JPH0228311A - アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子、又は液晶表示素子等を製造する
際に使われる投影型露光装置等に適用し得るアライメン
ト装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の投影型露光装置では、レチクル（マスク
）に形成された回路パターンを像側のみ、又は両側がテ
レセントリックな投影レンズを介して、感光基板（ウェ
ハ等）上に結像投影し、回路パターンの像をステップア
ンドリピート方式で基板上の異なるシゴット領域に次々
に露光している。

この場合、基板上の個々のショッ１４ｉｆｆ域に予め形
成されている回路パターンとレチクルの回路パターン像
とを精密に重ね合わせるために、基板上のアライメント
マークの位置を投影レンズを介して光電的に検出し、精
密な位置合わせを行なう必要がある。

この位置合わせのために開発されたのが、ＴＴＬ（スル
ーザレンズ）方式、又はＴＴＲ（スルーザレチクル）方
式のアライメント装置であり、各種のものが知られてい
る。ここでＴＴＩ、方式とは投影レンズのみを介してウ
ェハ上のマークを検出するアライメント系のことであり
、ＴＴＲ方式とは投影レンズ以外にレチクルのマーク領
域も介してウェハマークを検出するアライメント系のこ
とである。ＴＴＲ方式はレチクルマークとウェハマーク
とのずれを直接比較するので原理的には高精度であるが
、アライメント用の照明光の波長が制限（はとんどの場
合、露出光の波長に近（以）されるため、アライメント
シーケンス上のロス・タイムが多い。これに対して、Ｔ
ＴＬ方式はレチクルマークを検出する必要がないため、
アライメント用照明光の波長はウェハの感光をさけた範
囲に選ぶことができ、任意の位置、任意のタイミングで
自由にウェハマークを検出することができる。

ところが、このようなＴＴＲ方式、又はＴＴＬ方式では
、多くの場合、投影レンズの投影視野内の周辺、すなわ
ち軸外の局所領域を介してウェハマークを検出している
。これは一般に、投影されるべき回路パターン像（又は
ショット領域）の周辺部に極近接してウェハマークが形
成されるからである。このため、製造されるデバイスの
サイズが変わると、それに応じて回路パターン像（又は
ショット領域）の大きさも変わり、投影レンズの視野中
心に対するウェハマークの位置も変わってくることにな
る。またＴＴＲ方式の場合は１回（ある−１１）のアラ
イメント時に、ウェハマークを含む局所領域を感光させ
ることもあるので、マークの打ち替えを行なって、多数
層の重ね合わせが可能になっている。この打ち替え時に
は、当然、投影視野中心に対するウェハマークの位置も
変わることになる。従って、投影視野内のどの位置にマ
ークがきても、確実に検出できるように、上記ＴＴＲ方
式、又はＴＴＬ方式ではアライメント系の一部の光学系
、特に対物レンズ等を可動にしておき、投影視野内の任
意の位置に検出領域（数μｍ〜数十μｍ角）を設定でき
るようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の技術では、アライメント動作中、例えば１枚
のウェハの各シッフ）４Ｉ域に対する位置合わせのため
に、各ショット領域毎にＴＴＲｌ又はＴＴＬ方式でマー
ク検出を行なう際、各ショット領域の露光が行われる間
はアライメント動作が中断され、次のショット６Ｎ域の
位置決めのためにアライメント動作が再開されるような
シーケンスにおいて、ＴＴＲ，ＴＴＬ方式のアライメン
ト光学系の一部、又は全部を動かすと、投影レンズの収
差、テレセンのくずれ等によって、アライメント光学系
に入射してくるウェハマークからの光情報がわずかに傾
いたものとなり、正確に検出系の方に戻ってこないとい
う欠点がある。特にアライメント光学系の検出系に空間
フィルターを配置して、ウェハマークからの光情報のう
ち特定のもの（正反射光、散乱光、回折光等）を選択的
に抽出してから光電変換する場合等は、戻り光のわずか
な傾きによって、本来抽出すべき特定の光情報がけられ
たり、検出光が歪みを持つ等の不都合が発生する。この
ため、アライメント光学系の可動部に制限を設け、投影
視野内でマーク検出に適した領域を制限していた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
アライメント光学系の一部（又は全部）が投影光学系の
視野内の観察、ないしは検知位置を変える場合、すなわ
ち戻り光に傾きが生じた場合でも常に正確に所望の光情
報を安定な検出精度を保って検知するアライメント装置
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

