JPH01262624A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路製造用の投影露光装置における
位置合わせ装置、特に合焦装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程にお
いて主に用いられるステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影型露光装置、所謂ステッパーは、マスク或いは
レチクル（以下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パ
ターンを投影レンズを介して感光基板（以下、ウェハと
呼ぶ）上に露光する。この際、レチクルの回路パターン
の投影像をウェハ上に正確に結像しないと、ウェハ上で
はボケだパターンが形成され解像不良という問題が生じ
る。また、このようなステッパーには一般に大きな開口
数（Ｎ、Ａ、　）を有する投影レンズが用いられるが、
最近ではサブ・ミクロン程度で形成される回路パターン
の最小線幅に対応して開口数（Ｎ、Ａ、）がさらに増大
し、投影レンズの実用焦点深度は非常に小さくなってい
る。このため、所期の特性を満足する半導体集積回路を
得るには、投影レンズの結像面とウェハ表面とを正確に
一致させる必要がある。この合焦機能を有する装置とし
ては、例えば本願出願人が先に出願した特開昭６０−１
６８１１２号公報に開示されているような装置がある。

この種の装置ではレチクル上の第１マークを検出すると
共に、・ウェハ上の第２マークを投影レンズを介して検
出する、所謂スルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式の光学
系を設け、第１マークに対してはこの光学系を調整して
焦点合わせを行い、その後第２マークに対してはウェハ
と投影レンズとの間隔を光軸方向に変化させて焦点合わ
せを行うように構成されている。従って、レチクルとウ
ェハとは投影レンズに関して共役に維持され、ウェハ上
にはレチクルの回路パターンの投影像が常に合焦状Ｂ（
ベストフォーカス）で投影される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の装置ではウェハと投影レンズと
の間隔を光軸方向に変化させて焦点合わせを行う場合、
ウェハを投影レンズの光軸方向に例えばΔｎずつ移動さ
せ、ＴＴＬ方式の光学系を用いて各位置毎に第２マーク
のマーク像のコントラスト検出を行う必要がある。また
、ＴＴＬ方式の光学系とレチクルとの焦点合わせを行う
場合も、同様に複数回計測を行わなければならず、焦点
合わせに時間がかかりスループットが低下するという問
題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高精度、
短時間で焦点合わせを行うことができる合焦装置を備え
た投影露光装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、Ｙ軸方
向に伸びて形成された光透過性のマークＦＭｘ（矩形の
透明窓）を有する基準パターンとしてのフィデューシャ
ル・マークＦＭが設けられた基準部材１０と、基準部材
１０に関して投影レンズ６と反対側のウェハステージ７
内に配置され、フィデューシャル・マークＦＭを裏面か
ら照明する照明系としてのファイバー１１を各種アライ
メント系のチエツクのために有すると共に、レチクルＲ
のパターン領域Ｐａに形成された回路パターンを投影レ
ンズ６を介してウェハＷ上に投影露光する装置において
、投影レンズ６の瞳面と略共役になるようにファイバー
１１の端面に設けられ、マークＦＭｘのエツジ方向（Ｙ
軸方向）と交差する第１方向（Ｘ軸方向）に関してファ
イバー１１からの照明光の偏光特性を異ならせる偏光手
段としての偏光フィルター１２と；マークＦＭｘを透過
した光のうち、投影レンズ６を介してレチクルＲのパタ
ーン領域Ｐａに付随して形成されたマークＲＭｘ　（十
字マーク）に遮られることなくレチクルＲを通過する照
明光の光路中に配置され、この光路中を通る照明光を第
１偏光（Ｐ偏光）と第２偏光（Ｓ偏光）とに分割する偏
光分割手段としての偏光ビームスプリッタ−１５と；Ｐ
偏光を受光する第１光！検出手段としての第１デイテク
ター１６と；Ｓ偏光を受光する第２光電検出手段として
の第２デイテクター１７と；第１デイテクター１６の出
力信号と第２デイテクター１７の出力信号とに基づいて
、レチクルＲと基準部材１０との間の光路長を変化させ
るｔｌＩＵ手段としての主制御装置！３０とを設ける。

