JPH0571916A

JPH0571916A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0571916A
Application number: JP3262550A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松; Masaji Tanaka; 正司田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2016-01-15
Also published as: US5572325A; US5483348A; JP3125360B2

Abstract

(57)【要約】【目的】透明基板に形成された不透明なマ−クを明像
と暗像の２とおりに検出可能な位置検出装置（先願：特
願平２−２９０６８７号）の課題を解決する。すなわ
ち、マ−クの影（暗像）を検出する際にマ−クと背景
が十分なコントラストを形成し、背景の濃度が均一
で、検出光学系の開口および反射面の位置が比較的自
由で、マ−クの形状およびマ−ク周辺のパタ−ン配置
を自在に定めることができる位置検出装置を提供する。【構成】先願の位置検出装置（特願平２−２９０６８
７号）の反射手段と透明基板の間に投影手段を配置して
透明基板と反射手段を共役にする。透明基板を透過した
照明光が反射手段で折返されて透明基板に達する際の光
束密度が確保されるとともに、反射手段で折返されたマ
−クの照明像（マ−クの影）はマ−クにぴったり重な
る。投影露光装置の投影光学系を投影手段に共用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明基板に形成された
不透明なマ−クを光学的に観察して、該マ−クの位置を
検出する位置検出装置に関し、該装置は、半導体製造用
の投影露光装置（ステッパ−）のマスク位置合わせ装置
に応用できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、メモリ素子等の大規模集積回路
（ＬＳＩ）における素子集積度の著しい向上に伴い、素
子上の回路パタ−ンの設計線幅は１μm から０．５μm
の水準に達しており、このような高精度な回路パタ−ン
を露光試料（ウェハ）に転写するためには、特定短波長
の紫外線を露光光として用いる縮小投影型の投影露光装
置（ステッパ−）が専ら採用されている。投影露光装置
は、回路パタ−ンを形成したマスク（レチクル）と、感
光材を塗布した露光試料（ウェハ）とを投影光学系を介
して対向させ、両者を露光光に関する投影光学系の共役
面上で２次元的に位置決めした後に、マスクの背面側か
ら露光光を照射して、回路パタ−ンを露光試料に写真的
に転写する装置である。

【０００３】ここで、通常の露光試料（ウェハ）には同
一パタ−ンの露光領域が多数配置されており、露光試料
を移動（ステップ）させ、露光領域ごとに回路パタ−ン
の転写を繰返して１枚の露光試料の処理を完了させる。
ＬＳＩ製造プロセスを通じてこのような露光転写は何回
も繰返し遂行される。従って、ＬＳＩ製造プロセスに採
用される投影露光装置には、毎回の露光転写におけるマ
スクと露光試料の位置決め精度（回路パタ−ンの転写像
と露光領域の位置合わせ精度）として設計線幅の１０％
以下、０．０５μm にも達する高いものが要求される一
方で、１枚の露光試料当りの位置決め所要時間を短縮し
て、生産装置としての能率を向上させることも求められ
ている。マスクと露光試料の位置決めに関する精度およ
び能率の向上は、投影露光装置における重要な技術的課
題のひとつである。

【０００４】位置決め精度と能率を両立した投影露光装
置として、マスクと露光試料を投影光学系（または投影
露光装置）に対して別々に位置決めする形式のものが実
用化されている。ここでは、精密な計測器（干渉計）を
備えたＸ−Ｙステ−ジにマスクが取付けられており、透
明なマスク基板に形成された位置検出用の不透明なマ−
クを照明して、マ−クの反射光による検出像を光電検出
器で検出してマ−クの位置を調べながら、Ｘ−Ｙステ−
ジによりマスクを移動して、マスクを投影光学系（また
は投影露光装置）に対して位置決めする。次に、露光試
料を載置するためのＸ−Ｙステ−ジを、該Ｘ−Ｙステ−
ジの位置検出系と露光試料上の露光領域の位置検出系と
を用いて投影光学系（または投影露光装置）に対して位
置決めする。その後、回路パタ−ンの転写像の位置に各
露光領域を機械的に順送りする仕組みである。

【０００５】ところで、マスクに形成される位置検出用
のマ−クは、通常、透明ガラス基板に形成された不透明
なクロム薄膜をエッチングにより一部除去して、回路パ
タ−ンとともに形成される。このマ−クは、減反射のた
めのコ−ティング等の加工がなされている場合もあるた
め、位置検出用の照明光に対する反射率が１０〜７０％
と大きくばらつき、反射率が低い場合にマ−クの反射像
を光学的に検出することが困難になるという問題があ
る。この問題を鑑みて、本願出願人は、先に、特願平２
−２９０６８７号の「透明な基板上に形成された不透明
なマ−クの位置検出装置」を提案した。

