JPH04223326A - 位置合わせ装置およびそれを備えた投影露光装置 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は半導体素子等の製造に用
いられる投影型露光装置の位置合わせ装置に関し、特に
ステップアンドリピート方式で被投影原版（以下レチク
ルという）のパターンをウエハのフォトレジスト層へ順
次投影露光していくステッパーに用いられる位置合わせ
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】半導体製造用の投影露光装置では、レチ
クル（第１物体）に形成された回路パターンをウエハ（
第２物体）のフォトレジスト層上に投影し、回路パター
ンをフォトレジスト層に転写することが行なわれるが、
この投影露光に先立って、ウエハのアライメントマーク
を検出してレチクルとウエハの相対的な位置合わせを行
なうことが必要である。 【０００３】位置合わせを高精度に行なうためには、ア
ライメントマークを露光装置の投影光学系を介して検出
するスルーザレンズ（ＴＴＬ）方式や更にレチクルを介
して検出するスルーザレチクル（ＴＴＲ）方式のアライ
メント方法がある。この際、露光装置の投影光学系は、
露光光の波長に対してのみ良好に収差補正されているの
で、アライメント光を露光光とは異なる波長とした場合
には投影光学系に諸収差が生じてしまう。 【０００４】しかしながら、アライメント光を露光光と
同一波長とした場合、ウエハ上に塗布したフォトレジス
ト層がアライメント光を吸収して感光してしまい、しか
もアライメントマークからの反射光が減少し、アライメ
ントマーク検出時のＳ／Ｎ比が低下してしまうという問
題が起こる。 【０００５】このため、この種の位置合わせ装置として
は、露光光とは異なる波長のアライメント光を用い、例
えば特開平１−２２７４３１号公報に開示されている装
置のように光軸方向の色収差（軸上色収差）を補正した
ものや特公平２−３５４４６号公報，特公平２−３５４
４７号公報等に見られる様に、単色光であるアライメン
ト光における非点収差、コマ収差を補正する光学系を備
えたものが提唱されてきた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位置合わせ装置においては、以下に説明するような問題
点がある。 【０００７】従来、投影光学系を介して軸外にあるアラ
イメントマークの像を検出する場合、アライメント光は
単色光とするのが一般的であるが、この場合、フォトレ
ジスト上からの反射光とウエハ表面からの反射光が干渉
するという不都合がある。 【０００８】即ち、段差形状をなすアライメントマーク
のレジスト堆積形状は非対称となることが避けられない
が、これに伴って干渉縞も非対称となり、干渉縞から得
られる検出信号も非対称かつ複雑となるため、アライメ
ントマークの検出不能あるいは検出誤差の増大を招いて
しまう。 【０００９】一方、干渉の影響を受けにくくするために
、アライメント光にある波長帯域幅をもたせた場合、ア
ライメント光の波長帯域内での波長差によって投影光学
系（投影レンズ）でかなりの色収差が発生し、アライメ
ントマークの像がぼけてしまう。 【００１０】特に、ウエハ上でのアライメントマークを
サジタル方向（ウエハ上で投影レンズの光軸を含む面と
交わる方向と直交する方向）に設けることがメリジオナ
ル方向（ウエハ上で投影レンズの光軸を含む面と交わる
方向）での位置合わせ精度の向上に重要であるものの、
倍率の色収差が存在すると、メリジオナル方向での位置
検出に大きな支障をきたす。 【００１１】ここで、アライメント光の波長帯域内での
倍率色収差の問題についてを図１４及び図１５を参照し
て説明する。 【００１２】ある波長帯域をもつアライメント光で、投
影光学系を介して軸外にあるアライメントマークのメリ
ジオナル方向を観察すると、各波長によって図１４（ａ
）　に示されるように、アライメントマーク像の横ずれ
が生じる。図１４（ａ）　ではアライメント光の基準波
長（中心波長）λ０　によるアライメントマークの像の
検出信号を実線で、アライメント光の波長帯域内の最小
波長λ１　によるアライメントマークの像の検出信号を
点線で、最大波長λ２　によるアライメントマークの像
の検出信号を一点鎖線で示している。 【００１３】アライメントマークは実際には各波長によ
る像の合成像として検出され、図１４（ａ）　の場合の
ように、各波長のアライメントマークからの反射光強度
がほぼ同じであれば、図１４（ｂ）　に示すように対称
な検出信号が得られる。 【００１４】ところが、アライメントマークがフォトレ
ジスト等の薄膜で覆われている場合、わずかな塗布むら
によって反射光の強度が変化することがある。図１５は
レジスト厚と各波長における反射光の強度の関係を示し
たものである。反射光の強度は波長に依存する周期をも
って変化し、波長が短い程周期が短く、波長が長い程周
期が長いため、膜厚が僅かに変わるだけで、各波長の反
