JP3298212B2 - 位置検出方法及び装置、露光方法、投影露光装置、並びに素子製造方法 - Google Patents
位置検出方法及び装置、露光方法、投影露光装置、並びに素子製造方法Info
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- JP3298212B2 JP3298212B2 JP05273693A JP5273693A JP3298212B2 JP 3298212 B2 JP3298212 B2 JP 3298212B2 JP 05273693 A JP05273693 A JP 05273693A JP 5273693 A JP5273693 A JP 5273693A JP 3298212 B2 JP3298212 B2 JP 3298212B2
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被検物の位置検出を行
うための位置検出装置に関し、特に例えば半導体素子又
は液晶表示素子等の製造に使用される投影露光装置にお
いて、回路パターンが形成されたレチクルと、この回路
パターンが転写される感光基板とを相対的に位置合わせ
（アライメント）するためのアライメント装置に適用し
て好適な位置検出装置に関する。
うための位置検出装置に関し、特に例えば半導体素子又
は液晶表示素子等の製造に使用される投影露光装置にお
いて、回路パターンが形成されたレチクルと、この回路
パターンが転写される感光基板とを相対的に位置合わせ
（アライメント）するためのアライメント装置に適用し
て好適な位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを
高分解能でフォトレジストが塗布されたウエハ等の感光
基板上に転写する投影露光装置が使用されている。斯か
る投影露光装置としては、ステップ・アンド・リピート
方式の縮小投影型露光装置（所謂ステッパー）が多用さ
れている。一般に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回
路パターンを重ね合わせて形成されるため、ステッパー
には、これから露光するレチクルのパターンの投影像
と、それまでの工程によりウエハ上にマトリックス状に
形成されている回路パターン（チップ）とを正確に重ね
合わせるためのアライメント装置が設けられている。
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを
高分解能でフォトレジストが塗布されたウエハ等の感光
基板上に転写する投影露光装置が使用されている。斯か
る投影露光装置としては、ステップ・アンド・リピート
方式の縮小投影型露光装置（所謂ステッパー）が多用さ
れている。一般に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回
路パターンを重ね合わせて形成されるため、ステッパー
には、これから露光するレチクルのパターンの投影像
と、それまでの工程によりウエハ上にマトリックス状に
形成されている回路パターン（チップ）とを正確に重ね
合わせるためのアライメント装置が設けられている。
【０００３】このようなアライメント装置は、レチクル
に形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）
と、それまでの工程によりウエハ上に形成されているア
ライメントマーク（ウエハマーク）との位置関係から、
レチクルとウエハの各ショット領域との位置合わせを行
うものである。従って、アライメント装置では、先ずレ
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
アライメント系が重要な役割を果たしている。
に形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）
と、それまでの工程によりウエハ上に形成されているア
ライメントマーク（ウエハマーク）との位置関係から、
レチクルとウエハの各ショット領域との位置合わせを行
うものである。従って、アライメント装置では、先ずレ
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
アライメント系が重要な役割を果たしている。
【０００４】従来のアライメント装置として、例えば特
開昭６０−１３０７４２号公報において、ＴＴＬ（スル
ー・ザ・レンズ）方式で且つレーザ・ステップ・アライ
メント方式のアライメント装置が開示されている。レー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系は、
細長い帯状のスポット光を投影光学系を介して回折格子
状のウエハマーク上に照射し、ウエハマークから発生す
る回折光（又は散乱光）を光電検出するものである。
開昭６０−１３０７４２号公報において、ＴＴＬ（スル
ー・ザ・レンズ）方式で且つレーザ・ステップ・アライ
メント方式のアライメント装置が開示されている。レー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系は、
細長い帯状のスポット光を投影光学系を介して回折格子
状のウエハマーク上に照射し、ウエハマークから発生す
る回折光（又は散乱光）を光電検出するものである。
【０００５】従来の他のアライメント装置として、所謂
ダイバイダイ方式のアライメント装置が知られている。
この方式は、アライメント光として、主に回路パターン
を露光するときの露光波長の光又は広帯域の白色光等を
使用し、ウエハ上の各ショット領域への露光を行う前に
それぞれレチクルマークとウエハマークとを個別に又は
同時に検出するものである。ダイバイダイ方式用のアラ
イメント系としては、レーザ・ステップ・アライメント
方式と同様にウエハマーク等を光電検出するアライメン
ト系、又はレチクルマーク及びウエハマークの像をＣＣ
Ｄカメラ等で撮像し、画像データとして処理することに
より位置検出を行うＦＩＡ（field image alignment)方
式のアライメント系が使用されていた。
ダイバイダイ方式のアライメント装置が知られている。
この方式は、アライメント光として、主に回路パターン
を露光するときの露光波長の光又は広帯域の白色光等を
使用し、ウエハ上の各ショット領域への露光を行う前に
それぞれレチクルマークとウエハマークとを個別に又は
同時に検出するものである。ダイバイダイ方式用のアラ
イメント系としては、レーザ・ステップ・アライメント
方式と同様にウエハマーク等を光電検出するアライメン
ト系、又はレチクルマーク及びウエハマークの像をＣＣ
Ｄカメラ等で撮像し、画像データとして処理することに
より位置検出を行うＦＩＡ（field image alignment)方
式のアライメント系が使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、ＦＩＡ方式のアライメント系でレチクルマーク
及びウエハマークの位置検出を行う場合、通常は１次元
の撮像素子を使用してレチクルマーク及びウエハマーク
を例えばモニター受像機の画面に写し出し、この画面上
の像の状態から各マークの位置ずれを求めていた。
の内で、ＦＩＡ方式のアライメント系でレチクルマーク
及びウエハマークの位置検出を行う場合、通常は１次元
の撮像素子を使用してレチクルマーク及びウエハマーク
を例えばモニター受像機の画面に写し出し、この画面上
の像の状態から各マークの位置ずれを求めていた。
【０００７】ところで、検出対象はＸ座標及びＹ座標よ
りなる２次元座標での位置であるため、１次元撮像素子
を使用して２次元座標上の位置検出を行うためには、少
なくとも２本の１次元撮像素子を使用するか、１次元撮
像素子を２次元座標内で回転させる必要がある。この場
合、１次元撮像素子を回転させる方式では安定性に欠け
るため、従来は各マークからの光路を分割して１次元撮
像素子を２本使用していた。しかしながら、このように
１次元撮像素子を２本使用した場合には、位置検出用の
光学系の組み立て誤差等により発生する非点収差によ
り、２本の１次元撮像素子に対応する２つの表示画面の
内の一方又は両方の画像にボケが発生してしまい、画像
処理により正確に位置検出を行うことができないという
不都合があった。
りなる２次元座標での位置であるため、１次元撮像素子
を使用して２次元座標上の位置検出を行うためには、少
なくとも２本の１次元撮像素子を使用するか、１次元撮
像素子を２次元座標内で回転させる必要がある。この場
合、１次元撮像素子を回転させる方式では安定性に欠け
るため、従来は各マークからの光路を分割して１次元撮
像素子を２本使用していた。しかしながら、このように
１次元撮像素子を２本使用した場合には、位置検出用の
光学系の組み立て誤差等により発生する非点収差によ
り、２本の１次元撮像素子に対応する２つの表示画面の
内の一方又は両方の画像にボケが発生してしまい、画像
処理により正確に位置検出を行うことができないという
不都合があった。
【０００８】但し、その非点収差の量が固定している場
合には、それら２本の１次元撮像素子の撮像面の位置を
調整することにより、その非点収差の影響を除くことが
できる。しかしながら、この場合でも、温度等の外的条
件により、その非点収差の量が変化した場合には、それ
ら２本の１次元撮像素子の撮像面の位置を再び調整する
必要が生じるが、そのような再調整を行うことは困難で
ある。
合には、それら２本の１次元撮像素子の撮像面の位置を
調整することにより、その非点収差の影響を除くことが
できる。しかしながら、この場合でも、温度等の外的条
件により、その非点収差の量が変化した場合には、それ
ら２本の１次元撮像素子の撮像面の位置を再び調整する
必要が生じるが、そのような再調整を行うことは困難で
ある。
【０００９】また、ＦＩＡ方式のアライメント系で例え
ばウエハマークの位置検出を行う場合に、２次元撮像素
子を用いれば光学系が単純化される。しかしながら、２
次元撮像素子を用いた場合には、２つの方向の画像を１
つの撮像面で撮像することになるため、撮像素子の位置
をずらして非点収差の補正を行うことができず、特に位
置検出用の光学系に起因する非点収差の影響が大きくな
る。更に、上述のレーザ・ステップ・アライメント方式
のアライメント系では、撮像素子による撮像は行われな
いが、より正確に位置検出を行うためには、位置検出用
の光学系における非点収差を低減することが望ましい。
ばウエハマークの位置検出を行う場合に、２次元撮像素
子を用いれば光学系が単純化される。しかしながら、２
次元撮像素子を用いた場合には、２つの方向の画像を１
つの撮像面で撮像することになるため、撮像素子の位置
をずらして非点収差の補正を行うことができず、特に位
置検出用の光学系に起因する非点収差の影響が大きくな
る。更に、上述のレーザ・ステップ・アライメント方式
のアライメント系では、撮像素子による撮像は行われな
いが、より正確に位置検出を行うためには、位置検出用
の光学系における非点収差を低減することが望ましい。
【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面上に導き、この観察面上でのその位置検出用の
光の位置からその被検物の位置を検出する場合に、その
位置検出用の光学系で発生した非点収差を補正してより
正確に被検物の位置検出を行うことを目的とする。
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面上に導き、この観察面上でのその位置検出用の
光の位置からその被検物の位置を検出する場合に、その
位置検出用の光学系で発生した非点収差を補正してより
正確に被検物の位置検出を行うことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出装置は、例えば図１に示す如く、被検物（Ｗ）上の
計測用マーク（ＷＭ）からの位置検出用の光を位置検出
光学系（６，７）を介して観察面（１０）上に導き、観
察面（１０）上でのその位置検出用の光の位置から被検
物（Ｗ）の位置を検出する装置において、被検物（Ｗ）
と観察面（１０）との間のその位置検出用の光の光路に
沿って第１トーリックレンズ（８）及び第２トーリック
レンズ（９）を配置し、これら２つのトーリックレンズ
の内の少なくとも一方のトーリックレンズをこのレンズ
の光軸を中心に回転可能又はこの光軸に沿って移動可能
に設け、それら２つのトーリックレンズの内の少なくと
も一方のトーリックレンズを回転又は移動することによ
り、その位置検出用の光に対して位置検出光学系（６，
７）で発生する非点収差を補正するようにしたものであ
る。
検出装置は、例えば図１に示す如く、被検物（Ｗ）上の
計測用マーク（ＷＭ）からの位置検出用の光を位置検出
光学系（６，７）を介して観察面（１０）上に導き、観
察面（１０）上でのその位置検出用の光の位置から被検
物（Ｗ）の位置を検出する装置において、被検物（Ｗ）
と観察面（１０）との間のその位置検出用の光の光路に
沿って第１トーリックレンズ（８）及び第２トーリック
レンズ（９）を配置し、これら２つのトーリックレンズ
の内の少なくとも一方のトーリックレンズをこのレンズ
の光軸を中心に回転可能又はこの光軸に沿って移動可能
に設け、それら２つのトーリックレンズの内の少なくと
も一方のトーリックレンズを回転又は移動することによ
り、その位置検出用の光に対して位置検出光学系（６，
７）で発生する非点収差を補正するようにしたものであ
る。
【００１２】また、本発明による第２の位置検出装置
は、例えば図１に示す如く、被検物（Ｗ）上の計測用マ
ーク（ＷＭ）からの位置検出用の光を集光し、基準マー
ク（ＩＭ）が形成された基準マーク板（１０）上に計測
用マーク（ＷＭ）の像を形成する位置検出光学系（６，
７）と、基準マーク（ＩＭ）及び計測用マーク（ＷＭ）
の像の２次元的な位置ずれ量を検出する計測手段（１
１，１２，１３Ｍ，１３Ｓ）とを有し、基準マーク（Ｉ
Ｍ）と計測用マーク（ＷＭ）の像との位置ずれ量から被
検物（Ｗ）の位置を検出する装置において、被検物
（Ｗ）と基準マーク板（１０）との間のその位置検出用
の光の光路に沿って第１トーリックレンズ（８）及び第
２トーリックレンズ（９）を配置し、それら２つのトー
リックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズ
をこのレンズの光軸を中心に回転するか又はこの光軸に
沿って移動する駆動手段（５０）を設け、それら２つの
トーリックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレ
ンズを回転又は移動することにより、その位置検出用の
光に対して位置検出光学系（６，７）で発生する非点収
差を補正するようにしたものである。
は、例えば図１に示す如く、被検物（Ｗ）上の計測用マ
ーク（ＷＭ）からの位置検出用の光を集光し、基準マー
ク（ＩＭ）が形成された基準マーク板（１０）上に計測
用マーク（ＷＭ）の像を形成する位置検出光学系（６，
７）と、基準マーク（ＩＭ）及び計測用マーク（ＷＭ）
の像の２次元的な位置ずれ量を検出する計測手段（１
１，１２，１３Ｍ，１３Ｓ）とを有し、基準マーク（Ｉ
Ｍ）と計測用マーク（ＷＭ）の像との位置ずれ量から被
検物（Ｗ）の位置を検出する装置において、被検物
（Ｗ）と基準マーク板（１０）との間のその位置検出用
の光の光路に沿って第１トーリックレンズ（８）及び第
２トーリックレンズ（９）を配置し、それら２つのトー
リックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズ
をこのレンズの光軸を中心に回転するか又はこの光軸に
沿って移動する駆動手段（５０）を設け、それら２つの
トーリックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレ
ンズを回転又は移動することにより、その位置検出用の
光に対して位置検出光学系（６，７）で発生する非点収
差を補正するようにしたものである。
【００１３】また、本発明による第３の位置検出装置
は、例えば図８に示す如く、マスク（Ｒ）上に形成され
たパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板
（Ｗ）上に投影する露光装置に設けられ、感光基板
（Ｗ）上の計測用マーク（ＷＭ）から投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面
（３５の撮像面）上に計測用マーク（ＷＭ）の像を形成
する位置検出光学系（ＰＬ，２８，２７，２９，５１，
３６，３４）と、その観察面上のその計測用マークの像
の２次元的な位置ずれ量を検出する計測手段（３５，４
１）とを有し、計測用マーク（ＷＭ）の像の位置ずれ量
から感光基板（Ｗ）の位置を検出する位置検出装置にお
いて、投影光学系（ＰＬ）とその観察面との間のその位
置検出用の光の光路に沿って第１トーリックレンズ
（９）及び第２トーリックレンズ（８）を配置し、それ
ら２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズをこのレンズの光軸を中心に回転可能又は
この光軸に沿って移動可能に設け、それら２つのトーリ
ックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを
回転又は移動することにより、その位置検出用の光に対
してその投影光学系で発生する非点収差を補正するよう
にしたものである。次に、本発明による投影露光装置
は、レチクルを照明する照明光学系と、そのレチクルの
パターン像をその被検物としての感光性基板に投影する
投影光学系と、上記の本発明のいずれかの位置検出装置
とを有し、この位置検出装置によってその感光性基板の
位置を検出するものである。また、本発明の第１の素子
製造方法は、その本発明の投影露光装置を用いて半導体
素子、又は液晶表示素子を製造する素子製造方法であっ
て、その照明光学系を用いてそのレチクルを照明し、そ
の投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をその
感光性基板に投影露光するものである。また、本発明の
第１の露光方法は、その本発明の投影露光装置を用いた
露光方法であって、その照明光学系を用いてそのレチク
ルを照明し、その投影光学系を用いてそのレチクルのパ
ターン像をその感光性基板に投影露光するものである。
次に、本発明の第１の位置検出方法は、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面に導く工程と、この観察面上でのその位置検出
用の光の位置からその被検物の位置を検出する工程と、
その位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、その被検物とその観察面との間のその位置検出用の
光の光路に沿って配置された２つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は移動
させる工程とを有するものである。また、本発明の第２
の位置検出方法は、被検物上の計測用マークからの位置
検出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、この観察面上でのその位置検出用の光からその被検
物の位置を検出する工程と、その位置検出光学系で発生
する非点収差を求める工程と、その位置検出光学系で発
生する非点収差を補正するために、その被検物とその観
察面との間の光路中に配置された２つのトーリックレン
ズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は
移動させる工程とを有するものである。また、本発明の
第２の素子製造方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有して、半導体素
子又は液晶表示素子を製造するものである。また、本発
明の第２の露光方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有するものであ
る。
は、例えば図８に示す如く、マスク（Ｒ）上に形成され
たパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板
（Ｗ）上に投影する露光装置に設けられ、感光基板
（Ｗ）上の計測用マーク（ＷＭ）から投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面
（３５の撮像面）上に計測用マーク（ＷＭ）の像を形成
する位置検出光学系（ＰＬ，２８，２７，２９，５１，
３６，３４）と、その観察面上のその計測用マークの像
の２次元的な位置ずれ量を検出する計測手段（３５，４
１）とを有し、計測用マーク（ＷＭ）の像の位置ずれ量
から感光基板（Ｗ）の位置を検出する位置検出装置にお
いて、投影光学系（ＰＬ）とその観察面との間のその位
置検出用の光の光路に沿って第１トーリックレンズ
（９）及び第２トーリックレンズ（８）を配置し、それ
ら２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズをこのレンズの光軸を中心に回転可能又は
この光軸に沿って移動可能に設け、それら２つのトーリ
ックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを
回転又は移動することにより、その位置検出用の光に対
してその投影光学系で発生する非点収差を補正するよう
にしたものである。次に、本発明による投影露光装置
は、レチクルを照明する照明光学系と、そのレチクルの
パターン像をその被検物としての感光性基板に投影する
投影光学系と、上記の本発明のいずれかの位置検出装置
とを有し、この位置検出装置によってその感光性基板の
位置を検出するものである。また、本発明の第１の素子
製造方法は、その本発明の投影露光装置を用いて半導体
素子、又は液晶表示素子を製造する素子製造方法であっ
て、その照明光学系を用いてそのレチクルを照明し、そ
の投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をその
感光性基板に投影露光するものである。また、本発明の
第１の露光方法は、その本発明の投影露光装置を用いた
露光方法であって、その照明光学系を用いてそのレチク
ルを照明し、その投影光学系を用いてそのレチクルのパ
ターン像をその感光性基板に投影露光するものである。
次に、本発明の第１の位置検出方法は、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面に導く工程と、この観察面上でのその位置検出
用の光の位置からその被検物の位置を検出する工程と、
その位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、その被検物とその観察面との間のその位置検出用の
光の光路に沿って配置された２つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は移動
させる工程とを有するものである。また、本発明の第２
の位置検出方法は、被検物上の計測用マークからの位置
検出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、この観察面上でのその位置検出用の光からその被検
物の位置を検出する工程と、その位置検出光学系で発生
する非点収差を求める工程と、その位置検出光学系で発
生する非点収差を補正するために、その被検物とその観
察面との間の光路中に配置された２つのトーリックレン
ズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は
移動させる工程とを有するものである。また、本発明の
第２の素子製造方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有して、半導体素
子又は液晶表示素子を製造するものである。また、本発
明の第２の露光方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有するものであ
る。
【００１４】
【作用】斯かる本発明の第１の位置検出装置によれば、
第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正する補正光
学系を設けており、この第１及び第２光学部材として
は、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用されてい
る。一般にトーリックレンズは光軸に対して垂直な面内
の直交する２方向の屈折力が異なるレンズであり、２つ
のトーリックレンズの一体としての回転角（絶対回転
角）、２つのトーリックレンズの相対回転角又は間隔を
変えることにより、２つのトーリックレンズを通過する
光の直交する２方向の焦点位置のずれ量を変えることが
できる。言い替えると、２つのトーリックレンズの絶対
回転角、相対回転角又は間隔を変えることにより、これ
ら２つのトーリックレンズを通過する光に所望の量の非
点収差を与えることができる。従って、その位置検出光
学系で発生する非点収差を、例えばそれら２つのトーリ
ックレンズで発生する非点収差で相殺することにより、
計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的な位置を正確に検
出することができる。
第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正する補正光
学系を設けており、この第１及び第２光学部材として
は、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用されてい
る。一般にトーリックレンズは光軸に対して垂直な面内
の直交する２方向の屈折力が異なるレンズであり、２つ
のトーリックレンズの一体としての回転角（絶対回転
角）、２つのトーリックレンズの相対回転角又は間隔を
変えることにより、２つのトーリックレンズを通過する
光の直交する２方向の焦点位置のずれ量を変えることが
できる。言い替えると、２つのトーリックレンズの絶対
回転角、相対回転角又は間隔を変えることにより、これ
ら２つのトーリックレンズを通過する光に所望の量の非
点収差を与えることができる。従って、その位置検出光
学系で発生する非点収差を、例えばそれら２つのトーリ
ックレンズで発生する非点収差で相殺することにより、
計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的な位置を正確に検
出することができる。
【００１５】同様に、本発明の第２の位置検出装置にお
いても、第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正す
る補正光学系を設けており、この第１及び第２光学部材
としは、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用され
ている。また、本発明では、基準マーク（ＩＭ）が形成
された基準マーク板（１０）上に計測用マーク（ＷＭ）
の像を結像する方式であるため、その位置検出光学系で
非点収差が生じた場合に、何の補正も行わないと、その
計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的な位置を正確に検
出することができない。そこで、本発明では、駆動手段
（５０）によりそれら２つのトーリックレンズの相対回
転角又は間隔を調整して、その位置検出光学系で生じる
非点収差をそれら２つのトーリックレンズで発生する非
点収差で相殺することにより、計測用マーク（ＷＭ）の
像の２次元的な位置を正確に検出することができる。
いても、第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正す
る補正光学系を設けており、この第１及び第２光学部材
としは、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用され
ている。また、本発明では、基準マーク（ＩＭ）が形成
された基準マーク板（１０）上に計測用マーク（ＷＭ）
の像を結像する方式であるため、その位置検出光学系で
非点収差が生じた場合に、何の補正も行わないと、その
計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的な位置を正確に検
出することができない。そこで、本発明では、駆動手段
（５０）によりそれら２つのトーリックレンズの相対回
転角又は間隔を調整して、その位置検出光学系で生じる
非点収差をそれら２つのトーリックレンズで発生する非
点収差で相殺することにより、計測用マーク（ＷＭ）の
像の２次元的な位置を正確に検出することができる。
【００１６】また、本発明の第３の位置検出装置におい
ても、第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正する
補正光学系を設けており、この第１及び第２光学部材と
しは、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用されて
いる。また、本発明では、感光基板（Ｗ）上の計測用マ
ーク（ＷＭ）からの位置検出用の光は投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して取り出されるが、投影光学系（ＰＬ）は露
光光に対して諸収差が補正されている。従って、特に位
置検出用の光の波長が露光波長と異なる場合には、その
位置検出用の光に対して投影光学系（ＰＬ）で非点収差
が発生することがある。そこで、本発明では、それら２
つのトーリックレンズの絶対回転角、相対回転角又は間
隔を調整し、投影光学系（ＰＬ）で生じる非点収差をそ
れら２つのトーリックレンズで発生する非点収差で相殺
することにより、計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的
な位置を正確に検出し、ひいては感光基板（Ｗ）の位置
を正確に検出することができる。
ても、第１及び第２光学部材を有し非点収差を補正する
補正光学系を設けており、この第１及び第２光学部材と
しは、２つのトーリックレンズ（８，９）が使用されて
いる。また、本発明では、感光基板（Ｗ）上の計測用マ
ーク（ＷＭ）からの位置検出用の光は投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して取り出されるが、投影光学系（ＰＬ）は露
光光に対して諸収差が補正されている。従って、特に位
置検出用の光の波長が露光波長と異なる場合には、その
位置検出用の光に対して投影光学系（ＰＬ）で非点収差
が発生することがある。そこで、本発明では、それら２
つのトーリックレンズの絶対回転角、相対回転角又は間
隔を調整し、投影光学系（ＰＬ）で生じる非点収差をそ
