JPH07183203A

JPH07183203A - 半導体露光装置

Info

Publication number: JPH07183203A
Application number: JP5345282A
Authority: JP
Inventors: Rikio Ikeda; 利喜夫池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】簡素な構造を有し且つ高アライメントマーク検
出分解能を有するアライメント検出系を備えた半導体露
光装置、及び高いアライメントマーク検出分解能を有す
るアライメント方法を提供する。【構成】半導体露光装置は、アライメント検出系用光源
１０，２０、及び基板に形成されたアライメントマーク
による回析光を測定するアライメント検出系４０を具備
した半導体露光装置であって、アライメント検出系用光
源には、射出する光の波長を変化させるための波長分散
素子２７が備えられている。アライメント方法は、アラ
イメント検出系用光源から射出される光の波長を連続的
若しくは段階的に変化させ、かかる光を用いて基板に形
成されたアライメントマークからの回析光を測定し、所
定の波長における回析光の光強度が最大となるように基
板を移動させることによって、レチクルと基板とのアラ
イメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アライメント検出系を
備えた半導体露光装置、及びアライメント方法に関す
る。ここで、半導体露光装置とは、レーザ光源からの光
でレチクルに形成された半導体回路パターン等を基板上
に形成されたレジストに転写するための装置である。ま
た、アライメントとは、レチクルに形成されたアライメ
ントマークと基板に形成されたアライメントマークとを
光学的に一致させる操作を意味する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体露光装置においては、半導
体集積回路の集積度を高めるために、短波長の投影光学
系用光源が使用されている。この投影光学系用光源とし
て、例えば超高圧水銀アークランプやエキシマ・レーザ
を挙げることができる。超高圧水銀アークランプにおい
ては、射出光の波長は、４３５．８ｎｍ（ｇ線）、４０
４．７ｎｍ（ｈ線）あるいは３６５ｎｍ（ｉ線）であ
る。然るに、これらの波長の内で最も短波長のｉ線を用
いても、近年の半導体集積回路に要求される０．２５μ
ｍ級の微細パターンを形成することはできない。半導体
集積回路におけるかかる微細加工の限界を越えるために
は、投影光学系用光源から射出される光の波長自体を一
層短くする必要がある。

【０００３】このような要求に対処するための方法の１
つに、エキシマ・レーザを投影光学系用光源として使用
する方法がある。エキシマ・レーザでは、通常希ガスと
ハロゲン系ガスとの組み合せからなる混合気体中の放電
でレーザ発振を行わせる。混合気体としてＫｒＦを用い
た場合には波長２４８ｎｍのレーザ光を、ＡｒＦを用い
た場合には波長１９３ｎｍのレーザ光を得ることができ
る。

【０００４】レジスト露光時、投影光学系用光源から射
出された光によって、レチクルを照射し、レチクルに形
成されたパターンを投影光学系を介して基板上に形成さ
れたレジストに転写する。

【０００５】半導体露光装置においては、レチクル・パ
ターンとウエハ・パターンとの間でアライメントを行う
必要がある。このアライメント方式は、微細パターンを
投影転写する投影光学系を利用するＴＴＬアライメント
方式と、アライメント専用の独立光学系を使用するオフ
アクシス・アライメント方式の２つに大別することがで
きる。また、ＴＴＬアライメント方式は、ＴＴＬオンア
クシス・アライメント方式とＴＴＬオフアクシス・アラ
イメント方式に分類することができる。

【０００６】ここで、オフアクシス・アライメント方式
とは、アライメント専用の独立光学系を使用して、基板
に形成されたアライメントマーク（基板マークと略称す
る）の位置決めを行い、次に、予め求められた独立光学
系と投影光学系との間の距離（ベースライン）だけ基板
を移動させる方式である。このような基板の移動によっ
て、基板の所定の部分が投影光学系の直下に移動させら
れ得る。

