JP3291769B2

JP3291769B2 - 位置検出装置、露光装置及び露光方法

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Publication number: JP3291769B2
Application number: JP19050392A
Authority: JP
Inventors: 宏一郎小松; 圭冨松; 正紀加藤; 達朗大滝
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JPH0636989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の位置を検出する
位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の位置検出装置には、物体上に設け
られた位置検出のためのアライメントマークに対して垂
直に照明光を供給して、この照明されたアライメントマ
ークを光電顕微鏡等の検出光学系によって検出し、その
２次元的な位置を検出するものが知られている。そし
て、このアライメントマークは、物体上で段差となるよ
うに構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位置検出装置においては、照明のσ値（照明光学系の
Ｎ．Ａ／検出光学系のＮ．Ａ）が固定されているため、
アライメントマークが２０ｎｍ程度の高さの段差である
場合には、検出光学系にて検出されるアライメントマー
クの像のコントラストが低下するため、位置検出の精度
が著しく低下するという問題点がある。

【０００４】そこで、本発明は、低段差のアライメント
マークを有する物体でも、高精度な位置検出ができる位
置検出装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、上述の目的を達成するために、以下に述べる構成を
有している。例えば、図１に示すごとく、照明光を供給
する光源と、該光源からの照明光を物体に向けて照射す
るための対物光学系と、前記光源と該対物光学系との間
の光路中に設けられた光分割手段と、前記対物光学系と
該光分割手段とを介した前記物体からの光を受光して光
電変換する光電変換素子とを有し、該光電変換素子から
の出力信号に基づいて前記物体の位置を検出する位置検
出装置は、前記照明光を所定の方向で振動する直線偏光
の光に変換する偏光子を前記光源と前記光分割手段との
間に設けると共に、前記直線偏光の光を第１の方向で振
動する第１直線偏光の光と第２の方向で振動する第２直
線偏光の光とに分離した状態で前記物体を照明し、かつ
前記物体からの前記第１及び第２直線偏光の光を合成す
る複屈折部材を前記光分割手段と前記物体との間に設
け、前記複屈折部材を介して前記合成された光によっ
て、所定の方向に振動する直線偏光の光を抽出する検光
子を前記光分割手段と前記光電変換素子との間の光路中
に配置し、前記物体を介した前記第１及び第２直線偏光
の光の双方を前記光電変換素子へ導く第１の検出状態
と、前記物体を介した前記第１直線偏光の光と前記物体
を介した前記第２直線偏光の光との何れか一方を前記光
電変換素子へ導く第２の検出状態とを切り換えるため
に、前記偏光子と前記検光子との少なくとも一方は、回
転可能に設けられるように構成される。

【０００６】

【作用】上述の構成の如く本発明の位置合わせ装置で
は、第１の方向で振動する直線偏光の光線ｏと、第２の
方向で振動する直線偏光の光線ｅとを所定の間隔で、ア
ライメントマークを有する物体へ向けて垂直落射照明し
ており、アライメントマークでの光線ｏと光線ｅとの反
射による光を複屈折部材で合成している。

【０００７】そして、このアライメントマークが段差で
構成され、この段差部分を挟んで光線ｏ、光線ｅが供給
されているとき、この段差による光路長差をδ（落射照
明の場合、レジストの屈折率をｎとすると段差の高さは
δ／２ｎである）として、照明光の波長をλとしたと
き、光線ｏと光線ｅとの間の位相差φは、 φ＝２πδ／λ である。そして、この位相差φが生じた部分の光強度Ｉ
は、Ｉ＝｜１＋ｅｘｐ〔−ｉφ〕｜²＝２（１＋ｃｏｓφ）となり、光線ｏと光線ｅとの間に生じる位相差に応じて
変化する。

【０００８】このように、本発明による位置検出装置に
おいては、アライメントマークの段差による位相差を光
強度に変換して、光電変換素子上に、微分干渉像を形成
することができる。従って、アライメントマークの段差
が２０ｎｍ程度の低段差であっても、このアライメント
マークの段差部分（エッジ部分）による位相差のため
に、段差を検出することができる。

