JPH07183187A - アライメント装置 - Google Patents

アライメント装置

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Publication number
JPH07183187A
JPH07183187A JP5323515A JP32351593A JPH07183187A JP H07183187 A JPH07183187 A JP H07183187A JP 5323515 A JP5323515 A JP 5323515A JP 32351593 A JP32351593 A JP 32351593A JP H07183187 A JPH07183187 A JP H07183187A
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JP
Japan
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plane
light
optical system
lens
wafer
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Withdrawn
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JP5323515A
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English (en)
Inventor
Koichiro Komatsu
宏一郎 小松
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きく異なるピッチを有するウエハマークの
位置検出をそれぞれ高いSN比で行う。 【構成】 レーザ光源31からのレーザビームは2分割
された後、それぞれAOM34A,34Bで周波数変調
されて空間フィルタ36A,36B上の集光点37A,
37B上に集光される。集光点37A,37Bから射出
されたレーザビームL1,L2が、ビームスプリッタ3
8、リレーレンズ系39,40、及び対物レンズ44を
経てウエハ9上のウエハマークWM1上に所定の交差角
で照射され、ウエハマークWM1からの1対の回折光の
干渉光が光電検出器46により受光される。ウエハマー
クWM1のピッチが変化したときには、リレーレンズ系
39,40の倍率を変える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所謂2光束干渉方式の
アライメント装置に関し、特に半導体素子等を製造する
ための露光装置のアライメント系に適用して好適なもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子等の微細パターン
をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、レチクル
(又はフォトマスク)のパターンをフォトレジストが塗
布されたウエハ上に露光する露光装置が使用されてい
る。一般に半導体素子等はウエハ上に多数層の回路パタ
ーンを積み重ねて形成されると共に、パターンの集積度
が益々向上しているため、ウエハ上にそれまでに形成さ
れたチップパターンとこれから露光されるレチクルのパ
ターンとを高精度に重ね合わせるためのアライメント装
置についても、要求される重ね合わせ精度が益々高まっ
ている。
【0003】このよう高い重ね合わせ精度が得られるア
ライメント装置として、例えば特開平3−9204号公
報等で開示されているように、所謂2光束干渉型のアラ
イメント装置が知られている。図4は、従来の2光束干
渉型のアライメント装置を備えた投影露光装置を示し、
この図4において、照明光学系1からの露光光により、
レチクルステージ3上のレチクル2が照明されている。
レチクルステージ3の座標及び回転角はレチクル側の干
渉計4により常時計測され、この計測結果がサーボ系5
に供給され、サーボ系5は駆動モータ6を介してレチク
ルステージ3の動作を制御する。
【0004】レチクル2のパターン領域を通過した露光
光は、ダイクロイックミラー7及び投影光学系8を介し
てウエハステージ10上に保持されたウエハ9上に照射
され、ウエハ9上のショット領域にレチクル2のパター
ン像が投影露光される。ウエハステージ10は、投影光
学系8の光軸に平行なZ方向にウエハ9の位置決めを行
う。更にウエハステージ10は、Z軸に垂直なXY平面
内でステップ・アンド・リピート方式でウエハWの位置
決めを行い、ウエハ上の1つのショット領域への露光が
終了すると、次のショット領域へステッピングを行う。
ウエハステージ10のXY平面内での座標及び回転角は
ウエハ側の干渉計11により常時計測され、この計測結
果がサーボ系5に供給され、サーボ系5は駆動モータ1
2を介してウエハステージ10の動作を制御する。レチ
クルステージ3及びウエハステージ10の目標座標は、