【０００７】また、ＴＴＬオンアクシス・アライメント
方式とは、レチクルに形成されたアライメントマーク
（レチクルマークと略称する）と基板マークとを投影光
学系を通して同時に観察し、両者を直接合わせる方式で
ある。一方、ＴＴＬオフアクシス・アライメント方式
は、基板マークを投影光学系によって観察し、レチクル
マークを別の光学系によって観察する方式である。

【０００８】これらのアライメント方式においては、ア
ライメント検出系用光源として、例えばＨｅ−Ｎｅレー
ザを使用する。基板に形成されたグレーティングから成
る基板マークの観察方式には、基板マークによって反射
された反射光の観察及び基板マークによって回析された
回析光の観察の２つの観察方式がある。

【０００９】アライメント検出系用光源からの光が基板
マークに衝突すると、かかる光は基板マークによって回
析され、０次回析光、±１次の回析光、更に高次の回析
光が発生する。即ち、アライメント検出系用光源の波長
をλ、回析角をθ、回析光の次数をｎ、グレーティング
の間隔をｐとすれば、ｎ・λ＝ｐ・ｓｉｎθ 式（１）という関係がある。

【００１０】通常の反射光の観察と±１次の回析光の観
察の２つの観察方式の概要を、以下、ＴＴＬオンアクシ
ス・アライメント方式を例にとり、図２４を参照して説
明する。

【００１１】反射光の観察を行うためのＴＴＬオンアク
シス・アライメント検出系は、アライメント検出系用光
源１００、反射光（０次の回析光）を検出する第１の光
検出器１０１、基板６４に形成されたアライメントマー
ク（基板マーク）６５で反射された反射光を第１の光検
出器１０１に入射させるためのハーフミラー１０２、光
検出器１０１からの信号出力を処理する信号処理装置１
０５から構成されている。

【００１２】一方、回析光の観察を行うためのＴＴＬオ
ンアクシス・アライメント検出系は、アライメント検出
系用光源１００からの光をスキャンするための例えば多
面回転ミラー（ポリゴンミラー）１０６、一定のスキャ
ン速度の光で基板６４をスキャンすることによって基板
マーク６５で生成された±１次の回析光を検出する第２
の光検出器１０３、基板マーク６５で反射された±１次
の回析光を第２の光検出器１０３に入射させるための反
射ミラー１０４、第２の光検出器１０３からの信号出力
を処理する信号処理装置１０５から構成されている。

【００１３】図２４に、基板６４に形成された基板マー
ク６５が観察されたときの第１及び第２の光検出器１０
１，１０３からの信号出力を模式的に示した。反射光及
び回析光の観察を組み合わせることによって、基板マー
ク６５の位置を高い精度で検出することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】反射光（０次の回析
光）を受光した第１の光検出器１０１からの出力信号を
信号処理装置１０５で信号処理することによって、反射
光による明視野像を得ることができる。この明視野像を
ＣＲＴにて観察する。明視野像は、信号の重ね合わせ処
理を行うことによって得ることができ、信号出力の平均
化効果により再現性の良い像を得ることができる。しか
しながら、アライメントマーク検出分解能は低い。

【００１５】グレーティングから成る基板マーク６５か
らの±１次の回析光を受光した第２の光検出器１０３か
らの出力信号を信号処理装置１０５で信号処理すること
によって、回析光による暗視野像を得ることができる。
明視野像と比較して、この回析光の観察はアライメント
マーク検出分解能が高い。しかしながら、回析光の観察
のためには、多面回転ミラー（ポリゴンミラー）１０６
が必要とされ、アライメント検出系の構成が複雑になる
し、アライメントマーク検出分解能が低下するという問
題がある。

【００１６】また、グレーティングから成る基板マーク
６５に異常が生じ、式（１）におけるｐの値が変化した
場合、アライメント検出系用光源の波長λは固定されて
いるので、回析角θの値が変化する。従って、レチクル
マークと基板マークとが光学的に一致しているか否かの
判断ができなくなる。