〔作用〕

本発明では、投影レンズの光軸に対する主光線の傾き（
以下、テレセン傾きと呼ぶ）を有する光束に対して、投
影レンズに関してレチクルとウェハステージ上の基準部
材との共役関係を崩すと、投影レンズのレチクル側焦点
位置ないし結像位置がレチクルのパターン面において投
影レンズの光軸方向と直交するＸ軸、Ｙ軸方向にシフト
することを用いている。そこで、偏光フィルターにより
偏光特性が異なるＰ偏光とＳ偏光（常光線と異常光線）
とに２分割される照明光をフィデューシャル・マークに
照射し、このフィデューシャル・マークの投影像でレチ
クルアライメントマークを走査する。そして、レチクル
アライメントマークに遮られることなくレチクルを通る
照明光を、偏光ビームスプリッタ−によってＰ偏光とＳ
偏光とに分割し、それぞれ第１デイテクター、第２デイ
テクターで受光されるように構成している。従って、ウ
ェハステージをＸ方向に１回走査させるだけで、レチク
ルと基準部材との投影レンズの光軸方向の位置ずれ量（
デフォーカス量）を算出して焦点合わせが行われるため
、焦点合わせに要する時間を短縮することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。第１
図は本発明の第１の実施例による合焦装置を有するステ
ッパーの概略的な構成を示す図である。

第１図において、不図示の露光用の照明光源はｇ線、ｉ
線等のレジストを感光するような波長（露光波長）の照
明光を発生し、この照明光はフライアイレンズ１及びビ
ームスプリッタ−２を通った後、ミラー３を介してコン
デンサーレンズ４に至り、レチクルステージ５に保持さ
れるレチクルＲのパターン領域Ｐａを均一な照度で照明
する。ここで、第２図に示すようにレチクルＲにはレチ
クルアライメントマークＲＭとして、パターン領域Ｐａ
に付随して透明窓にクロム層で形成される十字マークを
有するマークＲＭ　Ｘ　ＳＲＭ　Ｙ　１、ＲＭｙｚが投
影レンズ６の露光フィールドＩＦ内に設けられている０
両側若しくは片側テレセンドリンクな投影レンズ６は、
レチクルＲのパターン領域Ｐａに描かれた回路パターン
、またはレチクルアライメントマークＲＭの像を、レジ
ストが塗布されたウェハＷ上に投影する。但し、レチク
ルアライメントマークＲＭは不図示のレチクルブライン
ドによって、実素子露光時には遮光されるこトモある。

ウェハＷは不図示のウェハホルダー（θテーブル）を介
してウェハステージ７上に設けられ、ウェハステージ７
のＸ方向の位置はレーザ干渉計８と、ウェハステージ７
上に設けられた平面鏡８ｍとにより検出される。また、
ウェハステージ７上には焦点合わせ、ベースライン計測
等を行う際に用いられるフィデューシャル・マークＦＭ
を備えたガラス基板等の基準部材１０が、ウェハＷの表
面位置と略一致するように設けられている。この基準部
材１０にはフィデューシャル・マークＦＭとして、焦点
合わせ等に用いられるＹ軸、Ｘ軸方向に伸びた光透過性
のスリ７）パターンである矩形状のマークＦＭｘ、ＦＭ
ｙと、オフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系１
９等の位置検出等に用いられる光反射性のクロム層で凸
凹により形成された回折格子マークとが設けられている
。フィデューシャル・マークＦＭはファイバー１１を用
いて基準部材１０の下へ伝送されたｇ線、ｉｗＡ等の照
明光（露光光）によって、レンズ１３とミラー１４を介
して下方（ウェハステージ７内部）から照明される。こ
こで、第３図に示すようにＰ偏光のみを通すフィルター
１２ｐと、Ｓ偏光のみを通すフィルター１２３から成る
偏光フィルター１２は、ファイバー１１の端面に偏光フ
ィルター１２の分割方向がマークＦＭｘのエツジ方向（
Ｙ軸方向）と直交、即ち分割方向がＸ軸方向と一致し、
かつ投影レンズ６の瞳面と略共役になるように設けられ
ている。このため、フィデューシャル・マークＦＭはテ
レセン傾きθ１を持つＰ偏光と、テレセン傾きθ２を持
つＳ偏光から成る照明光によって照明されることになる
。

