JP3230093B2

JP3230093B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP3230093B2
Application number: JP21708791A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH0555112A

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
使用される投影露光装置に関し、特に原画パターンを有
するマスクと、この原画パターンが転写される半導体ウ
ェハ等の基板とを相対的に位置合わせするアライメント
機構を有する投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子等の微細パターンを高
分解能で転写する装置として、投影型露光装置（ステッ
パー）が多用されるようになった。従来よりこの種の投
影型露光装置においては、レチクル（即ち、マスク）と
ウェハ上の１つのショット領域との位置合わせを行うた
めのアライメント方式として、ＴＴＲ（スルーザレチク
ル）方式及びＴＴＬ（スルーザレンズ）方式等が使用さ
れている。ＴＴＲ方式においては、レチクルの回路パタ
ーン周辺に形成されたアライメントマークと、ウェハ上
のショット領域周辺に形成されたアライメントマークと
を同時に検出して、両者の相対的な位置関係により位置
決めを行う。一方、ＴＴＬ方式においては、ウェハ上の
ショット領域周辺に形成されたアライメントマークのみ
を検出して位置決めを行う。本発明は、ＴＴＲ方式及び
ＴＴＬ方式の両者に適用できるものであるが、以下では
ＴＴＲ方式を主にして説明する。

【０００３】図１３は従来のＴＴＲ方式でアライメント
を行う投影型露光装置の一例を示し、この図１３におい
て、ウェハステージ１上にウェハ２が載置され、このウ
ェハ２上の各ショット領域の周辺にはアライメントマー
ク３がそれぞれ形成されている。４はそのウェハステー
ジ１の上部に固定された両側テレセントリックの投影レ
ンズを示し、この投影レンズ４の瞳部にはウェハ２への
投影光の開口数ＮＡを一定の値に制限するための絞り５
が取り付けられている。また、そのウェハステージ１は
その投影レンズ４の光軸に垂直な平面内で自由に平行移
動及び所定量の回転ができるように構成されている。そ
のウェハステージ１の位置は、このステージ１上の移動
鏡６と外部に固定されたディテクタ７（図示省略する
も、移動鏡及びディテクタは２対設けられている）とよ
りなるレーザ干渉測長機によって検出される。

【０００４】８はそのウェハステージ１を移動させると
共に回転させるための駆動機構、９は制御装置を示し、
粗い位置決めを行うときにはこの制御装置９は、レーザ
干渉測長機により検出された位置が所定の位置に合致す
るようにその駆動機構８を介してそのウェハステージ１
を移動させる。１０はアライメント装置を示し、最終的
な細かい位置決めを行うときには、そのアライメント装
置１０よりその制御装置９に後述のアライメントマーク
の位置ずれの情報が供給され、その制御装置９はその位
置ずれが所定範囲内に収まるようにそのウェハステージ
１の位置決めを行う。

【０００５】１１は周知の露光用照明系を示し、この露
光用照明系１１からはウェハ２上のフォトレジスト等の
感光材料に対する感光性の強い波長域（例えば波長４３
６ｎｍのｇ線、波長３６５ｎｍのｉ線、波長２４８ｎｍ
のエキシマレーザ光等）の照明光ＩＬ１が生成され、こ
の照明光ＩＬ１はコンデンサレンズ１２により集光さ
れ、この集光された照明光が支持部材１３に固定された
レチクル１４のパターン領域に照射される。そして、そ
のレチクル１４を透過した光が投影レンズ４を介してウ
ェハ２上に投影されることにより、そのウェハ２上にそ
のレチクル１４のパターン領域の像が結像される。

【０００６】１５はそのレチクル１４のパターン領域の
近傍に形成されたアライメントマークを示し、このアラ
イメントマーク１５の像とウェハ２上のアライメントマ
ーク３の像との相対的な位置のずれを所定の範囲内に収
めるように位置決めが行われる。

【０００７】露光工程のウェハ２の表面にはレジスト層
が形成され、アライメント時にはそのレジスト層を介し
てそのウェハ２上のアライメントマーク３が検出され
る。このレジスト層としては、より高解像のパターン形
成を可能とするために、露光光に対する吸収率が高くな
る（透過率が低くなる）ような多層レジスト構造等の採
用が検討されるようになってきた。この場合、アライメ
ント用の照明光として露光光と同じ波長域の光を使用す
ると、そのアライメント用の照明光がウェハ２上のアラ
イメントマーク３に達するまでに大きな減衰を受けるこ
と、及びそのマーク３からの反射光（正反射光、散乱
光、回折光等）も減衰を受けることによって、そのウェ
ハ２上のマーク３がアライメント光学系によって十分な
光量で認識されないという不都合がある。

【０００８】そこで、このようなレジスト等の感光材に
対して透過率の高い（感光性の低い）波長域の光、例え
ば露光光の波長域よりも長い波長域の光をアライメント
用の照明光として使用することが考えられる。これに関
して、一般に投影レンズ４は露光用の照明光に対しての
み良好に色収差補正されているのが現状であるため、そ
のアライメント用の照明光のもとではそのレチクル１４
上のアライメントマーク１５とそのウェハ２上のアライ
メントマーク３とがその投影レンズ４に対して共役にな
らなくなる。そこで、従来はその投影レンズ４のアライ
メント光に対する色収差を補正して、それらマーク３と
マーク１５とを共役にするために、色収差補正用の補正
光学系が設けられている。

【０００９】そのような補正光学系を有するアライメン
ト光学系について説明するに、図１３において、１６は
光ファイバー束を示し、この光ファイバー束１６を介し
てアライメント用の照明光ＩＬ２が照射され、この照明
光ＩＬ２がコリメータレンズ１７により略平行光線に変
換され、この略平行光線がハーフミラー１８、対物レン
ズ１９及びミラー２０によりレチクル１４上のアライメ
ントマーク１５に集束される。このマーク１５を透過し
た照明光は、色収差補正用の補正レンズ２１及び投影レ
ンズ４によりウェハ２上のアライメントマーク３に集束
される。

【００１０】そして、そのレチクル１４上のアライメン
トマーク１５からの反射光は、逆の光路を経てハーフミ
ラー１８を透過した後に、結像用のレンズ２２により電
荷結合型撮像デバイス（ＣＣＤ）２３の撮像面に集束さ
れる。一方、ウェハ２上のアライメントマーク３からの
反射光は一度レチクル１４上のアライメントマーク１５
の位置で一度結像した後、更に逆の光路を経てハーフミ
ラー１８を透過し、結像用のレンズ２２によりＣＣＤ２
３の撮像面に再結像される。この場合、マーク３及び１
５がそれぞれスリット状のパターンであるとすると、そ
のＣＣＤ２３の撮像面には、図１４に示すように、レチ
クル１４側のマーク１５のスリット状の像１５Ｉ及びウ
ェハ２側のマーク３のレチクル１４上での像の更なる像
３Ｉが形成され、これらの像の情報が図１５に示すよう
な撮像信号としてアライメント装置１０に供給される。

【００１１】そして、アライメント装置１０は、その像
１５Ｉの中点とその像３Ｉの中点との位置ずれを検出し
て制御装置９に供給し、この制御装置９はその位置ずれ
が所定範囲内に収まるようにそのウェハステージ１の位
置決めを行う。なお、図１３では、簡単のためアライメ
ント光学系は１個しか示してないが、実際にはアライメ
ント光学系及びアライメントマーク３、１５はそれぞれ
例えば４組存在し、各アライメント光学系でそれぞれ位
置決めを行うことにより、ウェハステージ２の投影レン
ズ４の光軸に垂直な平面内での平行移動及び回転に関す
る正確なアライメントが行われる。

【００１２】また、より高精度なアライメント方式とし
て回折格子を用いる方式が知られている（例えば特開昭
６３−２８３１２９号公報参照）。この方式において
は、露光光の波長帯とは異なる波長帯のアライメント光
を用いて、ウェハ又はレチクル上に形成された１次元の
回折格子マークを光学的に検出し、それら検出した回折
格子マークのピッチ情報からウェハ又はレチクルの格子
ピッチ方向の位置を高分解能に検出する。この場合、そ
の回折格子マークの位置をより確実に且つ高精度に特定
するために干渉縞アライメント法が提案されている（例
えば特開昭６３−２８３１２９号公報参照）。干渉縞ア
ライメント法においては、回折格子マークに対して２方
向からほぼ平行なレーザビームを同時に照射して１次元
の干渉縞を形成し、この形成された干渉縞の照射によっ
て回折格子マークから発生した回折光を光電検出し、そ
の出力信号から回折格子マークの位置のずれを検出する
ようにしている。

