JPH08306602A

JPH08306602A - アライメント装置

Info

Publication number: JPH08306602A
Application number: JP7103815A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP3590940B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハマークの段差を正確に或る特別な光路
長に合わせることなく、ウエハマークの非対称の影響を
軽減してウエハマークの位置を正確に検出する。【構成】レーザ光源１１Ａ〜１１Ｃは異なる波長のレ
ーザビームを発生する。ウエハマークの段差に応じて、
波長差が所定の値になるようにレーザ光源１１Ａ〜１１
Ｃから２つのレーザ光源を選択して点灯駆動する。選択
された２つのレーザ光源からのレーザビームを同軸に合
成し、合成された光束Ｂを音響光学素子１４，１８を介
して２つの周波数差を有するアライメント光に変換し、
これらアライメント光をレンズ２４、ビームスプリッタ
ー２６等を介してウエハマークに照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクに形成されたパ
ターンを感光基板上に転写する露光装置に設けられ、マ
スクと感光基板との位置合わせを行うためのアライメン
ト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、又は液晶表示素子等の製造
に使用される投影露光装置には、特にウエハ（又はガラ
スプレート等）上の２層目以降に回路パターンを形成す
る際に、マスクとしてのレチクルとウエハとを高精度に
位置合わせするためのアライメント装置が設けられてい
る。斯かるアライメント装置は、ウエハ上のアライメン
トマーク（ウエハマーク）の位置を検出するアライメン
トセンサと、このアライメントセンサにより検出された
位置に基づいてウエハを目標移動位置に移動する制御系
とから構成されている。

【０００３】一般に、露光及びその後のプロセス等によ
りウエハ表面の荒れの程度が変化すると共に、ウエハ上
の層（レイア）によってウエハマークと周辺の下地との
段差が異なる場合があるため、単一のアライメントセン
サで全てのウエハマークの位置を正確に検出するのは困
難である。そこで、用途に応じて次のようなアライメン
トセンサが使用されている。

【０００４】ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignm
ent ）方式：これは回折格子状のウエハマークに、周波
数を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生し
た２つの回折光を干渉させ、この干渉光の位相からウエ
ハマークの位置情報を検出するセンサである。このＬＩ
Ａ方式は、低段差のウエハマークや表面荒れの大きいウ
ハに効果的である。

【０００５】ＦＩＡ（Field Image Alignment ）方
式：これはハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の
広い光で照明したウエハマークの像を、画像処理して位
置計測を行うセンサであり、アルミニウム層やウエハ表
面の非対称なマークの計測に効果的である。ＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）方式：こ
れはレーザ光をウエハマークに照射し、回折・散乱され
た光を利用してそのウエハマークの位置を計測する系で
あり、従来より種々のプロセスウエハに幅広く使用され
ているものである。

【０００６】従来は、このような種々のアライメントセ
ンサを用途に応じて使い分けていた。また、アライメン
トセンサの光学系としては、投影光学系を介してレチク
ルとウエハとの位置合わせを行うためのＴＴＲ（スルー
・ザ・レチクル）方式、投影光学系を介してウエハマー
クの位置を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方
式、又は投影光学系を介することなくウエハマークの位
置検出を行うオフ・アクシス方式が知られており、これ
ら各光学系に対して上述の種々のアライメントセンサを
組み合わせることができる。

【０００７】例えばＴＴＲ方式でＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサを使用する場合、アライメント光の波長が露
光波長と異なるために、アライメント光に対して投影光
学系で所定の色収差が発生する。そこで、例えば特開平
５−１６０００１号公報では、投影光学系の瞳面付近の
アライメント光の通過位置に位相格子等の色収差制御部
材を配置し、この色収差制御部材で投影光学系で発生す
る色収差を補正するようにしたアライメント装置が開示
されている。この装置では、特に軸上色収差はレチクル
とウエハとが共役になるように補正される。

【０００８】また、一般にウエハマークはウエハの表面
に形成された凹凸のパターン（反射型の位相格子）であ
るが、例えばＬＩＡ方式のアライメントセンサで検出対
象とする回折格子状のウエハマークに関しては、アライ
メント光の波長をλとして、そのウエハマークの凸部と
凹部との段差の実効的光路長が（λ／４＋ｍλ／２）
（ｍは整数）のときに、最も回折効率が高くなり、高い
ＳＮ比のビート信号が得られることが知られている。同
様に、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ等においても、
ウエハマークの凹凸の段差に関してはアライメント光の
波長に応じた最適な光路長がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにアライメ
ントセンサで検出対象とされるウエハマークの段差につ
いては、使用されるアライメント光の波長に応じて高い
ＳＮ比の検出信号を得るための最適な光路長がある。し
かしながら、実際にはアライメント光の波長が定まって
いる場合に、その波長に合わせて段差が最適になるよう
にウエハマークを形成するのは困難である。また、特に
ウエハの周辺部等において、ウエハマークの凹部が傾斜
して非対称なマークになることがある。更に、各種プロ
セスを経る間にウエハマークの段差が変化するか、ウエ
ハマークの凹部が非対称になることもある。また、ウエ
ハ上で上の層になるにつれて、ウエハマークの段差が最
適な値から次第にずれるか、又は凹部が傾斜して傾向が
ある。

【００１０】このようにウエハマークの段差が最適な光
路長から外れるときの不都合につき考察する。先ず、図
８（ａ）は、ウエハ６上に計測方向に対して対称に形成
されたウエハマーク６６上に屈折率ｎのフォトレジスト
６７が塗布されている状態を示し、この図８（ａ）にお
いて、反射型の位相格子としてのウエハマーク６６の凸
部と凹部との反射率は同じであるとする。また、ウエハ
マークの凸部と凹部との段差をｈとして、上述のよう
に、その段差ｈの実効的光路長ｓ（＝ｎ・ｈ）が次式を
満たすときに波長λのアライメント光の回折効率が最大
となる。

【００１１】２ｓ＝λ／２＋ｍλ（ｍ：整数）（１）但し、ウエハマーク６６の凸部の振幅反射率と凹部（底
部）の振幅反射率とが異なる場合には、（１）式におけ
る実効的光路長ｓとしては、その凸部でのアライメント
光の位相とその凹部でのアライメント光の位相との位相
差にλ／（２π）を掛けた値で表される。図８（ａ）の
ウエハマーク６６で、（１）式が満たされている場合に
は、ウエハマーク６６からの反射光（又は回折光）の強
度分布は図９（ａ）に示すようになり、非対称がなく良
好に計測が行われる。また、その実効的光路長ｓが
（１）式から或る程度外れても、非対称性がない場合に
は正確に位置検出が行われる。

【００１２】次に、図８（ｂ）に示すように、ウエハ６
上に形成されたウエハマーク６８の凹部（底部）が計測
方向に傾斜して、ウエハマーク６８が非対称となってい
る場合につき考察する。この場合、凸部と凹部との段差
ｈとしては、凹部の中心での段差を使用する。そして、
段差ｈの実効的光路長ｓ（＝ｎ・ｈ）について（１）式
が成立するものとすると、図８（ｂ）のウエハマーク６
８の凹部（底部）の中心の左右の領域６９Ａ，６９Ｂか
らの反射光の強度は、中心からの反射光の強度よりも同
じだけ小さい値になり、ウエハマーク６８からの反射光
の強度は図９（ｂ）に示すように、全体として非対称性
がない。更に、平均的に図９（ａ）の場合よりも強度は
小さくなるが、位置検出には殆ど支障がない。