そこで本発明では、アライメント光学系（検知光学系）
によって投影光学系の瞳（入射瞳、又は射出瞳）と共役
な瞳共役面を作り、この瞳共役面の位置、もしくはその
近傍に、パターン（アライメントマーク）からの光情報
の傾き変化（テレセン誤差）に起因した瞳共役内での光
情報の位置変化の方向と交差する少なくとも一次元方向
に関して屈折力をもつトｒリックレンズを設け、このト
ーリンクレンズの焦点位置、もしくはその近傍に受光面
が位置するような光電検出器を配置するように構成した
。

〔作　　用〕

ここでＴＴＲ又はＴＴＬ方式のアライメント系の基本構
成と従来の問題点を、第２図を参照して簡単に説明する
。

両側（レチクルｌｌ側とウェハ１３側）テレセンドリン
クの投影レンズ１２の光軸ＡＸ、はレチクル１１とウェ
ハ１２の夫々と垂直になるように配置され、レチクル１
１のマーク領域の中心は投影レンズ１２の軸外に位置し
、はぼそのマーク領域中心を通るような光軸ＡＸを有す
るアライメント光学系の対物レンズ９ｂが、レチクル１
１の上方に配置される。光軸ＡＸは光軸Ａ　Ｘ　ｏと平
行となるように設定されているものとする。アライメン
ト用の照明ビーム（レーザービーム等）ＬＢは、対物レ
ンズ９ｂの瞳（絞り面すなわち前側焦点面）ｅｐｏの中
心０．を通り、瞳ｅｐｏの中心を原点に、矢印Ａｔのよ
うに揺動しているものとする。ここで対物レンズ９ｂも
テレセンドリンクであるものとすると、照明ビームＬＢ
は対物レンズ９ｂから光軸ＡＸと平行に射出し、レチク
ル１１を垂直に照射する。ビームＬＢの振れ原点が瞳ｅ
ｐ０の中心０１　　（光軸ＡＸ上）にあるため、レチク
ルｌｌ上のビームＬＢは垂直状態のまま矢印Ａ２の方向
に一次元走査される。その後、ビームＬＢは投影レンズ
１２に入射し、投影レンズ１２の瞳ｅｐの中心０：を通
り、ウェハ１３を垂直に照射する。ここで投影レンズ１
２の瞳ｅｐよりも上のレンズ系部分と対物レンズ９ｂと
によって、瞳ｅｐと瞳ｅＰｏとは互いに共役関係になっ
ている。

