JPH07311009A

JPH07311009A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH07311009A
Application number: JP6106561A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】対物光学系からの反射光の影響を低減させ
て、より高精度に位置合わせ用のマーク（ウエハマー
ク）の位置検出を行う。【構成】レーザ光源１からのレーザビームＬＢが、シ
リンドリカルレンズ２、視野絞り３、第２対物レンズ
４、偏光ビームスプリッターよりなる送受光分離プリズ
ム５、第１対物レンズ７、１／４波長板６、ミラー１
６、及び投影光学系８を介してウエハマークＷＭに照射
される。ウエハマークＷＭからの回折光が、投影光学系
８、ミラー１６、１／４波長板６、第１対物レンズ７、
及び送受光分離プリズム５を介して光電検出器１３Ａ，
１３Ｂに入射する。第１対物レンズ７からの反射光１５
は送受光分離プリズム５を透過してレーザ光源１側に戻
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検物上の位置検出用
のマークの位置を自己照明により検出する位置検出装置
に関し、特に例えば半導体素子又は液晶表示素子等を製
造する際に使用され、レチクル上のパターンを投影光学
系を介して感光性の基板上に投影する投影露光装置のア
ライメント系に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッパー、又はステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置のような露光装置において
は、転写用のパターンが形成されたレチクル（又はフォ
トマスク等）と、フォトレジストが塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等）との位置合わせ（アライメン
ト）を高精度に行うためのアライメント装置が設けられ
ている。斯かるアライメントを高精度に行うためには、
先ずアライメント系によりウエハ上のアライメントマー
ク（ウエハマーク）の位置を正確に検出する必要があ
る。

【０００３】これに関して、露光及びその後のプロセス
等によりウエハの表面の荒れの程度が変化すると共に、
ウエハ上の層（レイア）によってウエハマークと周辺の
下地との段差が異なる場合があるため、単一のアライメ
ント系で全てのウエハマークの位置を正確に検出するの
は困難である。そこで、従来より用途に応じて次のよう
なアライメント系が使用されている。

【０００４】ＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメン
ト）方式のアライメント系：これはレーザビームをウエ
ハマークに照射し、回折・散乱された光を利用してその
ウエハマークの位置を計測する系であり、従来より種々
のプロセスウエハに幅広く使用されているものである。
ＬＳＡ方式のアライメント系は、例えば特開昭６３−２
２９３０５号公報、特開平５−２２６２２２号公報、及
び特開平５−２２６２２４号公報に開示されている

【０００５】ＦＩＡ（Field Image Alignment ）系：
これはハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い
光で照明したウエハマークの拡大像を撮像素子（ビジコ
ン管やＣＣＤ）で撮像し、得られた撮像信号を画像処理
して位置計測を行うセンサであり、アルミニウム層やウ
エハ表面の非対称なマークの計測に効果的である。ＦＩ
Ａ系は例えば特開平４−２７３２４６号公報に開示され
ている。

【０００６】ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignm
ent ）系：これは回折格子状のウエハマークに、周波数
を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した
２つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相からウエハ
マークの位置情報を検出するセンサである。このＬＩＡ
系は、低段差のウエハマークや表面荒れの大きいウエハ
に効果的であり、ＬＩＡ系の検出原理は、特開昭６２−
５６８１８号公報、特開平２−１１６１１６号公報等に
開示されている。

【０００７】図４（ａ）は従来のＬＳＡ方式のアライメ
ント系を示し、この図４（ａ）において、レーザ光源１
より図４（ａ）の紙面に平行な方向に偏光したレーザビ
ームＬＢが射出されている。このレーザビームＬＢは、
シリンドリカルレンズ２により図４（ａ）の紙面に垂直
な方向に集光されて視野絞り３に入射する。この視野絞
り３でスリット状に整形されたレーザビームＬＢは、第
２対物レンズ４を経て偏向ビームスプリッターよりなる
送受光分離プリズム５に入射する。レーザビームＬＢは
Ｐ偏光であるためそのまま送受光分離プリズム５を透過
した後、１／４波長板６、第１対物レンズ７、及び投影
光学系８を介して所定の円偏光の状態で被検面としての
ウエハ９の露光面９ａ上に照射される。視野絞り３は露
光面９ａと共役である。ここで、投影光学系８の光軸に
垂直にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な面内で図４（ａ）の紙
面に垂直な方向にＸ軸を、図４（ａ）の紙面に垂直な方
向にＹ軸を取る。