【００１３】一方、段差ｈの実効的光路長ｓが（１）式
より多少大きいときには、ウエハマーク６８の凹部の右
側の領域６９Ｂでの平均的な光路長が（１）式に近づ
き、且つ左側の領域６９Ａでの平均的な光路長が（１）
式から外れるため、領域６９Ｂからの反射光の強度が領
域６９Ａからの反射光の強度よりも強くなる。従って、
ウエハマーク６８からの反射光の強度分布は、図９
（ｃ）に示すように光量の重心位置が、光量分布が対称
な場合の重心位置７０に比べて右側に片寄ったものとな
り、非対称の影響を受けてしまう。逆に、図８（ｂ）に
おいて、段差ｈの実効的光路長ｓが（１）式より多少小
さいときには、ウエハマーク６８からの反射光の強度分
布は、図９（ｄ）に示すように光量の重心位置が、本来
の重心位置７０に比べて左側に片寄ったものとなり、や
はり非対称の影響を受けてしまう。

【００１４】以上のように、ウエハマークの凹部が傾斜
してウエハマークが非対称となっている場合に、その凹
部の中心での段差の実効的光路長が（１）式を満たすと
きには、殆どその非対称の影響は受けないが、その凹部
の中心での実効的光路長が（１）式から外れると非対称
の影響が現れることが分かる。因に、ウエハマークがウ
エハ上に被着されたアルミニウム層をエッチング等して
形成されているような場合、ウエハ周辺部でそのような
ウエハマークの凹部（底部）での傾斜がよく見られる。

【００１５】これに関して、特別の工程を設けてウエハ
マークの段差が（１）式を満たすようにすることも可能
であるが、それでは露光工程のスループット（生産性）
が低下すると共に、製造コストが増加するという不都合
がある。本発明は斯かる点に鑑み、ウエハマークの段差
を正確に或る特別な光路長に合わせることなく、ウエハ
マークの非対称の影響を軽減してウエハマークの位置を
正確に検出して、ウエハを高精度に位置合わせできるア
ライメント装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１のアラ
イメント装置は、例えば図１及び図５に示すように、マ
スクパターン（４）を感光基板（６）上に転写する露光
装置に設けられ、感光基板（６）上に形成された凹凸パ
ターンよりなる位置合わせ用マーク（４８Ａ）の位置に
基づいてマスクパターン（４）と感光基板（６）との位
置合わせを行うアライメント装置において、位置合わせ
用マーク（４８Ａ）に対して互いに異なる複数の波長の
光を照射する照射光学系（１１Ａ〜１１Ｃ，１３Ａ，１
３Ｂ，１４〜２６，２）と、位置合わせ用マーク（４８
Ａ）からの光束を受光してその位置合わせ用マークの位
置に応じた検出信号を生成する受光光学系（２，２６〜
２８，３１）と、その位置合わせ用マークの段差に応じ
てその照射光学系からその位置合わせ用マークに照射さ
れる複数の波長の光の波長差を設定する波長制御手段
（６１，６４）と、を有するものである。

【００１７】この場合、その照射光学系の一例は、互い
に異なる３種類以上の波長から選択された任意の組合せ
の複数の波長の光を発生する光源（１１Ａ〜１１Ｃ）を
備えているものであり、このときその波長制御手段は、
その位置合わせ用マークの段差に応じてその照射光学系
内でそれら３種類以上の波長から選択される波長の組合
せを指示することが望ましい。

【００１８】また、その照射光学系の他の例は、複数の
互いに異なり且つ可変の波長の光を発生する光源を備え
ているものであり、このとき波長制御手段は、その位置
合わせ用マークの段差に応じてその照射光学系内の光源
から発生される波長可変の複数の光のそれぞれの波長を
指示することが望ましい。また、その位置合わせ用マー
クに照射される複数の波長の光の内の所定の２つの波長
の光の平均（本発明では「相乗平均」を意味する）波長
をλ、波長差をΔλとして、その位置合わせ用マークの
段差の実効的光路長をｓとした場合、正の整数ｍ、及び
２〜４の何れかの整数ｎを用いて、実質的に次の関係が
成立するように波長差を設定することが望ましい。

【００１９】 Δλ＝λ²（ｎ／６＋ｍ）／（２ｓ）（２）これは言い換えると、波長差Δλを次の何れかの近傍に
設定することを意味する。 Δλ＝λ²（１／３＋ｍ）／（２ｓ）（３Ａ） Δλ＝λ²（２／３＋ｍ）／（２ｓ）（３Ｂ） Δλ＝λ²（１／２＋ｍ）／（２ｓ）（３Ｃ）

【００２０】また、本発明の第２のアライメント装置
は、例えば図１及び図５に示すように、上述の第１のア
ライメント装置と同じ前提部において、位置合わせ用マ
ークに対して互いに異なる複数の波長の光を照射する照
射光学系（１１Ａ〜１１Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ，１４〜２
６，２）と、その位置合わせ用マークからのそれら複数
の波長の光を受光して各波長毎にその位置合わせ用マー
クの位置に応じた検出信号を生成する受光光学系（２，
２６〜２８，３１）と、その位置合わせ用マークの段差
に応じてその受光光学系から出力される各波長毎の検出
信号のレベル比を調整するレベル制御手段（６１，６
４）と、を有するものである。

【００２１】

【作用】斯かる本発明の原理につき説明する。先ず、感
光基板上の位置合わせ用マーク（４８Ａ）は、例えば図
４（ｂ）又は（ｃ）に断面図で示すように、計測方向
（Ｘ方向）に所定ピッチで形成された反射型の位相格子
として扱うことができる。位置合わせ用マーク（４８
Ａ）の凹部（底部）が平坦な場合（図４（ｂ））にはそ
の凸部と凹部との段差の平均値を段差ｈとして、その凹
部が計測方向に傾斜している場合（図４（ｃ））には、
その凹部の中心での段差の平均値を段差ｈとする。ま
た、位置合わせ用マーク（４８Ａ）は屈折率ｎの感光材
料（５６）で覆われており、位置合わせ用の光束の波長
域は感光材料（５６）を透過する波長域に設定されてい
る。

【００２２】仮に、位置合わせ用の光束として波長λの
単色光を使用するものとすると、その位置合わせ用マー
ク（４８Ａ）の段差ｈの実効的光路長ｓ（＝ｎ・ｈ）は
（１）式を満たすことが望ましいが、実際にはそれは困
難である。そこで、本発明の第１のアライメント装置で
は、位置合わせ用の光束の波長を変えて、実質的に
（１）式の条件を略々満たすことを考える。

