JPH0786138A

JPH0786138A - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH0786138A
Application number: JP5228720A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishimura; 宏西村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】広帯域のアライメント光を用いる際に投影光
学系で発生する縦の色収差を補正して、高精度な位置合
わせを達成すること。【構成】露光光（ＩＬ）とは異なりかつ所定の波長帯
域幅のアライメント光によって、第２物体（Ｗ）上のマ
ーク（ＷＭ）を照明する照明手段（１１〜１４）と、マ
ークからの光を投影光学系（ＰＬ）を介して集光し、ア
ライメント光によるマークの像を形成する位置検出光学
系（１４〜２４）と、この位置検出光学系の光路中に設
けられ、かつアライメント光により投影光学系で発生す
る縦の色収差を補正する収差補正手段（４０）とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子等の製造に用
いられる投影型露光装置に好適な位置合わせ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用の投影露光装置は、レチク
ル（第１物体）上に形成された回路パターンをウェハ
（第２物体）に塗布されたフォトレジスト層上に投影す
ることによって、回路パターンをフォトレジスト層に転
写することが行われている。この投影露光に先立って、
ウェハ上に設けられたアライメントマーク（ウェハマー
ク）を検出して、レチクルとウェハとの相対的な位置合
わせを行なう必要がある。

【０００３】このような位置合わせ装置としては、アラ
イメントマークを露光装置の投影対物レンズを介して検
出するＴＴＬ(Through The Lens)方式や、さらにレチク
ルを介して検出するＴＴＲ(Through The Reticle) 方式
のものが知られている。ここで、露光装置の投影対物レ
ンズは、露光光の波長に対してのみ良好に収差補正がな
されているため、アライメント光を露光光とは異なる波
長とした場合には、投影対物レンズから諸収差が発生す
る問題がある。

【０００４】しかしながら、アライメント光を露光光と
同一波長とした場合、ウェハ上のフォトレジスト層がア
ライメント光によって感光し、さらにフォトレジスト層
での吸収によって反射光の強度が弱くなる問題点があ
る。このため、露光光とは異なるアライメント光を用
い、投影対物レンズを介してウェハマークを検出（ＴＴ
Ｌ検出）する位置合わせ装置が例えば特開昭64-7618号
公報等で提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
64-7618 号公報の位置合わせ装置においては、アライメ
ント光として、露光光とは異なる波長のレーザ光を用い
る構成であり、この場合、フォトレジスト上からの反射
光とウェハ表面からの反射光とが干渉して、ウェハマー
クの位置検出の精度が低下する問題点がある。

【０００６】そこで、干渉の影響を受けにくくするため
に、アライメント光の波長帯域幅を広げることが考えら
れるが、特開昭64-7618 号公報の位置合わせ装置では、
波長帯域幅が広いアライメント光を用いると、投影対物
レンズにより縦の色収差が発生し、ウェハマークの結像
状態が悪くなる。このため、ウェハマークの位置を正確
に検出することができない問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は、広帯域のアライメント
光を用いる際に投影対物レンズで発生する縦の色収差を
補正して、高精度な位置合わせを行なえる位置合わせ装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】上述の目的を達成するため
に、本発明による位置合わせ装置は、以下の構成を有す
る。例えば図４に示す如く、所定波長の露光光によって
第１物体（Ｒ）上に形成されたパターンの像を投影光学
系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）上に投影する露光装
置に設けられ、第２物体上の所定のマーク（ＷＭ）を光
学的に検出することにより第２物体の位置合わせを行な
う位置合わせ装置は、露光光（ＩＬ）とは異なりかつ所
定の波長帯域幅のアライメント光によって、第２物体上
のマークを照明する照明手段（１１〜１４）と、マーク
からの光を投影光学系を介して集光し、アライメント光
によるマークの像を形成する位置検出光学系（１４〜２
４）と、この位置検出光学系の光路中に設けられ、かつ
アライメント光により投影光学系で発生する縦の色収差
を補正する収差補正手段（４０）とを有するように構成
される。

【０００９】なお、本発明でいう縦の色収差とは、色に
よる結像位置のずれのうち、光軸方向または光軸と平行
な方向におけるずれを指すものとする。

【００１０】

【作用】上述の構成の如き本発明においては、投影対物
レンズにて生ずる縦の色収差を打ち消すような色収差を
収差補正手段によって発生させることができる。従っ
て、良好な結像状態のウェハマークの像を得ることがで
き、高精度なウェハマークの検出が可能となる。

【００１１】このような収差補正手段は、フレネルゾー
ンプレートで構成されることが望ましい。フレネルゾー
ンプレートは、回折作用によって光を屈折させる光学素
子であり、光の波長が長くなるにつれてその屈折力が増
す特性を有する。即ち、フレネルゾーンプレートは、レ
ンズとは逆向きの色収差を発生させる（負の分散を有す
る）ものである。

【００１２】フレネルゾーンプレートの中心からｎ番目
の輪帯の半径をｒ_n、この焦点距離をｆ、光の波長をλ
とするとき、近似的に次の関係が成立する。

【００１３】

【数１】ｒ_n ²＝ｎλｆ ‥‥（１）従って、アライメント光の波長帯域中の最も短い波長を
λ₁ 、最も長い波長をλ₂ とするとき、フレネルゾーン
プレートで生じる縦の色収差量Δｆは、

【００１４】

【数２】 Δｆ＝ｆ₁ −ｆ₂ ＝ｆ₁ （１−λ₁ ／λ₂ ） ‥‥（２）で表される。但し、ｆ₁は波長λ₁ における焦点距離で
あり、ｆ₂は波長λ₂ における焦点距離である。よっ
て、フレネルゾーンプレートによる縦の色収差量Δｆ
と、投影対物レンズにアライメント光を通したときに発
生する縦の色収差量とを一致させるようにフレネルゾー
ンプレートを構成すれば、広帯域のアライメント光によ
り生ずる縦の色収差を補正することができる。