このような系で、照射ビームＬＢがウェハ１３上のマー
ク１３°を垂直に照明すると、マーク１３゛から正反射
光、散乱光、回折光が生じる。第２図では一例として散
乱光Ｌｓ＋、Ｌｓｚを示し、マーク１３″からある開口
数（Ｎ、Ａ、）をもって発生した散乱光Ｌｓ、、Ｌｓｚ
は投影レンズ１２内のビームＬＢの送光路に沿って逆進
し、瞳ｅｐの中心０８以外の周囲を通り、レチクル１１
のマーク領域内に焦光する。この散乱光Ｌｓ＋、　Ｌｓ
、はさらに対物レンズ９ｂ内のビームＬＢの送光路に沿
って逆進し、瞳ｅｐｏ　　（投影レンズ１２の瞳ｅｐと
共役な面）に達する。しかし投影レンズ１２の瞳ｅｐに
収差等があり、テレセン性が保たれていないと、散乱光
束Ｌｓ＋、　Ｔ−ｓｔ　（正反射光束も同じ）の主光線
は、投影レンズ１２からレチクル１２の方へ射出する時
点で、最早光軸ＡＸ、とは平行とならず、傾いてしまう
、このため対物レンズ９ｂを逆進した散乱光Ｌｓｌ　％
　Ｌ　ｓ　ｚは、瞳ｅｆｏの面では中心Ｏ８をはさんで
対象的に位置せず、ずれてしまうことになる。第２図は
その様子を誇張して示したもので、極端な場合、図示の
ように瞳ｅｐ。をそれることにもなる。また照明ビーム
ＬＢは瞳ｅｐｏの中心Ｏ１で揺動しているため、瞳ｅｐ
。に戻ってくる散乱光Ｌｓ、、　Ｌｓ、及び正反射光は
瞳ｅｌ）ｏでは、テレセン誤差の傾き方向に揺動するこ
とにもなる。第２図では、テレセン誤差の傾き方向が紙
面内にあるものとし、ビームＬＢの振動方向と一致して
いるため、瞳ｅｆ）ｏでの散乱光Ｌｓ＋、Ｌｓｚ　（又
は正反射光）の振動的な横ずれは最大になる。ただし、
テレセン誤差の傾き方向が紙面と垂直な方向のみに生じ
ている場合は、散乱光Ｌｓ＋、Ｌｓ、（正反射光）の振
動的な横ずれはなく、紙面と垂直な方向の静的な横ずれ
が生じることになる。

本発明では、戻り光（散乱光、正反射光、回折光等）に
瞳ｅｐ＋１上での位置ずれ（振動的又は静的）が生じて
も、戻り光のうち特定の光情報を抽出する空間フィルタ
ー、又は光電素子上では位置ずれをほぼ零、もしくは掻
めて小さな量に低減させるために、瞳ｅＰｏの位置、も
しくはその近傍にトーリックレンズを配置した。

〔実　施　例〕

第１図は本発明の実施例によるアライメント装置を、投
影露光装置のＴＴＲ方弐Ｏ７ライメント系に組み込んだ
場合の構成を示す図である。この第１図中で、第２図で
示した部材と同じ機能のものには同一の符号をつけであ
る。

コヒーレントなビームＬＢを発生するレーザ光ｆ１１は
Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒイオンレー
ザあるいは色素レーザ等が代表的に使われ、それらレー
ザの高調波を利用してもよい。

ビームＬＢはビーム整形光学系２によって、所望のビー
ム断面形状及び収れん性が与えられる。第３図は整形光
学系２内に設けられたシリンドリカルレンズ２ａによる
ビーム整形の様子を示し、レーザ光源１からほぼ平行な
ビームＬＢが入射すると、シリンドリカルレンズ２ａの
焦点位置には、一方向、例えばＸ方向に帯状に伸びたス
リット状スポットＳＰ、となって集光する。さて、この
ビームＬＢは第１図に示すようにビームスプリッタ３を
通り、リレーレンズ系４．６を介してスリット状スポッ
トＳＰ、とじて再結像される。リレーレンズ系４．５の
間はビームＬＢがほぼ平行光束となり、リレーレンズ系
４の後側焦点面、すなわちリレーレンズ系５の前側焦点
面には振動ミラー５の反射面が位置する。この振動ミラ
ー５は駆動系２４によって往復振動され、ビームＬＢを
揺動させる。このため再結像したスポット光ＳＰ１は第
１図中の紙面内で例えば上下方向に平行移動する。そし
てリレーレンズ系６を射出したビームは第２対物レンズ
７を介して再び平行光束に変換され、直角な反射面を有
する２つの反射部材８．８′から成るトロンポーン系に
入射する。ＴＴＲアライメント系の可動部９内には第１
対物レンズ９ｂと全反射ミラー９ａとが配置され、可動
部９は駆動系１０により、例えば図中矢印Ｂ１の方向に
移動する。尚、第１対物レンズ９ｂの光軸ＡＸは第２対
物レンズ７の光軸と同軸になるように位置し、可動部９
の矢印Ｂ１方向の移動量の１／２だけトロンポーン系の
反射部材（直角プリズム、又はコーナーミラー）８°を
図中矢印Ｂ２方向に移動させることで光路長の補正を行
なう。またトロンポーン系の中央付近には、第２対物レ
ンズ７とリレーレンズ系６とによって、振動ミラー５の
振れ原点ｅｐ＋　と共役な面ｅｐｏが形成される。

