JPH0513297A

JPH0513297A - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH0513297A
Application number: JP3168018A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田; Hideo Mizutani; 英夫水谷; Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-01-22
Also published as: US5568257A

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上の回折格子に照射するアライメント用
の２本のレーザビームの交差角と回転誤差とを高精度、
高速に計測、調整する。【構成】視野絞り１５と絞り部材７２または７３とに
より、２本のレーザビームＬＢ_1P、ＬＢ_2Pの照明領域と
基準部材ＦＭ上の回折格子マーク８０とを相対移動させ
る。光電検出器５６は、上記相対移動に伴って回折格子
マーク８０上で２本のレーザビームＬＢ_1P、ＬＢ_2Pが交
差する領域内の第１部分から発生する干渉光と、当該領
域内の第２部分から発生する干渉光とを受光する。主制
御系２８は、光電検出器５６からの検出信号の位相差Φ
_Wに基づいて、２本のレーザビームＬＢ_1P、ＬＢ_2Pの交
差角２θ_Wまたは回転誤差ωを算出する。２本のレーザ
ビームＬＢ_1P、ＬＢ_2Pの交差角または回転誤差は、その
光路中に配置された平行平板ガラス７４ａ、７４ｂを傾
斜させることにより補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の位置をナノメー
タ（ｎｍ）の分解能で検出するセンサーを有する位置合
わせ装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子製造用
の投影型露光装置（ステッパー、アライナー）やプロキ
シミティー方式の露光装置等に好適なマスクやレチクル
と感光基板との位置合わせ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造のリソグラフィ工
程では、レチクルパターンを高分解能でウエハ上に転写
する装置として、ステップ・アンド・リピート方式の縮
小投影型露光装置（ステッパー）が多用されるようにな
っている。この種のステッパーでは半導体素子の高集積
化に伴って、露光光の短波長化や高開口数（Ｎ．Ａ．）
の投影レンズの開発が行われ、最近ではウエハ上での解
像線幅がサブ・ミクロン（０．５〜０．６μｍ程度）に
達している。このような高解像パターンを転写するに
は、その解像力に見合ったアライメント（重ね合わせ）
精度が必要で、例えばアライメントセンサーの検出分解
能を高めることによって、アライメント精度を向上させ
ることが考えられている。

【０００３】この高分解能なアライメントセンサーとし
ては、例えば特開昭６１−２１５９０５号公報に開示さ
れたように、ウエハ上に形成された１次元の回折格子マ
ークに対して２方向からコヒーレントな平行ビームを照
射することによって回折格子マーク上に１次元の干渉縞
を作り、この干渉縞の照射によって回折格子マークから
発生する回折光（干渉光）の強度を光電検出する方式が
提案されている。

【０００４】この開示された方式には、２方向からの平
行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がある。ホモダイン法で
は回折格子マーク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回折格子マーク（物体）をそのピッ
チ方向に微動させる必要があり、マーク位置は干渉縞を
基準として求められる。これに対してヘテロダイン法で
はレーザビームの周波数差（ビート周波数）のために、
干渉縞がその縞方向（ピッチ方向）にビート周波数で高
速に流れることになり、マーク位置は干渉縞を基準とし
て求められず、専ら干渉縞の高速移動に伴う時間的な要
素（位相差）を基準として求めることになる。

【０００５】例えばヘテロダイン法では周波数差を与え
ることにより、ウエハ上の回折格子マークからの干渉光
をビート周波数で強度変調させて検出した光電信号（光
ビート信号）と、２本の送光ビームから別途作成された
参照用干渉光の光ビート信号との位相差（±１８０°以
内）を求めることで、格子ピッチＰの±Ｐ／４以内の位
置ずれを検出するものである。ここで、格子ピッチＰを
２μｍ（１μｍのラインアンドスペース）とし、位相差
計測の分解能が０．５°程度であるものとすると、位置
ずれ計測の分解能は、（Ｐ／４）・（０．５／１８０）
≒０．００１４μｍとなる。このような方式のマーク位
置検出は極めて高分解能であるため、従来のマーク位置
検出に比べて１桁以上高いアライメント精度が得られる
ものと期待されている。

【０００６】ところで、この種のアライメントセンサー
では、格子ピッチＰと干渉縞のピッチＰ’との間にＰ＝
ｍ・Ｐ’（ｍ＝１、２、・・・・）なる関係式が成立するよ
うに、正確に２本のレーザビームの交差角を調整すると
ともに、格子配列方向に対する２本のレーザビームの主
光線を含む平面とウエハ面との交線の回転誤差をほぼ
零、すなわち干渉縞と回折格子とを正確に平行に設定し
ないと、高分解能であることの利点が十分に生かされ
ず、アライメント精度が低下し得るという問題があっ
た。

【０００７】そこで、従来では２本のレーザビームの交
差角を変化させながら格子マークからの干渉光を光電検
出する。しかる後、干渉光強度が最大となる交差角を求
めて２本のレーザビームの交差角を調整することによっ
て、上記関係式を満足するように格子ピッチＰに対して
干渉縞のピッチＰ’が正確に設定される。一方、２本の
レーザビームの主光線を含む平面とウエハ面との交線の
回転誤差に関しては、回折格子マーク（ウエハ）と干渉
縞とを相対的に回転させながら、順次格子マークからの
干渉光を光電検出する。そして、干渉光強度が最大とな
るように、格子マークと干渉縞とを相対回転させること
により上記回転誤差を略零にしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術においては、回折光強度（光ビート信号
の電圧値）の最大値を検出すること、すわなち山登り法
によって、２本のレーザビームの交差角や回転誤差の計
測及び調整を行っている。一般に、山登り法では最大値
における信号変化の傾き（感度）が零であるといった本
質的な問題がある。さらに、電気的なレベルをモニター
して交差角や回転誤差を算出するので、ノイズ等の影響
を受け易く、十分な計測精度を得ることができないとい
う問題点もあった。

【０００９】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、高精度、高速にアライメント用の２本
のレーザビームの交差角（干渉縞ピッチ）及び回転誤差
の計測、調整を行うことができる位置合わせ装置を得る
ことを目的としている。

【００１０】

【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、基板〔ウエハＷ〕上に形成された
回折格子に所定の交差角で２方向から照射するための可
干渉性の２つのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pを造り出すビーム
発生手段〔レーザ光源１０、２光束周波数シフター１
１〕と、２つのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pを瞳面Ｅｐ内で所
定間隔だけ離して通すことによって、基板（Ｗ）に所定
の交差角で照射する対物光学系〔投影レンズＰＬ〕と、
回折格子からほぼ同一方向に発生した回折光同志の干渉
光を対物光学系（ＰＬ）を介して受光する光電検出器
（５６）とを有し、光電検出器（５６）から出力される
光ビート信号に基づいて回折格子を所定点に位置合わせ
する装置において、所定の回折格子状の基準マーク（８
０）が形成された基準部材（ＦＭ）と；２つのビームＬ
Ｂ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_wと、基準マークの格子配列
方向に対する２つのビームの主光線を含む面（９１）と
ウエハ面との交線（９０）の回転誤差ωとの少なくとも
一方を調整可能な補正手段〔平行平板ガラス７４ａ、７
４ｂ〕と；対物光学系（ＰＬ）に関して基準マーク（８
０）とほぼ共役な位置、もしくはその近傍に配置され、
光電検出器（５６）へ入射する基準マーク（８０）から
の干渉光ＢＴＬ_Wを、基準マーク（８０）上で２つのビ
ームが交差する領域内の部分領域に制限する制限部材
〔視野絞り１５及び絞り部材７２または７３〕と；制限
部材によって制限された交差領域内の第１部分から発生
する干渉光と、交差領域内の第２部分から発生する干渉
光との各々に対応した光電検出器（５６）の検出信号の
位相差（Φ_W）に基づいて、交差角２θ_Wと回転誤差ω
との少なくとも一方を算出する演算手段〔主制御系２
８〕とを設ける。

【００１１】

【作用】本発明では、基板上に形成される回折格子から
の回折光強度に応じた光電信号（光ビート信号）の位相
差を用いて、２本のレーザビームの交差角や回転誤差を
算出するため、信号レベルを山登り法でサーチすること
もなく、電気的なノイズ等による計測精度の低下を防止
することができる。この際、絞り部材により２本のレー
ザビームの照明領域（干渉縞の形成領域）と回折格子と
を相対移動させるので、ステージの位置決め精度等に関
係なく、高精度、高速に交差角や回転誤差を計測、調整
することが可能となっている。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例による位置合わせ装置
を備えた投影型露光装置（ステッパー）の概略的な構成
を示す平面図であって、特に位置合わせ装置としてＴＴ
Ｒ（Through The Reticle)方式のアライメントセンサー
を有する装置を一例として示している。尚、本実施例で
は半導体素子のチップサイズの変更、あるいは各種プロ
セスによるウエハマークの破壊等に伴うレチクルマーク
の位置変更に対応してアライメントセンサーが移動可能
に構成されている。また、図１では１組のアライメント
センサー（１０〜２４、７０〜７３）のみ示している
が、実際にはレチクルのアライメント用の透明窓ＲＷ₁
〜ＲＷ₄の各々に対応して４組のアライメントセンサー
が配置されているものとする。

【００１３】図１において、超高圧水銀ランプ、エキシ
マレーザ装置等の照明光源１は、ｇ線、ｉ線、またはＫ
ｒＦエキシマレーザ光等のレジスト層を感光させる波長
域の露光用照明光ＩＬを発生し、露光光ＩＬはオプチカ
ルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照明光
学系２に入射する。照明光学系２により光束の一様化、
スペックルの低減化等が行われた露光光ＩＬは、ミラー
３、メインコンデンサーレンズ４を介してダイクロイッ
クミラー５に至る。ダイクロイックミラー５はメインコ
ンデンサーレンズ４からの露光光ＩＬを垂直に下方に反
射させ、レチクルＲを均一な照度で照明する。ここで、
ダイクロイックミラー５はレチクルＲの上方に４５°で
斜設され、露光光ＩＬの波長に対しては９０％以上の反
射率を有し、アライメント用照明光の波長（通常、露光
光よりも長波長）に対しては５０％以上の透過率を有す
るものである。

