JPH0428217A - 位置合わせ装置 - 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、例えば、レクチル上のパターンを投影光学系
を介してウェハ上に転写する露光装置に用いる位置合わ
せ装置に関するものである。

従来の技術 近年、半導体装置はまずまず高密度化され、各々の素子
の微細パターンの寸法は０．５μｍ以下に及ぼうとして
いる。このような微細パターンの露光において、半導体
製造時に必要とされるような多数回にわたる重ね合わせ
露光を行うためには、各露光間の位置合わせが極めて大
切であり、その重ね合わせ精度は０．１μｍ以下が必要
とされる。

従来の位置合わせ装置として、特開昭６３−７８００４
号公報に記載されている構成が知られている。以下、図
面を参照しながら−１−記従来の位置合わせ装置につい
て説明する。

第１３図は従来の露光装置を示す構成図である。

第１３図において、レーザ光源１０１から出射したコヒ
ーレントな２周波のアライメント光はミラ１０２で２光
束に分割され、レチクル１０３上に形成された１対の第
１の回折格子１０４ａ、　１０４ｂで回折される。各回
折光は第１．第２のレンズ系１０５ａ、　　１０５ｂの
スペクトル面で適当な光束になり、空間フィルタ１．０
６　ａ　、　１０６　ｂを通過し、更に第２のレンズ系
１．０７　ａ　、　１０７　ｂと投影光学系１０８を通
過して、ウェハ１０９」二に設けられた第２の１対の回
折格子上１１０ａ、　１１．Ｏｂに投影する。この回折
光１１１ａ、　　ｌ１ｌｂは逆方向に投影光学系１０８
、第２のレンズ系１０７ａ、　ｌ０７ｂを通過し、光検
出器］１２ａ１１２ｂに導かれる。そして、ウェハ１０
９」二の第２の回折格子１１０ａ、　１１０ｂに２光束
を適当な方向から投影すると、回折光同志が重なった方
向に回折され、各々が干渉する。この干渉した１対の回
折光強度を光検出器１１２ａ、　１１２ｂで検出し、こ
の検出結果をコンパレータ１１３で比較し、制御系１１
４の駆動によりウェハ１０９を移動させ、上記一対の回
折光強度の差が零となる箇所を選択することにより、レ
チクル１０３とウェハ１０９との位置合わせが可能とな
る。

一方、レチクル〕０３のパターンは投影用光源１１５お
よび照明光学系１１６により照明され、その投影像は投
影レンズ１０８を介してウェハ１０９１に結像する。

発明が解決しようとする課題 しかし、以」−のような従来例の構成では、投影用光源
１１５から出射した露光光とレーザ光＃１０］から出射
したアライメント光がほぼ同波長であり、投影光学系１
０８が両者に対して同様に良好な結像性能を発揮する場
合にのみ有効である。例えば、将来、露光光の主流とな
ると期待されているエキシマレーザ等の紫外光に対して
は、屈折光学系を構成するための硝子材料が限られるた
め、色収差を補正した色消し投影光学系を構成すること
は極めて困難である。このため、投影光学系１０８は露
光波長でのみ十分に色補正されるように設計され、他の
波長の光に対しては非常に大きな色収差を示す。このた
め、アライメント光の波長は露光波長に十分に近いこと
が望ましい。ところが、半導体製作のプロセスからは、
アライメント波長が露光波長から十分に離れていること
が要望される。この理由として、化学増感レジスト等の
高感度レジストの使用に伴い、アライメント光によるレ
ジスＩ・の露光が心配される点、投影光学系１０８の結
像性能の限界を補うために使用される多層しシストや多
重反射を防止する染料人りレンズ１−が露光波長に近い
アライメント光を吸収してしまう点などを挙げることが
できる。つまり、半導体製作プロセス上の理由によりア
ライメント光の波長は露光波長から十分前れていなけれ
ばならない。

