JPH05226222A

JPH05226222A - 露光装置の位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH05226222A
Application number: JP4059277A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松; Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイクロイックミラーを介してアライメント
用の照明光を入射する場合に、アライメント用の照明光
の光量の損失を少なくする。【構成】光源３からの光を偏光ビームスプリッター
９、位相補償板１１及びダイクロイックミラー２を介し
てレチクルＲのマークに照射し、レチクルＲのマークか
らの反射光をダイクロイックミラー２及び位相補償板１
１を介して偏光ビームスプリッター９に戻し、偏光ビー
ムスプリッター９での反射光を光電センサ１３，１４に
導く。位相補償板１１及びダイクロイックミラー２が全
体として１／４波長板として作用するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子製造
用の縮小投影型露光装置においてレチクルとウェハとの
位置合わせを行うアライメント装置に適用して好適な露
光装置の位置合わせ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、レチクル
に形成された原画パターンを所定の縮小倍率の投影光学
系を介してステップ・アンド・リピート方式でウェハ等
の基板上の所定位置に順次露光する縮小投影型露光装置
（ステッパー）が使用されている。このような露光装置
を用いて例えば半導体素子を製造する場合には、ウェハ
表面に多数層の回路パターンを形成するので、数回〜数
十回のマスクワークが必要になる。このマスクワークの
主な作業は、新たに重ね合わせて露光すべきレチクルの
パターン像と、既にウェハ上に形成された回路パターン
領域とを精密に位置合わせするアライメント作業であ
る。

【０００３】現在、実用化されている投影露光装置の多
くには、レチクルとウェハとを光学的に自動的に位置合
わせする自動アライメント装置が組み込まれており、こ
れにより半導体素子製造のスループットが向上してい
る。ところで、この自動アライメント装置には種々の方
式があるが、その内で最も精度が高いと期待されている
方式の一つに、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式と
呼ばれているものがある。これは、レチクルの回路パタ
ーン領域周辺のアライメントマークと、ウェハ上の各シ
ョット領域周辺に形成されたアライメントマークとを、
レチクルの上方に配置したアライメント光学系によって
同時に検出し、両マークのずれを直接計測し、レチクル
又はウェハをそのずれ量が所定量になるように微動させ
る方式である。

【０００４】図６はそのようなＴＴＲ方式のアライメン
ト装置が組み込まれた従来の投影型露光装置の要部を簡
略化して示し、この図６において、１は主コンデンサレ
ンズ、２は波長選択性を有するダイクロイックミラー、
Ｒはレチクルであり、ダイクロイックミラー２はレチク
ルＲ上に４５°の傾斜角で固定されている。また、レチ
クルＲのパターン領域の周辺部にはアライメントマーク
ＲＭ及び窓部が形成されている。図示省略した露光用光
学系より供給された露光光ＩＬが主コンデンサレンズ１
により主光線がほぼ平行な光束に変換され、この変換後
の露光光ＩＬがダイクロイックミラー２により反射され
てレチクルＲのパターン領域を均一な照度で照明する。
レチクルＲを透過した露光光は両側又は片側テレセント
リックな投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に集束さ
れ、これによりレチクルＲの回路パターンがウェハＷ上
の所定のショット領域に転写される。ウェハＷ上の各シ
ョット領域の近傍にもそれぞれアライメントマークＷＭ
が形成されている。

【０００５】露光光ＩＬとしては、ウェハＷ上のレジス
トに対する感光性のある波長帯の光である水銀ランプの
ｇ線、ｉ線又はＫｒＦエキシマレーザ光等が使用され
る。また、アライメント用の照明光としては、ウェハＷ
上のレジストに対する感光性の弱い、通常は露光光より
も長波長帯の光が使用される。アライメント用の照明光
としては、例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光
等が使用される。そして、ダイクロイックミラー２は、
露光光に対しては例えば９０％以上の反射率を有し、ア
ライメント用の照明光に対しては例えば５０％以上の透
過率を有するものである。