【０００６】マ−クの検出像を、暗視野中の明像（反
射）と明視野中の暗像（影）の２とおりに形成できるこ
の位置検出装置は、検出像を形成する検出光学系と、検
出光学系の対物レンズを通じてマ−クに照明光を供給す
る照明系と、透明基板を介して検出光学系に対向する反
射率可変の反射面とを有し、反射面の反射率によって明
像と暗像を切換えるものである。すなわち、マ−クの反
射率が大きい場合には反射面の反射率を下げて、従来同
様、マ−クの反射光によって検出光学系が形成する明る
い検出像を調べるが、マ−クの反射率が小さい場合には
反射面の反射率を上げて、反射面で反射された照明光を
背景とした暗い検出像（影）を調べる。これにより、マ
−クの反射率が小さくても高いコントラストのマ−ク像
を検出できる。また、反射像の検出と透過像の検出につ
いて検出光学系および照明系が共用されているから装置
の構成が簡略で済み、調整が容易で信頼性も高い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この位
置検出装置では、マスク上のマ−クからディフォ−カス
した位置に設けられた反射率可変な反射面からの光束が
発散するため、明視野で見たとき（反射率可変な反射面
の反射率を高くしたとき）の背景の明るさを十分に確保
することができなくなる恐れがある。その結果、背景と
マ−ク像との良好なるコントラストが確保できず、明視
野でのマスク・アライメントにおいて高精度を維持する
ことが難しい。

【０００８】本発明は、マ−クの像を検出する際にマ−
クと背景が十分なコントラストを形成して、しかも背景
の濃度が均一で、マ−クの形状およびマ−ク周辺のパタ
−ン配置を自在に定めることができるようにした、マ−
クを明像と暗像の２とおりに検出可能で、より高精度に
マスクの位置検出が可能な位置検出装置を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の位置検出装置
は、透明基板に形成された不透明なマ−クの位置を検出
する位置検出装置において、前記マ−クの検出像を形成
する検出光学系と、該検出光学系の対物レンズを通じて
前記マ−クに照明光を供給する照明系と、前記基板を介
して該検出光学系に対向しかつ前記マ−クの共役位置を
形成する投影手段と、ほぼ該共役位置に設定可能な反射
手段とを有するものである。

【００１０】請求項２の位置検出装置は、請求項１の位
置検出装置において、前記反射手段が、前記共役位置に
それぞれ設定可能な反射率の異なる複数の反射面からな
るものである。

【００１１】請求項３の位置検出装置は、請求項２の位
置検出装置において、前記基板に形成された転写パタ−
ンを露光試料面上に投影するための投影光学系が前記投
影手段として共用され、前記複数の反射面が、該露光試
料を保持するＸ−Ｙステ−ジ上に固定されてなるもので
ある。

【００１２】請求項４の位置検出装置は、請求項１〜３
いずれかの位置検出装置において、前記転写パタ−ンを
露光試料面に投影するための露光光と同一波長の照明光
を用いたものである。

【００１３】請求項５の位置検出装置は、請求項４の位
置検出装置において、投影光学系に対するＸ−Ｙステ−
ジの相対位置を検出するためのフィジシャルマ−ク板に
前記複数の反射面を配置したものである。

【００１４】

【作用】請求項１の位置検出装置は、特願平２−２９０
６８７号の「透明な基板上に形成された不透明なマ−ク
の位置検出装置」と同様に、検出光学系を通じて供給さ
れる照明光を反射手段で折り返すことにより、透明基板
に形成された不透明なマ−クを明像と暗像の２とおりに
検出可能である。しかし、反射手段と透明基板の間に投
影手段が配置され、投影手段は、透明基板を透過した照
明光が反射手段を経て再度透明基板にまで達する際の光
束密度を確保させ、反射手段により折返されたマ−クの
照明像（マ−クの影）を再度、マ−クにぴったりと重ね
る。これにより、反射手段で折返された照明光によるマ
−クの検出像（明視野中の暗像）の背景の強度が著しく
高まるとともに、マ−クおよびマ−ク周辺のパタ−ンの
影が検出光学系側に及ばず、検出像における背景の濃度
が均一となる。

