置ずれ量を
検出する場合の動作につき説明する。先ず、ウエハマー
ク１６Ｘの位置を検出するものとして、周波数可変２光
束発生系２３に供給する高周波信号の周波数ｆ₁,ｆ₂を
調整することによって、周波数可変２光束発生系２３か
ら射出される光束Ｌ１，Ｌ２のウエハマーク１６Ｘ上で
の入射角θ_Wが次式を満たすようにする。但し、λは光
束Ｌ１，Ｌ２の波長（中心波長）、Ｐｗはウエハマーク
１６Ｘのピッチであり、（５）式が満たされているとき
に、光束Ｌ１，Ｌ２の交差角がウエハマーク１６Ｘのピ
ッチＰｗに適合していると言う。

【００４５】sin θ_W＝λ／Ｐｗ（５）図３（ａ）はそのように光束Ｌ１，Ｌ２の交差角がウエ
ハマーク１６ＸのピッチＰｗに適合している状態を示
し、この図３（ａ）において、２つの光束Ｌ１，Ｌ２が
レチクルマーク１４Ｘに入射すると、その一部は０次光
Ｌ１０，Ｌ２０となって投影光学系ＰＬ側に透過してい
く。この際に、レチクルマーク１４Ｘでの回折も生じ、
例えば光束Ｌ１について考えると、レチクルマーク１４
Ｘにおいて１次回折光Ｌ１１、及び２次回折光Ｌ１２等
が生じる。但し、本例では（３）式、及び（４）式が成
立しているため、これら１次以上の回折光の悪影響は無
い。

【００４６】仮に、（３）式又は（４）式の不等号が成
り立たない場合、即ち（３）式又は（４）式で等号が成
立する場合は、１次回折光Ｌ１１、又は２次回折光Ｌ１
２等の何れかは０次光Ｌ２０と同じ方向に進み、ウエハ
マーク１６Ｘからの干渉光ＬＷにレチクルマーク１４Ｘ
からの１次以上の回折光が混入して、検出される光ビー
ト信号ＳＸのＳＮ比が悪化する。言い換えると、（３）
式及び（４）式が成り立つ限り、光束Ｌ１，Ｌ２のレチ
クルマーク１４Ｘからの０次光（透過光）Ｌ１０，Ｌ２
０は余分な回折光を含まない、つまりレチクルＲの位置
情報を含まない光束になる。そして、０次光Ｌ１０，Ｌ
２０がウエハマーク１６Ｘに入射すると、（５）式の関
係からウエハマーク１６Ｘから±１次回折光が平行に干
渉光ＬＷとして発生し、この干渉光ＬＷは図１の光電検
出器３０で受光される。一方、レチクルマーク１４Ｘで
反射回折された光ＬＲ１１，ＬＲ２１等については、
（３）式及び（４）式の関係があるので同一方向となる
組み合わせは存在しない。従って、ウエハマーク１６Ｘ
からの干渉光ＬＷに基づいてウエハＷの位置検出が正確
に行われる。

【００４７】次に、レチクルマーク１４Ｘの位置を検出
するときには、図１の周波数可変２光束発生系２３に供
給する高周波信号の周波数ｆ₁,ｆ₂を調整することによ
って、周波数可変２光束発生系２３から射出される光束
Ｌ１，Ｌ２のレチクルマーク１４Ｘ上での入射角θ_Rが
次式を満たすようにする。但し、Ｐｒはレチクルマーク
１４Ｘのピッチであり、（６）式が満たされているとき
に、光束Ｌ１，Ｌ２の交差角がレチクルマーク１４Ｘの
ピッチＰｒに適合していると言う。

【００４８】sin θ_R＝λ／Ｐｒ（６）図３（ｂ）はそのように光束Ｌ１，Ｌ２の交差角がレチ
クルマーク１４ＸのピッチＰｒに適合している状態を示
し、この図３（ｂ）において、２つの光束Ｌ１，Ｌ２が
レチクルマーク１４Ｘに入射すると、レチクルマーク１
４Ｘからの±１次回折光よりなる干渉光ＬＲが、レチク
ルマーク１４Ｘからほぼ垂直上方に発生して図１の光電
検出器３０で受光される。この際に、レチクルマーク１
４Ｘからの０次光Ｌ１０，Ｌ２０によってウエハマーク
１６Ｘからも１次回折光ＬＷ１１，ＬＷ２１が発生する
が、（３）式及び（４）式が成立しているため、これら
の１次回折光ＬＷ１１，ＬＷ２１は干渉光ＬＲに平行に
はならない。従って、干渉光ＬＲのみを高いＳＮ比で検
出することができ、レチクルマーク１４Ｘの位置を高精
度に検出できる。

