JPH11304422A - 位置検出装置及び位置検出方法並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板等のアライメントとアライメント光学系
の焦点位置の検出とを同一光源で精度よく実行可能な位
置検出装置及び方法並びに露光装置を提供する。 【解決手段】 広帯域の照明光ＩＬを可視照明光ＩＬｖ
と赤外照明光ＩＬｉｒとに波長分割し、可視照明光ＩＬ
ｖを視野絞り板４３により断面矩形状に整形し、赤外照
明光ＩＬｉｒによりパターン形成板４６を介して所定の
パターン像を形成する。それらの照明光ＩＬｖ、ＩＬｉ
ｒを合成後、ウェハＷ上のウェハマークＡＭを含むマー
ク領域を照明し、その反射光ＲＬを可視反射光ＲＬｖと
赤外反射光ＲＬｉｒに分割する。赤外反射光ＲＬｉｒの
パターン像の基準位置からのずれに基づいて、ウェハマ
ークＡＭをアライメントセンサ３２の最適焦点位置に合
わせ込んでウェハマークＡＭの反射像を撮像素子５９に
より観察し、ウェハＷのアライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体素
子等のマイクロデバイスの製造プロセスにおいて、基板
等の位置の検出に好適な位置検出装置及び位置検出方法
に関するものである。また、例えば半導体素子等のマイ
クロデバイスを製造するための露光装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子や、液晶表示素子
等の製造プロセスにおいては、ウェハ、ガラスプレート
等の基板を位置決めするためにアライメント装置が用い
られている。このアライメント装置は、前記基板上に形
成されたアライメント用のマーク（基板側マーク）の位
置を検出して、その基板を所望の位置に精密に位置決め
するようになっている。

【０００３】例えばアライナ、ステッパ等の露光装置を
用いてウェハ上に半導体素子を製造する場合、ウェハ上
には１０数回〜２０回程度の重ね合わせ露光を繰り返す
ことがある。この重ね合わせ露光時には、その都度、前
記基板側マークの位置を検出して、前記基板の位置決め
を行っている。また、前記基板側マークの位置検出に先
だって、高い検出精度を保つために、その都度、前記マ
ークを前記位置検出のためのセンサの焦点位置に合わせ
込んでいる。

【０００４】このようなアライメント装置の一例として
は、例えば特開平７−３２１０３０号公報に開示されて
いるように、以下のようなものが挙げられる。すなわ
ち、図６に示すように、外部のハロゲンランプ等の照明
光源から光ファイバ１０１を通して照明光が導かれ、コ
ンデンサレンズ１０２を介して視野分割絞り１０３に照
射される。この視野分割絞り１０２には、図７（ａ）に
示すように、その中央に幅広矩形状の開口によりなるマ
ーク照明用絞り１０４と、そのマーク照明用絞り１０４
を挟むように配置された一対の幅狭矩形状の開口により
なる焦点検出用スリット１０５とが設けられている。前
記照明光は、この視野分割絞り１０３を通過することに
より、ウェハＷ上のマーク領域を照明するマーク照明用
の第１光束と、アライメントに先立つ焦点位置検出用の
第２光束とに分割される。このように視野分割された照
明光は、レンズ系１０６を透過し、ハーフミラー１０７
及びミラー１０８で反射され、対物レンズ１０９を介し
てプリズムミラー１１０で反射され、図８に示すように
ウェハＷ上のウェハマークＡＭを含むマーク領域とその
近傍に照射される。

【０００５】その照明光の照射により、ウェハＷの露光
面から発生する反射光は、プリズムミラー１１０及びミ
ラー１０９で反射された後、ハーフミラー１０７を透過
する。そして、レンズ系１１１を介してビームスプリッ
タ１１２に至り、反射光はその光路が２つに分割され
る。ビームスプリッタ１１２を透過した反射光は、指標
板１１３上に前記ウェハマークＡＭの像を結像する。そ
して、この像及び指標板１１３上の指標マークからの光
が、二次元ＣＣＤによりなる撮像素子１１５に入射し、
その撮像素子１０９の受光面に前記マークＡＭ及び指標
マークの像が結像される。

【０００６】一方、前記ビームスプリッタ１１２で反射
された前記反射光は、図７（ｂ）に示す遮光板１１５に
おいて前記第１の光束に対応する反射光が遮光され、前
記第２の光束に対応する反射光のみが同遮光板１１５を
透過する。遮光板１１５を透過した反射光は、瞳分割ミ
ラー１１６によりテレセントリック性が崩された状態
で、一次元ＣＣＤによりなるラインセンサ１１７に入射
するようになっている。そして、そのラインセンサ１１
７の受光面に、前記焦点検出用スリット１０５の像が結
像される。

【０００７】ここで、前記ウェハＷと撮像素子１１４と
の間はテレセントリック性が確保されているため、ウェ
ハＷが照明光及び反射光の光軸と平行な方向に変位する
と、撮像素子１１４の受光面上のウェハマークＡＭの像
はその位置が変化することなくデフォーカスされる。こ
れに対して、ラインセンサ１１７に入射する反射光は、
前記のようにそのテレセントリック性が崩されている。
このため、ウェハＷが照明光及び反射光の光軸と平行な
方向に変位すると、ラインセンサ１１７の受光面上に結
像された前記焦点検出用スリット１０５の像は反射光の
光軸に対して交差する方向に位置ずれする。このことを
利用して、ラインセンサ１１７上での像の基準位置に対
するずれ量から対応するウェハＷの照明光及び反射光の
光軸方向の位置（焦点位置）を検出するようになってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、半導体素子は、
近年、さらに高集積化される傾向にあり、ウェハ上に１
０数回〜２０回程度の重ね合わせ露光が繰り返されるこ
ともある。また、半導体素子の高集積化に伴って、回路
パターンもさらに微細化されてきている。このような状
況下では、前記各重ね合わせ露光毎のアライメント精度
のさらなる向上が求められている。

【０００９】ここで、ウェハＷに対して、前記のような
多数回にわたる重ね合わせ露光が繰り返されるときに
は、回路パターンが形成されたデバイス部分ＤＰと前記
スクライブラインＳＬとの間の段差が大きくなる。つま
り、デバイス部分ＤＰの表面の高さ位置とスクライブラ
インＳＬの表面の高さ位置との間に、大きな差が生じ
る。

【００１０】ところで、図５に示すように、前記ウェハ
マークＡＭは、一般にウェハＷ上のスクライブラインＳ
Ｌ上に形成される。これに対し、前記従来構成では、前
記視野分割絞り１０２により同軸上で視野分割されたマ
ーク照明用の第１光束と、焦点位置検出用の第２光束と
を、ウェハＷのマーク領域とその近傍とのそれぞれ別々
の位置に照射するようになっている。ここで、図８に示
すように、前記第１光束を前記スクライブラインＳＬ内
のウェハマークＡＭ全体を照明するように照射する場
合、前記第２光束の照射位置が前記スクライブラインＳ
Ｌ内から逸脱して、前記デバイス部分ＤＰに対応する位
置となることがある。

【００１１】このような場合には、前記焦点位置の検出
動作にて検出されたアライメント光学系の焦点位置が、
ウェハマークＡＭに対する最適焦点位置ではなく、デバ
イス部分ＤＰに対する最適焦点位置となる。このため、
前記アライメントに際して、前記ように検出されたアラ
イメント光学系の焦点位置に基づいてウェハＷの位置決
めを行うと、前記段差の分だけウェハマークＡＭがオフ
セットされた状態となる。そして、そのウェハマークＡ
Ｍの像は、前記撮像素子１１４の受光面上に前記オフセ
ット分だけデフォーカスされた状態で結像され、高精度
のアライメントが困難になるという問題があった。