【００１５】尚、フレネルゾーンプレートとしては、フ
レネルの輪帯を１つおきに遮光する濃度型ゾーンプレー
トや、フレネルの輪帯を１つおきに位相πだけ異ならせ
るように構成する位相型ゾーンプレートが適用できる。
また、上述の如きフレネルゾーンプレートを変形するこ
とによって、露光光とは別波長のアライメント光が投影
対物レンズを通過する際に生じる波面収差を補正するこ
とができる。

【００１６】上述のフレネルゾーンプレートでは、フレ
ネルゾーンプレートに達する光（光波）の位相が波長の
整数倍だけ異なる箇所を透過部あるいは遮光部とするよ
うに構成されており、このフレネルゾーンプレートを介
した波面は平面波となる。しかしながら、フレネルゾー
ンプレートに達する光波が波面収差を有している場合に
は、透過部あるいは遮光部に達する光波が同位相のもの
とならないため、フレネルゾーンプレートを介した光波
が平面波とならない。そこで、フレネルゾーンプレート
の透過部あるいは遮光部に達する波面が同位相のものと
なるように、フレネルゾーンプレートを変形すれば、縦
の色収差のみならず波面収差をも補正できる。

【００１７】以下、図２を参照して説明する。図２は、
縦の色収差と波面収差とを補正する収差補正手段の作用
を説明するための原理図である。なお、図２では、収差
補正手段２０は、その遮光部のみを図示している。図２
において、中間結像点Ｉ_Pから発散する光を考える。こ
のとき、収差補正手段２０は、焦点距離ｆ₁を持つよう
に構成されており、中間結像点Ｉ_Pから焦点距離ｆ₁だ
け離れた所に配置されている。図２では、中間結像点Ｉ
_Pから発散する光の波面のうち、それぞれ１波長分だけ
位相が異なる波面Σ_n-1〜Σ_n+3を図示している。ここ
で、波面Σ_n-1〜Σ_n+3のそれぞれと、収差補正手段２
０とが交わる箇所を透過部とすれば、収差補正手段から
射出する光の波面が平面波となり、波面収差が補正され
る。なお、厳密には、各透過部を通過する位相は、それ
ぞれ１波長分だけ異なる。

【００１８】また、収差補正手段２０としては、波面Σ
_n-1〜Σ_n+3のそれぞれと、収差補正手段２０とが交わ
る箇所が遮光部となるように構成されても良い。さら
に、収差補正手段２０としては、中間結像点Ｉ_Pから発
散する波面のうち、それぞれ１／２波長異なる波面と収
差補正手段２０との交わる箇所を１つおきに位相πだけ
異ならせるように構成した位相型ゾーンプレートの変形
でも良い。

【００１９】このように、縦の色収差と波面収差とを補
正する収差補正手段を位置検出用光学系の光路中に配置
すれば、縦の色収差及び波面収差の影響なく、高精度な
位置合わせが達成できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図１は、本発明の第１実施例による位置合わ
せ装置を投影露光装置に適用した構成を示す図である。
図１において、投影対物レンズＰＬの光軸方向をＺ軸と
し、このＺ軸と直交する平面内でそれぞれ直交する方向
をＸ軸、Ｙ軸とする。

【００２１】図１において、所定波長の露光光ＩＬ（例
えばｇ線(436nm),ｉ線(365nm),KrF(249nm)やArF(193nm)
等のエキシマレーザ）を供給する照明光学系３０は、所
定の回路パターンが設けられたレチクルＲを均一な照度
で照明する。このレチクルＲの回路パターンの像は、投
影対物レンズＰＬを介して、等倍または所定倍率で縮小
あるいは拡大されて、ＸＹ方向に可動なウェハステージ
ＷＳ上に載置されたウェハＷ上に転写される。ここで、
ウェハＷ上に形成されるレチクルＲの回路パターン像が
形成される領域をショット領域と呼ぶ。このショット領
域の近傍には、所定形状のウェハマークＷＭが設けられ
ている。

【００２２】さて、本実施例による位置合わせ装置は、
ＴＴＬ方式でウェハマークＷＭの位置を検出して、ウェ
ハＷの位置合わせを行なっている。図１において、光源
１１からのアライメント光は、リレーレンズ１２，１３
を順に介して、ビームスプリッタ１６に入射する。ビー
ムスプリッタ１６にて反射されたアライメント光は、第
１対物レンズ１４、光路折曲げミラー１５を経て、投影
対物レンズＰＬに入射する。この投影対物レンズＰＬか
ら射出されたアライメント光は、ウェハマークＷＭ上に
照射される。ここで、光源１１が供給するアライメント
光は、ウェハＷ上のフォトレジスト層を感光させないた
めに露光光ＩＬとは異なる波長としてあり、かつこのフ
ォトレジスト層での干渉を避けるために所定の幅で連続
的な波長分布としている。本実施例では、光源１１、リ
レーレンズ１２，１３、第１対物レンズ１４、光路折曲
げミラー１５及びビームスプリッタ１６が照明系を構成
している。

【００２３】ウェハマークＷＭにて反射されたアライメ
ント光は、投影対物レンズＰＬ、光路折曲げミラー１５
を経て、アライメント光の波長のもとでのウェハ共役面
Ｗ_A上にウェハマークＷＭの像を形成する。ここで、こ
のウェハ共役面Ｗ_Aと、露光光ＩＬの波長のもとでのウ
ェハ共役面とは、露光光とアライメント光との波長差で
生ずる投影対物レンズＰＬの色収差に起因する量だけ離
れている。