【００１３】このような干渉縞アライメント法には、更
に２方向から照射されるレーザビームに一定の周波数差
を与えるヘテロダイン法と周波数差のないホモダイン法
との２つの方法がある。ホモダイン法では、回折格子と
平行に静止した干渉縞が作られ、位置検出にあたっては
ウェハ上等の回折格子をそのピッチ方向に微動させる必
要があり、その回折格子の位置は干渉縞を基準として求
められる。一方、ヘテロダイン法では、２本のレーザビ
ームの周波数差（ビート周波数）のために干渉縞がその
ピッチ方向にビート周波数で高速に流れることになるた
め、回折格子の位置はビート周波数で得られる光電信号
と基準信号との位相差から求められる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図１３例の投影型露光装置においては、アライメントの
際にミラー２０及び補正レンズ２１を挿入すると共に、
露光時にはそれらミラー２０及び補正レンズ２１を露光
光の通過領域の外に退去させる必要があり、それら光学
系の出し入れの繰り返しにより光学系の位置が次第にず
れて、アライメント精度が次第に低下する虞があった。
また、光学系の出し入れには時間がかかるため、レチク
ル１４のパターンをウェハ２上にステップアンドリピー
トで転写していく場合には時間が長くかかり、全体とし
て単位時間当りに転写露光できるウェハの枚数（スルー
プット）が低下する不都合があった。

【００１５】更に、図１３例では、レチクル１４上のア
ライメントマーク１５とウェハ２上のアライメントマー
ク３とは露光光のもとで投影レンズ４に対して共役であ
る。そのため、そのレチクル１４上のマーク１５をパタ
ーン領域に近づけすぎると、露光時にそのマーク１５を
透過した照明光によりそのウェハ２上のマーク３が照射
され、現像によりそのマーク３が破壊されてしまう虞が
ある。このマーク３の破壊は本質的な問題ではなく、再
び焼き付けることもできるが、広いマーク領域を必要と
するという不都合がある。また、それを避けるために、
そのレチクル１４上のマーク１５をパターン領域から遠
避けると、それに比例してウェハ２上のマーク３もパタ
ーン領域から遠避ける必要がある。

【００１６】しかしながら、例えばステップアンドリピ
ートで転写露光を繰り返すような場合には、ウェハ２上
の隣合うショット領域の中間領域であるストリートライ
ン領域にアライメントマーク３が形成されるが、そのレ
チクル１４上のマーク１５をパターン領域から遠避ける
と、そのストリートライン領域を広くしなければならな
くなる。このようにストリートライン領域を広くする
と、全体としてウェハ２上のショット配列密度が低下す
る不都合がある。

【００１７】これに関して、特開平１−１４０７１９号
公報には、図１３例の補正レンズ２１の代わりに露光用
の照明光には影響を与えずアライメント光のみにレンズ
として作用するフレネルゾーンプレートを使用した投影
露光装置が開示されているが、この場合でも図１３例の
ミラー２０に相当するビームベンダーが使用されてい
る。従って、このビームベンダーを出し入れする必要が
あるため、転写露光に時間がかかるという不都合は解消
されていない。更にそのフレネルゾーンプレートを露光
光が通過するので、露光の際の結像特性がある程度は劣
化する虞がある。

【００１８】また、アライメントマークとしての回折格
子マークを干渉縞アライメント法で検出するようにした
投影型露光装置として、特開平２−１１６１１６号公報
で開示されている投影型露光装置においては、例えばダ
イクロイックミラー及び２焦点素子等を使用することに
より、アライメント光学系を固定したままで随時アライ
メントができると共に、露光用の照明光によるウェハ上
のアライメントマークの照射が防止できるようになされ
ている。しかしながら、その例においても、レチクル上
のアライメントマークとウェハ上のアライメントマーク
とは露光光のもとで略々共役であるため、そのウェハ上
のアライメントマークをショット領域に十分に近づける
ことはできなかった。

【００１９】本発明は斯かる点に鑑み、補正レンズ等を
出し入れすることなく常に高精度にアライメントができ
る投影露光装置を提供することを目的とする。更に、本
発明は、ウェハ上のアライメントマークをパターン領域
により近接させてショット配列の密度を高めることがで
きると共に、ＴＴＲ方式に適用した場合でも比較的簡単
な構成で露光用の照明光によるそのウェハ上のアライメ
ントマークの破壊が防止できるようにすることを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１及び図２に示す如く、所定のパターン
が形成されたマスク（３３）を露光用の第１照明光ＩＬ
１で照射する露光用照明系（１１，１２）と、この第１
照明光のもとでそのマスク（３３）のパターン領域の像
を感光基板（２）上にテレセントリックな条件で結像す
る投影光学系（４）と、その感光基板（２）上に形成さ
れたアライメント用のマーク（３６Ｙ１）にその投影光
学系（４）を介して、その第１照明光ＩＬ１と異なる波
長の第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢを照射し、そのマーク
（３６Ｙ１）から生じた光情報をその投影光学系（４）
を介して検知するアライメント手段とを備えた装置にお
いて、そのマスク（３３）から発生してその投影光学系
（４）に入射するその第１照明光ＩＬ１の内、その投影
光学系（４）の瞳面の周辺部分を通る光束を遮蔽すると
共に、その第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢを一定量だけ偏向
させて通過させる作用を有する遮蔽領域（２６）が形成
されたアパーチャ板（２４）を、その瞳面又はその近傍
に配置したものである。

【００２１】そして本発明は、そのアライメント手段と
して、そのアパーチャ板（２４）の遮蔽領域（２６）に
その第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢが向かうようにその第２
照明光ＬＢＡ，ＬＢＢを射出するアライメント用照明系
（３７，３９，４０，４７，５０ａ，５２，３２）と、
そのアパーチャ板（２４）の遮蔽領域（２６）で偏向さ
れてその感光基板（２）に向かうその第２照明光ＬＢ
Ａ，ＬＢＢによってそのアライメント用のマーク（３６
Ｙ１）が照射されたとき、このマーク（３６Ｙ１）から
生じた光情報をそのアパーチャ板（２４）の遮蔽領域
（２６）を介してそのマスク（３３）側で光電変換する
マーク検出系（３２，５２，５１，５０ｂ，５３，５
４）とを設けたものである。

【００２２】また、本発明におけるそのアパーチャ板
（２４）の遮蔽領域（２６）は、例えば図４に示すよう
に、入射してくるその第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢをその
投影光学系（４）の光軸ＡＸに対して略々半径方向に一
定量だけ偏向させるようになされているものである。

【００２３】更に、本発明は、例えば図１に示すよう
に、そのマスク（３３）のパターン領域の近傍にマスク
側のアライメント用のマーク（３４Ｙ１）を設け、その
第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢはこのマスク側のアライメン
ト用のマーク（３４Ｙ１）を通過するようにし、その第
２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢの照射によりそのマスク側のア
ライメント用のマーク（３４Ｙ１）から生じた光情報を
もそのマーク検出系で検出するようにしたものである。

【００２４】

【作用】斯かる本発明によれば、そのアパーチャ板（２
４）の遮蔽領域（２６）はその投影光学系（４）の瞳面
の周辺部分に設けられているので、そのアパーチャ板
（２４）の遮蔽領域（２６）にその第２照明光ＬＢＡ，
ＬＢＢが向かうようにするには、そのアライメント用照
明系（３７，３９，４０，４７，５０ａ，５２，３２）
はその投影光学系（４）の光軸に対して所定の角度だけ
傾けてそれら第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢをその投影光学
系に入射させればよい。この場合、その遮蔽領域（２
６）にはその第２照明光ＬＢＡ，ＬＢＢを偏向させる作
用があるので、アパーチャ板（２４）が無いときにその
投影光学系（４）にその第２照明光に関して横及び縦の
色収差が生じる場合でも、その第２照明光をその感光基
板（２）上に形成されたアライメント用のマーク（３６
Ｙ１）に確実に入射させることができる。そして、その
アライメント用のマーク（３６Ｙ１）からの反射光はそ
のアパーチャ板（２４）の遮蔽領域（２６）を経てマー
ク検出系に達するので、そのアライメント用のマーク
（３６Ｙ１）からの光情報を正確に検出することができ
る。

