JP2003068613A - 位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえば近接露光装置に適用された場合に、
露光光路を遮ることなく原版と基板との位置合わせを行
うことのできる固定式の位置合わせ装置。 【解決手段】 実質的に傾いた光路に沿って、第１基板
（１）に形成された第１回折格子マーク（７）および第
２基板（３）に形成された第２回折格子マークに可干渉
光を照射するための照射系（４〜６）と、第１回折格子
マークからの回折光に基づいてその像を形成し、第２回
折格子マークからの回折光に基づいてその像を形成する
ための結像系（６，９〜１１）と、結像系を介して形成
された第１回折格子マークの像および第２回折格子マー
クの像を検出するための検出系（１２）とを備えてい
る。検出系の出力に基づいて第１基板と第２基板とを位
置合わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置合わせ装置に
関し、特に半導体集積回路やＤＮＡチップのパターンを
転写焼き付けする近接露光装置において微小パターンが
描画された原版とその下に近接して配置された基板とを
位置合わせする装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造やＤＮＡチップの
製造に際して、原版上に描画された微小パターンを、そ
の下に近接して配置された基板上に転写焼き付けする近
接露光装置が用いられる。この場合、使用される原版は
一枚のみではなく、複数枚の原版が用いられるのが通常
である。複数枚の原版のパターンは同一の基板上に順次
転写されるが、それら複数の原版パターンが基板上にお
いて互いに正確に重ね合わされる必要がある。従来、近
接露光装置において原版と基板とを位置合わせするため
に位置合わせ装置が使用されている。

【０００３】特開平１０−２４２０３７号に記載される
半導体製造装置に用いられる位置検出装置は、マスク面
上の回路パターンを露光光を用いてウエハに転写する工
程において、微小距離、離して重ね合わされたマスクと
ウエハとのアライメントを行うものである。この位置検
出装置は、マスクとウエハ上に形成されたアライメント
マークを観察することで検出するものである。

【０００４】この位置検出装置は、照明光学装置と検出
光学装置とから構成され、それぞれの装置は、露光時に
露光光を遮らないように、露光領域外においてその光軸
がマスク面に対して斜めになるように配置されていた。
また、検出光学装置は、アライメントマーク（マスクマ
ークとウエハマーク）からの散乱光を検出することで、
ウエハとマスクとの位置関係を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検出装置
は、検出光学装置の検出光学系の光軸がマスク面の法線
に対して斜め方向に配置されているため、アライメント
マークの全域に渡ってピントを合わすことが出来ず、つ
まりアライメントマークの一部しかピントを合わすこと
が出来ず、マスクマークとウエハマークとの正しい位置
関係を精度良く求めることが出来ないという課題があっ
た。

【０００６】また、検出光学装置は、散乱光を用いて検
出を行っているため、ノイズの影響を受けやすいという
課題がある。更に、従来の位置検出装置は、マスクとウ
エハとのギャップを検出できない。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば近接露光装置に適用された場合に、
露光光路を遮ることなく原版と基板との位置合わせを高
精度に行うことのできる位置合わせ装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、互いに平行に近接して配置された第１
基板と第２基板とを位置合わせする、近接露光装置用の
位置合わせ装置において、照明光学系を含み、前記第１
基板に形成された第１回折格子マークおよび前記第２基
板に形成された第２回折格子マークに可干渉光を照明す
る照明系と、結像光学系を含み、回折作用により形成さ
れる前記第１回折格子マークからの回折像と前記第２回
折格子マークからの回折像とを検出する結像系とを備
え、前記照明系と前記結像系とを露光領域外であって同
じ側に配置し、更に、前記結像光学系の光軸と前記第１
基板の法線とを平行に配置したことを特徴とする位置合
わせ装置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、前記照明
光学系のうち照明光の射出側対物レンズと前記結像光学
系のうち回折光の入射側対物レンズとは共通する光学系
であり、この共通光学系の光軸と前記第１基板の法線と
を平行に配置した。また、前記共通光学系は、円形レン
ズの一部を切断した半円形状のレンズ、あるいは円筒レ
ンズの屈折方向の一部を切断したシリンドリカルレンズ
から成ることが好ましい。