【００２４】ウェハ共役面Ｗ_Aからのアライメント光
は、第１対物レンズ１４、ビームスプリッタ１６、第２
対物レンズ１７を順に経て、フィールドレンズ１８上に
ウェハ共役面Ｗ_Aの像を形成する。この像からのアライ
メント光は、直視プリズム１９、収差補正手段としての
ホログラム２０及び結像レンズ２１を順に介して、基準
位置を設定するための指標板２２上にウェハマークＷＭ
の像を形成する。この指標板２２上の光軸位置には、所
定の指標が設けられている。そして、指標板２２からの
アライメント光は、リレーレンズ系２３，２４を経てビ
ームスプリッタ２５に達する。このビームスプリッタ２
５の反射方向には、１次元撮像素子２６ｘが設けられ、
その透過方向には、１次元撮像素子２６ｘの長手方向と
直交する方向に延びた１次元撮像素子２６ｙが設けられ
ている。

【００２５】これらの１次元撮像素子２６ｘ，２６ｙ上
には、リレーレンズ系２３，２４により、指標板２２上
の指標の像とウェハマークＷＭの像とが形成される。従
って、指標像の位置とウェハマーク像の位置との位置ず
れを検出すれば、基準位置に対するウェハマークＷＭの
位置ずれが分かる。ここで、第１及び第２対物レンズ１
４，１７、フィールドレンズ１８、ビームスプリッタ１
６，２５、ホログラム２０、結像レンズ２１、指標板２
２及びリレーレンズ系２３，２４が位置検出光学系を構
成している。尚、図１では、１つの位置検出光学系のみ
を図示しているが、実際には、複数の位置検出光学系が
設けられている。

【００２６】以下、位置検出光学系の機能を図３を参照
して説明する。図３は、位置検出光学系の光路図であ
る。尚、図３において、説明を簡単にするためにビーム
スプリッタ１６，２５及びリレーレンズ系２３，２４は
図示省略している。また、図３では、軸上光束を実線で
表し、軸外光束の主光線を破線で表している。図３にお
いて、ウェハ共役面Ｗ_Aからの光は、第１及び第２対物
レンズ１４，１７によって、フィールドレンズ１８上に
ウェハ共役面Ｗ_Aの像を形成する。そして、フィールド
レンズ１８を介したアライメント光は、フィールドレン
ズ１８上に前側焦点位置を持つホログラム２０に向か
う。尚、本実施例において、ホログラムとは、所定の遮
光パターンまたは透過パターンあるいは位相パターンを
有する部材を指す。

【００２７】さて、照明系が供給する広帯域のアライメ
ント光が投影対物レンズＰＬを通過することにより、ウ
ェハ共役面Ｗ_A上では縦の色収差が発生する。すなわ
ち、アライメント光の波長によって、ウェハマークＷＭ
の像が形成される位置が位置検出光学系の光軸方向に沿
ってずれることになる。ここで、ウェハ共役面Ｗ_A上で
の縦の色収差量をΔｆ_Aとし、第１及び第２対物レンズ
１４，１７の横倍率をβ_Tとすると、フィールドレンズ
１８上での縦の色収差量Δｆ_Bは、

【００２８】

【数３】 Δｆ_B＝Δｆ_A・β_T ² ‥‥（３）で表される。従って、ホログラム２０によって発生させ
る縦の色収差量をフィールドレンズ１８上での縦の色収
差量Δｆ_Bとすれば、投影対物レンズＰＬで発生する縦
の色収差を補正することができる。尚、ホログラム２０
で発生させる縦の色収差は、前述の（１）式、（２）式
にて表され、フィールドレンズ１８上での縦の色収差と
は逆となる。

【００２９】また、照明系が供給する広帯域のアライメ
ント光が投影対物レンズＰＬを通過することにより、ウ
ェハ共役面Ｗ_Aからのアライメント光は、波面収差を持
つようになる。すなわち、ウェハ共役面Ｗ_Aの光軸上の
点から発する光の波面が位相ずれを起こした球面波とな
る。そこで、本実施例では、ホログラム２０を前記縦の
色収差量Δｆ_Bを発生させるフレネルゾーンプレートを
変形したものとして、この波面収差を補正している。

【００３０】具体的には、まず、ウェハマークＷＭから
投影対物レンズＰＬ、第１及び第２対物レンズ１４，１
７を経てフィールドレンズ１８に到る光路をアライメン
ト光が通過する際に発生する波面収差を計算する。次
に、この計算結果に基づいて、フィールドレンズ１８の
光軸上の点から発する波面のうち、同位相の波面がホロ
グラム２０に達する領域を算出する。そして、この領域
が透過部あるいは遮光部となるようにホログラム２０を
作成する。

【００３１】これにより、フィールドレンズ１８の光軸
上の点から発する波面は、ホログラム２０を介した後に
平面波に変換される。ホログラム２０からのアライメン
ト光は、図中実線にて示す如く、結像レンズ２２を経て
指標板２２上にウェハマークＷＭの像を形成する。ここ
で、フィールドレンズ１８上での縦の色収差は、ホログ
ラム２０によって補正されており、さらに、フィールド
レンズ１８からのアライメント光の波面収差もホログラ
ム２０によって補正されているため、指標板２２上に
は、ウェハマークＷＭの像が縦の色収差及び波面収差の
影響なく結像される。