さて、フィデューシャル・マークＦＭを透過した光は、
投影レンズ６を介してレチクルＲのパターン面にフィデ
ューシャル・マークＦＭの投影像を結像する。さらに、
レチクルアライメントマークＲＭに遮られることなくレ
チクルＲを透過した光は、ビームスプリッタ−２等を介
して偏光ビームスプリッタ−１５に入射してＰ偏光とＳ
偏光とに分割され、それぞれ第１デイテクター１６と第
２デイテクター１７により受光されるように構成されて
いる。オフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系１
９はＹ方向に伸びたスポット光（シートビーム）をウェ
ハＷ上に形成された所定の回折格子マーク（ウェハマー
ク）等に照射し、ウェハステージ７をＸ方向に微動させ
てウェハマークのＸ方向の位置を検出する。また、投影
レンズ６の結像面に向けてピンホール或いはスリットの
像を形成するための結像光束１１を斜めに照射する照射
光学系２０ａと、その結像光束１１のウェハＷ表面での
反射光束１２を受光する受光光学系２０ｂとから成る斜
入射光方式の焦点検出系２０が設けられている。この焦
点検出系２０の構成等については、例えば本願出願人が
先に出願した特開昭６０−１６８１１２号に開示されて
いるので説明は省略するが、ウェハＷ表面の基準面に対
する上下方向の位置を検出してウェハＷと投影レンズ６
の結像面との合焦状態を検出するものである。主制御装
置３０は第１デイテクター１６の出力信号と第２デイテ
クター１７の出力信号に基づいて、ウェハステージ７の
投影レンズ６の光軸方向（Ｚ方向）の位置制御を行う他
に、ウェハ・アライメント系１９、焦点検出系２０等を
含む装置全体の動作を統括制御する。さらに、主制御装
置３０での演算値や各種アライメント系で検出された位
置ずれ量等に応じてウェハステージ７の駆動部９等に所
定の駆動指令を出力する。

次に、本実施例のように構成された装置の動作について
説明する。第１図において、まず主制御装置３０はファ
イバー１１からの照明光のＰ偏光とＳ偏光のテレセン傾
きθ１、θ２を検出する。

そこで、ウェハステージ７をＺ方向に移動して基準部材
ｌＯを、焦点検出系２０を用いて所定位置（座標値Ｚ、
）に位置決めした後、基準部材１０をファイバー１１に
より伝送された照明光で下方から照明し、投影レンズ６
を介してレチクルＲのパターン面にマークＦＭｘの投影
像ＦＭｘ’を結像させる０次に、第４図（ａ）に示すよ
うに投影像ＦＭｘ’がマークＲＭｘのＹ軸方向に伸びた
矩形状マーク部を相対的にＸ方向に走査するように、ウ
ェハステージ７をＸ方向に微動させる。この際、マーク
ＲＭｘに遮られることなくレチクルＲを透過した光は、
コンデンサーレンズ４、ミラー３及びビームスプリッタ
−２を介して、偏光ビームスプリンター１５に入射する
。そして、偏光ビームスプリッタ−１５において照明光
はＰ偏光とＳ偏光とに分割され、それぞれ第１デイテク
ター１６と第２デイテクター１７とによって受光される
。

この際、投影像ＦＭｘ’とマークＲＭｘとが合致した時
にレチクルＲを通過する光量が最も少なくなり、順次そ
のずれに応じて光量が増加する０次に、Ｐ偏光とＳ偏光
はそれぞれ第１デイテクター１６と第２デイテクター１
７により光電変換され、この光電信号は波形処理装置１
８へ出力される。

この波形処理装置１８において光電信号がレーザ干渉計
８によるウェハステージ７の位置信号に同期して処理さ
れ、第４図（ｂ）に示すような波形信号Ｓ、　、ｓ２を
主制御装置３０に出力する。この波形信号Ｓ、　、Ｓ！
において、位置ａがＰ偏光による投影像ＦＭＸ’とマー
クＲＭｘとが合致した位置、位置すがＳ偏光による投影
像ＦＭｘ’とマークＲＭｘとが合致した位置である。そ
こで、主制御装置３０はこの位置ａＳｂのＸ方向の位置
を検出し、その値を座標値ｘｐ１、ｘＳＩとして記憶す
る。