【００１０】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記第１回折格子マークと前記第２回折格子マークとは、
実質的に異なる格子ピッチを有し、前記結像系は、前記
第１回折格子マークからの回折光および前記第２回折格
子マークからの回折光を実質的に異なる方向に沿って導
くための偏向部材を有する。また、前記検出系は、前記
第１回折格子マークの回折像を検出するための第１分割
受光素子と、前記第２回折格子マークの回折像を検出す
るための第２分割受光素子とを有し、前記第１分割受光
素子の出力と前記第２分割受光素子の出力とに基づい
て、前記第１基板の面内方向に沿った前記第１基板と前
記第２基板との位置ずれを計測することが好ましい。

【００１１】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
前記結像系は、前記第１回折格子マークからの回折光お
よび前記第２回折格子マークからの回折光をマークの長
手方向に関して対称にそれぞれ分割する分割部材を有
し、前記分割部材により分割された前記第１回折格子マ
ークからの一方の回折光により形成された一方のマーク
像と他方の回折光により形成された他方のマーク像との
位置関係に基づいて前記第１基板の法線方向に沿った前
記第１基板の位置ずれを計測し、前記分割部材により分
割された前記第２回折格子マークからの一方の回折光に
より形成された一方のマーク像と他方の回折光により形
成された他方のマーク像との位置関係に基づいて前記法
線方向に沿った前記第２基板の位置ずれを計測する。

【００１２】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記結像系は、前記第１回折格子マークからの回折光およ
び前記第２回折格子マークからの回折光をそれぞれ分割
するためのビームスプリッターを有し、前記ビームスプ
リッターにより分割された前記第１回折格子マークから
の一方の回折光および前記第２回折格子マークからの一
方の回折光に基づいて、前記第１基板の面内方向に沿っ
た前記第１基板と前記第２基板との位置ずれを計測し、
前記ビームスプリッターにより分割された前記第１回折
格子マークからの他方の回折光および前記第２回折格子
マークからの他方の回折光に基づいて、前記第１基板の
法線方向に沿った前記第１基板および前記第２基板の位
置ずれを計測する。

【００１３】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
前記第１基板は、露光すべきパターンが描画された原版
であり、前記第２基板は、前記原版に平行に近接して配
置された所定状態において前記原版のパターンが露光転
写される感光性基板である。

【００１４】

【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
位置合わせ装置の構成を概略的に示す図である。また、
図２は、本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち横方
向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。一方、
図７は、本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち上下
方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。本実
施形態では、近接露光装置における原版と基板との間の
位置合わせ、すなわち横方向の位置合わせ（原版の面内
方向に沿った位置合わせ）および上下方向の位置合わせ
（原版の法線方向に沿った位置合わせ）に本発明を適用
している。換言すると、本実施形態にかかる位置合わせ
装置は、横方向の位置合わせを行うための横方向位置合
わせ部ＭＳｈと、上下方向の位置合わせを行うための上
下方向位置合わせ部ＭＳｖとを備えている。

【００１５】図２を参照すると、横方向位置合わせ部
は、可干渉距離の長い光（可干渉光）を供給する光源４
を備えている。光源４として、たとえば半導体レーザや
Ｈｅ−Ｎｅレーザなどを用いることができる。光源４か
ら射出された光束Ｌｂは、レンズ５（対物レンズ）およ
びレンズ６（対物レンズ）を介してほぼ平行光束に変換
された後、原版１および基板３に形成された位置合わせ
マークを原版１の法線方向に対して斜めから照明する。
ここで、レンズ６は、露光光路を遮ることがないよう
に、円形状のレンズから実線で示した部分のみを切り取
った部分レンズ（半円形状のレンズ）として形成されて
いる。なお、レンズ６として、たとえば円筒レンズから
切り取った部分レンズ（シリンドリカルレンズなど）を
使用することもできる。

【００１６】図３は、原版および基板に形成された位置
合わせマークの構成を概略的に示す図である。図３に示
すように、原版１には、そのパターン２の露光領域に近
接して図中水平方向に一対の１次元回折格子マーク７ａ
および７ｂが形成され、パターン２の露光領域に近接し
て図中鉛直方向に１つの１次元回折格子マーク７ｃが形
成されている。同様に、基板３には、一対の１次元回折
格子マーク７ａおよび７ｂに整列するように図中水平方
向に一対の１次元回折格子マーク８ａおよび８ｂが形成
され、１つの１次元回折格子マーク７ｃに整列するよう
に図中鉛直方向に１つの１次元回折格子マーク８ｃが形
成されている。

