JPH02272305A

JPH02272305A - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH02272305A
Application number: JP1094965A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Umagome; 伸貴馬込; Kazuya Ota; 和哉太田; Hideo Mizutani; 英夫水谷; Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1990-11-07
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JP2814538B2

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、半導体素子や液晶表示素子等の製造に使用さ
れる露光装置に関し、特に回路パターンが形成されたレ
チクル（マスクと同義）と、この回路パターンが転写さ
れる感光基板（ウェハ）とを相対的に位置合わせ（アラ
イメント）する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体素子製造のりソゲラフイエ程では、レチク
ルパターンを高分解能でウェハ上に転写する装置として
、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るようになっている。こ
の種のステッパーには、レチクルパターンの投影像とウ
ェハ上にマトリックス状に形成された回路パターン（チ
ップ）とを正確に重ね合わせるアライメント光学系とし
て、Ｔ　Ｔ　Ｌ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ
）方式のレーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）系
が設けられている。

ＬＳＡ系の構成については、例えば特開昭６０−１３０
７４２号公報に開示されているので説明は省略するが、
細長い帯状スポット光を投影レンズを介してウェハマー
ク（回折格子マーク）上に照射し、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。従っ
て、ＬＳＡ系はマーク検出可能範囲（サーチ範囲）が広
く、しかも高速なアライメント計測が可能となるため、
現在ではＬＳＡ系によるエンハンスメント・グローバル
・アライメント（ＥＧＡ）が、ステッパーのアライメン
ト方式の主流となっている。尚、ＥＧＡについては特開
昭６１−４４４２９号公報に開示されており、ウェハの
中心及びその外周付近に位置する複数チップの座標値を
計測し、これら計測値から統計的手法により算出したチ
ップ配列に従ってウェハステージをステッピングさせ、
レチクルパターンの投影像とチップとを正確に重ね合わ
せるものである。しかし、ＬＳＡ系はレジストの塗布む
ら、アルミニウム層のスパッタリングによるウェハの表
面荒れ、或いは各種処理プロセスによる回折格子のエツ
ジ破壊等を要因として光電信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、
ランダム誤差の発生によってアライメント計測精度が低
下してしまうこともある。

そこで、例えば特開昭６１−２１５９０５号公報に開示
されたように、ウェハ上に形成された１次元の回折格子
マークを光学的に検出して、そのピッチ情報からウェハ
の位置を高分解能に検出する方式が提案されている。こ
の開示された方式は回折格子マークに対して２方向から
平行なレーザビームを同時に照射して１次元の干渉縞を
作り、この干渉縞を使ってマーク位置を特定するもので
あり、干渉縞を使うことから干渉縞アライメント法とも
呼ばれている。このような干渉縞アライメント法にも２
つの方法があり、２方向から照射されるレーザビームに
一定の周波数差を与えるヘテロダイン法と、周波数差の
ないホモダイン法である。ホモダイン法では回折格子マ
ークと平行に静止した干渉縞が作られ、位置検出にあた
っては回折格子マーク（物体）をそのピッチ方向に微動
させる必要があり、マーク位置は干渉縞を基準として求
められる。これに対してヘテロダイン法ではレーザビー
ムの周波数差（ビート周波数）のため、干渉縞がその線
方向（ピッチ方向）にビート周波数で高速に流れること
になり、マーク位置は干渉縞を基準として求められず、
専ら干渉縞の高速移動に伴う時間的な要素（位相差）を
基準として求めることになる。このヘテロゲイン法或い
はホモダイン法を採用したアライメント光学系（以下、
Ｌａ５ｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ａｌｉ
ｇｎｍｅｎｔ；Ｌ　Ｉ　Ａ系と呼ぶ）は、複数の長い格
子エレメント（バーパターン）が平行に配列された回折
格子マーク（デユーティは１：１）を用いるため、ウェ
ハの表面荒れや各種処理プロセスに対して強く、しかも
マークからの回折光強度に応じた光電信号の位相（正弦
波）が、格子ピッチＰの１／２の位置ずれに対して３６
０度変化するため、高分解能の計測を行うことが可能と
なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如きＬＩＡ系は高分解能である反
面、位置ずれ量がＰ／２ずれる毎に位相差が２πだけ回
って元に戻ることになる。このため、２本のレーザビー
ムによって作られる干渉縞に対して、少なくとも±Ｐ／
４内に回折格子マークを位置決め（プリアライメント）
しておかないと、Ｐ／２の整数倍のアライメント誤差が
生じるという問題点があった。そこで、このマーク検出
可能範囲（±Ｐ／４）が狭いＬＩＡ系とは別に、干渉縞
に対してマークを±Ｐ／４内にプリアライメントするた
めのアライメント光学系、例えばＬＳＡ系を設けること
が考えられる。上述した如（ＬＳＡ系はサーチ範囲が広
く、高速計測が可能であるため、プリアライメントを行
うのに好適なアライメント光学系であるが、同種の機能
を有するＬＩＡ系とＬＳＡ系とを別々にステッパーに設
けることは、スペース、コスト、光学調整等の点で極め
て不利となる。特にスペースにおいて、狭いレチクル周
辺にアライメント光学系が集中することは、アライメン
ト光学系を含む全ての設計において不利となる。また、
ウェハ上には１つのチップ（ショット領域）について両
方のアライメント光学系のための回折格子マークを別々
に設けなければならず、マーク面積が増大してしまうと
いう問題もある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レチクル
周辺でのスペースを最小とし、ウェハの表面荒れ等によ
るアライメント精度の低下を防止でき、高速、高精度に
アライメントが可能な位置合わせ装置を得ることを目的
としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、レチク
ルＲに形成された回路パターンをウェハＷ上に露光する
装置に設けられ、所定波長のコヒーレントな光ビームを
発生するレーザ光源２０を光源とする照明系と、少なく
ともウェハ側がテレセントリックな投影レンズＰＬ［対
物光学系］を含み、光ビームをウェハＷ上に照射する照
射光学系と、ウェハＷ上に形成されたＬＳＡマークＷＭ
ｘｓ、ＷＭｙｓを含むウェハマークＷＭｘ、、ＷＭｙ〔
位置合わせマーク〕から発生する光情報を投影レンズＰ
Ｌを介して受光する光電検出器３３ｉとを有し、光電検
出器３３ｉからの光電信号ＳＤｉ。

ＳＤｒ及び光ビーム信号ＳＤｗ（検出信号〕に応じて、
レチクルＲとウェハＷとを相対的に位置合わせする装置
において、照明系内に設けられ、光ビームとして投影レ
ンズＰＬの入射瞳ＰＬａの略中央を通るスポット光ＳＰ
〔第１光束〕と、このスポット光ＳＰの中心に関して略
点対称となるように入射瞳ＰＬａを通るビームＬＢ１ｐ
、ＬＢ２ｐ〔第２光束〕とを射出するＬＳＡ光学系２６
及びＬＩＡ光学系２７　〔多光束化手段〕と；スポット
光ＳＰとビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐとのいずれか一方の
みを入射瞳ＰＬａに通すように切換えるシャッター２４
，２５［切換手段〕とを設け、位置合わせマークの形状
に応じてスポット光ＳＰとビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐと
の切換えを行うように構成する。

〔作　用〕

本発明では、照明光として対物光学系の瞳面の略中央を
通る第１光束と、第１光束の中心に関して略点対称とな
るように瞳面を通る２本の第２光束とを射出する多光束
化手段（２組のビーム成形光学系）と、第１光束と２本
の第２光束とのいずれか一方のみを対物光学系の瞳面に
通すように切換える切換手段とを設け、感光基板上に形
成された位置合わせマークの形状に応じて、第１光束と
２本の第２光束との切換えを行うように構成している。

この際、本発明ではアライメント光学系が照明光を２分
割して２組の位置検出系（照射光学系と光電検出器とを
含む）にそれぞれ入射させるための光分割器を有するこ
とに着目し、第１光束と２本の第２光束とが互いに略直
交して入射するように光分割器を配置することによって
、この光分制器以降の光学部材（２組の位置検出系）を
共有させるように構成している。このため、レチクル周
辺でのスペースを最小とし、しかも２組のビーム成形光
学系、即ち２種類のアライメント光学系間でのオフセッ
トの発生を防止することができる。また、２組の位置検
出系のどちらか一方で、２種類のアライメント光学系の
光軸が正確に合致するように照明光の光路調整を行えば
、もう一方の位置検出系でのアライメント光学系の光軸
も正確に合致するため、その調整に要する時間も短く済
ませることができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例によるＴＴＬ方式のアライメント
光学系を備えたステッパーの概略的な構成について、第
１図〜第６図を参照して詳述する。