【００１４】レチクルＲには、パターン領域ＰＡを囲む
一定幅の遮光帯（クロム層）ＬＳＢの中に、４組のアラ
イメント用の透明窓ＲＷ₁〜ＲＷ₄ （ＲＷ₁、ＲＷ₃の
み図示）が形成されている。レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳ上に載置され、パターン領域ＰＡの中心点が光
軸ＡＸと一致するように位置決めが行われる。レチクル
ステージＲＳは駆動モータ６により水平面内で２次元移
動可能に構成され、その端部にはレーザ光波干渉式測長
器（以下、干渉計とする）７からのレーザビームを反射
する移動鏡７ｍが固定されている。干渉計７はレチクル
Ｒの２次元的な位置を、例えば０．０１μｍ程度の分解
能で常時検出する。レチクルＲの初期設定は、レチクル
周辺のアライメントマークを光電検出するレチクルアラ
イメント系（不図示）からのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージＲＳを微動することにより行われ
る。

【００１５】さて、パターン領域ＰＡを通過した露光光
ＩＬは、両側テレセントリックな投影レンズＰＬに入射
し、投影レンズＰＬはレチクルＲの回路パターンの投影
像を、表面にレジスト層が形成されたウエハＷ上の１つ
のショット領域に重ね合わせて投影（結像）する。ウエ
ハＷにはショット領域と一定の位置関係で近傍の位置に
ウエハマークＷＭが形成される。投影レンズＰＬは露光
光ＩＬの波長（ｇ線、ｉ線等）に関して良好に色収差補
正され、その露光波長のもとでレチクルＲとウエハＷと
は互いに共役になるように配置される。

【００１６】また、ウエハＷは駆動モータ８によりステ
ップ・アンド・リピート方式で２次元移動するウエハス
テージＷＳに載置され、ウエハＷ上の１つのショット領
域に対するレチクルＲの転写露光が終了すると、次のシ
ョット位置までステッピングされる。ウエハステージＷ
Ｓの２次元的な位置は干渉計９によって、例えば０．０
１μｍ程度の分解能で検出され、ウエハステージＷＳの
端部には干渉計９からのレーザビームを反射する移動鏡
９ｍが固定されている。

【００１７】さらに、ウエハステージＷＳ上にはアライ
メントセンサーからの２本のビーム（後述のＬＢ_1P、Ｌ
Ｂ_2P）の交差角や回転誤差の調整のために使用される回
折格子状の基準マークを備えた基準部材（ガラス基板）
ＦＭが、例えばウエハＷの表面位置とほぼ一致するよう
に設けられている。基準部材ＦＭには基準マークとして
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（デューティは１：１）８０が設けられている。図
４は、回折格子マーク８０の概略的な構成を示す図であ
って、Ｘ、Ｙ方向の各々に伸びた複数本のバーパターン
を、例えば８μｍピッチでＹ、Ｘ方向に配列したもので
ある。尚、図中に点線で示した円ＥＦは投影レンズＰＬ
の露光フィールドを表し、矩形領域ＬＡ₁〜ＬＡ₄は４
組のアライメントセンサーの各々から照射される２本の
ビームの照明領域（干渉縞の形成領域）を表している。
従って、本実施例では投影レンズＰＬの下に基準部材Ｆ
Ｍを送り込んで、光軸ＡＸと回折格子マーク８０の中心
とをほぼ一致させることによって、４組のアライメント
センサーの各々での２本のビームの交差角または回転誤
差を同時に計測することが可能となっている。

【００１８】図５は第２層目以降の重ね合わせ露光に使
用されるレチクルＲのパターン形状及び配置の一例を示
すもので、パターン領域ＰＡを囲む遮光帯ＬＳＢの中に
透明窓ＲＷ₁〜ＲＷ₄がパターン領域ＰＡに近接して形
成されている。透明窓ＲＷ₁、ＲＷ₃はレチクル中心Ｒ
Ｃを通りＹ軸と平行な線上で互いに対向して設けられ、
透明窓ＲＷ₂、ＲＷ₄は中心ＲＣを通りＸ軸と平行な線
上で互いに対向して設けられる。また、遮光帯ＬＳＢの
幅をウエハ上のストリートラインの幅の１／Ｍ倍（投影
レンズＰＬの投影倍率をＭとする）以上の値に設定し、
不図示の可変ブラインドによって規定される露光光ＩＬ
の照明領域ＩＡは、パターン領域ＰＡと透明窓ＲＷ₁〜
ＲＷ₄（または後述の透明部ＲＳ₁のみでも構わない）
とを含む範囲の大きさ、すなわちウエハ上で１つのショ
ット領域とその周囲４辺のストリートラインとをカバー
する大きさに設定される。

【００１９】図６は、レチクルＲの透明窓ＲＷ₁の具体
的な構成の一例を示すものであって、透明窓ＲＷ₁は矩
形状の透明部ＲＳ₁とマーク領域ＭＡ₁、ＭＡ₂とで構
成される。透明部ＲＳ₁はアライメント用のビームＬＢ
_1P、ＬＢ_2Pを通過させるとともに、ビームＬＢ_1P、ＬＢ
_2PのウエハマークＷＭでの所定次数の回折光（干渉光Ｂ
ＴＬ_W）を通過させる（詳細後述）。マーク領域Ｍ
Ａ₁、ＭＡ₂は所定の間隔ΔＤ_Rだけ離れて設けられ、
各領域内には回折格子状のレチクルマークＲＭ₁、ＲＭ
₂（デューティは１：１）がともにピッチＰ_Rで形成さ
れている。

【００２０】また、透明部ＲＳ₁には遮光部ＬＳ₁（ク
ロム層）が形成され、露光時にはこの遮光部ＬＳ₁がウ
エハマークＷＭ₁を保護する。具体的には、パターン領
域ＰＡの投影像と露光すべきウエハＷ上のショット領域
とを正確に重ね合わせた時、露光光ＩＬの波長のもとで
遮光部ＬＳ₁とウエハマークＷＭとが結像関係（図１中
の点線）となるように、アライメント用照明光として露
光光ＩＬと異なる波長域、例えばレジストの感光感度が
ほとんどない波長５３０nm以上の単波長のレーザビーム
を用い、透明部ＲＳ₁やウエハマークＷＭの大きさ等に
応じて投影レンズＰＬの倍率色収差量Δβ（ここではレ
チクルＲ上での値）をある値以上に適当に定めれば良
い。この際、露光光ＩＬの波長のもとで透明部ＲＳ₁の
投影像は、ウエハマークＷＭからショット領域へ倍率色
収差量に対応した値（Δβ・Ｍ）だけずれた位置に結像
されることになる。

【００２１】次に、図２、図３を併用して本実施例のＴ
ＴＲ方式のアライメントセンサーについて詳述する。図
２はアライメントセンサーの具体的な構成を示す斜視
図、図３はアライメントセンサーの主要部をさらに詳細
に説明したもので、図３では図１のダイクロイックミラ
ー５、ミラー２１、及び図２のミラー４４、４７を省略
してある。

【００２２】図２に示すように、レーザ光源１０は直線
偏光（例えば、Ｐ偏光）のアライメント用照明光（レー
ザビーム）ＬＢを発生し、ビームＬＢは１／２（または
１／４）波長板３０を介して偏光軸を入射面に対して約
４５°回転させられて偏光ビームスプリッター（ＰＢ
Ｓ）３１に至り、ここでほぼ同一光量となるようにｐ偏
光ビームＬＢ_pとｓ偏光ビームＬＢ_sとに分割される。
照明光ＬＢは露光光ＩＬの波長域と異なる波長域のレー
ザビームであって、例えばレジスト層に対してほとんど
感度を持たない波長６３３nmのＨｅ−Ｎｅレーザとす
る。

【００２３】さて、ＰＢＳ３１を通過したｐ偏光ビーム
ＬＢ_pは、ミラー３２を介して周波数シフターとしての
第１音響光学変調器（ＡＯＭ）３３に入射し、ＰＢＳ３
１で反射されたｓ偏光ビームＬＢ_sは第２音響光学変調
器（ＡＯＭ）３４に入射する。ＡＯＭ３３は周波数ｆ₁
の高周波信号ＳＦ₁でドライブされ、その周波数ｆ₁で
決まる回折角だけ偏向された１次光をビームＬＢ₁とし
て出力する。一方、ＡＯＭ３４は周波数ｆ₁であるビー
ムＬＢ₁との差周波数がΔｆとなるように周波数ｆ₂(ｆ
₂＝ｆ₁−Δｆ）の高周波信号ＳＦ₂でドライブされ、
同様にその周波数ｆ₂で決まる回折角だけ偏向された１
次光をビームＬＢ₂として出力する。

【００２４】ここで、ＡＯＭ３３、３４から射出したビ
ームのうち＋１次光以外の射出ビームＤ₀は、適当な位
置に配置されたスリット３５、３６によって遮光され
る。本実施例ではＡＯＭ３３、３４のドライブ周波数ｆ
₁、ｆ₂を、例えば８０．０００ＭＨｚ、７９．９５０
ＭＨｚとし、その周波数差Δｆを５０ＫＨｚと低く設定
するため、２つのＡＯＭ３３、３４での１次回折光の回
折角はともに等しくなる。尚、ビームＬＢ_p、ＬＢ_sの
周波数シフターとして、例えば光導波路を用いても良
い。

【００２５】ＡＯＭ３３により周波数ｆ₁に変調されて
射出したｐ偏光ビームＬＢ₁は、レンズ４０を介してア
ライメント系の瞳面もしくはその近傍に配置される半面
ビームスプリッター（ＨＢＳ）４１に入射する。一方、
ＡＯＭ３４により周波数ｆ₂に変調されて射出したｓ偏
光ビームＬＢ₂は、２枚の平行平板ガラス７４ａ、７４
ｂを通った後、１／２波長板３７の作用によりｐ偏光に
変換され、ミラー３８、レンズ３９を介してＨＢＳ４１
に入射する。尚、平行平板ガラス７４ａ、７４ｂは駆動
部（不図示）によって、ビームＬＢ₂の進行方向に対し
て互いに独立に傾斜可能に構成されている。

【００２６】ここで、平行平板ガラス７４ａを１次元傾
斜させてビームＬＢ₂を微小量だけシフトさせると、ア
ライメント系の瞳面（ビームウエスト位置）、例えば投
影レンズＰＬの瞳面ＥｐにおいてビームＬＢ_2pのスポッ
トがウエハマークＷＭの格子配列方向（本実施例ではＸ
方向）に移動し、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの各スポットの
間隔、すなわちビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_Wを
調整することが可能となっている。一方、平行平板ガラ
ス７４ｂを傾斜させると、瞳面ＥｐにおいてビームＬＢ
_2pのスポットが格子配列方向とほぼ垂直な方向（Ｙ方
向）に移動し、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの両主光線を含む
面のＺ軸回りの回転調整が可能となる。