【００２３】図６は、位置合わせ用マーク（４８Ａ）の
段差ｈの実効的光路長ｓ（＝ｎ・ｈ）と回折効率との関
係を示し、この図６の横軸ｙはその実効的光路長ｓを位
相差に換算したものであり、次の関係が成立している。ｙ＝４πｓ／λ＝４πｎ・ｈ／λ （４）また、図６の縦軸は位相差ｙでの回折効率ｆ（ｙ）の値
を示し、回折効率ｆ（ｙ）は次式で表される。

【００２４】ｆ（ｙ）＝（１＋cos ｙ）／２（５）図６の点Ａは（１）式の条件が満たされている場合を示
す。ここで、段差ｈが大きくなると回折効率は点Ｂに移
動し、段差ｈが小さくなると回折効率は点Ｃに移動し、
何れの場合でも回折効率ｆ（ｙ）は低下する。逆に、例
えば位置合わせ用マーク（４８Ａ）が図４（ｃ）に示す
ように非対称であっても、その平均的な段差ｈが（１）
式の条件を満たす場合には、回折効率の分布の重心位置
は、位置合わせ用マーク（４８Ａ）が対称な場合とほぼ
同じ位置に維持され、非対称の影響を殆ど受けないと考
えられる。

【００２５】そこで、次に位置合わせ用の光束が２つの
波長λ₁及びλ₂の単色光を含むものとして、波長λ₁
及びλ₂における位相差ｙがそれぞれ図６の点Ｂ及び点
Ｃの位相差であるとする。この場合、位置合わせ用マー
ク（４８Ａ）が図４（ｂ）に示すように対称で、且つ段
差ｈ（平均値）が大きくなると、点Ｂ及び点Ｃがそれぞ
れ右方向の点Ｂ’及び点Ｃ’に移動するため、全体とし
ての回折効率は低下しない。同様に、段差ｈ（平均値）
が小さくなっても、点Ｂ及び点Ｃが共に左方向に移動す
るため、全体としての回折効率は低下しない。従って、
複数波長の光を使用することにより、段差ｈがばらつい
た場合の検出信号の低下を或る程度軽減できることが分
かる。

【００２６】同様に、位置合わせ用マーク（４８Ａ）が
図４（ｃ）に示すように非対称で、且つ相乗平均の平均
波長λ（＝（λ₁λ₂）^1/2）に対して段差ｈ（平均
値）が（１）式を満たしているとすると、波長λ₁での
非対称による光量重心のずれの方向と、波長λ₂での非
対称による光量重心のずれの方向とは逆方向となる。従
って、２つの波長を使用することにより非対称の影響も
軽減される。

【００２７】ここで、２つの波長の間隔の条件について
検討してみる。先ず、段差ｈが変化した場合に、２つの
波長で回折効率の変化が逆方向となるためには、図６で
回折効率ｆ（ｙ）がピークとなる点Ａの両側に位相差ｙ
が来るようにそれら２つの波長を選ぶ必要がある。次
に、位置合わせ用マーク（４８Ａ）の非対称の影響は、
例えば図４（ｃ）の傾斜した凹部（底部）（５８）の両
端での回折効率の差によるが、これは図６の回折効率ｆ
（ｙ）を示す曲線の傾き（位相差ｙに関する微分）ｆ’
（ｙ）に比例する。更に、傾斜による回折効率の差が大
きくても平均的な回折効率が小さければ影響が少なくな
ることもある。結局、非対称の影響は回折効率ｆ（ｙ）
を示す曲線の傾きｆ’（ｙ）と平均的な回折効率ｆ
（ｙ）との積の関数ｇ（ｙ）で与えられると考えられ
る。関数ｇ（ｙ）は次式で与えられる。

【００２８】ｇ（ｙ）＝ｆ（ｙ）・ｆ’（ｙ）（６）図７は、位相差ｙに対する関数ｇ（ｙ）の変化を示し、
この図７において点線は関数ｆ（ｙ）／２の値を示して
いる。関数ｇ（ｙ）は、次の関係が成立するとき０とな
る。ｙ＝ｍπ（ｍ：整数）（７）つまり、このとき位置合わせ用マークの凹部（底部）に
傾斜があっても非対称の影響は受けない。また、関数ｇ
（ｙ）は、次の関係が成立するとき、極値±（３／１
６）３^1/2をとる。

【００２９】ｙ＝２ｍπ±π／３（ｍ：整数）（８）この場合、図７に示すように、点Ｂ及び点Ｃでそれぞれ
関数ｇ（ｘ）が負及び正の極値を取るものとすると、点
Ｂでの位相差ｙが（２ｍπ＋π／３）となり、点Ｃでの
位相差ｙは（２ｍπ−π／３）となる。更に点Ｃの左側
で負の極値を取る点Ｄの位相差ｙは｛２（ｍ−１）π＋
π／３｝、即ち（２ｍπ−５π／３）となる。従って、
関数ｇ（ｘ）が極値を取る隣接する２つの点の位相差の
間隔は２π／３、又は４π／３となる。

【００３０】言い換えると、図６で回折効率ｆ（ｙ）が
ピークとなる点Ａの両側の点Ｂ，Ｃでの波長λ₁,λ
₂を、図７でｙ軸上での間隔が２π／３か４π／３とな
るようにとると、図７の点Ｂ，Ｃでの関数ｇ（ｙ）の値
が絶対値が同じで符号が逆の値となり、その和は０とな
る。つまり、段差が変わって点Ｂ，Ｃが回折効率のピー
クを挟んで左右にずれても、点Ｂ，Ｃでの関数ｇ（ｙ）
の値の和はほぼ０になるので非対称の影響を受けないこ
とになる。なお、間隔が４π／３のときには、点Ｂは点
Ｄの位置にある。

【００３１】この場合、（４）式及び（８）式より点Ｂ
における波長λ₁での位相差ｙ₁、及び点Ｃにおける波
長λ₂での位相差ｙ₂についてそれぞれ次の関係が成立
している。ｙ₁＝４πｓ／λ₁＝２ｍπ±π／３（９Ａ）ｙ₂＝４πｓ／λ₂＝２ｍπ±π／３（９Ｂ）従って、（９Ａ）式から（９Ｂ）式を減算することによ
り、次の何れかの関係が成立する。

【００３２】４πｓ（１／λ₁−１／λ₂）＝２ｍπ＋２π／３（１０Ａ）４πｓ（１／λ₁−１／λ₂）＝２ｍπ＋４π／３（１０Ｂ）次に、２波長λ₁及びλ₂の差分Δλ、及び平均波長λ
を次のように定義する。 Δλ＝λ₂−λ₁ （１１Ａ） λ＝（λ₁λ₂）^1/2 （１１Ｂ）そして、（１１Ａ）式及び（１１Ｂ）式を（９Ａ）式に
代入することにより、（３Ａ）式に対応する次式が得ら
れる。

【００３３】 Δλ＝λ²（１／３＋ｍ）／（２ｓ）（１２Ａ）同様に、（１１Ａ）式及び（１１Ｂ）式を（１０Ｂ）式
に代入することにより、（３Ｂ）式に対応する次式が得
られる。 Δλ＝λ²（２／３＋ｍ）／（２ｓ）（１２Ｂ）２つの波長の差を（１２Ａ）式、又は（１２Ｂ）式の値
に設定すると、段差が多少変化しても２波長の和により
位置合わせ用マークの凹部の傾斜による非対称の影響を
避けることができる。

