JPH02251707A - 位置検出装置 - 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） 本発明は回折格子干渉型の位置検出装置に関するもので
あり、特に半導体製造装置等のウェハ、マスク等の高精
度な位置合わせ装置に好適なものである。

（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半導体
のウェハ上に転写する装置として、投影型露光装置、所
謂ステッパーが多用されるようになってきている。特に
、最近はこれにより製造されるＬＳＩの高密度化が要求
されてきており、より微細なパターンをウェハ上に転写
する必要がある。これに対応するには、より高精度な位
置合わせ（アライメント）が不可欠である。

そこで、ヘテロゲイン干渉法を利用して、より高精度な
位置検出行う装置として、例えば特開昭６２−２６１０
０３号公報にて開示されている。

この装置は、僅かに異なる周波数のＰ偏光とＳ偏光とを
含む光束を射出するゼーマン効果を利用したゼーマンレ
ーザーを位置合わせ（アライメント）用の光源としてお
り、このゼーマンレーザーからの光束を偏光ビームスプ
リッタ−により、周波数ｆ１のＰｆＩＡ光と周波数ｆ、
のＳ偏光との光束に２分割し、この分割された各光束が
各々の反射ミラーを介して、レチクル（マスク）上に形
成された回折格子マークを所定の２方向で照射するよう
に設けられている。このマスクには、回折格子マークに
隣接した位置に窓が設けられており、この回折格子マー
クを照射する１部の光束が窓を通してウェハ上に形成さ
れた回折格子マークを所定の２方向で照射する。各回折
格子マークを互いに異なる周波数を持つ光束が２方向で
照射することにより発生する回折光を、検出系の偏光板
を介させることにより互いに干渉させて、各々の干渉に
よる２つの光ビート信号を検出器にて充電検出している
。

そして、各信号の相対的な位相差が、回折格子マーク上
で交差する２光束と基板とのズレ量に対応するため、検
出されたいずれか一方の光ビート信号を基準信号として
、この位相差が零となるように、レチクルとウェハとを
相対的に移動させることにより高精度な位置検出を行っ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） ２つのコヒーレント光が照射されたアライメント用の回
折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）より発生する回折光を互い
に干渉させて、この干渉縞の強度を充電検出する干渉法
で高精度で正確なアライメントを行うには、互いに等し
い入射角度を持った所定の交差角で２つのコヒーレント
光をこの回折格子マークに照射する必要がある。

例えば、第８図に示す如く、検出すべき回折光が、回折
格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）に対して垂直（法線）方向に
発生する回折光（ＤＩ　、ＤＩ　＞であるとすると、各
回折格子マーク（ＷＭ、ＲＭ）を２方向で照射する２光
束（Ｌ、　、Ｌ、）の交差角θは、この回折格子マーク
（ＷＭ、ＲＭ）上を２方向で照射する２光束の入射角（
α、β）の和であるため、 θ＝ｓ　ｉ　ｎ−’　（ｎｔ　λ／２）−ｓ　ｉ　ｎ−
’　（ｎｔ　λ／　Ｐ　）　−−−−−（１１で一義的
に与えられる。

但し、レーザー光源の波長をλ、回折格子のピッチをＰ
１人射角αで回折格子を照射する光束Ｌ１により発生す
る回折光り、の次数ｎｌ　　（ｎ〉０）、入射角βで回
折格子を照射する光束Ｌ１により発生する回折光り、の
次数ｎｔ（ｎｌ＜Ｏ）である。

一例として、検出すべき回折光を±１次光とし、回折格
子マーク（ＷＭＳＲＭ）を照射する光束の波長λをＢｏ
ｏｎｓ（０，６ｐ　ｍ）、回折格子マーク（ＷＭ。

ＲＭ）のピッチＰを１０μｌとすると、交差角θは、θ
ｘｓ　ｉ　ｎ−’　（０，６μｍ　／ｌｏμｍ　）　−
ｓ　　ｉ　ｎ−１（−０，６μｓ　／ｌｏμｍ　）”１
６．９’　　・・・・（２） と一義的に決定される。

しかしながら、装置の調整誤差等が起因して、所定の交
差角と異なる角度で２つのコヒーレント光が回折格子マ
ーク（ＷＭ、ＲＭ）を照射し、これにより発生する回折
光を干渉させて、検出器にて光ビート信号を得ると、こ
の信号の規則性が崩れるばかりか、コントラストも低下
して正確で安定した位置検出が困難となる。

そこで、先に述べた特開昭６２−２６１００３号公報に
おいては、レチクル及びウェハ上に形成された回折格子
マークを所定の２方向で照射するように、このレチクル
上に配置された２つの反射部材の傾きを変化させること
により各光束の回折格子マークに対する入射角、すなわ
ち交差角を調整できるようになっている。

しかしながら、この方式によって交差角を調整すると、
２光束の交差点が回折格子マークの垂直（法線）方向へ
移動する。このため、２光束の交差点上に回折格子マー
ク（ＷＭ、ＲＭ）を位置させるには、この交差点の移動
に追従して、ウエノ＼及びレチクルを保持しているステ
ージを一体に移動させなければならない。このように、
レチクル、ウェハを移動させることは、装置の複雑化を
招くばかりか、機械的なドリフトを受ける要因が増加す
るため、高精度なアライメントに対して好ましくない。

