JPH0430413A - 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、レチク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、半導体装置はますます高密度化され、各々の素子
の微細パターンの寸法は０５μｍ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
面を参照しながら上記従来の位置合わせ装置について説
明する。

第１５図は従来の露光装置を示す構成図である。

第１５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ー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１０４ａ１１０４ｂ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シ、空間フィルタ１０６
ａ、　１０６ｂを通過し、更に第２（Ｄｔｚｙ：Ｘ系１
０７ａ、　１０７ｂと投影光学系１０８を通過して、ウ
ェハ１０９上に設けられた第２の１対の回折格子上１１
０ａ、　　１１０ｂに投影する。この回折光１１１ａ、
　　１ｌｌｂは逆方向に投影光学系１０８、第２のレン
ズ系１０７ａ、１０７ｂを通過し、光検出器１１２ａ、
　１１２ｂに導かれる。そして、ウェハ１０９上の第２
の回折格子１１０ａ、　１’ｌＯｂ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１１２ａ１１１２ｂ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１１４の駆動によ
シウェハ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１０３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１０９上に結障する。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような従来例の構成では、投影用光源１
１５から出射した露光光とレーザ光源１０１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１０
８が両者に対して同様に良好な結障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
スト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レジストや多重反
射を防止する染料入りレジスト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うとい
う課題がある。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもの
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）　（ＴＴＬアライメン
ト）において、露光時板外は勿論のこと、露光中でも、
第１と第２の物体の高精度な位置合わせを行うことがで
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、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、上
記第２の物体上の位置合わせ用マークが露光光束内に配
置され、露光光束外に配置された上記補正光学系に上記
アライメント光を反射させるように構成されたものであ
る。

そして、上記第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
の干渉により等ピッチの直線干渉縞を発生するのが好ま
しい。

また、上記２周波のアライメント光を上記第１の物体上
で互に干渉させる手段は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
光学系および上記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。

まだ、上記第２の物体上に設けられた位置合わせ用マー
クが直交する２方向に回折光を生ずるような２次元回折
格子であり、上記第２の物体に斜めに入射したコヒーレ
ントなアライメント光に対し、その光を同一方向に反射
回折するようにその１つのピッチを設定することにより
、上記第２の物体上の位置合わせマークが露光光束内に
ありながら上記補正光学系を露光光束外に配置すること
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７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せて任意ピッチの干渉縞を形成し
、この干渉縞を補正光学系、投影光学系を介して第２の
物体上に投影する。この第２の物体上の位置合わせ用マ
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７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シ投影光学系の色収差を補
正することができ、また、露光光束内に配置された第２
の物体上の位置合わせ用マークによシ露光光束外に配置
された補正光学系にアライメント光を反射させ、露光光
を遮らないようにすることができる。

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１０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■矢視図、第３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４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５
図はレチクルの位置合わせ用マークである位置合わせ用
ブランク部の第１図における■矢視拡大図、第６図はウ
ェハの位置合わせ用マークである位置合わせ用２次元回
折格子部の第１図における■矢視拡大図、第７図は補正
光学系と投影レンズと露光光の位置関係説明図、第８図
はウェハの位置合わせ用マークである位置合わせ用２次
元回折格子の拡大平面図、第９図はその２次元回折格子
により生じる回折光の説明図、第１０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で
ある。

本実施例においては、Ｘ％Ｙ１　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せすること
ができる。

第１図および第２図において、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
わ、露光波長２４８０ｍに対し、良好に収差補正され、
この投影レンズ４の物体面上にレチクル１が配置され、
像面上にウェハ２が配置されている。５はレチクルｌ上
に設け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２次元回折格子と呼
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（ｆｌ、ｆ２）のアライメント
光１ｏを出射する。１１は分割光学系であり、レーザ光
源９から出射しまたアライメント光１０を分割する偏光
ビームヌプリノタ１２　と、偏光ビームスプリンタ　１
２で分割されたｆｌ、ｆ２成分のアライメント光１゜を
円偏光化する波長板１３とからなる。１４は合成光学系
であり、分割光学系１１で分割されたｆｌ、　ｆ２成分
のアライメント光１０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。１
７はミラー１５で反射されたｆ３　ｆ２成分のアライメ
ント光１ｏ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１ｏが干渉して特定領域で発
生する進行型干渉縞１９（第５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
ウェハ２上の位置合わせ用２次元回折格子６により回折
された回折光、２１は空間フィルタリング光学系であり
、空間フィルタ２２　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
２３で反射された回折光２０の中央部のみを透過させる
。