【０００８】露光面９ａの各ショット領域の近傍にはそ
れぞれアライメント用のウエハマークが付設され、図９
（ｂ）に示すように、その内の所定のウエハマークＷＭ
の近傍にレーザビームＬＢがＸ方向に伸びたスリット状
の光スポット１０として照射されている。ウエハマーク
ＷＭはＸ方向に所定ピッチで配列されたドットパターン
であり、不図示のウエハステージを介してウエハ９−を
Ｙ方向に移動させて、ウエハマークＷＭで光スポット１
０を走査すると、ウエハマークＷＭが光スポット１０と
合致したときに±Ｘ方向に回折光が発生する。また、こ
の回折光と共に０次光も発生する。

【０００９】図４（ａ）において、露光面９ａから発生
した入射時と逆の円偏光の０次光ＬＢ(0) 、及び±１次
回折光ＬＢ１(+1)，ＬＢ(-1)は、投影光学系８、第１対
物レンズ７、及び１／４波長板６を経て送受光分離プリ
ズム５に戻る。このように戻された光はＳ偏光であるた
め送受光分離プリズム５で反射された後、リレーレンズ
１１を経て一度交差してから受光スリット１２に向か
う。受光スリット１２には、±１次回折光用の開口１２
ａ及び１２ｂが穿設され、開口１２ａ及び１２ｂの直後
にそれぞれ光電検出器１３Ａ及び１３Ｂが配置されてい
る。このとき、第１対物レンズ７のフーリエ変換面（瞳
面）がリレーレンズ１１により光電検出器１３Ａ及び１
３Ｂの受光面にリレーされ、光電検出器１３Ａ及び１３
Ｂではそれぞれ回折光ＬＢ(-1)及びＬＢ(+1)が受光さ
れ、光電検出器１３Ａ及び１３Ｂの出力信号が加算部１
４で加算されて不図示のアライメント制御系に供給され
る。

【００１０】アライメント制御系では、加算部１４から
供給される和信号がピーク値になるときのウエハステー
ジ（不図示）のＹ座標より、ウエハマークＷＭのＹ座標
を求めることができる。同様に、Ｘ方向の位置を示すウ
エハマークの座標も計測され、露光時にはそのように計
測されたＸ座標、及びＹ座標に基づいて対応するウエハ
９上のショット領域の位置決めが行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
アライメント系においては、送受光分離プリズム５及び
１／４波長板６により、ウエハ９に向かう光とウエハ９
からの反射光との分離が行われていた。ところが、この
方式では入射するレーザビームＬＢの内の僅かの部分が
第１対物レンズ７のレンズ面（例えば表面７ａ）で反射
されたときに、以下のような不都合が生ずる。

【００１２】実際に、第１対物レンズ７の各面に反射防
止コーティングを施したとしても、製造公差等の要因に
より第１対物レンズ７に入射する光の内の０．１％程度
は必ず反射してしまう。例えば表面７ａで反射された光
束１５を考えると、この反射された光束１５は既に円偏
光となっているため、１／４波長板６を通過することに
より、送受光分離プリズム５に対してＳ偏光となってし
まう。従って、その光束１５は送受光分離プリズム５に
より反射されて受光光学系に入射し、光電検出器１３Ａ
及び１３Ｂの光電変換信号のＳＮ比が悪化する。

【００１３】更に、投影光学系８では、レチクル（不図
示）のパターンをウエハ９上に露光するための露光光で
の結像性能を向上させるために、多くの枚数のレンズを
使用する傾向にある。また、アライメント光としてのレ
ーザビームＬＢは、ウエハ９上のフォトレジストに対す
る感光性が弱い波長帯の光であり、露光光とは波長帯が
異なっている。そのため、レーザビームＬＢに対する投
影光学系８の透過率はかなり低くなっている。例えば、
レーザビームＬＢに対する投影光学系８の透過率が２０
％として、ウエハ９のウエハマークＷＭで発生する回折
光の光量は、例えばウエハマークＷＭに入射する光量の
１７％程度であるとすると、光電検出器１３Ａ，１３Ｂ
での受光光量は、送受光分離プリズム５から第１対物レ
ンズ７に向かう光量の０．６８（＝０．２×０．１７×
０．２×１００）％程度となってしまう。