【００１７】したがって、本実施形態にかかる位置合わ
せ装置は、１次元回折格子マーク７ａおよび８ａに対応
する第１横方向位置合わせ部と、１次元回折格子マーク
７ｂおよび８ｂに対応する第２横方向位置合わせ部と、
１次元回折格子マーク７ｃおよび８ｃに対応する第３横
方向位置合わせ部とを備えている。以下、各横方向位置
合わせ部の構成は基本的に同じであるため、ａ〜ｃの添
え字を省略し、１次元回折格子マーク７および８に対応
する１つの横方向位置合わせ部の構成および動作につい
て説明する。

【００１８】図２に示す横方向位置合わせ部では、原版
１および基板３に形成された１次元回折格子マーク７お
よび８を斜めから照明する。こうして、照明された１次
元回折格子マーク７および８からは、回折光が発生す
る。図４は、原版および基板に形成された１次元回折格
子マークから発生する回折光を説明する図である。図４
を参照すると、原版１（または基板３）上に形成された
１次元回折格子マーク７（または８）に斜めから平行光
束Ｌｉが照射されると、正反射光Ｌｒの他に、＋方向の
回折光ＤＬ＋および−方向の回折光ＤＬ−が発生する。
本実施形態では、平行光束Ｌｉの照射光路に近接した光
路に沿って発生する−方向の回折光ＤＬ−を用いる。こ
れにより、照明系および結像系に共通するレンズ６をパ
ターン２の露光領域に近接して配置できる。

【００１９】ここで、１次元回折格子マーク７（または
８）のピッチをＰとし、平行光束Ｌｉの波長をλとし、
平行光束Ｌｉの入射角をθｉとすると、−１次回折光Ｄ
Ｌ−の角度θ−は以下の式（１）を満たす。 sin（θ−）＝−λ／Ｐ＋sin（θｉ） （１）

【００２０】図２を参照すると、原版１および基板３に
形成された１次元回折格子マーク７および８からの−１
次回折光ＤＬｍおよびＤＬｗが、入射光路とほぼ同じ斜
め光路に沿ってレンズ６に入射する。なお、１次元回折
格子マーク７のピッチと１次元回折格子マーク８のピッ
チとが異なる場合、−１次回折光ＤＬｍの回折角と−１
次回折光ＤＬｗの回折角とが異なることになる。回折光
ＤＬｍおよびＤＬｗは、レンズ６を介して収束光とな
り、平面鏡９で横方向に反射された後、三角形状のプリ
ズム１０に入射する。このとき、互いの回折角が異なる
ことにより、回折光ＤＬｍと回折光ＤＬｗとは空間的に
分離されている。

【００２１】互いにほぼ平行に三角形プリズム１０に入
射した回折光ＤＬｍおよびＤＬｗは、三角形プリズム１
０を介して互いに離れるようにそれぞれ偏向される。三
角形プリズム１０を介して偏向された回折光ＤＬｍおよ
びＤＬｗは、レンズ１１を介して、四分割位置検出素子
１２上に導かれる。本実施形態では、原版１と基板３と
の中間位置と２つの二分割位置検出素子の対からなる四
分割位置検出素子１２の受光面とが、光学的にほぼ共役
に設定されている。また、四分割位置検出素子１２は、
互いに同じ特性を有する４個の光電素子Ｄｍａ，Ｄｍ
ｂ，Ｄｗａ，Ｄｗｂで構成された位置検出素子である。

【００２２】したがって、四分割位置検出素子１２上に
は、１次元回折格子マーク７の実像および１次元回折格
子マーク８の実像が形成される。さらに詳細には、光電
素子ＤｍａおよびＤｍｂからなる二分割受光素子上に１
次元回折格子マーク７の実像が形成され、光電素子Ｄｗ
ａおよびＤｗｂからなる二分割受光素子上に１次元回折
格子マーク８の実像が形成される。このように、三角形
プリズム１０は、１次元回折格子マーク７からの回折光
ＤＬｍおよび１次元回折格子マーク８からの回折光ＤＬ
ｗを実質的に異なる方向に沿って導くための偏向部材を
構成している。換言すると、三角形プリズム１０の偏向
作用により、四分割位置検出素子１２上で１次元回折格
子マーク７の実像の位置と１次元回折格子マーク８の実
像の位置とを空間的に大きく分離することができるの
で、互いに干渉することがない。

