JPH07321028A

JPH07321028A - アライメント装置

Info

Publication number: JPH07321028A
Application number: JP6136745A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nagayama; 匡長山; Masahiro Nakagawa; 正弘中川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度で効率のよいアライメントを行い得る
アライメント装置の提供を主目的とする。【構成】第１の送光光学系と該送光光学系からの第１
光束を被検物体上の第１アライメントマーク上に集光す
る第１の集光光学系との間の光路中における被検物体と
実質的に共役な位置に、第２送光光学系からの第２光束
を導入する光束導入部材を設け、第１集光光学系が第２
光束を第２アライメントマーク上に集光する第２集光光
学系を兼ねる構成としたアライメント装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば投影露光装置の
オフアキシスウエハアライメントに用いるアライメント
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のオフアキシスウエハアライメント
光学系として、ウエハ上に露光用の投影レンズ光軸に対
して互いに異なる方向にそって形成された２つのアライ
メントマークによって各々に対応した２つのアライメン
ト光学系でウエハ上のそれぞれの方向の位置を検出しア
ライメントを行う装置があった。このような従来のアラ
イメント光学系の一例として検出方式に特開昭６３−２
２９３０５号公報、特開平５−２２６２２２号公報に開
示されているＬＳＡ（Laser Step Alignment: レーザー
ステップアライメント）を用いた投影露光装置のウエハ
アライメント用のアライメント装置を図５に示す。

【０００３】これは、ステージ上に載置されたウエハ上
に露光用の投影レンズ光軸に対してｙ方向にそって形成
されたアライメントマークによってウエハ上のｘ方向に
位置を検出する（走査方向ｘ）第１アライメント光学系
とｘ方向にそって形成されたアライメントマークによっ
てウエハ上のｙ方向の位置を検出する（走査方向ｙ）第
２アライメント光学系とを備えたものである。第１アラ
イメント光学系と第２アライメント光学系は、各々ｘ方
向及びｙ方向用の干渉計の光軸上にアッベ誤差が生じな
いような配置で構成されている。

【０００４】図７（ａ）（ｂ）において、レーザ光源か
らのレーザ光は、ハーフプリズム３００を反射及び透過
することによって２光束に分割され、一方は第１アライ
メント光学系へ他方が第２アライメント光学系へ入射す
る。第１アライメント光学系では、ハーフプリズム３０
０で反射された第１光束の偏光方向が紙面と平行なＰ偏
光成分が、レンズＬ₁ および偏光ビームスプリッタ３１
１を透過し、レンズＬ₂ および１／４波長板３２１を透
過して円偏光となり、ハーフプリズム３３１、対物レン
ズ３４１、ミラー３５１を介してステージ上のウエハ
（不図示）面上に集光される。ウエハ面からの戻り光
は、往路と進行方向に向かって同方向の円偏光で対物レ
ンズ３４１、１／４波長板３２１を透過し、偏光方向が
紙面に対して直交するＳ偏光成分となって、レンズＬ₂
を介して偏光ビームスプリッタ３１１で反射され、レン
ズＬ₃ を介して第１検出光学系３６１へ導かれる。

【０００５】一方、第２アライメント光学系においても
同様に、ハーフプリズム３００を透過した第２光束のＰ
偏光成分がレンズＬ₄ および偏光ビームスプリッタ３１
２を透過し、レンズＬ₅ 及び１／４波長板３２２を透過
して円偏光となり、ハーフプリズム３３２、対物レンズ
３４２、ミラー３５２を介してマスク面上に集光され
る。マスク面からの戻り光は、往路と進行方向に向かっ
て同方向の円偏光で対物レンズ３４２、１／４波長板３
２２を透過し、Ｓ偏光成分となって偏光ビームスプリッ
タ３１２で反射され、レンズＬ₆ を介して第２検出光学
系３６２へ導かれる。

【０００６】ＬＳＡ方式では、各検出光学系のディテク
タにおいて、第１および第２光束が各々アライメントマ
ーク上に集光した場合、アライメントマークからの反射
光のうち正反射された０次回折光を除く回折光を選択的
に受光することによってアライメントマークが検出され
る。

【０００７】アライメントの際にはウエハ上に作成され
た所定の、例えばｙ方向ｘ方向にそって格子状に形成さ
れたそれぞれのアライメントマークを上記第１及び第２
アライメント光学系による検出を行いつつ干渉計および
ステージにてｘｙそれぞれの方向に移動させてアライメ
ント光学系光軸にウエハを運び、アライメントを行う。

【０００８】検出方式としては、上記のＬＳＡの他にＬ
ＩＡ（Laser Interferometric Alignment ：レーザーイ
ンターフェロメトリックアライメント）、ＦＩＡ（Fiel
d Image Alignment ：フィールドイメージアライメン
ト）などを用いていた。ＬＩＡ方式は、例えば特開昭６
２−５６８１８号公報、特開平２−１１６１１６号公報
に開示されているように、ヘテロダイン干渉法を利用し
たもので、互いに異なる周波数を持つ２光束がアライメ
ントマークを照射することによって生じる光ビート信号
を検出器にて光電検出し、参照用のビート信号との位相
差が零になるようアライメントを行うものである。また
ＦＩＡ方式は、例えば特開平４−２７３２４６号公報に
開示されているように、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なうサンセであり、
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の２つのアライメ
ント光学系では、当然ながら、空間的に完全に独立して
いるため、互いに他方のアライメントマークからの反射
光や、集光光学系内の光学部材での表面反射による迷光
が互いに混入して検出光学系のノイズとなることはな
く、よって検出光学系の受光効率の悪化、アライメント
精度の低下といった問題は生じない。