さらに、異なるピッチＰを有する回折格子マーク（ＲＭ
、ＷＭ）を使用すると、これに必要とされる交差角は大
きく変化するため、２光束の交差点が、回折格子マーク
の垂直方向へ大きく移動させなければならず、高精度な
アライメントにはより好ましくない。

このことを、第９図を参照しながら具体的に説明する。

図示の如く、交差角調整用の反射部材（Ｍ　＋、Ｍ、）
は、波長を６００ｎｍの波長を有する２光束（Ｌｌ、Ｌ
ｗ）が、実線で示す如く、位置Ａに配置された１０μ諺
ピツチの回折格子マーク（ＲＭ。

ＷＭ）を６．９°の交差角で照射できるように設定され
ているとする。

今、１０μｌピツチの回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）と
は異なる５μ箇のピッチの回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ
）を使用すると、これに必要とされる交差角θは、（１
）式より ０ｗ　ｓ　ｉ　ｎ−’　（０，６μｍ　／　５　ｕ１）
　−ｓ　ｒ　ｎ−’　（−０，６μ麿１５μ騰）　・・
・・・・・−（３）”ｔ１３．９’ となる。

このため、図示の如く、交差角調整用の反射部材をＭ＋
　、ＭｔからＭｌ　　、Ｍ１′の状態に傾けて交差角を
６．９″から１３．９’に変化させると、光束（Ｌｌ、
Ｌりの光路は破線の如く変化する。

これにより、２光束の交差点は回折格子マークの垂直（
法線）方向にΔ２だけ移動するので、回折格子マーク（
ＲＭ、ＷＭ）を有するレチクル、ウェハを位置Ａから位
置Ｂに移動させなければならない。

このとき、交差点の移動量Δ２は、各反射部材の回転軸
間を２分する距１１Ｄを例えば１０ｍ＋ａとすれば、 ｔａｎ（６，９’　　／　２　）　　　　ｊａｎ（１３
，９’　／　２　）４８３．８３ｍｍ　　　・・・・−
・（４）となって、交差点の移動量もより大きくなり好
ましくない。

そこで、本発明は、以上で述べた如き問題を全て解決し
、簡素な構成でありながら、常にコントラストが良好で
信頼性の高い安定したビート信号を迅速に得て、高精度
な位置検出が可能であると共に、異なるピッチを有する
回折格子マークを使用してもレチクル、あるいはウェハ
を保持しているステージを移動を全く不要とした位置検
出装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために、位置検出される
ための基板上の回折格子に、アライメント光学系を介し
て所定の交差角を持った２方向のコヒーレント光束を照
射し、該２光束の各々により発生する回折光を互いに干
渉させて、その強度を光電検出する位置検出装置におい
て、このアライメント光学系は、前記２つのコヒーレン
ト光を得るためにアライメント光を２分割する複屈折光
学素子を有し、この複屈折光学素子により分割される２
光束の分離角、もくしは２光束間の距離を変化させて、
前記交差角を調整可能にしたものである。

この複屈折光学素子は、アライメント光学系において前
記基板と略共役となる位置に設けられると共に、前記２
光束を所定の分離角で分離できるように光軸に対して傾
角可変に設けられていることが望ましい。

また、複屈折光学素子は、アライメント光学系の略瞳共
役となる位置に、入射側面と射出側面とが略平行となる
ように楔状をなした１対の複屈折プリズムの斜面が相対
向して設けられると共に、該斜面方向に沿って移動可能
に設けても良い。

さらに、この交差角可変手段は、複屈折光学素子により
交差角を変化させた際にも、前記回折格子を２方向で照
射する２光束の各入射角を、前記回折格子の法線を挟ん
で対称となるように補正する光学補正部材を有するよう
に構成することが望ましい。

（作　用） 本発明においては、複屈折光学素子によりアライメント
光が分割される２光束の分離角、もくしは２光京間の距
離を変化させて、レチクルもしくはウェハを保持してい
るステージを移動させることなく、この２光束によって
なる交差角の調整が可能となるようにした。これにより
、上記の各種の問題を一掃して、簡素な構成でありなが
ら、常にコントラストが高く、シかも信頼性の高い安定
したビート信号を得られるため、迅速に高精度な位置検
出が可能となる。また、異なるピッチを有するアライメ
ント用の回折格子マークにも十分に対応することができ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例による位置検出装置の概略
的な構成を示す図であり、以下この図を参照しながら詳
述する。所定の回路パターンとアライメント用のマーク
ＲＭ（回折格子）とを有するレチクル（マスク）１は２
次元的に移動可能なレチクルステージ２に保持されてい
る。レチクルｌ上の各パターンは照明光学系４０から供
給される露光光のもとて投影対物レンズ３によりウェハ
４（基板）上に結像される。また、ウェハ上にも上記の
レチクル上に形成された回折格子マークＲＭと同様の回
折格子マークＷＭが形成されている。