射光強度に大きな差がでることになる。 【００１５】例えば、図１５においてレジストの厚さが
ｔ１　であるとき、反射光強度ＩはＩ（λ２　）＞Ｉ（
λ０　）＞Ｉ（λ１　）となり、図１４（ｃ）　に示し
た様に、波長λ２　の像強度が高くなり、波長λ１　の
像強度が低くなる。その結果、アライメントマークは図
１４（ｄ）　に示した様な非対称な合成強度の像として
観察され、像強度の中心が図１４（ｂ）　の場合に比べ
て△ｘだけずれることになる。 【００１６】つまり、光の干渉による影響を低減するた
めに、アライメント光にある波長幅をもたせた場合、新
たに倍率色収差の問題が生じ、各波長の像の合成像の形
が、レジスト膜厚のわずかな違いによって変化すること
になり、その結果、アライメントマークの位置検出誤差
が生じてしまうことになる。 【００１７】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、倍率色収差をもつ投影レンズ（投影光学系）
を介して第２物体上のアライメントマークの像を検出し
て第１物体と第２物体の位置合わせを行なうに際し、ア
ライメントマークが薄膜で覆われている場合においても
、薄膜の干渉による影響を受けずに、高精度に位置合わ
せを行なうことのできる位置合わせ装置を提供すること
を目的とするものである。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ装置
は、第１物体に投影光を照射し、該第１物体上のパター
ンを投影光学系を介して第２物体上に投影するに際し、
前記第１物体と前記第２物体との相対位置合わせを行な
う位置合わせ装置において、上記の課題を達成するため
に、前記投影光とは異なる波長帯域幅を持つアライメン
ト光で前記第２物体上のマークを照明する照明手段と、
前記マークからの前記アライメント光を前記投影光学系
を介して受け、前記アライメント光による前記マークの
像を検出する検出光学系とを有し、前記アライメント光
の波長帯域内の波長差によって前記投影光学系で生ずる
倍率色収差を補正する補正光学系が、前記検出光学系に
備えられたものである。 【００１９】 【作　　用】投影光学系で発生する倍率色収差は、アラ
イメント光学系で観察する領域が狭い場合には、観察視
野全面でほぼ同一量とみなすことができる。また、投影
光学系で発生する倍率色収差量は適当な波長域（例えば
露光光波長λｅ　＝３６５ｎｍ，アライメント光波長　
６３３±５０ｎｍ）　においては、波長に対してほぼ比
例関係にあり、アライメント光の波長帯域内の倍率色収
差量はプリズムやグレーティング（回折格子）などによ
る分散とほぼ等しい。 そこで、本発明では、アライメント光学系にプリズムや
グレーティング（回折格子）など分散体を配置して像の
横ずれを補償している。 【００２０】本発明における倍率色収差の補正について
、図１１を用いて説明する。図において、投影光学系（
投影光学系の結像面：Ａ）側に配置されるアライメント
系の対物レンズ２の焦点距離をｆ，アライメント光の波
長帯域中の最小波長の光線（下方の点線で示す光線）又
は最大波長の光線（上方の一点鎖線で示す光線）と波長
帯域中の基準波長の光線（実線で示す光線）とによる倍
率色収差量（図では△ｙ１　，△ｙ２　）をΔＹとする
。 そして、この倍率色収差量ΔＹ１　を主光線の角度に換
算した値をθとすると、（１）　式の関係が成立する。 【００２１】ｓｉｎ　θ＝Δｙ／ｆ　　…（１）　【０
０２２】従って、倍率色収差補正光学系４（図では単一
のくさび状プリズムで示す）の分散角（アライメント光
の波長帯域中の最小又は最大波長を有する光線と、この
波長対中の基準波長を有する光線とが倍率色収差補正光
学系４の同じ位置を同じ入射角で通過するときの両光線
のなす角）を２・δとするとき、この分散角２・δを（
１）　式中の２・θと等しくなるような構成とすれば、
投影対物レンズの倍率色収差が補正できる。従って、（
１）　式は次の（２）　式の如く表現できる。 【００２３】ｓｉｎ　δ＝Δｙ／ｆ　　…（２）　【０
０２４】この（２）　式の関係は後述する実施例のアラ
イメント光学系のように対物レンズと結像レンズがほぼ
平行系となっていれば一般的に成立する。 【００２５】上記の（１）　，（２）　式の関係は、倍
率色収差補正光学系が単一のくさび状プリズムからなる
場合だけでなく、くさび状プリズムを複数個組み合わせ
た場合やグレーティング（回折格子）を用いた場合にも
同様に成立する。 【００２６】説明を簡単にするために、複数のくさび状
プリズムを貼りあわせた複合型くさび状プリズムを単一
のくさび状プリズムとして考えた場合、くさび状プリズ
ムの頂角をα，アライメント光の波長帯域中の最小波長
を有する光線の波長λ１　に対するくさび状プリズムの
屈折率をｎ１　，このλ１　の波長光の偏角をβ１　，
アライメント光の波長帯域中の最大波長を有する光線の
波長λ２　に対するくさび状プリズムの屈折率をｎ２　
，このλ２　の波長光の偏角をβ２　とするとき、以下