【００１０】しかしながら、上記の如き従来のアライメ
ント装置では、ｘ計測用アライメント光学系およびｙ計
測用アライメント光学系の２つの光学系が離れた位置に
配置された構成であるために、アライメント時のステー
ジ動作量が多く、スループット低下につながる。また、
重複する光学系の分だけスペースが必要で露光用の投影
レンズ周りに場所を取ると共に設計が煩雑でコスト高に
なるという問題があった。

【００１１】本発明は、上記問題点を鑑み、効率のよい
アライメントを行い得るアライメント装置の提供を主目
的とする。本発明は、従来より簡便な構成とすることに
よってコスト低減、スループット向上、投影レンズ周り
のスペース確保を可能とするアライメント装置を得るこ
とを目的とする。また、本発明は、互いに各ｘｙ計測用
アライメント光学系からのビームの混入を防ぐことによ
って２つの光学系が独立しているときと同等の受光効率
が良く高精度なアライメントを行い得るアライメント装
置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るアライメント装置で
は、被検物体上に形成された第１アライメントマークに
よって前記被検物体上の第１方向の位置を検出すると共
に、前記被検物体上に形成された第２アライメントマー
クによって前記被検物体上の前記第１方向とは異なる第
２方向の位置を検出するアライメント装置において、所
定の偏光状態の第１光束を送光する第１の送光光学系
と、前記第１光束を前記第１アライメントマーク上に集
光する第１の集光光学系と、前記第１の送光光学系と前
記第１の集光光学系との間の光路中に配置された第１偏
光ビームスプリッタと、該第１偏光ビームスプリッタを
介して前記第１アライメントマークからの光を検出する
第１検出光学系と、前記被検物体と前記第１偏光ビーム
スプリッタとの間の光路中に配置された第１の１／４波
長板と、前記第１の光束とは相対的に位相が１８０度ず
れた偏光状態の第２光束を送光する第２の送光光学系
と、前記第２光束を前記第２アライメントマーク上に集
光する第２の集光光学系と、前記第２の送光光学系と前
記第２の集光光学系との間の光路中に配置された第２偏
光ビームスプリッタと、該第２偏光ビームスプリッタを
介して前記第２アライメントマークからの光を検出する
第２検出光学系と、前記被検物体と前記第２偏光ビーム
スプリッタとの間の光路中に配置された第２の１／４波
長板と、を有し、前記第１の送光光学系と前記第１の集
光光学系との間の光路中における前記被検物体と実質的
に共役な位置に、前記第２送光光学系からの第２光束を
導入する光束導入部材を設け、前記第１集光光学系が前
記第２集光光学系を兼ねる構成としたものである。

【００１３】また、請求項２に記載の発明に係るアライ
メント装置では、請求項１に記載のアライメント装置に
おいて、前記光束導入部材は、前記第１の集光光学系の
光軸を含む面に対して前記第１の送光光学系の光軸と前
記第２の送光光学系の光軸とが対称となるように、前記
第２の送光光学系の光軸を偏向する偏向部材で構成され
るものである。

【００１４】また、請求項３に記載の発明に係るアライ
メント装置では、請求項１または請求項２に記載のアラ
イメント装置において、前記第１及び第２の１／４波長
板は、前記被検物体と前記光束導入部材との光路中にお
いて一体的に構成されるものである。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の本発明によるアライメント装
置は、第１の送光光学系から送光された第１光束を第１
の集光光学系によってウエハ等の被検面上に形成された
第１アライメントマーク上に集光し、この第１アライメ
ントマークからの光を第１検出光学系で検出すると共
に、第２の送光光学系から送光された第２光束を第２の
集光光学系によって被検面上に形成された第２アライメ
ントマーク上に集光し、該第２アライメントマークから
の光を第２検出光学系で検出することによって被検物体
のアライメントを行う装置であり、第１の集光光学系が
第２の集光光学系を兼ね、第１の送光光学系と第１の集
光光学系との間の光路中における被検物体と実質的に共
役な位置に光束導入部材を設け、これによって第１の送
光光学系からの第１光束だけでなく第２の送光光学系か
らの第２光束をも第１の集光光学系へ導入するものであ
る。

【００１６】従って、従来の第１アライメント光学系と
第２アライメント光学系の各々に集光光学系を設ける場
合に比べ、一つの集光光学系を共用させる本発明の構成
によれば、従来の独立した２つのアライメント光学系が
あった時と同様の性能で２方向での被検物体上の位置検
出を行いながらも被検物体上では一つの光学系とするこ
とが可能である。これにより、アライメント時のステー
ジ動作量が少なくてすみ、スループットも向上する。ま
た、重複していた光学系の分だけアライメント光学系に
よる占有空間が減り、露光用投影レンズ周りのスペース
を確保することが可能であると共に、光学系の設計が簡
便ででコスト低減が実現できる。さらに、このような構
成であれば、２方向用の各アライメントマークも近接し
て設けることができる。