したがって、上記従来例の構成では、レチクルとウェハ
の高精度な位置合わせが困難になってしま謀 うという巷題がある。

謹 本発明は、上記のような従来技術の柵題を解決するもの
であり、アライメント光として露光波長とは異なる波長
を用いても回折格子を用いた投影光学系を通して行うス
ルー・ザ・レンズ・アライメント（ＴＴＬアライメント
）において、露光時以外は勿論のこと、露光中でも、第
１と第２の物体の高精度な位置合ねせを行うことができ
るようにした位置合わせ装置を提供することを目的とす
るものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の技術的手段は、投影
光学系の物体面上および像面上に位置する第１および第
２の物体にそれぞれ設けられた位置合わせ用マークと、
露光波長と異なる波長を持つ２周波のコヒーレンＩ・な
アライメント光を」二層載１の物体−Ｉ−で互いに干渉
させる手段と、上記第１の物体トで干渉縞が作られる特
定領域に対応して上記投影光学系の色収差を補正する補
正光学系と、この補正光学系と上記投影光学系の間に配
置され、露光光を遮らないように−」二層アライメント
光を導くアライメント光偏向素子と、上記第２の物体の
位置合わせマークの反則光からスペックルパターンを除
去する空間フィルタリング用光学系と、この空間フィル
タリング用光学系を透過した光から光ビート信号を検出
するための光検出手段を備えたものである。

そして、」二層載１．第２の物体上の位置合わせ用マー
クの少なくとも一方が回折格子であり、また、上記第１
の物体上の位置合わせ用マークが２周波のアライメント
光の干渉により等ビッヂの直線干渉縞を発生ずるのが好
ましい。

また、上記２周波のアライメント光を」−記載１の物体
−にで互に干渉させる手段は２周波のコヒレントなアラ
イメント光を出射する光源と、この光源から出射した２
周波のアライメント光を２つの光束に分割するための分
割光学系と、分割された２光束を上記第１の物体上の同
一位置に照明するための合成光学系とから構成し、また
は、１周波のコヒーレントなアライメント光を出射する
光源と、この光源から出射したアライメント光を２光束
に分割した後、ドツプラー効果を用いて２光束の周波数
に差を与える分割光学系と、分割された２光束を上記第
１の物体上の同一位置に照明するための合成光学系とか
ら構成することができる。

また、上記合成光学系が上記第１の物体上の位置合わせ
用マークで作られる干渉縞のピッチを調整し、上記補正
光学系および」二層投影光学系の倍率誤差を吸収するよ
うにし、また、上記分割光学系が２周波のコヒーレント
なアライメント光を分割するために偏光光学素子を用い
ることができる。また、上記アライメント光偏向素子は
露光光を透過し、アライメント光を反射するダイクロイ
ックミラー膜を用いて形成することができる。

作用 したがって、本発明によれば、露光光とは波長を異にす
る２周波のアライメント光を第１の物体上の位置合わせ
用マークで互に干渉さセて任意ピンチの干渉縞を形成し
、この干渉縞を補正光学系、アライメント光偏向素子、
投影光学系を介して第２の物体トに投影する。この第２
の物体にの位置合わせ用マークからの反射光は空間フィ
ルタリング光学系でスペックルパターンを除去した後、
光検出器で受光する。この光検出器で得られる光ビート
信号の位相比較から得られる位置ずれ信号から第１と第
２の物体の相対位置を制御して位置合わせすることがで
きる。そして、上記のようにアライメント光の干渉によ
り干渉縞が作られる特定領域に対応して補正光学系によ
り投影光学系の色収差を補正することができ、また、ア
ライメント光偏向素子により露光光を遮らないようにア
ライメント光を導くことができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。第１図
ないし第８図は本発明の第１の実施例における位置合わ
せ装置を示し、第１図は全体の構成図、第２図は第１図
の■矢視部の拡大図、第３Ｍは第１図の■矢視部の拡大
図、第４図は色補正を行う投影レンズの画角内の特定領
域を示すレチクルの平面図、第５図はレーザ光源から出
射されるレーザ光の偏光方向図、第６図は空間フィルタ
リング光学系内の空間フィルタの働きの説明用平面図、
第７図（ａ）と（ｂ）はそれぞれアライメント光偏向素
子の斜視口と断面図、第８図（ａ）〜（ｄｌは上記実施
例の動作説明用で、同図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ）は
ウェハ（第２の物体）における干渉縞と位置合わせ用回
折格子の重なり具合の変化説明図、同図（ｄ）はスキャ
ン領域の説明図である。