【００２７】尚、２枚の平行平板ガラス７４ａ，７４ｂ
の代わりに、１枚の平行平板ガラスをビームＬＢ₂の進
行方向に対して２次元的に傾斜可能に配置すれば、同様
に瞳面Ｅｐでのスポットの位置を調整することができ
る。また、ビームＬＢ₂の光路中、例えばスリット３５
とレンズ４０との間に、上記の如き１枚または２枚の平
行平板ガラスを配置して、ビームＬＢ₁もシフトさせる
ように構成しても構わない。この場合、後述の平行平板
ガラス７０ａ、７０ｂが不要となる。

【００２８】図示していないが、ＨＢＳ４１は接合面の
半分に全反射ミラーを蒸着したものであって、ここにビ
ームＬＢ₂を入射させることでほぼ１００％の光量で反
射させ、ビームＬＢ₁は接合面の透明部をそのまま透過
する。ＨＢＳ４１はビームＬＢ₁、ＬＢ₂を完全に同軸
に合成するのではなく、所定量だけ間隔をあけるように
ビームＬＢ₁、ＬＢ₂を互いに平行に合成する。これに
よって２本のｐ偏光ビームＬＢ₁、ＬＢ₂の主光線は互
いに平行になるとともに、アライメント系の光軸ＡＸａ
を挟んで対称的に位置するようになる。尚、１／２波長
板３０から符号順にＨＢＳ４１までの部材と平行平板ガ
ラス７４ａ、７４ｂとが、図１における２光束周波数シ
フター１１を構成する。

【００２９】さて、ＨＢＳ４１から主光線を平行にして
射出した２本のＰ偏光ビームＬＢ₁（周波数ｆ₁)とＬＢ
₂（同ｆ₂)とは共に、１／２波長板４２の作用により偏
光方向が約４５°回転させられた後、アライメント系の
瞳空間に配置され、光軸ＡＸａに対して傾斜可能に設け
られた平行平板ガラス７０ａ，７０ｂ（図１中の部材７
０に相当）に入射する。平行平板ガラス７０ａ，７０ｂ
は不図示の駆動部により独立に駆動され、本実施例では
光軸ＡＸａに対して１次元に傾斜可能となっている。さ
らにＰ偏光ビームＬＢ₁、ＬＢ₂は、先のレンズ４０、
３９によりアライメント系の瞳面Ｅｐ’（ビームウエス
ト位置で、入射瞳Ｅｐとほぼ共役な面）、もしくはその
近傍で一度スポット状に集光した後（図３）、偏光ビー
ムスプリッター（ＰＢＳ）１２に達する。ＰＢＳ１２に
おいて、ビームＬＢ₁は周波数ｆ ₁のｐ偏光ビームＬＢ
_1pとｓ偏光ビームＬＢ_1sとに分割され、ビームＬＢ₂は
周波数ｆ₂のｐ偏光ビームＬＢ_2pとｓ偏光ビームＬＢ_2s
とに分割される。

【００３０】ここで、平行平板ガラス７０ａ，７０ｂの
少なくとも一方を傾斜させると、アライメント系の瞳面
Ｅｐ’、Ｅｐ''またはＥｐにおいて、ビームＬＢ_1p，Ｌ
Ｂ_2pの各スポットの間隔は一定のまま、各スポットが１
次元または２次元的に移動することになり、ビームＬＢ
_1p，ＬＢ_2pの２等分線となる２ビームの主光線のアライ
メント系の光軸ＡＸａに対する傾き（以下、簡単にテレ
セン傾きと呼ぶ）を調整することが可能となる。これ
は、２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_W及び回
転誤差ωを調整するにあたって、本実施例では２光束周
波数シフター１１において平行平板ガラス７４ａ、７４
ｂによりビームＬＢ₂のみをシフトさせるため、平行平
板ガラス７４ａ、７４ｂの傾斜に伴ってテンセン傾きを
補正する必要が生じ得るからである。

【００３１】図３にも示すように、ＰＢＳ１２で反射さ
れる２本のｓ偏光ビームＬＢ_1s（周波数ｆ₁)とＬＢ
_2s（同ｆ₂)とは、瞳を像面に変換するレンズ系（逆フー
リエ変換レンズ）４３、ミラー４４、レンズ系４３の後
側焦点面に配置される参照用回折格子４５、及び光電検
出器４６で構成された参照信号作成部１３（図１）に入
射する。２本のビームＬＢ_1s、ＬＢ_2sはレンズ系４３を
介してミラー４４で反射され、装置上で固定されている
参照用回折格子４５に対して異なる２方向から平行光束
となって所定の交差角で入射し結像（交差）する。光電
検出器４６は２組の受光素子（もしくは２分割受光素
子）を有し、例えば参照用回折格子４５を通過したビー
ムＬＢ_1sの０次光と、これと同軸に進むビームＬＢ_2sの
＋１次回折光との干渉光、及びビームＬＢ_1sの−１次回
折光と、これと同軸に進むビームＬＢ_2sの０次光との干
渉光を、それぞれ独立に受光（光電変換）する。それら
２つの干渉光の強度に応じた正弦波状の光電信号は不図
示のアンプによって加算され、この結果得られる光電信
号ＳＲは、ビームＬＢ_1s，ＬＢ_2sの差周波数Δｆに比例
した周波数となり、光ビート信号となる。ここで、参照
用回折格子４５の格子ピッチは、ビームＬＢ_1s，ＬＢ_2s
によって作られる干渉縞のピッチと等しくなるように定
められている。尚、光電検出器４６は上記２つの干渉光
を同一受光面上で受光し、この受光面上で加算された干
渉光の強度に応じた光電信号を出力するものであっても
良い。

【００３２】一方、ＰＢＳ１２を通過した２本のｐ偏光
ビームＬＢ_1p（周波数ｆ₁)とＬＢ_2p（同ｆ₂)とは、レン
ズ１４によって所定角度だけ傾いた平行光束となり、レ
ンズ１４の後側焦点面（ウエハとほぼ共役な面）ＩＰ’
に配置された視野絞り１５で一度交差した後、ビームス
プリッター（ＮＢＳ）１６を介してレンズ１７から射出
される。これより、図３に示すようにビームＬＢ_1p、Ｌ
Ｂ_2pは、各主光線がアライメント系の光軸ＡＸａに対し
てほぼ平行になり、かつ瞳面Ｅｐ''（ビームウエスト位
置）で光軸ＡＸａを挟んでほぼ点対称な２点にスポット
として集光する結像光束となる。尚、本実施例では視野
絞り１５の他に、この絞り１５に互いに極近接して、２
本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_Wや回転誤差ω
の計測に使用される２組の絞り部材７２、７３が配置さ
れている。従って、上記計測時には視野絞り１５及び絞
り部材７２または７３により２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ
_2pの照明領域が規定されることになる（詳細後述）。

【００３３】さらに、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pはビームス
プリッター（ＮＢＳ）１９、ミラー２１及びテレセント
リックな対物レンズ２２を介してダイクロイックミラー
５に垂直方向から投射され、焦点面２５にて交差角２θ
_R（後述のウエハ上での交差角２θ_Wにより一義的に定
まる）で一度交差した後、レチクルＲのパターン面では
分離して透明窓ＲＷ₁、すなわちレチクルマークＲ
Ｍ₁、ＲＭ₂の各々を照射する。尚、焦点面２５（対物
レンズ２２の後側焦点面）はアライメント用照明光ＬＢ
の波長のもとでウエハ面とほぼ共役となり、この焦点面
２５とレチクルＲのパターン面との間隔が投影レンズＰ
Ｌの軸上色収差量ΔＬに対応している。従って、レチク
ルマークＲＭ₁、ＲＭ₂の間隔ΔＤ_R（図６）は、ΔＤ
_R＝２・ΔＬ・tan θ_Rと定められることになる。

【００３４】さて、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pはレチクルマ
ークＲＭ₁、ＲＭ₂を照射するとともに（図６）、その
一部は透明部ＲＳ₁を通過して投影レンズＰＬに入射
し、入射瞳Ｅｐにおいて瞳中心（光軸ＡＸ）に関してほ
ぼ点対称となるように一度スポット状に集光する。しか
る後、ウエハマークＷＭのピッチ方向に関して光軸ＡＸ
を挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束となり、
ウエハマークＷＭ上に異なる２方向から交差角２θ_Wで
入射し結像（交差）する。尚、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの
交差角２θ_Wは、大きくても投影レンズＰＬの射出（ウ
エハ）側の開口数（Ｎ．Ａ．）を越えることはない。ま
た、入射瞳Ｅｐにおいて光軸ＡＸを挟んでほぼ点対称と
なるように形成されるビームＬＢ_1p，ＬＢ_2pの各スポッ
トを結ぶ直線の方向と、ウエハマークＷＭのピッチ方向
とはほぼ一致している。

【００３５】さて、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pが交差角２θ
_WでウエハマークＷＭに入射すると、ビームＬＢ_1p、Ｌ
Ｂ_2pが交差している空間領域内で光軸ＡＸと垂直な任意
の面内（ウエハ面）には、ウエハマークＷＭのピッチＰ
_Wに対して１／Ｎ倍（Ｎは自然数）のピッチＰ_f（本実
施例ではＰ_f＝Ｐ_W／２と定める）で、１次元の干渉縞
が作られることになる。この干渉縞はウエハマークＷＭ
のピッチ方向（Ｘ方向）に、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの差
周波数Δｆに対応して移動する（流れる）ことになり、
その速度Ｖは、Ｖ＝Δｆ・Ｐ_fなる関係式で表される。
また、交差角２θ_Wはアライメント用照明光ＬＢの波長
をλとすると、以下の数１を満足するように定められて
いる。