【０００６】ダイクロイックミラー２の上方に配置され
たアライメント光学系において、光源３から射出された
アライメント用の照明光ＡＬは送光系の第２対物レンズ
４によりほぼ平行な光束に変換されてビームスプリッタ
ー５に入射する。このビームスプリッター５の接合面で
反射された照明光ＡＬは、第１対物レンズ６により集束
されてダイクロイックミラー２を透過してレチクルＲ上
のアライメントマークＲＭ及び窓部を照明する。光源３
の射出面とレチクルＲのパターン面とはほぼ共役であ
る。このアライメントマークＲＭから反射された照明光
ＡＬはダイクロイックミラー２を透過した後、第１対物
レンズ６によりほぼ平行光束に変換されてビームスプリ
ッター５に入射し、このビームスプリッター５の接合面
を透過した照明光が受光系の第２対物レンズ７により光
電センサ８の受光面に集束され、この受光面にレチクル
ＲのアライメントマークＲＭの像が結像される。光電セ
ンサ８としては、２次元の電荷結合型撮像素子（ＣＣ
Ｄ）等が使用される。

【０００７】一方、レチクルＲの窓部を透過した照明光
ＡＬは投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上のアライメン
トマークＷＭ上に集束される。このアライメントマーク
ＷＭから反射された照明光ＡＬは投影光学系ＰＬ、レチ
クルＲの窓部、ダイクロイックミラー２及び第１対物レ
ンズ６を経てビームスプリッター５に入射し、ビームス
プリッター５の接合面を透過した照明光ＡＬは受光系の
第２対物レンズ７により光電センサ８の受光面に集束さ
れる。この受光面にはウェハＷ上のアライメントマーク
ＷＭの像がレチクルＲのアライメントマークＲＭの像と
平行に結像される。光電センサ８からの撮像信号を処理
して両マークの像の位置ずれに対応する信号を求め、こ
の信号に基づいてレチクルＲが載置されているレチクル
ステージ又はウェハＷが載置されているウェハステージ
を微動することにより、アライメントが自動的に行われ
る。

【０００８】なお、投影光学系ＰＬは露光光ＩＬに関し
て収差が補正されており、アライメント光学系の照明光
ＡＬに関しては色収差が存在する場合があるが、このよ
うな場合には、例えば光電センサ８を光軸方向に離して
２個設け、各光電センサで個別にアライメントマークＲ
Ｍの像及びアライメントマークＷＭの像を検出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、アライメント光学系の送光系と受光系
との分離にビームスプリッタを用いているためビームス
プリッタを通過する際に、光量が半分ずつ失われること
になる。この例で示した場合には往復で光量の３／４が
失われる。これに関して、例えば特開昭６３−２２９３
０５号公報に開示されているように、送光系と受光系と
の分離に偏光ビームスプリッターを用いることにより、
原理的には光量を損失を少なくすることができる。

【００１０】図７は、図６においてビームスプリッター
５の代わりに偏光ビームスプリッター９を用いたアライ
メント光学系を簡略化して示し、この図７において、偏
光ビームスプリッター９と第１対物レンズ６との間には
更に１／４波長板１０が配置されている。光源３からは
図７の紙面に垂直な方向に直線偏光した照明光、即ちプ
リズム型の偏光ビームスプリッター９に対してＳ偏光の
照明光が射出され、このＳ偏光の照明光は送光系の第２
対物レンズ４を介して偏光ビームスプリッター９に入射
する。偏光ビームスプリッター９の接合面はＳ偏光成分
をほぼ全て反射すると共に、Ｐ偏光成分をほぼ全て透過
するものであり、偏光ビームスプリッター９の接合面に
より反射されたＳ偏光の照明光は、次に１／４波長板１
０に入射する。そして、１／４波長板１０により円偏光
に変換された照明光は、第１対物レンズ６により図示省
略したダイクロイックミラーを経てレチクルＲ上に照射
され、レチクルＲの窓部を透過した照明光は更にウェハ
Ｗ上に照射される。