本実施例においては、ｘ、ｙ、　　θの３軸の位置合わ
せ系の内、Ｘ方向の１軸の位置合わせについて説明する
が、その他の軸についても同様にして位置合わゼするこ
とができる。

第１Ｍにおいて、１は第１の物体である露光原盤のレチ
クル、２はレチクル１のパターンが露光される第２の物
体であるウェハ、３はウェハ２を移動させるウェハステ
ージ、４は投影レンズ（投影光学系）であり、この投影
レンズ４の物体面−ににレチクル１が配置され、像面−
Ｌにウェハ２か配置されている。５はレヂクル〕上に設
＋：ｌられた位置合わせ用マーク（以下、位置合わせ用
ブランクと呼ぶ）、６はウェハ２上に設けられた位置合
わせ用マーク（以下、位置合わせ用回折格子と呼ぶ）、
７は照明光学系、８は照明光学系７を透過した露光光で
ある。９は位置合わせ用の光源であり、直交偏光した２
つの異なる周波数（ｆｆ２）のアライメント光１０を出
射する。１１は分割光学系であり、レーザ光源９から出
射したアライメント光１０を分割する偏光ビームスプリ
ッタ１２と、偏光ビームスプリッタ１２で分割されたｆ
ｆ２成分のアライメント光１０を円偏光化する波長板１
３とからなる。１４は合成光学系であり、分割光学系１
１で分割されたｆ、、ｆ２成分のアライメン］・光】０
を反射するミラー１５と、このミラー１５の角度を調整
する微調機構１６とからなる。１７はミラー１５で反射
されたｆ＋、ｆ２成分のアライメント光１０を干渉させ
てレチクル１の位置合わせ用ブランク５に照射させる落
射ミラー、１８は位置合わせ用ブランク５でアライメン
ト光１０が干渉して特定領域で発生ずる進行型干渉縞１
９（第２図参照）に対応して投影レンズ４の色収差を補
正するための補正光学系、２０は補正光学系１８と投影
レンズ４との間に配置され、露光光８を遮らないように
アライメント光１０を導くアライメント光偏向素子、２
１はウェハ２」二の位置合わせ用回折格子６により回折
された回折光、２２は空間フィルタリング光学系であり
、空間フィルタ２３を有し、投影レンズ４、補正光学系
１８、レチクル１を通過し、落射ミラー１７、ミラー２
４で反射された回折光２１の中央部のみを透過させる。

２５は空間フィルタリング光学系２２を透過した回折光
２１が導かれる光検出器、２６はし−ザ干渉計、２７は
ウェハステージ３上に設けられたＬ型ミラーである。

以上の構成をその動作と共に、更に詳細に説明する。

位置合わせ用のレーザ光＃９は第５図に示すように、互
に直交偏光し、周波数がｆ４．ｒ２のコヒーレントなア
ライメント光１０を出射する光学ユニ・７トであり、本
実施例では、レーザ管に磁場をかけることにより２周波
を得るゼーマンレーザを用いている。この他、このよう
な光学ユニソ１−としては、一方向に伝播する超音波を
用いた光変調器や、回転回折格子を用い、周波数をトン
ブラーシフトさせることにより、２周波を得るような装
置を利用することができる。また、ｆ、とｆ２の周波数
差としては数十ｋＨｚ〜数十Ｍ　Ｈｚが一般的である。

レーザ光源９から出射したアライメント光１０は、分割
光学系１１において、偏光ビームスプリッタ１２により
ｆ１構成とｆ２成分に分割された後、波長板１３により
直線偏光から円偏光化される。分利用光学系】１として
は、偏光ビームスプリッタ１２のような誘電体多層膜を
用いたものの他、ウォランストンプリズムのような複屈
折を用いたものが使用可能である。また、アライメント
光１０が直線偏光のままであると、多重反射による強度
変動の影響を受けやすく、ウェハ２のアライメント時の
アライメント信号強度マージンが少ないため、円偏光化
する。