【０００９】一方、アライメントマークの段差が高い場
合には、この段差によって生じる位相差が２πを超えて
しまうため、アライメントマークのエッジ近傍に、エッ
ジ部分の勾配に依存する干渉縞が発生し、アライメント
マークの検出精度が低下する恐れがある。しかし、本発
明においては、偏光子と検光子とを相対的に回転可能に
して、光電変換素子に光線ｏと光線ｅとの何れか一方の
光が到達させることも可能である。このため、光電変換
素子で、通常の明視野照明と実質的に同等な照明光によ
るアライメントマークの像が形成される。このように、
アライメントマークの段差が高い場合でも、本発明によ
る位置検出装置では、アライメントマークの位置を高精
度に検出することができる。

【００１０】上述の如く本発明による位置検出装置で
は、アライメントマークの段差の高さに依らず、このア
ライメントマークを精度良く検出することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図１、図２を参照して本発明による実
施例を説明する。図１は、本発明による位置検出装置を
露光装置に適用した例を示す概略図であり、図２は、こ
の位置検出装置の検出原理を示す原理図である。この図
１に示す露光装置においては、投影対物レンズ１０に関
してウェハＷとレチクルＲとが所定の倍率で共役配置さ
れており、レチクルＲは、図示なき主照明系による主照
明光にて均一に照明され、レチクルＲに設けられた回路
パターンがウェハＷ上に塗布されたレジストに投影露光
される。

【００１２】本実施例では、この投影対物レンズ１０の
側方に位置検出装置２０〜３０が設けられており、この
位置検出装置２０〜３０は、ウェハＷ上に設けられた位
置合わせのためのマークであるアライメントマークＡＭ
を検出する。そして、この検出されたアライメントマー
クＡＭの位置に基づいて、ステージＳＴを所定の位置に
駆動する。以下、この位置検出装置について詳述する。

【００１３】なお、図１において、説明を簡単にするた
めに、位置検出装置による照明光の主光線のみを実線に
て示しており、この照明光により照明されたウェハＷか
らの反射光の結像関係を破線で示している。この図１に
おいて、ウェハＷに塗布されたレジストの感光波長域以
外の波長の照明光を供給する光源部２０から供給される
位置検出のための照明光は、偏光子２１を通過して所定
の偏光方向の直線偏光光となる。この直線偏光光は、紙
面垂直方向の偏光成分と紙面上下方向の偏光成分とに分
解することができる。

【００１４】そして、この偏光子２１を通過した照明光
は、照明光と検出光との光路を分割する光分割プリズム
２２で反射されて、ウォラストンプリズム２３に向か
う。このウォラストンプリズム２３は、紙面垂直方向に
光学軸を持つ一軸性結晶のプリズムと紙面左右方向に光
学軸を持つ一軸性結晶のプリズムとを互いに接合したも
のである。そして、このウォラストンプリズム２３に入
射する照明光の持つ偏光成分がウォラストンプリズム２
３の２つの光学軸に夫々平行であるため、このウォラス
トンプリズム２３から射出する照明光は、互いに直交す
る偏光方向を持つ光線ｏと光線ｅと分離される。そし
て、分離された光線ｏと光線ｅとは、所定の角度をなし
て対物レンズ２４に向かう。

【００１５】ここで、第１対物レンズ２４の後側焦点位
置に、ウォラストンプリズム２３が配置されているの
で、光線ｏと光線ｅとは、第１対物レンズ２４を介した
後に、光軸方向に沿ってウェハＷに向かう。そして、こ
れらの光線ｏと光線ｅとの間隔であるシェア量（Ｓｈｅ
ａｒ量）は、ウォラストンプリズム２３から射出する光
線ｏと光線ｅとのなす角度と、第１対物レンズ２４の焦
点距離とにより決定する。このとき、ウェハＷ上に向か
う照明光は、図中では主光線のみを示しているが、ウェ
ハＷ上のアライメントマークＡＭを垂直落射照明する。

【００１６】このアライメントマークＡＭは、例えば、
図２（ａ）にて示されるようなＸ方向の断面形状を有し
ており、通常は、このアライメントマークＡＭにレジス
トＲが塗布されている。そして、例えば、アライメント
マークＡＭのＸ方向の幅が約３μｍのときには、シェア
量は、１〜２μｍ程度が望ましい。そして、図１に戻っ
て、光線ｏと光線ｅとは、アライメントマークＡＭにて
反射されて、再び第１対物レンズ２４に達する。これら
の光線ｏと光線ｅとが第１対物レンズ２４から射出した
後に、ウォラストンプリズム２３で合成される。