【００１４】これに対して第１対物レンズ７では０．１
％程度の反射光が生じてしまうため、光電検出器１３
Ａ，１３Ｂの受光面では全受光量の内の１／７程度が第
１対物レンズ７での反射光、即ちノイズ光となる恐れが
あり、位置検出精度が悪化するという不都合があった。
更に、ウエハ９の露光面の状態によっては、回折光の強
度がより低くなってしまう場合があり、この場合には光
電検出器１３Ａ，１３ＢでのＳＮ比が益々悪化して位置
検出ができなくなる恐れもある。

【００１５】また、一般にレーザ光源には或る程度の出
力変動があるが、図４（ａ）においてＳＮ比が悪化して
くると、レーザ光源１の出力変動等の影響を非常に受け
易くなってしまい、ウエハマークの位置検出結果の再現
性が悪くなるという不都合もあった。本発明は斯かる点
に鑑み、対物光学系からの反射光の影響を低減させて、
より高精度に位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）の
位置検出を行うことができる位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１に示すように、照明光を射出する光源
（１）と、この光源から射出された照明光を被検物
（９）上の位置検出用のマーク（ＷＭ）上に集光する対
物光学系（７）と、光源（１）と対物光学系（７）との
間に配置され、被検物（９）への照明光の光路とその被
検物からの照明光の光路とを分離する光分割器（５）
と、被検物（９）で反射された後、対物光学系（７）及
び光分割器（５）を介して分離される照明光を受光する
光電検出手段（１３Ａ，１３Ｂ）とを有し、これら光電
検出手段からの検出信号に基づいて被検物（９）上の位
置検出用のマーク（ＷＭ）の位置を検出する装置におい
て、光分割器（５）を偏光ビームスプリッターとし、対
物光学系（７）と被検物（９）との間にその照明光の偏
光状態を変化させる偏光状態変換部材（１／４波長板
６）を設け、その被検物で反射され、対物光学系（７）
を通って偏光ビームスプリッター（５）に戻される照明
光の偏光状態を、偏光状態変換部材（６）を介して偏光
ビームスプリッター（５）から光電検出手段（１３Ａ，
１３Ｂ）に導かれる偏光状態とするものである。

【００１７】この場合、光源（１）と光分割部材（５）
との間に絞り（３）を配置し、対物光学系（７）で反射
されて偏光ビームスプリッター（５）を介して光源
（１）側に向かう照明光が絞り（３）により遮光される
ように、光源（１）から絞り（３）に向かう照明光を対
物光学（７）系の光軸（ＡＸ）に対して傾斜させること
が望ましい。

【００１８】

【作用】斯かる本発明によれば、対物光学系（７）と被
検物（９）との間に偏光状態可変手段（６）が配置され
ているため、光源（１）から光分割器（５）を経て対物
光学系（７）に入射した後、その対物光学系（７）によ
り反射された光は光分割器（５）を介してそのまま光源
（１）側に戻される。従って、対物光学系（７）からの
反射光は、光電検出手段（１３Ａ，１３Ｂ）には入射し
ないため、高いＳＮ比で高精度に位置検出を行うことが
できる。

【００１９】なお、本発明を図１に示すようなＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメント系に適用し
た場合には、対物光学系（７）と被検物（９）との間に
更に投影光学系（８）が配置される。この場合、光源
（１）からの照明光（ＬＢ）は投影光学系（８）の光軸
（８ａ）から大きく偏心した位置でレンズ面に対して比
較的大きい入射角で入射するため、その照明光の投影光
学系（８）による反射光の光路は入射光の光路から大き
く外れるようになる。従って、その投影光学系（８）に
よる反射光はあまり問題とはならない。

