JPH07123105B2

JPH07123105B2 - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH07123105B2
Application number: JP2252405A
Authority: JP
Inventors: 宏之竹内; 正樹山本; 健夫佐藤; 吉幸杉山; 新一郎青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH03232216A

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
を介してウエ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
照しながら上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1
04a、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106a、106bを通過し、更に第２のレンズ系10
7a、107bと投影光学系108を通過して、ウエハ109上に設
けられた第２の１対の回折格子上110a、110bに投影す
る。この回折光111a、111b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、11
2bに導かれる。そして、ウエハ109上の第２の回折格子1
10a、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114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1
08を介してウェハ109上に結像する。

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11
5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108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離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課題がある。

本発明は、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、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に、本発明の位置合わせ装置
は、第１の物体のパターンを投影光学系を用いて第２の
物体上に露光する露光装置に使用可能な少なくとも前記
第２の物体の位置合わせを行う位置合わせ装置であっ
て、露光波長とは異なった波長を有する可干渉光を出射
するアライメント光源と、前記可干渉光を第１の光束と
第２の光束に分割する分割光学系と、前記第１の光束を
前記第１の物体の所定位置に反射する第１の反射光学系
と、前記第２の光束を前記第１の物体の前記所定位置に
反射する第２の反射光学系と、前記第１の物体上の前記
所定位置において前記第１の反射光学系を介して形成さ
れた第１の反射像と前記第２の反射光学系を介して形成
された第２の反射像とをともに正立像または倒立像とな
るように一致させる一致手段と、前記第１の反射像と前
記第２の反射像とが干渉して形成された第１の干渉縞が
前記投影光学系を介して前記第２の物体上に第２の干渉
縞として投影される際に色消しを行う補正光学系と、前
記第２の干渉縞からビート周波数を有するビート光を生
成する第１のビート光生成手段と、前記ビート光を受光
する受光手段と、前記受光手段からの出力信号と基準信
号とを比較する比較手段とを有した主構成である。

ここで、一致手段が、分割光学系中に設けられた反射手
段であることが好適である。

更に、第１の干渉縞からビート周波数を有するビート光
を生成する第２のビート光生成手段を有し、第１の物体
の位置合わせをも行う構成であってもよい。

また、第１および第２の干渉縞は、等ピッチの進行型干
渉縞であってもよい。

また、第１の干渉縞は、ピッチが調整自在であることが
好適である。

また、第１および第２のビート光生成手段は、各々第１
および第２の干渉縞のピッチ数と整数倍の関係にあるピ
ッチ数を有する回折格子であり、前記第１および第２の
干渉縞は、アライメント光源から直接に出射されるかま
たは出射後に変調されて得られた互いに周波数が異なっ
た２周波の光束同士を利用して生成される構成であって
もよい。

更に、第１および／または第２のビート光生成手段から
のビート光のスペックルパターンを除去する空間フィル
タリング光学系を有していてもよい。

また、アライメント光源から互いに振動方向が異なった
２周波の光束が出射され、前記２周波の光束は偏光光学
素子である分割光学系で２光束に分割された後、いずれ
か一方に一致手段が設けられた第１の反射光学系または
第２の反射光学系を経由して、合成光学系に入射し、前
記合成光学系を経由して第１の物体上に投影される構成
であってもよいし、アライメント光源から出射した１周
波の光束が入射される分割光学系は、２光束に分割しか
つドップラー効果を用いて互いの周波数を異ならせ、い
ずれか一方一致手段が設けられた第１の反射光学系また
は第２の反射光学系を経由して、合成光学系に入射し、
前記合成光学系を経由して第１の物体上に投影される構
成であってもよい。

更に、分割光学系および合成光学系が同一ベース上に固
定され、脱着自在なユニットを構成することもできる。

作用したがって、本発明によれば、アライメント光源が露光
波長とは異なった波長を有する可干渉光を出射し、分割
光学系が可干渉光を第１の光束と第２の光束に分割し、
第１の反射光学系が第１の光束を第１物体の所定位置に
反射し、第２の反射光学系が第２の光束を第１の物体の
所定位置に反射し、この際、一致手段が第１の物体上の
所定位置において形成された第１の反射像と第２の反射
像とをともに正立像または倒立像となるように一致させ
る。