【００１７】このとき、光線ｏと光線ｅとに付随する波
面は、図２（ｂ）に実線と破線とで示すように、前述の
シェア量に応じた光軸と垂直な方向に横ズレを起こした
２つの波面となり、これらの波面が干渉すると、波面同
士における位相差が生じる。この位相差は、図２（ｃ）
に示すように、アライメントマークＡＭの段差に応じた
ものとなる。そして、光線ｏと光線ｅとの偏光方向が互
いに直交するため、ウォラストンプリズム２３によりシ
ェア量だけ離れた２点から出た光が合成されると、楕円
偏光となる。

【００１８】一方、光線ｏと光線ｅとがウェハＷ上の平
面で反射されたときには、これらの光線ｏと光線ｅとの
間の位相差はない。従って、光線ｏと光線ｅとがウォラ
ストンプリズム２３で合成されると、合成された光の偏
光方向は、偏光子２１の偏光方向と同じ方向となる。ま
た、図１に戻って、ウォラストンプリズム２３から射出
した光は、光分割プリズム２２を通過して、検光子２５
に達する。この検光子２５の偏光方向は偏光子２１の偏
光方向と直交しているため、検光子２５は、偏光子２１
の偏光方向と垂直な偏光成分の光のみを透過させる。

【００１９】そして、アライメントマークＡＭより位相
差が与えられ楕円偏光となった光は、この位相差の正弦
に相当する分だけが検光子２５を通過して、第２対物レ
ンズ２６を介し、ＣＣＤ等で構成された光電変換素子２
７に達する。この光電変換素子２７上では、位相差の正
弦に対応した微分干渉像が得られる。また、ウェハＷ上
で位相差を生じない光は、この検光子２５で遮光される
ため、光電変換素子２７上に達しない。

【００２０】ここで、第１対物レンズ２４、第２対物レ
ンズ２６により、光電変換素子２７とウェハＷとが共役
な配置となっているので、光電変換素子２７上では、図
２（ｄ）に示すよう如く、アライメントマークＡＭの周
縁部分のみ光強度分布を有するような微分干渉像が形成
される。そして、光電変換素子２７は、この微分干渉像
の光強度分布の光電変換信号を制御部２９に伝達する。

【００２１】そして、この制御部２９は、図２（ｄ）に
示される光電変換素子２７上の光強度分布からアライメ
ントマークＡＭのＸ方向の位置を求める。具体的には、
この光強度分布において、所定のスライスレベルＳＬを
越える点を求め、その点における微分値が正である点Ｐ
₁，Ｐ₂，Ｐ₃を選択する。これらの点Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃からアライメントマークＡＭのＸ方向の位置を求め
る。

【００２２】上述のアライメントマークＡＭの位置検出
においては、Ｘ方向でのアライメントマークＡＭの位置
検出の動作のみを示したが、制御部２９は、Ｘ方向と直
交するＹ方向に関しても、同様に位置検出を行うので、
アライメントマークＡＭの２次元的な位置を求めること
ができる。なお、アライメントマークＡＭの位置を検出
するとき、図２（ｄ）に示す光強度分布において、その
ピーク点を検出しても良い。

【００２３】再び図１に戻って、制御部２９は、上述の
アライメントマークＡＭの位置検出が完了した後に、こ
のアライメントマークＡＭの位置と、この制御部内に予
め記憶されているウェハＷの所望の位置とを比較し、ウ
ェハＷが所望の位置になるように、ステージＳＴを内部
のモーター等で駆動するステージ駆動部３０を駆動させ
る。

【００２４】ところで、上述に示したようなアライメン
トマークＡＭの微分干渉像を検出する場合、光線ｏと光
線ｅとの間の位相差が２πを越えたときに、光電変換素
子２７上に形成される微分干渉像のエッジ近傍に干渉縞
が発生するため、アライメントマークＡＭの位置検出が
困難になる恐れがある。しかし、本発明による位置検出
装置では、偏光子２１又は検光子２５を相対的に回転さ
せることで、アライメントマークＡＭの検出方法を切り
換えることができる。

【００２５】具体的には、まず、アライメントマークＡ
Ｍの微分干渉像を検出している場合を考える。このと
き、位置検出装置では、偏光子２１の偏光方向と検光子
２５の偏光方向とが互いに直交し、これらの偏光子２１
と検光子２５との偏光方向がウォラストンプリズム２３
の光学軸とそれぞれ４５°の角度をなす配置となってい
る。そして、偏光子２１を介した光源部２０からの照明
光は、ウォラストンプリズム２３にて光線ｏと光線ｅと
に分離され、第１対物レンズ２４を介してアライメント
マークＡＭに照明される。