次に、ウェハステージ７をＺ方向に移動して基準部材１
０を、焦点検出系２０を用いて所定位置（座標値Ｚｚ）
に位置決めした後、上述と同様の動作で座標値Ｚ２にお
いてマークＲＭｘと投影像ＦＭｘ’が合致する位置を検
出し、その値を座標値Ｘ　ｐ　２　、Ｘ　ｓ　２として
記憶する。この結果得られたＺ方向の位置（焦点位置）
と合致位置との関係を第４図（Ｃ）に示す。第４図（Ｃ
）において、直線の傾きはそれぞれＰ偏光とＳ偏光のテ
レセン傾きθ１、θ２に対応しているので、主制御装置
３０はこの傾きからテレセン傾きθ１、θ２を算出して
記憶する。尚、テレセン傾きθ１、θ之の検出では精度
向上の点から、上述と同様の動作、即ち任意の焦点位置
においてマークＲＭｘと投影像ＦＭｘ’が合致する位置
の検出を複数回行い、その結果得られた直線の平均的な
傾きからテレセン傾きθ菰、θ２を算出して記憶してお
くと良い。

さて、主制御装置３０は焦点合わせを行うため、まずウ
ェハステージ７をＺ方向に移動して基準部材ｌＯの表面
を、焦点検出系２０を用いて所定の基準位置く座標値Ｚ
ｎ）に位置決めする。そして、テレセン傾きθＩ、θ２
の検出動作と同様にファイバ−１１で伝送された照明光
で下方からマークＦＭｘを照明し、その投影像ＦＭｘ’
がマークＲＭｘのＹ軸方向に伸びた矩形状マーク部を相
対的にＸ方向に走査するようにウェハステージ７をＸ方
向に微動する９次に、マークＲＭｘに遮られることなく
レチクルＲを通過した照明光をビームスプリッタ−２等
を介して偏光ビームスプリンター１５に入射させてＰ偏
光とＳ偏光に分割し、第１デイテクター１６、第２デイ
テクター１７で受光する。波形処理装置１８は第１デイ
テクター１６、第２デイテクター１７の光電信号と、レ
ーザ干渉計８からの位置信号とに基づいて、第４図（ｂ
）に示した波形信号と同様な波形信号を検出し、主制御
装置３０へ出力する。主制御装置３０は、この波形信号
からマークＦＭｘの投影像ＦＭｘ’とマークＲＭｘとが
合致した位置Ｘｐｎ、Ｘｓｎを、第５図に示すように検
出する。第５図で直線ｆ（θ、）、ｆ　（θ２）は第４
図の動作で予め求められている特性である。次に、この
合致した位置のずれ量ΔＸ（八Ｘ−Ｘｐｎ−Ｘｓｎ）と
、テレセン傾きθ１、θ之に基づいて、以下の式（１）
からレチクルＲと基準部材１０とのデフォーカス量ΔＺ
を算出する。

ｊａｎ（θ１＋０２） 次に、投影レンズ６に関してレチクルＲと基準部材１０
とが共役となるように、主制御装置！３０は焦点検出系
２０の位置（座標値Ｚｎ）での検出値がΔＺだけ変化す
るように、駆動部９を介してウェハステージ７をＺ軸方
向にデフォーカス量Δ２だけ移動させる。これより、レ
チクルＲと基準部材ｌＯとが投影レンズ６に関して共役
な位置にセットされ、基準部材１０表面と投影レンズ６
の結像面、即ちウェハＷ表面と結像面とが正確に一致し
、Ｚ方向の位置合わせ（焦点合わせ）が終了する。

次に、ウェハＷにレジストの厚みムラ等が生じている場
合の焦点合わせについて述べる。そこで、まず主制御装
置３０は投影レンズ６の結像面に位置する基準部材ＩＯ
を用いて焦点検出系２０の焦点位置の補正（キャリブレ
ーション）を行う、ここで、焦点検出系２０のキャリブ
レーションについては、例えば本願出願人が先に出願し
た特開昭６０−１６８１１２号に開示されているので簡
単に説明する。まず、照射光学系２０ａはスリット開口
、平行平板ガラス（プレーンパラレル）等を介して斜め
方向から平行光束を基準部材１０上に照射し、基準部材
１０上にスリット像を結像する。

そして、受光光学系２０ｂは基準部材１０から反射した
平行光束を振動ミラー、スリット板等を介して光電検出
器により受光する。この際、受光光学系２０ｂにおいて
、スリット像は振動ミラーによってスリット板上を一定
の振幅で往復移動し、光電検出器の受光面上での振動中
心の位置は基準部材１０のＺ方向の位置に応じてシフト
する。そこで、スリット板上でのスリット像の振動中心
がスリット開口と一致するように平行平板ガラスの角度
を調整して固定する。これより、Ｚ方向の基準部材１０
表面、即ち投影レンズ６の結像面を零点基準とする焦点
検出系２０のキャリブレーションが終了する。尚、ウェ
ハステージ７をデフォーカス量ΔＺだけＺ方向に移動さ
せて座標値Ｚ会に位置決めした基準部材１０を用いるの
ではなく、デフォーカス量ΔＺを検出した位置の基準部
材１０　（座標値Ｚｎ）を用い、デフォーカス量ΔＺだ
けオフセントが生じるように平行平板ガラスの角度を調
整し、焦点検出系２０のキャリブレーションを行っても
良い。