【００２５】この場合、色収差の補正はそのアパーチャ
板（２４）の遮蔽領域（２６）の偏向作用によって実質
的に行われるので、色収差補正用の光学系を別途出し入
れする必要がなく、アライメント精度は良好に維持され
ると共に、スループットも低下することがない。また、
そのアパーチャ板（２４）の遮蔽領域（２６）では露光
用の第１照明光ＩＬ１は遮光されているので、その遮蔽
領域（２６）により露光パターンに歪等が生じることは
ない。

【００２６】また、図４例では、そのアパーチャ板（２
４）の遮蔽領域（２６）は、入射してくるその第２照明
光ＬＢＡ，ＬＢＢをその投影光学系（４）の光軸ＡＸに
対して略々半径方向に一定量だけ偏向させるようになさ
れている。図４のメリジオナル面及びサジタル面への投
影図である図６及び図７より分かるように、これは第２
照明光をサジタル方向及びメリジオナル方向の両方向に
偏向することを意味し、これにより横及び縦の色収差
（倍率色収差と軸上色収差）が良好に補正される。

【００２７】また、図１に示すように、そのマスク（３
３）のパターン領域の近傍にマスク側のアライメント用
のマーク（３４Ｙ１）を設けた場合には、ＴＴＲ方式の
アライメント機構が形成される。この場合、本発明で
は、そのアパーチャ板（２４）の遮蔽領域（２６）の偏
向作用により、そのマスク側のマーク（３４Ｙ１）とそ
の感光基板（２）側のマーク（３６Ｙ１）とは露光用の
第１照明光ＩＬ１のもとでその投影光学系（４）に対し
て共役の位置に設定する必要がない。従って、例えばそ
のマスク（３３）側のマーク（３４Ｙ１）の位置を露光
用の第１照明光ＩＬ１が通過しないような領域（パター
ン領域から比較的遠く離れた領域）に設定すると共に、
その感光基板（２）側のマーク（３６Ｙ１）の位置をパ
ターン領域に近づけることができる。このようにする
と、その露光用の第１照明光ＩＬ１によるその感光基板
（２）側のマーク（３６Ｙ１）の破壊を防止することが
できると共に、その感光基板（２）側の隣合うショット
領域の間隔を短くして転写露光の密度を高くすることが
できる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例につき図１〜図７
を参照して説明する。本例はＴＴＲ（スルーザレチク
ル）方式でアライメントを行う投影型露光装置に本発明
を適用したものであり、この図１において図１３に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

【００２９】図１は本例の投影型露光装置を示し、この
図１において、４は従来例と同様の両側テレセントリッ
クな投影レンズであり、その投影レンズ４の光軸に垂直
な平面内で図１の紙面に平行な軸をｙ軸（左方向を＋と
する）、その紙面に垂直な軸をｘ軸とする（向こう側を
＋とする）。本例では、その投影レンズ４の瞳部に従来
例とは異なるアパーチャ板２４を取り付ける。このアパ
ーチャ板２４は、図２に示すように、円板上の石英より
形成し、中央部の円形の開口部２５を囲む輪帯状の領域
２６には、露光用の照明光を遮断すると共にアライメン
ト用の照明光は通過させる波長選択性のコーティング膜
（ダイクロイック膜）を施す。その円形の開口部２５
は、露光用の照明光に対する開口数ＮＡを制限するため
に使用され、その輪帯状の領域２６では露光用の照明光
は遮断されるので、以下ではその領域２６を「遮光帯」
と呼ぶ。

【００３０】その遮光帯２６の裏面の１２箇所に位相型
の回折格子を形成する。位相型の回折格子は石英を所定
ピッチで平行にエッチングすることにより形成すること
ができる。ただし、位相型の回折格子の代わりにクロー
ム蒸着等により形成した振幅型の回折格子を使用しても
よい。位相型の格子の場合には、０次光を抑制すること
ができるので、振幅型の格子に比べてアライメント用の
信号のＳＮ比が良好になる。

【００３１】図２を参照してそれら１２個の回折格子に
ついて詳細に説明する。先ずｙ軸の負の領域にｙ軸に対
称に２個の同一ピッチの回折格子２７ａ１及び２７ａ２
を形成すると、これら２個の回折格子２７ａ１及び２７
ａ２のピッチ方向に平行な中心線をそれぞれＬ１及びＬ
２としたとき、中心線Ｌ１及びＬ２はｙ軸上の点ＯＰで
交差する。この点ＯＰを通り光軸ＡＸに平行な直線を軸
ＯＰとすると、この軸ＯＰは投影レンズの光軸ＡＸと必
ずしも合致するとは限らない。そして、ｙ軸の正の軸上
に所定ピッチでｙ軸方向に回折格子２７ｂを形成する。
また、同様に回折格子２７ｂの両側に回折格子２８ａ１
及び２８ａ２を形成し、回折格子２７ａ１と２７ａ２と
の間のｙ軸上に回折格子２８ｂを形成する。更に、ｙ軸
に沿う６個の回折格子を９０゜回転した位置でｘ軸に沿
って６個の回折格子２９ａ１，２９ａ２，２９ｂ，３０
ａ１，３０ａ２，３０ｂを形成する。

【００３２】後述のように、１組の回折格子２７ａ１，
２７ａ２，２７ｂを使って図１のウェハ２のｙ軸方向の
マーク位置検出が行われる。同様に１組の回折格子２８
ａ１，２８ａ２，２８ｂによりウェハ２のｙ軸方向のマ
ーク位置検出が行われ、残りの２組（６個）の回折格子
によりウェハ２のｘ軸の方向での位置検出が行われる。

【００３３】図１に戻り、３１はアライメント装置を示
し、このアライメント装置３１はヘテロダイン法による
干渉縞アライメント方式でウェハ２の位置ずれの信号を
生成し、この信号を制御装置９に供給する。

【００３４】３２はダイクロイックミラー、３３は支持
部材１３に支持されたレチクルを示し、露光用照明系１
１から射出される照明光ＩＬ１を集光するコンデンサレ
ンズ１２とそのレチクル３３との間にそのダイクロイッ
クミラー３２を投影レンズ４の光軸に対して４５゜に斜
設する。このダイクロイックミラー３２は、露光用の照
明光ＩＬ１に対しては９０％以上の透過率を有し、アラ
イメント用の照明光（露光用の照明光よりも長波長）に
対しては５０％以上の反射率を有する。レチクル３３の
パターン領域はそのダイクロイックミラー３２を透過し
た照明光ＩＬ１により一様に照明される。

【００３５】また、本例のレチクル３３においては、図
３（Ａ）に示すように、正方形のパターン領域ＰＡＲの
周囲に露光光及びアライメント光の両方を遮断する遮光
帯Ｈｉを所定幅で形成し、この遮光帯Ｈｉにｙ軸の負の
領域及び正の領域でそれぞれ接するようにアライメント
マークとしての回折格子３４Ｙ１及び３４Ｙ２を形成
し、これら回折格子３４Ｙ１及び３４Ｙ２の外側にそれ
ぞれアライメント光を通過させる窓部３５Ｙ１及び３５
Ｙ２を形成する。それら回折格子３４Ｙ１及び３４Ｙ２
は、それぞれｘ方向に所定ピッチで形成された反射型の
回折格子であると共に、入射された光の５０％程度をそ
のまま透過させるものである。同様にその遮光帯Ｈｉに
ｘ軸の負の領域及び正の領域で接するように、ｙ方向に
所定ピッチを有する反射型の回折格子３４Ｘ１及び３４
Ｘ２を形成し、これら回折格子の外側にそれぞれ窓部３
５Ｘ１及び３５Ｘ２を形成する。

【００３６】この場合、本例の図１の露光用照明系１１
には照明光ＩＬ１のレチクル３３上での視野を制限する
ためのレチクルブラインドが設けられており、図３
（Ａ）における遮光帯Ｈｉの外側にはその照明光ＩＬ１
が照射されない。即ち、そのレチクル３３の遮光帯Ｈｉ
に隣接する回折格子３４Ｙ１〜３４Ｘ２及び窓部３５Ｙ
１〜３５Ｘ２にもその露光用の照明光ＩＬ１は照射され
ない。