【００２６】ここで、偏光子２１を回転させると、ウォ
ラストンプリズム２３に入射する直線偏光の偏光方向が
変わり、このウォラストンプリズム２３にて分離される
光線ｏと光線ｅとの光量比が変化する。そして、偏光子
２１の偏光方向とウォラストンプリズム２３の光学軸と
が（光学的に）平行になるときに、光線ｏと光線ｅとの
何れか一方の光がウォラストンプリズム２３から射出し
て、第１対物レンズ２４を介してウェハＷに向かう。そ
して、この光は、ウェハＷで反射された後に、第１対物
レンズ２４、ウォラストンプリズム２３、光分割プリズ
ム２２、検光子２５、及び第２対物レンズ２６を介した
後に、光電変換素子２７に達し、この光電変換素子２７
には、光線ｏと光線ｅとは干渉せずに、何れか一方の光
によるアライメントマークＡＭの像が結像する。

【００２７】また、前述の光線ｏと光線ｅとによる照明
を行っているときに、検光子２５を回転させると、検光
子２５を通過する直線偏光の偏光方向が変わる。そし
て、検光子２５の偏光方向とウォラストンプリズム２３
の一方の光学軸とが平行になるときに、光線ｏと光線ｅ
との何れか一方の光が光電変換素子２７に達し、この光
電変換素子２７には、アライメントマークＡＭの像が結
像する。

【００２８】なお、光電変換素子２７に達する光の光量
ロスを少なくするためには、偏光子２１の偏光方向、検
光子２５の偏光方向、及びウォラストンプリズム２３の
一方の光学軸を一致させることが望ましい。このよう
に、本発明による位置検出装置では、偏光子２１と検光
子２５との少なくとも一方を回転させてアライメントマ
ークＡＭの検出方法を変更している。

【００２９】このとき、例えば、図３に示されるよう
に、偏光方向が４５°異なる２枚の偏光子２０１，２０
２を備えたターレットＴを光源２０と光分割プリズム２
２との間に設け、このターレットＴを回転させて検出方
法を変更しても良い。このアライメントマークＡＭの検
出方法の変更に関して、位置検出装置の光学系における
光路長の変化がないため、この光学系の焦点調節を行う
必要がない。従って、この検出方法の切替えをアライメ
ントマーク毎に切り換えることも可能である。

【００３０】また、アライメントマークＡＭの検出方法
の変更は、ウォラストンプリズム２３を位置検出装置の
光学系の光路から出し入れすることでも行えるが、この
光学系の光路長の変化や、ウォラストンプリズム２３の
取り付け精度が低下する問題点が生じるため、好ましく
ない。そして、上述の検出方法の変更は、光電変換素子
でのアライメントマークの像又は微分干渉像のコントラ
ストを求めることで自動化することもできる。

【００３１】まず、光電変換素子が検出するアライメン
トマークＡＭの微分干渉像のコントラストが低下した場
合を考える。このとき、制御部２９は、偏光子２１と検
光子２５とを夫々回転させる回転駆動部２８を駆動し
て、偏光子２１の偏光方向と検光子２５の偏光方向とウ
ォラストンプリズム２３の一方の光学軸とが平行となる
配置にする。この配置のときには、偏光子２１を介した
直線偏光の光は、光線ｏと光線ｅとの何れか一方の光が
進行する光路を辿る。このとき、ウェハＷ上には、通常
の明視野照明と同等の照明がなされる。

【００３２】また、上述の通常の明視野照明と同等な照
明を行っているときに、光電変換素子２７でのアライメ
ントマークＡＭの像のコントラストが低下した場合に
は、制御部２９は、偏光子２１と検光子２５との光学軸
を互いに直交するように、回転駆動部を駆動させ、偏光
子２１の偏光方向と検光子２５の偏光方向とを直交させ
る。このときには、光電変換素子２７上には、アライメ
ントマークＡＭの微分干渉像が形成される。