さて、ウェハ４はステップアンドリピート方式で２次元
移動するステージ上に吸着されて、ウェハ上の１つのシ
ョット領域でのレチクル上のパターンの転写が完了する
と、次のショット位置までステッピングされる。

レチクルステージ２及びウェハステージ５におけるＸ方
向、ｙ方向及び回転（θ）方向の位置を独立に検出する
ための不図示の干渉計が各ステージについて設けられて
おり、各方向における各ステージの駆動は不図示の駆動
モータにより行われる。

ところで、照明光学系４０からの露光光は、レチクル上
方に４５°に斜設されたダイクロイックミラー３６等に
より下方へ反射され、レチクルｌを均一に照明する。そ
して、均一に照明されたレチクル上のパターンは投影レ
ンズ３によりウェハ上にパターンの像を形成し、転写さ
れる。

一方、位置検出するためのアライメント光学系（１０〜
３６）については、上記のグイクロイックミラー３７の
上方に設けられており、以下アライメント光学系につい
て詳述する。

上記の露光光とは異なる長波長を有するアライメント用
の照明光は、レーザー光源１０から射出した後、１７４
波長板１１により円偏光となる。

この円偏光化した光束は、偏光ビームスプリッタ−１２
により互いに同一の光量となるようにＰ偏光とＳ偏光と
の光束にそれぞれ分割される。偏光ビームスプリッタ−
１２を通過したＰ偏光（紙面方向に偏光）の光束は第１
音響光変調器１４ａ（以下単にＡＯＭ１４ａと呼ぶ。）
に入射する一方、偏光ビームスプリッタ−１２を反射し
たＳ偏光（紙面方向に対して垂直な方向に偏光）した光
束は反射ミラー１３を介して第２音響光変調器１４ｂ（
以下単にＡＯＭ１４ｂと呼ぶ。）に入射する。各ＡＯＭ
はＰ偏光とＳ偏光との光束の相対的な周波数差がΔｆと
なるように、Ｐ偏光の光束の周波数をｆ、、Ｓ偏光の光
束の周波数を【Ｉに周波数変調する。

ＡＯＭ１４ａにより周波数ｆ、に変調したＰ偏光の光束
は、反射ミラー１５を介して偏光ビームスプリッタ−１
８へ到達する一方で、ＡＯＭＩ　４ｂにより周波数ｆ、
に変調したＳ偏光の光束もビームスプリッタ−１６へ到
達する。

ビームスプリッタ−１６は、各周波数に変調した光束は
同一光路上に合成されて、複屈折光学素子の１つである
ウォラストンプリズム１７へ導く。

これを介した光束は所定の分離角を持って周波数ｆ、の
Ｐ偏光と周波数ｆ、のＳ偏光とに分離された後、レンズ
１８を介すると、レンズ作用を受けて分離された状態で
並列に進行する。この２光束は、１／２波長板１９によ
り偏光方向が４５″回転し、偏光ビームスプリッタ−２
０を介すると、通過方向には各光束中のＰ偏光成分、反
射方向には各光束中のＳ偏光成分にそれぞれ分割される
。

この偏光ビームスプリッタ−２０を反射した２光束は、
レンズ２１により参照用の回折格子２２上にピッチ方向
Ｃ；沿って流れる干渉縞が形成され、この回折格子２２
を介した回折光が検出器２３にて参照用の光ビート信号
として光電検出される。

一方、偏光ビームスプリッタ−２０を透過した２光束は
、傾角可変な平行平面板２４に達する。

この平行平面板２４（光学補正部材）の機能については
後に詳述するが、これはウォラストンプリズム１７の傾
きに応じて各光束の光路がシフトし、アライメント光学
系の瞳位置に形成される２つのビームスポットが光軸に
対して非対称となることにより、位置検出信号に誤差が
含まれることを除去するためのものである。

そして、この平行平面板２４を介した後、リレー系（２
５，２６）を介し、アライメント光学系の瞳位置近傍に
設けられたビームスプリッタ−２７に達する。このとき
、平行平面板２４は、アライメント光学系の瞳空間に配
置されているが、瞳位置に配置されるように構成される
ことがより好ましい。

そして、ビームスプリッタ−２７を通過して並列に進行
する２光束は、対物レンズ３θ、グイクロイックミラー
３７を介して、所定の交差角を持つ２方向でレチクル上
の回折格子マークＲＭを照明する。

尚、投影レンズ３がアライメント光に対して色収差補正
されていない際には、対物レンズ３８は、本発明と同一
出願人による特開昭８３−２８３１２９号公報にて提案
した２焦点光学系で構成されることが望ましい。この場
合、２焦点光学系に入射する偏光した２光束をそれぞれ
２成分に分割するために、入射光束の偏光方向が２焦点
光学系の光学軸に対して傾くように配置する。すると、
第１焦点に向けて進行する一方の光束同士がレチクル上
で結像し、第２焦点へ向けて進行する他方の光束同士が
レチクルから外れた位置で結像した後、投影レンズ３を
介してウェハ上で結像する。

さて、レチクルｌには、＊２Ａ図に示す如く、回折格子
マークＲＭと並列的にアライメント光透過用窓Ｐ。（以
下、透過窓部と呼ぶ。）が設けられており、第２Ｂ図に
示す如くこの透過窓部Ｐ。