分割光学系１１により分割されたｆ、成分とｆ２成分の
アライメント光ＩＯは、合成光学系１４におけるミラー
１５Ｌこより反射され、落射ミラー１７により干渉され
てレチクル】」二の位置合ねゼ用ブランク５上に照射さ
れる。合成光学系１４におりるミラー１５は全反射を利
用したプリズム等に代えることも可能である。位置合わ
せ用ブランク５上で交わるｆｌ、ｆｔ成分のアライメン
ト光１０は互に干渉し、干渉縞を生ずる。干渉縞のピン
チは、約４μｍとなるようにミラー１５の角度が微調機
構１６により調整されているが、後述するような理由か
ら、干渉縞のピンチは数パーセントの範囲で微調可能な
ようになっている。ｆｌとｆ２成分のアライメント光１
０は互に干渉するが、その周波数がわずかに異なってい
るため、干渉縞は第２図に示すように、一方向にヒーＩ
・周波数で振動しながら進行することになる。このよう
な進行波としての干渉縞を進行型干渉縞１９と呼ふこと
にする。

ＫｒＦエキシマレーザから出射された露光光８が照明光
学系７を介してレチクル１に照明され、このレチクル１
の像が投影レンズ４によりうエバ２上に投影する。この
ような投影レンズ４は、露光光８の露光波長に合わせて
設計されているため、レーザ光源９から出射されるｆｌ
、ｆｔ成分のアライメント光１０の干渉により形成され
る進行型干渉縞１９を投影レンズ４だけでウェハ２上に
結像することは色収差が大きずぎて不可能である。

しかし、レチクル１上で進行型干渉縞１９が形成される
領域は狭く、この特定領域に対してだけ投影レンズ４の
色収差を十分に補正することが可能である。ここで、補
正光学系１８は、例えば、第４図に示すように、投影レ
ンズ４の有効画角２８の特定領域２９（図中では同一円
環領域）において、投影レンズ４の色収差を補正してお
り、レーザ光源９から出射されるｆ、、ｆ２成分のアラ
イメント光１０によりレチクル１上の特定領域２９内に
作られる進行型干渉縞１９は、ウェハ２上に正確に投影
結像される。なお、第４図において、３ｏはパターン領
域を示している。

」１記補正光学系１８について更に詳細に説明すると、
補正光学系１８の働きには大きく分けて次の２つがある
。

（１）波長の違いに起因する投影レンズ４の収差を補正
すること。

ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の露光光８（λ−２
４８，５ｎｍ）に適する投影レンズ４に用いられる合成
石英等の屈折率は、エキシマレーザ光のような紫外光と
、アライメント光１０のような可視光に対する屈折率が
太き（異なっている。このため、エキシマレーザ光に合
わせて最適設計された投影レンズ４のアライメント光１
０に対する色収差は極めて大きく、投影レンズ４の全画
角２８を色補正できるような補正光学系１８を設計する
ことは極めて難しい。そこで、本実施例のように、投影
レンズ４の画角の中で、位置合わせ用ブランク５の存在
するごく限られた特定領域２９に対して色補正を行うよ
うな補正光学系１８を用いることにより、補正光学系１
８の設計はかなり容易なものとなる。

このようにして、アライメント波長で形成される進行型
干渉縞１９を、小さな収差と十分なＭＴＦを持つ光学系
によりウェハ２」二へ投影することが可能となる。

（２）アライメント光１０に対するレチクル１、ウェハ
２間の投影倍率を補正すること。

露光光８の波長より長波長のアライメント光１０に対し
、投影レンズ４はより長い焦点距離を持つ。例えば、ｔ
（ｅ　−Ｎ　ｅレーザに対する投影レンズ４の焦点距離
は、ＫｒＦ露光波長の数１０倍あり、当然、結像倍率も
数１０倍となる（結像位置ももちろん異なる）。このよ
うな関係のもとで、アライメント光１０での投影倍率を
露光光８の波長での投影倍率と等しくすることは、補正
光学系１８の設計ヒ無理が多い。このため、露光光８の
波長での投影倍率が５であるとしても、アライメント光
ｌＯでの投影倍率は１程度に抑えることが好ましい。一
方、補正光学系■８と投影レンズ４の合成倍率を、色収
差を完全に補正しつつ正確に１にすることは、レンズの
製造、組立トかなり芹しいので、この合成倍率誤差を補
正するような機構を他に設けることが必要となる。この
補正機構は上記合成光学系１４中の微ｊＪｉ１機構１６
である。つまり、合成倍率が１．０１となった場合には
、進行型干渉縞１９のピッチを０．９９倍になるように
微調機構１６を調整すれば、ウェハ２上に投影される進
行型Ｔ渉縞３１（第３図参照）のピッチは不変である。