この６２６は、第２図にも示したように第１対物レンズ
９ｂの瞳面でもあり、平行光束となったビームＬＢは、
この瞳面ｅｐｏの中心を原点として揺動することになる
。ここで第１対物レンズ９ｂがテレセントリックである
ものとすると、レーザービームＬＢは第１対物レンズ９
ｂ、ミラー９ａを介してレチクル１１の周囲のマーク領
域ＲＭにスリット状スポットとなって常に垂直に集光さ
れ、このスポット光は長手方向と交差する方向に相対走
査される。このスリット状スポット光は、レチクル１１
、投影レンズ１２を介してウェハ１３上に再結像される
。こくで第１対物レンズ９ｂの瞳面ｅｐｏは、投影レン
ズ１２の瞳面ｅｐと共役であり、そこではビームＬＢが
スリット状に集光して帯状分布となっているが、その帯
状分布の長手方向は、スポット光Ｓ　Ｐ　ａ　、Ｓ　Ｐ
　＋　、又はレチクル、ウェハ上のスポット光の長手方
向に対して直交している。これはビーム整形光学系２の
シリンドリカルレンズ２ａの作用によるもので、像共役
面にできるスリット状スポット光と瞳共役面にできるス
リット状スポット光とは、幾何光学的な配置で採用する
場合は、互いに直交して伸びることになる。第４図は投
影レンズ１２の瞳ｅｐからウェハ側の系を模式的に示し
たもので、ビームＬＢは瞳ｅｐのほぼ中心を通るが、そ
の分布はＸ方向に伸びた帯状スボントＳＰ３となる。こ
の際、シリンドリカルレンズ２ａの作用で、ビームＬＢ
はＸ−Ｚ面内では瞳ｅｐに収れんし、ｙ−ｚ面ではほぼ
平行となるような光束となる。瞳ｅｐを通ったビームＬ
Ｂは投影レンズ１２の像側のレンズ系１２ａによってウ
ェハ上にスリット状スポット光ＳＰ、として結像するが
、レンズ系１２ａの入射するビームＬＢは、Ｘ方向とＸ
方向とで開口数が異なることと、レンズ系１２ａの前側
焦点が瞳ｅｐに一致していることから、スリット状スポ
ット光ＳＰ、はＸ方向に伸び、Ｘ−Ｚ面内でのビーム開
口数は極めて小さくほぼ平行となり、１２面内でのビー
ム開口数は、それにくらべると大きくなる。

尚、第４図で瞳ｅｐの中心を通る線２．は、ビームＬＢ
の主光線であり、ウェハ上のスリット状スポット光ＳＰ
、を振動ミラー５によって長手方向と交差するＸ方向に
走査するものとすると、瞳ｅｐにおけるビームＬＢは、
主光線２１とｙ軸とによって規定される面内で揺動する
ことになる。

さて、第１図において、ウェハ１３は２次元移動するス
テージ１４上に保持され、ステージ１４）よモータ１５
によってアライメント時、露光時に所定の移動を行なう
。ステージ１４の座標位置はレーザ干渉計１６等によっ
て高精度に検出される。

これらレーザ干渉計１６からの位置情報は制御系１７に
取り込まれ、制御系１７はモータ１５へ制御信号を出力
する。また振動ミラー５の駆動系２４はレチクル１１上
、又はウェハ１３上のスリット状スポット光の走査位置
に対応したパルス信号を制御系１７へ出力する。このパ
ルス信号の位置分解能はレーザ干渉計１６の位置分解能
と一義的な比列関係となっている。