【００１５】反射手段をマ−クの共役面から少しずらせ
て設定してもよい。このとき検出像には半影の輪郭が形
成されるが、これは、検出像の光量ピ−クでマ−ク位置
を検出する場合に都合が良い。

【００１６】マ−クの位置は、検出光学系が形成したマ
−クの検出像を光電検出等して求めることができる。検
出光学系は、マ−クの検出光路と照明系によるマ−クの
照明光路とに共用されている。反射手段は、例えば、反
射率可変の反射面とすることができ、透明基板を透過し
投影手段を射出した照明光を透明基板に向って折り返
す。投影手段は、反射手段と透明基板を共役にするレン
ズや凹面鏡等の光学素子である。

【００１７】請求項２の位置検出装置においては、投影
手段を射出した１種類の照明光から反射面の数だけ異な
った種類の強度の透過照明光を形成することができる。
投影手段により形成されるマ−クと共役な位置に、複数
の反射面のいずれかを位置決めすることにより、適当な
強度の透過照明光を選択することができる。反射率が０
％の反射面を選択すると、透明基板を射出した照明光は
透明基板に二度と戻らずマ−ク反射光のみが検出光学系
に入射して検出像を形成する。一方、反射率が１００％
の反射面を選択すると、透明基板を射出した照明光は透
明基板に最大限戻って、検出光学系に入射して検出像の
明るい背景を形成する。

【００１８】請求項３の位置検出装置は、本発明の位置
検出装置を投影露光装置に応用する場合の好ましい態様
のひとつである。投影光学系は、露光光下で透明基板
（マスク）に形成された転写パタ−ン（回路パタ−ン）
の転写像を露光試料面に形成するとともに、露光試料側
の照明光の波長に依存した高さ位置、すなわちに複数の
反射面のいずれかを設定可能な位置にマ−クの照明像
（影）を形成する。露光試料を載置するＸ−Ｙステ−ジ
に固定された複数の反射面は、それぞれをマ−クの照明
像（影）位置にまでＸ−Ｙステ−ジにより移動して位置
決めできる。

【００１９】請求項４の位置検出装置においては、露光
光を分岐する等して得た露光光と同一波長の照明光が用
いられ、マ−クの照明像（明る背景中のマ−クの影）
は、投影光学系により、露光試料面と等しい高さに形成
される。従って、反射面を露光試料上、フィジシャルマ
−ク板上等の既存部材に設けることができる。

【００２０】請求項５の位置検出装置においては、複数
の反射面が既存のフィジシャルマ−ク板上に形成されて
いる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００２２】図１は、第１実施例の位置検出装置の模式
図である。これは、特願平２−２９０６８７号の「透明
な基板上に形成された不透明なマ−クの位置検出装置」
に凹面鏡を追加して、反射率を可変な反射面にマ−クの
照明像を投影するようにしたものである。

【００２３】図１において、被検物体１（透明基板）に
は、位置決め用の不透明なマ−ク１ａが形成されてい
る。そして、被検物体１は、不図示の移動手段により被
検面内で２次元的に移動可能に設けられている。被検物
体１の位置を検出するための位置検出系は、被検物体の
上（図中左）方に検出系と照明系とを有している。まず
マ−ク１ａを検出するための検出系は、マ−ク１ａの像
を形成するために対物レンズ６、ハ−フプリズム７（光
路分割部材）及び集光レンズ８とで構成される検出光学
系と、マ−ク１ａの像を検出する検出器９とからなる。
マ−ク１ａを照明する照明系は、光源１０と、検出系と
共用するハ−フプリズム７及び対物レンズ６とからな
る。光源１０からの光束は、ハ−フプリズム７及び対物
レンズ６を介して、レチクル１上のマ−ク１ａを照明す
る。

【００２４】ここで、マ−ク１ａを反射した光束は、対
物レンズ６、ハ−フプリズム７、集光レンズ８を介して
検出器９に達し、この検出器９にてマ−ク１ａの像が検
出される。

【００２５】一方、マ−ク１ａを通過した光束は、投影
手段としての凹面鏡１３により集光されて、凹面鏡１３
に関してマ−ク１ａとほぼ共役な位置に設けられた反射
率可変ミラ−２１で反射される。その後、反射率可変ミ
ラ−２１からの反射光は、凹面鏡１３、マ−ク１ａ、対
物レンズ６、ハ−フプリズム７、集光レンズ８を介して
検出器９にて検出される。反射率可変ミラ−２１は、平
面鏡２１ａの前面にエレクトロクロミック素子２１ｂを
貼付したもので、電気信号によりエレクトロクロミック
素子２１ｂの透過率を変更して反射率を変化させるよう
にしたものである。