装置全体の動作を制御する制御系13からサーボ系5に
設定される。
【0005】また、ウエハ9上の各ショット領域には、
X方向に所定ピッチで形成された回折格子状のアライメ
ントマーク(X軸用のウエハマーク)WM、及びY軸用
のウエハマーク(不図示)が付設されている。以下で
は、X軸用のウエハマークWMの位置検出を行うための
アライメント光学系につき説明する。このアライメント
光学系において、レーザ光源14から射出されたレーザ
ビームは、ビームエクスパンダ15により所定のビーム
径に拡大された後、ビームスプリッタ16で2分割され
る。そして、ビームスプリッタ16で反射された第1レ
ーザビームは、第1音響光学変調素子(以下、「AO
M」と略称する)18Aに入射し、ビームスプリッタ1
6を透過した第2レーザビームは、ミラー17により反
射されて第2AOM18Bに入射する。
【0006】AOM18A及び18Bは、制御系13に
よりそれぞれ周波数f1 の駆動信号DS1 、及び周波数
2 の駆動信号DS2 で駆動され、第1及び第2レーザ
ビームはそれぞれ第1AOM18A及び第2AOM18
Bにより周波数変調を受けて、互いに異なる周波数の光
束となる。第1AOM18A及び第2AOM18Bによ
り周波数変調を受けた第1及び第2レーザビームはそれ
ぞれリレーレンズ19A及び19Bを介して集光レンズ
20に入射し、集光レンズ20により視野絞り21の開
口部に所定の交差角2・θFSで入射する。視野絞り21
の開口部を通過した2つのレーザビームは、ミラー22
で反射された後、対物レンズ23、ビームスプリッタ2
4、ダイクロイックミラー7、及び投影光学系8を介し
てウエハW上のウエハマークWM上に、互いに異なる周
波数の2つの可干渉な光束として、投影光学系8の光軸
に関して対称な入射角±θWMで入射する。
【0007】ウエハマークWMに照射される2つのレー
ザビームは周波数が互いに異なっているため、ウエハマ
ークWM上には流れる干渉縞が形成され、ウエハマーク
WMのX方向のピッチ及び入射角θWMは、ウエハマーク
WMの法線方向に±1次回折光が発生するように設定さ
れている。このようにウエハマークWMから垂直に発生
した1対の回折光(±1次回折光)は、投影光学系8、
ダイクロイックミラー7、ビームスプリッタ24、対物
レンズ26、及び空間フィルタ27を介して、投影光学
系8の瞳面と共役な面に設けられた光電検出器28に入
射する。ビームスプリッタ24と対物レンズ23との間
には、ウエハマークWMからの回折光を遮断するための
遮光板25が配置されている。
【0008】その光電検出器28では、1対の回折光の
干渉光を光電変換して得られた計測用ビート信号SWM
位相検出系29に供給する。位相検出系29には、不図
示の参照ビート信号も供給され、位相検出系29は、そ
の参照ビート信号と計測用ビート信号SWMとの位相を比
較して、ウエハマークWMのX方向への位置ずれ量、ひ
いては当該ショット領域のX方向への位置ずれ量を検出
する。その位置ずれ量は制御系13に供給され、制御系
13はその位置ずれ量に基づいてウエハWの位置決めを
行う。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、AOM18A及び18Bから射出された2
つのレーザビームと、それ以降のレンズ系との関係が一
意的に決定されている。そのため、計測対象とするウエ
ハマークが、図4のウエハマークWMのピッチと異なる
ピッチを有するマークである場合には、ウエハマークか
ら垂直に±1次回折光が発生しなくなり、ウエハマーク
の位置検出ができなくなるという不都合がある。
【0010】これに関して、ウエハマークに照射される
2つのレーザビームの交差角を調整するために、AOM
18A及び18Bから射出されたレーザビームの間隔を
平行平板によりシフトさせて、異なるピッチのウエハマ
ークの位置検出を可能にした系がある。しかしながら、
このように平行平板によりレーザビームをシフトさせる
のでは調整範囲が狭いという不都合があった。更に、平
行平板の傾斜角によりレーザビームに非点収差が混入し
て可干渉性が低下し、得られる計測用ビート信号のSN
比が低下するという不都合があった。
【0011】本発明は、斯かる点に鑑み、大きく異なる
ピッチを有するアライメントマークの位置検出を高いS
N比で行うことができる2光束干渉方式のアライメント
装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト装置は、例えば図1に示すように、被検物(9)上に
設けられた回折格子状マーク(WM1)に互いに可干渉
な1対の光束(L1,L2)を照射し、その回折格子状
マークから発生する1対の回折光の干渉光を光電変換
し、この光電変換により得られる信号に基づいて被検物
(9)の位置合わせを行うアライメント装置において、
互いに可干渉な第1光束(L1)及び第2光束(L2)
を生成し、これら第1光束及び第2光束を集光して、第