【００３３】なお、この回転駆動部２８には、偏光子２
１と検光子２５との回転する角度を検出するためのエン
コーダー等の角度検出器を設けることが望ましい。この
ように、光電変換素子でのコントラストを求めれば、簡
単な制御でアライメントマークＡＭの検出方法を変更す
ることができる。なお、上述の実施例では、複屈折部材
として、ウォラストンプリズムを適用したが、このウォ
ラストンプリズムの代わりに、ノマルスキープリズム
（変形ウォラストンプリズム）やサバール板を適用する
こともできる。そして、このサバール板を用いる場合に
は、第１対物レンズと物体との間にサバール板を設ける
構成とする。

【００３４】ところで、本発明による位置検出装置の光
学系は、上述の露光装置に適用した実施例のように、直
接アライメントマークを検出する構成に限られることは
ない。以下に、レチクルに設けられた回路パターンをウ
ェハに投影転写する投影対物レンズを介してアライメン
トマークを検出する例を図４を参照して説明する。

【００３５】図４において、説明を簡単にするために、
図１に示した実施例と同様の機能を有する部材には、同
じ符号を付している。また、アライメントマークを照明
する光束の主光線のみを実線にて示しており、アライメ
ントマークで反射される光束の結像関係を破線にて示し
ている。この図４に示す露光装置本体は、ステッパーで
あり、レチクルステージＲＴに載置されたレチクルＲに
図示なき主照明系からの照明光が供給され、このレチク
ルＲ上のクロム遮光膜等で構成された所定の回路パター
ンが投影対物レンズ１０を介してウェハＷに投影露光さ
れる構成となっている。この投影対物レンズ１０によっ
て、レチクルＲとウェハＷとは、所定の倍率で共役配置
されており、この投影対物レンズ１０は、いわゆる両側
テレセントリック光学系である。即ち、投影対物レンズ
１０の光軸Axと平行に入射する光線は、投影対物レンズ
１０の絞りＳを通過した後に、この光軸Axと平行に射出
する。

【００３６】このレチクルＲの回路パターン以外の領域
には、光を透過させる窓が設けられており、本発明によ
る位置検出装置の光学系は、この窓と投影対物レンズ１
０とを介してアライメントマークＡＭを検出する構成と
なっている。図４において、光源部２０からの照明光
は、偏光子２１、光分割プリズム２２、ウォラストンプ
リズム２３、第１対物レンズ２４を順に通過し、所定の
偏光方向の光線ｏとこの所定の偏光方向と直交する偏光
方向の光線ｅとに分離された状態で、レチクルＲに向か
う。なお、図中においては、光線ｏと光線ｅとは主光線
のみで代表しているが、これらの光線ｏと光線ｅとは、
光軸方向に沿った平行光束でレチクルＲに達する。

【００３７】このレチクルＲに達した光線ｏと光線ｅと
は、上述の窓の領域を通過して、投影対物レンズ１０の
光軸Axと平行に投影対物レンズ１０に入射する。この投
影対物レンズ１０は、いわゆる両側テレセントリック光
学系であるので、平行光束の光線ｏと光線ｅとは、平行
光束のままで、この投影対物レンズ１０から射出して、
アライメントマークＡＭに達する。これらの光線ｏと光
線ｅとが夫々平行光束であるので、アライメントマーク
ＡＭには、均一な照明がなされる。

【００３８】そして、これらの光線ｏと光線ｅとは、ウ
ェハＷで反射されて、投影対物レンズ１０を介してレチ
クルＲに達する。そして、投影対物レンズ１０は、レチ
クルＲの回路パターンの露光を行なう露光光の波長に対
して色収差の補正がなされているため、この露光光の波
長と異なる光に対しては、色収差が発生する。しかし、
本発明による位置検出装置では、ウェハＷと第１対物レ
ンズ２４の前側焦点位置とが光源部２０の波長で共役に
なるようにしているため、第１対物レンズ２４の前側焦
点位置には、光線ｏと光線ｅとによるウェハＷ上のアラ
イメントマークの像が形成される。

【００３９】そして、投影対物レンズ１０を介したアラ
イメントマークＡＭからの光は、第１対物レンズ２４を
介してウォラストンプリズム２３に達して、アライメン
トマークＡＭにより光路長差が生じた部分の光が互いに
干渉を起こす。この干渉を起こした光は、検光子２５、
第２対物レンズ２６を順に通過して、光電変換素子２７
に達する。そして、第１対物レンズ２４の前側焦点位置
と光電変換素子２７とが共役な配置であるため、この光
電変換素子２７上には、ウェハＷ上に設けられたアライ
メントマークＡＭの微分干渉像が形成される。