【００１７】また、第２の集光光学系を兼ねる第１の集
光光学系に、第１の送光光学系からの光束だけでなく第
２の送光光学系からの光束も導入するため光束導入部材
は、第１の送光光学系と第１の集光光学系との間の光路
中における被検物体と実質的に共役な位置に設けられて
おり、第１光束と第２光束とは第１集光光学系内を同一
方向で通ることになるが、これは、被検物体と共役な位
置にて空間的に離れた状態で光路が合成される視野合成
である。従って、送光時と同一光路を戻ってくる各アラ
イメントマークからの光は、再び光束導入部材によって
別の光路に分離され、各々第１の送光光学系および第２
の送光光学系側へ導かれるが、この光束導入部材におい
て、即ち被検物体と共役な位置において、空間的に離れ
た点に各々のアライメントマーク像を結像されているの
で容易に分離でき、ここで互いの戻り光が混入すること
がない。

【００１８】なお、本発明は、第１の送光光学系と第１
の集光光学系との間の光路中に第１偏光ビームスプリッ
タを配置し、該第１偏光ビームスプリッタと被検物体と
の間の光路中に第１の１／４波長板を配置し、第２の送
光光学系と第２の集光光学系との間の光路中に第２偏向
ビームスプリッタを配置し、該第２偏光ビームスプリッ
タと被検物体との間の光路中に第２の１／４波長板を配
置するものである。

【００１９】このような構成において、各偏光ビームス
プリッタは、それぞれ送光とアライメントマークからの
戻り光との分岐手段として、戻り光を各々の検出光学系
へ導くが、このような偏光ビームスプリッタを配置する
にあたっては、送光光学系から偏光ビームスプリッタを
透過する送光光量が最大となるようにその偏光を最適化
すると共に、この送光に対して戻り光の偏光方向を９０
°回転させるよう設定するればよい。これによって、戻
り光の偏光ビームスプリッタで反射されて検出光学系へ
導かれる受光光量の送光光量に対する損失を理論上なく
すことができる。

【００２０】第１の１／４波長板および第２の１／４波
長板の配置の際には、第１アライメントマーク上に集光
される第１光束と第２アライメントマーク上に集光され
る第２光束とが相対的に位相が１８０度ずれた状態とな
るよう各１／４波長板の角度が設定される。例えば、各
第１および第２の送光光学系からの第１光束及び第２光
束の完全直線偏光は、１／４波長板を透過することによ
ってそれぞれ円偏光に変換されるが、これら円偏光の回
転方向は１／４波長板の角度によりどちら方向にも調節
できる。そこで、両円偏光の偏光方向が互い逆方向とな
るように設定できる。

【００２１】また、請求項２に記載の本発明では、被検
物体と実質的に共役ない位置に設けられた偏向部材から
なる光束導入部材によって第２の送光光学系の光軸を偏
向し、第１の集光光学系の光軸を含む面に対して第１の
送光光学系の光軸と第２の送光光学系の光軸とを対称と
するものである。この光束導入部材による第２の送光光
学系光軸の偏向で第１光束と第２光束とは第１集光光学
系内を同一方向で通ることになるが、これは、前述した
ように被検物体と共役な位置にて空間的に離れた状態で
光路が合成される視野合成である。

【００２２】上記の如き構成においては、光束導入部材
と被検物体との間の光路中で第１光束に対して第２光束
が空間的に離れているだけでなく、第１の送光光学系に
対して第２の送光光学系を空間的に離れた状態で構成で
きる。したがって、第１光束と第２光束が視野合成され
た後の光学系内で対物レンズ等の光学部材のガラス表面
反射などによって戻ってきた迷光が、空間的に離れた相
手の光学系、即ち第１光束の迷光が第２の送光光学系側
へまた第２光束の迷光が第１の送光光学系側へ入り込む
確率が低くなる。これを光束導入部材としてミラーを用
いた場合を例に図６（ａ）を用いて以下に説明する。

【００２３】ここでは、第２送光光学系からの第２光束
ｂに関してみると、第２光束ｂは視野合成用ミラーＭで
反射されることによって第１送光光学系からの第１光束
ａと共に第１集光光学系Ａへ導入される。この集光光学
系Ａ内にて第２光束ｂが対物レンズＬへ入射した際に、
対物レンズＬのガラス表面反射により迷光ｃが生じた場
合、光路を戻ってきた第２光束ｂの迷光ｃは視野合成用
ミラーＭで反射されるため、第１送光光学系側へ混入す
ることはない。

【００２４】また、例え迷光が相手の送光光学系側へ入
り込んだとしても、第１光束と第２光束の偏光状態が異
なっていると共に、送光と分離してアライメントマーク
からの戻り光を検出光学系へ導く為に各送光光学系と光
束導入部材との間にはそれぞれ偏光ビームスプリッタが
配置されているため、入り込んだ迷光は殆ど相手側の検
出光学系に到達することはない。