【００１２】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
しては、基板等の位置決めと、その位置決めに先立つア
ライメント光学系の焦点位置の検出とを、同一の光源を
用いて高精度に行うことの可能な位置検出装置及び位置
検出方法並びに露光装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、位置決め対象物（Ｗ）の所定の領域を光源（３６）
からの照明光（ＩＬ）で照明し、その所定の領域からの
反射光（ＲＬ）に基づいて前記位置決め対象物（Ｗ）の
複数の位置情報を検出する各位置情報毎の検出手段（３
２）を備えた位置検出装置に係る本願請求項１の発明
は、前記照明光（ＩＬ）の波長を分割する波長分割手段
（４２）を設け、前記検出手段（３２）毎にその波長分
割手段（４２）により分割された所定の波長帯域の照明
光（ＩＬｖ、ＩＬｉｒ）に伴う前記所定の領域からの反
射光（ＲＬｖ、ＲＬｉｒ）に基づいて前記位置情報を検
出することを要旨とするものである。

【００１４】この本願請求項１の発明においては、同一
の照明光から分割された互いに異なる波長帯域よりなる
複数の照明光にそれぞれ異なる情報をのせて、位置決め
対象物の所定の領域に照射することができる。このた
め、それらの照明光が互いに重なり合った状態で前記所
定の同一領域に照射しても、前記位置決め対象物に関す
る複数の位置情報を得ることができる。従って、前記複
数の位置情報を得るために、複数の照明光を互いに異な
る照射位置に照射する必要がない。

【００１５】また、本願請求項２の発明は、前記請求項
１に記載の発明において、前記検出手段（３２）は、前
記所定の領域を構成するマーク領域における照明視野の
形状を規定する視野絞り手段（４３）及び前記マーク領
域に形成されたマーク（ＡＭ）からの反射光（ＲＬｖ）
を検出する第１対物光学系（５２、５３、５５〜５９）
を含む第１検出手段と、前記マーク領域に所定形状のパ
ターン像（ＩＰ）を投影するためのパターン形成手段
（４６）及びそのパターン像（ＩＰ）の反射光（ＲＬｉ
ｒ）を検出する第２対物光学系（５２、５３、５５、５
６、６１、６２）を含む第２検出手段とを備えてなり、
前記波長分割手段（４２）は、前記視野絞り手段（４
３）と前記パターン形成手段（４６）とに異なる波長帯
域の照明光（ＩＬｖ、ＩＬｉｒ）を照射するために、前
記光源（３６）からの照明光（ＩＬ）の波長を分割する
第１波長分割手段（４２）と、前記視野絞り手段（４
３）の透過光（ＩＬｖ）とパターン形成手段（４６）の
透過光（ＩＬｉｒ）とを合成し、前記パターン像を前記
マーク領域の照明視野内に投影する合成手段（４９）
と、そのマーク領域からの反射光（ＲＬ）を前記マーク
（ＡＭ）からの反射光（ＲＬｖ）と前記パターン像（Ｉ
Ｐ）からの反射光（ＲＬｉｒ）とに波長分割する第２波
長分割手段（５６）とを備えたことを要旨とするもので
ある。

【００１６】このため、本願請求項２の発明において
は、前記請求項１に記載の発明の作用に加えて、同一の
光源から発せられた照明光は、第１波長分割手段により
互いに波長帯域の異なる複数の照明光に分割される。前
記照明光のうち１つは、視野絞り手段に導かれ、前記位
置決め対象物上のマーク領域の照明用に加工される。前
記照明光のうち他の１つはパターン形成手段に導かれ、
所定のパターン像が形成される。これらの視野絞り手段
の透過光とパターン形成手段の透過光とは、合成手段に
より合成され、前記マーク領域に照射される。つまり、
前記パターン形成手段により形成されたパターン像が、
前記マーク領域の照明光とともにマーク領域に投影され
る。そして、そのマーク領域からの前記パターン像を含
む反射光は、第２波長分割手段により前記マークからの
反射光と前記パターン像からの反射光とに波長分割され
る。そして、前記マークからの反射光は第１対物光学系
において検出され、前記パターン像からの反射光は第２
対物光学系において検出される。

【００１７】このように、前記パターン像が前記マーク
領域上に投影されるため、パターン像とマークとの間に
位置ずれがほとんど存在しない。このため、例えばスク
ライブライン上にマーク領域を有する基板の位置決めを
行う場合において、前記パターン像が基板のデバイス部
分に乗り上げたりすることがない。そして、反射光の光
軸方向において、パターン像の反射光から得られる位置
情報とマークの反射光から得られる位置情報とをほぼ一
致させることができる。

【００１８】しかも、照明光は一旦分割された後、合成
され、さらに再度分割されて、各照明光に含まれる位置
情報が検出される。このため、前記第１検出手段と第２
検出手段とで、その光路の一部を共用することができ
て、光路構成の簡素化を図ることができる。

【００１９】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
２に記載の発明において、前記第２対物光学系（５２、
５３、５５、５６、６１、６２）における前記パターン
像（ＩＰ）の位置情報に基づいて前記第１対物光学系
（５２、５３、５５〜５９）における前記マーク（Ａ
Ｍ）の合焦を行うとともに、前記第１対物光学系（５
２、５３、５５〜５９）における前記マーク（ＡＭ）の
位置情報に基づいて前記位置決め対象物（Ｗ）の位置合
わせを行う制御手段（３１）を備えたことを要旨とする
ものである。

【００２０】ここで、本願請求項３の発明においては、
前記請求項２の発明の下で、前記パターン像の位置情報
は前記マーク上に投影された状態のものとなる。このた
め、本願請求項３の発明においては、前記請求項２に記
載の発明の作用に加えて、このパターン像の位置情報に
基づいて、前記第１対物光学系における前記マークの合
焦を行うことで、そのマークを最適なアライメント光学
系の焦点位置に合わせ込むことができる。そして、前記
第１対物光学系による前記マークの位置情報の検出をよ
り高精度で行うことができ、位置決め対象物の位置合わ
せを高精度に行うことができる。

【００２１】また、本願請求項４の発明は、前記請求項
３に記載の発明において、前記第２検出手段（４６、５
２、５３、５５、５６、６１、６２）は、前記第１波長
分割手段（４２）と合成手段（４９）との間、または、
前記第２対物光学系（５２、５３、５５、５６、６１、
６２）内における前記第２波長分割手段（５６）よりも
像面側に、前記照明光（ＩＬｉｒ）または前記反射光
（ＲＬｉｒ）のテレセントリック性を崩す光学素子（６
１）を備えたことを要旨とするものである。

【００２２】このため、本願請求項４の発明において
は、前記請求項３に記載の発明の作用に加えて、前記第
１検出手段で検出される光束のテレセントリック性を確
保しつつ、前記第２検出手段で検出される光束のテレセ
ントリック性のみを崩すことができる。そして、第２検
出手段において前記パターン像の位置ずれを検出するこ
とで、第１検出手段における前記マークに対するアライ
メント光学系の最適な焦点位置の検出を正確かつ容易に
行うことができる。しかも、例えば第１検出手段に前記
マークの像をそのまま受光する撮像素子を用いた場合に
おいて、第２検出手段で検出される光束のテレセントリ
ック性を崩しても、前記撮像素子における前記マークの
像の検出に支障を来すことがない。