２４は空間フィルタリング光学系２１　を透過した回折
光２０が導かれる光検出器、２５は光検出器２４の前段
に設けられた受光マスク、２６はレーザ干渉計、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。上
記レーザ光源９、分割光学系１１、合成光学系１４、空
間フィルタリング光学系、ミラー２３、光検出器２４お
よび受光マスク２５はアライメントユニット２８　とし
て構成されている。したがって、ユニット単位で光学調
整されて装置本体に取り付けられ、保守性の向上が図ら
れている。第３図において、２９はレチクル１に対する
有効画角、３０は色補正を行った特定領域、３１はパタ
ーン領域である。

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源９は第４図に示すように、互
に直交偏光し、周波数がｆｘ、ｆ２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ットであり、本実
施例では、レーザ管に磁場をかけることによ９２周波を
得るＨｅ−Ｎｅ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ットとしては、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
をドツプ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、　ｆｌとｆ２
の周波数差としては数十ｋＨｚ〜数十■七が一般的であ
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成分と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。分割用光学系１１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によシ分割されたｆ１成分とｆ２成分の
アライメント光１０は、合成光学系１４におけるミラー
１５により反射され、落射ミラー１７により干渉されて
レチクル１上の位置合わせ用ブランク５上に照射される
。この様子を第５図に示す。合成光学系１４におけるミ
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、
ｆ２成分のアライメント光１ｏは互に干渉し、Ｘ方向に
明暗を繰シ返すような干渉縞を生じる。

干渉縞のピッチは、約８μｍ　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、干渉縞のピッ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１２成分の７
ライメント光１０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Ｘ方向にビート周波数
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と呼ぶことにする。

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によ沙ウェハ２上に投影する。この
ように投影レンズ４は、露光光８の露光波長に合わせて
設計されているだめ、レーザ光源９から出射されるｆｌ
、ｆ２成分のアライメント光１０の干渉によシ形成され
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すぎて不可能である。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３図に示すように、投影レンズ
４の有効画角２９の特定領域３０（図中では同−日環領
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ｆｌ、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３０内に作ら
れる進行型干渉縞１９は、ウェハ２上に正確に投影績［
象される。なお、第３図において、３１はパターン領域
を示している。

上記補正光学系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
４８１ｍ）　　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
大きく異なっている。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２９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、本実施例にように、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３０に対して色補正を行うよ
うな補正光学系１８を用いることによ如、補正光学系１
８の設計はかな欠容易なものとなる。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上
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、）
（ｅ−１’Ｊｅ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１象倍率
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の設計上無理が多い。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１０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１８　　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、ｌ／
ンズの製造、組立上かなり難しいので、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中の微調機構１６
である。つまシ、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
行型干渉縞３２（第６図参照）のピッチは不変である。

レチクル１上に形成された進行型干渉縞１９は、補正光
学系１８、投影レンズ４を通過し、ウエノ１２へ至り、
第６図に示すように、位置合わせ用２次元回折格子６の
上に再び進行型干渉縞３２を形成する。この位置合わせ
用２次元回折格子６により紙面内の回折のみではなく、
紙面に垂直な方向にも回折を生じている（その理由につ
いで第７．８．９図を参照しながら後述する）。上記進
行型干渉縞３２はウェハ２上の位置合わせ用２次元回折
格子６と等ピッチになるようにあらかじめ合成光学系１
４を調整しであるだめ、進行型干渉縞３２と位置合わせ
用２次元回折格子６により生じる垂直方向の回折光２０
の強度はビート周波数（ｆｌ　とｆ２の周波数差）で変
化するようになる。

進行型干渉縞３２　が位置合わせ用２次元回折格子６と
ちょうど重なったときに回折光２０　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２０は強度
最低となる。つまり、この回折光２０の強度は位置合わ
せ用２次元回折格子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、
空間フィルタリング光学系２１を介して光検出器２４で
検出した回折光２０の強度信号と共に、位相計に入力す
ることにより、ウェハ２の位置ずれ量を正価に知ること
ができる。