第２図において、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ装
置等の照明光源ｌは、ｇ線、ｉ線或いはＫｒＦエキシマ
レーザ光等のレジスト層を感光するような波長（露光波
長）の照明光ＩＬを発生し、この照明光ＩＬはオプチカ
ルインテグレータ（フライアイレンズ）等を有する照明
光学系２に入射する。照明光学系２により光束の一様化
、スペックルの低減化等が行われた照明光ＩＬは、ビー
ムスプリッタ−３及びミラー４を介してメインコンデン
サーレンズＣＬに至り、レチクルステージＲ８に載置さ
れたレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度で照明
する。レチクルＲは駆動部５により水平面内で２次元的
（回転も含む）に移動され、その位置はレーザ干渉計６
によって、例えば０．０２μｍ程度の分解能で常時検出
される。尚、レチクルＲにはパターン領域ＰＡに付随し
て、レチクルマークＲＭｘ、ＲＭｙ　（矩形の透明窓、
ＲＭｙのみ図示）が形成されている。さて、パターン領
域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側（若しくは片側）
テレセントリックな投影レンズＰＬに入射し、投影レン
ズＰＬはパターン領域ＰＡに形成された回路パターンの
投影像を、レジスト層が塗布され、その表面が結像面Ｉ
Ｍと略一致するように保持されたウェハＷ上に投影する
。ウェハＷは不図示のウエノいホルダー（θテーブル）
を介してウェハステージＷＳ上に載置され、ウェハステ
ージＷＳは駆動部７によりステップ・アンド・リピート
方式でＸ、Ｙ方向に２次元移動し、且つＺ方向に微動す
るように構成されている。また、ウェハステージＷＳの
Ｘ、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計８によって、例えば０
．０２μｍ程度の分解能で常時検出され、ウェハステー
ジＷＳの端部にはレーザ干渉計８からのレーザビームを
反射する移動鏡８ｍが固定されている。

また、ウェハステージＷＳにはベースライン計測時等で
用いられるフィデューシャル・マークを備えた基準部材
（ガラス基板）１０が、ウェハＷの表面位置と略一致す
るように設けられている。

この基準部材１０にはフィデューシャル・マークとして
、第３Ａ図に示すような光透過性のスリットパターンで
ある十字パターン１０ａと、光反射性のクロム層で凸凹
により形成された基準マーク（デユーティは１　：　１
）１０ｘ、１０ｙとが設けられている。ここで、第３Ｂ
図に基準マーク１０ｙの概略的な構成を示す。基準マー
ク１０ｙは複数のドツトマークがＸ方向に配列された回
折格子マーク（以下、ＬＳＡマークと呼ぶ）１０ｙｓと
、Ｘ方向に伸びた複数本（図中では１２本）のバーパタ
ーンとを有し、例えば４μｍのライン・アンド・スペー
ス・パターンが形成されるように、ＬＳＡマーク１０ｙ
ｓを中心としてＹ方向に配列されたものである。また、
光透過性の十字パターン１０ａは、不図示の光ファイバ
ーを用いて基準部材ｌＯの下へ伝送された照明光（露光
光）によって、下方（ウェハステージＷＳ内部）から照
明されるように構成されている。この十字パターンｌＯ
ａを透過した照明光は、投影レンズＰＬを介してレチク
ルＲの裏面（パターン面）に十字パターン１０ａの投影
像を結像する。レチクルマークＲＭｙ　（或いはＲＭｘ
）を透過した照明光は、コンデンサーレンズＣＬ及びミ
ラー４を通って、ビームスプリッタ−３で反射された後
、投影レンズＰＬの瞳共役面に配置された光電検出器を
含む光量検出系９により受光されるように構成されてい
る。

さらに、第２図には投影レンズＰＬの結像面ＩＭに向け
てピンホール或いはスリットの像を形成するための結像
光束１１を、光軸ＡＸに対して斜め方向より供給する照
射光学系１１ａと、その結像光束１１のウェハＷの表面
での反射光束１２を受光する受光光学系１１ｂから成る
斜入射方式の焦点検出系１１が設けられている。この焦
点検出系１１の構成等については、例えば特開昭６０−
１６８１１２号公報に開示されており、ウェハ表面の結
像面ＩＭに対する上下方向（Ｚ方向）の位置を検出し、
ウェハＷと投影レンズＰＬとの合焦状態を検出するもの
である。また、投影レンズＰＬから一定間隔で固定され
、専らウェハマークを検出するオフ・アクシス方式のウ
ェハ・アライメント（ＷＧＡ）系１２，１３が、Ｘ方向
に関して所定間隔だけ離れて設けられている。ＷＧＡ系
１２．１３の構成等については、例えば特開昭６０−１
３０７４２号公報に開示されているので説明は省略する
が、ガルバノミラ−等の振動鏡によって細長く伸びた帯
状のスポット光をウェハマーク（回折格子マーク）上で
微小振動させ、マークからの回折光又は散乱光に応じた
光電信号を光電顕微鏡と同様に同期検波するものである
。尚、本実施例では共にＸ方向に伸びたスポット光をＹ
方向に微小振動させ、ウェハマークのＹ方向の位置を検
出するものである。

次に、第１図、第４図を併用して本実施例によるアライ
メント光学系（２０に３３）、特に本実施例ではＬＩＡ
系とＬＳＡ系とから成るアライメント光学系（以下、５
ｉｔｅ　ｂｙ　５ｉｔｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；　ＳＳ
Ａ系と呼ぶ）の構成について詳述する。第１図はＳＳＡ
系の概略的な構成を示す斜視図、第４図は第１図に示し
たＳＳＡ系の主要部をさらに詳細に説明した図である。

第４図ではシャッター２４゜２５に対して図中で紙面と
平行な偏波面を持つ光をＰ偏光とし、それと垂直な偏波
面を持つ光をＳ偏光とする。また、説明を簡単にするた
めに第１図又は第２図中に示したミラー２８．３２ｙ、
３３ｄ、３３ｆ及び３３ｇは省略しである。尚、ウェハ
Ｗ上にはチップＣに付随して、第３Ｂ図に示した基準マ
ークｌｏｘ、１０ｙと同一形状のＬＳＡマークＷＭｘｓ
、ＷＭｙｓを含むウェハマークＷＭｘＳＷＭｙが形成さ
れている。

第１図において、所定波長の直交直線偏光のアライメン
ト用照明光（ビーム）ＡＬはレーザ光源２０から射出さ
れ、偏光状態を変化させる偏波面回転部材（以下、単に
波面回転板と呼ぶ）２１を介して偏光ビームスプリッタ
−２２に至り、Ｐ偏光成分から成るビームＡＬｐとＳ偏
光成分から成るビームＡＬｓとに波面分割される。尚、
レーザ光源２０はレジスト層に対してほとんど感度を持
たない波長（非露光波長）、例えば波長６３３ｎｍのＨ
ｅ−Ｎｅレーザを光源とすることが望ましい。さて、偏
光ビームスプリッタ−２２を通過したビームＡＬｐは、
シャッター２４を介してシリンドリカルレンズ等を含む
第１ビーム成形光学系（以下、ＬＳＡ光学系と呼ぶ）２
６に入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ−２２で反射されたビーム
ＡＬｓは、ミラー２３及びシャッター２５を介して２光
束周波数シフター等を含む第２ビーム成形光学系（以下
、ＬＩＡ光学系と呼ぶ）２７に入射する。シャッター２
４．．２５は、それぞれビームＡＬｐ、ＡＬｓの光路の
閉鎖、開放を行う、例えば４枚羽根のロータリーシャッ
ターであって、常にいずれか一方の光路のみを開放する
ように同時に回転制御される。尚、シャッター２４．２
５を設ける位置は、偏光ビームスプリッタ−２２と後述
するビームスプリッタ−２９との間であればどこでも構
わない。従って、本件発明の多光束化手段としてのＬＳ
Ａ光学系２６、ＬＩＡ光学系２７及び、切換手段として
のシャッター２４．２５を含む照明系（２０〜２７）は
、ＬＳＡ光学系２６、ＬＩＡ光学系２７からそれぞれ射
出する照明光を切換可能に発生することが可能となって
、いずれか一方の照明光のみを後述する如く投影レンズ
ＰＬの入射瞳ＰＬａに通すと共に、ウェハマークの形状
（本実施例では、ＬＳＡマークＷＭｘｓ。