【００１１】レチクルＲ又はウェハＷにより散乱又は回
折された反射光は、円偏光の回転方向が逆転する。回転
方向が逆転した円偏光の反射光は第１対物レンズ６を経
て再び１／４波長板１０に入射し、この１／４波長板１
０により図７の紙面に平行な方向の直線偏光、即ち偏光
ビームスプリッター９に対するＰ偏光の反射光に変換さ
れる。このＰ偏光の反射光は、偏光ビームスプリッター
９の接合面をそのまま透過して、受光系の第２対物レン
ズ７により光電センサ８の受光面に集束される。このよ
うにすると、ダイクロイックミラーの影響を無視した場
合には、原理的に光量の損失を無くすことができる。

【００１２】しかしながら、実際には図６のダイクロイ
ックミラー２をアライメント用の照明光が透過する際
に、Ｐ偏光とＳ偏光とでは位相の変化量が異なるため
に、円偏光の状態が維持されなくなり、図７の偏光ビー
ムスプリッター９において光量の損失が生じる不都合が
ある。これに関して詳細に説明するに、ＴＴＲ方式のア
ライメント光学系においては、ウェハ、レチクル共に露
光装置上で位置合わせ動作を行うために転写するパター
ンの露光エリアに従ってアライメントマークを入れる位
置を投影光学系ＰＬの中心に対して可変にしなくてはな
らない。従って、アライメント光学系の視野位置を可変
としなくてはならない。

【００１３】更に、露光の性能を左右する光学系に対し
影響（例えば、ケラレなど）を与えないようにしなくて
はならない。そのためには図６の如くレチクルＲの照明
光学系側にダイクロイックミラー２を設け露光光ＩＬと
アライメント光ＡＬとを分離するような構成にする必要
がある。且つ、前記の手段によりアライメント光の光量
を増すためには、円偏光がダイクロイックミラー２を通
過しても円偏光の状態に変化がないようにしなくてはな
らない。ところが露光光は高い解像力を得るためにｇ
線、ｉ線などの紫外線を用いているため蒸着物質等に制
限がある。更に、露光時間を短くするために光量が大き
いので吸収等があると熱膨張によりダイクロイックミラ
ー２が割れてしまう。そこで、ダイクロイックミラー２
におけるコーティング膜及びガラス基板での吸収をほと
んど０となるまで押さえなくてはならない。このためコ
ーティング膜の設計が難しく、上記の条件を満たしつつ
アライメント光ＡＬに対するＰ偏光及びＳ偏光に対する
位相差を０とするような設計は困難であり、偏光ビーム
スプリッター９と１／４波長板１０とを組み合わせてア
ライメント光ＡＬの光量を増大させることは困難であっ
た。

【００１４】本発明は斯かる点に鑑み、ダイクロイック
ミラーを介してアライメント用の照明光を入射すること
によりアライメントを行う場合に、そのアライメント用
の照明光の光量の損失が少ない露光装置の位置合わせ装
置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による露光装置の
位置合わせ装置は、例えば図１に示す如く、露光用光源
からの露光光ＩＬをダイクロイックミラー（２）を介し
て第１物体Ｒに照明し、この第１物体Ｒのパターンを第
２物体Ｗ上に露光する際に、その第１物体Ｒと第２物体
Ｗとの相対的な位置合わせを行う露光装置の位置合わせ
装置において、そのダイクロイックミラー（２）をその
露光光ＩＬとは異なる方向から介してその第１物体Ｒ及
び第２物体Ｗの各アライメントマークを照明する送光系
（３，４，６）と、そのダイクロイックミラー（２）を
介して戻って来るその第１物体Ｒ及び第２物体Ｗの各ア
ライメントマークからの光を受光する受光系（６，７，
１２，１３，１４）と、その送光系からそのダイクロイ
ックミラー（２）に向かうアライメント光ＡＬとそのダ
イクロイックミラー（２）からその受光系に向かうアラ
イメント光ＡＬとを分離する偏光ビームスプリッター
（９）と、この偏光ビームスプリッター（９）とその第
１物体Ｒとの光路間に配置されそのダイクロイックミラ
ー（２）と共に４分の１波長板として作用する光学素子
（１１）とを設けたものである。