に対応して、レチクル上に形成されている回折格子マー
クと同ピツチの回折格子マークＷＭがウェハ上に形成さ
れている。

このため、アライメント光の一部が、レチクル上を所定
の交差角θを持った２方向でレチクル上の回折格子マー
クＲＭを照明するために、回折格子のピッチ方向に沿っ
て流れる干渉縞が発生する。

この回折格子マークＲＭにより発生する±１次回折反射
光が光軸方向へ進行するように、２光束の交差角θは予
め設定されている。

これにより、回折格子マークＲＭから発生する±１次回
折光は、再びグイクロイックミラー３７、対物レンズ３
６を通過した後、ビームスプリッタ−２７、レンズ２８
、ビームスプリッタ−２９を介して、視野絞り３３へ達
する。

この視野絞り３３は、レチクル１と共役な位置に設けら
れており、具体的には、第２Ｃ図の斜線に示す如く、レ
チクル１の回折格子マークＲＭからの回折光のみを透過
させるように、回折格子マークＲＭの位置に対応して開
口部ＳＵＭが設けられている。

このため、視野絞り３３を通過した回折格子マークＷＭ
からの回折光は、０次光（正反射光）をカットする空間
フィルター３４によりフィルタリングされて検出器３５
にてレチクルｌの位置情報を含んだ光ビート信号が光電
検出される。

一方、上記のレチクル上の透過窓部Ｐ。を通過した１部
のアライメント光束は、投影レンズ３を介して、回折格
子で形成されたウェハ上の回折格子マークＷＭを所定の
交差角を持った２方向で照明し、このマークＷＭにより
発生して光軸上に沿って進行する±１次回折光が、投影
レンズ３、グイクロイックミラー３７、対物レンズ３θ
、ビームスプリッタ−２７、レンズ２Ｂ、ビームスプリ
ッタ−２９を介して、視野絞り３０に達する。

この視野絞り３０は、ウェハ４と共役な位置に設けられ
ており、具体的には、第２Ｄ図の斜線に示す如く、ウェ
ハ４の回折格子マークＷＭからの回折光のみを透過させ
るように、回折格子マークＷＭの位置に対応して開口部
Ｓ□が設けられている。

このため、この視野絞り２９を通過した回折格子マーク
ＷＭからの回折光は、０次光（正反射光）をカットする
空間フィルター３１によりフィルタリングされて検出器
３１にてウェハ４の位置情報を含んだ光ビート信号が光
電検出される。

各空間フィルター（３１，３４）は、アライメント光学
系の瞳面と略共役な位置、すなわち投影レンズ３の瞳（
射出瞳）と実質的に略共役な位置に配置され、レチクル
、ウェハ上に形成された回折格子マークからの０次光（
正反射光）を遮断し、±１次回折光（レチクル１、ウェ
ハ４の回折格子に対して垂直方向に発生する回折光）の
みを通すように設定されている。

また、検出器（３２，３５）は、対物レンズ３６、レン
ズ２８を介して、それぞれレチクル１、ウェハ４と略共
役となるように配置されている。

さて、位置合わせされていない状態でレチクル１、ウェ
ハ４が任意の位置で停止していると、以上の如き本実施
例により各検出器（２３，３２，３５）から得られる３
つの光電信号は、ともに同周波数Δｆの正弦波状の光ビ
ート信号となり、互いに一定の位相差だけズしている。

ここで、レチクル１及びウェハ４からの各光ビート信号
の位相差（±１８０”）は、レチクルｌ及びウェハ４上
のそれぞれに形成された回折格子マークの格子ピッチの
１／２内の相対位置ズレ量に一義的に対応している。

レチクルｌとウェハ４とが各回折格子マーク（ＲＭ、Ｗ
Ｍ）の配列（ピッチ）方向に対して相対移動すると、相
対位置ズレ量が各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）の格子
ピッチのｌ／２となる毎に同位相の信号となる。このた
め、各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）の格子ピッチの１
／２以下の精度でプリアライメントし、主制御系５１は
、サーボ系５２により位相差検出系５０で得られた位相
差が零となるようにレチクルステージ２もしくはウェハ
ステージ５を２次元移動させて位置合わせを行うことに
より高分解能な位置検出が達成できる。

また、検出器２３より得られる参照用の光ビート信号を
基準信号として、この基準信号と各回折格子マーク（Ｒ
Ｍ、ＷＭ）からの各光ビート信号との各々位相差が零と
なるように位置合わせを行なっても良い。また、各ＡＯ
Ｍ（１５ａ１１５ｂ）をドライブさせるドライブ信号を
基準信号として利用することも勿論可能である。

次に、本実施例において、各回折格子マーク（ＲＭ、Ｗ
Ｍ）を所定の交差角θを持った２方向でアライメント光
を照明するための、交差角調整用のウォラストンプリズ
ム１７について詳述する。

レチクル１、ウェハ４の各々に対して光学的に略共役に
配置されたウォラストンプリズム１７は、第３図に示す
如く、Ｙ方向に光学軸を有する三角柱状の複屈折プリズ
ム１７ａと、２方向に光学軸を育する三角柱状の複屈折
プリズム１７ｂとが斜面で接合されている。