【００２３】また、本願請求項５の発明は、前記請求項
３または請求項４に記載の発明において、前記第１波長
分割手段（４２）は前記照明光（ＩＬ）から可視光（Ｉ
Ｌｖ）と赤外光（ＩＬｉｒ）とを分割し、前記第１検出
手段（４３、５２、５３、５５〜５９）には可視光（Ｉ
Ｌｖ）が導かれ、前記第２検出手段（４６、５２、５
３、５５、５６、６１、６２）には赤外光（ＩＬｉｒ）
が導かれるように構成したことを要旨とするものであ
る。

【００２４】このため、本願請求項５の発明において
は、前記請求項３または請求項４に記載の発明の作用に
加えて、例えば感光性のフォトレジストが塗布された基
板の位置決めを行う場合において、この位置決めの際の
照明がフォトレジストに影響を及ぼすことがない。そし
て、例えば第１検出手段に前記マークの像をそのまま受
光する撮像素子を用いた場合に、撮像素子において前記
マークの像を高感度で検出することができる。

【００２５】また、位置決め対象物（Ｗ）の所定の領域
を光源（３６）からの照明光（ＩＬ）で照明し、複数の
検出手段（３２）により、その所定の領域からの反射光
（ＲＬ）に基づいて前記位置決め対象物（Ｗ）の各検出
手段（３２）毎の位置情報を検出する位置検出方法に係
る本願請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項
に記載の位置検出装置（３２）を用い、前記光源（３
６）からの照明光（ＩＬ）を波長分割手段（４２）を介
して波長を分割し、前記検出手段（３２）毎に所定の波
長範囲の照明光（ＩＬｖ、ＩＬｉｒ）により前記所定の
領域を照明し、その所定の領域からの反射光（ＲＬ）に
基づいて前記位置情報を検出することを要旨とするもの
である。

【００２６】このため、本願請求項６の発明において
は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明と
同様の作用を得ることができる。また、マスク（Ｒ）上
の回路パターンを投影光学系（２２）を介して基板
（Ｗ）上に転写露光する露光装置に係る本願請求項７の
発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出
装置（３２）を備えたことを要旨とするものである。

【００２７】このため、本願請求項７の発明において
は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明の
作用に加えて、基板のアライメントを高精度に行うこと
ができるため、微細な回路パターンの投影露光及び多数
回にわたる重ね合わせ露光を行うのに特に好適である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をオフアクシス方
式のアライメントセンサを備えたステップ・アンド・リ
ピート方式の露光装置に具体化した一実施形態につい
て、図１〜図５に基づいて説明する。

【００２９】まず、露光装置の概略構成について説明す
る。図１に示すように、露光対象とするマスクとしての
レチクルＲがレチクルホルダ２１上に保持されている。
図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬのもとでレ
チクルＲ上の回路パターンが投影光学系２２を介してウ
ェハＷの各ショット領域に逐次一括露光される。

【００３０】前記露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（４
３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレー
ザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂エキシマレーザ（１９３ｎｍ）が用いられ
る。また、前記投影光学系２２は複数のレンズ等の光学
素子を含むものであり、その光学素子の硝材としては前
記露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石など光学材料か
ら選択される。

【００３１】ここで、投影光学系２２の光軸ＡＸに平行
にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行
な方向にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸をそれぞれ取
る。この場合、フォトレジストが塗布された基板そして
位置決め対象物としてのウェハＷはウェハホルダ２３を
介してＺステージ２４上に載置され、Ｚステージ２４は
ＸＹステージ２５上に載置されている。Ｚステージ２４
は、Ｚ方向にウェハＷの位置を微調整し、ＸＹステージ
２５はＸ方向及びＹ方向にウェハＷの位置決めを行う。

【００３２】ウェハホルダ２３の一端にＬ次型の移動鏡
２６が取り付けられており、この移動鏡２６と外部のレ
ーザ干渉計２７とにより、ウェハＷのＸ座標及びＹ座標
が常時計測され、計測された座標値がステージ制御ユニ
ット２８に供給されている。

【００３３】そのウェハホルダ２１上には基準マーク板
２９が設けられ、その基準マーク板２９上にはレチクル
Ｒ及びウェハＷの位置合わせのためのアライメントセン
サ用の基準マークが形成されている。また、レチクルＲ
の上方には、レチクル用のアライメント顕微鏡３０が配
置されている。このアライメント顕微鏡３０により、レ
チクルＲ上のアライメントマークと、基準マーク板３０
上の所定の基準マークとを同時に観察する。この観察結
果に基づいて、レチクルＲの位置を調整してそれらの位
置ずれ量を所定の範囲内に収めることにより、レチクル
の位置合わせが行われるようになっている。

【００３４】アライメント制御ユニット３１は、アライ
メントセンサ３２を介して、ウェハＷのスクライブライ
ンＳＬ上のウェハマーク（アライメントマーク）ＡＭ
（図５参照）の同アライメントセンサ３２に対する焦点
位置情報を検出する。この焦点位置情報は、前記ステー
ジ制御ユニット２８に入力される。そして、ステージ制
御ユニット２８は、前記焦点位置情報に基づいてＺステ
ージ２４の駆動量を制御して、ウェハＷのアライメント
センサ３２に対するウェハマークＡＭの合焦を行う。

【００３５】さらに、ステージ制御ユニット２８は、ア
ライメント制御ユニット３１からの前記ウェハマークＡ
Ｍの位置情報に基づいて、駆動系３３の動作を制御して
ＸＹステージ２５をステッピング駆動する。このとき、
前記アライメント制御ユニット３１は、基準マーク板３
０上のウェハマークＡＭと同じ形状の基準マークの位置
を、アライメントセンサ３２により検出する。この検出
結果から、例えばアライメントセンサ３２の検出中心と
レチクルＲの投影像の中心（投影光学系２２の光軸Ａ
Ｘ）とのずれ量であるベースライン量が計測される。そ
して、前記アライメントセンサ３２で計測されたウェハ
マークＡＭの位置に前記ベースライン量を加算して得た
値に基づいて、ウェハＷのＸ座標及びＹ座標を制御する
ことにより、各ショット領域をそれぞれ正確に露光位置
に合わせ込むようになっている。これにより、各ショッ
ト領域の中心と投影光学系２２の光軸ＡＸとの正確な位
置合わせを行って、レチクルＲ上の回路パターンを露光
するようになっている。

【００３６】本実施形態の露光装置では、投影光学系２
２の側方にオフ・アクシス方式でＦＩＡ（Field Image
Alignment ）系のアライメントセンサ３２が配置されて
いる。そのアライメントセンサ３２には、外部のハロゲ
ンランプ３６から光ファイバ３７を介して照明光ＩＬが
導かれている。その照明光ＩＬに基づいて、アライメン
トセンサ３２から出射される各種光束は、プリズムミラ
ー３８を介してウェハＷ上の所定の領域としてのウェハ
マークＡＭを含むマーク領域を照明する。この照明に伴
うウェハＷからの反射光ＲＬは、プリズムミラー３８を
介してアライメントセンサ３２に戻されている。そし
て、この反射光ＲＬに基づいて、アライメントセンサ３
２内で検出された各種信号は、前記アライメント制御ユ
ニット３１に供給されるようになっている。