【００２０】但し、偏光状態可変手段（６）を更に投影
光学系（８）と被検物（９）との間に配置することが望
ましい。また、光源（１）と光分割部材（５）との間に
絞り（３）を配置し、光源（１）から絞り（３）に向か
う照明光を対物光学（７）系の光軸（ＡＸ）に対して所
定角度傾斜させた場合には、対物光学系（７）で反射さ
れて偏光ビームスプリッター（５）を介して光源（１）
側に向かう照明光が絞り（３）により遮光される。従っ
て、光源（１）がレーザ光源である場合にバックトーク
が減少するため、レーザ光源の発振の安定性が高まる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第１実施
例につき図１及び図２を参照して説明する。本実施例
は、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で且つＬＳＡ方
式のアライメント系に本発明を適用したものであり、図
１において図４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。

【００２２】図１は本実施例のアライメント系を示し、
図１（ａ）はその正面図、図１（ｂ）はその平面図（但
し、レチクルＲを除外してある）である。図１（ａ）に
示すように、不図示の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８を介してフォトレジ
ストが塗布されたウエハ９の露光面９ａ上の各ショット
領域に転写される。投影光学系８の光軸８ａに平行にＺ
軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１（ａ）の紙面に平
行にＸ軸を、図１（ａ）の紙面に垂直にＹ軸を取る。ウ
エハ９上の各ショット領域には、それぞれＬＳＡ方式用
で且つＸ軸用のウエハマーク、及びＹ軸用のウエハマー
クが形成されている。以下ではその内の所定のＸ軸用の
ウエハマークＷＭを検出対象とする。

【００２３】本実施例において、レーザ光源１から射出
された図１（ａ）の紙面に垂直な方向に偏光した直線偏
光よりなるレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ
２を介して視野絞り３のスリット状の開口上に照射さ
れ、ここで図１（ａ）の紙面に平行な方向に縦長の断面
を有するレーザビームに整形される。レーザ光源１とし
ては、ウエハ上のフォトレジストに対して感光性が弱い
波長帯で発振する例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源（発振波
長：６３３ｎｍ）が使用できる。その他に、赤色又は近
赤外で発光するレーザダイオード等を使用してもよい。
本実施例において、視野絞り３の開口中心は後続の第２
対物レンズ４及び第１対物レンズ７の光軸ＡＸに一致
し、且つ視野絞り３に入射するレーザビームＬＢを光軸
ＡＸに対して所定角度εで傾斜させておく（詳細後
述）。なお、視野絞り３の開口部の図１（ａ）の紙面に
平行な方向の幅をａとすると、例えば視野絞り３を通過
した直後のレーザビームＬＢの図１（ａ）の紙面に平行
な方向の幅はａであるが、図面上ではレーザビームＬＢ
及び他の回折光はそれぞれその中心の光の軌跡を表して
いる。

【００２４】このように整形されたレーザビームＬＢ
は、Ｐ偏光として第２対物レンズ４を経て偏光ビームス
プリッターよりなる送受光分離プリズム５を透過した
後、第１対物レンズ７に向かう。そして、第１対物レン
ズ７により集光されたレーザビームＬＢが、偏光状態変
換部材としての１／４波長板６を経て共役面Ｐ１上で一
度視野絞り３の像を結像した後、レチクルＲと投影光学
系８との間に配置されたミラー１６に反射されて投影光
学系８に入射し、投影光学系８から射出されたレーザビ
ームＬＢが、ウエハ９の露光面９ａ上の所定のウエハマ
ークＷＭ付近にＸ方向に長いスリット状の光スポット１
０として集光される（図１（ｂ）参照）。この際に、１
／４波長板６は光学軸が図１（ａ）の紙面にほぼ４５°
で交差する方向に設定されているため、１／４波長板６
を経てミラー１６に向かうレーザビームＬＢの偏光状態
は、直線偏光から所定の円偏光に変換されている。ま
た、レーザビームＬＢの波長において、視野絞り３と共
役面Ｐ１とが第２対物レンズ４、及び第１対物レンズ７
に関して共役であり、且つ共役面Ｐ１とウエハ９の露光
面９ａとが投影光学系８に関して共役になっている。