【００４９】以上のレチクルマーク及びウエハマークに
よってＸ，Ｙ，θ方向でのレチクルＲとウエハＷとの相
対位置検出が完了した後、主制御系９はレチクルステー
ジ７とウエハステージ１１との位置を調整してアライメ
ントを完了させる。そして、アライメントを完了後、主
制御系９は照明系の内部に設けられた不図示のシャッタ
ー手段を開放する信号を出力してシャッター手段を開放
し、レチクルＲとウエハＷとを相対的に走査して、レチ
クルＲのパターンをウエハＷ上に転写するための露光動
作に移行する。

【００５０】また、（３）式及び（４）式の関係を満た
すための具体的なレチクルマーク１４ＸのピッチＰｒ、
及びウエハマーク１６ＸのピッチＰｗの一例は、次のよ
うになる。Ｐｗ＝０．９３β・Ｐｒ（７）つまり、ウエハマーク１６ＸのピッチＰｗは、アライメ
ント光のもとでの投影倍率βで補正したレチクルマーク
１４ＸのピッチＰｒの９３％に設定しておく。すると、
図３（ａ）の場合と図３（ｂ）の場合とで２光束Ｌ１，
Ｌ２の開き角の差は殆どなくなり、レチクルマーク１４
Ｘ及びウエハマーク１６Ｘの位置を検出する際の２光束
Ｌ１，Ｌ２の光路はほぼ同一とみなすことができ、レチ
クルＲより上方の光路における空気揺らぎの影響を最小
限にとどめることができる。

【００５１】上述のように本例では、図１の周波数可変
２光束発生系２３に供給する高周波信号の周波数ｆ₁,ｆ
₂を切り換えることによって、時分割的に順次ウエハマ
ーク１６Ｘ及びレチクルマーク１４Ｘの位置を検出して
いる。この場合、ヘテロダイン干渉方式の位置検出速度
は高速であり、空気揺らぎや機械振動の周期（１００Ｈ
ｚ程度）よりも十分速い周期で検出可能であるため、位
置検出に要する時間は短時間で済む。

【００５２】次に、図１において光電検出器３０から出
力される光ビート信号ＳＸ、及び参照ビート信号ＳＲに
基づいてレチクルマーク１４Ｘ及びウエハマーク１６Ｘ
の位置ずれ量を求める方法について詳述する。先に述べ
たように、信号処理系２６では光ビート信号ＳＸの参照
ビート信号ＳＲに対する位相差φが求められる。この場
合、レチクルマーク１４Ｘの位置検出時に検出される光
ビート信号ＳＸの位相差φをφｒとすると、レチクルス
テージ上でのレチクルマーク１４Ｘ（レチクルＲ）の基
準位置からＸ方向への位置ずれ量ΔＸｒは、次のように
なる。

【００５３】 ΔＸｒ＝φｒ・Ｐｒ／（２π）（８）同様に、ウエハマーク１６Ｘの位置検出時に検出される
光ビート信号ＳＸの位相差φをφｗとすると、ウエハマ
ーク１６Ｘ（ウエハＷ）のウエハステージ上での基準位
置からＸ方向への位置ずれ量ΔＸｗは、次のようにな
る。 ΔＸｗ＝φｗ・Ｐｗ／（２π）（９）この（８）式、（９）式から信号処理系２６では、レチ
クルＲとウエハＷとのＸ方向への相対位置ずれ量を計算
する。即ち、露光用の照明光のもとでの投影倍率Ｍ、及
びアライメント光のもとでの投影倍率βを用いると、
（９）式はアライメント光のもとでの位置ずれ量である
ため、先ず（９）式を次のように露光用の照明光のもと
での位置ずれ量ΔＸｗ’に変換する。

【００５４】 ΔＸｗ’＝Ｍ・ΔＸｗ／β （１０）次に、レチクルマーク１４Ｘとウエハマーク１６Ｘとの
ウエハステージ上での、露光用の照明光のもとでのＸ方
向への位置ずれ量ΔＸは、次式より求められる。 ΔＸ＝−Ｍ・ΔＸｒ−ΔＸｗ’ （１１）但し、（１１）式では投影光学系ＰＬで反転像が転写さ
れるものとしている。この位置ずれ量ΔＸは主制御系９
に供給される。他のマークについての位置ずれ量も主制
御系９に供給され、これらの位置ずれ量に基づいて主制
御系９では、レチクルステージ駆動系１０、ウエハステ
ージ駆動系１３を介してレチクルＲとウエハＷとの位置
ずれを補正する。