【００３７】次に、前記アライメントセンサ３２につい
て、詳細に説明する。図２に示すように、光ファイバ３
７からはウェハＷ上のフォトレジストに対して非感光性
のブロードバンド（帯域２７０ｎｍ以上）の照明光ＩＬ
が射出されている。この照明光ＩＬは、コンデンサーレ
ンズ４１を介して第１波長分割手段としての第１ダイク
ロイックミラー４２に入射する。この第１ダイクロイッ
クミラー４２において、前記照明光ＩＬは、図２におい
て実線で示す可視領域の可視照明光ＩＬｖと、図２にお
いて破線で示す赤外領域の赤外照明光ＩＬｉｒとに波長
分割される。ここで、この第１ダイクロイックミラー４
２の波長選択性は、前記照明光ＩＬのうちで可視照明光
ＩＬｖを透過させ、赤外照明光ＩＬｉｒを反射させるよ
うな特性に設定されている。

【００３８】前記第１ダイクロイックミラー４２を透過
した可視照明光ＩＬｖは、視野絞り手段としての視野絞
り板４３を照明する。図３（ａ）に示すように、この視
野絞り板４３には、その中央に矩形状の開口４３ａが設
けられており、その開口４４の周囲に遮光部４５が設け
られている。前記可視照明光ＩＬｖは、この視野絞り板
４３を通過することによりその断面形状が矩形状に整形
される。

【００３９】一方、前記第１ダイクロイックミラー４２
で反射された赤外照明光ＩＬｉｒは、パターン形成手段
としてのパターン形成板４６を照明する。図３（ｂ）に
示すように、このパターン形成板４６には、遮光部４７
の中央に複数（本実施形態では３つ）のスリット４８が
所定の間隔をおいて形成されている。ここで、これらの
スリット４８は、前記赤外照明光ＩＬｉｒの光軸と直交
する平面内において、その平面を水平に横切る軸線に対
してほぼ４５°または１３５°の角度をなすように形成
されている。前記赤外照明光ＩＬｉｒは、このパターン
形成板４６を通過することにより、前記スリット４６の
形状に対応したパターン像ＩＰに整形される。

【００４０】視野絞り板４３を通過した可視照明光ＩＬ
ｖとパターン形成板４６を通過した赤外照明光ＩＬｉｒ
とは、合成手段としての第２ダイクロイックミラー４９
に入射する。この第２ダイクロイックミラー４９の波長
選択性も、前記第１ダイクロイックミラー４２と同様
に、可視照明光ＩＬｖを透過させ、赤外照明光ＩＬｉｒ
を反射させるような特性に設定されている。そして、前
記２つの照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒは、この第２ダイクロ
イックミラー４９においてその光軸がほぼ一致するよう
に合成される。

【００４１】合成された照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒは、レ
ンズ系５０を透過した後、ビームスプリッタ５１及びミ
ラー５２で反射され、対物レンズ５３に入射する。対物
レンズ５３から出射された照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒは、
プリズムミラー３８で反射され、図２、図４及び図５に
示すように、ウェハＷ上の前記ウェハマークＡＭを含む
マーク領域を照明する。

【００４２】このウェハＷは、そのマーク領域がレンズ
系５０と対物レンズ５３との合成系に関して前記視野絞
り板４３及びパターン形成板４６とほぼ共役（結像関
係）になるように配置されている。ここで、前記視野絞
り板４３を通過した可視照明光ＩＬｖがＦＩＡ系用の照
明光であり、ＦＩＡ系によるウェハＷに対する照明領
域、言い換えると検出領域は視野絞り板４３に形成され
た開口形状及び寸法で一義的にきまる。また、前記パタ
ーン形成板４６を通過した赤外照明光ＩＬｉｒにより、
前記ウェハマークＡＭ上に、そのパターン形成板４６の
スリット４８の形状に対応したパターン像ＩＰが投影さ
れる。このパターン像ＩＰは、前記ウェハマークＡＭを
用いてウェハＷの位置合わせを行う際に、そのウェハマ
ークＡＭの位置情報検出時の焦点検出に供される。

【００４３】この前記可視照明光ＩＬｖ及び赤外照明光
ＩＬｉｒの照明に基づくウェハＷのマーク領域からの反
射光ＲＬは、プリズムミラー３８、対物レンズ５３を介
してビームスプリッタ５１に戻る。このビームスプリッ
タ５１を透過した反射光ＲＬは、レンズ系５５を介して
第２波長分割手段としての第３ダイクロイックミラー５
６に入射する。この第３ダイクロイックミラー５６の波
長選択性は、前記各ダイクロイックミラー４２、４９と
同様に、可視反射光ＲＬｖを透過させ、赤外反射光ＲＬ
ｉｒを反射させるような特性に設定されている。そし
て、前記ウェハＷのマーク領域からの反射光ＲＬは、前
記ウェハマークＡＭの反射像を含む可視領域の可視反射
光ＲＬｖと、前記マーク領域におけるパターン像ＩＰの
反射像を含む赤外領域の赤外反射光ＲＬｉｒに分割され
る。

【００４４】前記第３ダイクロイックミラー５６を透過
した可視反射光ＲＬｖは、指標マークが形成された指標
板５７及びリレーレンズ系５８を介して、２次元ＣＣＤ
等からなる撮像素子５９で受光される。このとき、撮像
素子５９の受光面上には、前記ウェハマークＡＭの反射
像とともに、可視反射光ＲＬｖの通過に基づく指標板５
７上の指標マークの投影像が結像される。

【００４５】ここで、指標板５７は、合焦状態では、対
物レンズ５３とレンズ系５５との合成系に関してウェハ
Ｗの露光面と共役に配置されるとともに、リレーレンズ
系５８に関して撮像素子５９の受光面と共役に配置され
ている。この指標板５７は、透明板の上にクロム層等で
前記指標マークが形成されたものであり、前記ウェハマ
ークＡＭの反射像が通過する部分は透明なままとなって
いる。また、この指標マークは、ウェハＷ上のＸ軸方向
またはＹ軸方向と共役な方向の位置基準となっている。
この指標板５７の近傍には、その指標板５７を独立に照
明するための指標板照明系６０が別途設けられている。

【００４６】前記撮像素子５９は、その受光面に結像さ
れた前記ウェハマークＡＭの反射像及び前記指標マーク
の投影像とを撮像して光電変換する。その光電変換によ
り得られた画像信号は、前記アライメント制御ユニット
３８に入力される。そのアライメント制御ユニット３８
において、ウェハＷに関するＸ軸方向及びＹ軸方向にお
ける位置情報が、前記画像信号に基づいてウェハマーク
ＡＭのＸ座標及びＹ座標として求められる。

【００４７】このように、対物レンズ５３、ミラー５
２、レンズ系５５、第３ダイクロイックミラー５６、指
標板５７、リレーレンズ系５８及び撮像素子５９によ
り、前記ウェハマークＡＭからの反射光を検出する第１
対物光学系が構成されている。そして、この第１対物光
学系にハロゲンランプ３６及び視野絞り板４３を含めた
形で第１検出手段が構成されている。

【００４８】一方、前記第３ダイクロイックミラー５６
で反射された赤外反射光ＲＬｉｒは、その第３ダイクロ
イックミラー５６より像面側に配置されたテレセントリ
ック性を崩す光学素子としての瞳分割ミラー６１に入射
する。そして、赤外反射光ＲＬｉｒは、この瞳分割ミラ
ー６１で反射されるとともに、そのテレセントリック性
が崩される。この非テレセントリック性の赤外反射光Ｒ
Ｌｉｒは、１次元ＣＣＤ等からなるラインセンサ６２上
に、ウェハマークＡＭ上に投影されたパターン像ＩＰを
再結像する。すなわち、ウェハマークＡＭとラインセン
サ６２の受光面とは対物レンズ５３及びレンズ系５５に
関してほぼ共役である。