1平面(P1)上にその第1光束の第1集光点(37
A)を、第2平面(P2)上にその第2光束の第2集光
点(37B)をそれぞれ形成する光源系(31,32,
33A〜35A,33B〜35B)を有する。
【0013】更に本発明は、第1集光点(37A)から
の第1光束及び第2集光点(37B)からの第2光束を
集光し、第1平面(P1)及び第2平面(P2)と共役
な第3平面(P3)上の異なる位置に第1集光点(37
A)及び第2集光点(37B)の像を所定の結像倍率の
もとで再結像するリレー光学系(39,40)と、第3
平面(P3)を通過したそれら第1光束及び第2光束を
被検物(9)上の回折格子状マーク(WM1)上で交差
するように照射する集光光学系(44)と、回折格子状
マーク(WM1)から発生する1対の回折光の干渉光を
光電変換する受光系(44,45,46)と、を有し、
リレー光学系(39,40)は、第1平面(P1)と第
3平面(P3)との間の距離、及び第2平面(P2)と
第3平面(P3)との間の距離を一定に維持しながら、
その結像倍率を可変に構成され、回折格子状マーク(W
M1)の計測方向のピッチに応じてそのリレー光学系の
結像倍率を調整するようにしたものである。
【0014】この場合、リレー光学系(39,40)を
第1平面(P1)及び第2平面(P2)と第3平面(P
3)との間で反転する反転手段(42)を設け、この反
転手段を介してそのリレー光学系を反転することによ
り、そのリレー光学系の結像倍率を切り換えるようにし
てもよい。また、そのリレー光学系として、所定範囲で
結像倍率を連続的に変化できる変倍光学系を使用しても
よい。
【0015】なお、言い換えると、そのリレー光学系
は、このリレー光学系の入射瞳及び射出瞳の位置を一定
に維持しながら、その結像倍率を変化させることが望ま
しい。
【0016】
【作用】斯かる本発明によれば、例えば図1のような配
置で、第1平面(P1)上の第1集光点(37A)及び
第2平面(P2)上の第2集光点(37B)の像を、リ
レー光学系(39,40)を介して第3平面上の集光点
(43A,43B)に形成する。これら集光点(43
A,43B)からの2つのレーザビーム(L1,L2)
が集光光学系(44)を介して回折格子状マーク(WM
1)上に所定の交差角で照射され、回折格子状マーク
(WM1)から平行に射出される1対の回折光が受光系
で光電変換され、この光電変換信号に基づいて回折格子
状マーク(WM1)の位置検出が行われる。
【0017】次に、図2に示すように、回折格子状マー
ク(WM1)と異なるピッチの回折格子状マーク(WM
2)の位置検出を行う際には、リレー光学系(39,4
0)の結像倍率を変えて、第1平面(P1)上の第1集
光点(37A)及び第2平面(P2)上の第2集光点
(37B)の像を、第3平面上の集光点(43A,43
B)と異なる集光点(43C,43D)に形成する。こ
の集光点からの2つのレーザビーム(L1,L2)は、
集光光学系(44)を介して回折格子状マーク(WM
2)上に所定の交差角で照射され、回折格子状マーク
(WM2)から平行に射出される1対の回折光が受光系
で光電変換され、この光電変換信号に基づいて回折格子
状マーク(WM2)の位置検出が行われる。即ち、リレ
ー光学系(38,40)の結像倍率を変えることによ
り、大きく異なるピッチの回折格子状マークの位置検出
をそれぞれ同じSN比で行うことができる。
【0018】また、図1において、リレー光学系(3
9,40)の結像倍率が縮小倍率であるとすると、反転
手段(42)により図2に示すようにリレー光学系(3
9,40)を反転すると、その結像倍率は拡大倍率とな
る。従って、リレー光学系(39,40)を反転するだ
けで、2つの異なるピッチの回折格子状マークの位置検
出を行うことができる。
【0019】次に、リレー光学系が変倍光学系である場
合には、種々のピッチの回折格子状マークの位置検出を
同じSN比で行うことができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の一実
施例につき図1及び図2を参照して説明する。本実施例
は、例えば投影露光装置の2光束ヘテロダイン干渉型の
アライメント系に本発明を適用したものである。図1
は、本実施例のアライメント装置を示し、この図1にお
いて、He−Neレーザ光源等のコヒーレントなレーザ
光源31から射出されたレーザビームは、ビームスプリ
ッタ32で2本のレーザビームL1,L2に分岐され
る。第1のレーザビームL1は、ミラー33Aを経て所
定の入射角で第1の音響光学変調素子(AOM)34A
に入射し、第2のレーザビームL2は、ミラー33Bを
経て所定の入射角で第2のAOM34Bに入射する。
【0021】AOM34A及び34Bには、それぞれ僅
かに異なる周波数ν1 、ν21 >ν2)を持つ超音波場
が形成され、これが入射光を回折し、その+1次回折光
は、印加された超音波の周波数で変調されて射出され
る。AOM34A及び34Bから射出されたレーザビー