れら２つのトーリックレンズで発生する非点収差で相殺
することにより、計測用マーク（ＷＭ）の像の２次元的
な位置を正確に検出し、ひいては感光基板（Ｗ）の位置
を正確に検出することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の第１実施例につき図１〜図６
を参照して説明する。本実施例は、投影露光装置に備え
られたオフ・アクシスのＦＩＡ方式のアライメント系に
本発明を適用したものである。図１は本実施例の投影露
光装置の要部を示し、この図１において、図示省略され
た照明光学系からの露光光によりレチクルＲのパターン
が均一な照度で照明され、レチクルＲのパターンの像が
投影光学系ＰＬを介して、等倍又は所定の倍率で縮小あ
るいは拡大されてウエハＷ上の各ショット領域に露光さ
れる。レチクルＲのパターン領域の近傍には位置合わせ
用のレチクルマークＲＭが形成され、それに対応してウ
エハＷ上の各ショット領域の近傍にはそれぞれ位置合わ
せ用のウエハマークＷＭが形成されている。ウエハＷは
ウエハステージ１上に載置され、ウエハステージ１は、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１に垂直な２次元平面（この
直交座標軸をＸ軸及びＹ軸とする）でウエハＷの位置決
めを行うＸＹステージ及びその光軸ＡＸ１に平行なＺ方
向にウエハＷを位置決めするＺステージ等より構成され
ている。
を参照して説明する。本実施例は、投影露光装置に備え
られたオフ・アクシスのＦＩＡ方式のアライメント系に
本発明を適用したものである。図１は本実施例の投影露
光装置の要部を示し、この図１において、図示省略され
た照明光学系からの露光光によりレチクルＲのパターン
が均一な照度で照明され、レチクルＲのパターンの像が
投影光学系ＰＬを介して、等倍又は所定の倍率で縮小あ
るいは拡大されてウエハＷ上の各ショット領域に露光さ
れる。レチクルＲのパターン領域の近傍には位置合わせ
用のレチクルマークＲＭが形成され、それに対応してウ
エハＷ上の各ショット領域の近傍にはそれぞれ位置合わ
せ用のウエハマークＷＭが形成されている。ウエハＷは
ウエハステージ１上に載置され、ウエハステージ１は、
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１に垂直な２次元平面（この
直交座標軸をＸ軸及びＹ軸とする）でウエハＷの位置決
めを行うＸＹステージ及びその光軸ＡＸ１に平行なＺ方
向にウエハＷを位置決めするＺステージ等より構成され
ている。
【００１８】レチクルＲ上にはレチクルマークＲＭの位
置検出を行うためのレチクルアライメント系用の対物レ
ンズ２が配置され、対物レンズ２とレチクルＲとの間に
光路折り曲げ用のミラー３が配置されている。レチクル
アライメント系の光軸ＡＸ２は、投影光学系ＰＬを経て
ウエハＷ側に伸びており、レチクルアライメント系で
は、対物レンズ２を介して例えばレチクルマークＲＭと
ウエハステージ１上の指標マーク（図示省略）との位置
ずれ量を検出することができる。
置検出を行うためのレチクルアライメント系用の対物レ
ンズ２が配置され、対物レンズ２とレチクルＲとの間に
光路折り曲げ用のミラー３が配置されている。レチクル
アライメント系の光軸ＡＸ２は、投影光学系ＰＬを経て
ウエハＷ側に伸びており、レチクルアライメント系で
は、対物レンズ２を介して例えばレチクルマークＲＭと
ウエハステージ１上の指標マーク（図示省略）との位置
ずれ量を検出することができる。
【００１９】また、投影光学系ＰＬの側面にオフ・アク
シスのＦＩＡ方式のアライメント系４が配置され、この
アライメント系４において、光源５から射出された位置
検出用の照明光（アライメント光）の内でビームスプリ
ッター６を透過した光が、対物レンズ７を介して、ウエ
ハＷ上のウエハマークＷＭ上に照射される。そして、ウ
エハマークＷＭで反射されたアライメント光が、対物レ
ンズ７を経てビームスプリッター６に戻り、ビームスプ
リッター６で反射されたアライメント光が、負のシリン
ドリカルレンズ８及び正のシリンドリカルレンズ９を経
て焦点板１０上にウエハマークＷＭの像を結像する。
シスのＦＩＡ方式のアライメント系４が配置され、この
アライメント系４において、光源５から射出された位置
検出用の照明光（アライメント光）の内でビームスプリ
ッター６を透過した光が、対物レンズ７を介して、ウエ
ハＷ上のウエハマークＷＭ上に照射される。そして、ウ
エハマークＷＭで反射されたアライメント光が、対物レ
ンズ７を経てビームスプリッター６に戻り、ビームスプ
リッター６で反射されたアライメント光が、負のシリン
ドリカルレンズ８及び正のシリンドリカルレンズ９を経
て焦点板１０上にウエハマークＷＭの像を結像する。
【００２０】焦点板１０上には指標マークＩＭが形成さ
れており、焦点板１０を透過したアライメント光が、リ
レーレンズ１１を経てハーフプリズム１２に達し、ハー
フプリズム１２を透過した光が、２次元ＣＣＤよりなる
第１撮像素子１３Ｍの撮像面にウエハマークＷＭ及び指
標マークＩＭの像を結像する。また、ハーフプリズム１
２で反射された光が、２次元ＣＣＤよりなる第２撮像素
子１３Ｓの撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩ
Ｍの像を結像する。このアライメント系４の光軸ＡＸ３
のウエハＷとの交点が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１に
対してＸ方向にずれているものとすると、投影光学系Ｐ
Ｌのメリジオナル方向はＸ方向となり、投影光学系ＰＬ
のサジタル方向はＹ方向となる。
れており、焦点板１０を透過したアライメント光が、リ
レーレンズ１１を経てハーフプリズム１２に達し、ハー
フプリズム１２を透過した光が、２次元ＣＣＤよりなる
第１撮像素子１３Ｍの撮像面にウエハマークＷＭ及び指
標マークＩＭの像を結像する。また、ハーフプリズム１
２で反射された光が、２次元ＣＣＤよりなる第２撮像素
子１３Ｓの撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩ
Ｍの像を結像する。このアライメント系４の光軸ＡＸ３
のウエハＷとの交点が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１に
対してＸ方向にずれているものとすると、投影光学系Ｐ
Ｌのメリジオナル方向はＸ方向となり、投影光学系ＰＬ
のサジタル方向はＹ方向となる。
【００２１】本例の第１撮像素子１３Ｍは、撮像面にお
いて、メリジオナル方向と共役な方向に水平走査線の方
向が設定されており、第１撮像素子１３Ｍの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭの像と指標マークＩＭとのメリジ
オナル方向（本例ではＸ方向）の位置ずれ量が検出でき
る。一方、第２撮像素子１３Ｓは、撮像面において、サ
ジタル方向と共役な方向に水平走査線の方向が設定され
ており、第２撮像素子１３Ｓの撮像信号より、ウエハマ
ークＷＭの像と指標マークＩＭとのサジタル方向（本例
ではＹ方向）の位置ずれ量が検出できる。
いて、メリジオナル方向と共役な方向に水平走査線の方
向が設定されており、第１撮像素子１３Ｍの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭの像と指標マークＩＭとのメリジ
オナル方向（本例ではＸ方向）の位置ずれ量が検出でき
る。一方、第２撮像素子１３Ｓは、撮像面において、サ
ジタル方向と共役な方向に水平走査線の方向が設定され
ており、第２撮像素子１３Ｓの撮像信号より、ウエハマ
ークＷＭの像と指標マークＩＭとのサジタル方向（本例
ではＹ方向）の位置ずれ量が検出できる。
【００２２】本例では、第１撮像素子１３Ｍ及び第２撮
像素子１３Ｓの撮像信号を処理することにより、ウエハ
Ｗ上のウエハマークＷＭの焦点板１０上の像と指標マー
クＩＭとの２次元的な位置ずれ量を求めることができ
る。そこで、予め図１のアライメント系の光軸ＡＸ３と
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１との間隔であるベースライ
ン量を求めておき、例えばウエハステージ１を駆動し
て、そのウエハマークＷＭの像と指標マークＩＭとの位
置ずれ量を所定の範囲内に追い込んでから、そのベース
ライン量分だけウエハステージ１を移動させることによ
り、そのウエハマークＷＭが属するショット領域を投影
光学系ＰＬの露光フィールド内に設定することができ
る。
像素子１３Ｓの撮像信号を処理することにより、ウエハ
Ｗ上のウエハマークＷＭの焦点板１０上の像と指標マー
クＩＭとの２次元的な位置ずれ量を求めることができ
る。そこで、予め図１のアライメント系の光軸ＡＸ３と
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ１との間隔であるベースライ
ン量を求めておき、例えばウエハステージ１を駆動し
て、そのウエハマークＷＭの像と指標マークＩＭとの位
置ずれ量を所定の範囲内に追い込んでから、そのベース
ライン量分だけウエハステージ１を移動させることによ
り、そのウエハマークＷＭが属するショット領域を投影
光学系ＰＬの露光フィールド内に設定することができ
る。
【００２３】但し、この際に対物レンズ７や光路の引き
回し用のビームスプリッター６によってアライメント光
に対して非点収差が発生すると、焦点板１０上に結像さ
れるウエハマークＷＭの像にメリジオナル方向とサジタ
ル方向とで焦点ずれが発生する。そのため、仮にウエハ
マークＷＭの像のメリジオナル方向の焦点位置を焦点板
１０上に合わせると、ウエハマークＷＭの像のサジタル
方向の焦点位置は焦点板１０から外れることになり、ウ
エハマークＷＭの像と指標マークＩＭとをメリジオナル
方向及びサジタル方向で同時に合焦することができなく
なる。従って、第１撮像素子１３Ｍ又は第２撮像素子１
３Ｓの何れか又は両方で、ウエハマークＷＭの像と指標
マークＩＭとの位置ずれ量を正確に検出できなくなる。
回し用のビームスプリッター６によってアライメント光
に対して非点収差が発生すると、焦点板１０上に結像さ
れるウエハマークＷＭの像にメリジオナル方向とサジタ
ル方向とで焦点ずれが発生する。そのため、仮にウエハ
マークＷＭの像のメリジオナル方向の焦点位置を焦点板
１０上に合わせると、ウエハマークＷＭの像のサジタル
方向の焦点位置は焦点板１０から外れることになり、ウ
エハマークＷＭの像と指標マークＩＭとをメリジオナル
方向及びサジタル方向で同時に合焦することができなく
なる。従って、第１撮像素子１３Ｍ又は第２撮像素子１
３Ｓの何れか又は両方で、ウエハマークＷＭの像と指標
マークＩＭとの位置ずれ量を正確に検出できなくなる。
【００２４】そこで、本実施例では、非点収差を補正す
る補正光学系を構成する負のシリンドリカルレンズ８と
正のシリンドリカルレンズ９との相対回転角又はそれら
２枚のシリンドリカルレンズの間隔を変えることによ
り、それら２枚のシリンドリカルレンズで発生する非点
収差で、対物レンズ７又はビームスプリッター６で発生
した非点収差を相殺させる。これにより、ウエハマーク
ＷＭの像と指標マークＩＭとのメリジオナル方向及びサ
ジタル方向の位置ずれ量を、それぞれ第１撮像素子１３
Ｍ及び第２撮像素子１３Ｓの撮像信号から正確に求める
ことができる。
る補正光学系を構成する負のシリンドリカルレンズ８と
正のシリンドリカルレンズ９との相対回転角又はそれら
２枚のシリンドリカルレンズの間隔を変えることによ
り、それら２枚のシリンドリカルレンズで発生する非点
収差で、対物レンズ７又はビームスプリッター６で発生
した非点収差を相殺させる。これにより、ウエハマーク
ＷＭの像と指標マークＩＭとのメリジオナル方向及びサ
ジタル方向の位置ずれ量を、それぞれ第１撮像素子１３
Ｍ及び第２撮像素子１３Ｓの撮像信号から正確に求める
ことができる。
【００２５】また、本実施例では、それら２枚のシリン
ドリカルレンズの相対回転角及び間隔をそれぞれ所望の
状態に設定するための設定装置５０が設けられている。
なお、本例において、焦点板１０と撮像素子１３Ｍ，１
３Ｓとの間で、即ち例えばリレーレンズ１１で非点収差
が生じた場合には、撮像素子１３Ｍ，１３Ｓの光軸ＡＸ
３方向の位置をそれぞれ調整することにより合焦を行う
ことができる。従って、焦点板１０と撮像素子１３Ｍ，
１３Ｓとの間のみで非点収差が生じた場合には、シリン
ドリカルレンズ８，９を設置する必要はない。
ドリカルレンズの相対回転角及び間隔をそれぞれ所望の
状態に設定するための設定装置５０が設けられている。
なお、本例において、焦点板１０と撮像素子１３Ｍ，１
３Ｓとの間で、即ち例えばリレーレンズ１１で非点収差
が生じた場合には、撮像素子１３Ｍ，１３Ｓの光軸ＡＸ
３方向の位置をそれぞれ調整することにより合焦を行う
ことができる。従って、焦点板１０と撮像素子１３Ｍ，
１３Ｓとの間のみで非点収差が生じた場合には、シリン
ドリカルレンズ８，９を設置する必要はない。
【００２６】次に、図２及び図３を参照して、図１のシ
リンドリカルレンズ８，９の相対回転角又は両者の間隔
により非点収差がどの程度変化するのかを定量的に説明
する。ここでは、負のシリンドリカルレンズ８の焦点距
離を−ｆC 、正のシリンドリカルレンズ９の焦点距離を
ｆC として、且つ２枚のシリンドリカルレンズ８，９を
薄肉レンズ系として扱う。
リンドリカルレンズ８，９の相対回転角又は両者の間隔
により非点収差がどの程度変化するのかを定量的に説明
する。ここでは、負のシリンドリカルレンズ８の焦点距
離を−ｆC 、正のシリンドリカルレンズ９の焦点距離を
ｆC として、且つ２枚のシリンドリカルレンズ８，９を
薄肉レンズ系として扱う。
【００２７】Ａ．回転した場合の非点収差の変化 先ず、図２（ａ）に示すように、光軸ＡＸ３を軸として
負のシリンドリカルレンズ８を角度θだけ回転した場合
の非点収差量を求める。角度θが０でシリンドリカルレ
ンズ８及び９の屈折力が共に０になる方向、即ち第１の
シリンドリカルレンズ８の母線方向と第２のシリンドリ
カルレンズ９の母線方向とが互いに一致した時の固定の
第２のシリンドリカルレンズ９の母線方向をメリジオナ
ル方向（Ｍ方向）として、このＭ方向に垂直な方向をサ
ジタル方向（Ｓ方向）とする。また、図２（ｂ）に示す
ように、シリンドリカルレンズ８，９の主点から物点ま
での距離をａ、その主点からメリジオナル方向及びサジ
タル方向の像点までの距離をそれぞれｂM 及びｂS とす
る。
負のシリンドリカルレンズ８を角度θだけ回転した場合
の非点収差量を求める。角度θが０でシリンドリカルレ
ンズ８及び９の屈折力が共に０になる方向、即ち第１の
シリンドリカルレンズ８の母線方向と第２のシリンドリ
カルレンズ９の母線方向とが互いに一致した時の固定の
第２のシリンドリカルレンズ９の母線方向をメリジオナ
ル方向（Ｍ方向）として、このＭ方向に垂直な方向をサ
ジタル方向（Ｓ方向）とする。また、図２（ｂ）に示す
ように、シリンドリカルレンズ８，９の主点から物点ま
での距離をａ、その主点からメリジオナル方向及びサジ
タル方向の像点までの距離をそれぞれｂM 及びｂS とす
る。
【００２８】この場合、２枚のシリンドリカルレンズ
８，９のメリジオナル方向の合成焦点距離をＦM とする
と、メリジオナル方向の薄肉レンズの結像公式より次の
２つの式が得られる。
８，９のメリジオナル方向の合成焦点距離をＦM とする
と、メリジオナル方向の薄肉レンズの結像公式より次の