【００３６】

【数１】

【００３７】この結果、ウエハマークＷＭからは干渉縞
の移動によって明暗の変化を周期的に繰り返すビート波
面になる±１次回折光が発生し、これら回折光は同軸に
合成されて入射瞳Ｅｐの中心を通るように光軸ＡＸ上に
沿って逆進する。この２つの回折光は同一偏光成分（ｐ
偏光成分）なので互いに干渉し、光ビート（干渉光）Ｂ
ＴＬ_Wとなって、投影レンズＰＬ、レチクルＲの透明窓
ＲＷ₁、ダイクロイックミラー５、対物レンズ２２、及
びミラー２１を介してＮＢＳ１９のところまで戻り、こ
こで反射されてアフォーカル拡大リレー系５１、５２、
空間フィルター５３、ミラー５４、集光レンズ５５、及
び光電検出器５６で構成された第１計測信号作成部２０
（図１）に入射する。

【００３８】第１計測信号作成部２０において、ウエハ
マークＷＭからの干渉光ＢＴＬ_Wはアフォーカル拡大リ
レー系５１、５２を通り、入射瞳Ｅｐとほぼ共役に配置
される空間フィルター５３に達する。ここでビームＬＢ
_1p、ＬＢ_2pの主光線と全く同軸に戻る反射光のうちの０
次光Ｌｏ、及びレチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂からの１
次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂（詳細後述）がカットされて、
干渉光ＢＴＬ_Wのみが抽出される。さらに、干渉光ＢＴ
Ｌ_Wはミラー５４、集光レンズ５５を介して光電検出器
５６に受光される。光電検出器５６は干渉光ＢＴＬ_Wに
対応した光電信号を作り、この光電信号は干渉縞の明暗
変化の周期に応じた正弦波状の交流信号、すなわち周波
数差Δｆのビート周波数をもつ光ビート信号ＳＤ_Wとな
って位相検出系２７に出力される。尚、空間フィルター
５３のすぐ後ろに光電検出器５６を配置すれば、当然な
がら集光レンズ５５を設ける必要がなくなる。

【００３９】ここで、第１計測信号作成部２０において
±１次回折光（干渉光）ＢＴＬ_W以外に、先に述べたビ
ームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの主光線と全く同軸に戻るビームＬ
Ｂ_1pの０次光とビームＬＢ_2pの＋２次回折光との干渉
光、及びビームＬＢ_1pの−２次回折光とビームＬＢ_2pの
０次光との干渉光を、それぞれ独立に入射瞳Ｅｐとほぼ
共役な面（空間フィルター５３の表面）で光電検出器に
て受光しても良い。この場合、これら２つの干渉光の強
度に応じた正弦波状の光電信号を不図示のアンプによっ
て加算し、この結果得られる光電信号（光ビート信号）
を位相検出系２７に出力する。そして、この光ビート信
号を先の干渉光ＢＴＬ_Wの光ビート信号ＳＤ_Wの代わり
に用いる、もしくはこの光ビート信号と上記光ビート信
号ＳＤ_Wとを、例えばその信号振幅等に応じて使い分け
るようにしても構わない。この際、アフォーカル拡大リ
レー系５１，５２間のウエハＷとほぼ共役な位置に視野
絞りを配置し、レチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂からの１
次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂をカットして上記２つの干渉光
のみを抽出する必要がある。

【００４０】一方、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pが照射される
レチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂の格子ピッチＰ_R（図
３）は、焦点面２５でのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角
２θ_Rに応じて、以下に示す数２のように定められてい
る。但し、Ｍは投影レンズＰＬの投影倍率である。

【００４１】

【数２】

【００４２】従って、レチクルマークＲＭ₁から発生す
る１次回折光ＲＬ₁(周波数ｆ₁)とレチクルマークＲＭ₂
から発生する１次回折光ＲＬ₂(同ｆ₂)とが、ビームＬＢ
_1p、ＬＢ_2pの各主光線と全く同軸に、ダイクロイックミ
ラー５、対物レンズ２２、ミラー２１、ＮＢＳ１９及び
レンズ１７を介してＮＢＳ１６のところまで戻り、ここ
で反射されてミラー４７、透過型の基準格子板４８、空
間フィルター４９及び光電検出器５０で構成された第２
計測信号作成部１８（図１）に入射する。基準格子板４
８はレンズ１７の後側焦点面（ウエハ共役面）に配置さ
れるので、１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂はミラー４７を介
して基準格子板４８に異なる２方向から平行光束となっ
て所定の交差角で入射し結像（交差）することになる。
これより、基準格子板４８上にはその周波数差Δｆに対
応して格子ピッチ方向に流れる１次元の干渉縞が作られ
ることになる。

【００４３】ここで、本実施例では説明を簡単にするた
め、焦点面２５と基準格子板４８との間の倍率を等倍
（１倍）とし、基準格子板４８の格子ピッチＰ_GRをＰ_GR
＝Ｐ_Rに設定しておくものとする。また、ウエハマーク
ＷＭから発生する０次光ＬｏもビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの
主光線と全く同軸に戻り、１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂と
ともに基準格子板４８を異なる２方向から照射し得る。
しかしながら、基準格子板４８の表面（ウエハ共役面）
では、ウエハ面上のマークＷＭで反射した０次光Ｌｏと
１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂（干渉縞）とが像面内で空間
的に分離するので、ここでは１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂
による干渉縞の大きさ、位置に応じて基準格子板４８を
ウエハ共役面内に配置しておけば良い。

【００４４】この結果、１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂が基
準格子板４８に入射すると、基準格子板４８からは±１
次回折光が同軸に発生し、この干渉光ＢＴＬ_R（平行光
束）は空間フィルター４９を介して光電検出器５０に受
光される。基準格子板４８からの０次光Ｌｏ’は空間フ
ィルター４９によって遮光される。光電検出器５０から
の干渉光ＢＴＬ_Rに対応した光電信号は、干渉縞の明暗
変化の周期に応じた正弦波状の交流信号（ビート周波数
の光ビート信号）ＳＤ_Rとなって位相検出系２７に出力
される。

【００４５】さて、図１に示すように位相検出系２７
は、参照信号作成部１３で作られた参照信号としての光
ビート信号ＳＲと、第１計測信号作成部２０、第２計測
信号作成部１８で作られた光ビート信号ＳＤ_W、ＳＤ_R
の夫々との波形上の位相差を検出し、２つの光ビート信
号ＳＤ_W、ＳＤ_R間の相対位相差を求め、この位相差情
報を主制御系２８へ出力する。主制御系２８は、位相検
出系２７の位相差情報に基づいてレチクルマークＲＭ₁
とウエハマークＷＭとの相対位置ずれ量を、格子ピッチ
Ｐ_Wの±Ｐ_W／４の範囲内で高精度に算出する。さら
に、干渉系７、９の両方のインターフェイスを行なうサ
ーボシステム２６、駆動モータ６、８、及び位相検出系
２７を統括的に制御する他、先の位相差情報から２本の
ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_W（干渉縞ピッチＰ
_f）や回転誤差ωを算出し、これら演算値に基づいて平
行平板ガラス７０ａ、７０ｂ及び７４ａ、７４ｂの傾斜
角を調整する。

【００４６】ところで、図１においてアライメント系の
うちのミラー２１と対物レンズ２２とは、駆動制御系２
３によって左右方向に矢印Ａに沿って移動する保持金物
２４内に一体に固定されている。この金物２４の移動に
よって、対物レンズ２２の観察位置は、少なくともレチ
クルＲ上でその中心ＲＣを通る放射方向の線上を自由に
変更することができる。ここで、対物レンズ２２の観察
位置の移動に伴い、例えば光電検出器５６の受光面でウ
エハマークＷＭからの干渉光ＢＴＬ_Wと０次光Ｌｏとが
デフォーカスのために分離せず、一部重畳し得る。そこ
で、本実施例では干渉光ＢＴＬ_Wに０次光Ｌｏが混入し
ないように、対物レンズ２２（金物２４）の移動ストロ
ークを設定してある。最も好ましい条件としては、金物
２４が観察のための移動ストロークの中心に位置した
時、対物レンズ２２の瞳面Ｅｐ''をビームウエスト位
置、すなわち空間フィルター５３と共役にすることであ
る。この状態の時、空間フィルター５３の開口の丁度中
心に干渉光ＢＴＬ_Wのビームウエストを通すように定め
れば良い。尚、図１に示したアライメント系は、各種プ
ロセスによるウエハマークの破壊等に伴うアライメント
マーク（透明窓）の打ち替え（位置変更）に対応して、
パターン領域ＰＡにほぼ沿って紙面と垂直な方向に移動
可能となっている。

【００４７】ここで、上記構成のアライメント系による
レチクルＲとウエハＷとの位置合わせ動作を簡単に説明
しておく。図３に示すように、２本のビームＬＢ_1p、Ｌ
Ｂ_2pを透明窓ＲＷ₁に照射すると、レチクルマークＲＭ
₁、ＲＭ₂から発生する１次回折光ＲＬ₁、ＲＬ₂が基
準格子板４８に入射し、光電検出器５０は基準格子板４
８からの干渉光ＢＴＬ_Rを受光して光ビート信号ＳＤ_R
を位相検出系２７に出力する。これによって、位相検出
系２７は光電検出器４６からの参照信号としての光ビー
ト信号ＳＲに対する位相差Φ_Rを求めて記憶する。この
際、レチクルＲのずれ量ΔＸ_Rは次式から算出される。

【００４８】

【数３】

【００４９】一方、透明窓ＲＷ₁を通過したビームＬＢ
_1p、ＬＢ_2pはウエハマークＷＭを照射し、光電検出器５
６はウエハマークＷＭからの干渉光ＢＴＬ_Wのみを抽出
して受光し、その光ビート信号ＳＤ_Wを位相検出系２７
に出力する。位相検出系２７は参照用の光ビート信号Ｓ
Ｒに対する位相差Φ_Wを求めて記憶する。この際、ウエ
ハＷのずれ量ΔＸ_Wは次式から算出される。

【００５０】

【数４】

【００５１】さて、位相検出系２７は先に求めた位相差
Φ_R、Φ_Wを主制御系２８へ出力し、主制御系２８はこ
の位相差情報に基づいて、次式からレチクルＲとウエハ
Ｗとの相対的な位置ずれ量ΔＸを算出する。但し、Ｍ_AL
は投影レンズＰＬのアライメント波長のもとでの投影倍
率、ずれ量ΔＸはウエハＷ上での値である。