次に、ウェハステージ７を所定の露光開始位置まで移動
し、ウェハＷを位置決めした後に露光を開始する。そこ
で、主制御袋Ｗ、３０は焦点検出系２０を用いて、ウェ
ハＷ上の露光領域のＺ方向の位置を検出する。そして、
この位置と零点基準との差が零となるように、焦点検出
系２０の出力信号に基づいてウェハステージ７を２方向
に移動させる。これより、レチクルＲの回路パターンの
投影像は合焦状Ｂ（ベストフォーカス）でウェハＷ上の
露光領域に投影され、焦点ずれによる解像不良等が発生
することなく露光が行われる０次に、ウェハステージ７
を所定量だけステッピングさせた後、同様に焦点検出系
２０による焦点合わせを行ってからウェハＷ上にレチク
ルＲの回路パターンを転写する。このように焦点検出系
２０による焦点合わせを露光領域毎に行うことにより、
レジストの厚みムラ等による解像不良等の発生が防止さ
れ、ウェハＷ全面で常に合焦状態で露光が行われる。

尚、本実施例では投影レンズ６の瞳面と略共役となるよ
うに、ファイバー１１の端面に偏光フィルター１２を設
けていたが、特にファイバーである必要はな（このファ
イバー１１を用いずに別の手段を用いても良い０例えば
、投影レンズ６の瞳面と共役な位置に配置される偏光フ
ィルター１２上に照明光源の像が結像されるように、リ
レー光学系、ミラー等を用いて照明光を引き回しにより
基準部材１０の下へ伝送することによって、フィデュー
シャル・マークＦＭを照明するように構成しても良い、
また、同様にマークＲＭ）Ｉ、　、ＲＭｙ２のＹ軸方向
に伸びた矩形状のマーク部を用い、その位置におけるデ
フォーカス量Δ２を検出すれば、投影レンズ６の像面傾
斜等を求めることができる。

かくして本実施例によれば、ウェハステージ７を１回走
査させるだけで、絶対値なデフォーカス量ΔＺが検出さ
れるため、焦点合わせに要する時間を短縮することがで
き、常に合焦状態（ベストフォーカス）で露光を行うこ
とができる。

以上の通り本発明の一実施例においては、予めテレセン
傾きθ１、θ之を求めていたが、第４図（Ｃ）に示した
直線の交点は、第５図と同様に投影像ＦＭｘ’の像シフ
トが生じない位置、即ちレチクルＲと基準部材１０との
デフォーカス量ΔＺが零となる位！（合焦位置）を表し
ている。従って、テレセン傾きθ弧、θ２の検出と並行
して、この合焦位置から求めたデフォーカス量ΔＺに基
づいてウェハステージ７をＺ方向に移動すれば、上述の
実施例と同様に焦点合わせを行うことができることは明
らかである。

また、オフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系１
９のマーク検出中心位置と、レチクルＲ上の基準点（レ
チクルアライメントマーク等）の投影像の位置との相対
的位置関係、所謂ベースラインの計測を行う際、レチク
ルアライメントマークＲＭの位置計測に用いるファイバ
ー１１からの照明光の主光線が、製造誤差等により投影
レンズ６の光軸に対して傾いて焦点が正確に合わされて
いない状態では、計測された位置にオフセットが生じる
ため、焦点合わせを行ってからベースライン計測を行う
必要があった。しかし、本実施例による合焦装置を用い
れば焦点合わせを行うと同時に、ベースライン計測、即
ちレチクルアライメントマークＲＭの位置を検出するこ
とができることは明らかである。例えば、上述の実施例
と同様に所定の基準位置（座標値Ｚｎ）において、マー
クＦＭｘの投影像ＦＭｘ’でマークＲＭｘＯＹ軸方向に
伸びた矩形状マーク部を走査する。この際、波形処理装
置１８によって検出される波形信号から求めた投影像Ｆ
Ｍｘ’とマークＲＭｘとが合致する位置Ｘｐｎ、Ｘｓｎ
と、テレセン傾きθ１、θ２から第５図に示したような
グラフが検出される。ここで、第５図において直線ｆ　
（θ１）、ｆ（θ２）の交点は、第４図（Ｃ）と同様に
合焦位置（座標値Ｚ・）を表しているので、この合焦位
置に基づいて検出されるデフォーカス量ΔＺ（ΔＺ＝Ｚ
・−Ｚｎ）だけウェハステージ７をＺ方向に移動すれば
、焦点合わせを行うことができる。