ムL1及びL2は、それぞれ集光レンズ35A及び35
Bにより空間フィルタ36A上の集光点37A及び空間
フィルタ36B上の集光点37B上に集光される。空間
フィルタ36A及び36Bはそれぞれ第1平面P1及び
第2平面P2上に配置され、空間フィルタ36A及び3
6Bにより、それぞれAOM34A及び34Bからの+
1次回折光のみが選択される。
【0022】集光点37Aを通過した+1次回折光より
なるレーザビームL1は、ビームスプリッタ38により
2分割され、ビームスプリッタ38で反射されたレーザ
ビーム(これも「L1」とする)は第1リレーレンズ3
9に入射する。一方、集光点37Bを通過した+1次回
折光よりなるレーザビームL2も、ビームスプリッタ3
8により2分割され、ビームスプリッタ38を透過した
レーザビーム(これも「L2」とする)は、レーザビー
ムL1と平行に第1リレーレンズ39に入射する。第1
リレーレンズ39に平行に入射したレーザビームL1及
びL2は、第2リレーレンズ40を介してそれぞれ第3
平面P3上の集光点43A及び43Bに集光点37A及
び37Bの像を結像する。即ち、第3平面P3は、第1
平面P1及び第2平面P2と共役であり、更にその第3
平面P3は後続の対物レンズ44の瞳面(フーリエ変換
面)となっている。
【0023】また、第1リレーレンズ39及び40は共
通の鏡筒41内に固定されている。そして、リレーレン
ズ39及び40からなるリレーレンズレンズ系(これを
「リレーレンズ系39,40」で表す)、及び後続の対
物レンズ44の光軸をAXとした場合、鏡筒41は、反
転装置42により、光軸AX上の所定の回転中心の回り
に180°回転できるように構成されている。このよう
に鏡筒41を180°回転した場合でも、第1平面P1
及び第2平面P2と第3平面P3との共役関係は保たれ
るように、その回転中心の位置が設定されている。
【0024】次に、第3平面P3上の集光点43A及び
43Bを通過したレーザビームL1及びL2は、対物レ
ンズ44により対物レンズ44及びリレーレンズ系3
9,40の光軸AXに関して対称に、ウエハ9上のウエ
ハマークWM1上に交差するように入射する。光軸AX
に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直で図1の紙面に平行な
方向にX軸を取り、ウエハマークWM1のX方向のピッ
チをPとすると、レーザビームL1及びL2の入射角±
θM1と、レーザビームL1,L2の波長λとが次の関係
を満たすようにする。
【0025】
【数1】
【0026】このとき、レーザビームL1の−1次回折
光L1(-1)、及びレーザビームL2の+1次回折光L1
(+1)が、ウエハ9の露光面に対して垂直な方向に重なり
合って射出されることになる。このように重なり合って
射出される2つの回折光の干渉光は、周波数(ν12)
でヘテロダイン干渉を起こす。また、レーザビームL
1,L2の交差点とウエハマークWM1とのX方向の相
対位置に応じて、射出される±1次回折光L1(+1)、及
びL1(-1)の位相が変化する。これらの位相変化に応じ
て、射出される±1次回折光の干渉光の位相が変化す
る。
【0027】ウエハマークWM1から垂直に射出される
±1次回折光L1(+1)、及びL1(-1)は、対物レンズ4
4と、反射面が光軸AXに対して45°に設定された受
光系分離プリズム45とを経て、光電検出器46に入射
する。光電検出器46からは、±1次回折光L1(+1)、
及びL1(-1)の干渉光を光電変換して得られるアライメ
ント信号SWが射出される。
【0028】また、集光点37Aを通過した後、ビーム
スプリッタ38により2分割されたレーザビームの内
で、ビームスプリッタ38を透過したレーザビームL1
R、及び集光点37Bを通過した後、ビームスプリッタ
38により2分割されたレーザビームの内で、ビームス
プリッタ38で反射されたレーザビームL2Rは、平行
に集光レンズ47に入射する。集光レンズ47により集
光されたレーザビームL1R及びL2Rは、固定された
参照信号用回折格子48に所定の交差角で入射する。参
照信号用回折格子48上に形成されている回折格子RM
のピッチ、及びレーザビームL1R,L2Rの入射角
は、回折格子RMからの±1次回折光が回折格子RMか
ら垂直に射出されるように定められている。
【0029】そのように射出された±1次回折光は、平
行に参照用光電検出器49に入射し、光電検出器49か
らは、それら±1次回折光のヘテロダイン干渉光を光電
変換して得られる周波数(ν12)の参照信号SRが出
力される。この参照信号SRの位相が基準位相となり、
この参照信号SRに対するアライメント信号SWの位相
ずれから、ウエハマークWM1の位置ずれ量、ひいては
ウエハ9の位置ずれ量が求められる。この位置ずれ量に
基づいてウエハ9の位置合わせが行われる。
【0030】ここで、対物レンズ44の焦点距離をf1
として、対物レンズ44の瞳面(即ち第3平面P3)上
での、レーザビームL1の集光点43Aとレーザビーム