【００５５】ところで、上述の実施の形態では、レチク
ルマーク１４Ｘ及びウエハマーク１６Ｘを検出する際の
光ビート信号ＳＸのビート周波数は同一であるため、信
号処理が容易となっている。しかしながら、それら２つ
のマークを検出する際の光ビート信号ＳＸのビート周波
数は必ずしも同一である必要はない。即ち、（８）式、
（９）式ではビート周波数が入っていないため、ビート
周波数が変化しても検出される位置ずれ量は同じであ
る。

【００５６】また、上述の実施の形態では、図２に示す
ように、レチクルマークはＸ軸用とＹ軸用とが分離され
ている。しかしながら、そのレチクルマークをＸ軸用と
Ｙ軸用とが混じった２次元マークにしてもよい。図６
（ａ）は、２次元マークよりなるレチクルマーク３５を
示し、この図６（ａ）において、レチクルマーク３５は
正方形の遮光部３５ａと正方形の光透過部３５ｂとを格
子状に配置して構成されている。この場合の遮光部３５
ａと光透過部３５ｂとの幅の比は１：１である。この場
合、対応するウエハマークも同様に２次元マークより構
成される。

【００５７】以上の実施の形態においては、レチクルＲ
上のパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷに転写
する投影露光装置におけるレチクルＲ上の位置合わせ用
マーク１４ＸとウエハＷ上の位置合わせ用マーク１６Ｘ
とを検出する場合を説明したが、本発明は、図７に示す
如く、投影光学系ＰＬを用いずにレチクルＲ上のパター
ンとウエハＷとを近接又は密着させて露光するプロキシ
ミティ方式等の露光装置の場合にも適用することができ
る。

【００５８】図７は、プロキシミティ方式の露光装置に
おけるレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光する露
光部を拡大した様子を示しており、図７に示す露光装置
において、図１に示した例と異なる所は、レチクルＲ上
のパターンをウエハＷに投影する投影光学系ＰＬがない
点と、レチクルステージ７とウエハステージ１１とが露
光時に移動せず、レチクルとウエハとの位置合わせ時の
みに移動するように主制御系９にて制御される点であ
り、これらの点以外は、図１に示したものと同一であ
る。なお、図７に示すプロキシミティ方式の露光装置の
場合、投影光学系ＰＬが存在しないが、互いにレチクル
ＲとウエハＷとが近接して配置されているため、投影光
学系ＰＬの投影倍率βを１として（１）式〜（４）式、
（７）式、（１０）式及び（１１）式を適用することが
でき、この場合でも以上の（１）〜（１１）式の関係が
成立する。

【００５９】図７の例のアライメントセンサとしても図
１のアライメントセンサ２１がそのまま使用でき、この
センサによって図１の例と同様に、レチクルＲ上のレチ
クルマーク１４Ｘと、ウエハＷ上のウエハマーク１６Ｘ
との位置ズレ量が検出される。具体的には、先ず、ウエ
ハマーク１６Ｘを検出するために、図１に示した周波数
可変２光束発生系２３に供給する高周波信号ｆ₁,ｆ₂ を
調整し、その周波数可変２光束発生系２３から射出され
る光束Ｌ１，Ｌ２のウエハマーク１６Ｘ上での入射角θ
_W が上記（５）式を満たすように設定される。この場
合、図７（ｂ）に示す如く、２つの光束Ｌ１，Ｌ２が各
マークに照射され、ウエハマーク１６Ｘから垂直方向に
検出のための干渉光ＬＷが発生する。しかしながら、本
例でも上記（３）式と（４）式との関係が成立している
ため、例えば光束Ｌ１に関してレチクルマーク１４Ｘか
ら透過回折する不要な回折光Ｌ１１，Ｌ１２と、レチク
ルマーク１４Ｘから反射回折する不要な回折光ＬＲ１
１，ＬＲ２１とは、検出のための干渉光ＬＷとは異なる
方向に発生するため、検出のための干渉光ＬＷのみがア
ライメント系としてのアライメントセンサ２１内の光電
検出器３０に達するため、高精度なウエハＷの位置検出
が行われる。