第７図にアライメント光１０と露光光８の結像の相違を
示す。アライメント光１０に対する投影レンズ４の焦点
距離は紫外光である露光光８に対する焦点距離の数１０
倍程度あり、第７図中、ウェハ２上の一点Ｐから発する
アライメント光１０と露光光８はそれぞれ点Ａ、　Ｂに
結像する。ここで、補正光学系１８を図中に示すような
位置に配置すれば、露光光８の中に存在する点Ｐをレチ
クル１上の点Ｃで観察することができる。点Ｐが露光エ
リア内の周辺部に設けられた位置合わせ用マークである
２次回折格子６内の一点であるとすると、露光光８を妨
害することなく、位置合わせ用２次元回折格子６を観察
することができることになる。なお、第７図において、
３３は投影レンズ４の入射瞳、３４はアライメント光１
０の仮想結像位置である。

第８図にウェハ２上に設けられる位置合わせ用２次元回
折格子６を示す。２次回折格子６の一方向のピッチＰｘ
は８μｍに設定されており、他方のピッチｐｙは次の式
によシ決定される値に設定されている。

５ｉｎ（２θ）＝に一λ／Ｐ・−−−（１）１＜＝ｌ、
２．３ θは第９図に示されるようなアライメント光１０の斜入
射角であわ、３５で示す正反射方向以外に２０で示す方
向に回折光を生じる。ｐｙをこのように設定することに
より、第７図において、アライメント光１０が点Ｃ−Ｆ
−Ｈ−Ｐ−Ｈ−Ｆ−Ｃという径路をたどることが可能に
なる。以上よシ第１図において、アライメントユニット
　２８から出射されたアライメント光１０を露光エリア
内にある位置合わせ用２次元回折格子６に照射し、回折
光２０を再びアライメントユニット２８で受けることが
でき、露光光８を遮らない光学系構成でレンズを通して
露光位置で行なうアライメント（ＴＴＬ　−Ｏｎ　−Ａ
ｘｉｓ　７　ライ）　７　）　）　動可能になる。

ここで、空間フィルタリング用光学系２１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２０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２１のフーリエ面上での光パ
ターンを第１０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タ２２　を用いることで、スペッ
クルパターン３６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上の位置合わせ用マーク５とウェハ
２上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。そのだめに、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有効である。

第１１図は本発明においてウェハ２の位置合わせ用２次
元回折格子６０回折効率を高め、アライメント精度を確
保するための形状の他の実施例を示している。図示のよ
うに、Ｘ方向に交互にδずらせる形状とし、δを次のよ
うに設定すると、ブレーズの効果により回折効率を第８
図に示した２次元回折格子６の最大２倍程度に増大させ
ることができる。

δ＝　Ｐ　ｘ　／　２　Ｘ　ｋ　　　　　　　　　　・
・・・（２）だだし、ｋは上記（１）式でＰＹを決定し
たときの値を用いる。

また、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だめに、ウェハ２の位置合わせ用２
次元回折格子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
の投影隊とビート信号強度を用いることにより、検出レ
ンジを事実上無限大にできることについて第１２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上に載せられておシ、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３７（第１２　図（ｄ）参照）をスギャンする
ものとする。第１２　　図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）に示
すように、進行型干渉縞３２と位置合わせ用２次元回折
格子６の重なり具合が変化して行く（第１２図（ａ）、
（ｂ）、（りはそれぞれ第１２図（ｄ）の点Ａ、Ｂ、Ｃ
に相当する。）。このとき、光検出器２４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１２図（ｄ）に示すよ
うな３角形に近いパターンが一般的に得られる。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
ずれ量零のウェハ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シ、前述の位相検出による位１
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
一度レチクル１上に形成し、それをウェハ２上に投影す
ることである。このだめ、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。この場合に使用するレチクル１上の位置合わ
せ用マークの配置例を本発明の第２の実施例として第１
３　図および第１４図に示す。レチクル１上の位置合わ
せ用回折格子３８はウェハ２上の位置合わせマークと同
様の２次元回折格子からなる。レチクル１上の位置合わ
せ用２次元回折格子３８のＹ方向のピッチは回折光を光
検出器２４　で受光することができるように決定されて
いる（ピッチの決定方法は第８図の場合と同様である）
。レチクル１上の進行型干渉縞１９　は前述の理由によ
りピップを合成光学系１４　によシ微調されているため
、レチクル１の位置合わせ用２次元回折格子３８とのピ
ッ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２次元回折格子３８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。このだめ、多少、レチクル１の位置合わせ
用２次元回折格子３８　の面積が小さくとも、ビート信
号を光検出器２４で拾うことに支障は力いからである。