２つの式が得られる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】同様に、２枚のシリンドリカルレンズ８，
９のサジタル方向の合成焦点距離をＦS とすると、サジ
タル方向の薄肉レンズの結像公式より次の２つの式が得
られる。
９のサジタル方向の合成焦点距離をＦS とすると、サジ
タル方向の薄肉レンズの結像公式より次の２つの式が得
られる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
【数４】
【００３４】なお、入射光束が平行光束の場合には、メ
リジオナル方向又はサジタル方向の射出光束が発散して
しまうため、以下では、入射光束が平行光束の平行系と
入射光束が収斂光束である結像系とに分けて説明する。
リジオナル方向又はサジタル方向の射出光束が発散して
しまうため、以下では、入射光束が平行光束の平行系と
入射光束が収斂光束である結像系とに分けて説明する。
【００３５】Ａ−１．平行系の場合 図２（ｃ）は平行系の光路図を示し、この図２（ｃ）に
示すように、平行系では２枚のシリンドリカルレンズ
８，９の後に焦点距離ｆの凸レンズ１４を配置して、こ
の凸レンズ１４による結像位置を考える。そして、メリ
ジオナル方向では、図２（ｃ）の実線で示す如き結像関
係が成立しており、ここで（数２）に（ａ＝∞）を代入
することにより、次式が得られる。
示すように、平行系では２枚のシリンドリカルレンズ
８，９の後に焦点距離ｆの凸レンズ１４を配置して、こ
の凸レンズ１４による結像位置を考える。そして、メリ
ジオナル方向では、図２（ｃ）の実線で示す如き結像関
係が成立しており、ここで（数２）に（ａ＝∞）を代入
することにより、次式が得られる。
【００３６】
【数５】
【００３７】また、サジタル方向では図２（ｃ）の二点
鎖線で示す如き結像関係が成立しており、（数３）及び
（数４）に（ａ＝∞）を代入することにより、次式が得
られる。
鎖線で示す如き結像関係が成立しており、（数３）及び
（数４）に（ａ＝∞）を代入することにより、次式が得
られる。
【００３８】
【数６】
【００３９】また、シリンドリカルレンズ８，９の主点
と凸レンズ１４（結像レンズ）の主点との間隔をｘ1 と
して、凸レンズ１４により結像されるメリジオナル方向
及びサジタル方向の像と凸レンズ１４の主点との間隔を
それぞれＣM 及びＣS とすると、図２（ｃ）の実線で示
す如き関係からメリジオナル方向についての凸レンズ１
４に関する結像公式より次式が得られる。
と凸レンズ１４（結像レンズ）の主点との間隔をｘ1 と
して、凸レンズ１４により結像されるメリジオナル方向
及びサジタル方向の像と凸レンズ１４の主点との間隔を
それぞれＣM 及びＣS とすると、図２（ｃ）の実線で示
す如き関係からメリジオナル方向についての凸レンズ１
４に関する結像公式より次式が得られる。
【００４０】
【数７】
【００４１】同様に、図２（ｃ）の二点鎖線で示す如き
関係からサジタル方向についての凸レンズ１４に関する
結像公式より次式が得られる。
関係からサジタル方向についての凸レンズ１４に関する
結像公式より次式が得られる。
【００４２】
【数８】
【００４３】従って、シリンドリカルレンズ８，９及び
凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δRPは、次の
ようになる。この非点隔差δRPが、図２（ｃ）の平行系
における非点収差を定量的に示すものである。
凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δRPは、次の
ようになる。この非点隔差δRPが、図２（ｃ）の平行系
における非点収差を定量的に示すものである。
【００４４】
【数９】
【００４５】ここで、上記（数９）の関係が成立する時
の構成を図１の実施例に対応させて説明する。図１の実
施例において、２枚のシリンドリカルレンズ８、９と焦
点板１０との間に図２（ｃ）の如き結像レンズ１４を配
置し、ウエハマークＷＭから反射するアライメント光を
対物レンズ７がほぼ平行光束に変換して２枚のシリンド
リカルレンズ８、９へ導き、この２枚のシリンドリカル
レンズ８、９を介した平行光束を集光してウエハマーク
ＷＭの像を焦点板１０上に形成する構成とした時に上記
（数９）の関係が成立する。このとき、対物レンズ７と
結像レンズ１４との間に配置される２つのシリンドリカ
ルレンズ８，９は対物レンズ７側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ８、正のシリンドリカルレンズ９が配置
された構成となっているが、逆に、対物レンズ７側から
順に、正のシリンドリカルレンズ９、負のシリンドリカ
ルレンズ８を配置した構成とし、その両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた時にも上記（数９）の
関係が成立する。
の構成を図１の実施例に対応させて説明する。図１の実
施例において、２枚のシリンドリカルレンズ８、９と焦
点板１０との間に図２（ｃ）の如き結像レンズ１４を配
置し、ウエハマークＷＭから反射するアライメント光を
対物レンズ７がほぼ平行光束に変換して２枚のシリンド
リカルレンズ８、９へ導き、この２枚のシリンドリカル
レンズ８、９を介した平行光束を集光してウエハマーク
ＷＭの像を焦点板１０上に形成する構成とした時に上記
（数９）の関係が成立する。このとき、対物レンズ７と
結像レンズ１４との間に配置される２つのシリンドリカ
ルレンズ８，９は対物レンズ７側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ８、正のシリンドリカルレンズ９が配置
された構成となっているが、逆に、対物レンズ７側から
順に、正のシリンドリカルレンズ９、負のシリンドリカ
ルレンズ８を配置した構成とし、その両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた時にも上記（数９）の
関係が成立する。
【００４６】Ａ−２．結像系の場合 結像系の場合には、図２（ｂ）において、メリジオナル
方向の結像位置までの距離ｂM とサジタル方向の結像位
置までの距離ｂS との差がそのまま非点隔差となる。即
ち、（数１）及び（数２）より距離ｂM は次のようにな
る。
方向の結像位置までの距離ｂM とサジタル方向の結像位
置までの距離ｂS との差がそのまま非点隔差となる。即
ち、（数１）及び（数２）より距離ｂM は次のようにな
る。
【００４７】
【数１０】
【００４８】また、（数３）及び（数４）より距離ｂS
は次のようになる。
は次のようになる。
【００４９】
【数１１】
【００５０】従って、シリンドリカルレンズ８，９によ
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δRCは、次のようになる。
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δRCは、次のようになる。
【００５１】
【数１２】
【００５２】ここで、上記（数１２）は、図１の実施例
に対応させて説明すれば、対物レンズ７により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ７側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ８、正のシリンドリカルレンズ９を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ７側から順に、正のシリンドリカルレンズ９、負
のシリンドリカルレンズ８を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合にも上記（数１
２）の関係が成立する。
に対応させて説明すれば、対物レンズ７により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ７側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ８、正のシリンドリカルレンズ９を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ７側から順に、正のシリンドリカルレンズ９、負
のシリンドリカルレンズ８を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合にも上記（数１
２）の関係が成立する。
【００５３】Ｂ．間隔を変えた場合の非点収差の変化 図３（ａ）に示すように、光軸ＡＸ３を軸として正（焦
点距離ｆC ）のシリンドリカルレンズ９と負（焦点距離
−ｆC ）のシリンドリカルレンズ８との間隔をｄに設定
した場合の非点収差量を求める。シリンドリカルレンズ
９及び８の屈折力が共に０である方向、即ち第１のシリ
ンドリカルレンズ８の母線方向と第２のシリンドリカル
レンズ９の母線方向とが互いに一致する時の両者のシリ
ンドリカルレンズ８，９の母線方向をメリジオナル方向
（Ｍ方向）として、このＭ方向に垂直な方向をサジタル
方向（Ｓ方向）とする。従って、メリジオナル方向の結
像位置はシリンドリカルレンズ９，８により全く影響さ
れない。
点距離ｆC ）のシリンドリカルレンズ９と負（焦点距離
−ｆC ）のシリンドリカルレンズ８との間隔をｄに設定
した場合の非点収差量を求める。シリンドリカルレンズ
９及び８の屈折力が共に０である方向、即ち第１のシリ
ンドリカルレンズ８の母線方向と第２のシリンドリカル
レンズ９の母線方向とが互いに一致する時の両者のシリ
ンドリカルレンズ８，９の母線方向をメリジオナル方向
（Ｍ方向）として、このＭ方向に垂直な方向をサジタル
方向（Ｓ方向）とする。従って、メリジオナル方向の結
像位置はシリンドリカルレンズ９，８により全く影響さ
れない。
【００５４】なお、入射光束が平行光束の場合には、メ
リジオナル方向の射出光束が収斂しないため、以下で
は、入射光束が平行光束の平行系と入射光束が収斂光束
である結像系とに分けて説明する。
リジオナル方向の射出光束が収斂しないため、以下で
は、入射光束が平行光束の平行系と入射光束が収斂光束
である結像系とに分けて説明する。
【００５５】Ｂ−１．平行系の場合 図３（ｂ）は平行系の光路図を示し、この図３（ｂ）に
示すように、平行系では２枚のシリンドリカルレンズ
９，８の後に焦点距離ｆの凸レンズ１４（結像レンズ）
を配置して、この凸レンズ１４による結像位置を考え
る。そして、シリンドリカル９に入射する光束が光軸Ａ
Ｘ３に平行な平行光束とすると、シリンドリカルレンズ
９，８及び凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像
位置は、図３（ｂ）の二点鎖線で示す如く、凸レンズ１
４から距離ｆの位置である。また、図３（ｂ）の実線で
示す如く、正のシリンドリカルレンズ９によるサジタル
方向の結像に関しては、シリンドリカルレンズ９の主点
から像点までの距離をｂA とすると、次の関係が成立す
る。
示すように、平行系では２枚のシリンドリカルレンズ
９，８の後に焦点距離ｆの凸レンズ１４（結像レンズ）
を配置して、この凸レンズ１４による結像位置を考え
る。そして、シリンドリカル９に入射する光束が光軸Ａ
Ｘ３に平行な平行光束とすると、シリンドリカルレンズ
９，８及び凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像
位置は、図３（ｂ）の二点鎖線で示す如く、凸レンズ１
４から距離ｆの位置である。また、図３（ｂ）の実線で
示す如く、正のシリンドリカルレンズ９によるサジタル
方向の結像に関しては、シリンドリカルレンズ９の主点
から像点までの距離をｂA とすると、次の関係が成立す
る。
【００５６】
【数１３】
【００５７】また、シリンドリカルレンズ９，８の間隔
はｄであるため、図３（ｂ）の実線で示す如く、負のシ
リンドリカルレンズ８に関するサジタル方向の結像に関
しては、シリンドリカルレンズ８の主点から像点までの
距離をｃA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
はｄであるため、図３（ｂ）の実線で示す如く、負のシ
リンドリカルレンズ８に関するサジタル方向の結像に関
しては、シリンドリカルレンズ８の主点から像点までの
距離をｃA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
【００５８】
【数１４】
【００５９】この式を距離ｃA について解くと次のよう
になる。
になる。
【００６０】
【数１５】
【００６１】そして、図３（ｂ）の実線で示す如く、凸
レンズ１４（結像レンズ）に関するサジタル方向の結像
に関して、凸レンズ１４の主点から物点までの距離をｘ
S 、その主点から像点までの距離をｙS とすると、結像
公式より次の関係が成立する。
レンズ１４（結像レンズ）に関するサジタル方向の結像
に関して、凸レンズ１４の主点から物点までの距離をｘ
S 、その主点から像点までの距離をｙS とすると、結像
公式より次の関係が成立する。
【００６２】
【数１６】
【００６３】また、正のシリンドリカルレンズ９から凸
レンズ１４までの間隔をｘ1 とすれば、次の関係が成立
する。
レンズ１４までの間隔をｘ1 とすれば、次の関係が成立
する。
【００６４】
【数１７】
【００６５】その（数１７）を（数１６）に代入して距
離ｙS について解くと次のようになる。
離ｙS について解くと次のようになる。
【００６６】
【数１８】
【００６７】従って、シリンドリカルレンズ９，８及び
凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δGPは、次の
ようになる。
凸レンズ１４によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δGPは、次の
ようになる。
【００６８】
【数１９】
【００６９】ここで、上記（数１９）の関係が成立する
時の構成を図１の実施例に対応させて説明する。図１の
実施例において、２枚のシリンドリカルレンズ８、９と
焦点板１０との間に図３（ｂ）の如き結像レンズ１４を
配置し、ウエハマークＷＭから反射するアライメント光
を対物レンズ７がほぼ平行光束に変換して２枚のシリン
ドリカルレンズ８、９へ導き、この２枚のシリンドリカ
ルレンズ８、９を介した平行光束を集光してウエハマー
クＷＭの像を焦点板１０上に形成する構成とした時に上
記（数１９）の関係が成立する。このとき、対物レンズ
７と結像レンズ１４との間に配置される２つのシリンド
リカルレンズ８，９は、対物レンズ７側から順に、正の
シリンドリカルレンズ９、負のシリンドリカルレンズ８
が配置された構成となっているが、逆に、対物レンズ７
側から順に、負のシリンドリカルレンズ８、正のシリン
ドリカルレンズ９を配置した構成とし、その両者のシリ
ンドリカルレンズを相対的に回転させた時には、以下の
（数２０）の関係が成立する。
時の構成を図１の実施例に対応させて説明する。図１の
実施例において、２枚のシリンドリカルレンズ８、９と
焦点板１０との間に図３（ｂ）の如き結像レンズ１４を
配置し、ウエハマークＷＭから反射するアライメント光
を対物レンズ７がほぼ平行光束に変換して２枚のシリン
ドリカルレンズ８、９へ導き、この２枚のシリンドリカ
ルレンズ８、９を介した平行光束を集光してウエハマー
クＷＭの像を焦点板１０上に形成する構成とした時に上
記（数１９）の関係が成立する。このとき、対物レンズ