補正光学系１８は、通常、露光光８を蹴らないように配
置されるため、補正光学系１８によりウェハ２−ヒに結
像される位置合わせ用回折格子は第１４図に示す従来例
の回折格子１．１０　ａ　、　１．１．Ｏｂのように露
光エリア１１５の外になってしまう（−船釣にウェハ上
の位置合わせ用回折格子は露光により作られるため、露
光エリア１１５内に存在する。）。このため、アライメ
ント位置と露光位置が異なることになり、アライメント
後にウェハステージ３を移動させて露光位置に移動する
というアライメントシーゲンス（○Ｉｆ−Ａｘｉｓアラ
イメン（・）とならざるを得ない。このアライメンｌシ
ーゲンスでは、最終的な重ね合わせ精度にウェハステー
ジ３の移動精度が含まれてしまうため、装置の構成−１
−１不利である。このため、上記のようにアライメンＩ
〜光１０を露光光束中に導くアライメント光偏向素子２
０を補正光学系１８と投影レンズ４の間に挿入すること
により、補正光学系］８を通過したアライメント光１０
はアライメント光偏向素子２０に入射し、第７図（ａ）
、　（ｂ）に示すように、互いに平行な全反射面３２と
グイクロイックミラー膜３３で反射され、露光光束中に
導かれて投影レンズ４に入射する。なお、グイクロイッ
クミラー膜３３は、アライメント光１０を反射し、露光
光８を透過するように設計されており、露光光８の結像
を悪化させないようになっている。投影レンズ４に入射
したアライメント光１０は、露光エリア内にあるウェハ
位置合わせ用回折格子６１に結像し、再び進行型干渉縞
３１を形成する。

この進行型干渉縞３１はウェハ２上の位置合わ−Ｕ用回
折格子６と等ピンチになるようにあらかじめ合成光学系
１４を調整しであるため、進行型干渉縞３１と位置合わ
せ用回折格子６により生じる垂直方向の回折光２１の強
度はビート周波数（ｆ、とｆ。

の周波数差）で変化するようになる。進行型下渉縞３１
が位置合わせ用回折格子６ともようと重なったときに回
折光２１は強度ピークになり、１８０度位置ずれしてい
るときに回折光２１は強度最低どなる。つまり、この回
折光２１の強度は位置合わせ用回折格子６の位置ずれ情
報を交流成分の位相の中に含んでいることになる。した
がって、２周波レーザ光源９から基準となるビート信号
を取り出し、更に、上記とは逆に投影レンズ４を介して
アライメント光偏向素子２０で露光光８の夕）に導き、
続いて補正光学系〕８、レチクル１、落射ミラー１７、
ミラー２４および空間フィルタリング光学系２２を介し
て光検出器２５で検出した回折光２１の強度（８号と共
に、位相計に入力することにより、ウェハ２の位置ずれ
量を正確に知ることができる。

ここで、空間フィルタリング用光学系２２の役割を説明
する。例えば、ウェハ２の表面がアルミパターン等で荒
れていた場合を考えると、回折光２１の中にはアルミパ
ターンからのスペックルも混じることになる。この時の
空間フィルタリング光学系２２のフーリエ面上での光パ
ターンを第６図に示す。同図より、中央部のみを透過す
るような空間フィルり２３ヲ用いることで、スペンクル
パターン３４を落とすことができることがわかる。