【００４０】次に、制御部２９は、図１，図２に示した
実施例と同様に、光電変換素子２７上の微分干渉像から
アライメントマークＡＭの位置を求め、このアライメン
トマークＡＭの求められた位置に基づいて、ウェハＷを
載置しているステージＳＴを駆動させて、ウェハＷを所
定の位置に移動させる。また、光電変換素子２７での光
強度分布のコントラスト（光強度分布における最大値と
最小値との差）が低くなった場合には、制御部２９は、
前述の図１，図２に示した実施例と同様に、偏光子２１
と検光子２５とを回転させて、アライメントマークＡＭ
の段差の高さに係わらず、常にアライメントマークＡＭ
の正確な位置を検出する。

【００４１】このように、投影対物レンズ１０を介して
アライメントマークＡＭを検出する位置検出装置を適用
した露光装置においては、レチクルＲの回路パターンに
よるウェハＷ上の露光領域近傍に設けられたアライメン
トマークＡＭを検出できる。従って、各々の露光領域に
対する位置合わせ、いわゆるダイ−バイ−ダイ（ｄｙｅ
−ｂｙ−ｄｙｅ）アライメントを行うことができる。

【００４２】なお、図４に示した実施例において、第１
対物レンズ２４とウォラストンプリズム２３との間に、
レクティファイア等を設けても良い。また、第１対物レ
ンズ２４、第２対物レンズ２６で構成される位置検出装
置の光学系は、所定の回路パターンの露光を行う光の露
光波長と、位置検出を行う照明光の波長との差による色
収差を補正するように構成しても良い。

【００４３】ところで、投影レンズの解像力（解像線
幅）に応じて、同じ基板に対して複数の露光装置を使い
分けたいという要求がある。例えば、液晶パネルの回路
パターンを露光する場合、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
と呼ばれているアクティブ型トランジスタ方式では、ト
ランジスタ回路に必要な線幅が５μｍ以下であるが、液
晶パネル周辺の回路部は、数十μｍといった線幅で充分
である。

【００４４】このとき、例えば図５に示すように、線幅
が細いトランジスタ回路パターン５０の領域を解像力の
高いステッパーを用いて露光した後に、線幅が太い周辺
回路部５１の領域をプロキシミティー露光装置を用いて
露光する方式も考えられている。しかし、このように、
ステッパーとプロキシミティー露光装置とを使い分けて
回路パターンを露光するときには、最初に露光するトラ
ンジスタ回路パターン５０に対して、周辺回路パターン
５１の位置合わせを行なう必要がある。

【００４５】このとき、従来の位置検出装置では、トラ
ンジスタ回路パターン５０を現像処理した後でなくて
は、このトランジスタ回路パターン５０に対する周辺回
路パターン５１の位置検出を行なうことができなかっ
た。すなわち、従来の位置検出装置において、同一の基
板に対して複数回の露光を行う場合には、複数の露光の
間に現像工程を入れなくてはならず、大幅なスループッ
トの低下を招いていた。

【００４６】しかしながら、本発明による位置検出装置
では、現像処理をすることなく、最初に露光した回路パ
ターンを検出できる。例えば、図６に示すように、ウェ
ハＷ上塗布されたレジスト６０に対して、回路パターン
が投影露光されたとすると、この露光された部分が潜像
６１となる。ここで、潜像とは、光照射による光化学反
応を起こした領域を指し、この領域では、光化学反応に
よる屈折率の変化を生ずる。

【００４７】そして、所定の偏光方向の光線ｏと、所定
の偏光方向と直交する偏光方向の光線ｅとがウェハＷに
向けて照明されると、例えば図６に示すように、光線ｏ
は、レジスト６０の潜像６１以外の領域に入射し、光線
ｅは、潜像６１の領域に入射する。この光線ｏと光線ｅ
とは、レジスト６０とウェハＷとの間で反射して、再び
図示なき位置検出装置の光学系に入射する。このとき、
レジスト６０と潜像６１とで屈折率差があるので、光線
ｏと光線ｅとの間には、光路長差が生じる。