【００４９】前記ラインセンサ６２は、その受光面に結
像された前記焦点検出用のパターン像ＩＰのウェハマー
クＡＭ上からの反射像を撮像して光電変換する。その光
電変換により得られた画像信号は、前記アライメント制
御ユニット３８に入力される。

【００５０】このように、対物レンズ５３、ミラー５
２、レンズ系５５、第３ダイクロイックミラー５６、瞳
分割ミラー６１及びラインセンサ６２により、前記ウェ
ハＷのマーク領域に形成されたパターン像ＩＰの反射光
を検出する第２対物光学系が構成されている。そして、
この第２対物光学系にハロゲンランプ３６及びパターン
形成板４６を含めた形で第２検出手段が構成されてい
る。

【００５１】ところで、この前記ハロゲンランプ３６か
らラインセンサ６２に至る第２検出手段においては、第
３ダイクロイックミラー５６からウェハＷ側はテレセン
トリック系である。これに対して、第３ダイクロイック
ミラー５６からラインセンサ６２側は、瞳分割ミラー６
１の作用により非テレセントリック系となっている。そ
のため、ウェハＷが前記投影光学系２２の光軸ＡＸに平
行に（Ｚ軸方向に）変位すると、ウェハマークＡＭ上に
投影されたパターン像ＩＰの位置は変化しないが（但
し、像はデフォーカスされる）、ラインセンサ６２上に
再結像された像の位置はラインセンサ６２の長手方向に
位置ずれする。

【００５２】これを利用して、ウェハマークＡＭと投影
光学系２２の結像面ＩＳとが一致した状態においてライ
ンセンサ６２上の再結像される像の位置を基準位置とし
て予めアライメント制御ユニット３１内に格納してお
く。そして、そのアライメント制御ユニット３８におい
て、格納された基準位置に対する横ずれ量から対応する
ウェハマークＡＭのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）
が検出されるようになっている。

【００５３】ここで、ラインセンサ６２上における基準
位置の決め方について一例を簡単に説明する。まず、ア
ライメントセンサ３２の検出領域内に、前記基準マーク
板２９（図１参照）の基準マークを配置して、基準マー
ク板２９のＺ軸方向の位置を変化させながら基準マーク
を撮像素子５９で撮像する。そして、撮像素子５９から
の撮像信号を画像解析して、基準マークの像のコントラ
ストが最も高くなるように基準マーク板２９のＺ軸方向
の位置決めをする。そこで、焦点検出用のパターン像Ｉ
Ｐを基準マーク板２９上に投影するとともに、ラインセ
ンサ６２上にパターン像ＩＰの反射像を再結像させる。
そのときのラインセンサ６２上でのパターン像ＩＰの位
置を基準位置として決定する。

【００５４】次に、前記ウェハマークＡＭとその上に投
影される焦点検出用のパターン像ＩＰの形状及び配置関
係について説明する。図５に示すように、前記ウェハマ
ークＡＭは、ウェハＷのスクライブラインＳＬ上に形成
されており、複数（本実施形態では、５本）のライン部
分が所定の間隔をおいて平行に並んだライン・アンド・
スペース・パターンによりなっている。

【００５５】一方、前記焦点検出用のパターン像ＩＰ
は、前記パターン形成板４６の複数のスリット４８の形
状に対応している。このパターン像ＩＰは、１次元ＣＣ
Ｄによりなるラインセンサ６２で検出される。このと
き、パターン像ＩＰの一部がウェハマークＡＭの外側に
突出して投影されたり、パターン像ＩＰのウェハマーク
ＡＭのライン部分に対応する部分の面積とスペース部分
に対応する部分の面積との間に差が生じたりすると、ウ
ェハマークＡＭのライン部分とスペース部分との反射率
の違いに基づいて、そのパターン像ＩＰのラインセンサ
６２による検出信号に乱れが生じることがある。

【００５６】前記乱れの発生を回避するために、前記全
パターン像ＩＰとウェハマークＡＭの各ライン部分とを
確実に交差させるために、本実施形態では両者の間隔
（ピッチ）Ｐを同一とし、両者が互いに４５°または１
３５°をなすように投影配置されている。そして、その
上で、パターン像ＩＰの一部がウェハマークＡＭの外側
に突出しないように、前記パターン像ＩＰの長手方向の
長さＬは次式により規定される。

【００５７】

【数１】 そして、複数のレンズから構成された照明光学系（図示
略）、前記投影光学系２２を露光装置本体に組み込み光
学調整を行うとともに、多数の機械部品からなり前記レ
チクルホルダ２１を含むレチクルステージや、前記ウェ
ハホルダ２３、Ｚステージ２４、ＸＹステージ２５等を
含むウェハステージを露光装置本体に取り付けて配線や
配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認
等）を行うことにより、本実施形態の露光装置を製造す
ることができる。なお、この露光装置の製造は、温度及
びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うこと
が望ましい。

【００５８】また、半導体デバイスは、例えば次の各ス
テップを経て製造される。前記各ステップとは、デバイ
スの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップ
に基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料
からウェハを製作するステップ、前述した本実施形態の
露光装置によりレチクルのパターンをウェハに露光する
ステップ、デバイス組立ステップ（ダイシング工程、ボ
ンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステッ
プ等のことである。

【００５９】次に、本実施形態の露光装置のアライメン
トセンサ３２における位置検出の動作について説明す
る。まず、アライメント制御ユニット３１は、ステージ
制御ユニット２８を介して、ウェハＷ上のウェハマーク
ＡＭがアライメントセンサ３２の検出領域内に対応する
位置に移動するようにＸＹステージ２５を駆動させる。
このウェハマークＡＭの移動が完了すると、ハロゲンラ
ンプ３６から広帯域の照明光ＩＬが出射され、その照明
光ＩＬは第１ダイクロイックミラー４２により可視照明
光ＩＬｖと赤外照明光ＩＬｉｒとに波長分割される。

【００６０】これらのうち、赤外照明光ＩＬｉｒは、パ
ターン形成板４６により焦点検出用のパターン像ＩＰに
整形され、第２ダイクロイックミラー４９を経て前記可
視照射光ＩＬｖと合成された状態でウェハマークＡＭ上
に投影される。すなわち、ウェハマークＡＭ上には、赤
外照明光ＩＬｉｒの照明に基づいて、パターン形成板４
６のスリット４８の形状に対応した焦点検出用のパター
ン像ＩＰが結像される。

【００６１】このパターン像ＩＰを含むウェハマークＡ
Ｍからの反射光ＲＬは、アライメントセンサ３２内に戻
り、第３ダイクロイックミラー５６により再び、可視反
射光ＲＬｖと赤外反射光ＲＬｉｒとに波長分割される。
この赤外反射光ＲＬｉｒは、瞳分割ミラー６１を介して
そのテレセントリック性が崩された状態でラインセンサ
６２で受光される。そして、その受光面上には、前記パ
ターン像ＩＰが前記ウェハマークＡＭのＺ軸方向の位置
に応じて横ずれした状態で結像される。