【００２５】次に、そのレーザビームＬＢによる露光面
９ａからの０次光ＬＢ(0) 、及びウエハマークＷＭから
の例えば±１次回折光ＬＢ(+1)，ＬＢ(-1)は、入射時と
逆方向の円偏光の状態で投影光学系８、及びミラー１６
を経て１／４波長板６に入射する。そして、１／４波長
板６により図１（ａ）の紙面に平行な方向に偏光した直
線偏光（送受光分離プリズム５に対してＳ偏光）となっ
た０次光ＬＢ(0) 、及び±１次回折光ＬＢ(+1)，ＬＢ(-
1)は、第１対物レンズ７を経て送受光分離プリズム５に
より反射される。

【００２６】図１（ｂ）に示すように、送受光分離プリ
ズム５で反射された０次光ＬＢ(0)、及び±１次回折光
ＬＢ(+1)，ＬＢ(-1)は、リレーレンズ１１により集光さ
れて一度交差してから受光スリット１２に向かう。そし
て、０次光ＬＢ(0) は受光スリット１２により遮光さ
れ、±１次回折光ＬＢ(+1)，ＬＢ(-1)は、それぞれ受光
スリット１２上の開口１２ａ及び１２ｂを通過して光電
検出器１３Ｂ及び１３Ａに入射し、光電検出器１３Ａ及
び１３Ｂの出力信号が加算部１４で加算されて不図示の
アライメント制御系に供給されている。光電検出器１３
Ａ及び１３Ｂの出力信号の処理方法は従来と同様であ
る。

【００２７】上述のように本実施例においては、１／４
波長板６が第１対物レンズ７と投影光学系８との間に設
けてあるため、図１（ａ）に示すように、第１対物レン
ズ７の表面７ａで反射された光束１５はそのまま送受光
分離プリズム５を透過して第２対物レンズ４側に戻され
る。従って、光電検出器１３Ａ，１３Ｂには第１対物レ
ンズ７で反射された光束１５は入射しないため、光電検
出器１３Ａ，１３Ｂからの光電変換信号のＳＮ比が改善
され、ウエハマークＷＭの位置検出精度が向上する。

【００２８】但し、第１対物レンズ７で反射された光束
１５は、受光系には入らずに送光系へと戻ってしまうた
め、何等かの対策を施さないと、レーザ光源１にその反
射された光束１５がバックトークとして戻り、レーザ光
源１の発振状態が不安定になる恐れがある。それを避け
るために、例えばレーザ光源１の射出面にファラデーロ
ーテータ等のアイソレータを取り付けるようにしてもよ
い。しかしながら、アイソレータを装着すると製造コス
トが上昇してしまう。

【００２９】そこで、本実施例では製造コストを上げる
ことなく、レーザ光源１に対するバックトークの入射を
防止するため、図１（ａ）に示すように、レーザ光源１
及びシリンドリカルレンズ２から射出されるレーザビー
ムＬＢを、ウエハ９上でＸ方向（非計測方向）と共役な
方向に、第２対物レンズ４及び第１対物レンズ７の光軸
ＡＸに対して角度εで交差させている。これにより、レ
ーザビームＬＢは第１対物レンズ７の表面７ａに対して
光軸ＡＸから離れた位置に入射するため、その表面７ａ
からの反射光１５は入射時の方向（光軸ＡＸとほぼ平
行）に対して角度δだけずれて送受光分離プリズム５側
に戻される。そのため、反射光１５は、視野絞り３の遮
光部に入射してレーザ光源１には戻らなくなり、レーザ
光源１が常に安定に発振する。

【００３０】図１（ａ）に示すように、第１対物レンズ
７で反射された光束１５が光軸ＡＸとなす角度をδとし
た場合、第２対物レンズ４の焦点距離をｆ₂とすると、
視野絞り３上でのレーザビームＬＢと反射された光束１
５とのずれ量Δ１は、ｆ₂・δとなる。実際には反射さ
れた光束１５の幅もａであるため、以下の式を満たすこ
とができれば、その光束１５は視野絞り３で遮断され
る。