【００３４】なお、（１２Ａ）式と（１２Ｂ）式とを使
い分けることが煩雑な場合には、次のように（１２Ａ）
式と（１２Ｂ）式との平均的な値の波長差Δλを使用し
ても、最適値は外れるものの大きな不都合はない。以下
の式では１／３と２／３との平均値が１／２であること
が利用されており、以下の式が（３Ｃ）式に対応してい
る。

【００３５】 Δλ＝λ²（１／２＋ｍ）／（２ｓ）（１２Ｃ）ところで、上述の発明では各波長の光強度は等しい大き
さにしておく必要がある。この光強度は回折効率が各波
長で等しいと仮定した場合に、受光光学系の光電変換部
で観測される値である。また、以上の説明は回折効率の
大きさとマーク像の強度分布とを用いて概念的に述べ
た。しかし、このような非対称の影響はＬＩＡ方式等の
回折光干渉による位相検出においては位相誤差として現
れることになり、従って画像処理型でも回折光干渉型
（ＬＩＡ方式等）でも同様に適用できる。

【００３６】次に、本発明の第２のアライメント装置で
は、そのように波長差Δλを実際に変化させる代わり
に、複数の波長の光束の光強度、又は複数の波長の光束
の検出信号のレベルを変化させている。このように光強
度、又は検出信号のレベルを変化させることにより、波
長差が変化するのと同様に段差の変化、又は非対称の影
響が軽減される。

【００３７】

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の一実
施例につき図１〜図５を参照して説明する。本実施例
は、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ
上の各ショット領域に投影する投影露光装置において、
ＴＴＲ方式で且つＬＩＡ方式のアライメントセンサを使
用する場合に本発明を適用したものである。

【００３８】図１は、本例の投影露光装置の全体の概略
構成を示し、この図１において、露光時には露光照明系
６０からの波長λ₀の露光用の照明光がダイクロイック
ミラー３を介してレチクル４に照射され、その照明光の
もとでレチクル４のパターンが投影光学系５を介して例
えば１／５に縮小されてフォトレジストが塗布されたウ
エハ６の各ショット領域に投影される。ここで、投影光
学系５の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平
面で図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ
軸を取る。

【００３９】また、レチクル４はレチクルステージ９上
に保持され、ウエハ６はウエハホルダ７を介してＸステ
ージ８Ｘ及びＹステージ８Ｙ等からなるウエハステージ
上に載置されている。実際には、Ｘステージ８Ｘ上に、
ウエハ６をＺ方向に位置決めするＺステージ等が載置さ
れている。レチクルステージ９、及びウエハステージ
は、それぞれ投影光学系５の光軸に垂直な平面上でレチ
クル４及びウエハ６の位置決めを行う。レチクルステー
ジ９、及びウエハステージの２次元座標はそれぞれ不図
示の干渉計により検出され、検出結果が主制御系６１に
供給され、主制御系６１は、レチクルステージ制御系６
２、及びウエハステージ制御系６３を介してそれぞれレ
チクルステージ９、及びウエハステージの動作を制御す
る。また、レチクル４の周辺部の上方には、レチクル４
の中心を投影光学系５の光軸ＡＸに合わせるためのレチ
クルアライメント顕微鏡３９及び４０（図２参照）が配
置されている。

【００４０】次に、本例のＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサにつき詳細に説明する。このアライメントセンサ
は、ダイクロイックミラー３の上方の対物レンズ２、そ
の上方のアライメント光学系１、アライメント用電源系
６４、及びアライメント信号処理系６５より構成されて
いる。アライメントを行う際には、主制御系６１は、ア
ライメント用電源系６４を介してアライメント光学系１
中の後述の３個のレーザ光源の内から選択された２個の
レーザ光源にそれぞれ発光を行わせる。

【００４１】それらのレーザ光源から射出されたレーザ
ビームは、アライメント光学系１内で所定の周波数変調
を受けてアライメント光として射出され、このアライメ
ント光は対物レンズ２、ダイクロイックミラー３を透過
してレチクル４上の回折格子状のレチクルマーク３５
Ａ、及び光透過性の窓部（レチクル窓）３７Ａに照射さ
れ、レチクル窓３７Ａを透過したアライメント光がウエ
ハ６上の位置決め対象のショット領域に付設されたウエ
ハマーク４８Ａに照射される。ここでは、レチクルマー
ク３５Ａ及びウエハマーク４８Ａの計測方向をＸ方向と
する。

【００４２】そして、ウエハマーク４８Ａでの回折によ
り生じたヘテロダインビーム、及びレチクルマーク３５
Ａでの回折により生じたヘテロダインビームが、ダイク
ロイックミラー３、及び対物レンズ２を経てアライメン
ト光学系１に戻り、アライメント光学系１内の受光系で
２つのビート信号が生成される。これらのビート信号が
アライメント信号処理系６５に供給され、ここで２つの
ビート信号の位相差が検出され、検出された位相差が主
制御系６１に供給される。検出された位相差に基づい
て、主制御系６１は最終的なアライメントを行う。

【００４３】次に、図１〜図４を参照して、本例のＬＩ
Ａ方式のアライメントセンサからのアライメント光の光
路、並びにレチクルマーク及びウエハマークの検出方法
につき説明する。図１において、アライメント光学系１
内で選択された２つのレーザ光源から射出される第１及
び第２のレーザビームの平均波長をそれぞれλ₁及びλ
₂とする。即ち、アライメント光学系１からは、露光波
長λ₀と異なる平均波長λ₁で周波数差Δｆ（本例では
５０ｋＨｚ）の１対のレチクルアライメント照明光ＲＢ
₁，ＲＢ₂、及びウエハアライメント照明光ＷＢ₁，Ｗ
Ｂ₂と、露光波長λ₀と異なり波長λ₁に近い平均波長
λ₂で周波数差Δｆ（＝５０ｋＨｚ）の１対のレチクル
アライメント照明光ＲＢ₃，ＲＢ₄、及びウエハアライ
メント照明光ＷＢ₃，ＷＢ₄とが射出されるものとす
る。

【００４４】図２は、図１をＹ方向に見た側面図であ
り、この図２に示すように、レチクルアライメント照明
光ＲＢ₁，ＲＢ₂は対物レンズ２によってレチクル４上
に集光され、レチクル４の下面の回折格子状のレチクル
マーク３５Ａにそれぞれ入射角−θ_R1，θ_R1で照射され
る。図３は、本例のレチクル４のレチクルマーク３５Ａ
の周辺の拡大図であり、この図３において、Ｘ軸用のレ
チクルマーク３５Ａは、Ｘ方向にピッチＰ_Rで形成され
た回折格子よりなるマークであり、レチクルマーク３５
Ａの内側にウエハ側に向かうアライメント光を通過させ
るためのレチクル窓３７Ａが形成されている。Ｙ軸用の
レチクルマーク及びレチクル窓は、図３を９０°回転さ
せた形で形成されている。そして、レチクルマーク３５
Ａに照明光ＲＢ₁，ＲＢ₂，ＲＢ₃，ＲＢ₄よりなる光
束５０が照射され、レチクル窓３７Ａを照明光ＷＢ₁，
ＷＢ₂，ＷＢ₃，ＷＢ₄よりなる光束５１が通過してい
る。