【００３７】そのレチクル３３上に形成された回折格子
３４Ｙ１〜３４Ｘ２に対応するように、本例のウェハ２
にも図３（Ｂ）に示すように、反射型の回折格子３６Ｙ
１〜３６Ｘ２を形成する。即ち、そのレチクル３３のパ
ターン領域ＰＡＲを投影レンズ４でウェハ２上に所定の
縮小率で縮小投影して得られるショット領域をＰＡＷと
すると、このショット領域ＰＡＷにｙ軸の正の領域及び
負の領域で接するようにそれぞれｘ方向に所定ピッチを
有する反射型の回折格子３６Ｙ１及び３６Ｙ２を形成す
る。同様に、そのショット領域ＰＡＷにｘ軸の正の領域
及び負の領域で接するようにそれぞれｙ方向に所定ピッ
チを有する反射型の回折格子３６Ｘ１及び３６Ｘ２を形
成する。

【００３８】投影レンズ４による縮小率を１／Ｎとし
て、レチクル３３上の回折格子３４Ｙ１等のピッチをＰ
とすると、ウェハ２上の回折格子３６Ｙ１等のピッチは
一例として２Ｐ／Ｎに設定される。例えば投影レンズ４
による縮小率を１／５、レチクル３３上の回折格子３４
Ｙ１のピッチを１５μｍとすると、ウェハ２上の回折格
子３６Ｙ１のピッチは６μｍに設定される。

【００３９】この場合、レチクル３３上では回折格子３
４Ｙ１等はパターン領域ＰＡＲとは遮光帯Ｈｉを介して
接しているのに対して、ウェハ２上では回折格子３６Ｙ
１等はショット領域ＰＡＷに直に接しているが、これは
レチクル３３上の回折格子３４Ｙ１等とウェハ２上の回
折格子３６Ｙ１等とは露光用の照明光ＩＬ１のもとで投
影レンズ４に関して共役ではないことを意味する。例え
ば、レチクル３３上の回折格子３４Ｙ１の照明光ＩＬ１
のもとでのウェハ２上の共役な像の位置が図１及び図３
（Ｂ）に示す位置３４Ｙ１Ｉであるとすると、この位置
３４Ｙ１Ｉは回折格子３６Ｙ１よりもかなり外側に位置
している。これにより本例では、ウェハ２上のショット
領域同士の境界部であるアライメントマークの形成部の
幅を従来よりも狭くした上に、露光用の照明光によるそ
のウェハ２上のアライメントマーク（回折格子３６Ｙ１
等）の破壊を防止することができる。

【００４０】また、本例ではレチクル３３上の回折格子
３４Ｙ１〜３４Ｘ２を透過したアライメント光がそれぞ
れウェハ２上の回折格子３６Ｙ１〜３６Ｘ２を照射して
いるが、これは後述のように本例のアパーチャ板２４の
遮光帯２６に形成されている回折格子の偏向作用により
そのアライメント光が曲げられることによるものであ
る。更に、本例ではそのウェハ２上の回折格子３６Ｙ１
〜３６Ｘ２から反射されたアライメント光（後述のよう
に１次の回折光）は、そのアパーチャ板２４の遮光帯２
６に形成されている回折格子の偏向作用によりそれぞれ
レチクル３３上の窓部３５Ｙ１〜３５Ｘ２を通って検出
系に向けられる。

【００４１】図１に戻り、本例のアライメント手段につ
いて詳細に説明するに、アライメント光としては、ウェ
ハ２上のレジストによる減衰の小さい（感光性の弱い）
波長域の光が使用され、具体的には波長６３３ｎｍのＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光等が使用される。３７はアライメント
光として直線偏光のレーザビームを発生するレーザ光源
を示し、そのレーザビームは光路を直角に折り曲げるミ
ラー３８により反射されて複屈折性の結晶よりなるウォ
ラストンプリズム３９に入射する。そのレーザビームの
偏光方向をそのプリズム３９の直交する結晶軸にそれぞ
れ４５゜で交わる方向に設定する。これによりそのプリ
ズム３９からは、互いに偏光方向が直交するＰ偏光のレ
ーザビームとＳ偏光のレーザビームとが放射状に射出さ
れる。

【００４２】４０はそのプリズム３９の位置に前側焦点
面を有するコリメータレンズを示し、このレンズ４０に
よりそれら２本の放射状のレーザビームの主光線が平行
にされ、平行にされた一方の（こちらをＰ偏光とする）
レーザビームは第１の音響光学変調素子４１ａに入射
し、他方の（Ｓ偏光の）レーザビームは第２の音響光学
変調素子４１ｂに入射する。これら音響光学変調素子４
１ａ及び４１ｂは内部を通過するレーザビームの周波数
をそれぞれｆ１及びｆ２だけ偏位させることができ、こ
れによりそのＰ偏光のレーザビームとＳ偏光のレーザビ
ームとの周波数をΔｆ（＝ｆ１−ｆ２）だけ異ならしめ
る。その周波数が偏位されたＰ偏光及びＳ偏光のレーザ
ビームの一部がそれぞれビームスプリッター４２ａ及び
４２ｂで取り出され、これら取り出されたレーザビーム
はミラー４３及びハーフミラー４４を用いて混合され、
この混合されたレーザビームは直線偏光板４５を経て光
電変換素子４６に入射する。

【００４３】その直線偏光板４５によりＰ偏光のレーザ
ビームの一部とＳ偏光のレーザビームの一部とが干渉
し、光電変換素子４６からは、周波数がΔｆのビート信
号Ｓ１が出力される。このビート信号Ｓ１はヘテロダイ
ン法で干渉縞アライメントを行う場合の基準信号であ
り、このビート信号Ｓ１をアライメント装置３１に供給
する。

【００４４】それらビームスプリッター４２ａ及び４２
ｂを通過したレーザビームはそれぞれ集束用のレンズ４
７及び１／４波長板４８を経てミラー４９上に集束され
る。１／４波長板４８によりＰ偏光及びＳ偏光のレーザ
ビームは互いに逆の回転方向の円偏光に変換される。円
偏光には互いに直交する２方向の偏光成分が含まれてい
るので、その１／４波長板４８から射出された２本のレ
ーザビームは可干渉であり、これら２本の可干渉のレー
ザビームを以下ではレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢと呼
ぶ。

【００４５】５０ａはそのミラー４９上の２本のレーザ
ビームの集束点に前側焦点を有するコリメータレンズを
示し、そのミラー４９の角度を調整することにより、そ
のミラー４９から放射状に反射される２本のレーザビー
ムＬＢＡ及びＬＢＢをそのレンズ５０ａの下側の周辺部
に照射する。図１においては、レーザビームＬＢＡ及び
ＬＢＢは重なって見えるが、実際にはレーザビームＬＢ
Ａが紙面に対して手前側を通過し、レーザビームＬＢＢ
が向こう側を通過している。そのレンズ５０ａにより主
光線が平行にされた２本のレーザビームは、そのレンズ
５０ａの光軸に対して４５゜の角度で斜設されたハーフ
ミラー５１を経てアライメント用の対物レンズ５２に入
射する。この対物レンズ５２より射出された２本のレー
ザビームはダイクロイックミラー３２で下方に反射され
て、レチクル３３に形成されたアライメントマークとし
ての回折格子３４Ｙ１（図３（Ａ）参照）に集束する。

【００４６】そのレンズ５０ａと対物レンズ５２との間
では２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢの両主光線は
対物レンズ５２の光軸と平行である。更に本例ではその
対物レンズ５２の前側焦点面ｆａ上で２本のレーザビー
ムＬＢＡ及びＬＢＢがそれぞれ個別に集束するようにす
ると共に、その対物レンズ５２の後側焦点面がレチクル
３３の回折格子３４Ｙ１等の形成面に合致するようにす
る。これにより、その対物レンズ５２より射出される２
本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢは個々には所定の直
径を有する平行光束となるが、それらレーザビームＬＢ
Ａ及びＬＢＢの主光線はそのレチクル３３の回折格子３
４Ｙ１上で所定角度で交差する。この交差角度は、それ
ら２本のレーザビームの干渉によりその回折格子３４Ｙ
１上に生ずる干渉縞のピッチが、その回折格子３４Ｙ１
のピッチの１／２になるように設定する。干渉縞のピッ
チは、周知の如く２本のレーザビームの交差角度及びレ
ーザビームの波長により決定される。また、それらレー
ザビームＬＢＡ及びＬＢＢの周波数はビート周波数であ
るΔｆだけ異なっているので、その干渉縞のピッチをＱ
とすると、その干渉縞はピッチ方向にΔｆ・Ｑの速度で
位相が順次変化している。