【００２３】図５は、原版および基板に形成された一対
の１次元回折格子マークの位置関係と四分割位置検出素
子上に形成される一対の実像の位置関係とを示す図であ
る。すなわち、図５では、原版１の法線方向に沿って見
た１次元回折格子マーク７と１次元回折格子マーク８と
の位置関係、および四分割位置検出素子１２の受光面の
法線方向に沿って見た１次元回折格子マーク７の実像７
Ｉと１次元回折格子マーク８の実像８Ｉとの位置関係を
示している。実像７Ｉおよび８Ｉが回折格子状ではなく
一本の線状に示されているのは、−１次回折光のみによ
る実像であるからである。

【００２４】図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、１次元
回折格子マーク７および８がその長手方向と直交する方
向すなわち横方向に移動すると、その実像７Ｉおよび８
Ｉも四分割位置検出素子１２上でその長手方向と直交す
る方向すなわち横方向に位置ずれすることになる。四分
割位置検出素子１２では、光電素子Ｄｍｂの出力からＤ
ｍａの出力を差し引いた信号Ｓｍ、および光電素子Ｄｗ
ｂの出力からＤｗａの出力を差し引いた信号Ｓｗが得ら
れる。

【００２５】図６は、１次元回折格子マーク７または８
を（ひいては原版１または基板３）を横方向に移動させ
た時の信号ＳｍまたはＳｗの変化の様子を示す図であ
る。信号ＳｍおよびＳｗは、実像７Ｉおよび８Ｉが左右
２つの光電素子の境目に位置した時に０となるように調
整されている。換言すると、信号ＳｍおよびＳｗが同時
に０になるように１次元回折格子マーク７および８を
（ひいては原版１および基板３）を横方向に移動させる
ことにより、原版１と基板３とを相対的に横方向に沿っ
て位置合わせすることができる。

【００２６】このとき、１次元回折格子マーク７および
８が照射光束Ｌｂで照明される領域内にある限りにおい
て、信号ＳｍおよびＳｗの正負の符号に基づいてそれら
の位置ずれ方向も知ることができるので、位置合わせ制
御が容易であり迅速な位置合わせが可能になる。なお、
上述の横方向位置合わせ操作は、原版１および基板３の
面内における直交２方向および回転方向の調整のため
に、３対の１次元回折格子マーク７ａ〜７ｃおよび８ａ
〜８ｃについて行われる。また、上述の説明では、実像
７Ｉおよび８Ｉの位置検出に四分割ディテクタを用いて
いるが、これに限定されることなく、たとえば二次元撮
像素子（二次元ＣＣＤなど）や後述する位置センサなど
を用いることもできる。

【００２７】図７は、本実施形態にかかる位置合わせ装
置のうち上下方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図
である。本実施形態にかかる位置合わせ装置は、１次元
回折格子マーク７ａおよび８ａに対応する第１上下方向
位置合わせ部と、１次元回折格子マーク７ｂおよび８ｂ
に対応する第２上下方向位置合わせ部と、１次元回折格
子マーク７ｃおよび８ｃに対応する第３上下方向位置合
わせ部とを備えている。以下、各上下方向位置合わせ部
の構成は基本的に同じであるため、ａ〜ｃの添え字を省
略し、１次元回折格子マーク７および８に対応する１つ
の上下方向位置合わせ部の構成および動作について説明
する。なお、図７において、（ａ）は１次元回折格子マ
ーク７の長手方向に沿った断面図であり、（ｂ）は１次
元回折格子マーク７の長手方向と直交する方向に沿った
断面図である。

【００２８】図７を参照すると、上下方向位置合わせ部
は、上述の横方向位置合わせ部と共通の照射系（４〜
６）を備えている。すなわち、上下方向位置合わせ部に
おいても、光源４から射出された光束Ｌｂが、レンズ５
およびレンズ６を介してほぼ平行光束に変換された後、
原版１および基板３に形成された１次元回折格子マーク
７および８を照明する。そして、原版１に形成された１
次元回折格子マーク７からの−１次回折光ＤＢｍおよび
基板３に形成された１次元回折格子マーク８からの−１
次回折光ＤＢｗが、レンズ６を介して、開口部材１３に
入射する。開口部材１３には、図７（ｂ）において間隔
を隔てた２つの開口部１３ａおよび１３ｂが形成されて
いる。