【００１６】この場合、例えば図２に示すように、その
偏光ビームスプリッター（９）の光学軸とそのダイクロ
イックミラー（２）の光学軸との相対角度を４５°に設
定するようにしてもよい。

【００１７】

【作用】斯かる本発明によれば、ダイクロイックミラー
（２）の位相特性を積極的に利用して、その光学素子
（１１）とダイクロイックミラー（２）とで４分の１波
長板が構成される。従って、アライメント光の送光系か
ら偏光ビームスプリッター（９）に対して所定の直線偏
光の光を供給すると、偏光ビームスプリッター（９）か
ら射出されてそれら光学素子（１１）及びダイクロイッ
クミラー（２）を経たアライメント光の偏光状態は円偏
光になる。そして、第１物体Ｒ及び第２物体Ｗから反射
されてくるアライメント光は逆回りの円偏光となってお
り、この円偏光のアライメント光がダイクロイックミラ
ー（２）及び光学素子（１１）を経ると入射時とほぼ直
交する方向の直線偏光になる。従って、偏光ビームスプ
リッター（２）では送光系からのアライメント光と受光
系へのアライメント光とを効率良く分離でき、検出信号
のコントラストが大きくＳＮ比の良い信号が得られ、位
置検出の精度が向上する。

【００１８】また、その偏光ビームスプリッター（９）
の光学軸とそのダイクロイックミラー（２）の光学軸と
の相対角度を４５°に設定した場合には、送光系からの
アライメント光の偏光方向と受光系へのアライメント光
の偏光方向とを完全に垂直にすることができるので、偏
光ビームスプリッター（９）における光量の損失を最も
少なくすることができる。従って、全体としてアライメ
ント光の損失を最も少なくすることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による露光装置の位置合わせ装
置の一実施例につき図１及び図２を参照して説明する。
本例は、図６の投影露光装置においてビームスプリッタ
ー５を図７の偏光ビームスプリッター９で置き換えた装
置に本発明を適用したものであり、図１及び図２におい
て図６及び図７に対応する部分には同一符号を付してそ
の詳細説明を省略する。

【００２０】図１は本例の露光装置の要部を簡略化して
示し、この図１において、レチクルＲの上方に４５°の
傾斜角でダイクロイックミラー２を固定し、側面部に配
置された主コンデンサレンズ１により主光線がほぼ平行
光束に変換された露光光ＩＬがダイクロイックミラー２
に反射されてレチクルＲを均一な照度で照明する。レチ
クルＲのパターンが投影光学系ＰＬによりウェハＷ上に
転写される。ダイクロイックミラー２の上方には順に、
第１対物レンズ６、位相補償板１１及びプリズム型の偏
光ビームスプリッター９を配置し、偏光ビームスプリッ
ター９の接合面（反射面）を透過した方向に順に、送光
系の第２対物レンズ４及びアライメント光ＡＬの光源３
を配置する。また、偏光ビームスプリッター９の接合面
で反射された方向に順に、受光系の第２対物レンズ７、
光束分離プリズム１２及び２次元ＣＣＤ等よりなるレチ
クルマーク用の光電センサ１４を配置し、光束分離プリ
ズム１２の接合面で反射した方向に２次元ＣＣＤ等より
なるウェハマーク用の光電センサ１３を配置する。

【００２１】位相補償板１１は、水晶板等より形成し、
ダイクロイックミラー２と共にアライメント光ＡＬに対
して１／４波長板として作用するように位相特性を定め
る。この場合、ダイクロイックミラー２に入射するＰ偏
光成分の偏光方向をＤＹ、ダイクロイックミラー２に入
射するＳ偏光成分の偏光方向をＤＸとして、方向ＤＸ及
びＤＹをそれぞれＸ軸及びＹ軸にとる。例えばダイクロ
イックミラー２をアライメント光ＡＬが往復する際にＰ
偏光成分の位相がＳ偏光成分に対してδだけ進む場合に
は、位相補償板１１をアライメント用の照明光ＡＬが往
復する際にＰ偏光成分の位相がＳ偏光成分の位相に対し
て（（ｎ＋１／２）π−δ）だけ進むようにすればよい
（ただし、ｎは整数である）。