【００６２】ラインセンサ６２における前記パターン像
ＩＰに関する検出信号はアライメント制御ユニット３１
に入力され、同アライメント制御ユニット３１に予め格
納されている基準位置に対する前記検出信号の横ずれ量
から前記ウェハマークＡＭのアライメントセンサ３２に
対する最適焦点位置が検出される。アライメント制御ユ
ニット３１は、ステージ制御ユニット２８を介して、ウ
ェハＷ上のウェハマークＡＭのＺ軸方向の位置がこの最
適焦点位置と一致するようにＺステージ２４を駆動させ
る。

【００６３】Ｚステージ２４の移動が完了すると、前記
と同様に、ハロゲンランプ３６から広帯域の照明光ＩＬ
が出射され、その照明光ＩＬは第１ダイクロイックミラ
ー４２により可視照明光ＩＬｖと赤外照明光ＩＬｉｒと
に波長分割される。

【００６４】これらのうち、可視照明光ＩＬｖは、その
断面形状が視野絞り板４３により矩形状に整形され、第
２ダイクロイックミラー４９を経て前記赤外照射光ＩＬ
ｉｒと合成された状態でウェハＷ上のウェハマークＡＭ
とその近傍を照明する。この照明に基づくウェハマーク
ＡＭからの反射光ＲＬは、アライメントセンサ３２内に
戻り、第３ダイクロイックミラー５６により再び、可視
反射光ＲＬｖと赤外反射光ＲＬｉｒとに波長分割され
る。このうち可視反射光ＲＬｖは、指標板５７を介して
撮像素子５９で受光され、その受光面上には前記ウェハ
マークＡＭの反射像とともに前記指標板５７上の指標マ
ークが結像される。

【００６５】撮像素子５９におけるウェハマークＡＭの
反射像及び指標マークに関する検出信号はアライメント
制御ユニット３１に入力され、同アライメント制御ユニ
ット３１において前記指標マークに対するウェハマーク
ＡＭの反射像の相対位置から、ウェハマークＡＭのＸ座
標及びＹ座標が検出される。アライメント制御ユニット
３１は、このウェハマークＡＭのＸ座標及びＹ座標に対
して、前述の方法により別途求められた前記ベースライ
ン量を加算して補正を行う。そして、アライメント制御
ユニット３１は、ステージ制御ユニット２８を介して、
ベースライン補正されたウェハＷのＸ座標及びＹ座標に
基づいて、各ショット領域の中心と投影光学系２２の光
軸ＡＸとが一致するようにＸＹステージ２５を駆動させ
る。これにより、ウェハＷの各ショット領域の正確な露
光位置への合わせ込み、すなわちウェハＷの正確な位置
合わせが行われる。

【００６６】以上、詳述した本実施形態によれば、以下
のような効果を得ることができる。 （１） 本実施形態のアライメントセンサ３２において
は、ハロゲンランプ３６からの照明光ＩＬが、第１ダイ
クロイックミラー４２により、可視領域の可視照明光Ｉ
Ｌｖと赤外領域の赤外照明光ＩＬｉｒとに分割される。
前記可視照明光ＩＬｖによりウェハＷ上のウェハマーク
ＡＭを照明するとともに、前記赤外照明光ＩＬｉｒによ
り焦点検出用のパターン像ＩＰの投影が行われる。そし
て、両照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒの照射に伴うウェハＷ面
からの反射光ＲＬｖ、ＲＬｉｒに基づいて、ウェハＷに
関する複数の位置情報を得るようになっている。

【００６７】このため、互いに波長帯域の異なる可視照
明光ＩＬｖと赤外照明光ＩＬｉｒとを重ね合わせた状態
でウェハマークＡＭ上に照射することで、そのウェハマ
ークＡＭからの反射光ＲＬｖ、ＲＬｉｒに基づいて、ウ
ェハマークＡＭに関する互いに異なる複数の位置情報を
得ることができる。前記実施形態について具体的に言え
ば、１つの情報としてはウェハマークＡＭのアライメン
トセンサ３２に対する焦点位置に関するものであり、他
の情報としてはウェハマークＡＭのＸＹ平面上での位置
に関するものである。

【００６８】従って、従来構成のように、同一の光源を
用いたとしても、ウェハマークＡＭに関する複数の位置
情報を得るために、複数の照明光を互いに異なる照射位
置に照射する必要がない。そして、ウェハマークＡＭが
スクライブラインＳＬ上に存在しても、デバイス部分Ｄ
ＰとスクライブラインＳＬとの段差の影響を受けること
なく、ウェハマークＡＭの正確な位置情報を検出し、そ
の位置情報に基づいてウェハＷの正確な位置合わせを行
うことができる。

【００６９】（２） 本実施形態のアライメントセンサ
３２においては、照明光ＩＬが第１ダイクロイックミラ
ー４２にて、可視照明光ＩＬｖと赤外照明光ＩＬｉｒと
に分割される。可視照明光ＩＬｖは視野絞り板４３を通
過することによりその照明視野が規制され、赤外照明光
ＩＬｉｒにはパターン形成板４６を通過することにより
焦点検出用のパターン像ＩＰが形成される。その後、両
照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒは、その光軸がほぼ一致するよ
うに第２ダイクロイックミラー４９により合成された状
態で、ウェハＷ上のウェハマークＡＭを含むマーク領域
に照射される。この照射に伴うウェハマークＡＭからの
反射光ＲＬは、第３ダイクロイックミラー５６にて、可
視反射光ＲＬｖと赤外反射光ＲＬｉｒとに分割されるよ
うになっている。

【００７０】このため、赤外照明光ＩＬｉｒに形成され
た焦点検出用のパターン像ＩＰが、ウェハマークＡＭ上
に投影され、そのパターン像ＩＰとウェハマークＡＭと
の間に位置ずれがほとんど存在しない。これにより、例
えばスクライブラインＳＬ上にウェハマークＡＭを有す
るウェハＷの位置決めを行う場合において、前記パター
ン像ＩＰがウェハＷのデバイス部分ＤＰに乗り上げたり
することがない。そして、反射光ＲＬの光軸方向、つま
りＺ軸方向において、パターン像ＩＰの赤外反射光ＲＬ
ｉｒから得られる位置情報とウェハマークＡＭの可視反
射光ＲＬｖから得られる位置情報とをほぼ一致させるこ
とができる。従って、ウェハマークＡＭの位置情報の検
出精度を向上することができ、ウェハＷの位置合わせ精
度を向上させることができる。

【００７１】しかも、前記両照明光ＩＬｖ、ＩＬｉｒ
は、第１ダイクロイックミラー４２にて一旦分割された
後、第２ダイクロイックミラー４９にて合成されて、ウ
ェハマークＡＭ上に照射される。そして、この照射に基
づくウェハマークＡＭからの反射光ＲＬｖ、ＲＬｉｒが
第３ダイクロイックミラーにて再度分割されて、各反射
光ＲＬｖ、ＲＬｉｒに含まれる位置情報が検出される。
このため、前記第２ダイクロイックミラー４９から第３
ダイクロイックミラーとの間の光路を共用することがで
きて、光路構成の簡素化を図ることができる。

【００７２】（３） 本実施形態のアライメントセンサ
３２においては、赤外照明光ＩＬｉｒによりウェハマー
クＡＭ上に投影されたパターン像ＩＰの反射像がライン
センサ６２の受光面上に結像され、その位置情報に基づ
いてウェハマークＡＭの合焦が行われる。そして、ウェ
ハマークＡＭが合焦された状態で、そのＸＹ平面上の位
置が検出され、その位置に基づいてウェハＷの位置合わ
せが行われるようになっている。