７と結像レンズ１４との間に配置される２つのシリンド
リカルレンズ８，９は、対物レンズ７側から順に、正の
シリンドリカルレンズ９、負のシリンドリカルレンズ８
が配置された構成となっているが、逆に、対物レンズ７
側から順に、負のシリンドリカルレンズ８、正のシリン
ドリカルレンズ９を配置した構成とし、その両者のシリ
ンドリカルレンズを相対的に回転させた時には、以下の
（数２０）の関係が成立する。
【００７０】
【数２０】
【００７１】Ｂ−２．結像系の場合 図３（ｃ）は結像系を示し、この図３（ｃ）において、
シリンドリカルレンズ９の主点と物点との距離をａA と
すると、この距離ａA が、シリンドリカルレンズ９の主
点からシリンドリカルレンズ９，８によるメリジオナル
方向の結像位置までの距離である。
シリンドリカルレンズ９の主点と物点との距離をａA と
すると、この距離ａA が、シリンドリカルレンズ９の主
点からシリンドリカルレンズ９，８によるメリジオナル
方向の結像位置までの距離である。
【００７２】そして、図３（ｃ）の実線で示す如く、正
のシリンドリカルレンズ９によるサジタル方向の結像に
関して、シリンドリカルレンズ９の主点から像点までの
距離をｂA とすると、次の関係が成立する。
のシリンドリカルレンズ９によるサジタル方向の結像に
関して、シリンドリカルレンズ９の主点から像点までの
距離をｂA とすると、次の関係が成立する。
【００７３】
【数２１】
【００７４】また、シリンドリカルレンズ９，８の間隔
はｄであるため、負のシリンドリカルレンズ８に関する
サジタル方向の結像に関しては、図３（ｃ）の実線で示
す関係からシリンドリカルレンズ８の主点から像点まで
の距離をｃA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
はｄであるため、負のシリンドリカルレンズ８に関する
サジタル方向の結像に関しては、図３（ｃ）の実線で示
す関係からシリンドリカルレンズ８の主点から像点まで
の距離をｃA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
【００７５】
【数２２】
【００７６】（数２０）及び（数２１）より距離ｂA を
消去すると、距離ｃA は次のようになる。
消去すると、距離ｃA は次のようになる。
【００７７】
【数２３】
【００７８】従って、シリンドリカルレンズ９，８によ
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δGCは、次のようになる。
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δGCは、次のようになる。
【００７９】
【数２４】
【００８０】ここで、上記（数２４）は、図１の実施例
に対応させて説明すれば、対物レンズ７により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ７側から順に、正のシリン
ドリカルレンズ９、負のシリンドリカルレンズ８を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ７側から順に、負のシリンドリカルレンズ８、正
のシリンドリカルレンズ９を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合は以下の（数２
５）の関係が成立する。
に対応させて説明すれば、対物レンズ７により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ７側から順に、正のシリン
ドリカルレンズ９、負のシリンドリカルレンズ８を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ７側から順に、負のシリンドリカルレンズ８、正
のシリンドリカルレンズ９を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合は以下の（数２
５）の関係が成立する。
【００８１】
【数２５】
【００８２】以上のように、本例ではそれぞれトーリッ
クレンズとしての２枚のシリンドリカルレンズ８，９の
相対回転角又は間隔を変えることにより、アライメント
光に対して所望の非点収差を与えることができる。次
に、図１の実施例において、シリンドリカルレンズ８，
９により対物レンズ７及びビームスプリッター６で発生
する非点収差を補正する際の動作の一例につき説明す
る。先ず、図１の焦点板１０には、図４（ａ）に示すよ
うに、Ｌ字型の１対のマークよりなる指標マークＩＭが
形成されているものとして、図１のウエハＷ上のウエハ
マークＷＭの内でメリジオナル方向の位置検出用のマー
クは、図４（ｂ）に示すように、メリジオナル方向に所
定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパター
ンよりなるマークＷＭ１であるとする。この場合、図１
の第１撮像素子１３Ｍに接続されたモニター受像機の画
面１３Ｍａには、図４（ｃ）に示すように、指標マーク
像ＩＭ′及びマーク像ＷＭ１′が重畳して結像される。
クレンズとしての２枚のシリンドリカルレンズ８，９の
相対回転角又は間隔を変えることにより、アライメント
光に対して所望の非点収差を与えることができる。次
に、図１の実施例において、シリンドリカルレンズ８，
９により対物レンズ７及びビームスプリッター６で発生
する非点収差を補正する際の動作の一例につき説明す
る。先ず、図１の焦点板１０には、図４（ａ）に示すよ
うに、Ｌ字型の１対のマークよりなる指標マークＩＭが
形成されているものとして、図１のウエハＷ上のウエハ
マークＷＭの内でメリジオナル方向の位置検出用のマー
クは、図４（ｂ）に示すように、メリジオナル方向に所
定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパター
ンよりなるマークＷＭ１であるとする。この場合、図１
の第１撮像素子１３Ｍに接続されたモニター受像機の画
面１３Ｍａには、図４（ｃ）に示すように、指標マーク
像ＩＭ′及びマーク像ＷＭ１′が重畳して結像される。
【００８３】図５（ａ）〜（ｃ）は、その図４（ｃ）の
画像を或る水平走査線ＬＸに沿って走査した場合に得ら
れる撮像信号を示す。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、そ
れぞれ図１のウエハステージ１を介してウエハＷの露光
面の高さ（Ｚ方向の位置）を変えた場合に得られる撮像
信号でもあり、撮像信号５１及び５２はそれぞれ指標マ
ーク像ＩＭ′に対応する信号であり、撮像信号５３Ａ〜
５３Ｃはそれぞれマーク像ＷＭ１′に対応する信号であ
る。図５（ａ）〜（ｃ）より分かるように、ウエハＷの
露光面の高さを変えると、指標マーク像ＩＭ′のピーク
とボトムとのコントラストは常に一定であるが、マーク
像ＷＭ１′のピークとボトムとのコントラストは次第に
変化する。そして、図５（ｂ）に示すように、撮像信号
５３Ｂのコントラストが最も良好になるときが、ウエハ
ＷのウエハマークＷＭがメリジオナル方向で焦点板１０
と合焦するときであると考えられる。
画像を或る水平走査線ＬＸに沿って走査した場合に得ら
れる撮像信号を示す。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、そ
れぞれ図１のウエハステージ１を介してウエハＷの露光
面の高さ（Ｚ方向の位置）を変えた場合に得られる撮像
信号でもあり、撮像信号５１及び５２はそれぞれ指標マ
ーク像ＩＭ′に対応する信号であり、撮像信号５３Ａ〜
５３Ｃはそれぞれマーク像ＷＭ１′に対応する信号であ
る。図５（ａ）〜（ｃ）より分かるように、ウエハＷの
露光面の高さを変えると、指標マーク像ＩＭ′のピーク
とボトムとのコントラストは常に一定であるが、マーク
像ＷＭ１′のピークとボトムとのコントラストは次第に
変化する。そして、図５（ｂ）に示すように、撮像信号
５３Ｂのコントラストが最も良好になるときが、ウエハ
ＷのウエハマークＷＭがメリジオナル方向で焦点板１０
と合焦するときであると考えられる。
【００８４】そこで、図１において、ウエハステージ１
をＺ方向に走査して、第１撮像素子１３Ｍの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭがメリジオナル方向で焦点板１０
と合焦するときの、ウエハステージ１のＺ方向の高さＺ
M を求める。同様に、図１において、ウエハステージ１
をＺ方向に走査して、第２撮像素子１３Ｓの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭがサジタル方向で焦点板１０と合
焦するときの、ウエハステージ１のＺ方向の高さＺS を
求める。サジタル方向の合焦の検出を行うには、例えば
図６に示すように、ウエハマークＷＭの内のサジタル方
向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペース
パターンよりなるマークＷＭ２が使用される。この結
果、メリジオナル方向で合焦するときの高さＺM と、サ
ジタル方向で合焦するときの高さＺS との差が非点収差
の量を表すことになる。従って、図１の設定装置５０に
より、シリンドリカルレンズ８及び９の相対回転角又は
間隔を調整して、その高さＺM と高さＺS とを一致させ
ることにより、対物レンズ７及びビームスプリッター６
に起因する非点収差が完全に補正される。
をＺ方向に走査して、第１撮像素子１３Ｍの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭがメリジオナル方向で焦点板１０
と合焦するときの、ウエハステージ１のＺ方向の高さＺ
M を求める。同様に、図１において、ウエハステージ１
をＺ方向に走査して、第２撮像素子１３Ｓの撮像信号よ
り、ウエハマークＷＭがサジタル方向で焦点板１０と合
焦するときの、ウエハステージ１のＺ方向の高さＺS を
求める。サジタル方向の合焦の検出を行うには、例えば
図６に示すように、ウエハマークＷＭの内のサジタル方
向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペース
パターンよりなるマークＷＭ２が使用される。この結
果、メリジオナル方向で合焦するときの高さＺM と、サ
ジタル方向で合焦するときの高さＺS との差が非点収差
の量を表すことになる。従って、図１の設定装置５０に
より、シリンドリカルレンズ８及び９の相対回転角又は
間隔を調整して、その高さＺM と高さＺS とを一致させ
ることにより、対物レンズ７及びビームスプリッター６
に起因する非点収差が完全に補正される。
【００８５】次に本発明の第２実施例につき図７を参照
して説明する。本実施例は、ＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式のアライメント系に本発明を適用したものであ
る。図７は本例の投影露光装置の要部を示し、この図７
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上に露光される。また、ウエハＷ上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークＷＭが形成されてい
る。本例の投影光学系ＰＬの側面の上方にはＴＴＬ方式
のアライメント系１５が配置され、このアライメント系
１５において、光源１６から射出されたアライメント光
が、第１リレーレンズ１７、所定の波長の光を選択する
フィルター板１８及び第２リレーレンズ１９を経てビー
ムスプリッター２０に入射する。ビームスプリッター２
１を透過したアライメント光が、対物レンズ２１及び光
路折り曲げ用のミラー２２を経て投影光学系ＰＬに入射
し、投影光学系ＰＬから射出されたアライメント光がウ
エハマークＷＭ上に照射されている。本例のアライメン
ト光の波長は、ウエハＷ上の感光材を感光させないよう
に、露光光の波長とは異ならしめてある。
して説明する。本実施例は、ＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式のアライメント系に本発明を適用したものであ
る。図７は本例の投影露光装置の要部を示し、この図７
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上に露光される。また、ウエハＷ上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークＷＭが形成されてい
る。本例の投影光学系ＰＬの側面の上方にはＴＴＬ方式
のアライメント系１５が配置され、このアライメント系
１５において、光源１６から射出されたアライメント光
が、第１リレーレンズ１７、所定の波長の光を選択する
フィルター板１８及び第２リレーレンズ１９を経てビー
ムスプリッター２０に入射する。ビームスプリッター２
１を透過したアライメント光が、対物レンズ２１及び光
路折り曲げ用のミラー２２を経て投影光学系ＰＬに入射
し、投影光学系ＰＬから射出されたアライメント光がウ
エハマークＷＭ上に照射されている。本例のアライメン
ト光の波長は、ウエハＷ上の感光材を感光させないよう
に、露光光の波長とは異ならしめてある。
【００８６】ウエハマークＷＭから反射されたアライメ
ント光は、投影光学系ＰＬ、折り曲げミラー２２を経
て、ウエハＷの露光面との共役面Ｒ′上にウエハマーク
ＷＭの像を結像する。その共役面Ｒ′は、露光光のもと
でウエハＷの露光面と共役な面と間隔ΔＬだけ離れてい
る。この間隔ΔＬは、露光光及びアライメント光に対す
る投影光学系ＰＬにおける色収差に起因する量である。
その共役面Ｒ′からのアライメント光は、対物レンズ２
１を経てビームスプリッター２０に戻り、ビームスプリ
ッター２０で反射されたアライメント光が、倍率色収差
補正用のプリズム２３、正のシリンドリカルレンズ９、
負のシリンドリカルレンズ８及び結像レンズ２４を経
て、２次元ＣＣＤ等よりなる２次元撮像素子２５の撮像
面上にウエハマークＷＭの像を結像する。
ント光は、投影光学系ＰＬ、折り曲げミラー２２を経
て、ウエハＷの露光面との共役面Ｒ′上にウエハマーク
ＷＭの像を結像する。その共役面Ｒ′は、露光光のもと
でウエハＷの露光面と共役な面と間隔ΔＬだけ離れてい
る。この間隔ΔＬは、露光光及びアライメント光に対す
る投影光学系ＰＬにおける色収差に起因する量である。
その共役面Ｒ′からのアライメント光は、対物レンズ２
１を経てビームスプリッター２０に戻り、ビームスプリ
ッター２０で反射されたアライメント光が、倍率色収差
補正用のプリズム２３、正のシリンドリカルレンズ９、
負のシリンドリカルレンズ８及び結像レンズ２４を経
て、２次元ＣＣＤ等よりなる２次元撮像素子２５の撮像
面上にウエハマークＷＭの像を結像する。
【００８７】その２次元撮像素子２５の撮像面上でのウ
エハマークＷＭの像の２次元的な位置より、所定の基準
位置からのウエハマークＷＭの位置ずれ量を検出するこ
とができる。本例における第１及び第２の楕円ゾーンプ
レート８，９は、ウエハマークＷＭを反射するアライメ
ント光が投影光学系ＰＬ、ミラー２２及び対物レンズ２
１を介して集光された略平行光束となる対物レンズ２１
と結像レンズ２４との間に配置されているため、上述の
（数９）を満足するように第１の楕円ゾーンプレート８
と第２の楕円ゾーンプレート９とを相対的に回転、ある
いは上述の（数１９）を満足するように第１の楕円ゾー
ンプレート８と第２の楕円ゾーンプレート９との間隔を