さて、合焦位置（座標値Ｚ・）と共に検出される交点の
座標値Ｘ、は、合焦位置において投影像ＦＭｘ’とマー
クＲＭｘとが合致する位置を表している。つまり、デフ
ォーカス量ΔＺの検出と同時に焦点ずれによる検出誤差
を含むことなく正確なマークＲＭｘの位置を検出するこ
とができ、ベースライン計測の前に焦点合わせを行う必
要がなくなる。従って、このように検出されるマークＲ
ＭＸの位置と、基準部材１０上に形成された回折格子マ
ークを用いて検出されるウェハ・アライメント系１９の
検出中心位置とからベースラインが計測され、ベースラ
イン計測に要する時間も短縮することができる。

さらに、本実施例では第２図に示した投影レンズ６の露
光フィールドＩＦ内に配置されるマークＲＭｘのＹ軸方
向、即ちサジタル方向（以下、Ｓ方向と呼ぶ）に伸びた
矩形状マーク部を用いて、その位置でのデフォーカス量
Δ２を検出していた。

ここで、本実施例のようにマークＲＭｘのＳ方向に伸び
た矩形状マーク部を用いてデフォーカス量ΔＺを検出す
る場合と、Ｘ軸方向、即ちメリデイオナル方向（以下、
Ｍ方向と呼ぶ）に伸びたマークＲＭｘの矩形状マーク部
を用いてデフォーカス量Δ２を検出する場合とでは、投
影レンズ６の非点収差によって投影レンズ６のレチクル
側の光軸方向の結像位置が異なり、Ｓ方向に伸びた矩形
状マーク部のみを用いたデフォーカス量ΔＺの検出では
オフセットが生じ得る。そこで、第３図に示した偏光フ
ィルター１２の分割方向が座標系ＸＹＯ面内で４５度だ
け傾（ように、偏光フィルター１２をファイバー１１の
端面に設ける。そして、マークＦＭｘの投影像でマーク
ＲＭｘのＳ方向に伸びた矩形状マーク部を１回Ｘ軸方向
に走査してデフォーカス量ΔＺｓを検出し、同様にマー
クＦＭｙの投影像でマークＲＭｘのＭ方向に伸びた矩形
状マーク部を１回Ｙ軸方向に走査してデフォーカス量Δ
Ｚｍを検出する。この結果に基づいて所定の基準位置（
座標値Ｚｎ）におけるデフォーカス量ΔＺを求めるよう
に構成すれば、投影レンズ６の非点収差によるオフセッ
トの発生を防止することができる。また、第６図に示す
ように４分割された互いに対向する象限に遮光部１２ａ
、１２ｂを設けた偏光フィルターを用いれば、偏光フィ
ルター１２を４５度傾けて用いた場合と同様の効果を得
ることができるのは明らかである。

また、本実施例では偏光フィルター１２を用いていたが
、例えば第７図に示すように投影レンズ６の瞳面と略共
役な位置に、レチクルＲを透過した照明光を空間的に分
割する、即ち瞳像ＨｔをＸ軸方向に関して波面分割する
光学部材Ｍ３を設け、この２分割された光束をそれぞれ
ディテクターが受光するように構成すれば、マークＲＭ
ｘ、ＲＭｙ１、ＲＭｙ２のＹ軸方向に伸びた矩形状マー
ク部を用い、各位置でのデフォーカス量ΔＺを検出する
ことができ、偏光フィルター１２を用いずとも同様の効
果を得られることは明らかである。或いは、上述の光学
部材Ｍｓの代わりに瞳面と略共役な位置に４分割受光素
子を設け、４分割受光素子がレチクルＲを透過した照明
光をＸ軸方向に関して２分割して受光し、それぞれ光電
検出するように構成しても、同様の効果を得ることがで
きる。