【００３２】尚、本実施例においては、ホログラム２０
を投影対物レンズの瞳と共役な位置に配置している。以
下、その理由について図３を参照して説明する。図３に
おいて、図中破線にて示される軸外光束の主光線は、第
１及び第２対物レンズ１４，１７を経て、フィールドレ
ンズ１８に達する。このフィールドレンズ１８は、後側
焦点位置がホログラム２０と一致するように配置されて
いる。従って、軸外光束の主光線がホログラム２０の中
心位置（光軸）を通過するため、この主光線は、ホログ
ラム２０によって屈折作用を受けない。ここで、前述の
通り、ホログラム２０は、波長により焦点距離が異なる
ため、軸外光束の主光線がホログラム２０で屈折される
と、指標板２２上での像倍率が波長により異なる倍率色
収差（横の色収差）が発生する。しかしながら、本実施
例では、軸外光束の主光線がホログラム２０で屈折され
ないため、ホログラム２０による横の色収差が発生しな
い。尚、本実施例で言う横の色収差とは、色による結像
位置のずれのうち、光軸垂直方向におけるずれを指すも
のとする。

【００３３】図１に戻って、フィールドレンズ１８とホ
ログラム２０との間の光路中には、直視プリズム１９が
設けられている。この直視プリズム１９は、投影対物レ
ンズＰＬを所定の波長帯域のアライメント光が通過する
ことにより発生する横の色収差を補正するものである。
尚、このような直視プリズムについては、本願と同一出
願人による特開平4-223326号公報に開示されている。

【００３４】このように、本実施例による位置合わせ装
置では、縦の色収差と波面収差とを補正するホログラム
２０と、横の色収差を補正する直視プリズム１９とによ
り、指標板２２上には、ウェハマークＷＭの像が良好な
結像状態のもとで形成され、このウェハマークＷＭの像
は、リレーレンズ系２３，２４により１次元撮像素子２
６ｘ，２６ｙ上に再結像される。

【００３５】従って、ウェハマークＷＭの像と指標像と
の位置ずれを検出すれば、基準位置に対するウェハマー
クＷＭの位置ずれを検出することができる。ここで、本
実施例による位置合わせ装置では、１次元撮像素子２６
ｘ上のウェハマークＷＭの像の位置がウェハマークＷＭ
のＸ方向における位置に対応し、１次元撮像素子２６ｙ
上のウェハマークＷＭの像の位置がウェハマークＷＭの
Ｙ方向における位置に対応する。そして、１次元撮像素
子２６ｘ，２６ｙは、ウェハマークＷＭの像と指標像と
の位置ずれに関する撮像信号を制御部１００へ出力す
る。

【００３６】１次元撮像素子２６ｘ，２６ｙから出力さ
れる撮像信号は、制御部１００へ伝達される。制御部１
００は、この撮像信号に基づいて、指標像の位置とウェ
ハマークＷＭの像との位置ずれ量を求め、この位置ずれ
量が０になるように、ウェハステージＷＳを駆動するウ
ェハステージ駆動部１０１を制御する。これにより、ウ
ェハＷの位置合わせが達成される。

【００３７】このように、本実施例による位置合わせ装
置においては、露光光ＩＬとは異なりかつ広帯域のアラ
イメント光によって、ウェハマークＷＭの位置検出を行
なっているため、ウェハＷ上のレジストによる干渉の影
響が低減される。このとき、本実施例では、収差補正手
段としてのホログラム２０によって、投影対物レンズＰ
Ｌ内をアライメント光が通過する際に生じる縦の色収差
と波面収差とを補正しているため、ウェハマークＷＭの
鮮明な像を得ることができる。従って、ウェハマークＷ
Ｍの位置検出精度が向上する利点がある。

【００３８】次に、図４を参照して本発明による第２実
施例を説明する。図４は、本発明による位置合わせ装置
の第２実施例の構成を示す図である。尚、説明を簡単に
するために、図４では、図１の第１実施例と同様の機能
を持つ部材には、同じ符号を付してある。図４の第２実
施例において、図１に示す第１実施例とは異なる構成
は、収差補正素子としてのホログラム２０の代わりに、
投影対物レンズＰＬ内を通過する広帯域のアライメント
光により発生する縦の色収差のみを補正するフレネルゾ
ーンプレート４０を配置した点である。

【００３９】ここで、フレネルゾーンプレート４０は、
前述の（３）式によって示される如く、フィールドレン
ズ１８上での縦の色収差量Δｆ_Bと同じ量だけ縦の色収
差を発生させるような遮光（透過，位相）パターンを有
する。このとき、フレネルゾーンプレート４０で発生さ
せる縦の色収差は、投影対物レンズＰＬにて発生する縦
の色収差とは、逆向きとなる。尚、フレネルゾーンプレ
ート４０で発生させる縦の色収差は、前述の（１）式、
（２）式にて表される。

【００４０】フレネルゾーンプレート４０を介したアラ
イメント光により、指標板２２上にウェハマークＷＭの
像が形成されるが、この像は、投影対物レンズＰＬ内を
通過する広帯域のアライメント光により発生する非点収
差の影響を受けて、その結像状態が悪くなる恐れがあ
る。そこで、本実施例では、フレネルゾーンプレート４
０とフィールドレンズ１８との間の光路中に、位置検出
光学系の光軸を中心として回転可能に設けられた２枚の
シリンドリカルレンズ４１Ａ，４１Ｂを設け、この非点
収差の補正を行なっている。