【００２９】したがって、１次元回折格子マーク７から
の−１次回折光ＤＢｍのうち図７（ｂ）中左側部分ＤＢ
ｍａおよび右側部分ＤＢｍｂが、それぞれ開口部１３ａ
および１３ｂを介して、三角形プリズム１４に入射す
る。また、１次元回折格子マーク８からの−１次回折光
ＤＢｗのうち図７（ｂ）中左側部分ＤＢｗａおよび右側
部分ＤＢｗｂが、それぞれ開口部１３ａおよび１３ｂを
介して三角形プリズム１４に入射する。回折光ＤＢｍａ
およびＤＢｍｂとＤＢｗａおよびＤＢｗｂとは、上述の
三角形プリズム１０と同様の機能を有する三角形プリズ
ム１４を介して互いに離れるように偏向される。

【００３０】三角形プリズム１４を介して偏向された回
折光ＤＢｍａおよびＤＢｗａは、レンズ１５ａを介し
て、位置センサＰＳｍａおよびＰＳｗａに達する。一
方、三角形プリズム１４を介して偏向された回折光ＤＢ
ｍｂおよびＤＢｗｂは、レンズ１５ｂを介して、位置セ
ンサＰＳｍｂおよびＰＳｗｂに達する。各位置センサ
は、入射光の光量全体の重心位置に比例した電気信号を
出力する。図８は、図７（ｂ）において４つの位置セン
サＰＳｍａ，ＰＳｍｂ，ＰＳｗａ，ＰＳｗｂを図中真上
から見た図である。

【００３１】本実施形態では、ここで、原版１と基板３
との中間位置が位置センサＰＳｍａ，ＰＳｍｂ，ＰＳｗ
ａ，ＰＳｗｂの受光面と光学的にほぼ共役に設定されて
いる。したがって、位置センサＰＳｍａおよびＰＳｍｂ
には原版１に形成された１次元回折格子マーク７の実像
７Ｉａおよび７Ｉｂが形成され、位置センサＰＳｗａお
よびＰＳｗｂには基板３に形成された１次元回折格子マ
ーク８の実像８Ｉａおよび８Ｉｂ（図１０を参照）が形
成される。このように、開口部材１４は、１次元回折格
子マーク７からの回折光ＤＢｍおよび１次元回折格子マ
ーク８からの回折光ＤＢｗをマークの長手方向に関して
対称にそれぞれ分割する分割部材を構成している。ま
た、三角形プリズム１４は、１次元回折格子マーク７か
らの回折光ＤＢｍおよび１次元回折格子マーク８からの
回折光ＤＢｗを実質的に異なる方向に沿って導くための
偏向部材を構成している。

【００３２】図９は、本発明における上下方向の位置検
出法の原理を説明する図である。また、図１０は、図９
において一対の位置センサの受光面に形成される実像の
位置関係を示す図である。図９では、説明の簡単化およ
び図面の明瞭化のために、被検出面として基板３のみを
図示し、原版１の図示を省略している。また、図９で
は、基板３の所望の位置３ｏを実線で示し、上方向に位
置ずれした基板３の位置３ｕを破線で、下方向に位置ず
れした基板３の位置３ｄを一点鎖線で示している。した
がって、図１０では、一対の位置センサＰＳｗａおよび
ＰＳｗｂの受光面に形成される１次元回折格子マーク８
の実像８Ｉａと８Ｉｂとの位置関係を示している。

【００３３】基板３が上下方向に沿って所望の位置３ｏ
にあるとき、図１０（ｂ）に示すように、位置センサＰ
Ｓｗａに形成される実像８Ｉａと位置センサＰＳｗｂに
形成される実像８Ｉｂとの間隔はＬｏである。これに対
し、基板３が上下移動して位置３ｕおよび３ｄにあると
き、図１０（ａ）および（ｃ）に示すように、実像８Ｉ
ａと８Ｉｂとの間隔はそれぞれＬｕおよびＬｄに変化す
る。なお、図１０において、（ａ）および（ｃ）に示す
実像が（ｂ）に示す実像よりも太っているのは、位置セ
ンサとの共役関係が崩れることにより像のボケが生じる
からである。しかしながら、位置センサＰＳｗａおよび
ＰＳｗｂからは実像の重心位置に比例した電気信号が出
力されるので、基板３がある程度上下移動した状態にお
いても実像８Ｉａと８Ｉｂとの中心間隔Ｌを正確に検出
することができる。