【００３１】Δ１＝ｆ₂・δ＞ａ（１）但し、この条件を満たすことができない場合には、図２
に示すようにレーザ光源１とシリンドリカルレンズ２と
の間に、レーザ光源１側から順に焦点距離ｆ₄の第１リ
レーレンズ１７、補助視野絞り１８、及び焦点距離ｆ₃
の第２リレーレンズ１９よりなるリレー光学系を設けて
補助視野絞り１８により遮断するようにしてもよい。こ
の際に、第１及び第２リレーレンズ１７，１９の光軸は
光軸ＡＸと一致させておくが、補助視野絞り１８の開口
１８ａの中心は光軸ＡＸから所定間隔だけ偏心させてお
く。

【００３２】図２において、レーザ光源１から射出され
たレーザビームＬＢは、一度第１リレーレンズ１７によ
り補助視野絞り１８上の円形の開口１８ａ上に集光さ
れ、開口１８ａを通過したレーザビームＬＢが、第２リ
レーレンズ１９によりほぼ平行光束となってシリンドリ
カルレンズ２に入射し、シリンドリカルレンズ２により
図２の紙面に垂直な方向に集光された光が視野絞り３の
開口上に光軸ＡＸに対して所定の傾斜角で入射する。こ
のとき、計測方向に対して補助視野絞り１８と視野絞り
３とは共役であり、補助視野絞り１８から視野絞り３へ
の倍率を拡大倍率としておく。

【００３３】そのため、第１対物レンズ７で反射された
光束１５が、視野絞り３の開口を通過したとしても、そ
の光束１５はシリンドリカルレンズ２、及び第２リレー
レンズ１９を経た後に補助視野絞り１８により遮断され
る。従って、レーザ光源１に戻るバックトークの量が低
減し、レーザ光源１の発振の安定性が高まる利点があ
る。

【００３４】この際、シリンドリカルレンズ２（集光方
向の焦点距離ｆ_c）は非計測方向には屈折力がないので
無視して考える。そして、第１対物レンズ７の焦点距離
をｆ ₁とすると、第２対物レンズ４の焦点距離はｆ₂で
あるため、補助視野絞り１８上での送出されるレーザビ
ームＬＢと、反射されて来る光束１５との間隔Δ２は次
のように表される。 Δ２＝δ・ｆ₁ｆ₃／ｆ₂ （２）このときの光束１５の図２の紙面に平行な方向での補助
視野絞り１８上でのビームスポット径をＢＷ、補助視野
絞り１８の開口１８ａの直径をｂとすると、光束１５が
補助視野絞り１８で完全に遮断されるための条件は次の
ようになる。

【００３５】 Δ２＝δ・ｆ₁ｆ₃／ｆ₂＞（ＢＷ＋ｂ）／２＞ＢＷ（３）次に、本発明の第２実施例につき図３を参照して説明す
る。本実施例はＴＴＬ方式のＬＩＡ（Laser Interferom
etric Alignment ）系に本発明を適用したものである。
但し、図３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。

【００３６】図３（ａ）は本実施例のＬＩＡ系を示し、
図３（ａ）はその正面図、図３（ｂ）はその平面図（但
し、レチクルＲを除外してある）である。図３（ｂ）に
示すように、本実施例で検出対象とするウエハマーク
は、Ｙ方向に所定ピッチで配列された回折格子状マーク
２６である。図３（ｂ）において、レーザ光源１から射
出された直線偏光のレーザビームＬＢは、ハーフミラー
２０により２本のレーザビームＬＢ１及びＬＢ２に分割
される。そして、一方のレーザビームＬＢ１は、第１の
音響光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」という）２１Ａに
より周波数Δｆ₁の周波数変調を受けてリレーレンズ２
３に向かい、他方のレーザビームＬＢ２はミラー２２に
より反射された後、第２のＡＯＭ２１Ｂにより周波数Δ
ｆ₂(≠Δｆ₁)の周波数変調を受けてリレーレンズ２３に
向かう。