【００２２】図２は図１の矢視Ａ方向からの平面図であ
り、この図２に示すように、本例ではダイクロイックミ
ラー２の光学軸と偏光ビームスプリッター９の光学軸と
の相対角度を４５°に設定する。また、光源３は偏光ビ
ームスプリッター９に対して偏光方向がＤ１のＰ偏光と
なるアライメント光ＡＬを供給するが、その方向Ｄ１は
Ｙ軸（又はＸ軸）に対して４５°で交差している。

【００２３】図１に戻り、本例の動作を説明するに、光
源３からのアライメント光ＡＬは、送光系の第２対物レ
ンズ４を介して送光光と受光光との分離用の偏光ビーム
スプリッター９に入射する。光源３からのアライメント
光ＡＬの偏光方向Ｄ１は、偏光ビームスプリッター９に
対してＰ偏光の方向であり、アライメント光ＡＬはその
まま偏光ビームスプリッター９の接合面を透過する。偏
光ビームスプリッター９から射出されたアライメント光
は、位相補償板１１、第１対物レンズ６及びダイクロイ
ックミラー２を経てレチクルＲ上のアライメントマーク
ＲＭ及び窓部を照明する。レチクルＲの窓部を通過した
アライメント光は、投影光学系ＰＬによりウェハＷ上の
アライメントマークＷＭに照明される。それぞれのアラ
イメントマークでは光の回折や散乱現象により、レチク
ル及びウェハの位置情報を持った光が発生する。これら
の光を、再びダイクロイックミラー２を介して第１対物
レンズ６で集光する。

【００２４】次に、図１のように水平面内の直交するＸ
Ｙ座標を考える。アライメント光学系の光軸は鉛直方向
なのでアライメント光ＡＬの偏光方向は水平面（ＸＹ平
面）内である。アライメント光ＡＬがダイクロイックミ
ラー２を透過する際、Ｘ軸方向の偏光とＹ軸方向の直線
偏光との間に位相差を生じる。位相補償板１１は、光学
軸の方向Ｄ３がＸ軸方向に一致するように配置され、ア
ライメント光が位相補償板１１及びダイクロイックミラ
ー２を通過した際に、Ｘ軸方向の直線偏光とＹ軸方向の
直線偏光の位相差がπ／２になるように位相補償板１１
の補償量が定められている。いま、偏光方向がＸ軸と４
５゜の角度をなす方向の直線偏光のアライメント光ＡＬ
が位相補償板１１、第１対物レンズ６及びダイクロイッ
クミラー２を通過すると、偏光状態は円偏光となる。

【００２５】この円偏光のアライメント光ＡＬがレチク
ルＲ及びウェハＷ上のアライメントマークに照射された
後に、反射、回折又は散乱等により再びダイクロイック
ミラー２を経て第１対物レンズ６により集光される。ア
ライメントマークにより反射、回折又は散乱等されたア
ライメント光は逆回りの円偏光なので、ダイクロイック
ミラー２、第１対物レンズ６及び位相補償板１１を透過
して戻されたアライメント光ＡＬの偏光状態は、入射し
たときの偏光方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２の直線偏光と
なる。偏光ビームスプリッター９は、Ｘ軸と４５゜の角
度をなすように配置されているので、戻されたアライメ
ント光ＡＬはその偏光ビームスプリッター９の接合面で
全て反射されて水平方向に受光系の第２対物レンズ７に
入射する。

【００２６】第２対物レンズ７を通過したアライメント
光ＡＬは、光束分離プリズム１２により２分され、レチ
クルＲのアライメントマークＲＭからの反射光は光電セ
ンサ１４に入射し、ウェハＷのアライメントマークＷＭ
からの反射光は光電センサ１３に入射する。光電センサ
１４及び光電センサ１３から出力されるレチクル位置ず
れ信号及びウェハ位置ずれ信号に基づいて、不図示のレ
チクルステージまたはウェハステージを駆動することに
より位置合わせを行うことができる。