【００５２】

【数５】

【００５３】この結果、主制御系２８はサーボシステム
２６を用いて上記ずれ量ΔＸが一定値、もしくは零とな
るようにレチクルステージＲＳ、またはウエハステージ
ＷＳを微動させ、レチクルＲのパターン領域ＰＡの投影
像とウエハＷ上のショット領域とを正確に一致させる。
この際、ずれ量ΔＸが所定の許容範囲（例えば、±０．
０６μｍ）以内に入った時点で、照明光学系２を介して
照明領域ＩＡ内に露光光ＩＬが照射される。また、アラ
イメントにあたってはサーボシステム２６を用いず、位
相検出系２７により求められる２つの光ビート信号間の
相対位相差が零となるように、レチクルステージＲＳ、
またはウエハステージＷＳをサーボ制御しても構わな
い。尚、第２計測信号作成部１８において１次回折光Ｒ
Ｌ₁，ＲＬ ₂によって作られる干渉縞のピッチと基準格
子板４８の格子ピッチとを等しくなるように定め、参照
信号作成部１３と同様の方式で光ビート信号ＳＤ_Rを得
るようにしても良い。また、位相検出系２７において参
照用の光ビート信号ＳＲを用いず、上記２つの光ビート
信号ＳＤ_W、ＳＤ_Rを直接比較して相対位相差を求めて
も構わない。

【００５４】次に、図７〜図９を参照して３組の絞り部
材１５、７２、７３の構成の一例を簡単に説明する。図
７は視野絞り１５の一例を示す図であって、視野絞り１
５は矩形開口１５ｓを有し、２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ
_2pの最大照明領域（例えば、図４中のＬＡ₁に相当）を
規定するものである。図８は、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの
交差角２θ_Wを調整するのに好適な絞り部材の一例を示
している。図８に示すように絞り部材７２は、回転円板
に複数（図では５つ）の円弧状のスリット７２ａ〜７２
ｅと扇状の開口７２ｆとが形成されたもので、各光透過
部は駆動部７１により視野絞り１５の開口部１５ｓに対
して相対回転可能となっている。従って、交差角（干渉
縞ピッチ）の計測に際しては、矩形開口１５ｓとスリッ
ト７２ａ〜７２ｅのいずれかとによって、２本のビーム
ＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域が定められることになる。こ
こで、スリット７２ａ〜７２ｅの各々は、円板中心７２
ｏからの距離（半径ｒ₁〜ｒ₅)が互いに異なるように形
成されているとともに、各スリットの半径方向の幅は等
しくなっているものとする。

【００５５】図９は、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2p（干渉縞）
の回転誤差ωを調整するのに好適な絞り部材の一例を示
している。図９に示すように絞り部材７３は、回転円板
に複数（図では３つ）の円弧状のスリット７３ａ〜７３
ｃと扇状の開口７３ｄとが形成されたもので、各光透過
部は不図示の駆動部により矩形開口１５ｓに対して相対
回転可能となっている。従って、回転誤差の計測に際し
ては、矩形開口１５ｓとスリット７３ａ〜７３ｃのいず
れかとによって、２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領
域が定められることになる。スリット７３ａ〜７３ｃの
各々は、円板中心７３ｏからの距離（半径）が互いに異
なるように形成されているとともに、各スリットの半径
方向の幅は等しくなっているものとする。

【００５６】尚、絞り部材７２、７３の開口部７２ｆ、
７３ｄの各々は、絞り部材１５の矩形開口１５ｓよりも
十分に大きく、交差角や回転誤差の計測を行わないと
き、すなわちレチクルとウエハとのアライメントを行う
ときに、矩形開口１５ｓと重なるように位置設定され
る。また、交差角計測を行うときは絞り部材７３の開口
７３ｄが、回転誤差計測を行うときは絞り部材７２の開
口７２ｆが矩形開口１５ｓと重なることになる。

【００５７】ところで、図８では矩形開口１５ｓ（点
線）に対してスリット７２ａが重なっている状態を示し
ており、ウエハ上ではこの重なっている部分に対応した
領域のみがビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pにより照射されること
になる。従って、絞り部材７２を回転させることによ
り、矩形開口１５ｓに対してスリット７２ａ〜７２ｅ及
び開口７２ｆの各々が相対移動して順次重なっていき、
これに伴ってウエハ上でのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明
領域も格子配列方向（Ｘ方向）に移動していくことにな
る。この様子を図１０を用いて簡単に説明する。

【００５８】図１０はビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pを回折格子
マーク８０上に照射している状態を示し、矩形領域（一
点鎖線）ＬＡ₁は矩形開口１５ｓの投影像、すなわち最
大照明領域を表している。図８に示したように矩形開口
１５ｓとスリット７２ａとが重なると、図１０において
ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域は、一点鎖線と点線と
で囲まれた部分領域７２ａ’に制限され、回折格子マー
ク８０の一部、すなわち紙面内左側３本のバーパターン
のみが照射されることになる。そこで、図８において絞
り部材７２を紙面内で反時計回りに回転させていくと、
ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域（部分領域）は、スリ
ット７２ａ〜７２ｅの各々に対応して回折格子マーク８
０の格子配列方向（Ｘ方向）に順次シフトしていき、矩
形開口１５ｓとスリット７２ｅとが重なった時点で、回
折格子マーク８０の右側３本のバーパターン（部分領域
７２ｅ’）のみが照射される。

【００５９】一方、図９では矩形開口１５ｓ（点線）に
対してスリット７３ｂが重なっている状態を示し、ウエ
ハ上でのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域はこの重なり
部分のみとなる。従って、絞り部材７３を回転させるこ
とにより、矩形開口１５ｓに対してスリット７３ａ〜７
３ｃ及び開口７３ｄの各々が相対移動して順次重なって
いき、これに伴ってウエハ上でのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2p
の照明領域もＹ方向に移動していくことになる。この様
子を図１１を用いて簡単に説明する。

【００６０】図１１は、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pを回折格
子マーク８０上に照射している状態を示し、矩形領域
（一点鎖線）ＬＡ₁は最大照明領域を表している。図９
に示したように矩形開口１５ｓとスリット７３ｂとが重
なると、図１１においてビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領
域は、一点鎖線と点線とで囲まれた部分領域７３ｂ’の
みに制限される。そこで、図９において絞り部材７３を
紙面内で反時計回りに回転させていくと、ビームＬ
Ｂ_1p、ＬＢ_2pの照明領域（部分領域）も、スリット７３
ａ〜７３ｃに対応して回折格子マーク８０を成すバーパ
ターンの長手方向（Ｙ方向）に順次シフトしていくこと
になる（７５ａ’→７５ｂ’→７５ｃ’）。

【００６１】ここで、上記の如き回折格子マーク８０上
での照明領域のＸ、Ｙ方向へのシフト量（回転円板上で
の各スリットの半径及び幅により一義的に定まる）Ｌ
ｘ、Ｌｙは任意で構わないが、実際には要求される交差
角や回転誤差の計測精度、回折格子マーク８０の格子ピ
ッチや長さ等により定められる。例えば、図１０におけ
る照明領域のＸ方向へのシフト量Ｌｘは、Ｌｘ＝ｎ・Ｐ
_W／２＝ｎ・Ｐ_f（ｎは自然数）と定めても良く、本実
施例では上記関係式を満足するように、特にｎ＝６とし
て、絞り部材７２上でのスリット７２ａ〜７２ｅの各半
径及びスリット幅が定められている。

【００６２】また、矩形開口１５ｓに対して絞り部材７
２または７３のいずれのスリットが重なっているのかを
認識するため、２組の駆動部（７１のみ図示）の各々
に、例えばロータリーエンコーダ（または、絞り部材７
２、７３にノッチ（切欠き）等の識別マークを入れて、
これを検出するようにしても良い）等を設けておくこと
が望ましい。尚、駆動部に設けるセンサは特に高精度な
ものである必要はない。さらに、絞り部材７２、７３に
設けるべき円弧スリットの数は５本、３本である必要は
なく、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pによって最大照明領域ＬＡ
₁内の互いに異なる少なくとも２つの部分領域が照射さ
れるように、互いにその半径を異ならせて２本以上形成
しておけば良い。また、絞り部材７２、７３の各スリッ
トの半径方向の幅、及び円周方向の長さについても、最
大照明領域ＬＡ₁内の互いに異なる少なくとも２つの部
分領域が照射されるのであれば、任意で構わない。

【００６３】次に、本実施例による装置の動作を説明す
る。まず、２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角（干渉
縞ピッチ) の計測、調整動作について述べる。さて、ビ
ームＬＢ_1p、ＬＢ_2pが照射されると、図１２（Ａ）に示
すようにウエハマークＷＭ上には干渉縞（図中斜線内が
暗縞）ＩＦが発生し、この干渉縞ＩＦはウエハマークＷ
Ｍに対してＸ方向にビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの差周波数Δ
ｆに対応した速度Ｖで流れる。この際、ビームＬＢ_1p、
ＬＢ_2pの交差角２θ_wと格子ピッチＰ_Wとの間に上記数
１が成立する時、格子マークからの±１次回折光は同一
方向に発生するとともに、干渉縞ピッチＰ_fは正確に格
子ピッチＰ_Wの半分になる。ところが、交差角２θ_wが
上記数１を満足しないと、干渉縞ピッチＰ_fはＰ_w／２
でなくなるので図１２（Ｂ）のようになって、±１次回
折光の発生方向が異なって位置ずれ計測精度が低下し得
る。

【００６４】そこで、主制御系２８はモータ８によりウ
エハステージＷＳを駆動し、図１０に示したように基準
部材ＦＭをビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照射位置まで移動し
て、回折格子マーク８０を照射領域ＬＡ₁内に設定す
る。この際、絞り部材７２、７３は、開口７２ｆ、７３
ｄが矩形開口１５ｓと重なるように位置設定されている
ものとする。しかる後、回折格子マーク８０に対するビ
ームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照射を開始するとともに、主制御
系２８は駆動部７１により絞り部材７２を回転させる。
この結果、回折格子マーク８０上でビームＬＢ_1p、ＬＢ
_2pの照射領域が格子配列方向（Ｘ方向）に順次シフトし
ていく。位相検出系２７は、矩形開口１５ｓとスリット
７２ａとが重なった時点で、光電検出器５６から出力さ
れる光ビート信号ＳＤ_W（すなわち部分領域７２ａ’内
の３本のバーパターンからの干渉光の強度に応じた光電
信号）を入力し、参照信号としての光ビート信号ＳＲに
対する位相差Φ_w1を求め、この位相差情報を主制御系２
８に出力する。この際、矩形開口１５ｓとスリット７２
ａとが交差している間に位相差計測を複数回行い、この
平均値を位相差Φ_w1として主制御系２８に出力するよう
にしても良い。以下、位相検出系２７は同様の動作で、
スリット７２ｂ〜７２ｅの各々と矩形開口１５ｓとが重
なった時点で光電検出器５６から出力される光ビート信
号ＳＤ_Wと、参照信号ＳＲとの位相差Φ_W2〜Φ_W5を順次
検出して主制御系２８に出力する。