【００１７】従って、本発明の目的は、簡素な構造を有
し且つ高アライメントマーク検出分解能を有するアライ
メント検出系を備えた半導体露光装置、及び高いアライ
メントマーク検出分解能を有するアライメント方法を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、アライメ
ント検出系用光源、及び基板に形成されたアライメント
マークによる回析光を測定するアライメント検出系を具
備した半導体露光装置であって、アライメント検出系用
光源には、射出する光の波長を変化させるための波長分
散素子が備えられていることを特徴とする本発明の半導
体露光装置によって達成することができる。

【００１９】本発明の半導体露光装置においては、例え
ば、レーザ光源、及びレーザ光源から射出された光が入
射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長を
有する光を射出する第２高調波発生装置から成る投影光
学系用光源を備え、投影光学系用光源がアライメント検
出系用光源を兼ねることができる。

【００２０】本発明の半導体露光装置の好ましい第１の
態様においては、第２高調波発生装置には波長分散素子
及び波長分散素子制御装置が含まれており、第２高調波
発生装置から射出された光に基づき、基板に形成された
アライメントマークによる回析光を得ることを特徴とす
る。

【００２１】本発明の半導体露光装置の好ましい第２の
態様においては、レーザ光源には波長分散素子及び波長
分散素子制御装置が含まれており、第２高調波発生装置
から射出された光に基づき、基板に形成されたアライメ
ントマークによる回析光を得る。

【００２２】本発明の半導体露光装置の好ましい第３の
態様においては、レーザ光源には波長分散素子及び波長
分散素子制御装置が含まれており、レーザ光源から射出
された光に基づき、基板に形成されたアライメントマー
クによる回析光を得る。

【００２３】本発明の半導体露光装置の好ましい第４の
態様においては、アライメント検出系用光源は、レーザ
光源、及びレーザ光源から射出された光が分割されて入
射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長を
有する光を射出する複数の第２高調波発生装置から成
る。そして、各第２高調波発生装置には波長分散素子が
含まれており、第２高調波発生装置から射出された光に
基づき、基板に形成されたアライメントマークによる回
析光を得る。

【００２４】本発明の半導体露光装置の好ましい第５の
態様においては、アライメント検出系用光源は、複数の
レーザ光源、及びレーザ光源の各々から射出された光が
入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長
を有する光を射出する複数の第２高調波発生装置から成
る。そして、第２高調波発生装置の各々には波長分散素
子が含まれており、第２高調波発生装置から射出された
光に基づき、基板に形成されたアライメントマークによ
る回析光を得る。

【００２５】本発明の半導体露光装置の好ましい第６の
態様においては、アライメント検出系用光源は、複数の
レーザ光源、及びレーザ光源の各々から射出された光が
入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長
を有する光を射出する複数の第２高調波発生装置から成
る。そして、レーザ光源の各々には波長分散素子が含ま
れており、各第２高調波発生装置から射出された光に基
づき、基板に形成されたアライメントマークによる回析
光を得る。

【００２６】本発明の半導体露光装置の好ましい第７の
態様においては、アライメント検出系用光源は、波長分
散素子を含む複数のレーザ光源から成る。そして、レー
ザ光源から射出された光に基づき基板に形成されたアラ
イメントマークによる回析光を得る。

【００２７】以上に説明した本発明の半導体露光装置に
おいては、レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子か
ら成るＬＤ励起固体レーザから構成することができる。
また、第２高調波発生装置は非線形光学結晶素子及び光
共振器から構成することができる。更には、波長分散素
子はエタロンから構成することができる。

【００２８】また、アライメント検出系は、ＴＴＬオン
アクシス・アライメント検出系あるいは、ＴＴＬオフア
クシス・アライメント検出系とすることができる。

【００２９】本発明の半導体露光装置の好ましい第８の
態様においては、アライメント検出系はオフアクシス・
アライメント検出系であり、アライメント検出系用光源
は、波長分散素子及び波長分散素子制御装置を含むレー
ザ光源から成る。そして、レーザ光源から射出された光
に基づき基板に形成されたアライメントマークによる回
析光を得る。