ところで、ウェハ１３上のスポット光がマーク１３“を
走査すると、正反射光以外にマーク１３°のエツジから
散乱光、回折光が発生する。これら光情報はビームＬＢ
の送光路に沿って逆進し、振動ミラー５で反射され、ビ
ームスプリッタ３で分割されて受光系へ達する。受光系
には瞳リレー用のレンズ１８と、このレンズ１８の後側
焦点面、すなわち投影レンズ１２の瞳ｅｐと共役な面ｅ
ｐ°又はその近傍にはトーリンクレンズとしてのシリン
ドリカルレンズ１９が配置され、このシリンドリカルレ
ンズ１９で一方向に関して集光された光情報は、シリン
ドリカルレンズ１９の焦点位置、もしくはその近傍に配
置された光電素子２０によって受光される。光電素子２
０は受光した光情報の光量に応じた光電信号を増幅器２
１に出力する。増幅器２１はその光電信号を所定のレベ
ルに調整し、制御系１７へ送る。制御系１７はその光電
信号、駆動系２４からのパルス信号、及びレーザ干渉計
１６からの位置情報とに基づいて、マーク１３°の座標
位置、あるいはレチクル１１のマーク領域ＲＭに対する
マーク１３°の相対的な位置ずれ量を求める。これによ
ってウェハ１３単独のアライメント、又はレチクル１１
とウェハ１３の相対的アライメントの制御が行われる。

第５図は、第１図中のシリンドリカルレンズ１９の作用
を説明する斜視図であり、アライメント系の光軸ＡＸに
沿って進む光束Ｆｆは、ウェハ１３からの正反射光であ
るものとする。ここでシリンドリカルレンズ１９は光電
素子２０側の面がフラットで、光情報の入射側の面には
所定の曲率で円柱面が形成されている。そして光束の入
射面側が瞳共役位置、もしくはその近傍に配置される。

このシリンドリカルレンズ１９の屈折力は、同図中ｘ−
ｚ面内で働き、光軸ＡＸ上を通った正反射光Ｆｆｆｉは
、そのまま直進し、光電素子２０の受光面上に光束ＦＦ
として達する。そして正反射光Ｆｌが光軸ＡＸからＸ方
向に矢印Ｃ９のように変位してＦ２　となった場合でも
、シリンドリカルレンズ■９の屈折力の作用で光軸ＡＸ
上の焦点位置に光束ＦＦとして達する。ここで正反射光
Ｔ”ｊ２、ＦＪ２’　の瞳共役面ｅｇｏ“での形状は、
送光するビームＬＢの瞳ｅｐ内での形状と全く相似であ
り、第４図に示した状態を前提とすると、第５図中でＸ
方向に伸びたスリット状になる。また正反射光Ｆ／！、
Ｆ／！’の瞳共役面ｅｐｏ°での状態は、第４図中の瞳
ｅｐにおけるビームＬＢの状態とほぼ同しであり、正反
射光Ｆ２、Ｆ！°の断面の長手方向（Ｘ方向）について
は光束の開口数が極めて小さく、はぼ平行光束に近くな
っており、短手方向（Ｘ方向）については瞳共役面ｅｐ
、’で集光するような開口数を持っている。投影レンズ
１２の視野内のある位置でテレセン誤差が発生している
と、アライメント光学系内の瞳共役面ｅＰ。

上では正反射光Ｆｌがほぼ平行に横ずれを起こすと考え
てよい。第５図のように、Ｆ２からＦ２のようにＸ方向
に横ずれを起こすのは、第４図を参照すると、本来、送
光ビームＬＢと全く同し光路を通って戻って（るべき正
反射光の主光線が、第４図の主光線２１と異なる位置に
ずれて、瞳ｅｐの中心からＸ方向にずれたこと、すなわ
ち投影レンズ１２において視野中心から放射方向（サジ
タル方向）に関するテレセン誤差が生じていることを意
味する。このように、テレセン誤差によって正反射光Ｆ
２がＦｉ！、’のように横ずれを起こしても、シリンド
リカルレンズ１９の一次元の集光作用により、正反射光
は常に光束ＦＦとなって光軸ＡＸ上に漣することになる
。光電素子２０はこの光束ＦＦを受光し、正反射光の光
量に応じた信号を増幅器２１を介して制御系１７へ出力
する。