【００６０】次に、レチクルマーク１４Ｘを検出するた
めに、図１に示した周波数可変２光束発生系２３に供給
する高周波信号ｆ₁,ｆ₂ を調整し、その周波数可変２光
束発生系２３から射出される光束Ｌ１，Ｌ２のレチクル
マーク１４Ｘ上での入射角θ _R が上記（６）式を満たす
ように設定される。この場合、図７（ａ）に示す如く、
２つの光束Ｌ１，Ｌ２が各マークに照射され、レチクル
マーク１４Ｘから垂直方向に検出のための干渉光ＬＷが
発生する。しかしながら、本例でも上記（３）式と
（４）式との関係が成立しているため、ウエハマーク１
６Ｘから反射回折する不要な１次回折光ＬＷ１１，ＬＷ
２１は、検出のための干渉光ＬＷとは異なる方向に発生
し、検出のための干渉光ＬＲのみがアライメントセンサ
２１内の光電検出器３０に達するため、高精度なレチク
ルＲの位置検出が行われる。

【００６１】以上のレチクルマーク及びウエハマークに
よってＸ，Ｙ，θ方向でのレチクルＲとウエハＷとの相
対位置検出が完了した後、主制御系はレチクルステージ
７とウエハステージ１１との位置を調整してアライメン
トを完了させる。そして、アライメントを完了後、主制
御系９は照明系の内部に設けられた不図示のシャッター
手段を開放する信号を出力してシャッター手段を開放
し、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に転写するため
の露光動作に移行する。

【００６２】但し、本例ではレチクルマークを透過した
光束がウエハマークの位置検出に使用されるため、ウエ
ハマークでの位置検出光を多くするためには、遮光部の
幅に対して光透過部の幅を広くするとよい。図６（ｃ）
には、遮光部３７ａの幅に対して光透過部の幅を広くし
たレチクルマーク３７が示されている。また、図２
（ａ）に示すレチクルマーク１４Ｘの代わりに、図６
（ｂ）に示すように、遮光部３６ａの幅に対して光透過
部３６ｂの幅を広くした１次元の格子状のレチクルマー
ク３６を使用してもよい。

【００６３】このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。

【００６４】

【発明の効果】本発明の位置検出方法によれば、マスク
上の位置合わせ用マーク（レチクルマーク）、及び感光
基板上の位置合わせ用マーク（ウエハマーク）からの回
折光が重ならないようにそれらのマークのピッチを定め
ているため、例えば露光用の照明光とは異なる波長の位
置検出光（アライメント光）を用いて投影光学系を介し
てそれら２つのマークの位置ずれ量を検出する際にも、
ほぼ同一（同軸）の光路に沿って進む光束を使用できる
利点がある。従って、２つのマークの位置ずれ量を共通
の簡単な光学系を介して検出できると共に、マスクより
上の気体の揺らぎの影響を最小限にとどめることが可能
となり、位置ずれ量を正確に検出することができる。

【００６５】また、投影光学系が使用され、マークのピ
ッチをＰｒ、その感光基板上の位置合わせ用マークのピ
ッチをＰｗ、その位置検出光のもとでのその投影光学系
のマスクから感光基板への投影倍率をβとしたとき、１
以上の任意の整数ｍ，ｎを用いて、（１）式、及び
（２）式の関係が成立するようにピッチＰｒ及びＰｗを
設定したときには、簡単な方法で２つのマークからの回
折光が重ならないようになる。

【００６６】また、本発明は、投影光学系を用いないプ
ロキシミティ方式の露光装置にも適用できるため、以上
の利点は勿論プロキシミティ方式の露光装置でも得るこ
とができる。また、その位置検出光によるそのマスク上
の位置合わせ用マークからの回折光の位相と、その感光
基板上の位置合わせ用マークからの回折光の位相とを時
分割で検出する場合には、１つの受光部で２つのマーク
の位置ずれ量を検出できる利点がある。

【００６７】また、その位置検出光によるそれら２つの
位置合わせ用マークからの回折光の位相をそれぞれ所定
の基準信号の位相と比較することによって、それら２つ
の位置合わせ用マークの位置ずれ量を求める場合には、
それら２つのマークの基準位置からの位置ずれ量が独立
に検出される。従って、予め投影光学系における露光用
の照明光のもとでの投影倍率と位置検出光（アライメン
ト光）のもとでの投影倍率とを求めておき、感光基板上
の位置合わせ用マークの位置ずれ量を露光用の照明光の
もとでの位置ずれ量に換算することによって、露光用の
照明光のもとでの位置ずれ量を正確に検出できる利点が
ある。

【００６８】次に、本発明の位置検出装置によれば、上
述の本発明の位置検出方法を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を示
す概略構成図である。