【００３４】したがって、実像８Ｉａと８Ｉｂとの間隔
がＬｏに等しくなるように基板３を上下方向に移動させ
ることにより、基板３を所望の位置３ｏに設定すること
ができる。このとき、実像８Ｉａと８Ｉｂとの間隔がＬ
ｏよりも小さければ基板３を上方向に移動させれば良
く、間隔がＬｏよりも大きければ基板３を下方向に移動
させればよい。同様に、実像７Ｉａと７Ｉｂとの間隔が
Ｌｏよりも少し長めの値Ｌｏ’に等しくなるように原版
１を上下方向に移動させることにより、原版１を所望の
位置１ｏに設定することができる。このとき、実像７Ｉ
ａと７ｂとの間隔がＬｏ’よりも小さければ原版１を上
方向に移動させれば良く、間隔がＬｏ’よりも大きけれ
ば原版１を下方向に移動させればよい。なお、上述の上
下方向位置合わせ操作は、原版１および基板３の上下位
置および水平面に対する傾きを調整するために、３対の
１次元回折格子マーク７ａ〜７ｃおよび８ａ〜８ｃにつ
いて行われる。

【００３５】図１１は、基板が横方向に移動した場合の
様子を示す図である。また、図１２は、図１１において
一対の位置センサの受光面に形成される実像の位置関係
を示す図である。基板３が横方向に移動して１次元回折
格子マーク８が参照符号８’で示す位置にずれる場合、
初め、１次元回折格子マーク８からの回折光ＤＢｗａお
よびＤＢｗｂは実線で示す経路に沿って位置センサＰＳ
ｗａおよびＰＳｗｂに達するが、参照符号８’で示す位
置にずれた１次元回折格子マーク８からの回折光ＤＢｗ
ａおよびＤＢｗｂは破線で示す経路に沿って位置センサ
ＰＳｗａおよびＰＳｗｂに達することになる。

【００３６】この場合、図１２を参照すると、基板３が
横方向に移動しても、実像８Ｉａおよび８Ｉｂは同じ方
向に同じ量だけ移動するので、実像８Ｉａと８Ｉｂとの
間隔Ｌｏには変化が生じない。つまり、実像８Ｉａと８
Ｉｂとの間隔Ｌを計測すれば、基板３の横方向の位置ず
れに関係なく、基板３の上下方向の位置ずれ量を知るこ
とが可能である。同様に、実像７Ｉａと７Ｉｂとの間隔
Ｌを計測すれば、原版１の横方向の位置ずれに関係な
く、原版１の上下方向の位置ずれ量を知ることが可能で
ある。

【００３７】前述したように、図１は、図２に示す横方
向位置合わせ部と図７に示す上下方向位置合わせ部とか
ら構成された位置合わせ装置を示している。ただし、図
２中の平面鏡９は図１においてハーフミラー１６に置き
換えられている。この構成により、１次元回折格子マー
ク７および８からの回折光が、ハーフミラー１６を介し
て２つに分離される。そして、ハーフミラー１６で反射
された回折光部分は横方向位置合わせ部の結像系および
検出系（ＭＳｈ）へ導かれ、ハーフミラー１６を透過し
た回折光部分は上下方向位置合わせ部の結像系および検
出系（ＭＳｖ）へ導かれる。このように、ハーフミラー
１６は、１次元回折格子マーク７および８からの回折光
をそれぞれ分割するためのビームスプリッターを構成し
ている。

【００３８】以上のように、本実施形態の位置合わせ装
置は、近接露光装置において原版１と基板３との間の横
方向の位置合わせを行うための横方向位置合わせ部と、
原版１と基板３との間の上下方向の位置合わせを行うた
めの上下方向位置合わせ部とを備えている。なお、本実
施形態では、横方向の位置合わせ動作の次に上下方向の
位置合わせ動作を説明しているが、実際の位置合わせ工
程では、原版１と基板３との間の上下方向の位置合わせ
動作を行った後に、原版１と基板３との間の横方向の位
置合わせ動作を行うのが有利である。これは、原版１と
基板３との間の上下方向の位置合わせ動作を行った方
が、原版１と基板３との機械的な干渉の危険性を確実に
回避することができるからである。