相対的に変化させることが好ましい。。これにより、ア
ライメント系１５内で発生する非点収差を補正すること
ができる。
エハマークＷＭの像の２次元的な位置より、所定の基準
位置からのウエハマークＷＭの位置ずれ量を検出するこ
とができる。本例における第１及び第２の楕円ゾーンプ
レート８，９は、ウエハマークＷＭを反射するアライメ
ント光が投影光学系ＰＬ、ミラー２２及び対物レンズ２
１を介して集光された略平行光束となる対物レンズ２１
と結像レンズ２４との間に配置されているため、上述の
（数９）を満足するように第１の楕円ゾーンプレート８
と第２の楕円ゾーンプレート９とを相対的に回転、ある
いは上述の（数１９）を満足するように第１の楕円ゾー
ンプレート８と第２の楕円ゾーンプレート９との間隔を
相対的に変化させることが好ましい。。これにより、ア
ライメント系１５内で発生する非点収差を補正すること
ができる。
【００８８】特に、本例においては、ＴＴＬ方式で露光
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系ＰＬで発生するが、２枚の楕円
ゾーンプレート８，９の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を０とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系ＰＬのみならず、折り曲げミラー２２、対物レンズ
２１、ビームスプリッター２０及び結像レンズ２４等で
発生する場合にも、２枚の楕円ゾーンプレート８，９の
相対回転角又は間隔を調整することにより、全体として
非点収差を０とすることができる。これにより、ウエハ
マークＷＭの２次元的な位置を正確に検出できる。
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系ＰＬで発生するが、２枚の楕円
ゾーンプレート８，９の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を０とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系ＰＬのみならず、折り曲げミラー２２、対物レンズ
２１、ビームスプリッター２０及び結像レンズ２４等で
発生する場合にも、２枚の楕円ゾーンプレート８，９の
相対回転角又は間隔を調整することにより、全体として
非点収差を０とすることができる。これにより、ウエハ
マークＷＭの２次元的な位置を正確に検出できる。
【００８９】また、通常の露光時には折り曲げミラー２
２は障害になるため、投影光学系ＰＬの露光フィールド
を広くするために、露光時には折り曲げミラー２２を待
避することが望ましい。しかしながら、折り曲げミラー
２２を待避する場合には、再びウエハマークＷＭの位置
検出を行うため、その折り曲げミラー２２をレチクルＲ
と投影光学系ＰＬとの間に設定するときの位置再現性が
問題となる。即ち、折り曲げミラー２２の位置により、
アライメント光に対して発生する非点収差の量が異な
り、ウエハマークＷＭの正確な位置検出ができなくなる
ためである。
２は障害になるため、投影光学系ＰＬの露光フィールド
を広くするために、露光時には折り曲げミラー２２を待
避することが望ましい。しかしながら、折り曲げミラー
２２を待避する場合には、再びウエハマークＷＭの位置
検出を行うため、その折り曲げミラー２２をレチクルＲ
と投影光学系ＰＬとの間に設定するときの位置再現性が
問題となる。即ち、折り曲げミラー２２の位置により、
アライメント光に対して発生する非点収差の量が異な
り、ウエハマークＷＭの正確な位置検出ができなくなる
ためである。
【００９０】そこで、折り曲げミラー２２の設定位置を
計測するためのセンサーを設け、予め折り曲げミラー２
２の設定位置により非点収差の量を計測しておき、その
後折り曲げミラー２２を設定した場合には、その位置に
応じてシリンドリカルレンズ９，８の相対回転角又は間
隔を変えることにより、その折り曲げミラー２２の位置
による非点収差の変化量を補正すると良い。また、投影
光学系ＰＬの周囲の室温又は気圧等によっても非点収差
の量が変化するため、予め室温及び気圧による非点収差
の変化量を測定しておき、投影露光装置の使用時には、
温度センサー及び気圧センサーの測定結果に応じてシリ
ンドリカルレンズ９，８により発生する非点収差の量を
調整すると良い。
計測するためのセンサーを設け、予め折り曲げミラー２
２の設定位置により非点収差の量を計測しておき、その
後折り曲げミラー２２を設定した場合には、その位置に
応じてシリンドリカルレンズ９，８の相対回転角又は間
隔を変えることにより、その折り曲げミラー２２の位置
による非点収差の変化量を補正すると良い。また、投影
光学系ＰＬの周囲の室温又は気圧等によっても非点収差
の量が変化するため、予め室温及び気圧による非点収差
の変化量を測定しておき、投影露光装置の使用時には、
温度センサー及び気圧センサーの測定結果に応じてシリ
ンドリカルレンズ９，８により発生する非点収差の量を
調整すると良い。
【００９１】次に、図８を参照して本発明の第３実施例
につき説明する。本例は、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式のアライメント系に本発明を適用したものであ
る。図８は本例の投影露光装置の要部を示し、この図８
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上に露光される。また、ウエハＷ上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークＷＭが形成されてい
る。本例のレチクルＲの上方にはＴＴＲ方式のアライメ
ント系２６が配置され、このアライメント系２６におい
て、光源１６から射出されたアライメント光が、第１リ
レーレンズ１７、所定の波長の光を選択するフィルター
板１８及び第２リレーレンズ１９を経てビームスプリッ
ター２７に入射する。ビームスプリッター２７で反射さ
れたアライメント光が、対物レンズ２８及びレチクルＲ
を経て投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬから射
出されたアライメント光がウエハマークＷＭ上に照射さ
れている。本例のアライメント光の波長は、ウエハＷ上
の感光材を感光させないように、露光光の波長とは異な
らしめてある。
につき説明する。本例は、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式のアライメント系に本発明を適用したものであ
る。図８は本例の投影露光装置の要部を示し、この図８
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上に露光される。また、ウエハＷ上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークＷＭが形成されてい
る。本例のレチクルＲの上方にはＴＴＲ方式のアライメ
ント系２６が配置され、このアライメント系２６におい
て、光源１６から射出されたアライメント光が、第１リ
レーレンズ１７、所定の波長の光を選択するフィルター
板１８及び第２リレーレンズ１９を経てビームスプリッ
ター２７に入射する。ビームスプリッター２７で反射さ
れたアライメント光が、対物レンズ２８及びレチクルＲ
を経て投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬから射
出されたアライメント光がウエハマークＷＭ上に照射さ
れている。本例のアライメント光の波長は、ウエハＷ上
の感光材を感光させないように、露光光の波長とは異な
らしめてある。
【００９２】レチクルＲ上には位置検出用のレチクルマ
ークＲＭが形成してあり、対物レンズ２８から射出され
たアライメント光はレチクルマークＲＭにも照射されて
いる。レチクルマークＲＭからの反射光はそのまま対物
レンズ１８に戻る。一方、ウエハマークＷＭから反射さ
れたアライメント光は、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲ
を経て、ウエハＷの露光面との共役面Ｒ′上にウエハマ
ークＷＭの像を結像する。その共役面Ｒ′は、レチクル
Ｒのパターン形成面と間隔ΔＬだけ離れている。この間
隔ΔＬは、露光光及びアライメント光に対する投影光学
系ＰＬにおける色収差に起因する量である。従って、共
通の光学系では、ウエハマークＷＭの像とレチクルマー
クＲＭの像とを同時に観察することができないため、本
例では次のようにしている。
ークＲＭが形成してあり、対物レンズ２８から射出され
たアライメント光はレチクルマークＲＭにも照射されて
いる。レチクルマークＲＭからの反射光はそのまま対物
レンズ１８に戻る。一方、ウエハマークＷＭから反射さ
れたアライメント光は、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲ
を経て、ウエハＷの露光面との共役面Ｒ′上にウエハマ
ークＷＭの像を結像する。その共役面Ｒ′は、レチクル
Ｒのパターン形成面と間隔ΔＬだけ離れている。この間
隔ΔＬは、露光光及びアライメント光に対する投影光学
系ＰＬにおける色収差に起因する量である。従って、共
通の光学系では、ウエハマークＷＭの像とレチクルマー
クＲＭの像とを同時に観察することができないため、本
例では次のようにしている。
【００９３】即ち、ウエハマークＷＭからのアライメン
ト光及びレチクルマークＲＭからのアライメント光は、
対物レンズ２８を経てビームスプリッター２７に戻る。
このビームスプリッター２７を透過したアライメント光
の内で、更にビームスプリッター２９及びミラー３０で
反射された光が、平行平板ガラス３１、結像レンズ３２
及びミラー３３を経てビームスプリッター３４に至る。
このビームスプリッター３４で反射された光が、２次元
ＣＣＤ等よりなる２次元撮像素子３５の撮像面上にレチ
クルマークＲＭの像を結像する。
ト光及びレチクルマークＲＭからのアライメント光は、
対物レンズ２８を経てビームスプリッター２７に戻る。
このビームスプリッター２７を透過したアライメント光
の内で、更にビームスプリッター２９及びミラー３０で
反射された光が、平行平板ガラス３１、結像レンズ３２
及びミラー３３を経てビームスプリッター３４に至る。
このビームスプリッター３４で反射された光が、２次元
ＣＣＤ等よりなる２次元撮像素子３５の撮像面上にレチ
クルマークＲＭの像を結像する。
【００９４】一方、ビームスプリッター２７を透過した
後、ビームスプリッター２９を透過したアライメント光
が、平行平板ガラス５４、正のシリンドリカルレンズ
９、負のシリンドリカルレンズ８及び結像レンズ３６を
経てビームスプリッター３４に達し、ビームスプリッタ
ー３４を透過した光が、２次元撮像素子３５の撮像面上
にウエハマークＷＭの像を結像する。この際に、結像レ
ンズ３２による光束中にはウエハマークＷＭからの光が
混入しているが、２次元撮像素子３５の撮像面ではその
ウエハマークＷＭの像はデフォーカスされている。同様
に、結像レンズ３６による光束中にはレチクルマークＲ
Ｍからの光が混入しているが、２次元撮像素子３５の撮
像面ではそのレチクルマークＲＭの像はデフォーカスさ
れている。従って、２次元撮像素子３５の撮像面には、
レチクルマークＲＭの像とウエハマークＷＭの像とが重
畳して鮮明に結像される。２次元撮像素子３５の撮像信
号が信号処理装置４１に供給され、信号処理装置４１で
求められたウエハマークＷＭ及びレチクルマークＲＭの
位置情報が、装置全体の動作を制御する主制御系３８に
供給されている。
後、ビームスプリッター２９を透過したアライメント光
が、平行平板ガラス５４、正のシリンドリカルレンズ
９、負のシリンドリカルレンズ８及び結像レンズ３６を
経てビームスプリッター３４に達し、ビームスプリッタ
ー３４を透過した光が、２次元撮像素子３５の撮像面上
にウエハマークＷＭの像を結像する。この際に、結像レ
ンズ３２による光束中にはウエハマークＷＭからの光が
混入しているが、２次元撮像素子３５の撮像面ではその
ウエハマークＷＭの像はデフォーカスされている。同様
に、結像レンズ３６による光束中にはレチクルマークＲ
Ｍからの光が混入しているが、２次元撮像素子３５の撮
像面ではそのレチクルマークＲＭの像はデフォーカスさ
れている。従って、２次元撮像素子３５の撮像面には、
レチクルマークＲＭの像とウエハマークＷＭの像とが重
畳して鮮明に結像される。２次元撮像素子３５の撮像信
号が信号処理装置４１に供給され、信号処理装置４１で
求められたウエハマークＷＭ及びレチクルマークＲＭの
位置情報が、装置全体の動作を制御する主制御系３８に
供給されている。
【００９５】信号処理装置４１では、その２次元撮像素
子３５の撮像面上でのウエハマークＷＭの像とレチクル
マークＲＭの像との２次元的な位置ずれより、レチクル
ＲとウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量を検出
する。本例における第１及び第２の楕円ゾーンプレート
８，９は、ウエハマークＷＭを反射するアライメント光
が投影光学系ＰＬ及び対物レンズ２８を介して集光され
て略平行光束となる対物レンズ２８と結像レンズ３６と
の間に配置されているため、上述の（数９）を満足する
ように第１の楕円ゾーンプレート８と第２の楕円ゾーン
プレート９とを相対的に回転、あるいは上述の（数１
９）を満足するように第１の楕円ゾーンプレート８と第
２の楕円ゾーンプレート９との間隔を相対的に変化させ
ることが好ましい。これにより、アライメント系１５内
で発生する非点収差を補正することができる。
子３５の撮像面上でのウエハマークＷＭの像とレチクル
マークＲＭの像との２次元的な位置ずれより、レチクル
ＲとウエハＷの当該ショット領域との位置ずれ量を検出
する。本例における第１及び第２の楕円ゾーンプレート
８，９は、ウエハマークＷＭを反射するアライメント光
が投影光学系ＰＬ及び対物レンズ２８を介して集光され
て略平行光束となる対物レンズ２８と結像レンズ３６と
の間に配置されているため、上述の（数９）を満足する
ように第１の楕円ゾーンプレート８と第２の楕円ゾーン
プレート９とを相対的に回転、あるいは上述の（数１
９）を満足するように第１の楕円ゾーンプレート８と第
２の楕円ゾーンプレート９との間隔を相対的に変化させ
ることが好ましい。これにより、アライメント系１５内
で発生する非点収差を補正することができる。
【００９６】特に、本例においては、ＴＴＲ方式で露光
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系ＰＬで発生するが、２枚の楕円
ゾーンプレート８，９の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を０とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系ＰＬのみならず、対物レンズ２８、ビームスプリッ
ター２７及び２９、結像レンズ３６、ビームスプリッタ
ー３４等で発生する場合にも、２枚の楕円ゾーンプレー
ト８，９の相対回転角又は間隔を調整することにより、
全体として非点収差を０とすることができる。
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系ＰＬで発生するが、２枚の楕円