の関係が成立する。 【００２７】λ１　に対しては、 β１　＝（ｎ１　−１）α λ２　に対してはβ２　＝（ｎ２　−１）αこの２つの
式より、 β１　−β２　＝（ｎ１　−１）α−（ｎ２　−１）α
＝（ｎ１　−ｎ２　）α 【００２８】なお、偏角とは図１２に示されるように、
くさび状プリズムに入射する入射光線の方向と、くさび
状プリズムを射出する射出光線の方向のなす角度をいう
。 【００２９】従って、図１１のδ’（アライメント光の
波長帯域中の最小波長を有する光線と最大波長を有する
光線とが、倍率色収差補正光学系４の同じ位置を同じ入
射角で通過するときの両光線のなす角の半角）は、β１
　−β２　＝２・δ’となり、ｎ１　−ｎ２　をΔｎと
すれば、（３）　式が導出される。 【００３０】δ’＝Δｎ・α・１／２　　…（３）　【
００３１】この（３）　式を満たすようなプリズムをア
ライメント光学系中に配置することにより倍率色収差が
補正される。 【００３２】さて、ここで倍率色収差によるアライメン
トマークの像の横ずれ量とずれ方向は、投影光学系のメ
リジオナル平面内のアライメントマークの位置によって
変わるが、本発明では、補正方向の異なる倍率色収差補
正光学系を複数組設け、これらを相対的に移動（回転）
させることにより倍率色収差の補正方向と補正量を調整
することができる。 【００３３】この点について図１３を参照して説明する
。図１３は、屈折率が相対的に小，大，小の３枚のくさ
び状プリズムを頂角が互い違いになるように貼りあわせ
た複合型くさび状プリズム（直視型プリズムという。 このように屈折率が相対的に小，大，小のプリズムを貼
りあわせることで基準波長に対する光軸を直進させるこ
とができる）を２つ用いた例であり、直視型プリズム４
１，４２は光線の屈折方向が直交するように配置されて
いる。 【００３４】説明のため、図１３（ａ）　〜（ｃ）　の
ように光軸上の点を原点とした直交座標を考え（図１３
（ｂ）　，（ｃ）　はそれぞれ図１３（ａ）　で想定し
ている座標系を矢印Ｂ，Ｃの方向から見た矢視図）、投
影光学系（投影光学系の結像面：Ａ）の倍率色収差によ
って波長λ１の光によるアライメントマークの像がＬ点
に、波長λ２　の光によるアライメントマークの像がＭ
点に結像されているとする。 【００３５】対物レンズ２を介して第１の直視型プリズ
ム４２にアライメント光が入射すると、ここでｙ軸方向
の像のずれが補正されて、像はｘ軸上の位置Ｌ’，Ｍ’
に並ぶ。次いでアライメント光が第２の直視型プリズム
４１に入射すると、ここでｘ軸方向のずれが補正され、
波長λ１　，λ２　の光による像Ｌ”，Ｍ”は光軸上に
合致する。 【００３６】図１３では直視型プリズム４１，４２が補
正方向が直交するように配置されているが、直視型プリ
ズム４１，４２を相対回転させることによりｘ軸方向の
補正量とｙ軸方向の補正量を変えることができ、これに
より補正方向と補正量を任意に調節することが可能とな
る。 【００３７】補正光学系がグレーティグである場合にも
複数のグレーティングを相対移動させることにより同様
に補正方向と補正量を制御することができる。また、あ
る程度の補正量，補正方向の調整は、単一の倍率色収差
補正光学系を光軸方向あるいは光軸と直交する平面内で
移動させることによっても可能である。 【００３８】 【実施例】図１は本発明の第１実施例による位置合わせ
装置を投影露光装置に組み込んだ構成を示す図である。 【００３９】不図示の露光光学系からの露光光は、所定
の回路パターンが形成されたレチクルＲを均一に照明し
、投影対物レンズ１（以下、投影レンズと称する。）に
よってレチクルの回路パターンの像がウエハＷ上に投影
されて転写される。すなわち、レチクルＲとウエハＷは
投影レンズ１に関して共役に構成されている。 【００４０】一方、レチクルＲとウエハＷとの相対的な
位置合わせを行うための位置合わせ光学系（アライメン
ト光学系）は、レチクルＲの上方に設けられており、本
実施例のアライメントは、レチクルマークＲＭとウエハ
マークＷＭとを同時に検出できる所謂ＴＴＲ方式が採用
されている。 【００４１】光源８（例えば白色光源、多波長レーザー
等）から射出されたある波長帯を持つ光束は、コリメー
タレンズ９で平行光束化された後、所定の波長帯の光束
のみを通過させるフィルター１０により波長域が狭帯化
される。すなわち、アライメント光として用いられる露
光光に対して異なる所定の波長幅に絞られる。 【００４２】その後、狭帯化されたアライメント光は、
集光レンズ１１、対物レンズ２を経て、平行光束化され
、アライメント光の一方はレチクルＲ上のレチクルマー
クＲＭを、アライメント光の他方はさらにレチクルＲ、
投影レンズ１を介して、ウエハ上のウエハマークＷＭを
照明する。 【００４３】ここで、光源８、コリメータレンズ９、フ
ィルター１０、集光レンズ１１、対物レンズ２によって
照明手段としてのアライメント照明光学系（以下、照明
光学系と称する。）を構成している。 【００４４】さて、アライメント光学系の検出光学系は