【００７３】ここで、このパターン像ＩＰはウェハマー
クＡＭ上に直接投影されたものであるため、パターン像
ＩＰの位置情報を検出するということは、ウェハマーク
ＡＭのアライメントセンサ３２に対する焦点位置を直接
検出しているのと等価と言える。このため、このパター
ン像ＩＰの位置情報に基づいてウェハマークＡＭの合焦
を行うことで、そのウェハマークＡＭをアライメントセ
ンサ３２の最適な焦点位置に合わせ込むことができる。
従って、ウェハマークＡＭの位置情報の検出をより高精
度で行うことができ、ウェハＷの位置合わせをより高精
度に行うことができる。

【００７４】（４） 本実施形態のアライメントセンサ
３２においては、焦点検出用のパターン像ＩＰを検出す
るための光路の第３ダイクロイックミラー５６より像面
側に、ウェハマークＡＭ上のパターン像ＩＰからの反射
光ＲＬｉｒのテレセントリック性を崩す瞳分割ミラー６
１が設けられている。

【００７５】この第３ダイクロイックミラー５６より像
面側、つまりラインセンサ６２側の光路は、反射光のＲ
Ｌの波長分割が行われた後であるため、この光路は赤外
反射光ＲＬｉｒのみが通過する。このため、撮像素子５
９にて検出される可視反射光ＰＬｖのテレセントリック
性を確保しつつ、ラインセンサ６２で検出される赤外反
射光ＲＬｉｒのテレセントリック性のみを崩すことがで
きる。そして、ウェハマークＡＭのＺ軸方向の位置情報
が、ラインセンサ６２の受光面上におけるパターン像Ｉ
Ｐの基準位置に対する位置ずれを検出することで検出す
ることができる。従って、ウェハマークＡＭのアライメ
ントセンサ３２に対する最適焦点位置の検出を正確かつ
容易に行うことができる。しかも、撮像素子５９はウェ
ハマークＡＭの反射像をそのまま受光しているが、前記
のように可視反射光ＲＬｖのテレセントリック性は保た
れるため、撮像素子５９におけるウェハマークＡＭの反
射像の検出に支障を来すことがない。

【００７６】（５） 本実施形態のアライメントセンサ
３２においては、焦点検出用のパターン像ＩＰを検出す
る系に赤外照明光ＩＬｉｒ及び赤外反射光ＲＬｉｒが用
いられ、ウェハマークＡＭの反射像を検出する系に可視
照明光ＩＬｖ及び可視反射光ＲＬｖが用いられている。

【００７７】このため、感光性のフォトレジストが塗布
されたウェハＷの位置決めを行う場合において、この位
置決めの際の各照明光ＩＬｉｒ、ＩＬｖがフォトレジス
トに影響を及ぼすことがない。また、撮像素子５９にお
いて、ウェハマークＷの反射像を高感度で検出すること
ができて、アライメント精度の一層の向上を図ることが
できる。

【００７８】（６） 本実施形態の露光装置において
は、前記（１）〜（５）に記載の効果を有するアライメ
ントセンサ３２を備えている。このため、ウェハＷの位
置合わせを極めて精度よく行うことができて、本実施形
態の露光装置は微細な回路パターンの投影露光及び多数
回にわたる重ね合わせ露光を行うのに特に好適である。

【００７９】（変更例）なお、本発明の実施形態は、以
下のように変更してもよい。 ・ 前記各実施形態では、焦点検出用のパターン像ＩＰ
を形成するためのパターン形成板４６のスリット４８
を、前記実施形態に記載した以外の数、例えば１、２、
４、５あるいはそれ以上としてもよい。また、スリット
４８を、それにより形成されるパターン像ＩＰがウェハ
マークＡＭ上に投影された状態で同マークＡＭのライン
部分を必ず重なる範囲内において、そのパターン像ＩＰ
と前記ライン部分とのなす角が前記実施形態に記載した
以外の角度、例えば９０°となるように形成してもよ
い。また、矩形状のスリット４８に代えて、ウェハマー
クＡＭ上に投影された状態で同マークＡＭの外部に突出
しない範囲であれば、例えば円形状、楕円形状、多角形
状等の開口を採用してもよい。

【００８０】・ また、前記実施形態では、赤外反射光
ＲＬｉｒのテレセントリック性を崩す光学素子として瞳
分割ミラー６１を採用したが、例えば通過する光束の一
部遮光する遮光板あるいは瞳分割プリズムとしてもよ
い。また、前記のようなテレセントリック性を崩す光学
素子を、パターン形成板４６と第２ダイクロイックミラ
ー４９との間に設けてもよい。

【００８１】・ また、前記実施形態において、瞳分割
ミラー６１とラインセンサ６２との間に集光レンズを設
けてもよい。 ・ また、前記実施形態において、ラインセンサ６２の
受光面に複数ラインの画素を平行に配置し、複数ライン
の画素の撮像信号を積算してパターン像ＩＰの位置ずれ
を検出してもよい。

【００８２】・ また、前記実施形態において、第１ダ
イクロイックミラー４２〜第２ダイクロイックミラー４
９との間の２つの光路にそれぞれシャッターを設け、ウ
ェハマークＡＭの焦点検出時には可視照明光ＩＬｖが通
過する側の光路を遮蔽し、ウェハマークＡＭのＸＹ平面
上の位置の検出時には赤外照明光ＩＬｉｒが通過する側
の光路を遮蔽するようにしてもよい。

【００８３】これらのようにしても、前記実施形態とほ
ぼ同様な効果が得られる。 ・ また、前記実施形態において、パターン形成板４６
に代えて、液晶パネルを配置し、その液晶パネルに焦点
検出用のパターンを発生させてもよい。

【００８４】このように構成した場合、ウェハマークＡ
Ｍの形状に応じて、最適なアライメントセンサ３２の焦
点検出用のパターン像を容易に発生させることができ
る。 ・ また、前記実施形態において、露光光ＥＬとして、
例えばＸ線や電子線などの荷電粒子線を用いることもで
きる。この電子線を発生させる電子銃としては、例えば
熱電子放射型の、例えばランタンヘキサボライト（Ｌａ
Ｂ₆）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。な
お、露光光ＥＬとして、Ｘ線を用いる場合には、例えば
前記レチクルを反射型タイプのものを用い、前記投影光
学系２２として反射屈折系または屈折系の光学系を用い
る。また、露光光ＥＬとして、電子線を用いる場合に
は、前記投影光学系２２に代えて、例えば電子レンズ及
び偏光器等からなる電子光学系を用いる。この場合、電
子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまで
もない。

【００８５】・ また、前記実施形態において、露光光
ＥＬとして、Ｆ₂エキシマレーザを用いる場合には、例
えば前記レチクルを反射型タイプのものを用い、前記投
影光学系２２として反射屈折系を用いてもよい。

【００８６】・ 本発明の露光装置は、半導体素子製造
用の露光装置に限定されるものではなく、ステップ・ア
ンド・リピート方式の一括露光形露光装置、ステップ・
アンド・スキャン方式の走査露光形露光装置、ミラー・
プロジェクション・アライナー、液晶表示素子、撮像素
子、薄膜磁気ヘッド等製造用の露光装置を含むものであ
る。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１及び
請求項６の発明によれば、同一の光源を用いたとして
も、マークに関する複数の位置情報を得るために、複数
の照明光を互いに異なる照射位置に照射する必要がな
い。そして、位置決め対象物のマーク領域の近傍に段差
が存在しても、その段差の影響を受けることなく、前記
マークの正確な位置情報を検出し、その位置情報に基づ
いて位置決め対象物の正確な位置決めを行うことができ
る。