ＷＭｙｓか、ウェハマークＷＭｘ、ＷＭｙか）に応じて
照明光の切換えを行うことができるようになる。

ここで、波面回転板２１として１／２波長板を回転可能
に設けると、ビームＡＬは１／２波長板の回転角に応じ
た光強度（光Ｉ）比で波面分割され、ＬＳＡ光学系２６
とＬＩＡ光学系２７の必要光量に応じて、ビームＡＬｐ
、ＡＬｓの光量比を最適なものに調整できることになる
。しかも、このことは波面回転板２１及び偏光ビームス
プリッタ−２２がシャッター機能を持つことを意味し、
特にシャッター２４．２５を省略することも可能である
。また、ビームＡＬと路間−光量のビームＡＬｐ　（又
はＡＬｓ）がＬＳＡ光学系２６（又はＬＩＡ光学系２７
）に入射することになり、ビームＡＬの光量損失がない
といった利点もある。しかし、１／２波長板の厚さ精度
（シャッターとしての遮光精度）や光量調整の容易さ等
を考慮し、本実施例では上記の如（シャッター２４．２
５を別設し、波面回転板（１／２波長板）２１は所定の
回転角で固定しておくものとする。また、波面回転板２
１及び偏光ビームスプリッタ−２２は、共にレーザ光源
２０の光軸に対して微小角度（例えば、ｌ°程度）だけ
第１図中のＸＹ平面内で傾けて配置されている。このた
め、ビームＡＬ（ＡＬｐ、ＡＬｓ）の光路中に配置され
た波面回転板２１等の光学部材からの反射光がレーザ光
源２０に戻ることによって、ビームＡＬの発振を不安定
にする現象、所謂バックトークの発生が防止される。

次に、ＬＳＡ光学系２６の構成を簡単に説明する。第４
図に示すようにシャッター２４を通過したビームＡＬｐ
は、ビームエクスパンダ−２６ａで所定のビーム径に拡
大され、シリンドリカルレンズ２６ｂにより細長い楕円
ビームＳＰに成形された後、第１リレーレンズ２６ｃ１
平行平面板２６ｄ及び第２リレーレンズ２６ｅを介して
平行平面板２６ｆに至る。平行平面板２６ｄ、２６ｆは
、共にＬＳＡ光学系２６の光軸ＡＸａに対して２次元傾
斜可能に設けられ、第２リレーレンズ２６ｅはその後側
焦点位置が後述するレンズ３１ｘ、３１ｙの前側焦点位
置と一致するように配置される。

平行平面板２６ｆを通過、即ちＬＳＡ光学系２６を射出
した第１光束としての楕円ビームＳＰは、ミラー２８で
反射された後、本件発明の光分割手段としてのビームス
プリッタ−２９によって、同一光量となるように２分割
（振幅分割）される。

ビームスプリッタ−２９で２分割された楕円ビームＳＰ
は、それぞれ第２リレーレンズ２６ｅの後側焦点位置に
配置された視野絞り３０ｘ、３０ｙで一度スリット状に
収束した後、第１図に示すようにレンズ３１ｘ、３１ｙ
及びミラー３２ｘ、３２ｙを介して位置検出系３３ｘ、
３３ｙに達する。

さらに、位置検出系３３ｘ、３３ｙを通過した楕円ビー
ムＳＰは、それぞ′れミラー３３ｇ、３３ｇを介して投
影レンズＰＬの入射瞳ＰＬａに至り、入射瞳ＰＬａの略
中央を通って露光フィールド内でそれぞれＹ、Ｘ方向に
伸び、且つ光軸ＡＸに向かうように、細長い帯状スポッ
ト光（シートビーム）ＳＰとしてウェハＷ上に形成され
る。尚、入射瞳ＰＬａにおいて楕円ビームの長手方向は
それぞれＸ、Ｙ方向と略一致しており、この入射瞳ＰＬ
ａにおける楕円ビームの長手方向とウェハＷ上に照射さ
れるスポット光の長手方向とは互いに略直交している。

また、位置検出系３３ｘ、３３ｙは同一構成であるため
、第２図及び第４図では位置検出系３３ｙのみ図示しで
ある。

ここで、第２図中に示した位置検出系３３ｙにおいて楕
円ビーム５Ｐ（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ−３
３ａ１１／４波長板３３ｂ１及び本件発明の偏向部材と
しての２次元傾斜可能な平行手面板３３ｃを通った後、
ミラー３３ｄを介して対物レンズ３３ｅに達する。１／
４波長板３３ｂにより円偏光となった楕円ビームＳＰは
ミラー３３ｆで反射され、位置検出系３３ｙ内の空間上
の焦点３３α（ウェハ共役面）で、対物レンズ３３ｅに
より一度スリット状に収束した後、ミラー３３ｇ及び投
影レンズＰＬを介してウェハＷ上にスポット光ＳＰ（円
偏光）として形成される。次に、スポット光ＳＰがＬＳ
Ａ？−りＷＭｙｓをＹ方向に相対走査すると、ＬＳＡマ
ークＷＭｙｓからは正反射光（０次光）３４以外に、回
折光（１次光以上）３５や散乱光３６（不図示）が生じ
る。

これら光情報（円偏光）は再び投影レンズＰＬ等を通っ
て、１／４波長板３３ｂによりＳ偏光となった後、偏光
ビームスプリッタ−３３ａで反射され、瞳リレー系３３
ｈを介して瞳共役面に配置された光電検出器（受光素子
）３３１により受光される。光電検出器３３ｉは、これ
ら光情報のうちの高次回折光、例えば±１〜３次回折光
３５と散乱光３６とをそれぞれ光電検出し、この回折光
３５、散乱光３６の各強度に応じた光電信号ＳＤｉ。

ＳＤｒをアライメント信号処理回路（以下、ＡｓＣと呼
ぶ）１４に出力する。

次に、ＬＩＡ光学系２７の構成について説明する。第４
図において、シャッター２５を通過したビームＡＬｓは
、２つの音響光学変調器等から成る２光束周波数シフタ
ー２７ａに入射し、互いに周波数が異なり、且つ共に直
交した直線偏光を含む２本のビームＬＢＩ、ＬＢ２に変
換される。ここで、２光束周波数シフター２７ａの構成
を第５図に示す。第５図において、ビームＡＬｓ　（Ｓ
偏光）はミラー４０で反射され、１／４波長板４１及び
レンズ４２を通った後、偏光ビームスプリッタ−４３に
よって、同一光量となるようにＰ偏光ビームとＳ偏光ビ
ームとに波面分割される。偏光ビームスプリッタ−４３
を通過したＰ偏光ビームは、ミラー４４を介して第１音
響光学変調器４５ａ（以下、単にＡＯＭ４５ａと呼ぶ）
に入射し、偏光ビームスプリッタ−４３で反射されたＳ
偏光ビームは、第２音響光学変調器４５ｂ（以下、単に
ＡＯＭ４５ｂと呼ぶ）に入射する。ＡＯＭ４５ａは周波
数ｆｌの高周波信号ＳＦｌでドライブされ、第５図には
示していないが、その周波数ｆ１で決まる回折角だけ偏
向された１次光をビームＬＢｌとして出力する。一方、
ＡＯＭ４５ｂは周波数ｆ１であるビームＬＢＩとの差周
波数がΔｆとなるように、周波数ｆ２（ｆ２＝ｆｌ−Δ
ｆ）の高周波信号ＳＦ２でドライブされ、同様にその周
波数ｆ２で決まる回折角だけ偏向された１次光をビーム
ＬＢ２として出力する。尚、ＡＯＭ４５　ａ。

４５ｂに対する入射ビームのうちの０次光は、適当な位
置に配置されたスリット（不図示）で遮光される。また
、ドライブ周波数ｆ１、ｆ２と差周波数Δｆとの関係は
、ｆｌ＞Δｆ、ｆ２＞Δｆであることが望ましく、Δｆ
の上限は光電検出器３３１等の応答性によって決まる。

本実施例ではＡＯＭ４５ａ、４５ｂのドライブ周波数ｆ
Ｌｆ２を、例えばそれぞれ８０．０２５ＭＨｚ、８０゜
０００ＭＨｚとし、その周波数差Δｆを２５ＫＨ２と低
く設定しているため、２つのＡＯＭ４５　ａ。

４５ｂでの１次回折光の回折角は共に等しくなっている
。さて、ＡＯＭ４５ａにより周波数ｆｌに変調されたビ
ームＬＢＩは、平行平面板４６を介してＳＳＡ系の瞳面
に配置された偏向ビームスプリッタ−４９に入射する一
方、ＡＯＭ４５ｂにより周波数ｆ２に変調されたビーム
ＬＢ２は、平行平面板４７及びミラー４８を介して偏向
ビームスプリッタ−４９に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ−４９は、ビームＬＢＩ、ＬＢ２を完全に同軸に合
成するのではなく、所定量だけ間隔をあけるようにビー
ムＬＢＩ、ＬＢ２を互いに平行に合成する。従って、平
行平面板４６．４７はビームＬＢｌ、ＬＢ２の進行方向
に所定角度だけ傾斜して配置され、その２次元的な傾斜
角を任意に調整できるように設定される。この結果、偏
光ビームスプリッタ−４９、即ち２光束周波数シフター
２７ａから射出するビームＬＢＩ、ＬＢ２は、第４図に
示すようにＬＩＡ光学系２７の光軸ＡＸｂを挟んで対称
に射出されることになる。