【００２７】なお、この実施例ではアライメント光学系
の光軸を１本のみとして表したがＸ方向の位置合わせ用
とＹ方向の位置合わせ用等と複数の光軸を用いるように
してもよい。その場合にもダイクロイックミラー２が一
様に製造されている限り、位相補償板１１はダイクロイ
ックミラーに対する補償を行えばよいので一種類でよ
い。しかし、アライメント光学系を折曲げたりするため
に全反射プリズムやミラー等を用いる場合には、それら
が直交する２偏光に対して位相差を生じるためにその影
響をも考慮して補償する必要がある。

【００２８】また位相補償板１１としては、位相差を変
化させることのできるバビネーソレイユ補償器を用いて
もよい。この場合にはアライメントマークの位置を露光
領域内で変えた場合に受光系に戻る光量が最大となるよ
うに位相補償量を変えてダイクロイックミラー２等の膜
の不均一による位相差のゆらぎを補償することもでき
る。

【００２９】次に、本発明の他の実施例につき図３〜図
５を参照して説明する。本例は図１の位相補償板１１の
代わりに全反射プリズムを使用するものであり、これら
図３及び図４において、図１に対応する部分には同一符
号を付してその詳細説明を省略する。

【００３０】図３は本例の投影露光装置の要部を簡略化
して示し、この図３において、図１と同様にレチクルＲ
の面をＸＹ面として、光源３、照明系の第２対物レンズ
４、偏光ビームスプリッター９及び第１対物レンズ６よ
りなる光学系の光軸を水平面（ＸＹ面）内でＸ軸に平行
にする。１５は全反射プリズムを示し、この全反射プリ
ズム１５をダイクロイックミラー２の上方に配置し、第
１対物レンズ６から射出されるアライメント光ＡＬを全
反射プリズム１５で全反射させて鉛直下方に曲げる。

【００３１】図４は図３の矢視Ｂ方向から見た側面図を
示し、この図４に示すように、偏光ビームスプリッター
９の光学軸がレチクルＲに対して垂直な軸（Ｚ軸）に対
して４５°傾斜するように偏光ビームスプリッター９を
取り付ける。そして、光源３から射出されるアライメン
ト光の偏光方向を、偏光ビームスプリッター９に対して
Ｐ偏光となる方向、即ちＺ軸に対して時計方向に４５°
傾斜した方向に設定する。この場合、Ｐ偏光のアライメ
ント光はそのまま偏光ビームスプリッター９を透過して
第１対物レンズ６を経て全反射プリズム１５に入射す
る。

【００３２】図３に戻り、全反射プリズム１５により全
反射されたアライメント光をダイクロイックミラー２を
介してレチクルＲのアライメントマーク及び窓部に照射
する。レチクルＲのアライメントマーク及びウェハＷの
アライメントマークから反射されてきたアライメント光
は、ダイクロイックミラー２を透過した後に、全反射プ
リズム１５で再び全反射されて第１対物レンズ６に戻さ
れる。この場合、全反射プリズム１５による全反射の際
にＰ偏光成分とＳ偏光成分とで位相の変化量が異なると
共に、この位相変化量の差は全反射面に薄膜を蒸着等す
ることにより調整できる量であるため、全反射プリズム
１５及びダイクロイックミラー２がアライメント光に対
し１／４波長板となるように、その全反射プリズム１５
における位相の変化量を調整する。第１対物レンズ６に
戻されたアライメント光は、偏光ビームスプリッター９
に対してＳ偏光となっているため偏光ビームスプリッタ
ー９の接合面で全て反射されて受光系の第２対物レンズ
７に向かう。以下の動作は図１の場合と同様である。