【００６５】尚、上記の如き位相差Φ_W1〜Φ_W5の検出に
あたっては、絞り部材７２を連続的に回転させておき、
例えば駆動部７１（ロータリーエンコーダ）からの角度
位置情報と絞り部材７２上でのスリット７２ａ〜７２ｅ
の各角度位置とが一致した時点で光電検出器５６から出
力される光ビート信号ＳＤ_wに基づいて、位相検出系２
７が参照信号ＳＲに対する位相差Φ_W1〜Φ_W5を検出する
ようにして良い。または、絞り部材７２上でのスリット
７２ａ〜７２ｅの角度間隔に応じて、絞り部材７２を所
定角度ずつ回転させながら、各スリット毎の位相差Φ_W1
〜Φ_W5を検出するようにしても良い。

【００６６】図１３は上記検出結果をまとめたもので、
スリット７２ａ〜７２ｅの位置（半径ｒ）、換言すれば
回折格子マーク８０上での照射領域のＸ方向の位置毎の
位相差Φ_Wを表している。ここで、干渉縞ピッチＰ_fが
正確に格子ピッチＰ_wの半分となっていれば、スリット
７２ａ〜７２ｅでの各計測値（位相差Φ_W1〜Φ_W5）は等
しい、換言すれば図１３中に示した各計測値（図中の黒
点）から求まる近似直線の傾きが零となるはずである。
しかしながら、実際にはＰ_f＝Ｐ_w／２であるとは限ら
ないため、主制御系２８は先の位相差情報（Φ_W1〜
Φ_W5）に基づいて、回折格子マーク８０の格子ピッチＰ
_wに対する干渉縞ピッチＰ_fのずれ量ΔＰ_fを算出す
る。ここで、ずれ量ΔＰ_fは回折格子マーク８０上での
照射領域毎の位相差Φ_W1〜Φ_W5の変化量（すなわち図１
１中の直線の傾き）から算出される。

【００６７】次に、ずれ量ΔＰ_fの算出方法について簡
単に説明する。上述の如く図１３はスリットの位置（半
径ｒ）と位相差Φ_Wとの関係を表しており、ここでは１
次関係形となっている。図１３において黒丸が実際のデ
ータであり、実線はそのデータを最小二乗法により１次
関数であてはめた直線である。そこで、最小二乗法によ
る１次関数のあてはめ(fitting)について述べる。尚、
ここでは１次関数のあてはめに関して最小二乗法を用い
ているが、例えばデータに対する最大ずれを最小化する
方法等を採用しても構わない。さて、モデル関数は、以
下の数６で表される。

【００６８】

【数６】

【００６９】ここで、ｋ₁、ｋ₂は最小二乗法により求
める未知数である。また、各スリットの半径と実際の位
相差とに関する各データをｒ_i、Φ_Wiとおく。添字ｉは
絞り部材７２に形成された各スリットに対応している
（図８）。さらに評価関数Ｓを、

【００７０】

【数７】

【００７１】とおく。尚、Ｎは絞り部材に設けるスリッ
トの数である。さて、評価関数Ｓを最小にする未知数ｋ
₁、ｋ₂は、最小二乗法の理論により、以下の数８に示
す２元連立方程式を解くことによって、数９から求める
ことができる。

【００７２】

【数８】

【００７３】

【数９】

【００７４】従って、上記数９から未知数（傾き）ｋ₁
は、以下の数１０のように表される。

【００７５】

【数１０】

【００７６】この結果、ずれ量ΔＰ_fは以下の数１１に
示す関係式から算出されることになる。

【００７７】

【数１１】

【００７８】さて、主制御系２８は上記の如く求めた干
渉縞ピッチＰ_fのずれ量ΔＰ_fに基づいて、平行平板ガ
ラス７４ａの傾斜角、及び平行平板ガラス７４ａの傾斜
に伴って発生するビームＬＢ_1p，ＬＢ_2pのテレセン傾き
を補正する平行平板ガラス７０ａの傾斜角を算出する。
しかる後、平行平板ガラス７４ａを駆動し、瞳面Ｅｐに
おいてビームＬＢ_2pのスポットをＸ方向に移動させるこ
とで、ビームＬＢ_1p，ＬＢ_2pの各スポットの間隔を調整
する。さらに、平行平板ガラス７０ａを駆動し、ビーム
ＬＢ_1p，ＬＢ_2pの各スポットの間隔を一定に保ったま
ま、各スポットが瞳中心（光軸ＡＸ）を挟んでほぼ対称
となるようにＸ方向に移動させ、ビームＬＢ_1p，ＬＢ_2p
のテレセン傾きを補正する。この結果、ビームＬＢ_1p，
ＬＢ_2pの交差角調整が完了し、投影レンズＰＬの射出側
でビームＬＢ_1p，ＬＢ_2pのテレセン傾きが生じることな
く、正確に干渉縞ピッチＰ_fが格子ピッチＰ_wの半分に
設定されることになる。

【００７９】尚、本実施例では上記の如く直線の傾き
（図１３）からずれ量ΔＰ_fを求めているため、回折格
子マーク８０上での照射領域の数を増やす、つまり絞り
部材７２に設ける円弧スリットの数を増やすことによっ
て、直線の傾きの算出精度、すなわちずれ量ΔＰ_fの検
出精度を向上させることができる。このように円弧スリ
ットの数を増やしても、本実施例では位相差検出にあた
って、絞り部材７２を回転させているだけなので、計測
（調整）時間が長くなるといった不都合が生じることが
ない。

【００８０】次に、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの回転誤差ω
の計測、調整動作について説明するが、使用する絞り部
材が異なる点を除いて上記交差角の計測動作と全く同様
であるので、ここでは簡単に説明する。図１４（Ａ）に
示すようにビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの主光線を含む平面９
１とウエハ面との交線９０が計測方向、すなわち格子配
列方向（Ｘ方向）に対して角度ωだけ回転していると、
ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの干渉縞がウエハマークＷＭ（直
交座標系ＸＹ）に対して相対的に回転し（図１４
（Ｂ））、これにより位置ずれ計測精度が低下し得る。

【００８１】そこで、主制御系２８はビームＬＢ_1p、Ｌ
Ｂ_2pの照射領域ＬＡ₁内に回折格子マーク８０を設定し
た後、回折格子マーク８０に対するビームＬＢ_1p、ＬＢ
_2pの照射を開始するとともに絞り部材７３を回転させ
る。これにより、回折格子マーク８０上でビームＬ
Ｂ_1p、ＬＢ_2pの照射領域がＹ方向に順次シフトしてい
き、位相検出系２７は矩形開口１５ｓとスリット７３ａ
とが重なった時点で光電検出器５６から出力される光ビ
ート信号ＳＤ_Wと参照信号ＳＲとの位相差Φ_w6を検出
し、この位相差情報を主制御系２８に出力する。以下、
同様の動作で、位相検出系２７はスリット７３ｂ、７３
ｃの各々での光ビート信号ＳＤ_Wと参照信号ＳＲとの位
相差Φ_W7、Φ_W8を検出して主制御系２８に出力する。

【００８２】図１５はスリット７３ａ〜７３ｃの位置、
すなわち回折格子マーク８０上での照射領域のＹ方向の
位置毎の位相差Φ_Wを表している。そこで、主制御系２
８は先の位相差情報（Φ_W6〜Φ_W8）に基づいて、回折格
子マーク８０に対する干渉縞の回転誤差ωを算出する。
回転誤差ωについても、回折格子マーク８０上での照射
領域毎の位相差Φ_W6〜Φ_W8の変化量（すなわち図１５中
の直線の傾き）から算出される。尚、回転誤差ωについ
ても上記ピッチずれ量ΔＰ_fと同様の手法（最小二乗法
による１次関数のあてはめ）により、以下の数１２に示
すように求めることができるので、ここでは説明を省略
する。但し、数１２においてｋ₁'は図１５中に示した１
次関数の傾きである。また、回転誤差ωは微小量である
ので、数１２では近似して表している。

【００８３】

【数１２】

【００８４】次に、主制御系２８は上記の如く求めた回
転誤差ωに基づいて、平行平板ガラス７４ｂの傾斜角、
及び平行平板ガラス７４ｂの傾斜に伴って発生するビー
ムＬＢ_1p、ＬＢ_2pのテレセン傾きを補正する平行平板ガ
ラス７０ｂの傾斜角を算出する。しかる後、平行平板ガ
ラス７４ｂを駆動し、瞳面ＥｐにおいてビームＬＢ_2pの
スポットをＹ方向に移動させるとともに、平行平板ガラ
ス７０ｂを駆動してビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの各スポット
の間隔は一定のまま、各スポットが瞳中心を挟んでほぼ
対称となるようにＹ方向に移動させる。この結果、ビー
ムＬＢ_1p、ＬＢ _2pの回転調整が完了して、対物レンズ２
２の射出側でビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pのテレセン傾きが生
じることなく、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの回転誤差ωがほ
ぼ零に抑えられることになる。

【００８５】ここで、回転誤差ωを補正するにあたって
平行平板ガラス７４ａ，７４ｂを同時に駆動すれば、瞳
面ＥｐにおいてビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの各スポットの間
隔を一定に保ったまま、ビームＬＢ_2pのスポットを移動
できるので、回転調整に伴うビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交
差角２θ_Wの変化を防止することができる。同様に、平
行平板ガラス７０ａ、７０ｂを同時に駆動すれば、より
精度良くテレセン傾きを補正することが可能となる。