２光束周波数シフター２７ａから射出した２本の平行な
ビームＬＢＩ（Ｐ偏光で周波数ｆｌ）とＬＢ２（Ｓ偏光
で周波数ｆ２）とは、共に１／２波長板２７ｂにより偏
光方向が４５°だけ回転させられた後、偏光ビームスプ
リッタ−２７ｃに入射する。これより、ビームＬＢＩは
周波数ｆｌのＰ偏光ビームＬＢｌｐとＳ偏光ビームＬＢ
Ｉｓとに波面分割され、ビームＬＢ２は周波数ｆ２のＰ
偏光ビームＬＢ２ｐとＳ偏光ビームＬＢ２ｓとに波面分
割される。さて、偏光ビームスプリッタ−２７ｃで反射
される２本のＳ偏光ビームＬＢＩｓ（周波数ｆ　ｌ）、
ＬＢ２ｓ　（同ｆ２）は、瞳を像面に変換するレンズ系
（逆フーリエ変換レンズ）２７ｄを介して、装置上で固
定されている参照用回折格子２７ｅに、異なる２方向か
ら所定の交差角θで入射し結像（交差）する。光電検出
器（受光素子）２７ｆは、参照用回折格子２７ｅを透過
した０次光以外の回折光（干渉光）を受光し、回折光強
度に応じた正弦波状の光電信号ＳＲを出力する。この光
電信号ＳＲは、ビームＬＢＩｓ、ＬＢ２ｓの差周波数Δ
ｆに比例した周波数となり、光ビート信号となる。

一方、偏光ビームスプリッタ−２７ｃを通過する２本の
Ｐ偏光ビームＬＢ１ｐ（周波数ｆ１）。

ＬＢ２ｐ　（同ｆ２）は、瞳リレー系２７ｇの内部で平
行光束となって、−度交差した後に射出され、各主光線
がＬＩＡ光学系２７の光軸ＡＸｂに対して平行となると
共に、瞳面内で光軸ＡＸｂを挟んで点対称な２点にスポ
ットとして集光する結像光束となる。ビームＬＢ１ｐ、
ＬＢ２ｐは上記瞳面内若しくはその近傍に配置された平
行平面板２７ｈを通った後、レンズ２７ｉにより所定角
度だけ傾いた平行光束となって平行平面板２７ｊに入射
する。平行平面板２７ｈ、２７ｊは、共にＬＩＡ光学系
２７の光軸ＡＸｂに対して２次元傾斜可能に設けられ、
レンズ２７ｉはその後側焦点位置がレンズ３１ｘ、３１
ｙの前側焦点位置と一致するように配置される。平行平
面板２７ｊを通過、即ちＬＩＡ光学系２７を射出した２
本の第２光束としてのビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐは、上
述したスポット光ＳＰと同様に、ビームスプリッタ−２
９により同一光量となるように２分割（振幅分割）され
、それぞれ視野絞り３０ｘ、３０ｙで一度交差した後、
レンズ３１ｘ、３１７等を介して位置検出系３３ｘ、３
：３ｙに入射する。ビームＬＢＩｐ、ＬＢ２ｐは位置検
出系３３ｙ内の焦点３３αで一度交差し、入射瞳ＰＬａ
においてスポット光（楕円ビーム）ＳＰの中心に関して
略点対称となるように、−度スポット状に集光して入射
瞳ＰＬａを通った後、ウェハマークのピッチ方向に関し
て光軸ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光
束となって、ウェハマーク上に異なる２方向から交差角
θで入射し結像（交差）する。ここで、入射瞳ＰＬａに
おいてビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの各スポットは、スポ
ット光ＳＰの中心を通り、且つスポット光ＳＰの長手方
向（Ｙ方向）に伸びた直線上に、上述した如くスポット
光ＳＰの中心に関して略点対称となるように形成される
。

また、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの交差角θは、大きく
ても投影レンズＰＬの射出（ウェハＷ）側の開口数（Ｎ
、　Ａ、　）を越えることはない。さらに、ウェハ表面
と共役（像共役）に配置された視野絞り３０ｘ、３０ｙ
は、ウェハＷ上でのアライメント用照明光の形状（照射
領域）を任意に設定するためのものであり、その形状は
スポット光ＳＰとビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐとで共用さ
れるように定められている。尚、第４図においてウェハ
マークＷＭｙのピッチ方向は紙面内の左右方向であり、
ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの各々の光軸ＡＸからの傾き
方向も第４図の紙面内に定められる。

さて、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐが交差角θでウェハマ
ークＷＭｙ上に入射すると、ビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐ
が交差している空間領域内で、光軸ＡＸと垂直な任意の
面内（ウェハ面）には、格子ピッチＰに対して整数倍の
ピッチＰ’　　（Ｐ’Ｐ／２）で、１次元の干渉縞が作
られることになる。この干渉縞はウェハマークＷＭＹの
ピッチ方向（Ｙ方向）に、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの
差周波数Δｆに対応して移動（流れる）ことになり、そ
の速度Ｖは、■＝Δｆ−Ｐ’なる関係式で表される。こ
れより、ウェハマークＷＭＹからは光軸ＡＸ上に沿って
進行し、干渉縞の移動によって明暗の変化を周期的に繰
り返すビート波面になる±１次回折光（干渉光）３７が
発生する。この回折光３７は投影レンズＰＬ、１／４波
長板３３ｂ等を通り、偏光ビームスプリッタ−３３ａで
反射された後、瞳リレー系３３ｈを介して光電検出器３
３ｉにより受光される。光電検出器３３ｉから出力され
る光電信号ＳＤｗは、干渉縞の明暗変化の周期に応じた
正弦波状の交流信号（ビート周波数、以下光ビート信号
と呼ぶ）ＳＤｗとなってＡＳＣＩ４に出力される。

ここで、上述した光電検出器３３ｉの概略的な構成を第
６図に示す。第６図に示すように光電検出器３３ｉは、
スポット光ＳＰの照射によってＬＳＡマークＷＭｙｓか
ら発生する、例えば±１〜３次回折光３５の分布に合わ
せた受光面３８ａ。

３８ｂと、そのエツジから発生する散乱光３６の分布に
合わせた受光面３９ａ、３９ｂ及び、ビームＬＢ１ｐ、
ＬＢ２ｐの照射によってウェハマークＷＭＶから発生す
る回折光３７を受光するように配置された受光面３７Ｄ
を有する分割受光素子である。尚、上述した如くスポッ
ト光ＳＰをＬＳＡマークＷＭｙｓに照射すると、ＬＳＡ
マークＷＭｙｓからは回折光３５と共に正反射光３４や
散乱光３６も発生し、この正反射光３４や散乱光３６は
受光面３７Ｄ上に集光される。しかし、本実施例ではシ
ャッター２４．２５を回転制御して、スポット光ＳＰと
ビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐとが同時にウェハＷ上に照射
されないように切換えを行っているため、受光面３７Ｄ
で正反射光３４及び散乱光３６と回折光３７とが混在し
てしまうクロストークは防止される。

次に、ＡＳＣ１４は上記ＬＳＡ系（スポット光ＳＰ）を
用いる時、光電検出器３３ｉから出力される光電信号５
Ｄｉ（又は５Ｄｒ）と、レーザ干渉計８からの位置信号
とを入力し、ウェハステージＷＳの単位移動量（０，０
２μｍ）毎に発生するアップ・ダウンパルス信号に同期
して光電信号５Ｄｉ（又は５Ｄｒ）をサンプリングする
。そして、各サンプリング値をデジタル値に変換してメ
モリに番地順に記憶させた後、所定の演算処理によって
ウェハマークＷＭｙのＹ方向の位置を検出する。尚、Ａ
ＳＣ１４は光電信号ＳＤｉ、ＳＤｒの波形処理を並行し
て行い、両方の検出結果からウェハマークＷＭＹの位置
を決定することが望ましい。また、ＬＩＡ系（ビームＬ
Ｂ１ｐ、ＬＢ２ｐ）を用いる時、光電検出器３３ｉから
出力される光ビート信号ＳＤｗと、参照信号として光電
検出器２７ｆから出力される光ビート信号ＳＲとを入力
し、光ビート信号ＳＲを基準とした光ビート信号ＳＲ，
ＳＤｗの波形上の位相差を検出する。