【００４７】本例の回折格子３４Ｙ１は図１の紙面に垂
直な方向に所定ピッチで形成されていると共に、２本の
レーザビームによってその回折格子３４Ｙ１上に生ずる
干渉縞のピッチはその回折格子３４Ｙ１のピッチの１／
２である。従って、入射される一方のレーザビームＬＢ
Ａのその反射型の回折格子３４Ｙ１による紙面の向こう
側への１次の（これを＋１次とする）回折光と、他方の
レーザビームＬＢＢのその回折格子３４Ｙ１による紙面
の手前側への１次の（即ち、−１次の）回折光とは、同
軸且つ平行な受光ビームＬＲとなる。投影レンズ４の光
軸を含み図１の紙面に平行な面をメリジオナル面とする
と、この受光ビームＬＲは、メリジオナル面内で投影レ
ンズ４の光軸から次第に遠避かりながらダイクロイック
ミラー３２側に戻されるレーザビームとなる。

【００４８】その受光ビームＬＲはダイクロイックミラ
ー３２で反射された後、対物レンズ５２及びハーフミラ
ー５１を経てコリメータレンズ５０ｂに入射する。そし
て、対物レンズ５２及びレンズ５０ｂによるレチクル３
３上の回折格子３４Ｙ１の形成面の共役面をｆｃとし
て、この共役面ｆｃに光電変換素子５３及び５４の受光
面を配置し、そのレンズ５０ｂにより再び平行光束に変
換された受光ビームＬＲがその一方の光電変換素子５３
に入射するようにする。この受光ビームＬＲは、レチク
ル３３上の回折格子３４Ｙ１とこの回折格子上に形成さ
れた干渉縞とを重ね合わせたパターンと等価であり、そ
の干渉縞はビート周波数で位相が変化しているので、そ
の光電変換素子５３からは、そのビート周波数で正弦波
状に変化する振幅のビート信号Ｓ２が得られる。このビ
ート信号Ｓ２をアライメント装置３１に供給する。その
レチクル側のビート信号Ｓ２と基準となるビート信号Ｓ
１との位相を比較することにより、そのレチクル３３の
回折格子３４Ｙ１の基準位置からのずれを検出すること
ができる。

【００４９】次に、本例の投影レンズ４中に設けられた
アパーチャ板２４の作用について詳細に説明する。アパ
ーチャ板２４が存在しないものとすると、アライメント
光のもとでは投影レンズ４に対して、レチクル３３の回
折格子形成面とウェハ２上の回折格子形成面ｆｂとは共
役ではなく、そのレチクル３３の回折格子形成面に対す
る共役面は例えばその面ｆｂよりも下方の面ｆｒにな
る。このような色収差がそのアパーチャ板２４により除
去される。

【００５０】本例では２本のレーザビームＬＢＡ及びＬ
ＢＢは対物レンズ５２の下側の周辺部、即ち対物レンズ
５２の光軸から偏芯した位置に入射するように調整され
ているので、その対物レンズ５２を射出してダイクロイ
ックミラー３２で反射された２本のレーザビームＬＢＡ
及びＬＢＢは、対物レンズ５２の光軸が投影レンズ４の
光軸ＡＸと平行だとしても、投影レンズ４の光軸ＡＸに
対して半径方向に次第に遠避かる方向に傾いている。こ
のような投影レンズ４の光軸ＡＸと２本のレーザビーム
ＬＢＡ及びＬＢＢのその投影レンズ４に対する入射方向
とのずれの割合を「テレセン度」と呼び、図１の状態の
テレセン度の符号を＋にとる。そのテレセン度の大きさ
及び符号はレンズ５０ａの前方のミラー４９の傾き角を
調整することにより任意に設定することができる。本例
ではそのテレセン度を調整して、そのレチクル３３の回
折格子３４Ｙ１を透過した２本のレーザビームＬＢＡ及
びＬＢＢが、それぞれ投影レンズ４中のアパーチャ板２
４の遮光帯２６に形成された回折格子２７ａ２及び２７
ａ１（図２参照）に入射するようにする。

【００５１】この場合、図４に示すように、投影レンズ
４のアパーチャ板２４の前側のレンズ系を５５、後側の
レンズ系を５６とすると、レーザビームＬＢＡ及びＬＢ
Ｂはそれぞれレンズ系５５により曲げられて回折格子２
７ａ２及び２７ａ１に入射する。これら回折格子２７ａ
１及び２７ａ２は、図２に示すように投影レンズ４の光
軸ＡＸに近い軸ＯＰの方向に所定ピッチで格子が形成さ
れているものである。従って、図４に示すように、例え
ば回折格子２７ａ１からはレーザビームＬＢＢの０次光
ＬＢＢ₀ に対して光軸ＡＸの側に偏向された１次光ＬＢ
Ｂ₁ が射出され、回折格子２７ａ２からはレーザビーム
ＬＢＡの０次光ＬＢＡ₀ に対して光軸ＡＸの側に偏向さ
れた１次光ＬＢＡ₁ が射出される。

【００５２】図５を参照して更に詳細に説明するに、回
折格子２７ａ１からは０次光を中心として両側に＋１次
光、＋２次光、‥‥及び−１次光、−２次光、‥‥等の
回折光が射出される。これらの回折光とレンズ系５６の
主面と平行な面５６Ｈとのそれぞれの交点はｙ軸に対し
て所定の角度で交差する直線上に存在する。同様に、回
折格子２７ａ２からも０次光を中心として両側に＋１次
光、＋２次光、‥‥及び−１次光、−２次光、‥‥等の
回折光が射出され、これらの回折光と面５６Ｈとのそれ
ぞれの交点もｙ軸に対して所定の角度で交差する直線上
に存在する。従って、例えば回折格子２７ａ１から射出
される＋１次の回折光は、０次の回折光に対してその面
５６Ｈ上でｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれΔＤｓ及び
ΔＤｍだけ軸ＯＰ側にずれている。これにより実質的に
横及び縦の色収差が補正される。ただし、本例の回折格
子２７ａ１、２７ａ２等は位相型の回折格子であるた
め、０次光の強度をほとんど０にすると共に、＋１次の
回折光のみの強度を大きくすることができ、＋１次光以
外のレーザビームは無視することができる。

【００５３】図４に戻り、回折格子２７ａ１及び２７ａ
２から射出した１次の回折光ＬＢＢ ₁ 及びＬＢＡ₁ は、
それぞれレンズ系５６により曲げられてウェハ２上のア
ライメントマークとしての反射型の回折格子３６Ｙ１上
に集束される。なお、これらウェハ２上の回折光は個々
にはそれぞれ所定の直径を有する平行光束である。図６
及び図７はそれぞれ図４のｘ方向及びｙ方向への投影図
であるが、図６により実質的にアライメント光に対する
横方向の色収差による影響が除かれている様子が分か
り、同時に図７に示すように、実質的にアライメント光
に対する縦方向の色収差による影響が除かれていること
が分かる。

【００５４】図４において、ウェハ２上の回折格子３６
Ｙ１上にも、回折光ＬＢＢ₁ 及びＬＢＡ₁ によるｘ方向
に所定ピッチを有する干渉縞が形成されるが、この干渉
縞のピッチはその回折格子３６Ｙ１のｘ方向のピッチの
１／２である。従って、回折光ＬＢＢ₁ のその回折格子
３６Ｙ１によるｘ軸の正の方向への１次の（これを＋１
次とする）回折光と、回折格子ＬＢＡ₁ のその回折格子
３６Ｙ１による−１次の回折光とは、同軸且つ平行なレ
ーザビームＬＢＣとなる。このレーザビームＬＢＣもメ
リジオナル面内に存在し、レンズ系５６の方向に進行す
る。

【００５５】そのレーザビームＬＢＣはそのレンズ系５
６により曲げられてアパーチャ板２４の遮光帯２６中の
回折格子２７ｂに照射される。この回折格子２７ｂは、
図２に示すようにｙ軸方向に所定ピッチで形成されてい
るので、その回折格子２７ｂをそのまま通過する０次光
に比べて１次の回折光は光軸ＡＸの方向に偏向されてい
る。この回折格子２７ｂも位相型であるため、その１次
の回折光に比べて０次光及び他の回折光の強度は無視で
きる程度である。その１次の回折光はレンズ系５５によ
り曲げられてレチクル３３上の回折格子３４Ｙ１に隣接
して形成された窓部３５Ｙ１（図３（Ａ）参照）に入射
する。この窓部３５Ｙ１を上側に透過するレーザビーム
が図１の受光ビームＬＷとなる。