【００８８】また、本願請求項２の発明によれば、前記
請求項１に記載の発明の効果に加えて、検出する反射光
の光軸方向において、第２検出手段から得られる位置情
報と第１検出手段から得られる位置情報とをほぼ一致さ
せることができる。従って、マークの位置情報の検出精
度を向上することができ、位置決め対象物の位置決め精
度を向上させることができる。さらに、第１検出手段と
第２検出手段とで、その光路の一部を共用することがで
きて、光路構成の簡素化を図ることができる。

【００８９】また、本願請求項３の発明によれば、前記
請求項２に記載の発明の効果に加えて、マークをアライ
メント光学系の最適な焦点位置に容易に合わせ込むこと
ができ、第１対物光学系による前記マークの位置の検出
をより高精度で行うことができる。従って、位置決め対
象物の位置合わせを高精度に行うことができる。

【００９０】また、本願請求項４の発明によれば、前記
請求項３に記載の発明の効果に加えて、第２検出手段に
おいてパターン像の位置ずれを検出することで、第１検
出手段におけるマークのアライメント光学系に対する最
適焦点位置の検出を正確かつ容易に行うことができる。
しかも、第１検出手段におけるテレセントリック性が確
保されて、この第１検出手段のマークの位置検出に支障
が生じるおそれがない。

【００９１】また、本願請求項５の発明によれば、前記
請求項３または請求項４に記載の発明の効果に加えて、
例えば感光性のフォトレジストが塗布された基板の位置
決めを行う場合において、この位置決めの際の照明がフ
ォトレジストに影響を及ぼすことがない。そして、第１
検出手段に、例えば撮像素子を用いる場合に、マークの
反射像を高感度で検出することができる。

【００９２】また、本願請求項７の発明によれば、前記
請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の発明の
効果に加えて、基板のアライメントを高精度に行うこと
ができるため、微細な回路パターンの投影露光及び多数
回にわたる重ね合わせ露光を行うのに特に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の露光装置の概略を示す
構成図。

【図２】 図１のアライメントセンサを示す構成図。

【図３】 （ａ）は図２の視野絞り板を、（ｂ）は図２
のパターン形成板を示す断面図。

【図４】 ウェハマーク上に焦点検出用のパターン像を
投影した状態を示す説明図。

【図５】 ウェハマークの配置の一例を示す説明図。

【図６】 従来のアライメントセンサを示す構成図。

【図７】 （ａ）は図６の視野分割絞りを示す断面図、
（ｂ）は図６の遮光板を示す正面図。

【図８】 従来構成におけるウェハマーク上に焦点検出
用のパターン像を投影した状態を示す（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図。

【符号の説明】

２２…投影光学系、３１…制御手段としてのアライメン
ト制御ユニット、３２…検出手段としてのアライメント
センサ、３６…光源としてのハロゲンランプ、４２…第
１波長分割手段としての第１ダイクロイックミラー、４
３…視野絞り手段としての視野絞り板、４６…パターン
形成手段としてのパターン形成板、４９…合成手段とし
ての第２ダイクロイックミラー、５２…第１及び第２対
物光学系の一部を構成するミラー、５３…第１及び第２
対物光学系の一部を構成する対物レンズ、５５…第１及
び第２対物光学系の一部を構成するレンズ系、５６…第
１及び第２対物光学系の一部を構成すると共に、第２波
長分割手段としての第３ダイクロイックミラー、５７…
第１対物光学系の一部を構成する指標板、５８…第１対
物光学系の一部を構成するリレーレンズ系、５９…第１
対物光学系の一部を構成する撮像素子、６１…第２対物
光学系の一部を構成する瞳分割ミラー、６２…第２対物
光学系の一部を構成するラインセンサ、ＡＭ…マークと
してのウェハマーク、ＩＬ…照明光、ＩＬｉｒ…所定の
波長範囲としての赤外照明光、ＩＬｖ…所定の波長範囲
としての可視照明光、ＩＰ…パターン像、Ｒ…マスクと
してのレチクル、ＲＬ…反射光、ＲＬｉｒ…パターン像
からの反射光としての赤外反射光、ＲＬｖ…マークから
の反射光としての可視反射光、Ｗ…位置合わせ対象物及
び基板としてのウェハ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置決め対象物の所定の領域を光源から
   の照明光で照明し、その所定の領域からの反射光に基づ
   いて前記位置決め対象物の複数の位置情報を検出する各
   位置情報毎の検出手段を備えた位置検出装置において、 前記照明光の波長を分割する波長分割手段を設け、前記
   検出手段毎にその波長分割手段により分割された所定の
   波長範囲の照明光に伴う前記所定の領域からの反射光に
   基づいて前記位置情報を検出する位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記所定の領域を構成
   するマーク領域における照明視野の形状を規定する視野
   絞り手段及び前記マーク領域に形成されたマークからの
   反射光を検出する第１対物光学系を含む第１検出手段
   と、前記マーク領域に所定形状のパターン像を投影する
   ためのパターン形成手段及びそのパターン像の反射光を
   検出する第２対物光学系を含む第２検出手段とを備えて
   なり、 前記波長分割手段は、前記視野絞り手段と前記パターン
   形成手段とに異なる波長帯域の照明光を照射するため
   に、前記光源からの照明光の波長を分割する第１波長分
   割手段と、前記視野絞り手段の透過光とパターン形成手
   段の透過光とを合成し、前記パターン像を前記マーク領
   域の照明視野内に投影する合成手段と、そのマーク領域
   からの反射光を前記マークからの反射光と前記パターン
   像からの反射光とに波長分割する第２波長分割手段とを
   備えた請求項１に記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記第２対物光学系における前記パター
   ン像の位置情報に基づいて前記第１対物光学系における
   前記マークの合焦を行うとともに、前記第１対物光学系
   における前記マークの位置情報に基づいて前記位置決め
   対象物の位置合わせを行う制御手段を備えた請求項２に
   記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記第２検出手段は、前記第１波長分割
   手段と合成手段との間、または、前記第２対物光学系内
   における前記第２波長分割手段よりも像面側に、前記照
   明光または前記反射光のテレセントリック性を崩す光学
   素子を備えた請求項３に記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記第１波長分割手段は前記照明光から
   可視光と赤外光とを分割し、前記第１検出手段には可視
   光が導かれ、前記第２検出手段には赤外光が導かれるよ
   うに構成した請求項３または請求項４に記載の位置検出
   装置。
6. 【請求項６】 位置決め対象物の所定の領域を光源から
   の照明光で照明し、複数の検出手段により、その所定の
   領域からの反射光に基づいて前記位置決め対象物の各検
   出手段毎の位置情報を検出する位置検出方法において、 請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置を用
   い、前記光源からの照明光を波長分割手段を介して波長
   を分割し、前記検出手段毎に所定の波長範囲の照明光に
   より前記所定の領域を照明し、その所定の領域からの反
   射光に基づいて前記位置情報を検出する位置検出方法。
7. 【請求項７】 マスク上の回路パターンを投影光学系を
   介して基板上に転写露光する露光装置において、 請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置を備
   えた露光装置。