【００２６】このように構成された位置検出装置におい
ては、マ−ク１ａの反射率が高い場合には反射率可変ミ
ラ−２１の反射率を下げて背景を暗くする。これによ
り、検出器９上には、マ−ク１ａの反射光による明るい
マ−ク１ａの像と暗い背景とが形成されて、コントラス
トの高い良好なるマ−ク像が検出される。一方、マ−ク
１ａの反射率が低い場合には反射率可変ミラ−２１の反
射率を上げて背景を明るくする。これにより、マ−ク１
ａの影の検出像、すなわち凹面鏡１３を介して反射率可
変ミラ−２１により折返された照明光の明るい背景中の
マ−ク１ａの影を高いコントラストのもとで検出する。
尚、本実施例では投影手段として凹面鏡を用いたが、レ
ンズ系で構成してもよい。

【００２７】図２は、第２実施例の位置検出装置の模式
図である。第２実施例は、本発明を投影露光装置に応用
する際の好ましい一態様、すなわち、投影光学系をマ
−ク照明像の投影手段として共用するとともに露光光
と同一波長の照明光を採用して、しかも、Ｘ−Ｙステ
−ジ４（以下、ウェハステ−ジと称する）の一端に設け
られたウェハ２と同一の高さを持つ基板１１に、互いに
異なる反射率の２つの反射面を形成して、ウェハステ−
ジ４の移動によって２つの反射面の一方をマスク位置検
出系の視野内に位置させることにより検出像の背景の明
るさを切替えるようにしたものである。

【００２８】図２において、マスク１（透明基板）の下
面には、回路パタ−ン１ｂとともにマスク１の位置決め
用の不透明なマ−ク１ａが形成されている。そして、マ
スク１は２次元的に移動可能なＸ−Ｙステ−ジ１２（以
下マスクステ−ジと称する）上に載置されており、この
マスクステ−ジ１２はマスクの位置を検出する干渉系を
含む駆動系３２により駆動されて移動し、この駆動系３
２は制御系３１により制御される。

【００２９】マスク１の位置を検出するための位置検出
系は、マスクの上方に検出系と照明系とを有している。
マ−ク１ａを検出するための検出系は、マ−ク１ａの像
を形成するために反射ミラ−５、対物レンズ６、ハ−フ
プリズム（光路分割部材）７及び集光レンズ８とで構成
される検出光学系と、マ−ク１ａの像を検出する検出器
９とからなり、マ−ク１ａを照明するための照明系は、
照明光源１０と、検出系と共用するハ−フプリズム７、
対物レンズ６及び反射ミラ−５とからなる。

【００３０】照明光源１０は、投影露光用の図示しない
露光光源から露光光の１部を分岐して導いたものであ
る。マスク１の位置ずれは、水平面内の互いに直交した
ｘ、ｙ方向及び水平面内での回転があり、これらについ
て計測補正するためには、少なくとも水平面内で３つの
位置計測を行う必要がある。そこで、図４に示す如く、
マスク１の面上には、マスク面のｘ、ｙ方向の位置を検
出するためのマ−ク１ａｘ、１ａｙが、マスク面の回転
量θを検出するためのマ−ク１ａθが、それぞれ設けら
れている。従って、図２では説明を簡単にするために、
照明系１０、５、６、７と検出系５、６、７、８、９と
を有するマスク位置検出系（マスクアライメント系）を
１つしか示していないが、実際には、マスク位置検出系
は、図４の３つのマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の
各々に対応して、独立に３つ設けられている。

【００３１】さて、２次元的に移動可能なウェハステ−
ジ４は、ウェハの位置を検出するための干渉系を含む駆
動系３３により駆動され、この駆動系３３は、制御系３
１により制御される。そして、マスクアライメントの際
にマスク位置検出系の視野内の背景を切替えるために、
ウェハステ−ジ４の一端には、基板１１が設けられてお
り、この基板１１には、図３に示す如く、ｘ軸、ｙ軸、
回転角θを検出するための３つのマスクマ−ク（１ａ
ｘ、１ａｙ、１ａθ）の各々に対応する３つの低反射率
面（以下低反射面と称す）１４ｘ、１４ｙ、１４θと、
３つの高反射率面（以下高反射面と称す）１５ｘ、１５
ｙ、１５θとが形成されている。