【００５６】図１において、この受光ビームＬＷは受光
ビームＬＲと平行にダイクロイックミラー３２により反
射されて対物レンズ５２に入射し、この対物レンズ５２
から射出された受光ビームＬＷはハーフミラー５１及び
レンズ５０ｂを経て光電変換素子５４に入射する。受光
ビームＬＷの強度は、ウェハ２上の回折格子３６Ｙ１と
この回折格子上に形成される干渉縞とを重ね合わせて得
られる強度であり、その干渉縞もビート周波数Δｆで位
相が変化しているものであるため、その光電変換素子５
４から得られる信号は周波数Δｆのビート信号Ｓ３とな
る。このビート信号Ｓ３をアライメント装置３１に供給
する。アライメント装置３１は、ウェハ２側のビート信
号Ｓ３と基準のビート信号Ｓ１との位相を比較すること
により、そのウェハ２の回折格子３６Ｙ１の基準位置か
らのずれを検出することができ、ひいてはレチクル３３
上の回折格子３４Ｙ１とウェハ２上の回折格子３６Ｙ１
との位置ずれを回折格子のピッチの数１０分の１以下の
精度で検出することができる。

【００５７】また、図示省略するも図１例の投影型露光
装置には、レチクル３３上の他の３組の回折格子に対応
させて更に３組のアライメント用の光学系が設けられて
おり、それらによりウェハ２の回折格子３６Ｙ２、３６
Ｘ１及び３６Ｘ２（図３（Ｂ）参照）に関するアライメ
ントを行うことができるようになっている。これにより
レチクル３３とウェハ２とは平行移動及び回転に関する
正確なアライメントを行うことができる。

【００５８】上述のように本例によれば、投影レンズ４
内のアパーチャ板２４の遮光帯２６の中にアライメント
光の偏向部材としての回折格子２７ａ１等を設け、その
アライメント光を所定のテレセン度でその投影レンズ４
に入射させてその回折格子に照射するようにしているの
で、アライメント光のもとでのその投影レンズ４のみに
よる色収差を実質的に除去してそのアライメント光をウ
ェハ２上の回折格子３６Ｙ１等に照射することができ
る。この場合、従来の干渉縞アライメント法のように、
２焦点光学系等は使用されていないので、光学系の構成
が簡略化されると共に、光軸方向のアライメント用の光
学系の長さを短縮することができる利点がある。

【００５９】また、本例ではレチクル３３上の回折格子
３４Ｙ１とウェハ２上の回折格子３６Ｙ１とはアライメ
ント光のもとで実質的に略々共役及び横方向に対応した
ものであるが、それらは露光光のもとでは共役及び横方
向に対応するとは限らない。すなわち、本例ではアパー
チャ板２４の周辺部の回折格子２７ａ１等による偏向作
用によりアライメント光をウェハ２上である程度任意の
位置に照射することができるので、例えばレチクル３３
上の回折格子３４Ｙ１はパターン領域から離す一方で、
ウェハ２上の回折格子３６Ｙ１はショット領域に隣接さ
せるといったことを自在に行うことができる。これによ
り、ウェハ２上のアライメントマークとしての回折格子
を露光光による破壊から確実に救うと共に、ショット領
域間のストリートライン領域を狭くしてショット配列密
度を高くできる利点がある。

【００６０】上述の実施例については次のような変形が
可能である。先ず、アパーチャ板２４の遮光帯２６中に
はアライメント光を偏向させるための偏向部材として回
折格子２７ａ１等が形成されているが、そのアライメン
ト光をメリジオナル方向及びサジタル方向の両方に偏向
させることができるものであれば代用することができ
る。例えば、プリズム、位相板、ホログラムプレート等
を回折格子の代わりに使用することができる。

【００６１】更に、図１例では簡単のためレチクル３３
と共役な面ｆｃ（干渉縞等の結像位置）上に光電変換素
子５３、５４を設けている。これはレチクル３３側の干
渉縞とウェハ２側の干渉縞とを比較的容易に分離できる
からであるが、０次の反射回折光及び１次以外の高次の
反射回折光を除去してＳＮ比を改善するためには、その
共役面ｆｃで２個の干渉縞をアパーチャにより分割し、
それぞれをリレーレンズでフーリエ変換した後に個別に
瞳位置で光電変換素子に入射させることが望ましい。

【００６２】次に、本発明の第２実施例につき図８〜図
１１を参照して説明する。本例もＴＴＲ方式でアライメ
ントを行う装置に本発明を適用したものであるが、本例
ではレチクル上のアライメントマークとウェハ上のアラ
イメントマークとはアライメント光のもとでも共役では
ない。また、本例において第１実施例に対応する部分に
は同一符号を付してその詳細説明を省略する。

【００６３】図８は本例の光学系の要部をサジタル方向
から見た構成を示し、この図８において、前側のレンズ
系５５及び後側のレンズ５６により図１例と同じ投影レ
ンズ４が構成され、レンズ系５５とレンズ系５６との中
間に図２例と同じ構成のアパーチャ板２４が取り付けら
れている。５７は本例のレチクルを示し、このレチクル
５７のパターン領域の近傍にもアライメントマークとし
ての回折格子を形成する。ただし、本例ではｙ軸の正方
向の領域で１対の回折格子５８ａ及び５８ｂを形成す
る。図８においては、紙面に対して垂直な方向で手前側
に回折格子５８ａが、向こう側に回折格子５８ｂが形成
されている。同様に、図示省略するも、他の３対の回折
格子がレチクル５７上に形成されている。

【００６４】図１１を参照してそのレチクル５７上の回
折格子の形状等について詳細に説明するに、その１対の
回折格子５８ａ及び５８ｂは略々コの字状の開口部の両
端部に形成され、それら回折格子５８ａ及び５８ｂをそ
れぞれ含む矩形の領域５９ａ及び５９ｂにアライメント
光としてのレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢが照射される
と共に、中央部のレチクル窓６０を後述のようにウェハ
２からの受光ビームＬＷが透過する。

【００６５】図９は図８の光学系をメリジオナル方向か
ら見た状態を示し、この図９に示すように、本例ではレ
チクル５７から露光用照明系側に離れた面Ｐ１でアライ
メント光としての２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢ
が交差している。２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢ
は面Ｐ１上で交差した後に放射状に広がって、それぞれ
レチクル５７上の回折格子５８ａ及び５８ｂに入射する
（厳密には図１１に示す領域５９ａ及び５９ｂに入射し
ている）。これら回折格子５８ｂ及び５８ａを透過した
レーザビームは、レンズ系５５により曲げられてそれぞ
れアパーチャ板２４の遮光帯中に形成された回折格子２
８ａ１及び２８ａ２に照射される。この場合、本例では
図８に示すように、２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢ
Ｂは光軸ＡＸに次第に近づくように、即ち負のテレセン
度を以ってレチクル５７上に照射されている。また、レ
ーザビームＬＢＡ及びＬＢＢを面Ｐ１で交差させるに
は、図１の対物レンズ５２の後側焦点面をその面Ｐ１に
合致させればよい。

【００６６】図９において、アパーチャ２４上の一方の
回折格子２８ａ１においては、０次光ＬＢＢ₀ よりも光
軸ＡＸ側に偏向した方向に１次回折光ＬＢＢ₁ が射出さ
れ、他方の回折格子２８ａ２においては、０次光ＬＢＡ
₀ よりも光軸ＡＸ側に偏向した方向に１次回折光ＬＢＡ
₁が射出され、これら１次回折光ＬＢＢ₁ 及びＬＢＡ ₁
はレンズ系５６で更に曲げられてウェハ２上のアライメ
ントマークとしての回折格子３６Ｙ１上に集束する。