ゾーンプレート８，９の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を０とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系ＰＬのみならず、対物レンズ２８、ビームスプリッ
ター２７及び２９、結像レンズ３６、ビームスプリッタ
ー３４等で発生する場合にも、２枚の楕円ゾーンプレー
ト８，９の相対回転角又は間隔を調整することにより、
全体として非点収差を０とすることができる。
【００９７】これにより、ウエハマークＷＭのレチクル
マークＲＭに対する２次元的な位置ずれ量を正確に検出
できる。本例では２枚のシリンドリカルレンズ９，８の
相対回転角又は間隔を調整するための駆動装置３７が設
けられ、駆動装置３７は、装置全体の動作を制御する主
制御系３８の指令に基づいて動作する。ところで、レチ
クルサイズが変わった場合やアライメントマークの位置
が打ち変えられた場合には、アライメント系２６を投影
光学系ＰＬの光軸Ａｘ１と直交する方向へ移動させて、
アライメントを行わなければならない。しかしながら、
投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対するアライメントマー
ク（レチクルマークＲＭ、ウエハマークＷＭ）の位置が
変わる毎に、投影光学系ＰＬにて発生する非点収差量が
変化する問題がある。
マークＲＭに対する２次元的な位置ずれ量を正確に検出
できる。本例では２枚のシリンドリカルレンズ９，８の
相対回転角又は間隔を調整するための駆動装置３７が設
けられ、駆動装置３７は、装置全体の動作を制御する主
制御系３８の指令に基づいて動作する。ところで、レチ
クルサイズが変わった場合やアライメントマークの位置
が打ち変えられた場合には、アライメント系２６を投影
光学系ＰＬの光軸Ａｘ１と直交する方向へ移動させて、
アライメントを行わなければならない。しかしながら、
投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対するアライメントマー
ク（レチクルマークＲＭ、ウエハマークＷＭ）の位置が
変わる毎に、投影光学系ＰＬにて発生する非点収差量が
変化する問題がある。
【００９８】そこで、本例では、アライメント系駆動装
置５０によりアライメント系２６が投影光学系ＰＬの光
軸Ａｘ１と直交する方向（レチクルＲと平行な方向）へ
移動可能に設けられ、このアライメント系駆動装置５０
は主制御系３８にて制御されている。そして、この主制
御系３８の内部のメモリー部には、投影光学系ＰＬの光
軸Ａｘ１に対するアライメントマーク（レチクルマーク
ＲＭ、ウエハマークＷＭ）の位置に応じた非点収差量、
換言すれば、投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対する像高
に応じた非点収差量の情報が予めメモリーされている。
置５０によりアライメント系２６が投影光学系ＰＬの光
軸Ａｘ１と直交する方向（レチクルＲと平行な方向）へ
移動可能に設けられ、このアライメント系駆動装置５０
は主制御系３８にて制御されている。そして、この主制
御系３８の内部のメモリー部には、投影光学系ＰＬの光
軸Ａｘ１に対するアライメントマーク（レチクルマーク
ＲＭ、ウエハマークＷＭ）の位置に応じた非点収差量、
換言すれば、投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対する像高
に応じた非点収差量の情報が予めメモリーされている。
【００９９】ここで、レチクルサイズが変わった場合や
アライメントマークの位置が打ち変えられた場合には、
主制御系３８は、アライメント系駆動装置５０によって
アライメント系２６を投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１と直
交する方向へ移動させて所定位置に設定し、その後、投
影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対するアライメント系２６
の光軸位置に応じた非点収差量をメモリー部内の情報に
基づいて求める。そして、主制御系３８は、この求めら
れた非点収差量に基づいて、駆動装置３７を駆動させ
て、２枚の楕円ゾーンプレート８，９の相対回転角又は
間隔を調整することにより、非点収差が全体として零と
なるように補正することができる。
アライメントマークの位置が打ち変えられた場合には、
主制御系３８は、アライメント系駆動装置５０によって
アライメント系２６を投影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１と直
交する方向へ移動させて所定位置に設定し、その後、投
影光学系ＰＬの光軸Ａｘ１に対するアライメント系２６
の光軸位置に応じた非点収差量をメモリー部内の情報に
基づいて求める。そして、主制御系３８は、この求めら
れた非点収差量に基づいて、駆動装置３７を駆動させ
て、２枚の楕円ゾーンプレート８，９の相対回転角又は
間隔を調整することにより、非点収差が全体として零と
なるように補正することができる。
【０１００】以上の如く、本例によれば、レチクルサイ
ズが変わった場合やアライメントマークの位置を打ち変
えた場合にも投影光学系ＰＬにて発生する非点収差を補
正でき、ウエハマークＷＭとレチクルマークＲＭとの２
次元的な位置を正確に検出することができる。なお、本
例の如き構成を図７に示すＴＴＬ方式の第２実施例の装
置に付加すれば、レチクルサイズが変わった場合やウエ
ハマークＷＭの位置を打ち変えた場合にも投影光学系Ｐ
Ｌにて発生する非点収差を補正でききることは言うまで
もない。
ズが変わった場合やアライメントマークの位置を打ち変
えた場合にも投影光学系ＰＬにて発生する非点収差を補
正でき、ウエハマークＷＭとレチクルマークＲＭとの２
次元的な位置を正確に検出することができる。なお、本
例の如き構成を図７に示すＴＴＬ方式の第２実施例の装
置に付加すれば、レチクルサイズが変わった場合やウエ
ハマークＷＭの位置を打ち変えた場合にも投影光学系Ｐ
Ｌにて発生する非点収差を補正でききることは言うまで
もない。
【０１０１】また、投影光学系ＰＬの周囲の室温や大気
圧等により、投影光学系ＰＬの投影倍率や歪曲収差等の
結像特性が変化することが分かっている。従って、レチ
クルＲのパターン像をより高精度にウエハＷ上に露光す
るためには、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する機構
が必要である。そこで、本例の投影光学系ＰＬには投影
光学系ＰＬの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で調
整するための結像特性補正装置３９が設けられている。
結像特性補正装置３９は、一例として、投影光学系ＰＬ
を構成する多数のレンズ間の空間（レンズ室）の内、所
定のレンズ室内の気体の圧力が可変になっており、その
レンズ室の気体の圧力を変えることにより、投影光学系
ＰＬの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で変えるこ
とができる。
圧等により、投影光学系ＰＬの投影倍率や歪曲収差等の
結像特性が変化することが分かっている。従って、レチ
クルＲのパターン像をより高精度にウエハＷ上に露光す
るためには、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する機構
が必要である。そこで、本例の投影光学系ＰＬには投影
光学系ＰＬの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で調
整するための結像特性補正装置３９が設けられている。
結像特性補正装置３９は、一例として、投影光学系ＰＬ
を構成する多数のレンズ間の空間（レンズ室）の内、所
定のレンズ室内の気体の圧力が可変になっており、その
レンズ室の気体の圧力を変えることにより、投影光学系
ＰＬの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で変えるこ
とができる。
【０１０２】主制御系３８には、室温や大気圧を測定す
るための環境センサー４０が接続され、主制御系３８
は、その環境センサー４０の計測結果に応じて結像特性
補正装置３９を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正
する。また、室温や大気圧により投影光学系ＰＬ及びそ
の他の光学部材における非点収差の量が変化することが
考えられる。そこで、予め環境センサー４０による計測
結果とそれら光学部材における非点収差の変化量との関
係を計測しておき、主制御系３８は、結像特性補正装置
３９を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正するのと
並行して、駆動装置３７を介して２枚のシリンドリカル
レンズ９，８の相対回転角又は間隔を調整する。これに
より、環境により変化した非点収差を２枚のシリンドリ
カルレンズ９，８での非点収差の変化量で相殺すること
ができる。
るための環境センサー４０が接続され、主制御系３８
は、その環境センサー４０の計測結果に応じて結像特性
補正装置３９を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正
する。また、室温や大気圧により投影光学系ＰＬ及びそ
の他の光学部材における非点収差の量が変化することが
考えられる。そこで、予め環境センサー４０による計測
結果とそれら光学部材における非点収差の変化量との関
係を計測しておき、主制御系３８は、結像特性補正装置
３９を介して投影光学系ＰＬの結像特性を補正するのと
並行して、駆動装置３７を介して２枚のシリンドリカル
レンズ９，８の相対回転角又は間隔を調整する。これに
より、環境により変化した非点収差を２枚のシリンドリ
カルレンズ９，８での非点収差の変化量で相殺すること
ができる。
【０１０３】また、通常の露光時にはアライメント系２
６は障害になるため、露光時にはアライメント系２６を
待避できるようになっている。しかしながら、アライメ
ント系２６を待避する場合には、再びウエハマークＷＭ
及びレチクルマークＲＭの位置検出を行うため、そのア
ライメント系２６をレチクルＲ上に設定するときの位置
再現性が問題となる。即ち、アライメント系２６の位置
により、アライメント光に対して発生する非点収差の量
が異なり、ウエハマークＷＭの正確な位置検出ができな
くなるためである。
６は障害になるため、露光時にはアライメント系２６を
待避できるようになっている。しかしながら、アライメ
ント系２６を待避する場合には、再びウエハマークＷＭ
及びレチクルマークＲＭの位置検出を行うため、そのア
ライメント系２６をレチクルＲ上に設定するときの位置
再現性が問題となる。即ち、アライメント系２６の位置
により、アライメント光に対して発生する非点収差の量
が異なり、ウエハマークＷＭの正確な位置検出ができな
くなるためである。
【０１０４】そこで、アライメント系２６の設定位置を
計測するためのセンサーを設け、予めアライメント系２
６の設定位置に対する非点収差の量を計測しておき、そ
の後アライメント系２６を設定した場合には、その位置
に応じてシリンドリカルレンズ９，８の相対回転角又は
間隔を変えることにより、そのアライメント系２６の位
置による非点収差の変化量を補正する。
計測するためのセンサーを設け、予めアライメント系２
６の設定位置に対する非点収差の量を計測しておき、そ
の後アライメント系２６を設定した場合には、その位置
に応じてシリンドリカルレンズ９，８の相対回転角又は
間隔を変えることにより、そのアライメント系２６の位
置による非点収差の変化量を補正する。
【０１０５】なお、上述実施例では、２枚のシリンドリ
カルレンズ８，９の内の少なくとも一方を回転させて相
対回転角又は２枚のシリンドリカルレンズ８，９の内の
少なくとも一方を移動させて相対的な、間隔を変えるこ
とにより非点収差量を調整しているが、２枚のシリンド
リカルレンズ８，９を一体として光軸の回りに回転して
も非点収差の状態を或る程度変えることができる。従っ
て、２枚のシリンドリカルレンズ８，９の一体としての
回転角（以下、「絶対回転角」という）を変えることに
より、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補正す
るようにしても良い。また、それらシリンドリカルレン
ズ８，９の配置位置は任意であり、例えば図１の例であ
れば、ウエハＷと焦点板１０との間のどこに配置しても
良い。
カルレンズ８，９の内の少なくとも一方を回転させて相
対回転角又は２枚のシリンドリカルレンズ８，９の内の
少なくとも一方を移動させて相対的な、間隔を変えるこ
とにより非点収差量を調整しているが、２枚のシリンド
リカルレンズ８，９を一体として光軸の回りに回転して
も非点収差の状態を或る程度変えることができる。従っ
て、２枚のシリンドリカルレンズ８，９の一体としての
回転角（以下、「絶対回転角」という）を変えることに
より、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補正す
るようにしても良い。また、それらシリンドリカルレン
ズ８，９の配置位置は任意であり、例えば図１の例であ
れば、ウエハＷと焦点板１０との間のどこに配置しても
良い。
【０１０６】また、上述実施例では、トーリックレンズ
としてシリンドリカルレンズが使用されているが、それ
ぞれ直交する２方向の焦点距離が異なる一般的な２枚の
トーリックレンズを使用して、これら２枚のトーリック
レンズの絶対回転角、相対回転角又は間隔等を変えるこ
とにより、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補
正できることは明かである。
としてシリンドリカルレンズが使用されているが、それ
ぞれ直交する２方向の焦点距離が異なる一般的な２枚の
トーリックレンズを使用して、これら２枚のトーリック
レンズの絶対回転角、相対回転角又は間隔等を変えるこ
とにより、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補
正できることは明かである。
【０１０７】また、ウエハマークＷＭの像を画像処理す
る場合のみならず、レーザ・ステップ・アライメント方
式のアライメント系のように、ウエハマークＷＭからの
光を全体として光電変換する場合でも、本発明のように
トーリックレンズを用いて非点収差を補正することによ
り、より正確にウエハマークＷＭの位置検出を行うこと
ができる。
る場合のみならず、レーザ・ステップ・アライメント方
式のアライメント系のように、ウエハマークＷＭからの
光を全体として光電変換する場合でも、本発明のように
トーリックレンズを用いて非点収差を補正することによ
り、より正確にウエハマークＷＭの位置検出を行うこと
ができる。
【０１０８】更に、本発明は半導体素子等の製造用の露
光装置のみならず、顕微鏡等にも適用できることは言う
までもない。このように、本発明は上述実施例に限定さ
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。
光装置のみならず、顕微鏡等にも適用できることは言う
までもない。このように、本発明は上述実施例に限定さ
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。
【０１０９】
【発明の効果】本発明の各実施例によれば、それぞれ位