【００４８】本発明による位置検出装置は、潜像６１で
の光線ｏと光線ｅとの光路長差によって生ずる位相差を
検出することができる。以下に、図５、図７を参照し
て、同一の基板に対して複数回の露光を行なう際の潜像
検出による位置合わせを具体的に説明する。このとき、
例えば図５に示すように、ガラス基板ＰＧに対して、プ
ロキシミティー露光装置を用いて周辺回路パターン５１
を露光し、その後、ステッパーを用いてトランジスタ回
路パターン５０を露光する場合を考える。

【００４９】まず、プロキシミティー露光装置によって
周辺回路パターン５１の露光を行なう。このとき、図７
（ａ）に示すように、クロム膜等で構成された等倍の回
路パターンを有するマスクＭ₁とレジストが塗布された
ガラス基板ＰＧとを１０μｍ程度の間隔で対向させる。
そして、マスクＭ₁の上方から不図示の照明光によっ
て、ガラス基板上のレジストに周辺回路パターン５１を
露光する。

【００５０】ここで、周辺回路パターン５１の原板が設
けられたマスクＭ₁には、アライメントマークＡＭ₁の
パターンが設けられている。そして、ガラス基板上のレ
ジストに対して周辺回路パターン５１の露光を行う際
に、アライメントマークＡＭ₁の露光を行なう。次に、
図７（ｂ）に示すように、周辺回路パターン５１とアラ
イメントマークＡＭ₁との露光が完了したガラス基板Ｐ
Ｇに対して、ステッパーによってトランジスタ回路パタ
ーン５０の露光を行う。この図７（ｂ）では、説明を簡
単にするために、露光を行なうステッパーは、クロム等
で構成されたトランジスタ回路パターン５０の原板を有
するレチクルＭ₂と、このレチクルＭ₂の下方に設けら
れた投影対物レンズ１０と、この投影対物レンズ１０の
側方に設けられた位置検出装置の光学系２００とを示し
ている。この位置検出装置の光学系２００は、図示なき
搬送部によって投影対物レンズ１０の略下方に搬送され
たガラス基板ＰＧ上に設けられたアライメントマークＡ
Ｍ₁を検出する。その後、不図示の制御部は、このガラ
ス基板ＰＧとトランジスタ回路パターン５０との位置が
整合するように、ガラス基板を位置合わせする。この位
置合わせの完了後に、図示なき照明系からの照明光によ
って、レチクルＭ₂の回路パターンが投影対物レンズ１
０を介して、ガラス基板上に露光される。

【００５１】このように、本発明による位置検出装置を
適用した露光装置によると、同一基板に対して複数回の
露光を行なうときに、最初の露光時のアライメントマー
クの潜像を検出することができる。従って、最初の露光
時のアライメントマークの現像処理を行わなくても、２
回目以降に露光する回路パターンの位置合わせを実行で
きる。従って、スループットの大幅な向上のみならず、
２回目以降に露光する回路パターンを高精度に露光でき
る。

【００５２】一方、液晶パネルを露光する際に、液晶パ
ネルの回路パターンを複数の区画に分割して露光するこ
とも行われている。ここで、本発明の位置検出装置にお
いては、露光された回路パターン中のアライメントマー
クの潜像を検出して、回路パターンの位置合わせを行な
うことができる。具体的には、本発明による位置検出装
置を適用した露光装置を用いて、液晶パネルとなるガラ
ス基板ＰＧに対し、回路パターンを４分割して露光する
場合を示す図８（ａ),（ｂ）を参照して説明する。

【００５３】まず、上述の露光装置を用いて、図８
（ａ）に示すように、レジストが塗布されたガラス基板
ＰＧの一部の領域に回路パターン７１とアライメントマ
ークＡＭ ₂とを露光する。次に、この露光装置は、レジ
スト中で潜像となったアライメントマークＡＭ₂の位置
を検出して、この位置を基準とする。そして、この基準
のアライメントマークＡＭ₂の位置に対して、次に露光
すべき回路パターンが所定の位置になるように、ガラス
基板ＰＧを移動させる。

【００５４】その後、図８（ｂ）に示すように、このレ
ジストが塗布されたガラス基板ＰＧに対して、回路パタ
ーン７２の露光を行なう。そして、ガラス基板ＰＧ上に
おける４分割された全ての区画に対して、回路パターン
の露光が終了するまで、上述に示した位置合わせ動作と
露光動作とを繰り返す。

【００５５】このように、本発明による位置検出装置を
適用した露光装置では、最初に露光されたアライメント
マークの潜像を検出して、２回目以降に露光する際に、
このアライメントマークを基準として位置合わせを行う
ことができる。従って、原理的に他の誤差要因の関与が
ないので、露光時における回路パターンの接続を高精度
に行なうことが可能となる。