【００２５】例えば図６（ｂ）に示すように、第２の送
光光学系から送光され第２偏光ビームスプリッタPBS₂を
透過したＰ偏光成分が、さらに第２の１／４波長板λ₂
を透過して進行方向に対し右回りの円偏光となった第２
光束ｂは、視野合成用ミラーＭで反射されることによっ
て、第１の送光光学系から送光され第１偏光ビームスプ
リッタPBS₁を透過したＰ偏光成分が第１の１／４波長板
λ₁ を透過して第２光束とは偏光方向が逆の進行方向に
対し左回りの円偏光となった第１光束ａと共に第１の集
光光学系Ａへ導入される。第１光束ａがウエハ上に形成
された第１アライメントマーク上に集光され、このアラ
イメントマークから戻ってきた第１戻り光は、送光され
る第１光束と円偏光の偏光方向が同じで、進行方向に対
し左回りで送光光路を逆行し、再び第１の１／４波長板
λ₁ を透過してＳ偏光成分となり、第１偏光ビームスプ
リッタPBS₁で反射されて第１の検出光学系へ導かれる。

【００２６】しかし、第１の集光光学系Ａにおいて対物
レンズＬへの入射時に表面反射によって戻ってきた第２
光束の迷光ｃが、視野合成用ミラーで反射されないで第
１の送光光学系側へ入り込んでしまった場合、迷光ｃの
円偏光の偏光方向は第１光束ａと逆で、進行方向に対し
右回りであり、第１の１／４波長板λ₁ を透過するとＰ
偏光成分となり、第１偏光ビームスプリッタPBS₁では反
射されないまま透過されて第１の送光光学系側へ行って
しまうので、第１検出光学系へ混入することはない。以
上のように、本発明によれば、集光光学系内で対物レン
ズ等での表面反射による迷光が他方の検出光学系へ混入
することがないので、ノイズがなくそれぞれのアライメ
ントマークが精度良く検出でき、従ってアライメントの
精度も向上する。

【００２７】また、請求項３に記載の本発明は、第１及
び第２の１／４波長板は、前記被検物体と前記光束導入
部材との光路中において一体的に構成されるものであ
る。このような構成において、１／４波長板への入射時
に第１光束と第２光束とが互いに直交する完全直線偏光
となるよう第１，第２の送光光学系及び第１，第２の偏
光ビームスプリッタを設定すれば、光束導入部材による
視野合成後の第１光束及び第２光束を同時に有効系内に
納めることができると共に、視野合成され、１／４波長
板を通過した後の第１光束と第２光束とでは例えば円偏
光では回転方向が逆になるように相対的に位相を１８０
度ずれた状態とすることが可能である。このうな構成に
よれば、アライメント光学系全体で１／４波長板は一つ
ですみ、より光学系が簡便でコスト低減に寄与する。

【００２８】なお、以上のような構成における１／４波
長板の配置する際には、１／４波長板を通過した後の第
１光束と第２光束とでは相対的に位相を１８０度ずれた
状態とすると共に、どちらか一方、例えば第１光束につ
いて、送光光量に対して第１アライメントマークからの
戻り光の第１の偏光ビームスプリッタによって第１検出
光学系で受光される光量割合が最大となる時に、第２光
束についてもその受光光量が最大とになるよう１／４波
長板の角度を調整して配置することによって検出光学系
全体の受光効率を高くし光量損失を最低限に抑えること
ができる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明を実施例をもって説明する。（実施例１）まず、本発明の第１の実施例として、検出
方式にＬＳＡ系を用いた投影露光装置のウエハアライメ
ント用のアライメント装置を図１及び図２に示す。本実
施例のアライメント装置は、図１に示す如く、空間的に
離れて構成された第１の送光光学系１と第２の送光光学
系２と、これら２つの送光光学系からの２光束を各々ス
テージ上に載置されたウエハＷ面上に集光する１つの集
光光学系３を備え、各送光光学系の光源部Ｓを共通化し
たものである。ここでは、第２送光光学系２からの第２
光束を偏向させて集光光学系３へ導くための光束導入部
材として（視野合成用）ミラー１０４をウエハ面と共役
な位置に配置した。

【００３０】図２は図１のアライメント系を拡大した時
の様子を示している。図２において、レーザ光源１００
からのレーザ光束は、ビームエキスパンダ１０１によっ
てビーム径が調整された後、シリンドリカルレンズ１０
２を通って偏光ビームスプリッタ１０３へ入射し、ここ
でｙ方向に直線偏光する反射光束とｚ方向に直線偏光す
る透過光束の２光束に分割されて各送光光学系（１，
２）へ導かれる。反射光束は視野絞り１１１上でスリッ
ト状となり、この光束の長手方向のみの長さを規定する
円形開口を有する視野絞り１１１を通過して第１の送光
光学系１へ、透過光束は視野絞り１２１上でスリット上
となり、この光束の長手方向のみの長さを規定する円形
開口を有する視野絞り１２１を通過して第２の送光光学
系２へ入射する。各々の光束は、ウエハＷ上に集光する
際に所定のスポット形状となるようシリンドリカルレン
ズ１０２と各視野絞り（１１１、１２１）によって調整
される。ここでは、ウエハＷ面上において、第１の送光
光学系１からの第１光束ではその長手方向がｙ方向とな
るスリット形状のビームスポットＢＳ₁ 、第２の送光光
学系２からの第２光束では長手方向がｘ方向となるスリ
ット形状のビームスポットＢＳ₂ となるように調整され
るものとする。