【００３７】リレーレンズ２３から射出されたレーザビ
ームＬＢ１，ＬＢ２は、視野絞り２４の開口内で一度交
差した後、第２対物レンズ４を経て偏光ビームスプリッ
ターよりなる送受光分離プリズム５を透過した後、第１
対物レンズ７に向かう。そして、第１対物レンズ７によ
り集光されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２が、偏光状態
変換部材としての１／４波長板６を経て共役面Ｐ１上で
一度視野絞り２４の像を結像した後、ミラー１６に反射
されて投影光学系８に入射し、投影光学系８から射出さ
れたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２が、ウエハ９上の回折
格子状マーク２６付近に所定の交差角で照射される（図
３（ｃ）参照）。

【００３８】図３（ｃ）に示すように、回折格子状マー
ク２６からは、レーザビームＬＢ１の＋１次回折光ＬＢ
１(+1)、及びレーザビームＬＢ２の−１次回折光ＬＢ２
(-1)が周波数差｜Δｆ₁−Δｆ₂｜のヘテロダインビー
ムとしてほぼ垂直上方に平行に射出され、レーザビーム
ＬＢ１の＋２次回折光ＬＢ１(+2)、及びレーザビームＬ
Ｂ２の０次光ＬＢ２(0) よりなるヘテロダインビームが
斜めに平行に射出され、レーザビームＬＢ１の０次光Ｌ
Ｂ１(0) 、及びレーザビームＬＢ２の−２次回折光ＬＢ
２(-2)よりなるヘテロダインビームが斜めに平行に射出
される。

【００３９】図３（ｂ）に戻り、回折格子状マーク２６
からの３組のヘテロダインビームは、入射時と逆方向の
円偏光の状態で投影光学系８、及びミラー１６を経て１
／４波長板６に入射する。そして、１／４波長板６によ
り送受光分離プリズム５に対してＳ偏光となった３組の
ヘテロダインビームは、第１対物レンズ７を経て送受光
分離プリズム５により反射された後、リレーレンズ１１
により集光されて一度交差してから受光スリット２５に
向かう。そして、ヘテロダインビームＬＢ１(+1)、ＬＢ
２(-1)が開口２５ａを通過して光電検出器１３Ｃに入射
し、ヘテロダインビームＬＢ１(+2)，ＬＢ２(0) が開口
２５ｂを通過して光電検出器１３Ｂに入射し、ヘテロダ
インビームＬＢ１(0) ，ＬＢ２(-2)が開口２５ａを通過
して光電検出器１３Ａに入射する。光電検出器１３Ａ〜
１３Ｃからはそれぞれヘテロダインビームを光電変換し
て得られたビート信号が出力され、これらビート信号に
基づいて回折格子状マーク２６のＹ方向の位置が検出さ
れる。

【００４０】本実施例においても、図３（ａ）に示すよ
うに、第１対物レンズ７に入射するレーザビームＬＢ
１，ＬＢ２の内で、第１対物レンズ７の表面７ａで反射
された光束１５は、Ｐ偏光であるためそのまま送受光分
離プリズム５を透過して第２対物レンズ４に向かう。従
って、光電検出器１３Ａ〜１３ＣでのＳＮ比が改善さ
れ、回折格子状マーク２６の位置検出精度が向上する。

【００４１】また、このＬＩＡ系では反射光はＡＯＭ２
１Ａ及び２１Ｂに戻されることになるが、ＡＯＭ２１Ａ
及び２１Ｂでは戻り光があっても動作が不安定になる傾
向は少ない。そのため、第１対物レンズ７で反射され、
送受光分離プリズム５を介して戻される光束１５につい
ては特に対策を施す必要はない。しかしながら、その光
束１５がＡＯＭ２１Ａ及び２１Ｂ側に戻されるのを防止
して、よりレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の強度の安定性
を高めたい場合には、図３（ａ）に示すように、レーザ
ビームＬＢ１，ＬＢ２を視野絞り２４上で光軸ＡＸに対
して所定の角度ε１だけ傾斜させて入射させるとよい。
この場合にも、その角度ε１により第１対物レンズ７の
表面７ａで反射される光束１５が光軸ＡＸに対してなす
角度δ１が定まる。そして、第２対物レンズ４の焦点距
離をｆ２、視野絞り２４の開口径をｃとした場合、次式
を満足させることにより、ＡＯＭ２１Ａ及び２１Ｂに戻
る光束をほぼ無視できる程度にできる。