【００４１】具体的には、正のシリンドリカルレンズ４
１Ａと、負のシリンドリカルレンズ４１Ｂとの相対的な
回転角またはそれら２枚のシリンドリカルレンズの間隔
を変えることにより、それら２枚のシリンドリカルレン
ズ４１Ａ，４１Ｂで発生する非点収差で、投影対物レン
ズＰＬで発生する非点収差を相殺させる。従って、指標
像２２上に形成されるウェハマークＷＭの像は、投影対
物レンズＰＬによる非点収差の影響を受けない。尚、こ
のようなシリンドリカルレンズ４１Ａ，４１Ｂによる非
点収差の補正については、本願と同一出願人による特願
平5-52736 号に提案されている。

【００４２】このように、本実施例においては、フレネ
ルゾーンプレート４０によって投影対物レンズＰＬによ
る縦の色収差を補正し、２枚のシリンドリカルレンズ４
１Ａ，Ｂによって投影対物レンズＰＬによる非点収差を
補正し、さらに、直視プリズム１９によって投影対物レ
ンズＰＬによる横の色収差を補正する構成であるため、
１次元撮像素子２６ｘ，２６ｙ上には、ウェハマークＷ
Ｍの像が良好な結像状態のもとで形成される。

【００４３】従って、本実施例による位置合わせ装置で
は、広帯域のアライメント光によるウェハＷ上の干渉の
影響の低減が図れると共に、投影対物レンズＰＬで発生
する諸収差を補正できるため、高精度な位置合わせが実
行できる。なお、本実施例においては、投影対物レンズ
ＰＬ内をアライメント光が通過する際に生ずるコマ収差
を補正していないが、このコマ収差による影響は、実用
上無視できるため、特に問題はない。

【００４４】次に、図５を参照して本発明による第３実
施例を説明する。図５は、第３実施例による位置合わせ
装置の構成を示す図である。図５に示す第３実施例の位
置合わせ装置は、レチクルを介してウェハの位置を検出
する所謂ＴＴＲ方式の位置合わせ装置である。尚、図５
において、図１及び図４に示した第１及び第２実施例と
同様の機能を有する部材には、同じ符号を付してある。

【００４５】図５において、図示なき主照明系は、所定
波長の露光光によって、ＸＹ方向に可動なレチクルステ
ージＲＳ上に載置されたレチクルＲを均一に照明する。
レチクルＲ上に設けられた回路パターンの像は、投影対
物レンズＰＬを介して、ＸＹ方向に可動なウェハステー
ジＷＳ上に載置されたウェハＷ上に転写される。ここ
で、レチクルＲ上の回路パターンが設けられている領域
の近傍には、所定形状のレチクルマークＲＭが設けられ
ており、ウェハＷのショット領域（レチクルＲの回路パ
ターン像が形成されるウェハＷ上の領域）の近傍には、
所定形状のウェハマークＷＭが設けられている。

【００４６】さて、本実施例による位置合わせ装置で
は、レチクルＲの上方にＴＴＲ方式のアライメント系５
０が設けられている。アライメント系５０において、光
源１１からのアライメント光は、リレーレンズ１２，１
３を経てビームスプリッタ１６に達する。このビームス
プリッタ１６にて反射されたアライメント光は、第１対
物レンズ１４を介してレチクルＲ上に達する。レチクル
Ｒを介した第１対物レンズ１４からのアライメント光
は、投影対物レンズＰＬを経てウェハマークＷＭ上に照
射される。ここで、光源１１が供給するアライメント光
は、ウェハＷ上のフォトレジストを感光させないために
露光光とは異なる波長としてあり、このフォトレジスト
層での干渉を避けるために所定の幅で連続的な波長分布
としている。尚、本実施例では、光源１１、リレーレン
ズ１２，１３、第１対物レンズ１４及びビームスプリッ
タ１６が照明系を構成している。

【００４７】第１対物レンズ１４からのアライメント光
は、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭにも照射されて
おり、このレチクルマークＲＭで反射されたアライメン
ト光は、再び第１対物レンズ１４に戻る。第１対物レン
ズ１４を介したアライメント光は、ビームスプリッタ１
６、第２対物レンズ１７を経て、ビームスプリッタ２７
に達する。ビームスプリッタ２７で反射されたアライメ
ント光は、所定の指標が形成された指標板２２Ｒ上にレ
チクルマークＲＭの像を形成する。ここで、指標板２２
Ｒ上の指標は、アライメント系の光軸位置（第１及び第
２対物レンズ２４，１７の光軸位置）に設けられてお
り、この指標が基準位置となる。指標板２２からのアラ
イメント光は、リレーレンズ系２３Ｒ，２４Ｒを順に介
して撮像素子２６Ｒ上に達する。ここで、撮像素子２６
Ｒは、例えば２次元ＣＣＤ等で構成され、この撮像素子
２６Ｒ上には、リレーレンズ系２３Ｒ，２４Ｒによっ
て、レチクルマークＲＭの像と指標板２２上の指標の像
とが形成される。尚、本実施例においては、第１及び第
２対物レンズ１４，１７、指標板２２Ｒ、ビームスプリ
ッタ２７及びリレーレンズ系２３Ｒ，２４Ｒによってレ
チクル位置検出光学系が構成されている。

【００４８】一方、ウェハマークＷＭにて反射されたア
ライメント光は、投影対物レンズＰＬ、レチクルＲを経
て、アライメント光の波長のもとでのウェハ共役面Ｗ_A
上にウェハマークＷＭの像を形成する。ここで、ウェハ
共役面Ｗ_AとレチクルＲとは、露光光とアライメント光
との波長の差によって生じる投影対物レンズＰＬの色収
差に起因する量だけ離れている。