【００３１】まず、偏光ビームスプリッタ１０３、視野
絞り１１１を介して第１の送光光学系１を進む第１光束
は、図２に示す如くミラーＭ₁ を反射した後、ｚ方向
（鉛直方向）に偏光方向をもつ直線偏光の光となり、レ
ンズ１１２を透過し、ミラー１１３で反射されて偏光ビ
ームスプリッタ１１４へ入射し、透過する。さらに、第
１偏光ビームスプリッタ１１４を透過した第１光束は、
リレーレンズ１１５を透過した後、第１の１／４波長板
１１６を透過することによって進行方向に対し右回りの
円偏光となり、ハーフプリズム１０５で反射されて集光
光学系３へ入射する。

【００３２】一方、偏光ビームスプリッタ１０３、視野
絞り１２１を介して第２の送光光学系２を進む第２光束
は、図２に示す如く２つのミラーＭ₂ ，Ｍ₃ を反射した
後、ｚ方向（鉛直方向）に偏光方向をもつ直線偏光の光
となり、レンズ１２２を透過し、ミラー１２３で反射さ
れて偏光ビームスプリッタ１２４へ入射し、透過する。
さらに、第２偏光ビームスプリッタ１２４を透過した第
２光束は、リレーレンズ１２５を透過した後、第２の１
／４波長板１２６を透過することによって進行方向に対
し左回りの円偏光となり、視野合成用ミラー１０４で反
射されて第１光束と平行な光路を進み、ハーフプリズム
１０５で反射されて集光光学系３へ入射する。

【００３３】集光光学系３内へ送光された第１及び第２
光束は、対物レンズ１０６によって、ミラー１０７を介
してウエハＷ面上にそれぞれ長手方向がｙ方向とｘ方向
のスリット状のスポット（ＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ）として集光
される。ウエハＷ面上には、ｙ方向に沿って所定のピッ
チを持つ回折格子の第１アライメントマークＷＭ₁ とｘ
方向に沿って所定のピッチを持つ回折格子の第２アライ
メントマークＷＭ₂ が近接して形成されている。

【００３４】ここで、図２から明らかなように、ウエハ
Ｗ上の第１アライメントマークＷＭ₁ は、第１送光光学
系１及び集光光学系３を介して形成されスリット状のビ
ームスポットＢＳ₁ によって照射され、ウエハＷ上の第
２アライメントマークＷＭ₂は、第２送光光学系２及び
集光光学系３を介して形成されたスリット上のビームス
ポットＢＳ₂ によって照射される。この時のウエハＷ上
に形成される各ビームスポット（ＢＳ₁ ，ＢＳ₂ ）は、
図３の（ａ）に示す如く、集光光学系３の光軸ＡＸ₃ と
ウエハＷとの交わる点に関して、これらの各中心が点対
称となる位置関係で形成される。これを換言すると、集
光光学系３の光軸ＡＸ₃ を含むある面に対して各送光光
学系のそれぞれの光軸（ＡＸ₁ ，ＡＸ₂ ）が互いに対称
となるように配置されている。

【００３５】なお、各アライメントマーク（ＷＭ₁ ，Ｗ
Ｍ₂ ）の配置は集光光学系３の視野の様子を示す図３の
（ａ）に示す如き場合に限ることなく、図３の（ｂ）ま
たは（ｃ）に示す如き配置としても良く、これらの場合
にも、集光光学系３の光軸ＡＸ₃ を含むある面に対して
各送光光学系のそれぞれの光軸（ＡＸ₁ ，ＡＸ₂ ）が互
いに対称となるように配置されていることが理解でき
る。

【００３６】図１に戻って、ウエハＷが載置されている
ステージは、ｙ方向干渉計とｘ方向干渉計からなる駆動
装置によってｘｙ方向に移動可能であり、このｘｙステ
ージの移動に伴ってウエハＷがｘｙ方向に移動する。こ
のアライメント装置においては、ウエハＷが投影露光光
学系（投影レンズ）に対して所定の位置にきた時、ウエ
ハＷ面上の第１アライメントマークＷＭ₁ 及び第２アラ
イメントマークＷＭ₂上にそれぞれ第１光束および第２
光束が集光されるよう設定されている。さらに、各検出
光学系ではアライメントマークからの反射光のうち、正
反射の０次光を除く回折光のみが選択的に検出されるよ
う構成されている。従って、各検出光学系でアライメン
トマークからの回折光が検出されるよう駆動装置を制御
し、各々の第１光束および第２光束が各対応するアライ
メントマーク上に集光するようステージを移動させるこ
とによってウエハＷのアライメントが行われる。

【００３７】図２に戻って、第１アライメントマークＷ
Ｍ₁ からの戻り光（第１戻り光）は、再び集光光学系３
を逆行し、ハーフプリズム１０５で反射され、第１の１
／４波長板１１６へ入射する。第１の戻り光は、送光の
第１光束のとは偏光方向が進行方向に対し右回りの同じ
円偏光であり、第１の１／４波長板１１６を透過するこ
とによって送光の偏光方向と直交して、図面上ではｙ方
向に直線偏光する光となる。この第１戻り光は、再びリ
レーレンズ１１５を透過し、第１偏光ビームスプリッタ
１１４へ入射し反射され、レンズ１１７を介して第１検
出器１１８へ導かれる。