今、周波数ｆ１のＰ偏光と周波数ｆ、のＳ偏光とを有す
る光束がプリズム１７の入射側面に対して入射角Ｉで入
射すると、常光線（Ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｒａｙ）として
進行する周波数ｆ１のＰ偏光の光線Ｐ１．と異常光線（
Ｅｘｔｒａｏｒｄｌｎａｒｙ　ｒａｙ）として進行する
周波数ｆ、のＳ偏光の光線ＳＬ１とに分離されて、プリ
ズム１７ｂの射出側面を所定の分離角γ（ウォラストン
プリズムを射出するＰ偏光光の射出方向とＳ偏光光の射
出方向とのなす角）で射出する。これは、各プリズム１
７ａ、１７ｂの光学中を通過するＰ偏光光（常光線）と
Ｓ偏光光（異常光線）との伝播方向が異なるためである
。

ウォラストンプリズム１７を介して周波数ｆ。

のＰ偏光光Ｐ、と周波数ｆｗのＳ偏光光Ｓｒｓとが分離
される角度γは、これに入射する光線の入射角θの変化
に応じて変化する。このため、本実施例は、図示の如く
、ウォラストンプリズムの接合面を２分するような位置
に設けられた回転軸ＲＡを中心に傾けることに応じて、
分離角γを調整している。

第３図は、つオラストンプリズムを回転軸ＲＡを中心に
傾けた際、これに入射する光束の入射角θと、これによ
り分離される光束の分離角γとの光学特性を示している
。

このように、ウォラストンプリズムを傾けて分離角γを
変化させると、レンズ９によりレンズ作用を受けて光軸
方向に沿って並列的に進行する２光束の相対的な間隔が
変化するため、最終的にレチクル１、ウェハ４を２方向
で照明する２光束の交差角θを自由自在に調整すること
ができる。すなわち、分離角γの変化が交差角の変化に
対応している。

したがって、アライメント精度をさらに高分解能にする
ため、レチクルＲ及びウェハＷ上に形成された各回折格
子マーク（ＲＭ、ＷＭ）には、より微細なピッチＰが形
成されているとすると、先に述べた（１）式から明らか
なように、さらに大きな交差角が必要となるが、ウォラ
ストンプリズム１７の傾角を単に大きく変化させるだけ
で、このような対応も容易にとることができる。

本実施例において交差角を自動的に調整するには、ウォ
ラストンプリズム１７の傾き量と交差角との相関関係を
主制御系５１等に予め記憶させ、また、ウォラストンプ
リズム１７の姿勢（傾き状態）を検知する姿勢検知手段
を含んだ制御駆動系１７０を設けることが望ましい。

今、交差角が所定の値からズしているとすると、主制御
系５１は、姿勢検知手段によるウォラストンプリズム１
７の姿勢情報から、予め記憶された相関的な情報に基づ
いて、所定の交差角となるようなウォラストンプリズム
１７の傾き量を算出し、この算出量だけウォラストンプ
リズム１７を傾けるための指令を駆動制御系１７０へ出
力し、駆動制御系１７０により、ウォラストンプリズム
！７は所定の姿勢となるまで傾けられる。このとき、主
制御系５１は、検出器にて得られる光ビート信号のコン
トラストが最大となでいるか否かにより、交差角の調整
が正確に行われているかどうかを判定する０もし、光ビ
ート信号のコントラストが良好な状態でなければ、主制
御系５１は、ウォラストンプリズムの傾きを左右に微動
させる信号を出力して駆動制御系１７０を駆動させ、コ
ントラストが最大となるようにウォラストンプリズム１
７の姿勢を補正させる。

以上の如く、交差角を自動調整可能に構成すれば、交差
角を微調整することのみならず、交差角を大きく変化さ
せて調整することにも正確かつ迅速に対応することがで
きる。

ところが、ウォラストンプリズム１７の傾き量に応じて
各光束の光路は変化し、厳密に言ってアライメント光学
系の光軸を挟んで対称とはならず、アライメント光学系
の瞳位置に形成される各光束のビームスポットが光軸を
挟んで非対称となる。

これにより、各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）を２方向
で照射する２光束の入射角がこの各回折格子マークの法
線方向に対して非対称となり、テレセン性（回折格子マ
ークを２方向で照射する２光束の２等分線における投影
レンズの光軸に対する平行度）が崩れる。

この結果、レチクルｌあるいはウェハ４が所定の位置か
ら投影レンズ３の光軸方向（２方向）へ僅かに変位して
いると、各回折格子マーク上に形成される干渉縞の同位
相点が格子配列（ピッチ）方向ヘズレれるため、位置検
出誤差となる。

そこで、本実施例は、ウォラストンプリズム１７の傾き
量に応じて、第１図の紙面に対して垂直な方向に回転軸
を有するテレセン補正用の光学補正部材として機能する
平行平面板２４を、この回転軸を中心に所定の傾き量だ
け傾けられるため、テレセンを補正できる構成としてい
る。