L2の集光点43Bとの間隔を2d1 とすると、(数
1)を用いて間隔2d1 は次のように表すことができ
る。
【0031】
【数2】
【0032】また、第1平面P1上の集光点37Aをビ
ームスプリッタ38に関して折り返した点と、第2平面
P2上の集光点37Bとの間隔を2Dとすると、リレー
レンズ系39,40の倍率をβとして、β=d1 /Dの
関係がある。これを(数2)に代入することにより、リ
レーレンズ系39,40の倍率βとウエハマークWM1
のピッチP1 は次のような反比例の関係にあることが導
かれる。
【0033】
【数3】
【0034】これより、ウエハマークWM1とはピッチ
Pが異なるウエハマークの位置検出を2光束干渉方式で
行うには、リレーレンズ系39,40の倍率βを変更す
ればよいことが分かる。即ち、(数3)より、例えばピ
ッチP′のウエハマークの位置検出を行う際には、リレ
ーレンズ系39,40の倍率を、β′=(λ・f1
D)(1/P′)が成立するような倍率β′にすればよ
いことが分かる。
【0035】ところで、図1のアライメント装置を投影
露光装置に組み込む場合には、全体の系の安定性を保つ
ために、空間フィルタ36A,36B及び対物レンズ4
4は固定しておくことが望ましい。そのため、リレーレ
ンズ系39,40では、空間フィルタ36A,36Bか
ら、対物レンズ44の瞳面までの距離、即ち第1平面P
1及び第2平面P2から第3平面P3までの距離を一定
とすることが望ましい。この場合、第1平面P1及び第
2平面P2から第3平面P3までの距離をL、リレーレ
ンズ39及び40の焦点距離をそれぞれf3 及びf2
して、薄肉系のレンズ公式を適用すると、次の2式のよ
うな関係がある。
【0036】
【数4】
【0037】つまり、ウエハマークWM1のピッチPが
定まると、リレーレンズ39及び40の焦点距離f3
びf2 は、次のように一意的に定まる。
【0038】
【数5】
【0039】そこで、本実施例では、反転装置42で鏡
筒41を反転することにより、リレーレンズ39及び4
0を入れ換えて、互いにピッチが異なる2つのウエハマ
ークの位置検出を行えるようにする。例えば、2つのウ
エハマークのピッチをP1 及びP2 としたとき、対物レ
ンズの焦点距離f1 を適当な値に決めて、(数5)の2
つの式において、ピッチP1 のときの焦点距離f2 と、
ピッチP2 のときの焦点距離f3 とが等しいか、又は、
ピッチP1 のときの焦点距離f3 と、ピッチP 2 のとき
の焦点距離f2 とが等しくなるようにすると、リレーレ
ンズ系39,40の反転により2つのピッチP1 及びP
2 のウエハマークに対応できるようになる。それらの条
件が成立するためには、(数5)より次の関係が満たさ
れればよい。
【0040】
【数6】
【0041】この場合、図1において、例えばウエハマ
ークWM1のピッチより小さいピッチを有する回折格子
よりなるウエハマークWM2の位置検出を行う際には、
図2に示すように、反転装置42を介して鏡筒41を1
80°回転させて、リレーレンズ系39,40を反転す
る。この場合、第1平面P1上の集光点37Aから射出
されてビームスプリッタ38で反射されたレーザビーム
L1、及び第2平面P2上の集光点37Bから射出され
てビームスプリッタ38を透過したレーザビームL2
は、第2リレーレンズ40及び第1リレーレンズ39を
経て、それぞれ第3平面P3(対物レンズ44の瞳面)
上の集光点43C及び43Dに集光される。図1の配置
でのリレーレンズ系39,40の倍率βが1より小さい
とすると、図2の配置でのリレーレンズ系40,39の
倍率β′(=1/β)は1より大きくなり、集光点43
Cと43Dとの間隔は、図1の集光点43Aと43Bと
の間隔より大きくなる。
【0042】そして、図2において、第3平面P3上の
集光点43Aを通過したレーザビームL1及び集光点4
3Bを通過したレーザビームL2は、対物レンズ44を
介してウエハ9A上のウエハマークWM2上に、±θM2
の入射角で光軸AXに関して対称に交差するように入射
する。入射角θM2は、図1の場合の入射角θM1より大き
くなっており、ウエハマークWM2の計測方向であるX
方向へのピッチ、及び入射角θM2は、ウエハマークWM
2からのレーザビームL1の−1次回折光L1(-1)、及
びレーザビームL2の+1次回折光L2(+1)がそれぞれ
ウエハ9Aに対して垂直に射出されるようになってい
る。従って、それら±1次回折光L2(+1),L1(-1)
は、対物レンズ44及び受光系分離プリズム45を経て
ヘテロダイン干渉光として光電検出器46に入射し、光
電検出器46からはウエハマークWM2のX方向の位置
に応じて位相が変化するアライメント信号SWが出力さ
れ、このアライメント信号SWからウエハ9Aの位置が
検出される。
【0043】上述のように本実施例によれば、リレーレ
ンズ系39,40を反転することにより、第1平面P1
及び第2平面P2から第3平面P3への倍率を2段階に
切り換えるという簡単な操作で、ピッチの異なる2つの