【００８６】尚、上記実施例から明らかなように、視野
絞り１５の矩形開口１５ｓに対する絞り部材７２の位置
関係を変えるだけで、交差角計測用の絞り部材７２をそ
のまま回転誤差計測用の絞り部材７３として使用できる
ことは言うまでもない。逆の場合についても全く同じで
ある。次に、図１６を参照して交差角（または回転誤
差）計測に好適な絞り部材の他のスリット形状について
述べる。図１６に示すように絞り部材７５は、円板にス
パイラル（螺旋）状の微細スリット７５ａと扇状の開口
７５ｂとが形成されたものである。従って、絞り部材７
５を回転させると、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域は
回折格子マーク８０上をＸ（またはＹ）方向に連続的に
移動することになる。ここで、絞り部材７５を用いて、
例えば交差角計測を行った場合の検出結果を図１７に示
す。図１７から明らかなように、回折格子マーク８０上
で照明領域は連続的に移動するので、これに伴って実線
にて示す計測値（位相差Φ_w）も連続的に変化する。こ
のような場合においても、計測結果（実線）から近似直
線の傾きを求めることにより交差角（または回転誤差）
を算出することができる。

【００８７】また、図８に示したように本実施例では、
絞り部材７２に対して視野絞り１５を、その矩形開口１
５ｓの長手方向の２本のエッジの延長線が絞り部材７２
の回転中心７２ｏをほぼ中央に挟むように配置してい
た。これに対して、例えば視野絞り１５と絞り部材７２
（回転中心７２ｏ）とを相対的にＹ方向にシフトさせ、
図１８に示すような位置関係に設定する。尚、図１８で
は絞り部材７２の一部のみ図示してある。これにより、
矩形開口１５ｓに対して重ね合わされるスリット７２ｂ
のエッジ部７２_E1、７２_E2が、回折格子マーク８０の格
子配列方向（Ｘ方向）に対して斜めになる。この結果、
エッジ部７２_E1、７２_E2から生じる回折光が光電検出器
５６に入射し難くなって、より一層高精度なずれ検出が
可能となる。このことは、例えば特開平３−９２０４号
公報に開示されているので、ここでは説明を省略する。

【００８８】さらに、上記実施例では絞り部材７２、７
３として回転円板を用いていたが、例えば図１９に示す
ように矩形開口７６ｓを有する絞り部材７６を、駆動手
段７７により視野絞り１５に対して格子配列方向（Ｘ方
向）に直線的に駆動するように構成しても構わない。ま
たは、液晶素子やエレクトロクロミック素子等を用い
て、視野絞り１５の開口位置や形状を可変とするように
構成しても良い。

【００８９】また、図２０に示すように矩形開口７８ａ
と扇状の開口７８ｂとを有する絞り部材７８を用いても
良く、この場合には回転円板に形成すべき微細スリット
が１本で済むといった利点が得られる。さらに図２１に
示すように、例えば３本の微細スリット７９ａ〜７９ｃ
と扇状の開口７９ｄとを有する絞り部材７９を用いても
良く、この場合には矩形開口１５ｓに対して絞り部材７
９を所定の角度ηずつ順次回転させていくことによっ
て、矩形開口１５ｓに対して微細スリット７９ａ〜７９
ｃの各々をほぼ平行に段階的にシフトさせていくことが
可能となる。尚、微細スリット７９ａ、７９ｃを矩形開
口１５ｓに対して重ね合わせた状態を、図中に点線７９
ａ’、７９ｃ’として表している。

【００９０】さらに、上記実施例では交差角、または回
転誤差の調整を行うにあたって、２枚の絞り部材１５と
７２、または１５と７３を用いて格子マーク８０上での
２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの照明領域を制限してい
た。しかしながら、例えば絞り部材７２、７３の各々に
対して視野絞り１５の矩形開口１５ｓと全く同一の開口
を形成しておけば、視野絞り１５は不要となり、２枚の
絞り部材７２、７３のみで上記実施例と同様の効果を得
られることは明らかである。但し、絞り部材７２、７３
の各駆動部には高精度のロータリーエンコーダ等を設け
る必要がある。

【００９１】以上の通り上記実施例においては、交差角
や回転誤差の補正用の平行平板ガラス７４ａ、７４ｂを
２光束周波数シフター１１の内部、特にビームＬＢ₂の
光路中に配置していたが（図２）、平行平板ガラス７４
ａ、７４ｂはレーザ光源１０から対物光学系２２までの
光路中であればどこに配置しても良く、さらに平行平板
ガラス７０ａ，７０ｂはレーザ光源１０からウエハＷま
での光路中であればどこに配置しても構わない。

【００９２】また、先に述べたＡＯＭ３３、３４の少な
くとも一方を、その偏向原点が瞳共役位置、もしくはそ
の近傍となるように配置するとともに、ＡＯＭ３３、３
４に印加するドライブ信号の周波数を増減させるドライ
ブ回路を設ける。そして、上記回転誤差ω等に応じてド
ライブ信号の周波数を調整すれば、平行平板ガラス７４
ａ、７４ｂを設けずとも、ＡＯＭ３３、３４により交差
角や回転誤差の微調整を行うことができる。特に交差角
（干渉縞ピッチ）の調整に関しては、例えばレンズ１７
の焦点距離を可変とし、その焦点距離を調整するように
しても良い。一方、回転誤差の調整に関してはビームＬ
Ｂ_1p、ＬＢ_2pの光路中に配置したイメージローテータを
回転させることとしても良い。尚、上記実施例では交差
角（干渉縞ピッチ）と回転誤差のいずれを先に調整して
も構わない。

【００９３】さらに、上記実施例では交差角や回転誤差
の計測用の絞り部材７２、７３を、図３に示す如く送光
系側のウエハ共役面ＩＰ’の近傍に配置していた。しか
しながら、絞り部材７２、７３はウエハ共役面またはそ
の近傍であれば、どこに設けても良く、例えば第１計測
信号作成部２０の内部、具体的にはレンズ５１、５２の
間のウエハ共役面に配置しても構わない。

【００９４】また、上記実施例ではウエハ上でのビーム
ＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角や回転誤差の調整動作について
述べたが、例えば交差角調整にあたって絞り部材７２を
回転させると、回折格子マーク８０と同様に基準格子板
４８上においても２本のビームＲＬ₁、ＲＬ₂の照明領
域が格子配列方向に順次シフトしていくことになる。従
って、ビームＲＬ₁、ＲＬ₂の照明領域の各位置毎に、
光電検出器５０から出力される光ビート信号ＳＤ_Rと参
照信号ＳＲとの位相差Φ_Rを順次検出することによっ
て、上記実施例と同様の動作で基準格子板４８の格子ピ
ッチに対するビームＲＬ₁、ＲＬ₂の干渉縞ピッチのず
れ量を算出することができる。同様に絞り部材７５を回
転させると、基準格子板４８の格子配列方向（計測方
向）に対するビームＲＬ₁、ＲＬ₂（干渉縞）の回転誤
差を求めることができる。

【００９５】この際、基準格子板４８及びレチクルＲが
正確にステッパーに対して固定されていれば、２本のビ
ームＬＢ_1p、ＬＢ_2pとウエハマークＷＭの計測方向との
回転誤差ω_Wと、２本のビームＲＬ₁、ＲＬ₂と基準格
子板４８の計測方向との回転誤差ω_Rとはほぼ等しい。
従って、どちらか一方、例えば回転誤差ω_Wのみに基づ
いて上記実施例と同様の動作で補正を行えば、それと同
時にレチクルＲ（基準格子板４８）側の回転誤差ω_Rも
ほぼ零になる。

【００９６】一方、ビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ
_W及びビームＲＬ₁、ＲＬ₂の交差角θ_RGに関しては、
投影レンズＰＬが露光波長に応じて収差補正されている
ことから、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を光源とするＴＴＲ方式
のアライメント系では色収差が発生し、例えばビームＬ
Ｂ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_Wを調整しても、ビームＲＬ
₁、ＲＬ₂の交差角θ_RGが正確に設定されるとは必ずし
も言えない。そこで、ＴＴＲ方式では上記実施例と同様
の動作でレチクルＲ（基準格子板４８）とウエハＷの各
々で交差角（すなわち干渉縞ピッチ）を計測し、例えば
これら計測値を平均化した値をもってアライメント系の
瞳面におけるビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの各スポットの間隔
を調整して交差角２θ_W、θ_RGの補正を行えば、上記実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００９７】尚、２本のビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角
２θ_WまたはビームＲＬ₁、ＲＬ₂の交差角θ_RGの調整
にあたっては、基準部材ＦＭを用いてウエハ上での干渉
縞ピッチのずれ量ΔＰ_fを計測し、この値に応じてビー
ムＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角２θ_Wを調整するだけでも構
わない。この方法ではビームＲＬ₁、ＲＬ₂の交差角θ
_RGが正確に設定されるとは限らないが、レチクルマーク
ＲＭ₁、ＲＭ₂及び基準格子板４８はほとんどの場合、
クロム等の薄膜をエッチングして作ったパターン（回折
格子）でできているため、ここでの回折格子はほぼ一様
な強度格子と考えられるので、回折格子マーク内の部分
的な光学的不整、例えば格子マークからの回折光強度の
部分的なばらつきがほとんど生じず、従ってレチクルＲ
側の検出精度が低下することがないためである。また、
レチクルＲにアライメント誤差が残存している場合に
は、上記回転誤差ω_R、ω_Wに関しても交差角θ_RG、２
θ_Wと全く同じことが生じ得るので、回転誤差ω_R、ω
_Wの補正においても先に述べた平均化処理等を行うこと
が望ましい。

【００９８】ここで、例えば図３においてレンズ１７と
基準格子板４８との間にリレーレンズ系を配置し、その
瞳空間に平行平板ガラスを傾斜可能に設けることによっ
て、基準格子板４８上でのビームＲＬ₁、ＲＬ₂の交差
角θ_RG及び回転誤差ω_Rのみを独立に調整することが可
能となる。従って、レチクル（基準格子板）側での２本
のビームの交差角や回転誤差までも調整する場合、上記
の如き平均化処理等を行う必要がなくなり、ウエハ側、
レチクル側のいずれにおいても、より一層精度良く交差
角や回転誤差の調整を行うことが可能になる。このよう
な構成を採用する場合には、上記実施例と同様の動作で
平行平板ガラス７０ａ、７０ｂ及び７４ａ、７４ｂを傾
斜させてウエハ上でのビームＬＢ_1p、ＬＢ_2pの交差角や
回転誤差を調整した後、再度絞り部材７２、７３を回転
させて基準格子板４８上でのビームＲＬ₁、ＲＬ₂の交
差角（干渉縞のピッチずれ量）や回転誤差を計測し、こ
の計測結果に基づいて先の平行平板ガラスを傾斜させれ
ば良く、ウエハ側とレチクル（基準格子板）側とで独立
に交差角等を調整できることになる。尚、上記構成を採
用する場合には、レチクルアライメント誤差（特に回転
成分）が残存していても、あるいはレチクルパターンの
投影像とウエハ上のショット領域との相対回転誤差を補
正するために、１ショット毎、または１枚のウエハの露
光に先立って一度だけ、レチクルとウエハとを相対的に
回転させたとしても、これらを要因としたアライメント
系による位置合わせ精度の低下を防止することができ
る。但し、１ショット毎にレチクルとウエハとを相対回
転させる場合、その回転量は微小であるため、１ショッ
ト毎に上記調整を行う必要はない。