【００３３】本例のレチクルＲ及び全反射プリズム１５
の構成につき詳細に説明する。図５（ａ）はレチクルＲ
を示し、この図５（ａ）に示すように、レチクルＲのパ
ターン領域ＰＡの周囲のＹ方向の一端には一対のアライ
メントマークＰＭＹ１及び窓部ＷＭＹ１が形成され、他
端にも一対のアライメントマークＰＭＹ２及び窓部ＷＭ
Ｙ２が形成されている。また、レチクルＲのパターン領
域ＰＡの周囲のＸ方向の一端には一対のアライメントマ
ークＰＭＸ１及び窓部ＷＭＸ１が形成され、他端にも一
対のアライメントマークＰＭＸ２及び窓部ＷＭＸ２が形
成されている。同様にウェハＷの各ショット領域の周囲
にはそれぞれ４個のアライメントマークが形成されてい
る。

【００３４】また、図５（ｂ）は全反射プリズム１５の
側面図であり、この図５（ｂ）に示すように、全反射プ
リズム１５の斜面に所定の材質で所定の厚さの誘電体多
層膜１６を形成する。これにより、その全反射プリズム
１５で全反射されるアライメント光のＰ偏光とＳ偏光と
の間に所望の位相差を発生させることができる。本例で
は、全反射プリズム１５が光路折り曲げ用のミラーと位
相補償板とを兼用しているので、構成が簡略化されてい
る。

【００３５】なお、上述実施例では露光光がダイクロイ
ックミラー２に反射されてレチクルＲを照明し、アライ
メント用の照明光がダイクロイックミラー２を透過して
レチクルＲを照明しているが、逆に露光光がダイクロイ
ックミラーを透過してレチクルＲを照明し、アライメン
ト用の照明光がダイクロイックミラーで反射されてレチ
クルＲを照明する場合にも、本発明は適用することがで
きる。

【００３６】また、上述の実施例ではレチクルＲ側のア
ライメントマークＲＭの像及びウェハＷ側のアライメン
トマークＷＭの画像を取り込み、画像処理により両者の
位置ずれを検出するようにしているが、２つのレーザビ
ームをアライメントマークに照射する二光束干渉方式の
アライメント光学系にも本発明は適用できる。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。

【００３７】次に、参考のため図１の位相補償板１１の
作用について数式を用いて解析する。ここではジョーン
ズ・ベクトル（Jones Vector）を用いて偏光の状態をよ
り正確に表示していくことにする。ジョーンズ・ベクト
ルは光の進行方向に対して垂直な平面内での偏光の方向
を示すベクトルであり、図１の例ではその平面は水平面
（ＸＹ面）に一致するので光をＸ軸に平行な成分とＹ軸
に平行な成分とに分けて考える。先ず、偏光ビームスプ
リッター９への入射光の偏光面はＸ軸に対して４５゜傾
いているので、入射光のＸ軸成分及びＹ軸成分はともに
同じ値をとる。ベクトルの上段にＸ軸成分、下段にＹ軸
成分をとり、偏光ビームスプリッター９への入射光のベ
クトル表示を次の（数１）のよう表す。

【数１】

【００３８】次に、送光光と受光光との分離用の偏光ビ
ームスプリッター９を透過するが、入射光の偏光方向は
偏光ビームスプリッター９に対してＰ偏光であり、入射
光はそのまま透過するだけなので（数１）の状態は保存
される。この偏光ビームスプリッター９の作用を（数
２）で表す。

【数２】

【００３９】次に、位相補償板１１では、光学軸はＸ軸
方向を向いているので、Ｘ軸成分に対してＹ軸成分は、
位相補償量φだけ位相が遅れる。位相補償板１１を透過
した後のアライメント光のベクトル表示は（数３）の右
辺のようになる。

【数３】

【００４０】更に、ダイクロイックミラー２は、Ｙ軸方
向に対し斜めに取り付けられているためにＸ軸方向の偏
光がＳ偏光となり、Ｙ軸方向の偏光がＰ偏光となる。従
って、ダイクロイックミラー２を透過することにより、
Ｘ軸成分よりＹ軸成分の方がψだけ位相が遅れる。ダイ
クロイックミラー２を通過した後のアライメント光のベ
クトル表示は（数４）の右辺となる。