【００４９】ウェハ共役面Ｗ_Aからのアライメント光
は、第１対物レンズ１４、ビームスプリッタ１６及び第
２対物レンズ１７を経て、ビームスプリッタ２７に達す
る。ビームスプリッタ２７を透過したアライメント光に
よって、フィールドレンズ１８上にウェハ共役面Ｗ_A上
のウェハマークＷＭの像が再結像される。すなわち、こ
れらの第１及び第２対物レンズ１４，１７により、ウェ
ハ共役面Ｗ_Aとフィールドレンズ１８とが共役な配置と
なっている。

【００５０】フィールドレンズ１８を介したアライメン
ト光は、投影対物レンズＰＬをアライメント光が通過す
る際に生じる横の色収差を補正する直視プリズム１９
ａ，１９ｂを経て、所望の遮光パターンをその表面上に
表示することができる液晶ホログラム４２に達する。液
晶ホログラム４２は、アライメント光が投影対物レンズ
ＰＬを通過することによる縦の色収差を補正すると共
に、アライメント光が投影対物レンズＰＬを通過するこ
とによる波面収差を補正するものであり、投影対物レン
ズＰＬの瞳位置とアライメント光の波長のもとで共役な
位置に配置されている。

【００５１】ここで、液晶ホログラム４２による遮光パ
ターンは、前述の第１実施例の如く、フィールドレンズ
１８上での縦の色収差を補正する如き焦点距離を有する
フレネルゾーンプレートを基本としたパターンであり、
フィールドレンズ１８の光軸上の点から発する波面のう
ち、同位相の波面が液晶ホログラム４２に達する領域が
遮光部（または透過部）となるパターンである。

【００５２】従って、液晶ホログラム４２を介したアラ
イメント光は、投影対物レンズＰＬによる縦の色収差が
補正されたものとなり、フィールドレンズ１８の光軸上
の点から発する波面は、液晶ホログラム４２を介して平
面波に変換される。なお、液晶ホログラム４２は、収差
制御部４３による制御によって、その表示パターンを変
化させることができる。

【００５３】液晶ホログラム４２からのアライメント光
は、結像レンズ２１を経て、所定の指標が設けられた指
標板２２Ｗ上にウェハマークＷＭの像を形成する。な
お、指標板２２Ｗ上の指標は、アライメント系５０の光
軸位置（第１及び第２対物レンズ１４，１７の光軸位
置）上に設けられており、この指標が基準位置となる。
ここで、アライメント光が投影対物レンズＰＬを通過す
る際に生じる諸収差は、液晶ホログラム４２及び直視プ
リズム１９ａ，１９ｂによって補正されているため、こ
のウェハマークＷＭの像は良好な結像状態となる。な
お、本実施例では、第１及び第２対物レンズ１４，１
７、フィールドレンズ１８、直視プリズム１９ａ，１９
ｂ、結像レンズ２２、ビームスプリッタ２７及び液晶ホ
ログラム４２によりウェハ位置検出光学系が構成されて
いる。

【００５４】そして、指標板２２Ｗからのアライメント
光は、リレーレンズ系２３Ｗ，２４Ｗを介して、指標板
２２上の指標の像とウェハマークＷＭの像とを２次元撮
像素子２６Ｗ上に形成する。なお、２次元撮像素子２６
Ｗには、ウェハマークＷＭでの反射光の他にレチクルマ
ークＲＭでの反射光が混入しているが、２次元撮像素子
２６Ｗ上では、レチクルマークＲＭの像がディフォーカ
スされている。同様に、２次元撮像素子２６Ｒには、レ
チクルマークＲＭでの反射光の他にウェハマークＷＭで
の反射光が混入しているが、２次元撮像素子２６Ｒ上で
は、ウェハマークＷＭの像がディフォーカスされてい
る。従って、２次元撮像素子２６Ｗには、ウェハマーク
ＷＭの像と指標像とが鮮明に結像され、２次元撮像素子
２６Ｒには、レチクルマークＲＭの像と指標像とが鮮明
に結像される。

【００５５】これらの２次元撮像素子２６Ｗ，２６Ｒ上
に結像される指標像とウェハマークＷＭの像との位置ず
れを検出すれば、基準位置に対するウェハマークＷＭの
位置ずれを検出できる。そして、２次元撮像素子２６
Ｗ，２６Ｒは、指標像とウェハマークＷＭの像との位置
ずれに関する撮像信号を制御部１００へ出力する。制御
部１００は、この撮像信号により、ウェハマークＷＭの
基準位置に対する位置ずれと、レチクルマークＲＭの基
準位置に対する位置ずれとを求める。そして、制御部１
００は、これらの位置ずれが０となるように、ウェハス
テージＷＳを駆動するウェハステージ駆動部１０１と、
レチクルステージＲＳを駆動するレチクルステージ駆動
部１０２との制御を行なう。これにより、レチクルＲと
ウェハＷとの位置合わせが達成される。

【００５６】ところで、レチクルサイズが変わった場合
や、ウェハマークＷＭが打ち変えられた場合には、アラ
イメント系５０を図中Ｘ方向に移動させる必要がある。
しかしながら、投影対物レンズＰＬの光軸に対してウェ
ハマークＷＭまたはレチクルマークＲＭの位置が変わる
毎に、投影対物レンズＰＬにて発生する縦の色収差、横
の色収差及び波面収差が変化する問題がある。

【００５７】このようなアライメント系５０の移動に伴
う諸収差の変化に対応するため、本実施例による位置合
わせ装置では、アライメント系５０のＸ方向の位置に対
応させて液晶ホログラム４２の遮光パターンを変化させ
て、この液晶ホログラム４２による縦の色収差と波面収
差との補正量を変化させる構成としている。また、第１
及び第２実施例の直視プリズム１９の代わりに、互いに
横の色収差の補正方向が異なる２枚の直視プリズム１９
ａ，１９ｂを位置検出光学系の光軸を中心として回転可
能に設け、その横の色収差の補正量を変化させる構成と
している。