【００３２】図３において、基板１１は、円形の透明な
ガラス板の上面にクロム薄膜を形成し、このクロム薄膜
をエッチングにより一部除去して所定のパタ−ン形成を
行ったものである。高反射面１５ｘ、１５ｙ、１５θに
はＡｌ薄膜が形成され、９０％を越える反射率を有して
いる。一方、低反射面１４ｘ、１４ｙ、１４θは、クロ
ム薄膜を長方形に除去して黒い塗料を新たに塗布し直し
たものや、ガラス面のままとして光の反射を低くおさえ
た金物によって保持することにより反射率を低くしたも
のである。

【００３３】マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）
の反射率が高い場合には、図３に示した如く、低反射面
（１４ｙ、１４θ）の中心を通る長手方向と低反射面
（１４ｘ）の中心を通る長手方向とが交わる位置ａに投
影光学系の光軸Ａｘが位置するようにウェハステ−ジ４
が移動されて、各マスク位置検出系では、暗視野のもと
で明るいマスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の像
が検出される。一方、マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、
１ａθ）の反射率が低い場合には、図３に示した如く、
高反射面（１５ｙ、１５θ）の中心を通る長手方向と高
反射面（１５ｘ）の中心を通る長手方向とが交わる位置
ｂに投影光学系の光軸Ａｘが位置するようにウェハステ
−ジ４が移動されて、各マスク位置検出系では、明視野
のもとで暗いマスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）
の像が検出される。

【００３４】さて、マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１
ａθ）の反射率に応じた明視野及び暗視野の切換は、図
２に示す如く、まず検出器９からの検出信号がコントラ
スト検知系３０に入力されて、マスクマ−ク像と基板１
１内の一方の反射面による背景とのコントラスト状態が
検知される。そして、コントラスト状態が良好でない場
合には、コントラスト検知系３０による検知信号に基い
て制御系３１は、駆動系３３を駆動させてウェハステ−
ジ４を移動させ、基板１１内の他方の反射面が各マスク
アライメント系の視野内に位置させられる。その後、制
御系３１は、駆動系３２を駆動させてマスクステ−ジ１
２を移動させながら、検出器９からの検出信号に基いて
各マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の位置を検
出する。なお、検出器９としては、画像検出するｉＴＶ
（工業用テレビカメラ）あるいは光強度信号を検出する
光電検出器等を用いることが可能である。

【００３５】次に、図７に示すフロ−チャ−トを参照し
ながらマスクアライメントの動作の一例を簡単に説明す
る。

【００３６】ステップ１０１では、予め基板１１内の低
反射面（１４ｘ、１４ｙ、１４θ）が各マスクアライメ
ント系の視野内に位置するようにウェハステ−ジ４が移
動される。

【００３７】ステップ１０２では、各マスクアライメン
ト系の視野内にマスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａ
θ）を位置するようにマスクステ−ジ１２を移動させ
る。

【００３８】ステップ１０３では、コントラスト検知系
３０により、検出器９にて検出されるマスクマ−ク（１
ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の像と背景とのコントラストを
チェックし、コントラストが良好である場合にはステッ
プ１０７ヘ移行する。一方、コントラストが良好でない
場合にはステップ１０４に移行する。

【００３９】ステップ１０４では、ウェハステ−ジ４を
駆動させて、各マスクアライメント系の視野内に基板１
１の高反射面（１５ｘ、１５ｙ、１５θ）を位置させ
る。

【００４０】ステップ１０５では、各マスクアライメン
ト系の視野内にマスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａ
θ）を位置するようにマスクステ−ジ１２を移動させ
る。

【００４１】ステップ１０６では、コントラスト検知系
３０により、検出器９にて検出されるマスクマ−ク１ａ
と背景とのコントラストを再チェックし、コントラスト
が良好であればステップ１０７ヘ移行する。一方、コン
トラストが良好でない場合には再びステップ１０１へ移
行する。

【００４２】ステップ１０７では、検出器９にて検出さ
れるマスクマ−ク１ａの像を検出して、マスクマ−ク
（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の位置を計測する。