本実施例において、補正光学系１８の投影レンズ４に対
する取付は位置精度は極めて重要である。

仮に、補正光学系１８が何らかの原因で位置ずれしたと
すると、レチクル１上の位置合わせマーク５とウェハ２
−Ｌの位置合わせ用マーク６との共役関係がずれてしま
う。したがって、補正光学系１８は投影レンズ４に対し
て長時間安定性を持って強固に固定されなければならな
い。そのために、補正光学系１８を投影レンズ４と一体
構造に作製する等の工夫が存効である。

また、本実施例においては、Ｘ方向の１軸の位置合わせ
について説明したが、Ｘ−Ｙ、θの３軸のアライメント
系においては、アライメント光偏向素子２０が露光光８
の均一性を損なわないようにする必要があるため、アラ
イメント光偏向素子２０の１例として、第７　ＩＦ（ａ
）、　（ｂ）に示すよ・）な四角錐の側面をダイクロイ
ックミラー膜３３で被覆した構成を用いることができる
。

更に、上記位置ずれ検出法が、使用している位置合わせ
用マークの周期性のために、ウェハ２の位置合わせ用回
折格子６のピッチの半分の検出レンジしか持たないこと
に対し、レチクル１上の位置合わせ用ブランク５の投影
像とビート信号強度を用いることにより、検出レンジを
事実」二無限大にできることについて第１図および第８
図を参照しながら説明する。ウェハ２は一定速度でスキ
ャン可能なウェハステージ３−ヒに載せられており、ウ
ェハステージ３は位置ずれ量が零と想定される位置を含
んだスキャン領域３５（第８図（ｄ）参照）をスキャン
するものとする。第８図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）に
示すように、進行型干渉縞３１と位置合わせ用回折格子
６の重なり具合が変化して行く（第８図（ａ）（ｂ）、
　（Ｃ）はそれぞれ第８図（ｄ）の点Ａ、Ｂ、Ｃに相当
する。）。このとき、光検出器２５からのビート信号を
振幅検出回路に入力し、スキャン時のウェハステージ３
のレーザ干渉計２６による座標を横軸に、ビート信号の
振幅を縦軸にとると、第８図（ｄ）に示すような３角形
に近いパターンが一般的に１４１られる。この３角形状
パターンの中心位置を計算することにより、位置ずれ足
零のウェハ２の位置を知ることができる。このときの検
出精度は、最終的なウェハ２とレチクル１の位置合わせ
精度には十分ではないが、粗アライメントとしては十分
な精度を持っており、前述の位相検出による位置ずれ検
出法と組合わせることにより、極めて広い検出レンジを
持ったアライメント系の構成が可能である。

本位置ずれ検出法の１つの特徴は、進行型干渉縞１９を
一度しチクルＩＩ−に形成し、それをウェハ２上に投影
することである。このため、ウェハ２のアライメントだ
けでなくレチクル１のアライメントも同時に行うことが
可能である。この場合の装置を第２の実施例として第９
図〜第１２図に示す。

第９図ないし第１２図は本発明の第２の実施例における
位置合わせ装置を示し、第９図は全体の構成図、第１０
図は第９図のＸ矢視部の拡大図、第１１図、第１２図は
レチクル上の位置合わせ用マークの配置図である。

本実施例においては、レチクル１上に設けられた位置合
わせ用回折格子３６からの回折光３７（第１０図参照）
が別の空間フィルタリング光学系３８を介して別の光検
出器３９により検出される。光検出器２５の前段に設け
られた視野絞り４０は位置合わせ用ブランク５からの光
だけを光検出器２５に導くためのものである。レチクル
１上の進行型干渉縞１９は前述の理由によりピッチを合
成光学系１４により微調されているため、レチクル１の
位置合わせ用回折格子３６とのピンチ誤差が生じる可能
性がある。