そして、第１の反射像と第２の反射像とが干渉して形成
された第１の干渉縞が投影光学系を介して第２の物体上
に第２の干渉縞として投影される際に補正光学系が色消
しを行い、第２の干渉縞からビート周波数を有するビー
ト光が生成され、受光手段がこのビート光を受光し、比
較手段がこの受光手段からの出力信号と基準信号とを比
較して、少なくとも第２の物体の位置合わせを行う。

更に、第１の干渉縞からビート周波数を有するビート光
を生成し、第１の物体の位置合わせをも行う。

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及び第２の実施例について説明す
る。第１図と第３図ないし第７図は本発明の第１の実施
例における位置わせ装置を、第２図ないし第７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１
図及び第２図は全体の構成図で、第２図は第１図と基本
的構成は同一であるが、分割光学系の部分に改良を加え
てある。第３図は第１図及び第２図のII矢視部の拡大
図、第４図は第１図及び第２図のIII矢視部の拡大図、
第５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６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７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。また、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
具合の変化説明図、同図（ｄ）はスキャン領域の説明図
である。

本第１及び第２の実施例においては、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
わせすることができる。

第１図及び第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
り、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
１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（f₁、f₂）のアライメント光10
を出射する。11は分割光学系であり、第１の実施例の場
合には第１図に示すように、分割光学系11は、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f₁、f₂成分のアライメント光10を円偏光化する波長板
13とからなる。一方第２の実施例の場合には第２図に示
すように、分割光学系11がレーザ光源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f₁、f₂成分のアラ
イメント光10を円偏光化する波長板13と偏光ビームスプ
リッタ12を透過したアライメント光を垂直方向に反射す
るミラー50とから構成されている。第１図及び第２図に
おいて、14は合成光学系であり、分割光学系11で分割さ
れた、f₁、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。17はミラー15で反射されたf₁、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する
進行型干渉縞19（第３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はレーザ
干渉計、26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源９は第６図に示すように、互
いに直交偏光し、周波数がf₁、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、本第１及
び第２の実施例では、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ットしては、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
ドッ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、f₁とf₂の周波数
差としては数十KHz〜数十MHz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、第１図
及び第２図のいずれの場合も分割光学系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。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
f₁、f₂成分のアライメント光10は互いに干渉し、干渉縞
を生ずる。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。

ところで、分割光学系11が第１図に示すような構成、す
なわちレーザー光が偏光ビームスプリッタにより、２光
束に分離され、それぞれの光がミラーによって、レチク
ル上で重なり合う構成においては、重なり合う２光束を
見たときは、１方はミラー１枚の反射によって倒立像
（鏡像）となり他方は偏光ビームスプリッタとミラーの
２回反射によって正立像になる。このため、重なり合う
点では、２つの光束間に、本来分離する前の状態と微妙
に幾可学的な相違を生じ、結果、そこから得られる信号
の精度がわずかに劣化する可能性が残されている。

第２図に示す第２の実施例の分割光学系11ではこれらの
課題の解決を図っている。即ち、本実施例では、第１の
実施例と異なりレチクル上で重なり合う光束はどちらも
同じ回数反射されるので、分離前と同じ状態で重なり、
その結果、精度の向上が得られる。さらに、偏光ビーム
スプリッタから、レチクル上で重なり合う点までの２光
束の光路長が等しくなるよう構成すれば、偏光ビームス
プリッタに入射し、２つの光束に分離した点の光の波面
がそのまま再現できるので、より空間コヒーレンシーが
高まり精度向上が得られる。