【００５８】以下、アライメント系５０の移動に伴う諸
収差の補正量変化について具体的に説明する。レチクル
サイズが変わった場合やウェハマークＷＭが打ち変えら
れた場合には、図示なき駆動部によってアライメント系
５０を図中Ｘ方向に沿って移動させ、所定位置に設定す
る。アライメント系５０には、例えばエンコーダ等の位
置検出部５１が設けられており、この位置検出部５１が
検出するアライメント系５０の位置情報は、収差制御部
４３へ伝達される。

【００５９】ここで、メモリー部４４内には、縦の色収
差と波面収差とを補正するための遮光パターンがアライ
メント系５０の位置に対応して記憶されている。この遮
光パターンは、以下の通り求められる。まず、アライメ
ント系５０の位置（第１対物レンズ１４の位置）に応じ
たフィールドレンズ１８上での縦の色収差量をそれぞれ
シュミレーションによって計算する。次に、ウェハマー
クＷＭから投影対物レンズＰＬ、第１及び第２対物レン
ズ１４，１７を経てフィールドレンズ１８に到る光路を
アライメント光が通過する際に生じる波面収差をアライ
メント系５０の位置に応じてそれぞれシュミレーション
によって計算する。そして、これらの計算結果から、前
述の第１実施例の如く遮光パターンを求め、この遮光パ
ターンの情報をアライメント系５０の位置に対応させて
メモリー部４４内に記憶する。

【００６０】また、メモリー部４４内には、アライメン
ト系５０の位置に応じた横の色収差補正量に関する情報
が記憶されている。収差制御部４３は、位置検出部５１
によるアライメント系５０の位置情報に基づいて、メモ
リー部４４からアライメント系５０の位置に応じた遮光
パターンの情報と、アライメント系５０の位置に応じた
横の色収差補正量に関する情報とを読み出す。次に、収
差制御部４３は、遮光パターンの情報に基づいて液晶ホ
ログラム４２の遮光パターンを変化させ、横の色収差補
正量に関する情報に基づいて、２枚の直視プリズム１９
ａ，１９ｂの相対的回転角を変化させるプリズム駆動部
５２を制御して、直視プリズム１９ａ，１９ｂの回転角
を変化させる。

【００６１】これにより、アライメント系５０の位置が
変化した場合においても、投影対物レンズＰＬ内をアラ
イメント光が通過する際に生じる縦の色収差、横の色収
差及び波面収差が良好に補正される。すなわち、検出す
べきウェハマークＷＭ、レチクルマークＲＭの位置によ
らず、鮮明なウェハマークＷＭ及びレチクルマークＲＭ
の像が常に得られるため、より高精度なレチクルＲとウ
ェハＷとの位置合わせが達成される。

【００６２】なお、本実施例においては、遮光パターン
を可変にできる液晶ホログラム４２によって縦の色収差
と波面収差とを補正しているが、この液晶ホログラム４
２の代わりに、位相変調を行なうホモジニアス配向液晶
を用いた表示素子、レーザビーム書き込み型液晶ライト
バルブ、エレクトロクロミック表示素子等の空間光変調
素子を適用することができる。ここで、ホモジニアス配
向液晶は、電圧を加えることによって液晶の光路長を変
化させることができ、通過する光の位相を可変にでき
る。すなわち、位相パターンを表示できるものである。
また、レーザビーム書き込み型液晶ライトバルブを用い
る際には、アライメント系の光路中にダイクロイックミ
ラーを設け、このダイクロイックミラーを介して液晶ラ
イトバルブに書き込み用のレーザ光を照射することが好
ましい。このように、可変パターン（透過、遮光パター
ン、位相パターン）を形成する収差補正光学素子として
は、液晶ホログラムに限られず、種々の構成をとり得
る。

【００６３】なお、本実施例では、遮光パターンを変化
させることができる液晶ホログラム４２を用いたが、そ
の代わりに、複数のホログラムを交換可能に設けても良
い。以下、図６を参照して具体的に説明する。図６は、
第３実施例の変形例を示す図であって、図６に示す第３
実施例と同じ機能を有する部材には、同じ符号を付して
ある。

【００６４】図６において、図５の第３実施例とは異な
る構成は、液晶ホログラム４２の代わりに、複数のホロ
グラムが設けられたターレット板５３を設けた点であ
る。図６に示す実施例では、アライメント系５０は、図
中Ｘ方向に沿った複数の位置の何れかに位置するよう
に、選択的に移動可能に設けられている。このアライメ
ント系５０の位置を検出する位置検出部５１は、アライ
メント系５０がどの位置にあるかを検出してその位置情
報を収差制御部４３へ出力する。

【００６５】ここで、ターレット板５３に設けられた複
数のホログラムは、それぞれアライメント系５０の位置
に応じて、縦の色収差補正量と波面収差補正量とが異な
るように構成されている。これらのホログラムは、以下
の通り作成される。まず、アライメント系５０の位置
（第１対物レンズ１４の位置）に応じたフィールドレン
ズ１８上での縦の色収差量をそれぞれシュミレーション
によって計算する。次に、ウェハマークＷＭから投影対
物レンズＰＬ、第１及び第２対物レンズ１４，１７を経
てフィールドレンズ１８に到る光路をアライメント光が
通過する際に生じる波面収差をアライメント系５０の位
置に応じてそれぞれシュミレーションによって計算す
る。そして、これらの計算結果から、フィールドレンズ
１８上の縦の色収差を補正するための焦点距離を前述の
（２）式より求める。そして、フィールドレンズ１８の
光軸上の点から発する波面のうち、同位相の波面がこの
点から上記焦点距離だけ離れた平面上に達する領域を算
出する。そして、この領域が透過部又は遮光部となるよ
うにホログラムを作成する。本実施例では、アライメン
ト系５０が選択的に配置される複数の位置毎に、この計
算を行ない、複数のホログラムを作成している。