これを自動調整するには、例えば、第５図に示す如く、
レチクルステージ２あるいはウェハステージ５を投影レ
ンズ３の光軸方向へ微小変位毎に、各検出器により光電
検出される光ビート信号と各ＡＯＭをドライブする信号
との位相差をサンプリングして、φ１１とφ１．との差
Δφ、に相当した横ズレ量をΔＸとして、Ｔ＝八へ／Ｉ
　Ｚｌ　−Ｚ４１を求める。但し、ＩＺＩ−２４１の値
は、位置検出可能な領域内でのレチクルステージ１ある
いはウェハステージ５の移動量である。このとき、Ｔは
テレセン度を示し、この値が小さければ小さい程、テレ
セン性が良いことを示している。

主＃御系５工はこのように求められたテレセン度Ｔの値
が許容値となっているか否かを判断し、この値が許容範
囲外であれば、目標とするテレセン度と計測したテレセ
ンとの差に基づいて、適切な平行平面板２４の傾き量を
算出し、この算出した傾き量だけ平行平面板２４を傾け
るための指令を駆動制御系２４０に出力する。

以上の如き構成により、平行平面板２４を適切な傾き量
だけ傾ければ、アライメント光学系の瞳位置に形成され
る２つのビームスポット位置は光軸を挟んで対称となり
、所定の交差角が維持された状態で、対物レンズ３３の
光軸を挟んで対称となるような入射角で各回折格子マー
ク（ＲＭ、ＷＭ）に２光束を照射することができる。

このテレセン補正用の平行平面板２４はアライメント光
学系の瞳空間に設けられていれば良く、レンズ１８と偏
光ビームスプリッタ−２０との光路間にこれを設ければ
、各回折格子マーク（ＲＭ。

ＷＭ）及び参照用の回折格子２２を２方向で照射する２
光束のテレセン性を同時に補正することができる。また
、偏光ビームスプリッタ−２０とレンズ２５との間に設
けられた平行平面板２４の他に、参照光検出側の偏光ビ
ームスプリッタ−２０とレンズ２１との間に、テレセン
補正用の平行平面板を設けても良い。

このように、交差角を調整する際には、アライメント光
学系におけるウォラストンプリズム１７を最適な傾角に
変化させるとともに、これに連動して平行平面板２４の
傾きを調整してテレセン補正することにより、各光学系
における結像（共役）関係を全く崩さずに、各回折格子
マーク（ＲＭ、ＷＭ）を所定の交差角を持った２方向で
照明できるため、常に良好なるコントラストと信頼性の
高く、安定した光電信号を得られ、正確なアライメント
を行うことができる。

次に、本発明の第２実施例について、第６図に示す第２
実施例の位置検出装置の概略的な構成図を参照しながら
詳述する。

本★施例において、上記の如き第１実施例の概略的な構
成図を示した第１図と共通な部材については全く同じ符
合を付しである。

本実施例においては、第１実施例で述べたウォラストン
プリズムの代わりに、入射側面と射出側面とが略平行と
なるように楔状をなした１対の複屈折プリズムの斜面が
相対向して、この斜面方向に沿って移動可能に設けられ
た複屈折光学素子１７０を有するものである。

この複屈折光学素子は、図示の如く、第１実施例と同様
に、ＡＯＭ等により互いに異なる周波数に変調された各
光束が偏光ビームスプリッタ−により、同一光路上に導
かれた、アライメント光学系の略瞳共役位置に配置され
ている。

複屈折光学部材を構成している一対の楔状の複屈折プリ
ズムの頂角αは、第７Ａ図に示す如く、互いに等しくな
るように設けられており、楔状の複屈折プリズム１７１
ａは、入射面に対して所定方向に光学軸に持つように設
定されており、楔状の複屈折プリズム１７１ｂの光学軸
方向も、これと同様な方向となるように設定されている
。

図示の如く、周波数【１のＰ偏光と周波数ｆ。

のＳ偏光とを含む光束が、この楔状の複屈折プリズム！
７１ａの入射側面に対し垂直に入射すると、直線状に進
行する周波数・ｆｌのＰ偏光光Ｐ、、（異常光線）と、
所定の角度を持って進行する周波数ｆ１のＳ偏光光ＳＬ
！（常光線）とに分離され、楔状の複屈折プリズム１７
１ｂを介して互いに平行光として射出する。

今、複屈折光学素子１７１の入射側面と射出側面との平
行性が維持されるように、第７Ｂ図の如く、一対の複屈
折プリズムの斜面に沿って、楔状の複屈折プリズム１７
１ａをａ方向へ移動させると、この移動量δに応じて楔
状の複屈折プリズム１７１ｂの射出する２光束の間隔ｄ
′が大きくなる一方、楔状の複屈折プリズム１７１ａを
逆にｂ方向へ移動させると、この移動量に応じて楔状の
複屈折プリズム１７１ｂの射出する２光束の間隔ｄ′が
小さくなる。

すなわち、複屈折光学素子中１７１を進行する各偏光光
の光路長が変化するので、これを射出する各偏光光の相
対的な間隔が変化し、この間隔変化が交差角変化に対応
する。