【００４３】なお、マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１
ａθ）の反射率に応じた明視野及び暗視野の切換は、上
記の如く自動的に行ってもよいが、順に露光すべきマス
クマ−クの反射率に関するデ−タを入力手段等により制
御系の内部の記憶部に記憶させて、記憶情報に基いて行
ってもよく、あるいはマスクマ−クの反射率に関する情
報をマスク自体に刻印し、この刻印された情報を検知す
る検知器を設け、この検知器からの検知情報を制御系へ
出力するような構成をとってもよい。さらには、マスク
ステ−ジ１２近傍にマスクマ−クの反射率を直接的に検
出する反射率検知手段等を等を設けて、この検知情報を
制御系へ出力するような構成をとってもよい。

【００４４】ところで、低反射面を選択した場合、低反
射面の反射率が０％としても、マスク１表面および基板
１１表面のガラス面の反射光が検出光学系６に再入射し
て、マスクマ−ク（１ａｘ、１ａｙ、１ａθ）の反射光
による検出像の背景を形成してしまう。ここで、マスク
のガラス面での反射率をＲ_G 、投影レンズの透過率を
Ｔ、基板１１の反射面の反射率をＲ、照明光の強度をＩ
₀ とすると、検出像の背景の光強度Ｉ_B は、Ｉ_B ＝［Ｒ_G ＋（１−Ｒ_G ）Ｒ_G ＋（１−Ｒ_G ）⁴ Ｔ² Ｒ］Ｉ₀ と表わせる。

【００４５】一方、マスク１のマスクマ−ク１ａの反射
光による検出像の光強度Ｉ_P は、マスクマ−ク１ａの反
射率をＲ_P として、Ｉ_P ＝［Ｒ_G ＋（１−Ｒ_G ）² Ｒ_P ］Ｉ₀ と表わせる。

【００４６】検出器９としてｉＴＶ（工業用テレビカメ
ラ）を用いて画像検出する際には、背景の光強度Ｉ_B と
検出像の光強度Ｉ_P との強度差ΔＩ＝Ｉ_P −Ｉ_B がある
値より大きくなっている必要がある。図５は、横軸にマ
スクマ−ク１ａの反射率Ｒ_Pを、縦軸に強度差ΔＩをと
って、高反射面の反射率をＲ_H 、低反射面の反射率をＲ
_L として、反射面の切換時期を求めた線図である。ここ
で、点線は、ｉＴＶを用いて画像検出する際に必要な最
低限度の強度差を示す。つまり、強度差ΔＩが点線の間
に挟まれているような条件では、ｉＴＶが背景と検出像
を区別できない。図５の場合では、低反射面を用いて暗
視野で検出を行うことのできるのは、マスクの反射率が
Ｒ_D より高い場合であり、高反射面を用いて明視野で検
出できるのはマスクの反射率がＲ_B より低い場合であ
る。従って、マスク１のマスクマ−クの反射率がＲ_D と
Ｒ_B の間にあるときには、いずれの反射面でも検出可能
であるが、より大きい強度差ΔＩが確保できる反射面を
選択すればよい。

【００４７】しかし、高反射面の反射率があまり高くな
い場合には図６に示すように、マスクの反射率Ｒ_P のな
かに暗視野でも明視野でも検出できない範囲ができてし
まう。すなわち、図６において、マスク１のマスクマ−
クの反射率がＲ_D とＲ_B の間にあるときには、いずれの
反射面でも検出不可能である。

【００４８】以上のことから、マスク１のマスクマ−ク
を反射率によらず常に検出可能とするためには、ｉＴＶ
で背景から検出像を判別するのに最低限必要な強度差を
Ｉ_Dとすると、高反射面の反射率Ｒ_H と低反射面の反射
率Ｒ_L の間に次のような関係が成立する必要がある。（１−Ｒ_G ）⁴ Ｔ² （Ｒ_H −Ｒ_L ）≧Ｉ_D ／Ｉ₀

【００４９】このような関係があるために、高反射面の
反射率Ｒ_H と低反射面の反射率Ｒ_Lの差はできるだけ大
きいことが望ましい。さらに、ｉ線等の紫外域でのテレ
ビカメラの感度が高くない点、アライメント用にはあま
り多くの光量が使えない点、さらに投影光学系３の透過
率が露光光の単波長化のために高くできなくなっている
点を考慮すると、基板１１の高反射面の反射率Ｒ_H と低
反射面の反射率Ｒ_L との差はできるだけ大きい方がより
好ましい。低反射面は光が透過するようにするため、反
射率Ｒ_L はほぼマスク１での表面反射のみにすることが
でき、ほとんどそれが下限となる。しかし高反射面にお
いては、蒸着物質を選択することにより反射率を向上で
きる。露光光（紫外線、特にｇ線、ｉ線）において、高
い反射率を持つ物質としてはアルミニウム等の物質が好
ましい。