【００６７】即ち、本例ではアライメント光のもとで投
影レンズに対してウェハ２上の回折格子の形成面と実質
的に共役な面はレチクル５７よりも上方の面Ｐ１であ
る。この場合、露光用の照明光ＩＬ１のもとでその面Ｐ
１と共役な面はウェハ２よりもレンズ系５６に近い面Ｐ
２である（勿論、照明光ＩＬ１のもとでレチクル５７と
ウェハ２とは共役である）。また、そのアパーチャ板２
４の回折格子２８ａ１及び２８ａ２が存在しないとする
と、アライメント光のもとでは０次光ＬＢＡ₀ 及びＬＢ
Ｂ₀ がそのウェハ２よりも下方の面Ｐ３上で集束するよ
うになるので、そのアパーチャ板２４の回折格子による
偏向作用により実質的にアライメント光の縦の色収差が
補正されていると考えてよい。また、図８によれば、そ
のアパーチャ板２４の回折格子２８ａ１及び２８ａ２が
存在しないものとすると、０次光ＬＢＡ₀ 及びＬＢＢ₀
はウェハ２上で回折格子３６Ｙ１とはｙ軸方向に異なる
位置に入射する。これはそのアパーチャ板２４の回折格
子による偏向作用により実質的にアライメント光の横方
向の色収差が補正されていることを意味する。

【００６８】図８において、回折光ＬＢＡ₁ のそのウェ
ハ２上の回折格子３６Ｙ１による紙面に対して向こう側
への１次（これを＋１次とする）の回折光と、回折格子
ＬＢＢ₁ のその回折格子３６Ｙ１による−１次の回折光
とは、同軸且つ平行なレーザビームＬＢＣとなる。この
レーザビームＬＢＣはメリジオナル面内に存在し、レン
ズ系５６の方向に進行する。

【００６９】そのレーザビームＬＢＣはそのレンズ系５
６により曲げられてアパーチャ板２４の遮光帯２６中の
回折格子２８ｂに照射される。この回折格子２８ｂは、
図２に示すようにｙ軸方向に所定ピッチで形成されてい
るので、その回折格子２８ｂをそのまま通過する０次光
に比べて１次の回折光は光軸ＡＸの方向に偏向されてい
る。この回折格子２８ｂも位相型であるため、その１次
の回折光に比べて０次光及び他の回折光の強度は無視で
きる程度である。その１次の回折光はレンズ系５５によ
り曲げられてレチクル５７上の回折格子５８ａ及び５８
ｂの中間部に形成されたレチクル窓６０（図１１参照）
に入射する。このレチクル窓６０を上側に透過する受光
ビームＬＷは、入射してくるレーザビームＬＢＡ及びＬ
ＢＢと面Ｐ１において逆方向に交差する。この受光ビー
ムＬＷは図１例と同様に光電変換素子に入射する。

【００７０】図１０を参照して本例のレチクル５７から
の干渉縞の検出方法につき説明する。図１０はレチクル
５７をメリジオナル方向に見た概念図であり、この図１
０において、アライメント用の対物レンズ５２を射出し
たレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢは面Ｐ１上で交差した
後に、それぞれレチクル５７上の回折格子５８ａ及び５
８ｂに照射されている。この場合、本例では回折格子５
８ａ及び５８ｂのピッチを調整することにより、レーザ
ビームＬＢＡ及びＬＢＢの入射方向に平行にそれぞれ１
次の反射回折光ＬＢＡＲ及びＬＢＢＲが戻されるように
しておく。これら反射回折光ＬＢＡＲ及びＬＢＢＲは面
Ｐ１で交差した後に、対物レンズ５２によりそれぞれの
主光線が平行にされる。また、対物レンズ５２の上方の
面Ｐ４ではそれら回折光ＬＢＲ及びＬＢＢは個別に集束
しているが、レチクル５７を透過していくレーザビーム
ＬＢＡ及びＬＢＢはそれぞれ投影レンズ４の瞳面で個別
に集束するしているので、面Ｐ４はその投影レンズ４の
瞳面の共役面である。

【００７１】また、本例ではそれら反射回折光ＬＢＡＲ
及びＬＢＢＲが交差する面Ｐ１の共役面が図１に示した
例の光電変換素子５３、５４の受光面である面ｆｃにな
るようにしておく。これにより、その面ｆｃにはそれら
反射回折光ＬＢＡＲ及びＬＢＢＲによる干渉縞が形成さ
れる。この干渉縞は、実質的にレーザビームＬＢＡとＬ
ＢＢとにより形成された干渉縞と回折格子５８ａ（又は
５８ｂ）とを重ね合わせて得られるパターンであるた
め、このパターンを光電変換することにより位相変調さ
れたビート信号が得られる。同様に、面Ｐ１はアライメ
ント光のもとでウェハ２上の回折格子形成面とも共役で
あるため、そのウェハ２からの反射回折光（干渉光）で
あるレーザビームＬＷをその面Ｐ１と共役な受光面で光
電変換することにより、ウェハ２の位置を示すビート信
号が得られる。

【００７２】上述のように、本例によればレチクル５７
の回折格子とウェハ２の回折格子とはアライメント光の
もとで共役ではないが、それぞれの反射回折光による干
渉縞の形成位置が同一面Ｐ１になるようにされているの
で、２種類の位相変調されたビート信号を確実且つ安定
に得ることができる。この場合、面Ｐ１は光軸ＡＸに沿
って容易に移動させることができるので、本例によれば
光学系の調整が容易である利点がある。

【００７３】次に、図１２を参照して本発明の第３実施
例につき説明する。本例はＴＴＬ（スルーザレンズ）方
式でアライメントを行う投影型露光装置に本発明を適用
したものである。また、この図１２において図１に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

【００７４】図１２は本例の投影レンズ４を含む要部の
構成を示し、この図１２において、６１はレチクルであ
る。このレチクル６１にはパターン領域ＰＡＲのみが形
成され、アライメントマークは形成されていない。その
パターン領域ＰＡＲを含む照明領域６２に、上方からレ
ジストに対する感光性の強い波長域（波長３６５ｎｍの
ｉ線、波長４３６ｎｍのｇ線、波長２４８ｎｍのエキシ
マレーザ光等）の露光用の照明光ＩＬ１が一様に照射さ
れている。一方、アライメント光としては、例えば波長
６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光が使用されている。ま
た、レチクル６１のパターン領域ＰＡＲに対応するウェ
ハ２上の個々のショット領域ＰＡＷ１，ＰＡＷ２，ＰＡ
Ｗ３，‥‥の境界部のストリートライン領域６３ａ，６
３ｂ，‥‥にはそれぞれアライメントマークとしての回
折格子が形成されている。

【００７５】本例の投影レンズ４の瞳部にもアパーチャ
板２４が固定され、このアパーチャ板２４の光軸ＡＸか
ら離れた周辺部には、露光用の照明光ＩＬ１を遮断する
と共にアライメント光は通過させる波長選択性のある薄
膜（ダイクロイックコーティング膜）６４が形成されて
いる。また、その薄膜６４の下面には図２例と同様に回
折格子２８ａ１，２８ａ２及び２８ｂが形成されてい
る。同様に他に３組の回折格子が形成されている。本例
ではその投影レンズ４の側面部にアライメント用の対物
レンズ６５を固定し、この対物レンズ６５の光軸ＡＸａ
上に光路を投影レンズ４側に９０゜変換するための固定
レンズ６６を配置し、この固定レンズ６６により変換さ
れた光軸上に略４５゜傾斜させて固定レンズ６７を配置
する。この固定レンズ６７の位置は露光用の照明領域６
２の外部に設定する。他の構成は図１例とほぼ同じであ
るが、本例では位相変調されたビート信号を出力する光
電変換素子は１箇所のアライメントについて１個だけ使
用される。

【００７６】本例のアライメント動作につき説明する
に、その対物レンズ６５に下方より主光線が互いに平行
な２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢを照射する。図
１２の紙面に対して手前側をレーザビームＬＢＡが通過
し、向こう側をレーザビームＬＢＢが通過している。対
物レンズ６５を射出したレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢ
は固定ミラー６６及び６７を経て投影レンズ４の光軸Ａ
Ｘに対して負のテレセン度で斜めに入射する。この際に
例えば固定ミラー６６と６７との間の面Ｐ６において、
それら２本のレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢは交差して
いる。ただし、本例においても、その対物レンズ６５を
射出したレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢは個々には所定
の直径の平行光束となっている。

【００７７】その投影レンズ４に入射したレーザビーム
ＬＢＡ及びＬＢＢはそれぞれアパーチャ板２４の周辺部
の回折格子２８ａ２及び２８ａ１に照射される。これら
回折格子２８ａ１及び２８ａ２からは０次光に対して光
軸ＡＸ側に偏向した方向にそれぞれ１次の回折光が射出
され、これら２個の１次の回折光がウェハ２のストリー
トライン領域６３ｂ上に形成された回折格子上で交差す
る。従って、アライメント光のもとでその投影レンズ４
に対してそのウェハ２の回折格子形成面が面Ｐ６と共役
になっている。固定ミラー６７が存在しないとすると、
レチクル６１の上方の面Ｐ５が軸上色収差によってその
ウェハ２の回折格子形成面と共役になる。また、面Ｐ６
ではレーザビームＬＢＡ及びＬＢＢは個々には平行光束
であるため、そのウェハ２上でも２本の回折光は個々に
はそれぞれ所定の直径の平行光束である。