さて第６図は、マーク１３″を直格子としたときの光情
報のうち、回折光±Ｄをアライメント信号とするもので
、シリンドリカルレンズ１９の全体形状や配置は第５図
の場合と同じであるが、シリンドリカルレンズＩ９のフ
ラットな面に正反射光Ｆ２を遮断する遮光部１９ａが形
成されている。

この遮光部１９ａのＸ方向の幅は、アライメント光学系
の可動部９が移動して検出位置を変えたときに起こり得
るテレセン誤差による正反射光Ｆ２の戻り位置変化を十
分カバーできる程度に定められ、なおかつ回折光±Ｄを
けらないように定められている。この第６図の場合も、
回折光±Ｄは光軸ＡＸ上のある位置で１ケ所に集められ
、光束ＦＦとして光電素子２０に受光される。尚、この
ような回折光子りは正反射光Ｆｊ２とほぼ同じ形状及び
回折角によって決まる分布で発生するが、これはマーク
１３′として直格子を用いるからであり、詳しくは例え
ば特開昭６１−１２８１０６号公報に開示されている。

また第５図、第６図ではシリンドリカルレンズ１９のフ
ラット面を光電素子２０側としたが、正反射光Ｆｊｌ！
、回折光±Ｄの入射面側としてもよく、この場合でもフ
ラット面は瞳共役面ｅＰｏ°と一致させることが望まし
い。さらに第６図の場合は、遮光部１９ａが空間フィル
タリングとしての機能をもつため、空間フィルターとシ
リンドリカルレンズを一体に形成したとも言える。

第７図は、シリンドリカルレンズ１９におけるｘ−ｚ面
内での実際の光束のふるまいを模式的に示した平面図で
ある。第７図においては正反射光ＦｉＶ、、回折光±Ｄ
とも瞳共役面ｅｇｏでは直格子による回折角に基づいて
明瞭に分離する。直格子の回折角とは、第８図に示すよ
うに、マーク１３“をＸ方向に伸びた回折格子にしたと
き、回折光（例えば１次光）±Ｄの正反射光Ｆｌ（光軸
ＡＸと平行）に対する角度θである。従って瞳共役面ｅ
ｐｏ°から離れるに従って、正反射光と回折光とは入り
混じることになり、像面、又はその共役面上では一点に
結像することになる。シリンドリカルレンズ１９は瞳共
役面ｅｐ、＋の位置、もしくはその近傍に配置されるた
め、正反射光Ｆ２、回折光±Ｄの夫々を焦点位置Ｓの光
軸ＡＸ上に屈曲させて寄せ集めるフィールドレンズとし
ての機能を有する。従って、正反射光ＦＮ、回折光±Ｄ
のシリンドリカルレンズ１９に対する入射位置がＸ方向
に変位しても、焦点位置Ｓではその光束ＦＦの位置は横
ずれを起こさない、ただし、瞳共役面ｅｐｏ°では正反
射光ＦＮ、回折光±Ｄとも最小の光束径（ビームウェス
ト）で収れんするものの、焦点位置Ｓでは、全ての光束
が寄せ集められて、存る大きさに広がっている。このた
め光電素子２０の受光面は、受光効率を考えると、この
光束ＦＦを十分に受光できる程度の大きさにする必要が
ある。

第９図は、シリンドリカルレンズ１９を瞳共役面ｅｐｏ
’から少し光電素子２０側へ近づけた場合を示し、配置
によっては焦点位置Ｓにできる光束ＦＦの断面積を第７
図の場合より小さくすることもできる。

また、先に説明した第７図のような場合、正反射光Ｆ２
、回折光±Ｄの両方を別々に光電検出してアライメント
に使うようなときは、各光ＦＮ、±Ｄが分離している間
、例えば第７図中でシリンドリカルレンズ１９から距離
ｍ（ただしｍく焦点距離）までの位置に、各光束を個別
に受光する光電センサーを配置すればよい、この場合は
、受光面が焦点位置Ｓからずれているため、正反射光Ｆ
ｌ、回折光±Ｄの横ずれの影響を完全に除くことはでき
ないので、テレセン誤差による横ずれがもともと少ない
ときに有効である。