このため、レチクル１の位置合わせ用回折格子３６の回
折格子本数はできるだけ少ないことが望ましい。レチク
ル１は一般的に石英硝子上にＣｒパターンを描画したも
のであり、回折効率が高い。このため、多少、レチクル
ｌの位置合わせ用回折格子３６の面積が小さくとも、ビ
ート信号を光検出器３９で拾うことに支障ばないからで
ある。レチクル１の位置合わせ用回折格子３６の様子を
第１１図に示す。光検出器２５と光検出器３９のビート
信号の両方を検出すると、レチクル１とウェハ２の相対
合わせが可能となり、レチクル】、ウェハ２の単独アラ
イメントより更に高いアライメント精度が期待できる（
スルー・ザ・レチクル・アライメント、またはＴＴＲア
ライメン１〜）。更に、第１２図に示すようなレチクル
位置合わせ用回折格子３６の配置も使用可能である。こ
の位置合わせ用回折格子３６の特徴は、たとえ進行型干
渉縞１９にローテーション（位置合わせ用回折格子３６
の格子方向と、進行型干渉縞１９の線方向がずれること
）が発生しても、ウェハ１とレチクル２の相対位置ずれ
量検出にアラへ誤差を生しないことである。なぜなら、
進行型干渉縞１９のローテーションの有無にかかわらず
、ウェハ２、レチクル１の位置ずれ検出量は（位置合わ
せ用回折格子６．３６のパターンの一様性を仮定すると
、）位置合わせ用回折格子６．３６の重心位置で代表さ
れるものであり、第１２図に示すパターンではウェハ２
、レチクル１の位置合わせ用回折格子６，３６の重心位
置が見かり上一致するからである。

このように本発明では、特定位置に置かれたレヂク刀用
上の位置合わせ用ブランク５を、露光波長とは異なるコ
ヒーレントな２周波のアライメント光１０を用いて照明
し、進行型干渉縞１９を形成し、補正光学系１８と、ア
ライメント光偏向素子２゜と、投影レンズ４によって、
ウェハ２上の位置合わせ用回折格子６上に投影し、回折
光２１を空間フィルタリング光学系２２を透過して光検
出器２５に導き、ビート信号を検出し、その位相情報を
調べることでウェハ２の位置ずれを知ることができ、こ
の位置ずれ検出量に基づいてウェハステージ３を操作し
て位置ずれをなくし、正確な位置合わせを行うことがで
き、アライメント完了位置が即露光位置であるので、高
い重ね合わせ精度を得ることができる。

発明の効果 以七述べたように本発明によれば、露光光とは波長を異
にする２周波のアライメント光を第１の物体の位置合ね
一已用マークで互に干渉させ゛ζ任意のピンチの干渉縞
を形成し、この干渉縞を補正光学系、アライメント光偏
向素子、投影光学系を介して第２の物体上に投影する。

この第２の物体Ｊ−の位置合わせ用マークからの反射光
は空間フィルタリング光学系でスペックルパターンを除
去した後、光検出器で受光する。この光検出器で得られ
る光ビート信号の位相比較から得られる位置ずれ信号か
ら第１と第２の物体の相対位置を制御して位置合わせす
ることができる。そして、上記のようにアライメント光
の干渉により干渉縞が作られる特定領域に対応して補正
光学系により投影光学系の色収差を補正することができ
、また、アライメント光偏向素子により露光光を遮らな
いようにアライメント光を導くことができるようにして
いるので、露光波長とは異なる波長のアライメント光を
用いても、露光時以外は勿論のこと露光中でも、第１と
第２の物体を高精度に位置合わせすることができる０ｎ
−Ａｘｉｓ　　ＴＴＬアライメント系を構成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の第１の実施例における位
置合わせ装置を示し、第１図は全体の構成図、第２図は
第１回の■矢視部の拡大図、第３図は第１図の■矢視部
の拡大図、第４図は色補正を行う投影レンズ内の画角内
の特定領域を示すレチクルの平面図、第５図はレーザ光
源から出射されるレーザ光の偏光方向図、第６図は空間
フィルタリング光学系内の空間フィルタの働きの説明用
平面図、第７図（ａ）と（ｂ）はそれぞれアライメント
光偏向素子の斜視図と断面図、第８図（ａ）〜（ｄ）は
上記実施例の動作説明用で、同図（ａ）、　（ｂ）、　
（Ｃ）はウェハ（第２の物体）における干渉縞と位置合
わせ用回折格子の重なり具合の変化説明し１、同図（ｄ
）はスキャン領域の説明図、第９図ないし第１２図は本
発明の第２の実施例における位置合わせ装置を示し、第
９図は全体の構成図、第１０図は第９図のＸ矢視部の拡
大図、第１１回、第１２回はレチクル上の位置合わせ用
マークの配置口、第１３図は従来の位置合わせ装置を示
す全体構成図、第１４図は本発明のプライメン１〜光偏
向素子を用いない場合におけるうエバ」二に結像される
位置合わせ用回折格子の位置を示す説明図である。 １・・・・・・レチクル、２・・・・・・ウェハ、３・
・・・・・ウェハステージ、４・・・・・・投影レンズ
、５・・・・・・位置合わせ用ブランク（位置合わせ用
マーク）、６・・・・・・位置合わせ用回折格子（位置
合わせ用マーク）、７・・・・・・照明光学系、８・・
・・・・露光光、９・・・・・・光源、１０・アライメ
ント光、１１・・・・・・分割光学系、１４・・・・・
・合成光学系、１８・・・・・・補正光学系、１９・・
・・・・進行型干渉縞、２０・・・・・・アライメント
光偏向素子、２１・・・・・・回折光、２２・・・・・
空間フィルタリング光学系、２５・・・・光検出器、２
６・・・・・レーザ干渉εＩ、３１・・・・・進行型干
渉縞、３６・・・・・・位置合わせ回折格子、３７・・
・・・・回折光、３８・・・・・・空間フィルタリング
光学系、３９・・・・・・光検出器。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 第 図 第 第 図 図 ９児源、 第 図 ９１易フイルタ２３のＣ′Ａ−ル 回折光２１のス小°ット