また、上記構成では偏光ビームスプリッタから反射ミラ
ーまでを一体化したユニットにすれば、このユニット内
で２光束が構成する平面内の変位に対して、出射する光
束の角度が変化しないという特徴を合わせもつため、こ
のユニツトの調整が容易になり、また、その後の経時的
変化に対しても精度劣化を妨げるという利点を有してい
る。

いずれの場合も、f₁とf₂成分のアライメント光10は互い
に干渉するが、その周波数はわずかに異なっているた
め、干渉縞は第３図に示すように一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によりウェハ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
計されているため、レーザ光源９から出射されるf₁、f₂
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５図に示すように、投影レンズ４の有効画角27
の特定領域28（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f₁、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28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５図におい
て、29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＝248.5
nm）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10に対する色収
差は極めて大きく、投影レンズ４の全画角27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
領域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18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、HeNe
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、レンズの製造、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
型干渉縞30（第４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、ウェハ２へ至り、第４図
に示すように、位置合わせ用回折格子６の上に再び進行
型干渉縞30を形成する。この進行型干渉縞30はウェハ２
上の位置合わせ用回折格子６と等ピッチになるようにあ
らかじめ合成光学系14を調整してあるため、進行型干渉
縞30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20の強度はビート周波数（f₁とf₂の周波数差）で
変化するようになる。進行型干渉縞30が位置合わせ用回
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７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
31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
る取付け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
つ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
夫が有効である。

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
事実上無限大にできることについて第１図、第２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上に載せられてお
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32（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30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25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。このため、ウェハ２のアライメントだけで
なレチクル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３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３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IX矢視部の拡大図、第11図、第12はレチクル上
の位置合わせ用マークの配置図である。本実施例の分割
光学系については第２の実施例と同じ構成のものを用い
たが、第１の実施例に示すものであっても良いことはも
ちろんである。

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33からの回折光34（第10図参照）が別の
空間フィルタリング光学系35を介して別の光検出器36に
より検出される。光検出器24の前段に設けられた視野絞
り37は位置合わせ用ブランク５からの光だけを光検出器
24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
33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の位置合わせ用回折格子33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１の位置合わせ用
回折格子33の面積が小さくとも、ビート信号を光検出器
36で拾うことに支障はないからである。同様な効果は空
間フィルタリング光学系35により、レチクル１からの戻
り光の視野制限を行うことによっても得られる。レチク
ル１の位置合わせ用回折格子33の様子を第11図に示す。
このように補正光学系18と投影レンズ４の合成倍率を１
倍としているため光検出器24と光検出器36のビート信号
の両方の検出が可能となり、両者の検出信号の位相を比
較すると、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TTRアライメント）。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
33の配置も使用可能である。この位置合わせ用回折格子
33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33の格子方向と、進行型干渉縞
19の縦方向がずれること）が発生しても、ウェハ２とレ
チクル１の相対位置ずれ量検出にアッベ誤差を生じない
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１の位置ず
れ検出量は（位置合わせ用回折格子６、33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、33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、33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21を透
過して光検出器24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
ことができる。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、アライメント光源が
露光波長とは異なった波長を有する可干渉光を出射し、
分割光学系が可干渉光を第１の光束と第２の光束に分割
し、第１の反射光学系が第１の光束を第１の物体の所定
位置に反射し、第２の反射光学系が第２の光束を第１の
物体の所定位置に反射する際に、一致手段を設けること
により、第１の物体上の所定位置において形成された第
１の反射像と第２の反射像とをともに正立像または倒立
像となるように一致させることができるため、アライメ
ント光源の実質的に同一領域からの光を第１の物体上の
同一領域上に投影することができる。