ウエハマークWM1,WM2の位置検出を行うことがで
きる。なお、図1のリレーレンズ系39,40は2つの
凸レンズを用いたケプラー型のリレー光学系であるが、
その代わりに凸レンズと凹レンズとを組み合わせたガリ
レオ型のリレー光学系を用いてもよい。
【0044】また、リレーレンズ系39,40の複数個
の組み合わせをレボルバーに設け、このレボルバーを回
転させれば、より多くのマークピッチに対応させること
が可能となる。
【0045】次に、本発明の他の実施例につき図3を参
照して説明する。本実施例は、図1の実施例において、
リレーレンズ系39,40を、特公平2−51165号
公報に開示されている二重共役維持光学系よりなる変倍
リレーレンズ系に置き換えて、連続的に倍率を変化させ
るようにしたものである。図3は、本実施例の変倍リレ
ーレンズ系を示し、この図3において、第1平面P1上
の空間フィルタ36A上の集光点37A、及び第2平面
P2上の空間フィルタ36B上の集光点37Bはそれぞ
れ図1の集光点37A及び37Bに対応し、図1のビー
ムスプリッタ38は省略してある。更に、図3の第3平
面P3は、図1の第3平面P3、即ち対物レンズ44の
瞳面に対応する。
【0046】図3において、変倍リレーレンズ系は、第
1平面P1(又は第2平面)から第3平面P3に向けて
順に、焦点距離F1 の第1フーリエ変換レンズ系G1
及び焦点距離F2 の第2フーリエ変換レンズ系G2 を配
置して構成されている。また、第1フーリエ変換レンズ
系G1 は、第3平面P3に向けて順に負の屈折力を持つ
焦点距離f1(<0)(但し、この焦点距離f1 は、図1
の対物レンズ44の焦点距離f1 とは異なる)の第1レ
ンズ群L11、及び正の屈折力を持つ焦点距離f 2(>0)
の第2レンズ群L12を配置して構成され、第2フーリエ
変換レンズ系G 2 は、第3平面P3に向けて順に、正の
屈折力を持つ焦点距離f3 の第3レンズ群L21、負の屈
折力を持つ焦点距離f4 の第4レンズ群L22、及び正の
屈折力を持つ焦点距離f5 の第5レンズ群L23を配置し
て構成され、変倍リレーレンズ系全体としては、5群構
成のレンズ系からなっている。
【0047】ここで、第1フーリエ変換レンズ系G1
における各レンズ群(L11,L12)は、それぞれの焦点
距離(f1 ,f2 )、及び各レンズ群(L11,L12)間
の主点間隔が後述するような関係で、変倍リレーレンズ
系の倍率に応じてそれぞれ光軸方向に移動可能に設けら
れている。なお、第1レンズ群L11を正の屈折力、第2
レンズ群L12を負の屈折力で構成し、双方のレンズ群
(L11,L12)をそれぞれ移動可能としてもよい。
【0048】また、第2フーリエ変換レンズ系G2 中に
おける第3レンズ群L21と第4レンズ群L22とはアフォ
ーカル系を構成し、第3レンズ群L21と第4レンズ群L
22とは、第3平面P3に対して固定されている固定群の
第5レンズ群L23に対して一体的に移動可能に設けられ
ている。なお、第3レンズ群L21を負の屈折力、第4レ
ンズ群L22を正の屈折力で構成し、双方のレンズ群(L
21,L22)を一体的に移動可能としてもよい。
【0049】今、第1平面P1(又は第2平面P2)か
ら第1レンズ群L11の主点までの間隔をe0 、第1レン
ズ群L11の主点から第2レンズ群L12の主点までの間隔
をe 1 、第2レンズ群L12の主点からフーリエ変換面P
4までの間隔をe2 、フーリエ変換面P4から第3レン
ズ群L21の主点までの間隔をe3 、第3レンズ群L21
主点から第4レンズ群L22の主点までの間隔をe4 、第
4レンズ群L22の主点から第5レンズ群L23の主点まで
の間隔をe5 、第5レンズ群L23の主点から第3平面P
3までの間隔をe6 とする。
【0050】この場合、先ず第1フーリエ変換レンズ群
1 においては、第1レンズ群L11及び第2レンズ群L
12が独立に光軸AXに沿って移動自在に構成されてい
る。そして、間隔e0 は、次式で表される。
【0051】
【数7】
【0052】また、第2レンズ群L12からフーリエ変換
面P4までの間隔e2 は次式で表される。
【0053】
【数8】
【0054】更に、第1フーリエ変換レンズ系G1 の焦
点距離F1 は次のようになる。
【0055】
【数9】
【0056】次に、第2フーリエ変換レンズ系G2 にお
いて、第3レンズ群L21と第4レンズ群L22とは一定の
間隔e4 (=f3 +f4 )で固定されたアフォーカル系
を構成し、第1平面P1(又は第2平面P2)と共役な
第3平面P3から焦点距離f 5 と同じ間隔e6 だけ離れ
た固定の位置に第5レンズ群L23が配置され、第4レン
ズ群L22から第5レンズ群L23までの間隔e5 が可変に
なっている。この第2フーリエ変換レンズ系G2 の焦点
距離F2 は次のようになる。
【0057】
【数10】
【0058】即ち、焦点距離F2 は、間隔e5 に依らず
一定である。また、フーリエ変換面P4から第3レンズ