【００３８】また、第２アライメントマークＷＭ₂ から
の戻り光（第２戻り光）は、再び集光光学系３を逆行
し、ハーフプリズム１０５で反射され、さらに視野合成
用ミラー１０４で反射され、第１の１／４波長板１２６
へ入射する。第２の戻り光は、送光の第２光束のと進行
方向に対し左回りの同じ円偏光であり、第２の１／４波
長板１２６を透過することによって送光の偏光方向と直
交して、図面上ではｘ方向に直線偏光する光となる。こ
の第２戻り光は、再びリレーレンズ１２５を透過し、第
２偏光ビームスプリッタ１２４へ入射し反射され、レン
ズ１２７を介して第２検出器１２８へ導かれる。

【００３９】なお、上記各戻り光が、ハーフプリズム１
０５を透過する方向には従来技術において述べた如く、
ＦＩＡ系が配置されておりさらにハロゲンランプ１０８
からの光をコンデンサレンズＬｃ、ハーフミラーＨＭ、
ハーフプリズム１０５および集光光学系３を介してウエ
ハＷ上に照射し、ＣＣＤ撮像光学系でアライメントマー
ク像を得る構成としている。このような本実施例のアラ
イメント装置では、視野合成用ミラー１０４および空間
的に離れた２光学系の構成によって、対物レンズ１０６
の表面反射によって生じる迷光が、互いに他方の検出光
学系へ混入することはない。

【００４０】偏光ビームスプリッタ１０３を用いない場
合には、ハーフプリズムに１／２波長板を組み合わせた
ものを用いても良い。さらに、第１及び第２アライメン
トマークからの第１および第２戻り光の第１及び第２偏
光ビームスプリッタによる反射方向に応じて第１及び第
２検出器の配置位置も設定する。

【００４１】次に、上記第１の実施例の変形例を図４に
示す。第１の実施例では、第１偏光ビームスプリッタ１
１４及び第２偏光ビームスプリッタ１２４と視野合成用
ミラー１０４との間に各々第１の１／４波長板１１６及
び第２の１／４波長板１２６を配置したが、ここでは、
これら２つの１／４波長板の代わりに、視野合成用ミラ
ー１０４と集光光学系３との間に１つの１／４波長板１
３０を配置し、視野合成後の第１光束と第２光束をとも
に透過させる構成としたものである。

【００４２】このような構成とする場合、１／４波長板
１３０透過後の円偏光となった第１光束と第２光束とが
互いに逆回転となるようするには、図４中に示すよう
に、１／４波長板１３０入射時に、互いに偏光方向が直
交する直線偏光とする必要がある。ここでは、レーザ光
源を２光束に分割するプリズムをハーフプリズム１１０
とし、第１偏光ビームスプリッタ１１４の配置角度を調
整した。

【００４３】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
として、検出方式にＬＩＡ系を用いた投影露光装置のウ
エハアライメント用のアライメント装置を図５に示す。
本実施例のアライメント装置は、第１の実施例と同様
に、空間的に離れて構成された第１の送光光学系１０と
第２の送光光学系２０と、これら２つの送光光学系から
の２光束を各々ステージ上に載置されたウエハ面上に集
光する１つの集光光学系３０を備え各送光光学系の光源
部Ｓ’を共通化したものである。ここでは、第２送光光
学系２０からの第２光束を偏向させて集光光学系３０へ
導くための光束導入部材として（視野合成用）ミラー２
０４をウエハ面と共役な位置に配置した。

【００４４】図５において、レーザ光源２００からのレ
ーザ光束は、レンズ系２０１を介して、２光束周波数シ
フタ２０２に入射し、互いに周波数がΔｆだけ異なる周
波数ｆ₁ と周波数ｆ₂ のヘテロダインビームが偏光ビー
ムスプリッタ２０３へ入射する。ここでｙ方向に直線偏
光する反射ビームとｚ方向に直線偏光する透過ビーム光
束の２つのヘテロダインビームにそれぞれ分割される。
２つの反射ビームは円形開口を有する視野絞り２１１の
開口上で交差し、これを通過して第１の送光光学系１０
へ、２つの透過ビームは円形開口を有する視野絞り２２
１の開口上を交差し、これを通過して第２の送光光学系
２０へ入射する。

【００４５】まず、第１の送光光学系１０を進む２つの
第１ヘテロダインビームは、図中に示す如く、ミラーＭ
₁ を反射した後、ｚ方向（鉛直方向）に偏光方向を持つ
直線偏光の光となり、レンズ２１２を透過し、ミラー２
１３で反射されて偏光ビームスプリッタ２１４へ入射
し、透過する。さらに、第１偏光ビームスプリッタ２１
４を透過した２つの第１ヘテロダインビームは、リレー
レンズ２１５を透過した後、第１の１／４波長板２１６
を透過することによって進行方向に対しそれぞれ右回り
の円偏光となり、ハーフプリズム２０５で反射されて集
光光学系３０へ入射する。