【００４５】図２に戻り、入射角−θ_R1，θ_R1とレチク
ルマーク３５Ａの格子ピッチＰ_Rとは次式の関係にあ
り、照明光ＲＢ₁の＋１次回折光ＲＢ₁ ⁺¹と照明光ＲＢ
₂の−１次回折光ＲＢ₂ ^-1とはそれぞれ真上に発生し、
アライメント検出光（ヘテロダインビーム）として対物
レンズ２を介してアライメント光学系１に戻る。

【００４６】sin （θ_R1）＝λ₁／Ｐ_R （１３）同様に、レチクルアライメント照明光ＲＢ₃，ＲＢ₄も
対物レンズ２によってレチクル４上に集光され、レチク
ル４上のレチクルマーク３５Ａに入射角−θ_R2，θ_R2で
照射される。このとき、照明光ＲＢ₃の＋１次回折光Ｒ
Ｂ₃ ⁺¹と照明光ＲＢ₄の−１次回折光ＲＢ₄ ^-1とがそれ
ぞれ真上に発生し、対物レンズ２を介してアライメント
光学系１に戻る。

【００４７】一方、ウエハアライメント照明光ＷＢ₁，
ＷＢ₂はレチクル４上のレチクル窓３７Ａを通過し、投
影光学系５中の色収差制御板１０に達する。色収差制御
板１０の照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂が通過する部分には、そ
れぞれ回折格子状の軸上色収差制御素子が形成されてお
り、照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂はそれぞれ角度−θ_G1，θ _G1
だけ曲げられて、回折格子状のウエハマーク４８Ａに対
しそれぞれ入射角−θ _W1，θ_W1で照射される。

【００４８】図４（ａ）は、ウエハマーク４８Ａの拡大
図を示し、この図４（ａ）において、ウエハマーク４８
Ａは、Ｘ方向にピッチＰ_Wで形成された凹凸の回折格子
よりなる。Ｙ軸用のウエハマークはそのウエハマーク４
８Ａを９０°回転した形である。そして、ウエハマーク
４８Ａに、照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂ ，ＷＢ₃，ＷＢ₄より
なる光束５１が照射されている。

【００４９】図２に戻り、入射角−θ_W1，θ_W1とウエハ
マーク４８Ａの格子ピッチＰ_Wとは次式の関係にあり、
照明光ＷＢ₁の＋１次回折光ＷＢ₁ ⁺¹と照明光ＷＢ₂の
−１次回折光ＷＢ₂ ^-1とはそれぞれ真上に発生し、これ
ら２つの回折光がアライメント検出光（ヘテロダインビ
ーム）となる。

【００５０】sin （θ_W1）＝λ₁／Ｐ_W （１４）この際に、ウエハアライメント照明光ＷＢ₃，ＷＢ₄は
照明光ＷＢ₁，ＷＢ₂に波長が近いため、色収差制御板
１０上で通過する位置は、それぞれほぼ照明光ＷＢ₁，
ＷＢ₂が通過する軸上色収差制御素子上と見なせる。そ
のため、照明光ＷＢ₃，ＷＢ₄はそれぞれ角度−θ_G2，
θ_G2だけ曲げられて、ウエハマーク４８Ａに対しそれぞ
れ入射角−θ_W2，θ_W2で照射される。そして、照明光Ｗ
Ｂ₃の＋１次回折光ＷＢ₃ ⁺¹と照明光ＷＢ₄の−１次回
折光ＷＢ₄ ^-1とがそれぞれ真上に発生し、アライメント
検出光となる。

【００５１】この場合、図１に示すように、色収差制御
板１０の偏向作用によりウエハアライメント照明光は、
非計測方向（Ｙ方向）においてウエハ６に対して角度θ
_mだけ傾いて入射するため、上記各アライメント検出光
が色収差制御板１０上で通過する位置は入射時に通過し
た位置と異なる。ウエハマーク４８Ａからのアライメン
ト検出光は、色収差制御板１０上の別の軸上色収差制御
素子を通ることによって横方向の色収差が補正されて、
レチクル窓３７Ａに向かう。その後、各検出光はレチク
ル窓３７Ａ、及び対物レンズ２を介して再びアライメン
ト光学系１へと戻る。また、ウエハアライメント照明光
は、色収差制御板１０が配置されない場合に比べ、ウエ
ハ６の表面でＹ方向にΔβだけずれた位置を照明する。

【００５２】ここで、図５を参照して、アライメント光
学系１について詳しく説明する。図５（ｂ）はアライメ
ント光学系１を図１と同じ方向から見た図、図５（ａ）
はアライメント光学系１を図２と同じ方向から見た図、
図５（ｃ）は図５（ａ）の底面図である。図５におい
て、それぞれレーザダイオードよりなる第１のレーザ光
源１１Ａ、第２のレーザ光源１１Ｂ、及び第３のレーザ
光源１１Ｃが備えられ、レーザ光源１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃから射出されるレーザビームの波長は例えばそれぞ
れ６３０ｎｍ，６９０ｎｍ，７８０ｎｍに設定されてい
る。そして、アライメント用電源系６４は、３個のレー
ザ光源１１Ａ〜１１Ｃの内の任意の１個若しくは２個の
レーザ光源、又は３個のレーザ光源を所望の強度で独立
に点灯駆動できるようになっている。なお、３個のレー
ザ光源の内の所定のレーザ光源を例えばＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源、又はＡｒイオンレーザ
光源等としてもよく、３個のレーザ光源の代わりに、例
えば２つの周波数可変レーザ光源を使用してもよく、３
個のレーザ光源の代わりに、４個以上のそれぞれ発振波
長の異なるレーザ光源を使用してもよい。また、３個以
上のレーザ光源の内から選択された複数のレーザ光源を
発光させる際に、シャッターを使用して選択されないレ
ーザ光源のレーザビームをシャッターで遮光するように
してもよい。

【００５３】この場合、第１のレーザ光源１１から出た
波長λ₁のレーザビームと、第２のレーザ光源１２から
出た波長λ₂のレーザビームとは、ダイクロイックミラ
ー１３Ａにより同軸に合成され、このように同軸に合成
された２つのレーザビームと、第３のレーザ光源から射
出される波長λ₃のレーザビームとはダイクロイックミ
ラー１３Ｂにより同軸に合成されて照明光Ｂとなる。以
下では、照明光Ｂは、波長λ₁及びλ₂のレーザビーム
が合成されたものとして説明するが、照明光Ｂを構成す
るレーザビームの波長の組合せが変わっても同様であ
る。

【００５４】照明光Ｂは、周波数Ｆ₁で駆動されている
音響光学素子（以下、「ＡＯＭ」と呼ぶ）１４に入射す
る。ＡＯＭ１４は光を垂直に入射させてラマン・ナス回
折による±１次回折光を均等に得るもの、即ちラマン・
ナス型ＡＯＭである。照明光Ｂ内の２つのレーザビーム
は波長が異なるため、ＡＯＭ１４によってそれぞれ異な
る角度に回折光が発生する。これら＋１次、及び−１次
回折光は、もとの周波数に対してそれぞれ＋Ｆ₁，及び
−Ｆ₁の周波数差を持っている。