【００９９】ところで、図３、図６から明らかなように
上記実施例では、２本のビームＬＢ _1p、ＬＢ_2pのみでウ
エハマークＷＭとレチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂（すな
わち基準格子板４８）とを照明する構成を採っていた
が、ウエハマークＷＭとレチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂
の各々に対して独立に２本ずつ、計４本のビームで照射
するように構成しても良い。つまり、図２２に示すよう
にレチクルＲの透明窓ＲＷ₁、すなわちレチクルマーク
ＲＭ₁、ＲＭ₂に対してはビームＢＭ_R1、ＢＭ_R2を照射
し、ウエハマーク（透明部ＲＳ₁）に対してはビームＢ
Ｍ_W1、ＢＭ_W2を照射する。このように構成することによ
って、透明部ＲＳ₁とレチクルマークＲＭ ₁、ＲＭ₂と
の間隔を大きく設定することができ、光電検出器５０、
５６へ入射し得るノイズ成分（例えばＬｏ）をカットし
易くなり、アライメント系の検出精度を向上させること
が可能となる。この際、透明部ＲＳ₁を通過するビーム
ＢＭ _W1、ＢＭ_W2の各ビーム径は、透明部ＲＳ₁よりも十
分に小さくすることが望ましく、これによって透明部Ｒ
Ｓ₁のエッジから生じる回折光が光電検出器５６に入射
するのを防止することができる。このことはビームＢＭ
_R1、ＢＭ_R2についても全く同様である。尚、４本のビー
ムを透明窓ＲＷ₁に照射するためには、例えばレンズ１
４、１７の間に光学部材（プリズム等）を配置する、あ
るいは２組の２光束周波数シフターを配置すれば良い。

【０１００】さらに図２２に示した構成の装置では、レ
チクルＲ、ウエハＷの各々に入射する２本のビームＢＭ
_R1、ＢＭ_R2とＢＭ_W1、ＢＭ_W2の交差角及び回転誤差を独
立に設定することが可能となる。但し、この場合でもレ
チクルＲに入射するビームＢＭ_R1、ＢＭ_R2のレチクルマ
ークＲＭ₁、ＲＭ₂での各回折光が上記焦点面２５内で
交差するように設定するとともに、レチクルマークＲＭ
₁、ＲＭ₂の格子ピッチＰ_Rも、各回折光が２本のビー
ムの主光線と同軸に戻るように設定しておく必要があ
る。ここで、ビームＢＭ_R1、ＢＭ_R2とＢＭ_W1、ＢＭ_W2の
交差角を独立に設定すれば、特に投影レンズＰＬの倍率
色収差がある場合に有効である。すなわち、レチクルＲ
の透明窓ＲＷ₁の位置変更に対応してアライメント系
（金物２４）の位置を変える場合、ウエハＷに照射され
る２本のビームＢＭ_W1、ＢＭ_W2は倍率が変化するので、
その倍率変化に応じて２本のビームの交差角２θ_Wも変
化させなければならないが、上記構成ではウエハ側での
交差角２θ_Wを変化させても、レチクル（基準格子板）
側での交差角は一定にしておくことができるからであ
る。

【０１０１】また、上記実施例では本発明をヘテロダイ
ン方式のアライメント系に適用した場合について述べた
が、例えばホモダイン方式、あるいはウエハマークＷＭ
に照射する２本のビームの偏光成分を異ならせてマーク
上では干渉縞を作らず、マークから光軸ＡＸに沿って同
軸に戻ってくるＰ偏光ビームとＳ偏光ビームとを検光子
（複屈折板）により干渉光にした後に光電検出する方式
においても、２本のビームの交差角や回転誤差の計測、
調整を行う上で本発明が有効であることは言うまでもな
い。さらに、アライメント方式はＴＴＲ方式に限られる
ものでなく、ＴＴＬ方式、あるいはオフアクシス方式で
あっても良い。本発明による位置合わせ装置は投影型露
光装置の他、プロキシミティー方式、コンタクト方式、
またはステップアンドスキャン方式の露光装置（Ｘ線露
光装置等）、さらには各種検査装置等にも適用できるこ
とは言うまでもない。

【０１０２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
形成された回折格子に２方向から照射する２本のビーム
の交差角、及び回折格子の格子配列方向に対する２本の
ビームを含む平面と基板面との交線の回転誤差を、回折
格子から発生する回折光の強度に応じた光電信号の位相
差情報から求めている。このため、電気的ノイズ等によ
って回折光強度（すなわち、光電信号の電圧）がばらつ
いても、上記交差角や回転誤差の計測精度は低下せず、
従って調整精度を向上させることができる。また、本発
明ではステージを固定（停止）した状態で交差角や回転
誤差の計測を行うことができ、さらに４本のアライメン
ト系の各々での交差角や回転誤差を同時に計測でき、計
測時間、すなわち調整時間を短縮することが可能となっ
ている。特にレチクルの種類（サイズ、レチクルマーク
の位置等）に応じてアライメント系が移動可能に構成さ
れている場合、露光光とアライメント光の波長差による
投影光学系の倍率誤差のために、レチクル毎に交差角や
回転誤差の調整を行う必要があるので、本発明は短時間
で調整を行える点で有利である。また、上記計測にあた
っては、複数の円弧スリットを備えた回転円板（絞り部
材）を用いているため、回転円板を駆動するモータによ
る円弧スリットの停止位置に多少の誤差が生じても、視
野絞り（固定スリット）と円弧スリットとによって規定
される照明領域は変化しないので、回転円板の制御が非
常に容易であり、モータ（及びロータリーエンコーダ）
も安価なもので済むといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による位置合わせ装置を備え
た露光装置の概略的な構成を示す平面図。

【図２】図１中のアライメント系の具体的な構成を示す
斜視図。

【図３】図１中のアライメント系の主要部をさらに詳細
に説明した図。

【図４】基準部材上に形成される回折格子マーク（基準
マーク）の概略的な構成の一例を示す図。

【図５】第２層目以降の重ね合わせ露光に使用されるレ
チクルのパターン形状及び配置の一例を示す図。

【図６】アライメント用の透明窓の具体的な構成を示す
図。

【図７】図１中のアライメント系に使用される視野絞り
の一例を示す図。

【図８】２本のビームの交差角（干渉縞ピッチ）の計測
に好適な絞り部材の一例を示す図。

【図９】２本のビームの回転誤差の計測に好適な絞り部
材の一例を示す図。

【図１０】２本のビームの交差角の計測動作の説明に供
する図。

【図１１】２本のビームの回転誤差の計測動作の説明に
供する図。

【図１２】２本のビームの交差角の計測動作の説明に供
する図。

【図１３】２本のビームの交差角の計測動作の説明に供
する図。

【図１４】２本のビームの回転誤差の計測動作の説明に
供する図。

【図１５】２本のビームの回転誤差の計測動作の説明に
供する図。

【図１６】２本のビームの交差角（または回転誤差）の
計測に好適な絞り部材の他の例を示す図。

【図１７】図１６に示した絞り部材を用いた２本のビー
ムの交差角の計測動作の説明に供する図。

【図１８】２本のビームの交差角（または回転誤差）の
計測に好適な絞り部材の他の例を示す図。

【図１９】２本のビームの交差角（または回転誤差）の
計測に好適な絞り部材の他の例を示す図。

【図２０】２本のビームの交差角（または回転誤差）の
計測に好適な絞り部材の他の例を示す図。

【図２１】２本のビームの交差角（または回転誤差）の
計測に好適な絞り部材の他の例を示す図。

【図２２】図１中に示したアライメント系の変形例を示
す斜視図。

【符号の説明】

１０レーザ光源１１２光束周波数シフター１５、７２、７３絞り部材２７位相検出系２８主制御系７０ａ、７０ｂ、７４ａ、７４ｂ平行平板ガラス８０回折格子マーク（基準マーク）ＦＭ基準部材ＲレチクルＰＬ投影レンズＷウエハＷＳウエハステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された回折格子に所定の交
差角で２方向から照射するための可干渉性の２つのビー
ムを造り出すビーム発生手段と、該２つのビームを瞳面
内で所定間隔だけ離して通すことによって、前記基板に
所定の交差角で照射する対物光学系と、前記回折格子か
らほぼ同一方向に発生した回折光同志の干渉光を前記対
物光学系を介して受光する光電検出器とを有し、該光電
検出器の検出信号に基づいて前記回折格子を所定点に位
置合わせする装置において、所定の回折格子状の基準マークが形成された基準部材
と；前記２つのビームの交差角と、前記基準マークの格子配
列方向に対する前記２つのビームの主光線を含む面と前
記基板との交線の回転誤差との少なくとも一方を調整可
能な補正手段と；前記対物光学系に関して前記基準マークと共役な位置も
しくはその近傍に配置され、前記光電検出器へ入射する
前記基準マークからの干渉光を、前記基準マーク上で前
記２つのビームが交差する領域内の部分領域に制限する
制限部材と；該制限部材によって制限された前記交差領域内の第１部
分から発生する干渉光と、前記交差領域内の第２部分か
ら発生する干渉光との各々に対応した前記光電検出器の
検出信号の位相差に基づいて、前記交差角と回転誤差と
の少なくとも一方を算出する演算手段とを備えたことを
特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】前記補正手段は、前記ビーム発生手段に
含まれる光源から前記対物光学系までの光路中に配置さ
れ、前記瞳面内での２つのビームの間隔を変化させる第
１光学部材と、前記瞳面内で２つのビームの少なくとも
一方を前記回折格子の格子配列方向とほぼ垂直な方向に
変位させる第２光学部材とを有することを特徴とする請
求項第１項記載の位置合わせ装置。