この位相差（±１８０°）は、ウェハマークＷＭｙのＰ
／２内の相対位置ずれ量に一義的に対応している。ここ
で、ウェハマークＷＭｘ、ＷＭｙのピッチＰを８μｍと
し、ＡＳＣ１４の位相検出の分割能が０．　２°である
ものとすると、位置ずれの計測分解能は０．００４４μ
ｍにもなる。実際にはノイズ等の影響も受けるため、実
用的な計測分解能は０．０１μｍ（位相で０．４°）程
度になる。この検出方式は所謂ヘテロダイン方式であり
、ウェハＷがＰ／２の位置誤差範囲内であれば、静止状
態であっても高分解能で位置ずれを検出できるものであ
る。主制御装置Ｉ５は、シャッター２４．２５を同時に
駆動制御したり、ＡＳＣ１４からのマーク位置や位相差
（位置ずれ量）の情報、レーザ干渉計６，８からの位置
情報等に基づいて、駆動部５，７に所定の駆動指令を出
力し、レチクルＲとウェハＷとのアライメントを行う他
、焦点検出系Ｉ　Ｌ　ＷＧＡｌ　２．１３等を含む装置
全体を統括制御する。

〔以下、余白〕

さて、第１図、第４図中に示した本件発明の光分割手段
としてのビームスプリッタ−２９は、このビームスプリ
ッタ−２９より後方に配置された光学部材、即ち視野絞
り３０ｘ、３０ｙや位置検出系３３ｘ、３３７等におい
て、ＬＳＡ光学系２６の光軸ＡＸａとＬＩＡ光学系２７
の光軸ＡＸｂとを正確に合致させ、スポット光ＳＰとビ
ームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐとで位置検出系３３ｘ、３３７
等を共有させるため、スポット光ＳＰとビームＬＢｌｐ
、ＬＢ２ｐとが、同一平面（レチクルＲと平行な平面）
内で互いに略直交して分割面２９ａに入射するように配
置されている。この際、ビームスプリッタ−２９の位置
を調整するだけでは、精度良く光軸ＡＸａとＡＸｂとを
合致させることは難しい。そこで、本実施例ではステッ
パーの製造時或いはイニシャライズ時に、ＬＳＡ光学系
２６及びＬＩＡ光学系２７の内部にそれぞれ設けられた
平行平面板２６ｆ、２７ｊの傾斜角を調整しておく。つ
まり、スポット光ＳＰとビームＬＢＩｐ、ＬＢ２ｐとを
それぞれ微小量だけシフトさせることによって、スポッ
ト光ＳＰとビームＬＢＩｐ、ＬＢ２ｐとのビームスプリ
ッタ−２９への入射位置の微調整を行っておくものとす
る。

また、第５図に示した平行平面板４６．４７を所定角度
だけ傾けると、ＳＳＡ系の瞳面、例えば入射瞳ＰＬａに
おいて、光軸ＡＸを挟んで形成されるビームＬＢＩ、Ｌ
Ｂ２のスポットは、それぞれ傾斜角に応じて２次元移動
する。このことは、入射瞳ＰＬａでのビームＬＢ１ｐ、
ＬＢ２ｐのスポット間隔、即ちウェハマークＷＭｘ、Ｗ
Ｍｙ　上での交差角θが、平行平面板４６．４７の傾斜
角により規定されることを意味する。従って、本実施例
では予めビームＡＬｓ　（ＡＬ）の波長に応じて平行平
面板４６．４７を傾斜させ、ビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐ
の交差角θを調整しておくものとする。この際、同時に
ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐによって作られる干渉縞のピ
ッチ方向と、入射瞳ＰＬａでのビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２
ｐの各スポットを結ぶ直線とが略平行となるように、交
差角θを維持しながら（即ち、入射瞳ＰＬａでの２つの
スポットの位置間隔を一定に保ったまま）、平行平面板
４６．４７の少なくとも一方を傾斜させる。

この結果、ウェハＷ上では干渉縞のピッチ方向とウェハ
マークのピッチ方向とが正確に一致することになり、光
ビート信号ＳＤｗを高いコントラストで得ることができ
る。

また、上述した平行平面板２６ｄ、２７ｈは、共にＳＳ
Ａ系の瞳面又はその共役面若しくはそれらの近傍のいず
れかの面内に配置される。このため、平行平面板２６ｄ
、２７ｈをそれぞれ所定角度だけ傾け、入射瞳ＰＬａで
のスポット光ＳＰとビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐとの各ス
ポットを２次元的に移動させれば、投影レンズＰＬの射
出（ウェハＷ）側でのスポット光ＳＰの主光線と、ビー
ムＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの２等分線となる２ビームの主光
線との光軸ＡＸに対する傾き（以下、簡単にテレセン傾
きと呼ぶ）を調整できる。そこで、スポット光ｓｐとビ
ームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐとのテレセン傾きが零、若しく
は所定の許容範囲内に入るように、本実施例では、例え
ばステッパーのイニシャライズ時に、各テレセン傾きに
応じて平行平面板２６ｄ、２７ｈの傾斜角が調整される
。

尚、上述した如く平行平面板４６．４７及び２６ｄ、２
７ｈの傾斜角の調整が終了すると、入射瞳ＰＬａにおけ
るスポット光ＳＰの中心と、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐ
の各スポット（中心）とを結ぶ直線の方向が、ウェハマ
ークのピッチ方向（周期方向）と略平行となる。

ここで、上述した平行平面板４６．４７をそれぞれ同方
向に同一角度だけ傾斜させれば、入射瞳ＰＬａにおいて
ビームＬＢＩｐ、ＬＢ２ｐの各スポットは間隔が一定の
まま、その傾斜角に応じて２次元移動されることになる
。従って、平行平面板４６．４７もテレセン傾きの補正
機能を有することになって、平行平面板２７ｈを別設す
る必要がなくなる。しかしながら、本実施例では調整時
間や調整の容易さ等の点から、平行平面板４６゜４７は
ビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐの交差角θ、即ち干渉縞のピ
ッチを調整するものとし、そのテレセン傾きの補正は平
行平面板２７ｈにより行うものとする。尚、ビームＬＢ
１ｐ、ＬＢ２ｐの波長をλ、ウェハマークＷＭｙのピッ
チをＰ１ウエノ１ＷへのビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの入
射角を、それぞれ光軸ＡＸを挟んでθａ、θｂ（但し、
交差角θ＝θａ＋θｂ）とすると、平行平面板４６゜４
７及び２７ｈは、以下に示す式（１）の関係を満たすよ
うにその傾斜角が調整される。

ｓｉｎθａ＝ｓｉｎθｂ＝ｎλ／Ｐ　（ｎ＝１．２．−
）　”（１）この結果、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの入
射角θａ、θｂの対称性が維持され、テレセン傾き等が
補正されると共に、ウェハマークから発生する回折光３
７は常に光軸ＡＸ上に沿って進行することになる。

また、第２図及び第４図中に示した平行平面板３３ｃ（
本発明の偏向部材）も、ＳＳＡ系の瞳共役面の近傍に配
置されており、平行平面板２６ｄ。

２７ｈと全く同様の機能、即ちテレセン傾きの補正機能
を有する。特に、平行平面板３３ｃは位置検出系３３ｙ
内に配置され、入射瞳ＰＬａでのスポット光ＳＰ及びビ
ームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの各スポットを、同時に同量だ
け移動させるように構成されている。従って、投影レン
ズＰＬのウェハＷ側でのテレセン傾きは共に等しいと考
えられるため、どちらか一方のテレセン傾きに応じて平
行平面板３３ｃの傾斜角を調整すれば、スポット光ＳＰ
及びビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐのテレセン傾きが同時に
補正されることになる。尚、本実施例ではステッパーの
イニシャライズ時に平行平面板３３ｃの傾斜角調整を行
わず、例えば平行平面板３３ｃがＳＳＡ系の光軸（ＡＸ
ａ、ＡＸｂ）と正確に直交するように設定されている状
態で、平行平面板２６ｄ、２７ｈの傾斜角のみを調整し
て、スポット光ＳＰ及びビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐのテ
レセン傾きを補正しておくものとする。

次に、第７図〜第１１図を参照して本実施例による装置
の調整動作とマーク検出動作について説明する。第７図
は、本実施例の動作の一例を示す概略的なフローチャー
ト図である。