群L21までの間隔e3 は、次のように表せる。
【0059】
【数11】
【0060】以上の式から、第1平面P1(又は第2平
面P2)から第3平面P3までの全長TL(=e0 +e
1 +e2 +e3 +e4 +e5 +e6)は、次のようにな
る。
【0061】
【数12】
【0062】この式より、間隔e1 の値に依らず全長T
Lの値が一定になるには、間隔e5は次式を満たさなく
てはならないことが分かる。
【0063】
【数13】
【0064】また、変倍リレーレンズ系の倍率βは、F
2 /F1 で表されるので、その倍率βを使って各間隔を
表すと下のようになる。
【0065】
【数14】
【0066】
【数15】
【0067】以上の関係から、変倍リレーレンズ系は、
第1フーリエ変換レンズ系G1 中のレンズ群の移動によ
って倍率の変化を生じさせ、第2フーリエ変換レンズ系
2中のレンズ群の移動によって第1フーリエ変換レン
ズ系G1 中のレンズ群の移動に伴い生ずるフーリエ面の
位置ずれ量を補償する構成であることが理解できる。
【0068】この場合、任意のピッチを有するウエハマ
ークの位置検出を行う場合には、先ずそのウエハマーク
のピッチPを(数3)に代入して対応する倍率βを求め
る。その後、(数14)及び(数15)より図3の変倍
リレーレンズ系の各間隔e1〜e6 を求め、これらの間
隔になるように図3の第1レンズ群L11、第2レンズ群
12、及び第3レンズ群L21と第4レンズ群L22とから
なる1組のレンズ群を移動させる。これにより、その任
意のピッチのウエハマークの位置検出を2光束干渉方式
で高精度に行うことができる。
【0069】また、本実施例においては、検出対象とす
るウエハマークのピッチが連続的に変化した場合でも対
応できるため、半導体プロセス等によりウエハ等の感光
基板が伸縮してウエハマーク等のアライメントマークが
伸縮した場合にも、それに合わせて正確に位置検出を行
うことができる。従って、位置合わせ精度も高精度に保
つことができる。
【0070】なお、上述実施例においては、図1におい
て光源として単一のレーザ光源31が使用され、レーザ
ビームL1,L2よりなるアライメント光も単一波長で
ある。しかしながら、例えばHe−Neレーザ光源及び
半導体レーザ素子等を組み合わせて複数波長の光束を生
成し、これら複数波長の光束からそれぞれ1対のヘテロ
ダインビーム(周波数が僅かに異なる光束)を生成し、
これら複数対のヘテロダインビームを異なる入射角でウ
エハマーク上に照射するようにしてもよい。このように
複数波長のアライメント光を使用することにより、ウエ
ハ上に塗布されているフォトレジストの薄膜干渉の影響
等が軽減され、より安定且つ高精度に位置検出が行われ
る。
【0071】そして、このように複数波長のアライメン
ト光を使用する場合には、図1において、第1平面P1
上の集光点37Aの近傍及び第2平面P2上の集光点3
7Bの近傍で、それぞれ波長毎に異なる集光点にアライ
メント光が集光され、第3平面P3上でもアライメント
光は波長毎に異なる集光点に集光される。この場合、例
えばリレーレンズ系39,40には、それら複数波長の
アライメント光の色収差の補正を行う機能を持たせて、
各波長のアライメント光毎に、上述の(数1)〜(数
3)の関係が成立するように構成する。これにより、複
数波長のアライメント光を使用する場合でも、異なるピ
ッチのウエハマークの位置を安定且つ高精度に検出でき
る。
【0072】また、図1の実施例はオフ・アクシス方式
で表現されているが、本発明は投影光学系を介して検出
を行うTTL(スルー・ザ・レンズ)方式、又はTTR
(スルー・ザ・レチクル)方式のアライメント系にも同
様に適用できることは言うまでもない。更に、本発明は
ヘテロダイン方式のみならず、ホモダイン方式の2光束
干渉型のアライメント系にも適用できる。
【0073】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。
【0074】
【発明の効果】本発明によれば、第1平面及び第2平面
から第3平面P3までの距離を一定に維持しながら結像
倍率が可変のリレー光学系により、第1光束及び第2光
束を集光光学系の瞳面と等しいその第3平面にリレーし
ているため、回折格子状マーク(アライメントマーク)
のピッチに応じてその結像倍率を変えることにより、大
きく異なるピッチを有する回折格子状マークの位置をそ
れぞれ高精度に、且つ高いSN比で検出できる利点があ
る。
【0075】従って、本発明のアライメント装置を露光
装置に適用した場合には、同一の露光装置で、複数種類
のピッチが異なるアライメントマークが形成されたウエ
ハ等の基板のアライメントを行うことができ、装置の汎
用性が増すという利点がある。また、リレー光学系を反
転して倍率を切り換えるようにした場合には、リレー光
学系のレンズ構成を変えることなく、容易に2種類のピ
ッチの回折格子状マークの位置検出を行える利点があ
る。
【0076】更に、リレー光学系が変倍光学系である場