ここで、光検出器２４の直前の受光マスク２５はレチク
ル１の位置合わせ用２次回折格子３８の結像位置に配置
されておシ、位置合わせ用ブランク５からの光と位置合
わせ用２次元回折格子３８からの光を分離する役割を持
つ。光検出器２４でレチクル１上の２次元回折格子３８
からのビート信号とウェハ２上の２次元格子６からのビ
ート信号の両方を検出すると、レチクル１とウエノ＼２
の相対合わせが可能となり、レチクル１、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Ｔ
ＴＲアライメント）。更に、第１４図に示すようなレチ
クル位置合わせ用２次元回折格子３８の配置も使用可能
である。この位置合わせ用２次元回折格子３８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２次元回折格子３８の格子方向と、進行型回折縞１
９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ツベ誤差を生じない
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ｌの位置
ずれ検出量は（位置合わせ用２次元回折格子６．３８の
パターンの一様性を仮定すると、）位置合わせ用２次元
回折格子６、３８の重心位置で代表されるものであυ、
第１４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２次元回折格子６．３８の重心位置が見かけ
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チクル１
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と投影
レンズ４によって、ウェハ２上の位置合わせ用２次元回
折格子６上に投影し、回折光２０を空間フィルタリング
光学系を検出し、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る。また、上記のよ
うにアライメント光学系が露光光８を蹴らないので、露
光中でも位置ずれ検出を行うことができ（Ｑｎ−Ａｘｉ
ｓアライメント）、ウェハステージ３の運動精度によら
ない高い重ね合わせ精度を得ることができる。

発明の効果 以上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の物体の位置合わ
せ用マークで互に干渉させて任意のピッチの干渉縞を形
成し、この干渉縞を補正光学系、投影光学系を介して第
２の物体上に投影する。この第２の物体上の位置合わせ
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置比較の相対
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シ干渉縞が作ら
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、露光光束内に配置
された第２の物体上の位置合わせ用マークにより露光光
束外に配置された補正光学系にアライメント光を反射さ
せ、露光光を遮らないようにする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Ｏ
ｎ　−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１０　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■矢視図、第３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４
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５図はレチクルの位置合わせ用マークである位置合わ
せ用ブランクの第１図における■矢視拡大図、第６図は
ウェハの位置合わせ用マークである位置合わせ用２次元
回折格子部の第１図における■矢視拡大図、第７図は補
正光学系と投影レンズと露光光の位置関係説明図、第８
図はウェハの位置合わせ用マークである位置合わせ用２
次元回折格子の拡大平面図、第９図はその２次元回折格
子により生じる回折光の説明図、第１０　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１１　　図はウェハの位置合わせ用２次元回折格
子の他の例を示す拡大平面図、第１２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図、同図（ｄ
）はスキャン領域の説明図、第１３図および第１４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、
それぞれレチクル上の位置合わせ用マークの配置図、第
１５　図は従来の位置合わせ装置を示す全体構成図であ
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２次元回折格子
（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、２ｏ　・回折光、
２１・・・空間フィルタリング光学系、　２４光検出器
、２６・・　レーザ干渉計、３２　　進行型干渉縞、３
８・・位置合わせ用２次元回折格子。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第１ 図 第 図 第５図 第８図 第１０図 第１１ 図 第１２図 （ａ） （ｂ） （ｅ） （ｄ） レーザ干渉計によるステ ジ位置のよみ 第１５図 １１５投影用光源

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、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、上記第２の物体上の位置合わせ用マークが露光
   光束内に配置され、露光光束外に配置された上記補正光
   学系に上記アライメント光を反射させるように構成され
   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）第２の物体上に設けられた位置合わせ用マークが
   直交する２方向に回折光を生ずるような２次元回折格子
   であり、上記第２の物体に斜めに入射したコヒーレント
   なアライメント光に対し、その光を同一方向に反射回折
   するように設定された請求項１ないし７のいずれかに記
   載の位置合わせ装置。