【００５０】次に、本発明の第３実施例について図８を
参照しながら説明する。図８は図２に示す第２実施例と
同一な機能を持つ部材には同一の符号を付してある。

【００５１】第２実施例に対して第３実施例が異なる所
は、投影光学系３に対して並列にウェハ位置検出光学系
４０（ウェハアライメント系）が設けられている。ま
た、図９に示す如く、低反射面と高反射面とを有する基
板１１（フィジシャルマ−ク板）上において、低反射面
（１４ｘ、１４ｙ、１４θ）には高反射率のマスク基準
マ−ク（ＭＨｘ、ＭＨｙ、ＭＨθ）が、高反射面（１５
ｘ、１５ｙ、１５θ）には低反射率のマスク基準マ−ク
（ＭＬｘ、ＭＬｙ、ＭＬθ）が各々形成されている。さ
らに、低反射面（１４ｘ、１４ｙ、１４θ）と高反射面
（１５ｘ、１５ｙ、１５θ）を切替えても、検出系５、
６、７、８、９によるマスクアライメントと同時に、ウ
ェハ位置検出光学系４０によるウェハの基準位置出しア
ライメントができるように、低反射面切換え時のウェハ
アライメント基準マ−ク（１６ｘ、１６ｙ）及び高反射
面切換え時のウェハアライメント基準マ−ク（１７ｘ、
１７ｙ）の２組のウェハアライメント基準マ−クが、ウ
ェハアライメント系４０の視野内に位置するように各マ
−クが所定の関係で設けられている。なお、低反射面と
これの表面に形成されたマスク基準マ−ク及び、高反射
面とこれの表面に形成されたマスク基準マ−クとの反射
率差は、第２実施例の所で説明した低反射面と高反射面
との反射率差と同様に、できるだけ大きいほうが望まし
い。

【００５２】本実施例では、マスク１とウェハ２とのア
ライメントとを独立のアライメント光学系で行ってお
り、本実施例における基板、すなわちフィジシャルマ−
ク１１は、マスクマ−ク１ａが投影光学系３を介してウ
ェハ２面上に投影された投影点と、投影光学系３に対し
て独立に設けたウェハ位置検出光学系４０の検出中心と
のウェハステ−ジ４上におけるズレ量（ベ−スライン）
をオフセットして、実際の露光時におけるマスク１とウ
ェハ２の位置合わせに整合性を持たせるためのものであ
る。すなわち、マスクアライメント光学系５、６、７、
８、９を通じて検出器９により検出されたマスクマ−ク
１ａ及びマスク基準マ−ク（ＭＨｘ、ＭＨｙ、またはＭ
Ｌｘ、ＭＬｙ、）と、ウェハ位置検出光学系４０により
検出されたウェハアライメント基準マ−ク（１６ｘ、１
６ｙまたは１７ｘ、１７ｙ）とを比較してベ−スライン
を計測し、この値をウェハ位置検出光学系４０によるウ
ェハ２上のウェハマ−ク位置検出による計測値にオフセ
ットして実際の露光時におけるマスク１とウェハ２との
位置合わせに整合性を持たせている。

【００５３】以上の如き本実施例の構成によれば、ウェ
ハステ−ジ４を移動させる必要性が全くないため、ウェ
ハステ−ジ４の送り誤差の影響を解消することができる
のみならず、瞬時にベ−スラインの計測が達成できる。

【００５４】なお、マスクアライメントにおける暗視野
と明視野の切替えについては第２実施例と同様であるの
で説明を省略する。また、暗視野と明視野の切替えにつ
いては、順に露光すべきマスタ−マ−クの反射率に関す
るデ−タを入力手段等により、制御系の内部に記憶させ
る手法、マスクマ−クの反射率に関する情報をマスク自
体に刻印し、この刻印された情報を検知する手法、さら
には直接的にマスクマ−クを検知する手法を用いてもよ
い。

【００５５】さて、図１０を参照しながら第４実施例に
ついて説明する。本実施例は、第１実施例の変形例であ
り、図１と同一の機能を持つ部材には同一の符号を付し
てある。第１実施例と異なるところは、被検物体１の下
方（図中右手）には、レンズ２３ａ、２３ｂとで成る投
影光学系２３と、この投影光学系２３に関して被検物体
面と共役な反射面２１ａが設けられ、レンズ２３ａ、２
３ｂの間、すなわち投影光学系の内部には透過率可変部
材２１ｂが設けられている。そして透過率可変部材２１
ｂとしては、例えばエレクトロクロミック素子、液晶、
相対的に回転可能な２枚の偏光板、電気光学素子（カ−
セル）等が好ましい。