【数４】

【００４１】いま、φ＋ψ＝π／２となるようにφを選
ぶと、（数４）は（数５）のように変形できる。

【数５】

【００４２】つまり、Ｘ軸成分に対しＹ軸成分は位相が
π／２だけ遅れるために時間が進むことにより、偏光面
が反時計回りに回転することになる。この状態が円偏光
である。さらに、アライメント光はアライメントマーク
に照射され反射光、回折光又は散乱光等が生ずる。アラ
イメント光はほぼ垂直に入射してくるため、反射光等は
Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対し等方的に生ずる。反射によ
り偏光面は（数６）のようになる。

【数６】

【００４３】次に反射光は、ダイクロイックミラー２及
び位相補償板１１を通るので、そのベクトル表示は（数
７）の最後の式のようになる。

【数７】

【００４４】（数７）よりアライメントマークから受光
系へと戻されたアライメント光は、Ｘ軸成分に対しＹ軸
成分の位相がπだけずれていることが分かる。これは、
光源３から偏光ビームスプリッター９への入射光に対し
て、位相補償板１１から偏光ビームスプリッター９に戻
されるアライメント光は、偏光面が直交していることを
示している。このように入射光に対して偏光面が直交し
ている戻り光は、偏光ビームスプリッター９にはＳ偏光
として入射するので全て反射され受光系に導かれる。こ
れによって効率よく光が光電センサに導かれるので、よ
り高いＳＮ比でアライメント用の信号を得ることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子とダイクロイ
ックミラーとがアライメント光に対して１／４波長板と
して作用するので、偏光ビームスプリッターにおけるア
ライメント光の損失を少なくできる利点がある。また、
偏光ビームスプリッターの光学軸とダイクロイックミラ
ーの光学軸との相対角度を４５°に設定した場合には、
偏光ビームスプリッターにおけるアライメント光の損失
を最小にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の投影露光装置の要部を簡略
化して示す斜視図である。

【図２】図１の矢視Ａ方向への平面図である。

【図３】本発明の他の実施例の投影露光装置の要部を簡
略化して示す斜視図である。

【図４】図３の矢視Ｂ方向への側面図である。

【図５】（ａ）は図３のレチクルＲのパターン構成を示
す平面図、（ｂ）は図３の全反射プリズム１５の構成を
示す側面図である。

【図６】従来の投影露光装置の要部を簡略化して示す構
成図である。

【図７】偏光ビームスプリッターと１／４波長板とを組
み合わせた光学系の例を示す構成図である。

【符号の説明】

ＷウェハＰＬ投影レンズＲレチクル１主コンデンサレンズ２ダイクロイックミラー３光源４送光系の第２対物レンズ６アライメント光学系の第１対物レンズ７受光系の第２対物レンズ９偏光ビームスプリッター１１位相補償板１２分離プリズム１３，１４光電センサ１５全反射プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用光源からの露光光をダイクロイッ
クミラーを介して第１物体に照明し、該第１物体のパタ
ーンを第２物体上に露光する際に、前記第１物体と第２
物体との相対的な位置合わせを行う露光装置の位置合わ
せ装置において、前記ダイクロイックミラーを前記露光光とは異なる方向
から介して前記第１物体及び第２物体の各アライメント
マークを照明する送光系と、前記ダイクロイックミラーを介して戻って来る前記第１
物体及び第２物体の各アライメントマークからの光を受
光する受光系と、前記送光系から前記ダイクロイックミラーに向かうアラ
イメント光と前記ダイクロイックミラーから前記受光系
に向かうアライメント光とを分離する偏光ビームスプリ
ッターと、該偏光ビームスプリッターと前記第１物体との光路間に
配置され前記ダイクロイックミラーと共に４分の１波長
板として作用する光学素子とを設けた事を特徴とする露
光装置の位置合わせ装置。
【請求項２】前記偏光ビームスプリッターの光学軸と
前記ダイクロイックミラーの光学軸との相対角度を４５
°に設定した事を特徴とする請求項１記載の露光装置の
位置合わせ装置。