合には、種々のピッチの回折格子状マークの位置検出を
行える利点があると共に、例えば半導体プロセス等によ
り被検物が伸縮して、回折格子状マークのピッチが連続
的に僅かに変化したような場合でも、それに応じて正確
な位置検出精度を保つことができる。また、リレー光学
系が、このリレー光学系の入射瞳及び射出瞳の位置を一
定に維持しながら、その結像倍率を変化させる場合に
は、結果として第1平面及び第2平面から第3平面P3
までの距離を一定に維持しながら結像倍率が可変にでき
ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアライメント装置の一実施例を示
す一部断面図を含む構成図である。
【図2】図1の実施例において、リレーレンズ系39,
40を反転した状態を示す一部断面図を含む要部の構成
図である。
【図3】本発明の他の実施例の変倍リレーレンズ系を示
すレンズ構成図である。
【図4】従来のアライメント装置を備えた投影露光装置
を示す構成図である。
【符号の説明】
9,9A ウエハ WM1,WM2 ウエハマーク 31 レーザ光源 33A,33B 音響光学変調素子(AOM) 35A,35B 集光レンズ 36A,36B 空間フィルタ 38 ビームスプリッタ 39,40 リレーレンズ 40 鏡筒 41 反転装置 44 対物レンズ 45 受光系分離プリズム 46 光電検出器 47 集光レンズ 48 参照信号用回折格子 49 参照光電検出器
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 27/42 G03F 7/20 521 9/00 H 7352−4M H01L 21/30 525 L

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検物上に設けられた回折格子状マーク
    に互いに可干渉な1対の光束を照射し、前記回折格子状
    マークから発生する1対の回折光の干渉光を光電変換
    し、該光電変換により得られる信号に基づいて前記被検
    物の位置合わせを行うアライメント装置において、 互いに可干渉な第1光束及び第2光束を生成し、該第1
    光束及び第2光束を集光して、第1平面上に前記第1光
    束の第1集光点を、第2平面上に前記第2光束の第2集
    光点をそれぞれ形成する光源系と、 前記第1集光点からの前記第1光束及び前記第2集光点
    からの前記第2光束を集光し、前記第1平面及び第2平
    面と共役な第3平面上の異なる位置に前記第1集光点及
    び第2集光点の像を所定の結像倍率のもとで再結像する
    リレー光学系と、 前記第3平面を通過した前記第1光束及び第2光束を前
    記被検物上の前記回折格子状マーク上で交差するように
    照射する集光光学系と、 前記回折格子状マークから発生する1対の回折光の干渉
    光を光電変換する受光系と、を有し、 前記リレー光学系は、前記第1平面と前記第3平面との
    間の距離、及び前記第2平面と前記第3平面との間の距
    離を一定に維持しながら、前記結像倍率を可変に構成さ
    れ、 前記回折格子状マークの計測方向のピッチに応じて前記
    リレー光学系の結像倍率を調整することを特徴とするア
    ライメント装置。
  2. 【請求項2】 前記リレー光学系を前記第1平面及び第
    2平面と前記第3平面との間で反転する反転手段を設
    け、 該反転手段を介して前記リレー光学系を反転することに
    より、前記リレー光学系の結像倍率を切り換えるように
    したことを特徴とする請求項1記載のアライメント装
    置。
  3. 【請求項3】 前記リレー光学系は、所定範囲で前記結
    像倍率を連続的に変化できる変倍光学系であることを特
    徴とする請求項1記載のアライメント装置。
  4. 【請求項4】 前記リレー光学系は、該リレー光学系の
    入射瞳及び射出瞳の位置を一定に維持しながら、前記結
    像倍率を変化させることを特徴とする請求項1〜3の何
    れか一項記載のアライメント装置。
JP5323515A 1993-12-22 1993-12-22 アライメント装置 Withdrawn JPH07183187A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006157013A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Asml Netherlands Bv 基板テーブル、基板の位置を測定する方法、及びリソグラフィ装置
KR100668818B1 (ko) * 2001-06-15 2007-01-17 주식회사 하이닉스반도체 위상 반전용 간섭 필터가 구비된 축소 투영 렌즈 시스템을포함하는 반도체 제조용 노광 장치

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