よって、第１の反射像と第２の反射像とが干渉して形成
される第１の干渉縞、ひいては投影光学系を介して第２
の物体上に投影される第２の干渉縞を良好に形成するこ
とができ、これらの干渉縞から生成されるビート信号の
誤差要因を排除することができるため、第１物体や第２
物体を高精度に位置合わせすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１及び第２の実施例に
おける位置合わせ装置を示し、第１図は第１の実施例の
全体の構成図、第２図は第２の実施例の全体の構成図、
第３図は第１図及び第２図のII矢視部の拡大図、第４図
は第１図及び第２図のIII矢視部の拡大図、第５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６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７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９図ないし第12図は
本発明の第３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IX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、第13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……回折光、21……空間フィルタリン
グ光学系、24……光検出器、25……レーザ干渉計、30…
…進行型干渉縞、33……位置合わせ回折格子、34……回
折光、35……空間フィルタリング光学系、36……光検出
器、50……ミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２２Ｄ (72)発明者杉山吉幸神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者青木新一郎神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (56)参考文献特開平２−28502（ＪＰ，Ａ) 特開平２−112709（ＪＰ，Ａ) 特開平２−283011（ＪＰ，Ａ) 特開平３−2504（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の物体のパターンを投影光学系を用い
て第２の物体上に露光する露光装置に使用可能な少なく
とも前記第２の物体の位置合わせを行う位置合わせ装置
であって、露光波長とは異なった波長を有する可干渉光
を出射するアライメント光源と、前記可干渉光を第１の
光束と第２の光束に分割する分割光学系と、前記第１の
光束を前記第１の物体の所定位置に反射する第１の反射
光学系と、前記第２の光束を前記第１の物体の前記所定
位置に反射する第２の反射光学系と、前記第１の物体上
の前記所定位置において前記第１の反射光学系を介して
形成された第１の反射像と前記第２の反射光学系を介し
て形成された第２の反射像とをともに正立像または倒立
像となるように一致させる一致手段と、前記第１の反射
像と前記第２の反射像とが干渉して形成された第１の干
渉縞が前記投影光学系を介して前記第２の物体上に第２
の干渉縞として投影される際に色消しを行う補正光学系
と、前記第２の干渉縞からビート周波数を有するビート
光を生成する第１のビート光生成手段と、前記ビート光
を受光する受光手段と、前記受光手段からの出力信号と
基準信号とを比較する比較手段と、を有する位置合わせ
装置。
【請求項２】一致手段が、分割光学系中に設けられた反
射手段である請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項３】更に、第１の干渉縞からビート周波数を有
するビート光を生成する第２のビート光生成手段を有
し、第１の物体の位置合わせをも行う請求項１または２
記載の位置合わせ装置。
【請求項４】第１および第２の干渉縞は、等ピッチの進
行型干渉縞である請求項３記載の位置合わせ装置。
【請求項５】第１の干渉縞は、ピッチが調整自在である
請求項１から４のいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項６】第１および第２のビート光生成手段は、各
々第１および第２の干渉縞のピッチと整数倍の関係にあ
るピッチ数を有する回折格子であり、前記第１および第
２の干渉縞は、アライメント光源から直接に出射される
かまたは出射後に変調されて得られた互いに周波数が異
なった２周波の光束同士を利用して生成される請求項５
記載の位置合わせ装置。
【請求項７】更に、第１および／または第２のビート光
生成手段からのビート光のスペックルパターンを除去す
る空間フィルタリング光学系を有する請求項３から６の
いずれか記載の位置合わせ装置。
【請求項８】アライメント光源から互いに振動方向が異
なった２周波の光束が出射され、前記２周波の光束は偏
光光学素子である分割光学系で２光束に分割された後、
いずれか一方に一致手段が設けられた第１の反射光学系
または第２の反射光学系を経由して、合成光学系に入射
し、前記合成光学系を経由して第１の物体上に投影され
る請求項１から７のいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項９】アライメント光源から出射した１周波の光
束が入射される分割光学系は、２光束に分割しかつドッ
プラー効果を用いて互いの周波数を異ならせ、いずれか
一方一致手段が設けられた第１の反射光学系または第２
の反射光学系を経由して、合成光学系に入射し、前記合
成光学系を経由して第１の物体上に投影される請求項１
から７のいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項１０】分割光学系および合成光学系が同一ベー
ス上に固定され、脱着自在なユニットを構成する請求項
８または９記載の位置合わせ装置。