ステップ１００において、主制御装置１５は駆動部７に
よりウェハステージＷＳを移動させ、第８図に示すよう
に基準部材１０、即ち基準マークｔｏｙをビームＬＢｌ
ｐ、ＬＢ２ｐの照射位置に設定する。次に、位置検出系
３３ｙから射出するビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐで基準マ
ーク１０ｙを照射した状態で、焦点検出系１１を用いて
投影レンズＰＬと基準部材１０とのＺ方向の間隔をモニ
ターしながら、ウェハステージＷＳを構成するＺステー
ジ（不図示）を所定の範囲内で、Ｘ、Ｙ方向に横ずれが
生じないように２（光軸ＡＸ）方向に上下動させる。そ
して、ＡＳＣ１４は光電検出器２７ｆからの光ビート信
号ＳＲと、光電検出器３３ｉからの光ビート信号ＳＤｗ
との位相差φＷの変化を検出する。主制御装置１５は、
位相差情報（位相差φＷの変化）と、焦点検出系１１か
らの位置情報とに基づいて、位相差φＷの変化をＺステ
ージのＺ方向への微小変位量毎にサンプリングしていき
、第９図に示すような特性ＶＴを算出する。第９図にお
いて、横軸は基準部材１０のＺ方向の位置を、縦軸は位
相差φＷを表し、位置Ｚ４で基準部材ＩＯが最も投影レ
ンズＰＬに近づ（ものとする。従って、主制御装置１５
は第９図に示した特性ＶＴに基づいて、ビームＬＢ１ｐ
、ＬＢ２ｐのテレセン傾き（即ち、第９図中での特性Ｖ
Ｔの傾き）ΔＭを、以下の式（２）から求める。

ΔＭ＝ΔＬ／　ＩＺｌ−Ｚ４１・・・・（２）但し、Δ
Ｌは位相差１φｌ−φ４１に相当するＹ方向の横ずれ量
であるものとする。

次に、主制御装置１５は上記式（２）から算出したテレ
セン傾きΔＭが、所定の許容範囲内か否かを判断する。

この判断の結果、テレセン傾きΔＭが許容範囲を越えて
いる場合のみ、主制御装置１５はテレセン傾きΔＭに基
づいて平行平面板３３ｃの傾斜角を算出する。そして、
この傾斜角に応じて平行平面板３３ｃを傾け、ビームＬ
Ｂ１ｐ。

ＬＢ２ｐのテレセン傾きを補正する。同様に、位置検出
系３３ｘから射出するビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐのテレ
セン傾きも計測し、上述と同様の動作でテレセン傾きが
許容範囲を越えている場合のみ補正を行う。この結果、
ウェハＷ上へ照射されるビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの入
射角θａ、θｂの対称性が高精度に維持されると共に、
ビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐのテレセン傾き補正と同時に
、スポット光ＳＰのテレセン傾きも自動的に補正される
ことになる。尚、本ステップ１００では、焦点深度が２
０μｍ程度のスポット光ＳＰと比べて、Ｚ方向に関する
実効的な検出範囲が広いビームＬＢｌｐ、ＬＢ２ｐ　（
焦点深度３００μｍ程度）を用い、基準部材ＩＯをＺ方
向に上下動させているだけなので、高精度、高速にテレ
セン傾きを計測し、補正できる。これより、ＳＳＡ系の
テレセン傾きチエツクが終了し、次のステップｌＯ１を
実行する。

ステップ１０１において、シャッター２４，２５を同時
に回転制御し、ＬＳＡ光学系２６に入射するビームＡＬ
ｐの光路を開放する一方、ＬＩＡ光学系２７に入射する
ビームＡＬｓの光路を閉鎖する。この結果、ビームＡＬ
ｐのみがＬＳＡ光学系２６に入射し、ウェハＷ上にはビ
ームＬＢ１ｐ。

ＬＢ２ｐの代わりにスポット光ＳＰが照射されることに
なる。これより、ＬＩＡ系からＬＳＡ系への切換えが終
了し、次のステップ１０２を実行する。

ステップ１０２において、レチクルマークＲＭｙのＹ方
向の位置と、ＳＳＡ系のＹ方向のマーク検出基準位置、
即ち位置検出系３３ｙから射出するスポット光ＳＰの光
軸位置とを検出し、Ｙ方向のベースラインΔＢＹを算出
する。そこで、第１０図に示すように基準部材１０を露
光光で下方から照明し、投影レンズＰＬを介してレチク
ルＲに十字パターン１０ａの投影像を結像させる。そし
て、投影像がレチクルマークＲＭｙ　（矩形の透明窓）
を相対走査するようにウェハステージＷＳをＹ方向に微
動し、レチクルマークＲＭｙを透過した照明光を光量検
出系９により受光する。この際、投影像とレチクルマー
クＲＭｙとが合致した時に最大光量が通過し、順次その
ずれに応じて光量が減少する。これより、ＡＳＣ，１４
は光量検出系９からの光電信号とレーザ干渉計８からの
位置信号とに基づいて、レチクルマークＲＭｙのＹ方向
の位置を算出する。次に、基準部材ＩＯ上に形成された
基準マークｌＯｙを用いて、スポット光ＳＰのＹ方向の
光軸位置を計測する。そこで、スポット光ｓｐをＬＳＡ
マークｌ　Ｏｙｓと平行に基準部材１０上に形成した後
、主制御装置１５はウェハステージＷＳをＹ方向に微動
させ、ＬＳＡマーク１０ｙｓから発生する回折光３５及
び散乱光３６を光電検出器３３１　（受光面３８ａ、３
８ｂ及び３９ａ、３９ｂ）により受光する。そして、Ａ
ＳＣ１４は光電検出器３３ｉからの光電信号ＳＤｉ。

ＳＤｒと、レーザ干渉計８からの位置信号とに基づいて
、ＬＳＡマーク１０ｙｓの位置を算出する。

以上の検出結果から、主制御装置１５はＳＳＡ系のＹ方
向のベースラインΔＢｙを求め、さらに上述と全く同様
の動作でＸ方向のベースラインΔＢＸも算出する。この
際、精度向上の点から同様な計測を複数回行ない、それ
らを平均化した値をベースラインΔＢｘ、　　ΔＢＹと
して記憶すると良い。

次のステップ１０３において、主制御装置１５はＷＧＡ
系１２．１３及びＳＳＡ系を用い、ウェハＷのプリアラ
イメントを行う。そこで、ＷＧＡ系１２．１３はウェハ
Ｗの外周付近に、且つウェハセンタに関して左右（Ｙ軸
）対称な位置に形成された２個のチップのＹ方向の位置
を検出し、方ＳＳＡ系はステップ１０２と同様の動作で
ウェハＷの外周付近に、且つ上記２個のチップから等距
離にあるチップのＸ方向の位置を検出する。そして、主
制御装置１５は３つのチップの位置情報に基づいて、座
標系ＸＹに対するウェハＷの位置ずれ量（回転誤差を含
む）を算出し、この位置ずれ量に応じてウェハＷのプリ
アライメントを行う。

次のステップ１０４において、主制御装置１５はステッ
プ１０２，１０３と同様の動作で、ＳＳＡ系を用いてウ
ェハＷ上の少な（とも２個のチップＣの座標値（Ｘ、Ｙ
方向の位置）を計測する。

この際、ウェハＷの表面荒れ等によるランダム誤差のた
め、計測不可能若しくは計測結果が疑わしいチップＣに
関しては、再度計測を行うか、或いは改めてその近傍の
チップＣの計測を行うようにする。そして、ウェハＷの
伸縮（ランアウト）によるスケーリング誤差等を除去す
るため、これら計測結果とステップ１０２で計測したベ
ースラインΔＢｘ、　ΔＢＹとに基づいてチップの位置
情報（設計値）に補正を加え、新たにこの位置情報を配
列マツプとして記憶する。これより、配列マ・ツブに応
じてウェハステージＷＳをステッピングさせれば、常に
ウェハマークＷＭｘ、ＷＭｙはビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２
ｐに対して、±Ｐ／４内に位置決めされることになる。

尚、ステップ１０３での計測結果を利用して配列マツプ
を算出しても良く、この場合には配列マツプの算出精度
を向上させることができるか、或いは計測すべきチ・ツ
ブＣの数を減らすことができる。

次のステップ１０５において、上述したステップ１０１
と同様にシャッター２４．２５を回転制御し、スポット
光ＳＰの代わりにビームＬＢｌｐ。

ＬＢ２ｐをウェハＷ上に照射する。これより、ＬＳＡ系
からＬＩＡ系への切換えが終了し、次のステップ１０６
を実行する。

ステップ１０６において、主制御装置１５はＳＳＡ系を
用い、ウェハＷの中心及びその外周付近に位置する複数
個（５〜１０個程度）のチップＣの座標値を計測する。

そこで、ステップ１０４で求めた配列マツプに基づいて
、ウェハステージＷＳをステッピングさせ、座標値を計
測すべきチップＣのウェハマークＷＭｙを、ビームＬＢ
ｌｐ。