さらに第９図のような配置を採る場合は、瞳共役面ｅｐ
ｏ°にガラス板を挿入し、正反射光Ｆｆｆｉに対する遮
光部を形成するようにしてもよい。この場合、遮光部の
位置に対して正反射光ＦＡが横ずれを起すと、回折光±
Ｄもいっしょに横ずれを起し、回折光±Ｄが遮光部でけ
られることもある。

そこで遮光部付きのガラス板を、例えば第９図中のＸ方
向に微小変位させる構造としてもよい。この場合、アラ
イメント光学系の可動部９の移動によって、投影レンズ
１２の視野内での局所観察領域を変えたことに起因する
テレセン誤差に対応させて、自動的にガラス板を変位さ
せる機構を設けることは言うまでもない。

第１０図は、第２の実施例によるシリンドリカルレンズ
１９の構成を示し、正反射光Ｆｌ、回折光±Ｄの夫々に
対して独立したシリンドリカルレンズ１９ｂ、１９ｃ、
１９ｄの円柱面側の先端を瞳共役面ｅｌ）ｏ″、もしく
はその近傍に配置し、光電素子２０も、各シリンドリカ
ルレンズ１９ｂ１１９ｃ、１９ｄに対応して独立に３つ
の素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃに分離しておく。このよ
うにすると、３つの光電素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの
各受光面はシリンドリカルレンズ１９ｂ、１９Ｃ１１９
ｄの各焦点位置に配置でき、正反射光Ｆ！、回折光±Ｄ
の各横ずれに対し、受光位置が変化せず、しかも各光束
を独立に光電検出できる。

第１１図は第３の実施例によるトーリックレンズの構成
を示す斜視図である。

先にも説明したように、テレセン誤差による正反射光Ｆ
Ｉｌ、回折光±Ｄ等は２次元的に横ずれを起すことがあ
る。第１１図では正反射光Ｆ２のみについて示すが、回
折光±Ｄについても同様である。第１１図において、光
軸ＡＸＪ：に位置していた正反射光Ｆｊ２が矢印Ｃ１の
ようにＸ方向、及び矢印Ｃ２のようにＸ方向に２次元的
にずれた光束Ｆｊｌ！’になった場合、２つの互いに直
交する母線をもって配置されたシリンドリカルレンズ１
９ｘ、１９ｙによって、正反射光Ｆｌ’　は光軸ＡＸ上
の一点に円形のスポットとなって集光する。ここで正反
射光Ｆｆ（回折光±Ｄ）は長手方向（Ｘ方向）に関して
は開口数が極めて小さい（はぼ平行光束）ものとすると
、Ｘ方向に屈折力を有するシリンドリカルレンズ１９ｘ
は、先述の例えば第７図のシリンドリカルレンズ１９と
同一に瞳共役面ｅｐｏ　　に配置され、そのレンズ１９
ｘの焦点位置に光電素子２０を配置する。そしてＸ方向
に屈折力を有するシリンドリカルレンズ１９ｙは、レン
ズ１９ｘと光電素子２０の間に配置され、レンズ１９ｘ
の焦点位置に光電素子２０が位置するように配置される
。

この場合、瞳共役面ｅＰｏ“を通るウェハ１３からの光
情報の開口数がＸ方向とＸ方向とで非等方的になってい
るため、２次元的なテレセン誤差にかかわらず、常に光
電素子２０上の１点に光情報を集光させるためには、Ｘ
方向とＸ方向とで有限の異なる屈折力を有するトーりン
クレンズ（レンズ１９ｘと１９・ｙの対）にする必要が
ある。

次元の横ずれ補正のみの場合は、どちらか一方について
のパワー（屈折力）を零にしたトーリックレンズとなる
。以上のように、ウェハからの光情報を一点に円形スポ
ット状に集光できると、それだけ光量が上がるとともに
、光電素子２０の受光面を小さくでき、高速応答のデバ
イスを使用できるという利点がある。