【００７８】そのストリートライン領域６３ｂの回折格
子からの＋１次の反射回折光及び−１次の反射回折光
は、それぞれメリジオナル面内で同軸且つ平行なレーザ
ビームとなって干渉し合い、このレーザビームはアパー
チャ板２４の回折格子２８ｂに入射する。この回折格子
２８ｂからの０次光に対して光軸ＡＸの側に偏向された
方向に１次回折光が射出され、この１次回折光は固定ミ
ラー６７及び６６を経て対物レンズ６５に戻る。この対
物レンズ６５に戻ったレーザビームは受光ビームＬＷと
して図示省略されたレンズを介して光電変換素子に照射
される。その受光ビームＬＷは、ウェハ２上の回折格子
上に形成された干渉縞（一次元に流れている）とその回
折格子とを重ね合わせたときに同一方向に発生する回折
光の干渉光となり、その受光ビームＬＷを光電変換する
ことにより、そのウェハ２上の回折格子の位置に対応し
て、基準信号との間で位相変位したビート信号が得られ
る。

【００７９】上述のように本例によれば、アパーチャ板
２４の周辺部に形成した偏向部材としての回折格子によ
りアライメント光を偏向させるようにしているので、照
明領域６２（即ち、パターン領域ＰＡＲ）の外に設けた
固定ミラー６７から所定のテレセン度で投影レンズ４に
入射されたアライメント光を、ウェハ２上のショット領
域ＰＡＷ２に近接しているアライメントマークとしての
回折格子上に正確に照射することができる。この場合、
この回折格子は露光光には照明されないので、露光によ
る破壊を防止することができると共に、隣合うショット
領域の間隔を狭めてショット配列密度を高めることがで
きる利点がある。

【００８０】なお、上述実施例では偏向部材が形成され
たアパーチャ板をアライメントのために使用している
が、そのようなアパーチャ板を用いて光軸方向のフォー
カシングを行うこともできる。具体的には、レジストに
対する感光性の弱いレーザビームをフォーカス検出用と
して、レチクルのパターン領域外から投影レンズに照射
し、アパーチャ板上の回折格子等の偏向部材によりその
レーザビームをウェハ上のショット領域の中央部に照射
し、このウェハから反射したレーザビームを更にその偏
向部材を介して外部の光学系に導くようにする。このウ
ェハ上に照射されたレーザビームは光軸に対して傾いて
いるので、そのウェハが光軸方向に変動するとその反射
光の受光位置が変化する。従って、この反射光の位置を
モニターすることによりフォーカシングを行うことがで
きる。

【００８１】なお、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こ
とは勿論である。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、第１照明光を遮断する
と共に、第２照明光を一定量だけ偏向させて通過させる
作用を有する遮蔽領域が形成されたアパーチャ板が設け
られているので、露光用のその第１照明光が通過する領
域の外から入射させたアライメント用の第２照明光を正
確に感光基板上に形成されたアライメント用のマーク上
に照射させることができる。従って、露光の際に結像性
能を劣化させることがないと共に、露光中でもアライメ
ントが可能であり、スループットを向上させることがで
きる利点がある。また、アライメント用光学系を移動さ
せる必要がなくアライメント精度が向上すると共に、投
影光学系の瞳面の近傍に配置されたアパーチャ板を有効
に活用しているので全体の光学系の構成が単純化され
る。

【００８３】また、そのアパーチャ板によりアライメン
ト用の第２照明光の照射位置を自在に制御することがで
きるので、例えば感光基板上のパターンが転写される領
域に近接した位置にアライメント用のマークを形成する
ことができる。従って、例えばステップアンドリピート
で転写露光を繰り返す場合のショット領域間の間隔を狭
くすることができ、ショット配列の密度を高めることが
できる利点がある。しかも、露光用の第１照明光のもと
でそのアライメント用のマークに対して共役な領域を確
実に遮蔽することができるので、そのアライメント用の
マークの露光用の第１照明光による破壊を容易に防止す
ることができる。

【００８４】また、アパーチャ板の遮蔽領域が、入射し
てくる第２照明光を投影光学系の光軸に対して半径方向
に一定量だけ偏向させるものである場合には、アライメ
ント光に対する横方向及び縦方向の色収差を両方とも良
好に補正できる利点がある。更に、マスクのパターン領
域の近傍にマスク側のアライメント用のマークを設けた
場合には、ＴＴＲ方式に本発明を適用した場合を意味す
るが、この場合でも上述の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の第１実施例の全体
の構成を示す線図である。

【図２】第１実施例のアパーチャ板の構造を示す平面図
である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ第１実施例のレチ
クル及びウェハのパターンを示す平面図である。

【図４】図１例のアパーチャ板の作用の説明に供する斜
視図である。

【図５】図４例の要部を拡大して示す斜視図である。

【図６】図４例のｘ方向への投影図である。

【図７】図４例のｙ方向への投影図である。

【図８】本発明の第２実施例の要部の光学系をサジタル
方向から見た線図である。

【図９】第２実施例の要部の光学系をメリジオナル方向
から見た線図である。

【図１０】第２実施例のアライメント用光学系の説明に
供する線図である。

【図１１】図８例中のレチクルの要部の構成を示す底面
図である。

【図１２】本発明の第３実施例の光学系の要部を示す線
図である。

【図１３】従来の投影型露光装置を示す構成図である。

【図１４】図１３例のＣＣＤの受光面での結像状態を示
す線図である。

【図１５】図１４の結像状態に対応するＣＣＤからの撮
像信号を示す線図である。

【符号の説明】

２ウェハ４投影レンズ１１露光用照明系１２コンデンサレンズ２４アパーチャ板２５開口部２６遮光帯２７ａ１，２７ａ２，２７ｂ回折格子３２ダイクロイックミラー３３レチクル３４Ｙ１回折格子３５Ｙ１窓部３６Ｙ１回折格子３７レーザ光源４６，５３，５４光電変換素子５２アライメント用の対物レンズ５５レンズ系５６レンズ系ＩＬ１露光用の照明光ＬＢＡ，ＬＢＢアライメント用のレーザビーム

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/22 G03F 9/00 H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが形成されたマスクを露
光用の第１照明光で照射する露光用照明系と、該第１照明光のもとで前記マスクのパターン領域の像を
感光基板上にテレセントリックな条件で結像する投影光
学系と、前記感光基板上に形成されたアライメント用のマークに
前記投影光学系を介して、前記第１照明光と異なる波長
の第２照明光を照射し、前記マークから生じた光情報を
前記投影光学系を介して検知するアライメント手段とを
備えた装置において、前記マスクから発生して前記投影光学系に入射する前記
第１照明光の内、前記投影光学系の瞳面の周辺部分を通
る光束を遮蔽すると共に、前記第２照明光を一定量だけ
偏向させて通過させる作用を有する遮蔽領域が形成され
たアパーチャ板を、前記瞳面又はその近傍に配置し、前記アライメント手段として、前記アパーチャ板の遮蔽
領域に前記第２照明光が向かうように前記第２照明光を
射出するアライメント用照明系と、前記アパーチャ板の遮蔽領域で偏向されて前記感光基板
に向かう前記第２照明光によって前記アライメント用の
マークが照射されたとき、該マークから生じた光情報を
前記アパーチャ板の遮蔽領域を介して前記マスク側で光
電変換するマーク検出系とを設けた事を特徴とする投影
露光装置。
【請求項２】前記アパーチャ板の遮蔽領域は、入射し
てくる前記第２照明光を前記投影光学系の光軸に対して
略々半径方向に一定量だけ偏向させるものである請求項
１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記マスクのパターン領域の近傍にマス
ク側のアライメント用のマークを設け、前記第２照明光
が前記マスク側のアライメント用のマークを通過するよ
うにし、前記第２照明光の照射により前記マスク側のアライメン
ト用のマークから生じた光情報をも前記マーク検出系で
検出するようにした請求項１又は２記載の投影露光装
置。