複屈折光学素子によりＰ偏光とＳ偏光とに分離される２
光束の間隔ｄは、次式により与えられる。

ｄ＝（ｔ±δ５ｉｎａ）　ｔａｎβ　　・−−＋５１但
し、楔状の複屈折プリズム（１７１ａ、１７１ｂ）の頂
角をαとして、楔状の複屈折プリズム１７１ａに入射し
た光束がＰ偏光とＳ偏光とに分離される角度をβ、各楔
状の複屈折プリズムが斜面に沿って相対的に移動した時
の移動量を±δ、光軸方向に沿った複屈折光学素子の厚
さをｔとしている。

以上の如く、一対の楔状の複屈折プリズムを斜面方向へ
適切な移動量だけ相対的に移動させるだけで、回折格子
マーク（ＲＭＳＷＭ）を２方向で照射する光束の交差角
θを容易に調整することができるので、異なるピッチを
有する各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）にも十分対応す
ることができる。

尚、本実施例では、この複屈折光学素子１７１を構成し
ている一対の楔状プリズムの斜面が接しているが、各楔
状プリズムの斜面間を離した状態で相対向させて配置し
て、この楔状の複屈折プリズムの斜面間で形成される空
気間隔が一定となるように一対の楔状プリズムが斜面に
沿って相対的に移動するように構成しても良い。

本実施例の交差角の自動調整については、例えば、複屈
折光学素子１７１を構成している一対の楔状の複屈折プ
リズムの斜面方向の相対移動量とこの移動量により変化
する交差角との相関関係を主制御系５１等に予め記憶さ
せ、また、楔状の複屈折プリズムを斜面方向の相対移動
を検知する移動量検知手段を含んだ制御駆動系１７０を
設けることにより達成できる。

今、交差角が所定の値からズしているとすると、主制御
系５１は、移動量検知手段による一対の楔状プリズム（
１７１ａ、１’７１ｂ）の相対的な移動量から、予め記
憶された相関的な情報に基づいて、所定の交差角となる
ように楔状の複屈折プリズムの移動量を算出し、この算
出量だけ一対の楔状プリズム（１７１ａ、１７１ｂ）を
斜面方向に相対移動させる指令を駆動制御系１７０へ出
力することができる。このとき、主制御系５１は、検出
器にて得られる光ビート信号のコントラストが最大とな
でいるか否かにより、交差角の調整が正確に行われてい
るかどうかを判定する。もし、光ビート信号のコントラ
ストが良好でなければ、主制御系５１は、一対の楔状プ
リズム（１１１ａ。

１７　ｌ　ｂ）を斜面方向に相対に微移動させる信号を
出力して駆動制御系１７０を駆動させ、コントラストが
最大となるように一対の楔状プリズム（１７１ａ、１７
１ｂ）の相対移動量を補正する。

以上の如く、交差角を自動調整可能に構成すれば、交差
角を微調整することのみならず、交差角を大きく変化さ
せて調整することにも正確がっ迅速に対応することがで
きる。

ところが、本実施例においても、交差角を調整するため
に、一対の楔状の複屈折プリズムの斜面に沿って移動さ
せると、アライメント光学系の光軸を挟んで進行する光
路が変化し、各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）を２方向
で照射する２光束の入射角がこの各回折格子マークの法
線方向に対して非対称となり、テレセン性が崩れる。こ
の結果、レチクルステージｌあるいはウェハステージ５
が所定の位置から投影レンズ３の光軸方向へ僅かに変位
していると、検出される信号に、誤差が含まれることに
なる。

このため、本実施例も第１実施例と同様に、対の楔状の
複屈折プリズム（１７１ａ、１７１ｂ）の相対的な移動
に応じて、平行平面板２４の光軸に対する傾角を変化さ
せて、テレセン状態を維持している。

交差角調整により崩れたテレセン性を補正するには、先
に述べた第１実施例と同様な補正手法により達成するこ
とができるため、説明を省略する。

また、テレセン補正用の平行平面板２４の配置されるべ
き位置は、先に述べた第１実施例と同様に、アライメン
ト光学系の瞳空間に設けられていれば良く、平行平面板
２４の配置される位置及び枚数は本実施例に限るもので
はない。

このように、本実施例においても、交差角を調整する際
には、アライメント光学系における一対の楔状プリズム
（１７１ａ、１７１ｂ）を最適な移動量だけ斜面方向に
相対移動させるとともに、これに連動して平行平面板２
４の傾きを調整してテレセン性を補正することにより、
各光学系における結像（共役）関係を全く崩さずに、各
回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）を所定の交差各を持った
２方向で照明できるため、常に良好なるコントラストと
信頼性の高く、安定した光電信号を得られ、正確なアラ
イメントを行うことができる。

さて、各実施例とも、各回折格子マーク（ＲＭ、ＷＭ）
を２方向で照射することにより発生する干渉縞の発生（
配列）方向と回折格子マーク（ＲＭ。

ＷＭ）の配列（ピッチ）方向とがズしていると、検出信
号のコントラストが大きく低下するため、安定した位置
検出が困難となる可能性がある。

そこで、このズレ量の分だけウォラストンプリズム１７
と平行平面板２４とを同時に光軸中心に回転させれば良
い。このとき、ウォラストンプリズム１７がＰ偏光とＳ
偏光とに分離できる偏光分離面が回転するため、偏光ビ
ームスプリッタ−１６とウォラストンプリズム１７との
光路間にｌ／２波長板等を配置し、この１／２波長板を
光軸中心に回転させて、ウォラストンプリズムに入射す
る光束の偏光方向を所定量だけ回転させれば良い。