レチクルマークＲＭとウエハマークＷＭからの反射光を
ビームスプリッターでそれぞれ分割し、同一の検出器上
でレチクルマークＲＭの像とウエハマークＷＭの像を形
成する２重焦点系で構成されている。 【００４５】まず、この照明光学系により照明されたウ
エハマークＷＭからの反射光（図１では基準波長光を実
線で示している。）は、投影レンズ１、レチクルＲを介
して、レチクルＲから上方へ△Ｌだけ離れた位置、すな
わち投影レンズ１の軸上色収差の分だけずれた位置に結
像し、２つのビームスプリッターＢＳ１　，ＢＳ２　を
通過して、紙面と直交する方向に集光作用を有するシリ
ンダーレンズ３によって非点収差が補正され、倍率色収
差補正光学系４によって倍率色収差が補正される。 【００４６】その後、倍率色収差補正光学系４を介した
光は、結像レンズ５により集光され、ビームスプリッタ
ーＢＣ３　を介して検出手段（例えばＣＣＤ、テレビカ
メラ等であり、以下、検出器と称する。）上にシャープ
なウエハマークＷＭの像が形成される。 【００４７】一方、照明光学系により照明されてレチク
ルマークＲＭから反射する反射光（図１では一点鎖線で
示している。）は、対物レンズ２により集光され、ビー
ムスプリッターＢＳ１　を通過した後、ビームスプリッ
ターＢＳ２　を反射し、照明光学系で用いた所定の帯域
を持つ光の内、所定の単一波長光だけを透過させるフィ
ルター１２を通過する。 【００４８】その後、反射ミラーＭ１　を経て、結像レ
ンズ７により集光され、反射ミラーＭ２　、ビームスプ
リッターＢＳ３　を介して検出手段上にレチクルマーク
ＲＭの像が形成される。 【００４９】ここで、レチクルマークＲＭの像は、ウエ
ハマークＷＭの如きレジストが塗布されていないため、
レジストによる薄膜干渉の影響を受けない。またレチク
ルマークＲＭからの反射光の色収差補正に対する対物レ
ンズ２の負荷をなくす必要がある。この様な理由から、
レチクルマークＲＭの像は、フィルター１２による単色
光での検出を行っている。 【００５０】以上の如き構成により、検出器６は、各マ
ークの像を同時に検出することができ、この検出信号に
基づいて、レチクルＲとウエハＷとの相対的位置合わせ
が達成される。 【００５１】なお、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭ
に隣接して透過窓を設け、ウエハマークＷＭからの反射
光をこの透過窓を介して取り出し、ビームスプリッター
ＢＳ２　，ＢＳ３　の代わりに、ウエハマークＷＭから
の反射光のみを透過させ、レチクルマークからの光束を
反射させる部分反射部材等と、検出器６の受光面上に各
マークの像のズレ量を得るために、２つの基準マークを
有する指標板とを設けても良い。 【００５２】また、この構成において、反射ミラーＭ２
　、結像レンズ５と検出器６との間に配置された部分反
射部材を省略し、結像レンズ７の結像位置に第２の検出
器を配置すると共に、各検出器の受光面に基準マークを
有する指標板を配置し、２つの検出手段によって各指標
位置の基準マークに対する各マークの像ズレを独立に検
出するようにしても良い。 【００５３】さて、本実施例におけるウエハマークＷＭ
から反射光が投影レンズ１を通過することにより、レチ
クルＲの上方の共役面Ｒ’で形成されるウエハマークＷ
Ｍの像は、投影レンズ１の色収差（軸上色収差及び倍率
色収差）のため大きくボケる。 【００５４】ここで、投影レンズ１の光軸とアライメン
ト光学系の光軸とのズレ量を投影レンズの像高Ｙとした
時の色収差について具体的に説明する。 【００５５】図５は露光波長λｅ　を基準にとった時の
縦の色収差（軸上色収差）を示し、図６はアライメント
光の波長帯域λ１　〜λ２　の中心波長を基準にとった
時の横の色収差（倍率色収差）を示したものである。 【００５６】図５において、投影レンズ１は露光波長λ
ｅ　に対してのみ収差補正されているので、露光波長λ
ｅ　の結像位置に対してアライメント光の基準波長λ０
　の結像位置は光軸方向に△Ｌだけズレる。すなわち、
これを図１で見ると、アライメント光の基準波長光によ
るウエハＷの共役面Ｒ’はレチクルＲとは合致せず、レ
チクルＲより△Ｌだけ上方に変移する。 【００５７】図５に戻って、アライメント光の波長帯域
内で最大波長λ２による結像位置は基準波長λ０　によ
る結像位置に対して上方に△ｌ２　だけズレ、最小波長
λ１　による結像位置は基準波長λ０　による結像位置
に対して下方に△ｌ１　だけズレる。 【００５８】また、図６において、アライメント光の基
準波長λ０　による結像位置に対して最大波長λ２　に
よる結像位置は光軸と直交する面内で△ｙ２　だけズレ
、最小波長λ１　による結像位置は最大波長λ２　の場
合とは反対方向に基準波長λ０　の結像位置に対して△
ｙ１　だけズレる。 【００５９】図２は、図５及び図６に示した色収差が共
役面Ｒ’で発生している様子を示しているととに、軸上
色収差を対物レンズ２で補正し、倍率色収差をウエハマ