【００５６】従って、透過率可変部材２１ｂの透過率を
変化させれば暗視野状態と明視野状態とにコントロ−ル
できるため、被検物体１のマ−ク１ａの反射率に応じて
透過率可変部材２１ｂの透過率を最適状態に変化させれ
ば、高精度な位置検出が達成できる。

【００５７】なお、本実施例では透過率可変部材２１ｂ
を投影光学系２３の内部に設けているが、これに限るこ
となく、原理的には被検物体１と反射面２１ａとの間に
設けてもよい。

【００５８】

【発明の効果】請求項１の位置検出装置においては、反
射手段で折返された照明光によるマ−クの検出像（明視
野中の暗像）の背景の強度が著しく高まるとともに、検
出像における背景の濃度が均一となるから、検出光学系
の開口および反射面の位置が比較的自由で、マ−クの形
状およびマ−ク周辺のパタ−ン配置を自在に定めること
ができる。

【００５９】請求項２の位置検出装置においては、マ−
クの反射率に応じて適当な反射面を選択することによ
り、安定したマ−ク位置の検出が可能である。

【００６０】請求項３の位置検出装置においては、投影
光学系を投影手段に、反射面の駆動をＸ−Ｙステ−ジに
と既存の部材で共用しているから、新たな専用部材を設
ける必要がない。

【００６１】請求項４の位置検出装置においては、反射
面で折り返されるマ−クの照明像（影）の高さは露光試
料面と等しいから、反射面を露光試料面またはフィジシ
ャルマ−ク板に設定することができる。

【００６２】請求項５の位置検出装置においては、フィ
ジシャルマ−クによる露光試料側の位置検出と同時に透
明基板の位置検出を遂行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の位置検出装置の模式図である。

【図２】第２実施例の位置検出装置の模式図である。

【図３】基板の平面図である。

【図４】マスクの平面図である。

【図５】図２の位置検出装置におけるマ−ク検出を説明
するための線図である。

【図６】図２の位置検出装置におけるマ−ク検出を説明
するための線図である。

【図７】マスクアライメントの動作についてのフロ−チ
ャ−トである。

【図８】第３実施例の位置検出装置の模式図である。

【図９】図７のフィジシャルマ−ク板の平面図である。

【図１０】第４実施例の位置検出装置の模式図である。

【符号の説明】

１被検物体、マスク２ウェハ３投影光学系１３投影光学系２３投影光学系４ウェハステ−ジ５ミラ− ６検出光学系７ハ−フミラ− ８集光レンズ９検出器１０光源１１基板、フィジシャルマ−ク板１４ｘ低反射率反射面１４ｙ低反射率反射面１４θ 低反射率反射面１５ｘ高反射率反射面１５ｙ高反射率反射面１５θ 高反射率反射面１ａｘマスクマ−ク１ａｙマスクマ−ク１ａθ マスクマ−ク１ｂ回路パタ−ン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板に形成された不透明なマ−クの
位置を検出する位置検出装置において、前記マ−クの検
出像を形成する検出光学系と、該検出光学系の対物レン
ズを通じて前記マ−クに照明光を供給する照明系と、前
記基板を介して該検出光学系に対向しかつ前記マ−クの
共役位置を形成する投影手段と、ほぼ該共役位置に設定
可能な反射手段とを有することを特徴とする位置検出装
置。
【請求項２】請求項１の位置検出装置において、前記
反射手段は、前記共役位置にそれぞれ設定可能な、反射
率の異なる複数の反射面からなることを特徴とする位置
検出装置。
【請求項３】請求項２の位置検出装置において、前記
基板に形成された転写パタ−ンを露光試料面に投影する
ための投影光学系が前記投影手段として共用され、前記
複数の反射面は、該試料を保持するＸ−Ｙステ−ジ上に
固定されてなることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】請求項１〜３いずれかの位置検出装置に
おいて、前記転写パタ−ンを露光試料面に投影するため
の露光光と同一波長の照明光を用いることを特徴とする
位置検出装置。
【請求項５】請求項４の位置検出装置において、投影
光学系に対するＸ−Ｙステ−ジの相対位置を検出するた
めのフィジシャルマ−ク板に前記複数の反射面を配置し
たことを特徴とする位置検出装置。