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）投影光学系の物体面上および像面上に位置する第
   １および第２の物体にそれぞれ設けられた位置合わせ用
   マークと、露光波長と異なる波長を持つ２周波のコヒー
   レントなアライメント光を上記第１の物体上で互いに干
   渉させる手段と、上記第１の物体上で干渉縞が作られる
   特定領域に対応して上記投影光学系の色収差を補正する
   補正光学系と、この補正光学系と上記投影光学系の間に
   配置され、露光光を遮らないように上記アライメント光
   を導くアライメント光偏向素子と、上記第２の物体の位
   置合わせマークの反射光からスペックルパターンを除去
   する空間フィルタリング用光学系と、この空間フィルタ
   リング用光学系を透過した光から光ビート信号を検出す
   るための光検出手段を備えた位置合わせ装置。
2. （２）第１、第２の物体上の位置合わせ用マークの少な
   くとも一方が回折格子である請求項１記載の位置合わせ
   装置。
3. （３）第１の物体上の位置合わせ用マークが２周波のア
   ライメント光の干渉により等ピッチの直線干渉縞を発生
   する請求項１または２記載の位置合わせ装置。
4. （４）２周波のアライメント光を第１の物体上で互に干
   渉させる手段が２周波のコヒーレントなアライメント光
   を出射する光源と、この光源から出射した２周波のアラ
   イメント光を２つの光束に分割するための分割光学系と
   、分割された２光束を上記第１の物体上の同一位置に照
   明するための合成光学系を有する請求項１ないし３のい
   ずれかに記載の位置合わせ装置。
5. （５）２周波のアライメント光を第１の物体上で互に干
   渉させる手段が１周波のコヒーレントなアライメント光
   を出射する光源と、この光源から出射したアライメント
   光を２光束に分割した後、ドップラー効果を用いて２光
   束の周波数に差を与える分割光学系と、分割された２光
   束を上記第１の物体上の同一位置に照明するための合成
   光学系を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の位
   置合わせ装置。
6. （６）合成光学系が第１の物体上の位置合わせ用マーク
   で作られる干渉縞のピッチを調整し、補正光学系および
   投影光学系の倍率誤差を吸収する請求項４または５記載
   の位置合わせ装置。
7. （７）分割光学系が２周波のコヒーレントなアライメン
   ト光を分割するために偏光光学素子を用いる請求項１な
   いし６のいずれかに記載の位置合わせ装置。
8. （８）アライメント光偏向素子が露光光を透過し、アラ
   イメント光を反射するダイクロイックミラー膜を用いて
   形成された請求項１ないし７のいずれかに記載の位置合
   わせ装置。