【００３９】以上のように、本実施形態では、原版１お
よび基板３に形成された１次元回折格子マーク７および
８に対して可干渉光を斜めから照射し、照射光路と近接
した斜め光路に沿って発生する１次元回折格子マーク７
および８からの回折光に基づいて１次元回折格子マーク
７および８の実像７Ｉおよび８Ｉを形成し、これらの実
像７Ｉおよび８Ｉに基づいて原版１と基板３との間の横
方向の位置合わせおよび上下方向の位置合わせを行って
いる。したがって、近接露光装置において露光光路を遮
ることなく原版１と基板３との位置合わせを行うことが
できる。換言すると、本実施形態では、近接露光装置の
露光に際して、位置合わせ光学系を露光光路から退避さ
せる必要のない固定方式である。このため、露光中にも
原版１と基板３との位置合わせが可能であり、簡素な機
構に基づいて位置合わせ工程および露光工程の処理時間
が短縮される。

【００４０】また、本実施形態では、同一の位置合わせ
マーク（１次元回折格子マーク７および８）に基づい
て、横方向の位置合わせと上下方向の位置合わせとが可
能である。さらに、位置合わせ光学系が露光光路に入り
込む必要がないので、位置合わせマーク同士の間隔を小
さくすることが可能である。また、位置合わせマークが
所定の位置にあるか否かだけでなく、広い範囲に亘って
位置合わせマークの位置ずれ方向を検出することが可能
である。したがって、本実施形態では、位置決め制御が
容易となり、原版１と基板３との迅速な位置合わせが可
能である。

【００４１】さらに、位置合わせマークとして回折格子
マークを使用し、回折格子マークからの回折光を位置検
出に用いているので、塵などによるノイズの影響を受け
難く高精度な位置合わせが可能である。また、原版１お
よび基板３にピッチの異なる１次元回折格子マーク７お
よび８を用いることにより、１次元回折格子マーク７か
らの回折光と１次元回折格子マーク８からの回折光とを
良好に分離することができる。その結果、原版１に関す
る位置ずれ信号と基板３に関する位置ずれ信号とを互い
に干渉することなく別々に検出することができ、原版１
と基板３との完全に独立した位置制御が可能となる。さ
らに、簡単な構成の光学系と電気系とで位置ずれを検出
することができるので、位置合わせ装置全体の小型化を
図ることができる。

【００４２】なお、上述の実施形態では、近接露光装置
における原版と基板との位置合わせに本発明を適用して
いるが、これに限定されることなく、互いに平行に近接
して配置すべき一般的な一対の基板の位置合わせに本発
明を適用することもできる。

【００４３】以上説明したように、本実施形態では、一
対の基板にそれぞれ形成された回折格子マークに対して
可干渉光を斜めから照射し、照射光路と近接した斜め光
路に沿って発生する回折光に基づいてマークの実像を形
成し、これらの実像に基づいて一対の基板の横方向の位
置合わせおよび上下方向の位置合わせを行う。したがっ
て、たとえば近接露光装置に適用した場合にも、露光光
路を遮ることなく固定方式で原版と基板との位置合わせ
を行うことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、照明
系と結像系とを露光領域外であって同じ側に配置したの
で、半導体の露光工程中にも回折格子マークを観察でき
アライメントを確認でき、更に、結像光学系の光軸と第
１基板の法線とを平行に配置したので、回折格子マーク
の検出を高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる位置合わせ装置の構
成を概略的に示す図である。

【図２】本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち横方
向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。

【図３】本実施形態の原版および基板に形成された位置
合わせマークの構成を概略的に示す図である。

【図４】原版および基板に形成された１次元回折格子マ
ークから発生する回折光を説明する図である。

【図５】原版および基板に形成された一対の１次元回折
格子マークの位置関係と四分割位置検出素子上に形成さ
れる一対の実像の位置関係とを示す図である。

【図６】１次元回折格子マーク７または８を（ひいては
原版１または基板３）を横方向に移動させた時の信号Ｓ
ｍまたはＳｗの変化の様子を示す図である。

【図７】本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち上下
方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。