【００５５】ＡＯＭ１４から射出されたレーザビームは
レンズ１５を通過して空間フィルタ１６に入射し、空間
フィルタ１６によって±１次回折光のみが選択され、選
択された回折光はレンズ１７を経て、ＡＯＭ１４に対し
て４５°回転して配置され、且つ周波数Ｆ₂で駆動され
ているＡＯＭ１８に交差するように入射する。ＡＯＭ１
８はブラッグ型ＡＯＭであり、入射角はブラッグ角の１
／sin ４５°になるよう設定してある。従って、光軸の
回りに４５°回転した面で見れば、回折光の入射角はブ
ラッグ角である。この場合、ＡＯＭ１４で＋Ｆ₁の周波
数変調を受けたレーザビームはＡＯＭ１８で−１次回折
光が強く発生し、その−１次回折光はＡＯＭ１８で−Ｆ
₂の周波数変調を受け、レーザ光源１１，１２から射出
されるときに対して＋（Ｆ₁−Ｆ₂）の周波数変調を受
けたアライメントビームＢ₁，Ｂ ₃になる。同様に、Ａ
ＯＭ１４で−Ｆ₁の周波数変調を受けたレーザビームは
ＡＯＭ１８で＋１次回折光が強く発生し、その＋１次回
折光はＡＯＭ１８で−Ｆ₂の周波数変調を受け、レーザ
光源１１，１２から射出されるときに対して−（Ｆ ₁−
Ｆ₂）の周波数変調を受けたアライメントビームＢ₂，
Ｂ₄になる。その結果、アライメントビームＢ₁，Ｂ₃
とアライメントビームＢ₂，Ｂ₄との周波数差Δｆは２
（Ｆ₁−Ｆ₂）で表され、この例ではΔｆは５０ｋＨｚ
に設定されるものとする。ＡＯＭ１８を通過したレーザ
ビームは、レンズ１９を経て空間フィルタ２０に入射
し、空間フィルタ２０で選択されたアライメントビーム
Ｂ₁〜Ｂ ₄は後段へと導かれる。

【００５６】アライメントビームＢ₁〜Ｂ₄はレンズ２
１によって視野絞り２２上に集光され、レチクル又はウ
エハ上でのビーム形状が決められた後、レチクル・ウエ
ハビーム分離プリズム２３によってレチクルアライメン
ト照明光ＲＢ₁〜ＲＢ₄、及びウエハアライメント照明
光ＷＢ₁〜ＷＢ₄に分けられる。その後、アライメント
照明光はレンズ２４を経て直視プリズム２５に到達す
る。直視プリズム２５は光軸を中心に回転可能であり、
不図示のモータによって図１の主制御系６１からの指示
により駆動される。直視プリズム２５が回転すると波長
λ₁，λ₂の２色の照明光は相対角度が変化し、波長λ
₁の照明光ＲＢ₁，ＷＢ₁，ＲＢ₂，ＷＢ ₂に対してそ
れぞれ波長λ₂の照明光ＲＢ₃，ＷＢ₃，ＲＢ₄，ＷＢ
₄が分離される。このように相対角度が変化した照明光
は、ビームスプリッタ２６を経て図２の対物レンズ２に
向かう。相対角度の変化により、波長λ₁，λ₂の２色
の照明光のレチクル及びウエハ上での照射位置の相対関
係も変化する。

【００５７】一方、図２のレチクルマーク３５Ａ及びウ
エハマーク４８Ａからのアライメント検出光は、図５の
アライメント光学系１に戻った後、ビームスプリッタ２
６により反射され、レンズ２７を経てレチクル、及びウ
エハと共役な位置にある検出光分離プリズム２８によっ
て、レチクル検出光とウエハ検出光とに分離される。レ
チクル検出光ＲＢ₁ ⁺¹，ＲＢ₂ ^-1及びＲＢ₃ ⁺¹，ＲＢ₄
^-1は検出光分離プリズム２８を透過し、光電検出素子
３０によって受光される。ウエハ検出光ＷＢ₁ ⁺¹，ＷＢ₂
^-1及びＷＢ₃ ⁺¹，ＷＢ₄ ^-1は検出光分離プリズム２８
で反射されて、光電検出素子３１によって受光される。
光電検出素子３０からレチクルマークの位置に対応する
レチクルビート信号Ｓ_Rが出力され、光電検出素子３１
からウエハマークの位置に対応するウエハビート信号Ｓ
_Wが出力される。

【００５８】レチクルビート信号Ｓ_Rは検出光Ｒ
Ｂ₁ ⁺¹，ＲＢ₂ ^-1、及びＲＢ₃ ⁺¹，ＲＢ₄ ^- ¹による周波
数Δｆの正弦波状のビート信号であり、ウエハビート信
号Ｓ_Wは検出光ＷＢ₁ ⁺¹，ＷＢ₂ ^-1及びＷＢ₃ ⁺¹，ＷＢ
₄ ^-1による周波数Δｆの正弦波状のビート信号である。
両者の位相差Δφ［ｒａｄ］はレチクル４、及びウエハ
６のＸ方向への相対移動量により変化し、その相対移動
量Δｘは以下の式に示す通りである。

【００５９】 Δｘ（レチクル上）＝Ｐ_R・Δφ／（４π）（１５Ａ） Δｘ（ウエハ上）＝Ｐ_W・Δφ／（４π）（１５Ｂ）なお、Ｙ方向用のアライメントセンサにより、Ｙ軸用の
レチクルマーク及びウエハークに対応するビート信号が
得られる。レチクルビート信号Ｓ_R 及びウエハビート信
号Ｓ_W はそれぞれ増幅器５２，５３により信号強度（振
幅）が調整され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
５４，５５を経てアライメント信号処理系６５に供給さ
れ、ここで両信号Ｓ_R，Ｓ _Wの位相差が検出される。検
出された位相差は図１の主制御系６１に供給される。主
制御系６１は、両ビート信号Ｓ_R，Ｓ_Wの位相差に基づ
き、レチクル４とウエハマークとの位置ずれが所定の目
標追い込み値になるように、レチクル４とウエハ６との
位置合わせを行う。その後レチクル４のパターン像がウ
エハ６の当該ショット領域に投影露光される。

【００６０】次に、本例においてウエハマークの段差に
応じて、アライメントセンサからウエハマークに照射さ
れるレーザビームの波長の組合せを変える際の動作の一
例につき詳細に説明する。先ず、図４（ｂ）は、図４
（ａ）に示す本例のウエハマーク４８Ａの拡大断面図で
あり、ウエハマーク４８Ａは例えばウエハ６上に被着さ
れた金属膜上にエッチングによりＸ方向に所定ピッチで
形成された凹凸の位相パターンであり、ウエハマーク４
８Ａ上に屈折率ｎのフォトレジスト５６が塗布されてい
る。図４（ｂ）のウエハマーク４８Ａは、凹部（底部）
５７が平坦な対称なマークであり、凸部と凹部５７との
段差の平均値ｈの大まかな値は、予め計測又はシミュレ
ーション等により求められ、露光データとして図１の主
制御系６１の記憶部に記憶されているものとする。な
お、ウエハマーク４８Ａは、図４（ｃ）に示すように凹
部５８が計測方向に対して傾斜した非対称なマークとな
っている場合もあるが、この場合には凹部５８の中心で
の段差の平均値ｈの大まかな値が、主制御系６１の記憶
部に記憶されている。