以上、本発明の各実施例について説明したが、投影レン
ズ１２のテレセン誤差は送光ビームＬＢに対しても同様
の影響を与えることもある。この場合、レチクル１１に
対してビームＬＢの主光線が垂直（光軸Ａ　Ｘ　ｏと平
行）になっていたとじても、ウェハ１３に照射されると
きのビームＬＢの主光線が光軸ＡＸ、に対して傾いたも
のとする。

そこで、ウェハ１３上におけるビームＬＢの主光線を光
軸ＡＸゆと平行にするため、アライメント位置の変化に
対応してレチクル１１に達する前の送光ビームＬＢに所
定の傾きを与える手法が考えられる。具体的には送光ビ
ームＬＢの光路中に傾斜可能な平行平板ガラスを設け、
第１対物レンズ９ｂの瞳面ｅｐｏの中心（光軸ＡＸ）に
位置するビームＬＢをわずかに中心から横ずれさせれば
よい。

また上記各実施例では、マーク１３°からの光情報のう
ち正反射光Ｆｆｆｉ、回折光±Ｄを用いるものとしたが
、特開昭６１−１２８１０６号公報に開示されているよ
うに、直線的なバー状のマークからのエツジ散乱を検出
する場合にも、本発明は全く同様に利用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、アライメント光学系（検
知光学系）の少なくとも一部の可動部を移動させて、ア
ライメントのための検知位置を変えたときに生じる光情
報の位置ずれがあっても、受光系（光電検出器）に対し
ては何ら位置ずれが生じないように補正することができ
る。このためアライメント位置の変更に伴って、受光系
の一部を機械的に移動させる必要もなく、さらに様々の
アライメント位置に応じたテレセン誤差の見積りを予め
求めてマツプ化しておく等の作業も必要なく、掻めて簡
便である。従って、アライメント系を用いた各種シーケ
ンスの簡素化、システム全体の簡素化が計られることに
なる。さらに、アライメント光学系に入射してくる光情
報に不要なけられ等を与えることがなくなるので、アラ
イメント信号処理における精度向上も期待できる。

尚、本発明は、レチクルとウェハとを同時に観察する方
式に限らず、例えばレチクルの下方から投影光学系を介
してウェハのみを観察する方式においても同様に利用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるアライメント装置を投影
型露光装置に適用したときの構成を示す図、第２図は本
発明のアライメント装置におけるテレセン誤差の様子を
説明する原理図、第３図はアライメント用の送光ビーム
の整形の様子を示す斜視図、第４図は投影レンズと送光
ビームの各部の形状との関係を示す斜視図、第５図、第
６図はシリンドリカルレンズを用いた受光系の一部の構
成を示す斜視図、第７図はシリンドリカルレンズによる
作用を説明する平面図、第８図は回折格子による光情報
の発生を説明する断面図、第９図は、第７図に示したシ
リンドリカルレンズの配置の変形例を示す平面図、第１
０図は第２の実施例による受光系の構成を示す斜視図、
第１１図は第３の実施例による受光系の構成を示す斜視
図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ■・・・レーザ光源、　　　　５・・・振動ミラー９ｂ
・・・第１対物レンズ、１０・・・駆動部、１１・・・
レチクル、　　　　１２・・・投影レンズ、１３・・・
ウェハ、 １９・・・シリンドリカルレンズ（トーリックレンズ）
２０、・・・光電素子、 ｅｐ・・・瞳、 ｅｐ。 ・・・瞳共役面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マスクのパターンを基板上に結像投影するための少なく
   とも像側がテレセントリックな投影光学系と、該投影光
   学系の投影視野内の任意の局所領域を介して、前記基板
   上のパターンからの光情報を検知する検知光学系とを備
   えた装置において、前記投影光学系の瞳面とほぼ共役な
   位置に前記検知光学系により作られた瞳共役面、もしく
   はその近傍に配置され、該瞳共役面内を通る前記パター
   ンの光情報の位置変化の方向と交差する少なくとも一次
   元方向に関して所定の屈折力をもつトーリックレンズと
   ；該トーリックレンズの焦点位置、もしくはその近傍に
   受光面を位置させた光電検出器とを備え、該光電検出器
   からの光電信号に基づいて前記基板のパターンを検知す
   ることを特徴とするアライメント装置。