【００５６】

【発明の効果】上述のように本発明による位置検出装置
では、アライメントマークの検出方法の変更が可能であ
るので、このアライメントマークの高さに依らず、この
位置を検出できる。また、検出方法の変更の際に、位置
検出装置の光学系の光路長の変化が生じないため、検出
手段における結像状態が変化しない。従って、検出方法
の変更のたびに、合焦動作を行わずに済むので、位置検
出に要する時間の短縮が図れる。

【００５７】さらに、本発明による位置検出装置を適用
した露光装置では、同一の基板に対して複数回の露光を
行なう際に、レジスト上の潜像を検出して基板の位置合
わせができる。従って、スループットの低下を招くこと
なく、正確な位置合わせのもとで、複数回の露光を行な
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実施例を示す概
略図。

【図２】アライメントマークの検出原理を示す原理図。

【図３】検出方法を切り換えるためのターレットの構成
を示す図。

【図４】本発明による位置合わせ装置の実施例を示す概
略図。

【図５】液晶パネルを分割して露光する例を示す平面
図。

【図６】レジストの潜像を検出する原理を説明する原理
図。

【図７】液晶パネルを分割して露光する工程を示す模式
図。

【図８】液晶パネルを分割して露光する例を示す平面
図。

【主要部分の符号の説明】

２０ ‥‥ 光源部２１ ‥‥ 偏光子２２ ‥‥ 光分割プリズム２３ ‥‥ ウォラストンプリズム２４ ‥‥ 第１対物レンズ２５ ‥‥ 検光子２６ ‥‥ 第２対物レンズ２７ ‥‥ 光電変換素子２９ ‥‥ 制御部Ｒ ‥‥ レチクルＷ ‥‥ ウェハＡＭ ‥‥ アライメントマークＳＴ ‥‥ ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−283309（ＪＰ，Ａ) 特開平５−315220（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−289704（ＪＰ，Ａ) 特開昭46−7793（ＪＰ，Ａ) 特開平５−141934（ＪＰ，Ａ) 特開平５−256795（ＪＰ，Ａ) 米国特許5124927（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を供給する光源と、該光源からの照
明光を物体に向けて照射するための対物光学系と、前記
光源と該対物光学系との間の光路中に設けられた光分割
手段と、前記対物光学系と該光分割手段とを介した前記
物体からの光を受光して光電変換する光電変換素子とを
有し、該光電変換素子からの出力信号に基づいて前記物
体の位置を検出する位置検出装置において、前記照明光を所定の方向で振動する直線偏光の光に変換
する偏光子を前記光源と前記光分割手段との間に設ける
と共に、前記直線偏光の光を第１の方向で振動する第１直線偏光
の光と第２の方向で振動する第２直線偏光の光とに分離
した状態で前記物体を照明し、かつ前記物体からの前記
第１及び第２直線偏光の光を合成する複屈折部材を前記
光分割手段と前記物体との間に設け、前記複屈折部材を介して前記合成された光によって、所
定の方向に振動する直線偏光の光を抽出する検光子を前
記光分割手段と前記光電変換素子との間の光路中に配置
し、前記物体を介した前記第１及び第２直線偏光の光の双方
を前記光電変換素子へ導く第１の検出状態と、前記物体
を介した前記第１直線偏光の光と前記物体を介した前記
第２直線偏光の光との何れか一方を前記光電変換素子へ
導く第２の検出状態とを切り換えるために、前記偏光子
と前記検光子との少なくとも一方は、回転可能に設けら
れることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記第１及び第２の検出状態の切り換え
は、前記アライメントマークの像または前記アライメン
トマークの微分干渉像のコントラストに基づいて行われ
ることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記第１及び第２の検出状態の切り替え
は、前記アライメントマークの段差の高さに応じて行わ
れることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】パターンが形成されたレチクルまたはマス
クを基板上に露光する露光装置において、請求項１乃至３の何れか一項記載の位置検出装置を備
え、前記物体は前記基板であることを特徴とする露光装置。
【請求項５】パターンが形成されたレチクルまたはマス
クを基板上に露光する露光方法において、請求項１乃至３の何れか一項記載の位置検出装置を用い
て、前記基板を前記物体として検出することを特徴とす
る露光方法。