【００４６】一方、第２の送光光学系２０を進む２つの
第２ヘテロダインビームは、図中に示す如く、２つのミ
ラー（Ｍ₂ ，Ｍ₃ ）を反射した後、ｚ方向（鉛直方向）
に偏光方向を持つ直線偏光の光となり、レンズ２２２を
透過し、ミラー２２３で反射されて偏光ビームスプリッ
タ２２４へ入射し、透過する。さらに、第２偏光ビーム
スプリッタ２２４を透過した２つの第２ヘテロダインビ
ームは、リレーレンズ２２５を透過した後、第２の１／
４波長板２２６を透過することによって進行方向に対し
それぞれ左回りの円偏光となり、視野合成用ミラー２０
４で反射されて２つの第１ヘテロダインビームと平行な
光路を進み、ハーフプリズム２０５で反射されて集光光
学系３０へ入射する。

【００４７】集光光学系３０内へ送光された２つの第１
及び第２ヘテロダインビームは、対物レンズ２０６によ
って、ミラー２０７を介してウエハ面上のアライメント
マーク（ＷＭ₁ ，ＷＭ₂ ）にそれぞれ交差するように集
光される。ウエハ面上には、アライメントマークとして
ｙ方向に沿った所定ピッチを有する第１回折格子状のマ
ークＷＭ₁ とｘ方向に沿って所定ピッチを有する第２回
折格子状のマークＷＭ₂ が、近接して形成されている。

【００４８】ウエハが載置されているステージは、ｙ方
向干渉計とｘ方向干渉計からなる駆動装置によってｘｙ
方向に移動可能であり、このステージの移動に伴ってウ
エハがｘｙ方向に移動する。このアライメント装置にお
いては、ハーフプリズム２３１によって分割された参照
用ヘテロダインビームが、参照用回折格子２３２上に集
光し、回折格子２３２上にそのピッチ方向に沿って流れ
る干渉縞が形成され、回折格子２３２を介した回折光が
参照用の光ビート信号として参照用検出器２３３にて光
電検出される。

【００４９】さらに、、ウエハ面上の第１回折格子マー
クＷＭ₁ 及び第２回折格子マークＷＭ₂ 上にそれぞれ第
１および第２ヘテロダインビームが２方向から交差する
ように集光されると、各々の回折格子マーク（ＷＭ₁ ，
ＷＭ₂ ）上にピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成さ
れ、各回折格子マークから発生する回折反射光のうち、
各送光光学系の光軸（ＡＸ₁ ，ＡＸ₂ ）を進行する±１
次回折光が最終的に各々第１及び第２検出器（２１８，
２２８）で受光され、第１及び第２光ビート信号が光電
検出される。

【００５０】ここでは、ウエハが投影露光光学系に対し
て所定の位置にきた時に検出される第１および第２の光
ビート信号と、参照用検出器２３３で検出された参照用
光ビーチ信号との位相差が零になるよう設定されてい
る。従って、各検出器（２１８，２２８）で検出される
光ビート信号と参照用検出器２３３で検出される参照用
光ビート信号との位相差が零になるように、駆動装置を
制御し、各々の第１ヘテロダインビームおよび第２ヘテ
ロダインビームが各対応する回折格子マーク上に集光す
るようステージを移動させることによってウエハのアラ
イメントが行われる。

【００５１】第１回折格子マークからの回折光としての
戻り光（第１戻り光）は、再び集光光学系３０を逆行
し、ハーフプリズム２０５で反射され、第１の１／４波
長板２１６へ入射する。第１の戻り光は、送光の第１ヘ
テロダインビームと同じく、進行方向に対しそれぞれ右
回りの円偏光となり、第１の１／４波長板２１６を透過
することによって送光の偏光方向と直交して、ｙ方向に
直線偏光する光となる。この第１戻り光は、再びリレー
レンズ２１５を透過し、第１偏光ビームスプリッタ２１
４へ入射し反射され、レンズ２１７を介して第１検出器
２１８へ導かれる。

【００５２】また、第２回折格子マークからの回折光と
しての戻り光（第２戻り光）は、再び集光光学系３０を
逆行し、ハーフプリズム２０５で反射され、さらに視野
合成用ミラー２０４で反射され、第１の１／４波長板２
２６へ入射する。第２の戻り光は、送光の第２ヘテロダ
インビームと偏光方向が同じ、進行方向に対して左回り
の円偏光となり、第２の１／４波長板２２６を透過する
ことによって偏光方向が送光の偏光方向と直交して、ｘ
方向に直線偏光する光となる。この第２戻り光は、再び
リレーレンズ２２５を透過し、第２偏光ビームスプリッ
タ２２４へ入射し反射され、レンズ２２７を介して第２
検出器２２８へ導かれる。

【００５３】このような本実施例のアライメント装置で
は、視野合成用ミラー２０４および空間的に離れた２光
学系の構成によって、対物レンズ２０６の表面反射によ
って生じる迷光が、互いに他方の検出光学系へ混入する
ことはない。