この時の自動補正については、検出器（３２，３５）に
て得られる光ビート信号のコントラストが最大となるよ
うに、各部材を回転量を制御することが望ましい。

尚、本発明の各実施例には、ウォラストンプリズム、楔
状の複屈折プリズムを組み合わせた複屈折光学素子を適
用したが、その他の複屈折光学素子として、ローション
プリズム、セナルモンプリズム、あるいは複屈折プリズ
ムに等方的で複屈折性のないガラスを組み合わせたもの
を適用しても良い。

また、本発明は上記で述べた実施例に限ることなく、本
発明と同一出願人による特開昭ｅｏ−ｉ３０７４２号公
報にて提案した如く、レチクルを介さずに投影レンズを
通してアライメント光をウェハ上の回折格子マークに２
方向で照射できるような構成を適用しても良く、さらに
プロミキシティ方式にも適用することができ、さらには
、ホモダイン干渉法による位置合わせ装置にも十分に対
応することができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、複屈折光学素子によりア
ライメント光が分割される２光束の分離角、もくしは２
光束間の距離を変化させて、レチクルもしくはウェハを
保持しているステージを移動させることなく、この２光
束によってなる交差角の調整が可能となるようできる。

これにより、上記の各種の問題を一掃して、簡素な構成
でありながら、常にコントラストが高＜、シかも等しい
ピッチで周期的に変化する信頼性の高いビート信号を得
られるため、正確で安定した高精度な位置検出が可能と
なる。

また、異なるピッチを有するアライメント用の回折格子
マークにも容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における概略構成図、第２
Ａ図はレチクル上の回折格子マークの形状を示す平面図
、第２Ｂ図はウェハ上の回折格子マークの形状を示す平
面図、第２Ｃ図はレチクル上の回折格子マークからの回
折光を得るための視野絞りを示す平面図、第２Ｄ図はウ
ェハ上の回折格子マークからの回折光を得るための視野
絞りを示す平面図、第３図はウォラストンプリズムの斜
示図、第４図はウォラストンプリズムの光学特性を示す
図、第５図はテレセン性の計測値を示すグラフ、第６図
は本発明の第２実施例における概略構成図、第７Ａ図は
一対の楔状の複屈折プリズムにより構成される複屈折光
学素子の斜示図、第７Ｂ図は楔状の複屈折プリズムの一
方を斜面方間に移動させた様子を示す図、第８図はコヒ
ーレントな２光束を回折格子に照射することにより回折
光が発生する様子を示す図、第９図は従来の装置におけ
る交差角を調整する様子を示す図である。 〔主要部分の説明〕 ｌＯ・・・・・・・・光源 １３．１６・・・・・・−偏光ビームスプリッタ−１４
ａ　、　１４　ｂ−音響光変ｌｉ器（ＡＯＭ）１７．６
０−・・・・・・・複屈折光学素子２４・・・・・・・
−平行平面板 １７０．２４０・・・・・駆動制御系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）位置検出されるための基板上の回折格子に、アライ
   メント光学系を介して所定の交差角を持った２方向のコ
   ヒーレント光束を照射し、該２光束の各々により発生す
   る回折光を互いに干渉させて、その強度を光電検出する
   位置検出装置において、前記アライメント光学系は、前
   記２つのコヒーレント光を得るためにアライメント光を
   ２分割する複屈折光学素子を有し、 該複屈折光学素子を介することにより分離される２光束
   の分離角を変化させて、前記交差角を調整可能にしたこ
   とを特徴とする位置検出装置。 ２）位置検出されるための基板上の回折格子に、アライ
   メント光学系を介して所定の交差角を持った２方向のコ
   ヒーレント光束を照射し、該２光束の各々により発生す
   る回折光を互いに干渉させて、その強度を光電検出する
   位置検出装置において、 前記アライメント光学系は、前記２つのコヒーレント光
   を得るためにアライメント光を２分割する複屈折光学素
   子を有し、 該複屈折光学素子を介することにより分離される２光束
   の間隔を変化させて、前記交差角を調整可能にしたこと
   を特徴とする位置検出装置。 ３）前記複屈折光学素子は、アライメント光学系におい
   て前記基板と略共役となる位置に設けられると共に、前
   記２光束を所定の分離角で分離できるように光軸に対し
   て傾角可変に設けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の位置検出装置。 ４）前記複屈折光学素子は、アライメント光学系の略■
   共役となる位置に、入射側面と射出側面とが略平行とな
   るように楔状をなした１対の複屈折プリズムの斜面が相
   対向して設けられると共に、該斜面方向に沿って移動可
   能に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の位置検出装置。 ５）前記交差角可変手段は、前記複屈折光学素子により
   交差角を変化させた際に、前記回折格子を２方向で照射
   する２光束の各入射角を、前記回折格子の法線を挟んで
   対称となるように補正できる光学補正部材を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の位
   置検出装置。