【００６６】ここで、メモリー部４４内には、アライメ
ント系５０の位置と位置検出光学系の光路内に配置すべ
きホログラムとの対応に関する情報が記憶されている。
収差制御部４３は、位置検出部５１からの位置情報に基
づいて、位置検出光学系の光路内に配置すべきホログラ
ムに関する情報をメモリー部４４から読み出し、この情
報に基づいて、配置すべきホログラムを選択する。次
に、収差制御部４３は、ターレット板５３を回転させる
ターレット板駆動部５４を制御して、選択されたホログ
ラムを位置検出光学系の光路中に位置させる。

【００６７】これにより、アライメント５０の位置が変
化しても、ホログラムを介したアライメント光における
縦の色収差と波面収差とが補正される。なお、投影対物
レンズＰＬ内をアライメント光が通過することによる横
の色収差に関しては、上述の第３実施例と同様に補正さ
れる。従って、アライメント系５０が選択的に移動して
も、２次元撮像素子２４Ｗ上には、常に鮮明なウェハマ
ークＷＭの像が形成されるため、レチクルＲとウェハＷ
との位置合わせがより高精度化される。

【００６８】尚、図６の実施例では、ホログラムとして
遮光パターンを有するものを適用しているが、その代わ
りに、位相パターンを有する位相型のホログラムも適用
できることは言うまでもない。また、上述の図５及び図
６の実施例では、露光光の波長とアライメント光の波長
とを分離するダイクロイックミラーを図示省略している
が、アライメント系５０としては、このダイクロイック
ミラーを介してレチクルマークＲＭ及びウェハマークＷ
Ｍの位置検出を行なっても良く、ダイクロイックミラー
とレチクルＲとの間に光路折曲げミラーを配置し、この
光路折曲げミラーを介してレチクルマークＲＭとウェハ
マークＷＭとの位置検出を行なっても良い。

【００６９】なお、アライメント系（照明系、レチクル
及びウェハ位置検出光学系）を移動可能に設けた例を図
５及び図６に示したが、第１及び第２実施例において
も、収差補正光学系に設けられるパターンを変化させる
構成とすれば、アライメント系を移動可能にしたときに
でも対応できる。上述の第１及び第２実施例において
は、ウェハマークＷＭの像を検出する撮像素子として、
１次元撮像素子を用いたが、この代わりに、第３実施例
に示す如き２次元撮像素子を適用しても良い。

【００７０】このように、本発明は、上述の実施例に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、投影光学系内を広帯域のアライメント光が通過す
ることにより生じる縦の色収差を補正することができ
る。また、請求項４に係る発明によれば、縦の色収差の
みならず波面収差をも同時に補正することができる。こ
れより、本発明によれば、高精度な位置合わせが達成さ
れる。

【００７２】また、収差補正手段として、そのパターン
を変化させることができる構成にすれば、検出すべきマ
ークの位置が移動した場合でも、高精度な位置合わせを
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ装置の第１実施例を示
す図である。

【図２】波面収差の補正原理を示す図である。

【図３】位置検出光学系の光路図である。

【図４】本発明による第２実施例を示す図である。

【図５】本発明による第３実施例を示す図である。

【図６】第３実施例の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１４ … 第１対物レンズ、１７ … 第２対物レンズ、１８ … フィールドレンズ、２０ … ホログラム、（収差補正手段）４０ … フレネルゾーンプレート、（収差補正手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定波長の露光光によって第１物体上に形
成されたパターンの像を投影光学系を介して第２物体上
に投影する露光装置に設けられ、前記第２物体上に設け
られた所定のマークを光学的に検出することにより、前
記第２物体の位置合わせを行なう位置合わせ装置におい
て、前記露光光とは異なりかつ所定の波長帯域幅のアライメ
ント光によって、前記第２物体上の前記マークを照明す
る照明手段と、前記マークからの光を前記投影光学系を介して集光し、
前記アライメント光による前記マークの像を形成する位
置検出光学系と、該位置検出光学系の光路中に設けられ、かつ前記アライ
メント光により前記投影光学系で発生する縦の色収差を
補正する収差補正手段とを有することを特徴とする位置
合わせ装置。
【請求項２】前記収差補正手段は、フレネルゾーンプレ
ートを有することを特徴とする請求項１記載の位置合わ
せ装置。
【請求項３】前記収差補正手段は、前記投影光学系の瞳
と共役な位置に設けられることを特徴とする請求項１記
載の位置合わせ装置。
【請求項４】所定波長の露光光によって第１物体上に形
成されたパターンの像を投影光学系を介して第２物体上
に投影する露光装置に設けられ、前記第２物体上の所定
のマークを光学的に検出することにより前記第２物体の
位置合わせを行なう位置合わせ装置において、前記露光光とは異なりかつ所定の波長帯域幅のアライメ
ント光によって、前記第２物体上の前記マークを照明す
る照明手段と、前記マークからの光を前記投影光学系を介して集光し、
前記アライメント光による前記マークの像を形成する位
置検出光学系と、該位置検出光学系による前記マークの像を検出する検出
手段と、前記位置検出光学系の光路中に設けられ、かつ前記アラ
イメント光により前記投影光学系で発生する縦の色収差
と波面収差とを補正する収差補正手段とを有することを
特徴とする位置合わせ装置。