【図８】図７（ｂ）において４つの位置センサＰＳｍ
ａ，ＰＳｍｂ，ＰＳｗａ，ＰＳｗｂを図中真上から見た
図である。

【図９】本発明における上下方向の位置検出法の原理を
説明する図である。

【図１０】図９において一対の位置センサの受光面に形
成される実像の位置関係を示す図である。

【図１１】基板が横方向に移動した場合の様子を示す図
である。

【図１２】図１１において一対の位置センサの受光面に
形成される実像の位置関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 原版 ２ 原版上のパターン ３ 基板 ４ 光源 ５、６，１１，１５ 対物レンズ ７，８ １次元回折格子マーク ９ 平面鏡 １０，１４ 三角形プリズム １２ 四分割位置検出素子 １３ 開口部材 １６ ハーフミラー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA06 AA07 AA14 AA20 BB02 BB27 CC20 FF01 FF48 GG05 GG06 GG12 GG22 HH03 HH12 JJ01 JJ16 JJ22 LL08 LL12 LL42 5F046 BA02 EA07 EB01 EB02 ED01 FA05 FA10 FB09 FB12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行に近接して配置された第１基
   板と第２基板とを位置合わせする、近接露光装置用の位
   置合わせ装置において、 照明光学系を含み、前記第１基板に形成された第１回折
   格子マークおよび前記第２基板に形成された第２回折格
   子マークに可干渉光を照明する照明系と、 結像光学系を含み、回折作用により形成される前記第１
   回折格子マークからの回折像と前記第２回折格子マーク
   からの回折像とを検出する結像系とを備え、 前記照明系と前記結像系とを露光領域外であって同じ側
   に配置し、更に、前記結像光学系の光軸と前記第１基板
   の法線とを平行に配置したことを特徴とする位置合わせ
   装置。
2. 【請求項２】 前記照明光学系のうち照明光の射出側対
   物レンズと前記結像光学系のうち回折光の入射側対物レ
   ンズとは共通する光学系であり、この共通光学系の光軸
   と前記第１基板の法線とを平行に配置したことを特徴と
   する請求項１に記載の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 前記共通光学系は、円形レンズの一部を
   切断した半円形状のレンズ、あるいは円筒レンズの屈折
   方向の一部を切断したシリンドリカルレンズから成るこ
   とを特徴とする請求項２に記載の位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記第１回折格子マークと前記第２回折
   格子マークとは、実質的に異なる格子ピッチを有し、 前記結像系は、前記第１回折格子マークからの回折光お
   よび前記第２回折格子マークからの回折光を実質的に異
   なる方向に沿って導くための偏向部材を有することを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置合
   わせ装置。
5. 【請求項５】 前記検出系は、前記第１回折格子マーク
   の回折像を検出するための第１分割受光素子と、前記第
   ２回折格子マークの回折像を検出するための第２分割受
   光素子とを有し、 前記第１分割受光素子の出力と前記第２分割受光素子の
   出力とに基づいて、前記第１基板の面内方向に沿った前
   記第１基板と前記第２基板との位置ずれを計測すること
   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
   置合わせ装置。
6. 【請求項６】 前記結像系は、前記第１回折格子マーク
   からの回折光および前記第２回折格子マークからの回折
   光をマークの長手方向に関して対称にそれぞれ分割する
   分割部材を有し、 前記分割部材により分割された前記第１回折格子マーク
   からの一方の回折光により形成された一方のマーク像と
   他方の回折光により形成された他方のマーク像との位置
   関係に基づいて前記第１基板の法線方向に沿った前記第
   １基板の位置ずれを計測し、 前記分割部材により分割された前記第２回折格子マーク
   からの一方の回折光により形成された一方のマーク像と
   他方の回折光により形成された他方のマーク像との位置
   関係に基づいて前記法線方向に沿った前記第２基板の位
   置ずれを計測することを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれか１項に記載の位置合わせ装置。
7. 【請求項７】 前記結像系は、前記第１回折格子マーク
   からの回折光および前記第２回折格子マークからの回折
   光をそれぞれ分割するためのビームスプリッターを有
   し、 前記ビームスプリッターにより分割された前記第１回折
   格子マークからの一方の回折光および前記第２回折格子
   マークからの一方の回折光に基づいて、前記第１基板の
   面内方向に沿った前記第１基板と前記第２基板との位置
   ずれを計測し、 前記ビームスプリッターにより分割された前記第１回折
   格子マークからの他方の回折光および前記第２回折格子
   マークからの他方の回折光に基づいて、前記第１基板の
   法線方向に沿った前記第１基板および前記第２基板の位
   置ずれを計測することを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれか１項に記載の位置合わせ装置。