【００３０】本発明の半導体露光装置の好ましい第９の
態様においては、アライメント検出系はオフアクシス・
アライメント検出系であり、アライメント検出系用光源
は、波長分散素子を含む複数のレーザ光源から成る。そ
して、各レーザ光源から射出された光に基づき基板に形
成されたアライメントマークによる回析光を得る。

【００３１】本発明の半導体露光装置のこれらの第８若
しくは第９の態様においては、レーザ光源は、レーザダ
イオード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非
線形光学結晶素子から成るＬＤ励起固体レーザから構成
することができる。また、波長分散素子はエタロンから
構成することができる。

【００３２】上記の目的を達成するための本発明の第１
のアライメント方法は、アライメント検出系用光源から
射出される光の波長を連続的若しくは段階的に変化さ
せ、かかる光を用いて基板に形成されたアライメントマ
ークからの回析光を測定し、その結果に基づきレチクル
と基板とのアライメントを行うことを特徴とする。この
場合、回析光の測定結果に基づき、所定の波長における
回析光の光強度が最大となるように基板を移動させるこ
とによって、レチクルと基板とのアライメントを行うこ
とが好ましい。

【００３３】上記の目的を達成するための本発明の第２
のアライメント方法は、アライメント検出系用光源から
射出される光の波長を連続的且つ経時的に変化させ、か
かる光を用いて基板に形成されたアライメントマークか
らの回析光の経時的な光強度変化を測定し、測定によっ
て得られた回析光の経時的な光強度変化と、レチクルと
基板とがアライメントされたときに得られるアライメン
トマークからの回析光の経時的な光強度変化との間の時
間的なずれが無くなるように基板を移動させることによ
って、レチクルと基板とのアライメントを行うことを特
徴とする。

【００３４】本発明の第１及び第２のアライメント方法
の好ましい第１の態様においては、アライメント検出系
用光源は、レーザ光源、及びレーザ光源から射出された
光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた
波長を有する光を射出する第２高調波発生装置から成
る。そして、第２高調波発生装置は波長分散素子及び波
長分散素子制御装置を含み、波長分散素子制御装置によ
る波長分散素子の制御によって、第２高調波発生装置か
ら射出される光の波長を変化させる。

【００３５】本発明の第１及び第２のアライメント方法
の好ましい第２の態様においては、アライメント検出系
用光源は、波長分散素子及び波長分散素子制御装置を含
むレーザ光源、及びレーザ光源から射出された光が入射
されそしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長を有
する光を射出する第２高調波発生装置から成る。そし
て、波長分散素子制御装置による波長分散素子の制御に
よって、第２高調波発生装置から射出される光の波長を
変化させる。

【００３６】本発明の第１及び第２のアライメント方法
の好ましい第３の態様においては、アライメント検出系
用光源は、波長分散素子及び波長分散素子制御装置を含
むレーザ光源から成る。そして、波長分散素子制御装置
による波長分散素子の制御によって、レーザ光源から射
出される光の波長を変化させる。

【００３７】本発明の第１のアライメント方法の好まし
い第４の態様においては、アライメント検出系用光源
は、レーザ光源、及びレーザ光源から射出された光が分
割されて入射されそしてこの入射光の第２高調波に基づ
いた波長を有する光を射出する複数の第２高調波発生装
置から成る。そして、各第２高調波発生装置は波長分散
素子を含み、各第２高調波発生装置から射出された異な
る波長の光を用いて基板に形成されたアライメントマー
クからの回析光を測定する。

【００３８】本発明の第１のアライメント方法の好まし
い第５の態様においては、アライメント検出系用光源
は、複数のレーザ光源、及びレーザ光源の各々から射出
された光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基
づいた波長を有する光を射出する複数の第２高調波発生
装置から成る。そして、第２高調波発生装置の各々は波
長分散素子を含み、各第２高調波発生装置から射出され
た異なる波長の光を用いて基板に形成されたアライメン
トマークからの回析光を測定する。