ＬＢ２ｐに対して±Ｐ／４内に位置決めする。次に、ビ
ームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐをウェハマークＷＭＹに照射し
、ウェハマークＷＭｙから発生する回折光３７を光電検
出器３３１　（受光面３７Ｄ）により受光する。ＡＳＣ
１４は、光電検出器３３１からの光ビート信号ＳＤｗと
光電検出器２７ｆからの光ビート信号（参照信号）ＳＲ
とに基づいて、光ビート信号ＳＤｗ、ＳＲの位相差φＷ
（±１８０°）を検出し、このＰ／２内の位相差φＷか
らウェハマークＷＭＹのＹ方向の位置を算出する。以下
、上記動作を繰り返し行うことによって、主制御装置１
５は統計的手法によりチップ配列を算出する。これより
、ＬＩＡ系によるＥＧＡ計測が完了し、次のステップ１
０７を実行する。

ステップ１０７において、主制御装置１５はステップ１
０２で計測したベースラインΔＢｘ、ΔＢｙと、ステッ
プ１０６で算出したチップ配列とに基づいて、ウェハス
テージＷＳをステッピングさせ、１チツプ毎にレチクル
Ｒを回転制御しながらレチクルパターンの投影像とチッ
プＣとを正確に重ね合わせて露光を行う。

次のステップ１０８において、主制御装置１５はレチク
ルＲの交換を行うか否か判断する。ここでは、同じレチ
クルＲを使用して同一ロット内に収納された未処理ウェ
ハへの露光を続けて行うものとし、再びステップ１０３
を実行する。以後、同一ロット内の全てのウェハＷの露
光が完了するまで、上記ステップ１０３からステップ１
０８が繰り返し実行される。これより、スループットや
アライメント計測精度等を低下させることなく、高精度
、高速に重ね合わせ露光を行うことが可能になる。

尚、機械的な振動等を要因としてベースラインΔＢｘ、
ΔＢｙが変動し得る場合、特に短時間でベースラインが
ドリフトしてしまうエキシマレーザ装置を露光用照明光
源とするステッパーでは、例えば第７図中に点線で示す
ように、複数枚（例えば、５〜１０枚程度）のウェハＷ
への露光が完了したら、ステップ１０８終了後にステッ
プ１゜３ではなくステップ１０２を実行するようなシー
ケンスを採用すると良い。

また、本実施例では第３Ｂ図に示した基準マーク１０ｙ
と同一形状、つまりＬＳＡ系の回折格子マーク（Ｌ　Ｓ
　Ａｖ−りＷＭｙｓ）と、ＬＩＡ系の回折格子マーク（
バーパターン）とを一体に形成したウェハマークＷＭＹ
を用いている。従って、ＬＳＡマークＷＭｙｓは現像等
の各種処理プロセスの影響を受は難く、そのエツジ破壊
等が大幅に低減される。そこで、上述したステップ１０
４においてチップＣの座標値を計測する際、主制御装置
１５はその計測結果（例えば、光電信号ＳＤｉの波形等
）に基づいて、ウェハＷ（レジスト層）の表面状態が良
好か否か判断する。そして、この判断結果が不良であれ
ば、本実施例と同様に続けてステップ１０５を実行する
が、逆に良好であれば、このままＬＳＡ系を用いてＥＧ
Ａ計測を行ってしまい、ステップ１０５（ＬＳＡ系から
ＬＩＡ系への切換）及びステップ１０６（ＬＩＡ系によ
るＥＧＡ計測）を行なわず、続けてステップ１０７を実
行するようなシーケンスを採用しても良い。

また、本実施例ではＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ
）を光源とするレーザ光源２０を用いるものとしたが、
このように単一波長のレーザビームではレジスト層の膜
厚等との関係から、レジスト層による薄膜干渉等の影響
を受けてアライメント精度が低下し得る。そこで、次に
薄膜干渉等の影響を除去できる本実施例の変形例につい
て、第１１図を参照して簡単に説明する。尚、第１１Ａ
図、第１１Ｂ図には本実施例と構成が異なる部材のみ図
示し、本実施例と同一の部材には同じ符号を付しである
。

第１１Ａ図に示すように、ＳＳＡ系の照明光源として上
述したレーザ光源２０と、例えばＨｅ−Ｃｄレーザ（波
長５３８ｎｍ）を光源とするレーザ光源５０とを設け、
レーザ光源２０．５０からそれぞれ射出するビームＡＬ
、ＡＬｃが、同軸に波面回転板２１に入射するようにグ
イクロイックミラー５１を配置する。さらに、第１１Ｂ
図に示すように位置検出系３３ｙにおいて、光電検出器
３３ｉの前にグイクロイックミラー５２を斜設すると共
に、第６図に示した光電検出器３３ｉと同一構成の光電
検出器５３を瞳共役面に別設し、ウェハマークＷＭＹか
ら発生する回折光３７を、波長に応じて光電検出器３３
ｉ、５３がそれぞれ独立に検出するように構成する。ま
た、ＳＳＡ系を構成する対物レンズ３３ｅ等の各光学部
材は、２つの波長に対して色消しされていることが望ま
しい。各光学部材が色消しされていない場合には、予め
基準部材ｌＯを用いてウェハＷ上での波長に応じたスポ
ット光ＳＰ及びビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの照射位置の
ずれ量を計測しておき、主制御装置１５がそれらずれ量
をオフセットとして持つようにしておくと良い。

さて、上記の如く構成されたＳＳＡ系においてスポット
光ＳＰを用いる場合には、レーザ光源２０．５０からビ
ームＡＬ、ＡＬｃを同時に射出し、ＬＳＡ光学系２６に
より互いに波長が異なる２つのスポット光ＳＰをウェハ
Ｗ上に形成する。そして、ウェハマークＷＭｙから発生
する光情報（回折光）を、その波長に応じて光電検出器
３３１゜５３により受光する。ＡＳＣ１４は、光電検出
器３３ｉ、５３からの光電信号とレーザ干渉計、８から
の位置信号とに基づいて、ウェハマークＷＭＹのＹ方向
の位置を検出する。この際、光電検出器３３ｉ、５３に
よってウェハマークＷＭｙの位置情報が同時に２つ検出
されることになるため、どちらか一方の波長のスポット
光ＳＰが薄膜干渉等の影響を受けても、常に精度良くウ
ェハマークＷＭｙの位置を検出できる。

一方、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐを用いる場合には、レ
ーザ光源２０．５０からビームＡＬ、ＡＬｃを同時に射
出せず、薄膜干渉等の影響を受は得る時のみ、例えばレ
ーザ光源２０からレーザ光源５０への切換えを行う。そ
して、レーザ光源５０から射出するビームＡＬｃ１即ち
波長５３８ｎｍのビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐを用い、ス
テップ１０６と同様の動作でウェハマークＷＭＹを検出
する。このため、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐにおいても
薄膜干渉等によるアライメント精度の低下が防止される
。尚、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの波長が変化すると、
ウェハマークＷＭｙから発生する回折光３７は投影レン
ズＰＬの光軸ＡＸ上に沿って進行せず、この回折光３７
を光電検出器３３ｉ、５３で検出することが不可能とな
る。そこで、常に回折光３７が光軸ＡＸ上を進行するよ
うに、レーザ光源２０．５０の切換えと同時に、式（１
）に基づいて平行平面板４６．４７の傾斜角を調整し、
ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐの交差角θを最適なものにし
ておく。また、第５図に示した２光束周波数シフター２
７ａでは、ＡＯＭ４５　ａ。

４５ｂが周波数ｆｌ、ｆ２で決まる回折角だけ偏向され
た１次光をビームＬＢＩ、ＬＢ２として出力している。

このため、ビームＡＬｓの波長変化に応じてＡＯＭ４５
ａ、４５ｂによる１次光の回折角も変化してしまい、同
様に回折光３７を光電検出器３３ｉ、５３で検出するこ
とが不可能となる。そこで、ＡＯＭ４５　ａ、　　４５
　ｂによる１次光の回折角が常に一定となるように、２
光束周波数シフター２７ａでもビームＡＬｓの波長に応
じてＡＯＭ４５ａ、４５ｂのドライブ信号ＳＦＩ、ＳＦ
２の周波数ｆｌ、ｆ２を微調整しておく。

以上の通り本発明の一実施例においては、２本のビーム
ＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐに所定の周波数差Δｆを持たせる、
所謂ヘテロダイン法を採用したＬＩＡ系を用いていたが
、ビームＬＢ１ｐ、ＬＢ２ｐに周波数差を与えず、静止
した干渉縞に対して回折格子マーク（ウェハマーク）を
そのピッチ方向に移動させることにより、干渉縞を基準
として回折格子マークの位置を検出する、所謂ホモダイ
ン法を採用したＬＩＡ系を用いても、同様の効果を得る
ことができるのは明らかである。