ークＷＭを検出するための検出光学系の倍率色収差補正
手段としての直視プリズムで補正してる様子を示してい
る。なお、説明を簡単にするために、レチクルマークＲ
Ｍを検出するための検出光学系と、レチクルマークＲＭ
とウエハマークＷＭを照明する照明光学系については図
示していない。 【００６０】図２において、アライメント光学系は共役
面Ｒ’側（投影レンズ１側）に対物レンズ２を、検出器
６側に結像レンズ５を有しており、対物レンズ２はその
前側焦点が基準光λでの０　共役面Ｒ’上に合致するよ
うに配置されている。 【００６１】即ち、アライメント光学系はアフォーカル
系となっており、対物レンズ２から結像レンズ５に至る
平行光束中に、シリンドルカルレンズ３と倍率色収差補
正光学系４としての３枚のくさび状プリズムの接合より
なる直視型プリズム４が配置されている。シリンドリカ
ルレンズ３はメリジオナル像とサジタルＳ像とを一致さ
せる、つまり非点収差を補正するためのものであり、シ
リンドリカルレンズの他に平行平面板を傾けて挿入して
もよい。 【００６２】図では、波長λ２　の光線を点線で、波長
λ０　の光線を実線で、波長λ１　の光線を一点鎖線で
示してある。前述したように、投影レンズ１によるアラ
イメントマークの結像位置は波長によって異なっており
、波長λ０　の光を基準として、波長λ２　の光は縦方
向に△ｌ２　，横方向に△ｙ２　の色収差量を有し、波
長λ１　の光は縦方向に△ｌ１　，横方向に△ｙ１　の
色収差を有している。 【００６３】これらの縦，横の色収差はそれぞれ対物レ
ンズ２，補正光学系４でそれぞれ補正されるが、説明を
解りやすくするために、第３図及び第４図を参照して縦
，横の色収差の補正を別々に説明する。 【００６４】図３において、対物レンズ２は波長が大き
い入射光については結像距離を短くし、波長が小さい入
射光については結像距離を長くする機能を有するもので
、この対物レンズ２によって、縦方向の色収差（軸上色
収差）が補正される。即ち、投影レンズ１によって、軸
方向の異なる位置（Ｒ２　’，Ｒ’，Ｒ１　’）に結像
されたウエハマークＷＭの像は、対物レンズ２，シリン
ドリカルレンズ３，結像レンズ５を介して検出器６の受
光面上に再結像される。 【００６５】次に、図４において、直視型プリズム４は
、それぞれ、屈折率が相対的に小，大，小の３枚のくさ
び状プリズムを頂角が互い違いになるように貼りあわせ
たもので、直視型プリズム４は各波長の光の屈折方向が
紙面と平行な方向となるように配置されている。これに
より、直視型プリズム４の横色収差（倍率色収差）の補
正方向は紙面と平行な方向（アライメント方向）となる
。 【００６６】図に示されるように、投影レンズの結像面
（ウエハＷとの共役面）Ｒ’上では像の横ずれが生じて
いるが、直視型プリズム４で紙面内方向の色収差（Δｙ
２　，Δｙ１　）が補正される。従って、検出器６の受
光面上で各波長のマライメントマークの像が基準波長λ
０　の像に合致することになる。 【００６７】このようにして、縦，横の色収差が補正さ
れることにより、図２に示されるように、検出器６受光
面上では鮮明なウエハマークＷＭの像が得られる。 【００６８】次に、本発明による第２実施例について図
７を参照しながら説明する。図７において第１実施例と
同一の機能を持つ部材には同一の符号を付している。 【００６９】本実施例はＴＴＬ方式のアライメント光学
系を示しており、本実施例で第１実施例と同様に、対物
レンズ２と結像レンズ５との間のアフォーカル系中に倍
率補正光学系としての直視プリズム４が配置されている
。 【００７０】光源８（例えば白色光源、多波長レーザー
等）から射出されたある波長帯を持つ光束は、コリメー
タレンズ９で平行光束化された後、所定の波長帯の光束
のみを通過させるフィルター１０により波長域が狭帯化
される。 【００７１】そして、狭帯化されたアライメント光は、
集光レンズ１１、ビームスプリッターＢＳを通過し、対
物レンズ２により平行光束化される。その後、反射ミラ
ーＭ３　、投影レンズ１を介して、ウエハＷ上のウエハ
マークＷＭを照明する。 【００７２】ここで、光源８、コリメータレンズ９、フ
ィルター１０、集光レンズ１１、対物レンズ２より照明
光学系が構成される。 【００７３】さて、この照明光学系により照明されたウ
エハマークＷＭからの反射光（図７で基準波長光を実線
で示している。）は、投影レンズ１、反射ミラーＭ３　
を介して点線で示す如く、ウエハＷに対してレチクルＲ
と透過な共役面から右側へ△Ｌだけ離れた位置、すなわ
ち投影レンズ１の軸上色収差の分だけずれた位置Ｒ’に
結像する。 【００７４】その後、対物レンズ２により平行光束化さ
れ、ビームスプリッターＢＳを反射し、非点収差を補正
するために紙面と直交する方向に集光作用を有するシリ
ンダーレンズ３、倍率色収差を補正する直視型プリズム
４（倍率色収差補正光学系）を介して結像レンズ５によ
り集光され、検出器６（例えばＣＣＤ、テレビカメラ等