【００６１】また、主制御系６１の記憶部にはフォトレ
ジスト５６の屈折率ｎの値も記憶され、先ず主制御系６
１は、ウエハマーク４８Ａの段差の平均値ｈの実効的光
路長ｓ（＝ｎ・ｈ）を求める。この場合、レーザビーム
の波長をλとして、その実効的光路長ｓを（４）式より
位相差ｙに換算すると、ウエハマーク４８Ａでの回折効
率ｆ（ｙ）は（５）式で表され、回折効率ｆ（ｙ）は位
相差ｙに対して図６のように変化する。

【００６２】次に、主制御系６１は、図５の３個のレー
ザ光源１１Ａ〜１１Ｃから射出されるレーザビームの波
長λ₁〜λ₃の中で、２つの波長の波長差をΔλ、平均
値をλとしたとき、（３Ａ）式又は（３Ｂ）式に最も当
てはまる２つの波長を選択する。具体的に、波長λ₁,λ
₂,λ₃をそれぞれ６３０ｎｍ，６９０ｎｍ，７８０ｎｍ
であるとして、ウエハマーク４８Ａの段差の平均値ｈが
０．７μｍ、フォトレジストの屈折率ｎが１．６とし
て、平均波長λを６６０ｎｍ、整数ｍを０とすると、
（３Ａ）式からはΔλ＝６５ｎｍとなり、（３Ｂ）式か
らはΔλ＝１３０ｎｍとなる。

【００６３】そして、波長差Δλとして６５ｎｍ又は１
３０ｎｍの何れかを選択する方法としては、平均波長λ
が２ｓ＝（ｍ＋１／２）λ（ｍ：整数）を満たす波長に
近いときは、（３Ａ）式つまり６５ｎｍを選択し、平均
波長λが２ｓ＝ｍλ（ｍ：整数）を満たす波長に近いと
きは、（３Ｂ）式つまり１３０ｎｍを選択する。これ
は、図６では、平均波長λが点Ａ付近に対応するときに
は、（３Ａ）式が満たされるように２つの波長として点
Ｂ及び点Ｃ付近に対応する波長を取り、平均波長λが位
相差ｙ＝πの近傍に対応するときには、（３Ｂ）式が満
たされるように２つの波長として点Ｃ及び点Ｄ付近に対
応する波長を取ることを意味する。要は２つの波長につ
いて、図６の回折効率ｆ（ｙ）の曲線の傾きが逆になる
組み合わせを探すことである。

【００６４】この結果、波長差Δλとして６５ｎｍが選
択され、波長λ₁〜λ₃中の２つの波長として６３０ｎ
ｍ及び６９０ｎｍが選択される。そこで、図１の主制御
系６１はアライメント用電源系６４を介して、図５の第
１及び第２のレーザ光源１１Ａ，１１Ｂを同時に点灯駆
動する。この結果、ウエハマークの段差が多少変化して
も平均化効果により非対称の影響は受けなくなる。次
に、ウエハマークの段差の平均値ｈが例えば０．３μｍ
の場合は、平均波長を７００ｎｍとして、波長差Δλ＝
１７０ｎｍになる。従って、波長λ₁〜λ₃中の２つの
波長として６３０ｎｍ，７８０ｎｍを選択すればよい。
このようにウエハマークの段差に応じて点灯する２つの
光源の波長を選択すればよい。

【００６５】以上で述べた要点は、２つの波長で図６の
回折効率ｆ（ｙ）の曲線の傾きが逆になる組み合わせを
探すことである。ところで、アライメントセンサの光源
が多数ある場合には、それらの波長から図６に示した回
折効率ｆ（ｙ）の大まかな曲線を知ることができる。そ
の結果を用いて傾きが逆になる２波長の組み合わせを決
定することが可能である。この場合、ウエハマークの段
差の値が分からなくともよい。ところで、上記の複数波
長はウエハマークの回折効率が各波長で等しいと仮定し
たときに、図５の光電検出素子３１での光電変換信号の
レベルが同じ値になるように出力調整することが望まし
い。

【００６６】なお、本実施例では、（３Ａ）式、又は
（３Ｂ）式で決まる波長差を考えたが、これらの平均的
な値、つまり（３Ｃ）式で定まる波長差に設定してもよ
い。この場合、波長差は最適値からは外れるものの大き
な不都合はない。こうすると、平均波長によって（３
Ａ）式と（３Ｂ）式とを使い分ける必要がなく便利であ
る。

【００６７】次に、本発明の他の実施例につき説明す
る。本実施例の投影露光装置は図１及び図２の投影露光
装置と同様であり、そのアライメント光学系の構成も図
５と同様である。但し、本例の図５（ａ）のアライメン
ト用電源系６４は、例えば３個のレーザ光源１１Ａ〜１
１Ｃを順番に１つずつ所望の駆動電力で点灯する機能を
有する。そして、本実施例では、３個のレーザ光源１１
Ａ〜１１Ｃの発振波長λ ₁〜λ₃から、波長差Δλが
（３Ａ）式、（３Ｂ）式、又は（３Ｃ）式の何れかを満
たす波長差に近い値となる２つの波長（例えば波長λ₁
及びλ₂)を決定する。その後、図１の主制御系６１は図
５（ａ）のアライメント用電源系６４を介して、それら
の波長λ₁及びλ₂に対応するレーザ光源１１Ａ，１１
Ｂを交互に点灯する。

【００６８】この場合、図５（ａ）の光電検出素子３１
から交互に取り込まれるビート信号Ｓ_Wに基づいて、ア
ライメント信号処理系６５で２つの位置ずれ量Δｘ₁及
びΔｘ₂が得られる。また、波長λ₁及びλ₂でのビー
ト信号Ｓ_Wの振幅を所定の平均値で規格化した値をそれ
ぞれＷ₁及びＷ₂とすると、本例のアライメント信号処
理系６５では、２つの位置ずれ量Δｘ₁及びΔｘ₂をそ
れぞれＷ₁及びＷ₂に応じて重み付けして加算した値を
位置ずれ量Δｘとする。これにより、実質的に、２つの
波長での回折効率が同じ値となり、ウエハマークの非対
称の影響が軽減される。

【００６９】なお、図５（ａ）において、光電検出素子
３１を波長別に複数個設けて、２つのレーザ光源を同時
に点灯するようにしてもよい。また、交互に、又は並列
に取り込んだ２つの位置ずれ量Δｘ₁及びΔｘ₂を重み
を付けて処理する代わりに、２つのレーザ光源の駆動電
力の比の値を制御してもよい。これにより、正確に位置
ずれ量が求められる。