また、本実施例ではＬＩＡ系をＬＳＡ系と組み合わせて
いたが、例えば投影レンズＰＬを介して照明光（露光光
、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等）をウェハＷ上の所定領域に照射
し、ウェハマークからの光を、ウェハ表面と共役（像共
役）に配置された所定形状の指標マークを有する指標板
（焦点板）を介して、ＩＴＶ、ＣＣＤカメラ等の撮像素
子（イメージセンサ）により受光し、その画像信号を処
理する方式のアライメント光学系（ＴＴＬ方式）と組み
合わせても良い。尚、照明光としてＨｅ−Ｃｄレーザ等
の非露光波長の光を用いる場合には、アライメント光学
系内に収差補正光学系を設けておく。さらに、第２図中
に示したような振動鏡を用いたスポットスキャン方式の
ＷＧＡ系１２，１３や、ＬＳＡ系のようなステージスキ
ャン方式或いは上述した画像信号処理方式を採用したオ
フ・アクシス方式のウェハ・アライメント系と組み合わ
せても良い。

また、本実施例ではＬＳＡ系の回折格子マーク（ドツト
マーク）と、ＬＩＡ系の回折格子マーク（バーパターン
）とを、ウェハマークＷＭｘ、ＷＭｙとして一体に形成
していたが、予め両方の回折格子マークの設計上の間隔
をオフセットとして持つようにしておけば、両方の回折
格子マークを別々にウェハＷ上に形成しても同様の効果
を得ることができる。さらに、ＬＳＡ系の回折格子マー
クとして、複数のドツトマークをスポット光ＳＰの長手
方向に配列したマークを用いていたが、単に長手方向に
伸びたバーパターンを代用しても良い。また、ウェハＷ
は現像処理等の各種基板処理を施されるため、デユーテ
ィが１：１のレチクルマークを転写しても、常に本実施
例のようなウェハマークがデユーティ比ｌ：ｌで形成さ
れるとは限らない。そこで、予め各種基板処理によるウ
ェハマークのデユーティの変化量を予測しておき、ウェ
ハマークのデユーティが１：】となるように、この予測
値から算出したデユーティ比でレチクルマークを形成す
ると良い。さらに、デユーティ比１：１で形成したウェ
ハマークを用いても、レジスト層の膜厚との関係でウェ
ハマークから発生する回折光３７の強度が弱くなり、光
ビート信号ＳＤｗを高いコントラストで得ることができ
なくなる。このような場合には、予めレジスト層の膜厚
に応じて回折光強度が最も強（なるウェハマークのデユ
ーティ比を求めておき、この最適なデユーティ比でウェ
ハマークが形成されるように、各種基板処理によるデユ
ーティの変化量等を考慮してレチクルマークを形成する
と良い。

さらに、本発明によるアライメント光学系を適用するの
に好適な露光装置はステッパーに限られるものではなく
、例えばコンタクト方式或いはプロキシミティ一方式の
露光装置やＸ線露光装置等に適用しても、本実施例と全
く同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、異なる２種類のアライメ
ント光学系を組み合わせる際、本発明の光分割手段（ビ
ームスプリッタ−）を始めとして、２組のビーム成形光
学系以外の光学部材を最大限共有させている。このため
、露光装置内、特にレチクル周辺でのスペースを最小と
し、且つ２種類のアライメント光学系間でのオフセット
の発生を防止できる。しかも、光学部材の共有化に伴う
アライメント光の光量損失、照明光路の不安定化も防止
できる。また、光分割手段より後方に配置された２組の
光学部材（位置検出系等）の各々で、２種類のアライメ
ント光学系の光軸を正確に合致させる際、いずれか一方
での光軸が正確に合致するように光学調整を行えば、も
う一方での光軸も正確に合致するので、その光学調整に
要する時間も短く済ませることができる。さらに、ヘテ
ロダイン法或いはホモダイン法を採用したアライメント
系（ＬＩＡ系）とＬＳＡ系（或いはＷＧＡ系）とを組み
合わせる場合、両方のアライメントマーク（回折格子マ
ーク）を一体に感光基板に形成することができる。この
ため、ＬＳＡ系の回折格子マークが基板処理プロセスの
影響を受は難くなって、回折格子マークのエツジ破壊等
の発生が大幅に低減され、ＬＳＡ系のアライメント計測
精度を向上させることができる。また、ＬＩＡ系及びＬ
ＳＡ系からの照明光の各主光線の角度を同時に偏向する
偏向部材（平行平面板３３Ｃ）を、少なくとも感光基板
側がテレセントリックな対物光学系の瞳面又はその共役
面、若しくはそれら近傍のいずれかの面内に配置してい
る。このため、ＬＩＡ系を用いて対物光学系の感光基板
側のテレセン傾きを計測し、このテレセン傾きに応じて
偏向部材の傾斜角を調整するだけで、ＬＩＡ系及びＬＳ
Ａ系のテレセン傾きを同時（高速）に、しかも精度良く
補正できる。この結果、高精度、高速にアライメント及
びテレセン傾き補正が可能なアライメント光学系を備え
た露光装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＴＴＬ方式のアライメント光学系
の概略的な構成を示す斜視図、第２図は本発明によるア
ライメント光学系を備えたステッパーの概略的な構成を
示す平面図、第３Ａ図、第３Ｂ図は基準部材に設けられ
たフィデューシャル・マークの概略的な構成を示す平面
図、第４図は第１図に示したアライメント光学系の主要
部をさらに詳細に説明した平面図、第５図は２光束周波
数シフターの詳細な構成を示す図、第６図は本発明によ
るアライメント光学系の光電検出器の概略的な構成を示
す図、第７図は本発明の実施例の動作の一例を示す概略
的なフローチャート図、第８図はテレセン傾きの説明に
供する平面図、第９図はテレセン傾き補正の説明に供す
るテレセン性の計測データを表すグラフ、第１０図はレ
チクルマークの位置計測動作の説明に供する図、第１１
Ａ図、第１１Ｂ図は本発明の詳細な説明に供する平面図
である。ＩＭ・・・結像面、Ｗ・・・ウェハ、ＷＳ・・・ウニ／
）ステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスクに形成されたパターンを感光基板上に露光
する装置に設けられ、所定波長のコヒーレントな光ビー
ムを発生する照明系と、少なくとも前記感光基板側がテ
レセントリックな対物光学系を含み、前記光ビームを前
記感光基板上に照射する照射光学系と、前記感光基板に
形成された所定形状の位置合わせマークから発生する光
情報を前記対物光学系を介して受光する光電検出器とを
有し、該光電検出器の検出信号に応じて前記マスクと前
記感光基板とを相対的に位置合わせする装置において、前記照明系内に設けられ、前記光ビームとして前記対物
光学系の瞳面の略中央を通る第１光束と、前記第１光束
の中心に関して略点対称となるように前記瞳面を通る２
本の第２光束とを射出する多光束化手段と；前記第１光
束と２本の第２光束とのいずれか一方のみを前記対物光
学系の瞳面に通すように切換える切換手段とを備え、前
記位置合わせマークの形状に応じて前記第１光束と２本
の第２光束との切換えを行うことを特徴とする位置合わ
せ装置。
（２）前記２本の第２光束は、前記対物光学系の瞳面で
略スポット状に集光した後、前記２本の第２光束の各々
が略平行光束となって、前記対物光学系から所定の角度
で交差するように射出されることを特徴とする請求項第
１項記載の位置合わせ装置。
（３）前記位置合わせマークは、所定の周期構造で形成
され、前記対物光学系の瞳面での前記第１光束の中心と
前記２本の第２光束の各中心を結ぶ直線の方向が、前記
位置合わせマークの周期方向と略平行となるように、前
記第１光束と２本の第２光束とを前記瞳面に入射させる
ことを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の位置合
わせ装置。
（４）前記照射光学系は、前記対物光学系の前記感光基
板側での前記第１光束の主光線の角度と前記２本の第２
光束の各主光線の角度との各々を同時に偏向する偏向手
段を有し、該偏向手段は前記対物光学系の瞳面又はその
共役面若しくはそれらの近傍のいずれかの面内に配置さ
れることを特徴とする請求項第１項乃至第３項記載の位
置合わせ装置。
（５）前記照射光学系は、前記第１光束と２本の第２光
束とが互いに略直交して入射するように配置され、前記
第１光束と２本の第２光束との各々を２分割する光分割
手段を有し、該光分割手段で２分割した前記第１光束と
２本の第２光束とを、夫々前記対物光学系を介して前記
感光基板上に照射することを特徴とする請求項第１項乃
至第４項記載の位置合わせ装置。