）上に鮮鋭なウエハマークＷＭの像が形成される。 【００７５】このような構成により、検出器６は、正確
なウエハマークＷＭの像を検出することができ、この検
出信号に基づいて、レチクルＲとウエハＷとの相対的位
置合わせが達成される。 【００７６】次に、図８は本発明による第３実施例を示
しており、この図８では図２と同様に、ウエハマークＷ
Ｍを検出するアライメント光学系のみを示している。こ
の図において、第１及び第２実施例と同一の機能を持つ
部材には同一の符号を付してある。本実施例では、第１
及び第２実施例において述べた直視型プリズム４の代わ
りに、反射型の回折格子（ブレーズド格子）４’を適用
したものである。 【００７７】図８に示す如く、不図示の照明光学系から
の照明光がウエハを照明することにより、ウエハマーク
ＷＭから反射する光束は、不図示の投影レンスを介し、
共役面Ｒ’近傍で投影レンズによる軸上色収差と倍率色
収差が発生する。 【００７８】そして、共役面Ｒ’を経た各波長の光束は
、まず対物レンズ２を介することにより軸上色収差が補
正され、その後シリンドリカルレンズ３を経て、倍率補
正光学系としての回折格子４’を介することにより倍率
色収差が補正される。 【００７９】したがって、結像レンズ５によって検出器
６上で結像されるウエハマークＷＭの像は色収差が良好
に補正されてより鮮明となる。よって、検出器６は、こ
の鮮明なウエハマークＷＭの像を検出することができる
ため、この検出信号に基づいて、より高精度のアライメ
ントを達成することができる。 【００８０】以上の如く、第１実施例で示したＴＴＲ方
式及び第２実施例で示したＴＴＬ方式のアライメント光
学系中に配置された直視型プリズム（倍率色補正光学系
）の代わりに本実施例の如き回折格子を用いても倍率色
収差を補正することができる。 【００８１】なお、本実施例で示した如く、反射型の回
折格子に限ることなく、透過型の回折格子でも同様な効
果を得ることができる。 【００８２】以上の各実施例においては、アライメント
光学系を固定した状態での倍率色収差を補正した例を示
したが、第４実施例ではアライメント光学系を移動可能
とした場合での倍率色収差の補正についての例を示す。 【００８３】本実施例は、図９に示す如く、基本的には
図１の第１実施例と同様にＴＴＲ方式のアライメント光
学系であるが、２つの直視プリズム（４１，４２）がシ
リンドリカルレンズ３と結像レンズ５との間に直列的に
設けられている。 【００８４】これら直視プリズム（４１，４２）は紙面
に対して互いに反対方向に倍率色収差を補正する方向が
傾いて設けられている。このときの状態を図１０の平面
図に示しており、アライメント方向（計測方向）は投影
レンズ１のメリジオナル方向（図９では紙面方向）とな
り、２つの直プリズムは、これらの補正方向がアライメ
ント方向に対して互いに反対方向に等しい角度だけアラ
イメント光学系の光軸中心に回転させた状態で直列的に
配置されている。 【００８５】この時、２つの直視プリズム（４１，４２
）の補正方向のなす角θ（以下、補正角と称する。）は
、このアライメント光学系１００の位置における倍率色
収差量に対応させて適切な角度に設定されており、この
倍率色収差量はアライメント光学系の光軸１００Ａと投
影レンズの光軸ＡＸ　との距離△Ｙの変化に応じて変わ
る。 【００８６】従って、倍率色収差量に応じて、補正角θ
を大きくすれば、倍率色収差量の補正効果を小さくでき
、逆に補正角θを小さくすれば、倍率色収差の補正効果
を大きくすることができる。 【００８７】さて、ウエハＷ及びレチクルＲの複数箇所
に設けられたアライメントマークを検出、あるいは露光
すべきチップサイズの偏光のためにレチクルマークＲＭ
及びウエハマークＷＭの位置が変化した際のアライメン
トマークの検出を行うために、アライメント光学系１０
０はレチクルＲ上を２次元的に移動する。 【００８８】図示の如く、例えばアライメント光学系１
００の光軸が１００ａの位置からを１００ａ’の位置と
なるようにアライメント光学系１００を２次元移動させ
ると、この移動に伴い投影レンズ１の倍率色収差が発生
する方向および量が変化する。 【００８９】そこで、この倍率色収差量及び方向の変化
の補正は、投影レンズ１の光軸ＡＸ　とアライメント光
学系の光軸１００ａ’とを通るメリジオナル方向に対し
て、この直視プリズムの補正方向が互いに反対方向に等
しい角度となる状態を維持しながら、投影レンズ１の光
軸ＡＸ　とアライメント光学系１００の光軸１００ａ’
との距離△Ｙに応じた倍率色収差量を補正できる適切な
補正角θ’となるように２つの直視プリズム（４１’，
４２’）を相対的に回転させることにより、達成される
。 【００９０】本実施例では、アライメント光学系１００
の１次元あるいは２次元的な移動に伴い変化する倍率色
収差の発生する方向及び量の補正は倍率色収差変化補正
手段２００によって自動に制御されている。 【００９１】アライメント光学系１００が移動する毎に
、アライメント光学系位置検出手段（例えば干渉計等）