【００４２】δ１・ｆ₂＞ｃ（３）なお、上述実施例では偏光状態変換部材として１／４波
長板６が使用されているが、その他に例えばファラデー
ローテータを使用することにより、反射光の偏光方向を
入射する光束の偏光方向に直交させてもよい。また、上
述実施例は本発明をＬＳＡ方式のアライメント系、又は
ＬＩＡ系に適用したものであるが、本発明は撮像方式で
あるＦＩＡ系にも適用することができる。更に、ＴＴＬ
方式のみならず、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方
式、又はオフ・アクシス方式のアライメント系にも同様
に適用することができる。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、偏光状態変換部材が対
物光学系と被検物との間に設けられているため、対物光
学系からの反射光が光分割器を介して光源側に戻され
る。従って、対物光学系からの反射光が、受光系内の光
電検出手段に入らなくなるため、ＳＮ比のよい信号が得
られ、位置検出用のマークの位置検出精度が向上する利
点がある。

【００４５】また、より被検物に近い位置で被検物から
の反射光の偏光状態を光分割器に対して所定の状態（光
電検出手段に向かう状態）に変換しているため、偏光状
態が一定の区間の長さが長くなっている。即ち、偏光状
態変換部材と被検物との間のように複数の偏光状態が混
じった状態（円偏光等）の区間が短くなり、各光学部材
での反射防止コーティング等の特性を高めることがで
き、被検物からの反射光を効率的に光電検出手段に導く
ことができる。

【００４６】更に、光源と光分割部材との間に絞りを配
置し、対物光学系で反射され光分割部材を介して光源に
向かう照明光がその絞りにより遮光されるように、その
光源からその絞りに向かう照明光をその対物光学系の光
軸に対して傾斜させた場合には、光源がレーザ光源であ
ってもバックトークが減少するためそのレーザ光源の発
振の安定性が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置検出装置の第１実施例が適用
された投影露光装置を示す構成図である。

【図２】第１実施例において、レーザ光源１とシリンド
リカルレンズ２との間にリレー光学系を設けた変形例を
示す一部を省略した構成図である。

【図３】本発明による位置検出装置の第２実施例が適用
された投影露光装置を示す構成図である。

【図４】（ａ）は従来のＬＳＡ系が適用された投影露光
装置の要部を示す構成図、（ｂ）はＬＳＡ系のウエハマ
ーク及び光スポットを示す拡大平面図である。

【符号の説明】

１レーザ光源２シリンドリカルレンズ３視野絞り４第２対物レンズ５送受光分離プリズム（偏光ビームスプリッター）６１／４波長板７第１対物レンズ８投影光学系ＲレチクルＷＭウエハマーク９ウエハ１１リレーレンズ１３Ａ，１３Ｂ光電検出器１７第１リレーレンズ１８補助視野絞り１９第２リレーレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を射出する光源と、該光源から射
出された照明光を被検物上の位置検出用のマーク上に集
光する対物光学系と、前記光源と前記対物光学系との間
に配置され、前記被検物への照明光の光路と前記被検物
からの照明光の光路とを分離する光分割器と、前記被検
物で反射された後、前記対物光学系及び前記光分割器を
介して分離される照明光を受光する光電検出手段と、を
有し、該光電検出手段からの検出信号に基づいて前記位
置検出用のマークの位置を検出する装置において、前記光分割器を偏光ビームスプリッターとし、前記対物光学系と前記被検物との間に前記照明光の偏光
状態を変化させる偏光状態変換部材を設け、前記被検物で反射され、前記対物光学系を通って前記偏
光ビームスプリッターに戻される照明光の偏光状態を、
前記偏光状態変換部材を介して前記偏光ビームスプリッ
ターから前記光電検出手段に導かれる偏光状態とするこ
とを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記光源と前記光分割部材との間に絞り
を配置し、前記対物光学系で反射され、前記光分割器を介して前記
光源側に向かう反射光が前記絞りにより遮光されるよう
に、前記光源から前記絞りに向かう照明光を前記対物光
学系の光軸に対して傾斜させることを特徴とする請求項
１記載の位置検出装置。