さらに、上述の光学部材Ｍｓが瞳像Ｈｔを座標系ＸＹの
Ｘ軸またはＹ軸に対して４５度傾いた方向に関して２分
割するように、光学部材Ｍｓを座標系ＸＹの面内で４５
度傾け、投影レンズ６の瞳面と略共役な位置に設ければ
、例えばマークＲＭｘのＸ軸、Ｙ軸方向に伸びた各矩形
状マーク部を用い、その位置でのデフォーカス量ΔＺを
デフォーカス量ΔＺｓ、６２ｍから求めることができ、
偏光フィルター１２を用いず計測を行う場合においても
、投影レンズ６の非点収差によるオフセットの発生を防
止することができる。また、第８図に示すようにレチク
ルアライメントマークとして、座標系ＸＹにおいてマー
クＲＭ’をレチクル中心ＲＣに関して４５度回転させた
位置に設けた場合、フィデエーシャル・マークＦＭを透
過した照明光は、マークＲＭ’においてレチクル中心方
向（Ｓ方向）と同心円の接線方向（Ｍ方向）との２方向
についてのテレセン傾きを考慮する必要がある。

従って、マークＲＭ’を透過した照明光を受光する上述
した光学部材Ｍｓと２つのディテクターから成る受光光
学系を、瞳像ＭＬをそれぞれＳ方向、Ｍ方向、即ち座標
系ＸＹに対して４５度傾いた方向に関して２分割して受
光するように２組配置し、例えばマークＦＭｘの投影像
でマークＲＭ’のＹ軸方向に伸びた矩形状マーク部を走
査するように構成すれば、偏光フィルター１２を用いず
とも、１回の走査で検出されるデフォーカス量ΔＺｓ、
６２ｍに基づいて、その位置でのデフォーカス量ΔＺを
検出することができ、非点収差によるオフセットの発生
も防止することができる。

〔発明の効果） 以上のように本発明によれば、ウェハステージを１回走
査させるだけでデフォーカス量が検出されるため、焦点
合わせに要する時間を短縮することができる。また、フ
ィデューシャル・マークの投影像とレチクルアライメン
トマークとの合致する位置が、ウェハステージのステッ
ピング精度に依存することなく計測されるので、デフォ
ーカス量を精度良く検出することができ、高精度の焦点
合わせを行うことができる。さらに、デフォーカス量を
検出する際にレチクルアライメントマークの位置も同時
に検出されるため、ベースライン計測に要する時間を短
縮することができると共に、照明光のテレセン性や焦点
位置等に依存することなく計測が行われるため、高精度
のベースライン計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による合焦装置を有する
ステッパーの概略的な構成を示す平面図、第２図はレチ
クルの概略的な構成を示す平面図、第３図は偏光フィル
ターの概略的な構成や配置の説明に供する図、第４図（
ａ）はフィデューシャル・マークの投影像がレチクルア
ライメントマークを走査する際の説明に供する図、第４
図（ｂ）はウェハステージの位置信号と同期して第１、
第２デイテクターの光量変化を検出する時に得られる波
形信号を表す図、第４図（Ｃ）はテレセン傾きの検出の
説明に供する図、第５＠はデフォーカス量の検出及びベ
ースライン計測の説明に供する図、第６図は偏光フィル
ターの構成の一例を示す図、第７図は波面分割を行う光
学部材の概略的な配置の説明に供する図、第８図はレチ
クルの構成の一例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　所定形状の光透過性の基準パターンを有する基準部材
   と、該基準部材に関して投影光学系と反対側に配置され
   、前記基準パターンを照明する照明系とを有し、マスク
   に形成されたパターンを前記投影光学系を介して感光基
   板上に投影露光する装置において、 前記基準パターンのエッジ方向と交差する第１方向に関
   して前記照明系からの光束の偏光特性を異ならせる偏光
   手段と；前記基準パターンから前記投影光学系を介して
   前記マスクを通過する前記光束の光路中に配置され、前
   記光束を第１偏光と第２偏光とに分割する偏光分割手段
   と；前記第１偏光を受光する第１光電検出手段と；前記
   第２偏光を受光する第２光電検出手段と；前記第１光電
   検出手段の出力信号と前記第２光電検出手段の出力信号
   とに基づいて、前記マスクと前記基準部材との間の光路
   長を変化させる調整手段とを備えたことを特徴とする投
   影露光装置。