によってアライメント光学系１００の位置（例えば投影
レンズの光軸ＡＸ　に対するアライメント系の光軸１０
０ａの位置△Ｙ）が検出され、この検出位置信号が倍率
色収差補正量算出手段２０１へ出力される。 【００９２】倍率色収差補正量算出手段２０１は、アラ
イメント光学系１００の位置（△Ｙ）に応じた倍率色収
差量のデータを予め格納している記憶部と、アライメン
ト光学系の位置（△Ｙ）に応じた倍率色収差量の補正量
を演算する演算部とを有している。 【００９３】そして、この倍率色収差補正量算出手段２
０１により補正量が算出され、この情報は駆動手段に送
られる。この算出情報に基づいて駆動手段２０３は、互
いに補正方向が異なるように配置された直視プリズム４
１，４２を適切な補正角θとなるように相対的に回転さ
せる。これにより、アライメント光学系１００が移動す
る毎に変化する投影レンズ１の倍率色収差の補正方向、
補正量が調整される。 【００９４】従って、検出すべきアライメントマーク（
ＲＭ，ＷＭ）の位置、またアライメント光学系１００の
位置によらず、鮮明なアライメントマーク（ＲＭ，ＷＭ
）の像が常に得られるため、より高精度なレチクルＲと
ウエハＷとの相対位置合わせが達成される。 【００９５】本実施例では、倍率色収差補正光学系４と
して同じ２つ直視型プリズム４１，４２を平行光路（対
物レンズ２と結像レンズ５との間）に沿って直列的に配
置しているが、２つの回折格子を平行光路に沿って補正
方向が互いに異なるように直列的に配置し、これらの相
対的に回転させても本実施例と同様な効果を達成できる
。 【００９６】また、この時の回折格子として２つの透過
型の回折格子、２つの反射型の回折格子あるいは透過型
と反射型との２つの回折格子で構成し、この２つの回折
格子を相対回転させれば、倍率色収差の補正量と補正方
向を変化させることができる。 【００９７】次に、本発明による第５実施例について図
１６を参照しながら簡単に説明する。本実施例はＴＴＲ
方式を採用したものであり、具体的には、図１のＴＴＲ
方式の第１実施例に示したレチクルＲと検出器６との検
出光学系中に設けた倍率色収差補正光学系をレチクルＲ
と投影対物レンズとの間の検出光学系中に設けて、予め
ウエハークＷＭの像をレチクルＲ面に合致するように色
収差（倍率色収差及び軸上色収差）を補正したものであ
る。なお、図１に示した第１実施例と同一の機能を持つ
部材には同一の符号を付してある。 【００９８】図１６の点線で示す如く、光源１からの所
定の波長帯を持つ光束は、コリメータレンズ９、フィル
ター１０、集光レンズ、反射ミラーＭ８　、ビームスプ
リッターＢＳ、対物レンズ２、投影レンズ１を介してウ
エハマークＷＭを均一に照明する。 【００９９】そして、このウエハマークＷＭからの反射
光は、実線で示す如く、投影レンズ１、反射ミラー、対
物レンズ２、ビームスプリッターＢＳ、非点収差補正用
のために紙面と直交した方向に集光作用を持つシリンダ
ーレンズ３、３枚のくさび状プリズムの接合よりなる直
視型プリズム（倍率色収差補正光学系）４、反射ミラー
Ｍ４　，Ｍ５　、集光レンズ５１、反射ミラーＭ６　を
介して、レチクルマークＲＭ上にウエハマークＷＭの像
が形成され。 【０１００】そして、反射ミラーＭ７　、結像レンズ５
２によって、検出器の検出面上にレチクルマークＲＭと
ウエハマークＷＭとの鮮鋭な像が形成され、この両者の
像の相対的な位置ズレを検出することにより、レチクル
ＲとウエハＷとの相対的な位置検出が達成される。 【０１０１】なお、以上の各実施例では、倍率色収差補
正光学系４としてプリズム（くさび状プリズム、直視型
プリズム等）や回折格子を示したが、これに限るもので
なく、例えば、光軸方向に屈折率が変化する屈折率分布
型のプリズム等を用いても同様な効果を得ることができ
る。 【０１０２】また、アライメント光学系を移動可能に設
けた例を第４実施例に示したが、それ以外の各実施例と
も複数の回転可能な倍率色収差補正光学系を光軸方向に
直列的に配置し、倍率色収差変化補正手段を設ければ、
アライメント光学系を移動可能にした時にも対応できる
ことは言うまでもない。 【０１０３】 【発明の効果】以上の様に本発明においては、アライメ
ント光に波長幅をもたせ、かつアライメント光学系に、
投影光学系で生じる倍率色収差を補正する補正光学系を
設けているので、アライメントマークが薄膜で覆われて
いても、光の干渉による影響を受けずに、非常に鮮明な
アライメントマークの像を検出することができ、高精度
な位置合わせが可能である。 【０１０４】本発明の位置合わせ装置を半導体素子製造
用の露光装置に用いれば、フォトレジストの塗布むらに
よる検出精度の低下を避けることができ、ウエハとレチ
クルの位置合わせ精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による位置合わせ装置を投
影露光装置のＴＴＲ方式のアライメント系に組み込んだ
様子を示す図である。