【００３９】本発明の第１のアライメント方法の好まし
い第６の態様においては、アライメント検出系用光源
は、複数のレーザ光源、及びレーザ光源の各々から射出
された光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に基
づいた波長を有する光を射出する複数の第２高調波発生
装置から成る。そして、レーザ光源の各々は波長分散素
子を含み、各第２高調波発生装置から射出された異なる
波長の光を用いて基板に形成されたアライメントマーク
からの回析光を測定する。

【００４０】本発明の第１のアライメント方法の好まし
い第７の態様においては、アライメント検出系用光源
は、波長分散素子を含む複数のレーザ光源から成り、各
レーザ光源から射出された異なる波長の光を用いて基板
に形成されたアライメントマークからの回析光を測定す
る。

【００４１】これらのアライメント方法においては、レ
ーザ光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る
固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子から成るＬＤ励
起固体レーザから構成することができる。また、第２高
調波発生装置は非線形光学結晶素子及び光共振器から構
成することができる。更には、波長分散素子はエタロン
から構成することができる。

【００４２】また、これらの本発明の第１及び第２のア
ライメント方法並びに好ましい態様においては、アライ
メント方法は、ＴＴＬオンアクシス・アライメント方
式、若しくはＴＴＬオフアクシス・アライメント方式と
することができる。

【００４３】本発明の第１及び第２のアライメント方法
の好ましい第８の態様においては、アライメント方法は
オフアクシス・アライメント方式であり、アライメント
検出系用光源は、波長分散素子及び波長分散素子制御装
置を含むレーザ光源から成る。そして、波長分散素子制
御装置による波長分散素子の制御によって、レーザ光源
から射出された光の波長を変化させる。

【００４４】本発明の第１のアライメント方法の好まし
い第９の態様においては、アライメント方法はオフアク
シス・アライメント方式であり、アライメント検出系用
光源は、波長分散素子を含む複数のレーザ光源から成
る。そして、各レーザ光源から射出された光を用いて基
板に形成されたアライメントマークからの回析光を測定
する。

【００４５】これらの本発明の第１及び第２のアライメ
ント方法の第８若しくは第９の態様においては、レーザ
光源は、レーザダイオード、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体
レーザ媒質及び非線形光学結晶素子から成るＬＤ励起固
体レーザから構成することができ、波長分散素子はエタ
ロンから構成することができる。

【００４６】

【作用】本発明においては、アライメント検出系用光源
から射出される光の波長λを連続的若しくは段階的に変
化させる。これによって得られた、基板マークからの回
析光の回析角は波長λに依存して変化し、その結果、波
長λの変化に応じた回析光の光強度パターンを得ること
ができる。あるいは又、測定によって得られた回析光の
経時的な光強度変化と、レチクルと基板とがアライメン
トされたときに得られるアライメントマークからの回析
光の経時的な光強度変化との間の時間的なずれを得るこ
とができる。所定の波長におけるこの光強度パターンの
光強度が最も大きくなるように、あるいは又、時間的な
ずれが無くなるように、基板が載置された基板ステージ
を移動させれば、レチクルマークと基板マークとが光学
的に一致する。こうして、レチクルと基板とのアライメ
ントを行うことができる。また、波長λを変化させるこ
とによって光強度パターンを得ることができ、アライメ
ント検出系用光源をスキャンする必要がない。

【００４７】一方、グレーティングから成る基板マーク
に異常が発生し、グレーティングの間隔が所定値から逸
脱した場合、波長λを変化させたときの回析角θの変化
量（ｄθ／ｄｐ）が、基板マークが正常な場合とは相違
する。それ故、この変化量を解析すれば、基板マークに
異常が発生しているか否かを容易に判断することがで
き、アライメントマーク検出精度を向上させることがで
きる。

【００４８】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明の半導体露光装置を説明する。尚、以下の各実施例に
おける半導体露光装置は、基本的には、投影光学系用光
源とアライメント検出系を具備している。投影光学系用
光源は、レーザ光源１０、及び、レーザ光源１０から射
出された光が入射されそしてこの入射光の第２高調波に
基づいた波長を有する光を射出する第２高調波発生装置
２０から成る。また、アライメント検出系は、アライメ
ント検出系用光源から射出された光に基づき、基板に形
成されたアライメントマーク（基板マーク）による回析
光を測定する。アライメント検出系用光源は、実施例に
よっては投影光学系用光源を兼ねる場合もあるし、独立
した光源の場合もある。