【００７０】なお、上述実施例ではアライメントセンサ
として、ヘテロダイン干渉方式でＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサが使用されているが、ホモダイン干渉方式の
場合にも本発明を適用することにより上述実施例と同様
の効果が得られる。また、本発明のアライメント装置
は、上述のＴＴＲ方式で且つＬＩＡ方式のアライメント
センサに限らず、ハロゲンランプを光源とする波長帯域
幅の広い光で照明したアライメントマークを画像処理し
て計測するＦＩＡ方式のアライメントセンサ等を使用す
る場合にも適用することができる。

【００７１】このように本発明は上述実施例に限定され
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。

【００７２】

【発明の効果】本発明の第１のアライメント装置によれ
ば、位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の段差に応じ
てその位置合わせ用マークに照射される複数の波長の光
の波長差を設定しているため、その位置合わせ用マーク
の段差を正確に或る特別な光路長に合わせることなく、
その位置合わせ用マークの非対称の影響を軽減してその
位置合わせ用マークの位置を正確に検出して、感光基板
（ウエハ）を高精度に位置合わせできる利点がある。

【００７３】この場合、照射光学系が、互いに異なる３
種類以上の波長から選択された任意の組合せの複数の波
長の光を発生する光源を備え、波長制御手段が、その位
置合わせ用マークの段差に応じてその照射光学系内でそ
れら３種類以上の波長から選択される波長の組合せを指
示するときには、簡単な構成で位置合わせ用マークの段
差に応じて複数の光の波長差を設定できる。

【００７４】また、照射光学系が、複数の互いに異なり
且つ可変の波長の光を発生する光源を備え、波長制御手
段が、その位置合わせ用マークの段差に応じてその照射
光学系内の光源から発生される波長可変の複数の光のそ
れぞれの波長を指示するときには、複数の光の波長差を
高精度に所定の値に設定できる利点がある。また、その
位置合わせ用マークに照射される複数の波長の光の内の
所定の２つの波長の光の波長差をΔλとして、その位置
合わせ用マークの段差の実効的光路長をｓとした場合、
正の整数ｍ、及び２〜４の何れかの整数ｎを用いて、実
質的に（２）式の関係が成立するときには、位置合わせ
用マークの非対称の影響を最も小さくできる。

【００７５】次に、本発明の第２のアライメント装置に
よれば、位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の段差に
応じてその位置合わせ用マークに照射される複数の波長
の光に対応する検出信号のレベル比を調整しているた
め、その位置合わせ用マークの段差を正確に或る特別な
光路長に合わせることなく、その位置合わせ用マークの
非対称の影響を軽減してその位置合わせ用マークの位置
を正確に検出して、感光基板（ウエハ）を高精度に位置
合わせできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で使用される投影露光装置の全
体を示す概略構成図である。

【図２】図１の投影露光装置のステージ系、及びアライ
メント光学系をＹ方向に見た側面図である。

【図３】実施例のレチクルに形成されたレチクルマーク
３５Ａ及びレチクル窓３７Ａを示す拡大平面図である。

【図４】実施例のウエハ上のショット領域に付設された
ウエハマーク４８Ａを示す拡大平面図である。

【図５】（ａ）は図１中のアライメント光学系１及び信
号処理系の構成を示す図、（ｂ）は図５（ａ）の光学系
の側面図、（ｃ）は図５（ａ）の光学系の底面図であ
る。

【図６】位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の段差の
位相差ｙと回折効率ｆ（ｙ）との関係を示す図である。

【図７】位置合わせ用マーク（ウエハマーク）の段差の
位相差ｙと、非対称の影響を表す関数ｇ（ｙ）との関係
を示す図である。

【図８】（ａ）は対称なウエハマークを示す拡大断面
図、（ｂ）は非対称なウエハマークを示す拡大断面図で
ある。

【図９】図８（ａ）及び（ｂ）のウエハマークに対応し
て得られる反射光（回折光）の強度分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

１アライメント光学系２対物レンズ３ダイクロイックミラー４レチクル５投影光学系６ウエハ７ウエハホルダ８ＸＸステージ８ＹＹステージ９レチクルステージ１０色収差制御板１１Ａ〜１１Ｃレーザ光源２２視野絞り２３レチクル・ウエハビーム分離プリズム２６ビームスプリッタ３０，３１光電検出素子３５Ａレチクルマーク３９，４０レチクルアライメント顕微鏡４８Ａウエハマーク６１主制御系６４アライメント用電源系６５アライメント信号処理系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクパターンを感光基板上に転写する
露光装置に設けられ、前記感光基板上に形成された凹凸
パターンよりなる位置合わせ用マークの位置に基づいて
前記マスクパターンと前記感光基板との位置合わせを行
うアライメント装置において、前記位置合わせ用マークに対して互いに異なる複数の波
長の光を照射する照射光学系と、前記位置合わせ用マークからの光束を受光して前記位置
合わせ用マークの位置に応じた検出信号を生成する受光
光学系と、前記位置合わせ用マークの段差に応じて前記照射光学系
から前記位置合わせ用マークに照射される複数の波長の
光の波長差を設定する波長制御手段と、を有することを
特徴とするアライメント装置。
【請求項２】請求項１記載のアライメント装置であっ
て、前記照射光学系は、互いに異なる３種類以上の波長から
選択された任意の組合せの複数の波長の光を発生する光
源を備え、前記波長制御手段は、前記位置合わせ用マークの段差に
応じて前記照射光学系内で前記３種類以上の波長から選
択される波長の組合せを指示することを特徴とするアラ
イメント装置。
【請求項３】請求項１記載のアライメント装置であっ
て、前記照射光学系は、複数の互いに異なり且つ可変の波長
の光を発生する光源を備え、前記波長制御手段は、前記位置合わせ用マークの段差に
応じて前記照射光学系内の光源から発生される波長可変
の複数の光のそれぞれの波長を指示することを特徴とす
るアライメント装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載のアライメン
ト装置であって、前記位置合わせ用マークに照射される複数の波長の光の
内の所定の２つの波長の光の平均波長をλ、波長差をΔ
λとして、前記位置合わせ用マークの段差の実効的光路
長をｓとした場合、正の整数ｍ、及び２〜４の何れかの
整数ｎを用いて、実質的に Δλ＝λ²（ｎ／６＋ｍ）／（２ｓ）の関係が成立するように波長差を設定することを特徴と
するアライメント装置。
【請求項５】マスクパターンを感光基板上に転写する
露光装置に設けられ、前記感光基板上に形成された凹凸
パターンよりなる位置合わせ用マークの位置に基づいて
前記マスクパターンと前記感光基板との位置合わせを行
うアライメント装置において、前記位置合わせ用マークに対して互いに異なる複数の波
長の光を照射する照射光学系と、前記位置合わせ用マークからの前記複数の波長の光を受
光して各波長毎に前記位置合わせ用マークの位置に応じ
た検出信号を生成する受光光学系と、前記位置合わせ用マークの段差に応じて前記受光光学系
から出力される各波長毎の検出信号のレベル比を調整す
るレベル制御手段と、を有することを特徴とするアライ
メント装置。