【図２】図１のアライメント系の検出光学系の構成を示
す図である。

【図３】アライメント系の検出光学系において投影レン
ズによる縦及び横の色収差を補正している様子を示す図
である。

【図４】アライメント系の検出光学系において投影レン
ズによる縦及び横の色収差を補正している様子を示す図
である。

【図５】波長と縦の色収差の関係を示すグラフである。

【図６】波長と横の色収差の関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例による位置合わせ装置を投
影露光装置のＴＴＬ方式のアライメント系に組み込んだ
様子を示す図である。

【図８】本発明の第３実施例によるアライメント系の検
出光学系の構成を示す図である。

【図９】本発明の第４実施例による位置合わせ装置を投
影露光装置のＴＴＲ方式のアライメント系に組み込んで
これを移動可能とした様子を示す図である。

【図１０】アライメント系の移動に伴い変化する倍率色
収差を補正する様子を示す平面図である。

【図１１】単一のくさび状プリズムで倍率色収差を補正
する様子を示す図である。

【図１２】単一のくさび状プリズムを多波長光が通過す
る際に波長の違いにより通過光の偏角が異なる様子を示
す図である。

【図１３】倍率色収差を２つの直視型プリズムで補正し
ている様子を示す図である。

【図１４】ウエハマーク像の横ズレによる検出誤差を説
明するための概念図である。

【図１５】各波長に関してレジスト膜厚と反射光強度の
関係を示すグラフである。

【図１６】本発明の第５実施例による位置合わせ装置を
投影露光装置のＴＴＲ方式のアライメント系に組み込ん
だ様子を示す図である。

【主要部分の符号の説明】１　　投影レンズ、２　　対
物レンズ、 ３　　シリンドリカルレンズ、 ４　　倍率色収差補正光学系 ４’　　回折格子 ４１，４２　　直視型プリズム ５，７　　結像レンズ ６　　検出器 ８　　光源 ９　　コリメーターレンズ １０　　フィルター １１　　集光レンズ Ｒ　　レチクル ＲＭ　　レチクルマーク Ｗ　　ウエハ ＷＭ　　ウエハマーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１物体に投影光を照射し、該第１物
   体上のパターンを投影光学系を介して第２物体上に投影
   するに際し、前記第１物体と前記第２物体との相対位置
   合わせを行なう位置合わせ装置において、前記投影光と
   は異なる波長帯域幅を持つアライメント光で前記第２物
   体上のマークを照明する照明手段と、前記マークからの
   前記アライメント光を前記投影光学系を介して受け、前
   記アライメント光による前記マークの像を検出する検出
   光学系とを有し、前記アライメント光の波長帯域内の波
   長差によって前記投影光学系で生ずる倍率色収差を補正
   する補正光学系が、前記検出光学系に備えられたことを
   特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】　　前記補正光学系を複数有し、該複数の
   補正光学系が相対移動可能に配置されたことを特徴とす
   る請求項１記載の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】前記検出光学系は、対物レンズと結像レン
   ズを有し、前記対物レンズから前記結像レンズに至る前
   記アライメント光がほぼ平行光束となるように構成され
   、前記補正光学系が前記対物レンズと前記結像レンズの
   間に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の位置合わせ装置。