【図２】（ａ）は図１のレチクルＲ上のレチクルマーク
の配置を示す平面図、（ｂ）は図１のウエハＷ上の１つ
のショット領域に付設されたウエハマークの配置を示す
拡大平面図である。

【図３】レチクルマーク１４Ｘ及びウエハマーク１６Ｘ
の位置を時分割方式で検出する際の説明図である。

【図４】図１中の周波数可変２光束発生系２３の一例を
示す構成図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例におけるレチクルマ
ークとウエハマークとのピッチの関係の説明に供する図
である。

【図６】本発明の実施の形態の一例で使用されるレチク
ルマークの変形例を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態の別の例を示す図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ９主制御系１１ウエハステージ１４Ｘ，１４Ｙレチクルマーク１６Ｘ，１６Ｙウエハマーク１７色収差制御板２１アライメントセンサ２２レーザ光源２３周波数可変２光束発生系２４ＡＯＭ駆動系２５ミキサ回路２６信号処理系２９空間フィルタ３０光電検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の照明光のもとでマスクに形成さ
れたパターンを感光基板上に転写するに先立って所定の
波長域の位置検出光を用いて前記マスク上の格子状の位
置合わせ用マークと前記感光基板上の格子状の位置合わ
せ用マークとの位置ずれ量を検出する位置検出方法にお
いて、前記マスク上の位置合わせ用マークのピッチと前記感光
基板上の位置合わせ用マークのピッチとを前記位置検出
光による前記２つの位置合わせ用マークからの回折光が
重ならないように定め、前記位置検出光を同時に前記２つの位置合わせ用マーク
に照射したときに得られる前記２つの位置合わせ用マー
クからの回折光の位相に基づいて前記２つの位置合わせ
用マークの位置ずれ量を検出することを特徴とする位置
検出方法。
【請求項２】請求項１記載の位置検出方法であって、前記マスクのパターンは投影光学系を介して前記感光基
板上に転写され、前記マスク上の位置合わせ用マークの
ピッチをＰｒ、前記感光基板上の位置合わせ用マークの
ピッチをＰｗ、前記位置検出光のもとでの前記投影光学
系の前記マスクから前記感光基板への投影倍率をβとし
たとき、１以上の任意の整数ｍ，ｎを用いて、次の２つ
の関係が成立するようにピッチＰｒ及びＰｗを設定する
ことを特徴とする位置検出方法。Ｐｗ≠ｍ・β・Ｐｒ，且つｎ・Ｐｗ≠β・Ｐｒ
【請求項３】請求項１記載の位置検出方法であって、前記マスク上の位置合わせ用マークのピッチをＰｒ、前
記感光基板上の位置合わせ用マークのピッチをＰｗとし
たとき、１以上の任意の整数ｍ，ｎを用いて、次の２つ
の関係が成立するようにピッチＰｒ及びＰｗを設定する
ことを特徴とする位置検出方法。Ｐｗ≠ｍ・Ｐｒ，且つｎ・Ｐｗ≠Ｐｒ
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の位置検出方
法であって、前記位置検出光による前記マスク上の位置合わせ用マー
クからの回折光の位相と、前記感光基板上の位置合わせ
用マークからの回折光の位相とを時分割で検出すること
を特徴とする位置検出方法。
【請求項５】請求項１、２、３、又は４記載の位置検
出方法であって、前記位置検出光による前記２つの位置合わせ用マークか
らの回折光の位相をそれぞれ所定の基準信号の位相と比
較することによって、前記２つの位置合わせ用マークの
位置ずれ量を求めることを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】露光用の照明光のもとでマスクに形成さ
れたパターンを感光基板上に転写するに先立って所定の
波長域の位置検出光を用いて前記マスク上の格子状の位
置合わせ用マークと前記感光基板上の格子状の位置合わ
せ用マークとの位置ずれ量を検出する位置検出装置にお
いて、前記位置検出用の光束から互いに周波数の異なる２光束
を生成する光変調手段と、該光変調手段に対して周波数が可変の超音波を加える駆
動手段と、前記光変調手段で生成された２光束を前記投影光学系と
共に前記マスク上の位置合わせ用マーク及び前記感光基
板上の位置合わせ用マークに導く照射光学系と、前記２つの位置合わせ用マークからそれぞれ同一方向に
発生する複数の回折光同士による干渉光を光電的に検出
する検出器と、を有し、前記２つの位置合わせ用マークの内の検出対象のマーク
のピッチに応じて前記駆動手段から前記光変調手段に対
して加える超音波の周波数を調整することを特徴とする
位置検出装置。