【００５４】なお、上記第１および第２の実施例におい
ては、光束導入部材としてミラーを用いたが、本発明は
これに限定するものではなく、プリズム部材を用いるな
ど、第１および第２光束の視野合成ができるものであれ
ば広く使用可能である。また、上記実施例においては、
アライメント光学系用の光源を一つとしたが、第１の送
光光学系用および第２の送光光学系用に各々別個の光源
を設けても良い。この時、互いに異なる波長の光源でも
かまわない。また、本発明に用いられる検出方式は、上
記のＬＳＡ、ＬＩＡに限定されるものではない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
一つの集光光学系を共用させる構成とすることによっ
て、従来の独立した２つのアライメント光学系があった
時と同様の性能で２方向での被検物体上の位置検出を行
いながらも被検物体上では一つの光学系とすることがで
き、アライメント時のステージ動作量が少なくてすみ、
スループットも向上する。また、重複していた光学系の
分だけアライメント光学系による占有空間が減り、露光
用投影レンズ周りのスペースを確保することが可能であ
ると共に、光学系の設計が簡便ででコスト低減が実現で
きる。さらに、このような構成であれば、２方向用の各
アライメントマークも近接して設けることができるので
ウエハ等の被検物体上へのアライメントマークの形成が
同時に行い得るのでより簡便となる。

【００５６】また、本発明によれば、第１光束と第２光
束が視野合成された後の光学系内で対物レンズ等の光学
部材のガラス表面反射などによって戻ってきた迷光が、
空間的に離れた相手の光学系、即ち第１光束の迷光が第
２の送光光学系側へまた第２光束の迷光が第１の送光光
学系側へ入り込む確率が低くなる。もし視野合成用ミラ
ーで反射されないであいての送光光学系側へ入り込んで
しまった場合も、迷光は他方の検出光学系まで到達する
ことがなく、迷光が他方の検出器へ混入することがない
ので、それぞれのアライメントマークが精度良く検出で
き、従ってアライメントの精度も向上する。という効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるアライメント装置
の概略構成図である。

【図２】図１のアライメント装置の部分を拡大した時の
様子を示す図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は集光光学系の視野内での各ア
ライメントマークの配置関係を示す模式図である。

【図４】図１に示した第１の実施例の変形例を示す図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例によるアライメント装置
の概略構成図である。

【図６】本発明の作用を説明するための図である。

【図７】従来技術によるアライメント装置の概略構成図
であり、（ａ）は装置全体の様子を示す平面図、（ｂ）
はアライメント装置の光路の様子を示す図である。

【符号の説明】

１，１０：第１の送光光学系２，２０：第２の送光光学系３，３０：集光光学系１００，２００：レーザ光源１０２：シリンドリカルレンズ２０２：２光束周波数シフタ１０５，２０５，２１７，２２７，２３１：ハーフプリ
ズム１１１，１２１，２１１，２２１：視野絞り１１４，２１４：第１の偏光ビームスプリッタ１２４，２２４：第２の偏光ビームスプリッタ１１６，２１６：第１の１／４波長板１２６，２２６：第２の１／４波長板１０３，２０３，１１０：偏光ビームスプリッタ１３０：１／４波長板１０４，２０４：視野合成用ミラー１０６，２０６：対物レンズ１１３，１２３，２１３，２２３，１０７，２０７：ミ
ラー１１８，２１８：第１検出器１２８，２２８：第２検出器２３２：参照用回折格子２３３：参照用検出器ＷＭ₁ ，ＷＭ₂ ：アライメントマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物体上に形成された第１アライメン
トマークによって前記被検物体上の第１方向の位置を検
出すると共に、前記被検物体上に形成された第２アライ
メントマークによって前記被検物体上の前記第１方向と
は異なる第２方向の位置を検出するアライメント装置に
おいて、所定の偏光状態の第１光束を送光する第１の送光光学系
と、前記第１光束を前記第１アライメントマーク上に集
光する第１の集光光学系と、前記第１の送光光学系と前
記第１の集光光学系との間の光路中に配置された第１偏
光ビームスプリッタと、該第１偏光ビームスプリッタを
介して前記第１アライメントマークからの光を検出する
第１検出光学系と、前記被検物体と前記第１偏光ビーム
スプリッタとの間の光路中に配置された第１の１／４波
長板と、前記第１の光束とは相対的に位相が１８０度ずれた偏光
状態の第２光束を送光する第２の送光光学系と、前記第
２光束を前記第２アライメントマーク上に集光する第２
の集光光学系と、前記第２の送光光学系と前記第２の集
光光学系との間の光路中に配置された第２偏光ビームス
プリッタと、該第２偏光ビームスプリッタを介して前記
第２アライメントマークからの光を検出する第２検出光
学系と、前記被検物体と前記第２偏光ビームスプリッタ
との間の光路中に配置された第２の１／４波長板と、を
有し、前記第１の送光光学系と前記第１の集光光学系との間の
光路中における前記被検物体と実質的に共役な位置に、
前記第２送光光学系からの第２光束を導入する光束導入
部材を設け、前記第１集光光学系が前記第２集光光学系
を兼ねる構成としたことを特徴とするアライメント装
置。
【請求項２】前記光束導入部材は、前記第１の集光光
学系の光軸を含む面に対して前記第１の送光光学系の光
軸と前記第２の送光光学系の光軸とが対称となるよう
に、前記第２の送光光学系の光軸を偏向する偏向部材で
構成されることを特徴とする請求項１に記載のアライメ
ント装置。
【請求項３】前記第１及び第２の１／４波長板は、前
記被検物体と前記光束導入部材との光路中において一体
的に構成されることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載のアライメント装置。