置検出用の光学系（例えば対物レンズ、光路折り曲げ用
のミラー等）又は投影光学系で発生した非点収差を光学
部材の交換を行うことなく補正でき、被検物の２次元的
な位置検出をより高精度に行うことができる利点があ
る。また、被検物としての基板等に化学処理などにより
反りやうねりなどが存在した場合に、位置検出用の光学
系の作動距離が変化しても、２枚のトーリックレンズに
より対応できるという利点もある。
置検出用の光学系（例えば対物レンズ、光路折り曲げ用
のミラー等）又は投影光学系で発生した非点収差を光学
部材の交換を行うことなく補正でき、被検物の２次元的
な位置検出をより高精度に行うことができる利点があ
る。また、被検物としての基板等に化学処理などにより
反りやうねりなどが存在した場合に、位置検出用の光学
系の作動距離が変化しても、２枚のトーリックレンズに
より対応できるという利点もある。
【０１１０】また、例えば本発明の第３実施例のよう
に、２枚のトーリックレンズの内の少なくとも一方の回
転角や位置を変化させる駆動装置を設けた場合には、例
えば室温や大気圧の変化により位置検出用の光学系の非
点収差が変化したときでも、容易にその非点収差を補正
することができる。
に、２枚のトーリックレンズの内の少なくとも一方の回
転角や位置を変化させる駆動装置を設けた場合には、例
えば室温や大気圧の変化により位置検出用の光学系の非
点収差が変化したときでも、容易にその非点収差を補正
することができる。
【図１】本発明の第１実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
の要部を示す構成図である。
【図２】（ａ）は第１実施例において２枚のシリンドリ
カルレンズの回転角を変える場合を示す斜視図、（ｂ）
は結像系を示す光路図、（ｃ）は平行系を示す光路図で
ある。
カルレンズの回転角を変える場合を示す斜視図、（ｂ）
は結像系を示す光路図、（ｃ）は平行系を示す光路図で
ある。
【図３】（ａ）は第１実施例において２枚のシリンドリ
カルレンズの間隔を変える場合を示す斜視図、（ｂ）は
平行系を示す光路図、（ｃ）は結像系を示す光路図であ
る。
カルレンズの間隔を変える場合を示す斜視図、（ｂ）は
平行系を示す光路図、（ｃ）は結像系を示す光路図であ
る。
【図４】（ａ）は指標マークＩＭを示す拡大図、（ｂ）
はメリジオナル方向用のウエハマークを示す拡大図、
（ｃ）は撮像素子により撮像された画像を示す図であ
る。
はメリジオナル方向用のウエハマークを示す拡大図、
（ｃ）は撮像素子により撮像された画像を示す図であ
る。
【図５】第１実施例において、ウエハＷの露光面の高さ
を次第に変えた場合の撮像信号の変化を示す波形図であ
る。
を次第に変えた場合の撮像信号の変化を示す波形図であ
る。
【図６】第１実施例におけるサジタル方向用のウエハマ
ークを示す拡大図である。
ークを示す拡大図である。
【図７】本発明の第２実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
の要部を示す構成図である。
【図８】本発明の第３実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
の要部を示す構成図である。
Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ ＷＭ ウエハマーク ＩＭ 指標マーク １ ウエハステージ ４ アライメント系 ６ ビームスプリッター ７ 対物レンズ ８ 負のシリンドリカルレンズ ９ 正のシリンドリカルレンズ １０ 焦点板 １１ 結像レンズ １３Ｍ，１３Ｓ 撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅谷 綾子 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 特開 平１−227431（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−28311（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90512（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−61802（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G01B 11/00 G03F 9/00
Claims (19)
- 【請求項１】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を位置検出光学系を介して観察面上に導き、該観
察面上での前記位置検出用の光の位置から前記被検物の
位置を検出する位置検出装置において、 前記被検物と前記観察面との間の前記位置検出用の光の
光路に沿って第１トーリックレンズ及び第２トーリック
レンズを配置し、前記２つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸を中
心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。 - 【請求項２】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を集光し、基準マークが形成された基準マーク板
上に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系
と、前記基準マーク及び前記計測用マークの像の２次元
的な位置ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記基準
マークと前記計測用マークの像との位置ずれ量から前記
被検物の位置を検出する位置検出装置において、 前記被検物と前記基準マーク板との間の前記位置検出用
の光の光路に沿って第１トーリックレンズ及び第２トー
リックレンズを配置し、前記２つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光
軸を中心に回転するか又は該光軸に沿って移動する駆動
手段を設け、 前記２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。 - 【請求項３】 マスク上に形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に投影する露光装置に設け
られ、前記感光基板上の計測用マークから前記投影光学
系を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面上
に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系と、
前記観察面上の前記計測用マークの像の２次元的な位置
ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記計測用マーク
の像の位置ずれ量から前記感光基板の位置を検出する位
置検出装置において、 前記投影光学系と前記観察面との間の前記位置検出用の
光の光路に沿って第１トーリックレンズ及び第２トーリ
ックレンズを配置し、前記２つのトーリックレンズの内
の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸
を中心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記投影光学系で発生する非点収
差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項４】 前記観察面に形成されるメリジオナル方
向の前記計測用マークの合焦像及びサジタル方向の前記
計測用マークの合焦像から非点収差量を求める手段を更
に設け、 該非点収差量を求める手段により得られた非点収差を補
正するように、前記２つのトーリックレンズの内の少な
くとも一方のトーリックレンズを回転又は移動させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記観察面に形成されるメリジオナル方
向の前記計測用マークの合焦像及びサジタル方向の前記
計測用マークの合焦像から非点収差量を求める手段を更
に設け、 前記駆動手段は、前記非点収差量を求める手段により得
られた非点収差を補正するように、前記２つのトーリッ
クレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを回
転又は移動させることを特徴とする請求項２に記載の位
置検出装置。 - 【請求項６】 前記２つのトーリックレンズの内の少な
くとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレン
ズを含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に
記載の位置検出装置。 - 【請求項７】 レチクルを照明する照明光学系と、 前記レチクルのパターン像を前記被検物としての感光性
基板に投影する投影光学系と、 前記感光性基板の位置を検出する請求項１〜６の何れか
一項に記載の位置検出装置とを有することを特徴とする
投影露光装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の投影露光装置を用いて
半導体素子を製造する素子製造方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする素子製造方法。 - 【請求項９】 請求項７に記載の投影露光装置を用いて
液晶表示素子を製造する素子製造方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする素子製造方法。 - 【請求項１０】 請求項７に記載の投影露光装置を用い
た露光方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする露光方法。 - 【請求項１１】 被検物上の計測用マークからの位置検
出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、 該観察面上での前記位置検出用の光から前記被検物の位
置を検出する工程と、 前記位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、前記被検物と前記観察面との間の前記位置検出用の
光の光路に沿って配置された２つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は移動
させる工程とを有する位置検出方法。 - 【請求項１２】 前記位置検出光学系で発生する非点収
差を求める工程を更に有し、 前記２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動させる工程では、前記非
点収差を求める工程で求められた結果に基づいて前記２
つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトーリッ
クレンズを回転又は移動させる ことを特徴とする請求項
１１に記載の位置検出方法。 - 【請求項１３】 前記非点収差を求める工程は、前記被
検物の被検面を移動させて前記観察面に形成されるメリ
ジオナル方向の前記計測用マークの合焦像を求める工程
と、前記被検面を移動させて前記観察面に形成されるサ
ジタル方向の前記計測用マークの合焦像を求める工程と
を有することを特徴とする請求項１２に記載の位置検出
方法。 - 【請求項１４】 前記２つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレ
ンズを含むことを特徴とする請求項１１、１２、又は１
３に記載の位置検出方法。 - 【請求項１５】 被検物上の計測用マークからの位置検
出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、 該観察面上での前記位置検出用の光から前記被検物の位
置を検出する工程と、前記位置検出光学系で発生する非
点収差を求める工程と、 前記位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、前記被検物と前記観察面との間の光路中に配置され
た２つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズを回転又は移動させる工程とを有する位置
検出方法。 - 【請求項１６】 前記２つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレ
ンズを含むことを特徴とする請求項１５に記載の位置検
出方法。 - 【請求項１７】 請求項１１〜１６の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１１〜１６の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１１〜１６の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る露光方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05273693A JP3298212B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 位置検出方法及び装置、露光方法、投影露光装置、並びに素子製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05273693A JP3298212B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 位置検出方法及び装置、露光方法、投影露光装置、並びに素子製造方法 |
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| JPH06267820A JPH06267820A (ja) | 1994-09-22 |
| JP3298212B2 true JP3298212B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=12923221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05273693A Expired - Fee Related JP3298212B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 位置検出方法及び装置、露光方法、投影露光装置、並びに素子製造方法 |
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| JP6670429B2 (ja) * | 2015-12-16 | 2020-03-25 | 株式会社オキサイド | 透明基材計測装置および透明基材計測方法 |
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-
1993
- 1993-03-12 JP JP05273693A patent/JP3298212B2/ja not_active Expired - Fee Related
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