【００４９】レジスト露光時には、図２３に示すよう
に、第２高調波発生装置２０から射出された高強度の光
がレチクル６１を照射し、レチクル６１に形成されたパ
ターンを縮小投影光学系６２を介して基板６４上に形成
されたレジスト６３に転写する。レチクル６１に形成さ
れたパターンは、レジスト６３上に形成すべきパターン
が例えば５倍に拡大されたものである。縮小投影光学系
６２は、入射した光を透過し、例えば１／５に縮小した
光学像を基板６４に形成されたレジスト６３に投影す
る。これによって、レジスト６３には微細パターンが形
成される。

【００５０】（実施例１）実施例１は、本発明の半導体
露光装置の第１の態様、及び本発明の第１及び第２のア
ライメント方法の第１の態様に関する。図１に模式図を
示すように、実施例１の半導体露光装置におけるアライ
メント検出系用光源は、投影光学系用光源を兼ねてい
る。この投影光学系用光源は、レーザ光源１０、及びレ
ーザ光源から射出された光が入射されそしてこの入射光
の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２
高調波発生装置２０から成る。

【００５１】第２高調波発生装置２０には波長分散素子
２７及び波長分散素子制御装置２８が含まれている。そ
して、波長分散素子制御装置２８による波長分散素子２
７の制御によって、第２高調波発生装置２０から射出さ
れる光の波長を連続的若しくは段階的に変化させる。こ
の第２高調波発生装置２０から射出された光に基づき、
基板６４に形成された基板マーク６５による回析光を得
る。尚、波長分散素子２７はエタロンから成る。

【００５２】実施例１においては、アライメント検出系
は、ＴＴＬアライメント検出系、より具体的には、ＴＴ
Ｌオンアクシス・アライメント検出系４０から成る。

【００５３】ＴＴＬ方式アライメント検出系４０は、基
板マーク６５による±１次の回析光を検出する例えばＣ
ＣＤセンサ又はフォトディテクターから成る光検出器４
１、基板マーク６５で回析された±１次の回析光を光検
出器４１に入射させるための反射ミラー４２、光検出器
４１からの信号出力を処理する信号処理装置４３から構
成されている。基板マーク６５は、例えばグレーティン
グから成る。

【００５４】図５に模式図を示すように、レーザ光源１
０は、レーザダイオード１１、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固
体レーザ媒質１２及び非線形光学結晶素子１３から構成
されたＬＤ励起固体レーザから成る。また、第２高調波
発生装置２０は非線形光学結晶素子２１及び光共振器２
２から成り、波長分散素子２７及び波長分散素子制御装
置２８を含む。光共振器２２の共振器長を制御するため
の共振器長制御装置３０が併せて備えられている。レー
ザ光源１０、第２高調波発生装置２０及び共振器長制御
装置３０については、後に詳述する。

【００５５】レーザ光源１０から射出される光は或る波
長範囲を有している。この波長範囲の内、２Ｄｃｏｓ
θ’＝ｍλ₀（ｍは整数）を満足する波長λ₀の光を、波
長分散素子２７によって分光して選択的に第２高調波発
生装置２０に入射させる。そしてこの波長λ₀に基づい
た波長λの光を第２高調波発生装置２０から射出する。
ここで、Ｄは波長分散素子２７を構成するエタロンの２
枚の平行平板ガラス（両面は半鍍銀されあるいは多重層
反射膜が形成されている）のギャップ間隔であり、θ’
は相対する平行平板ガラスの反射面への入射角である。
第２高調波発生装置２０から射出される光の波長λを連
続的若しくは段階的に変えるためには、２枚の平行平板
ガラスのギャップ間隔Ｄ及び／又は相対する反射面への
入射角θ’を連続的若しくは段階的に変化させればよ
い。このような変化は、例えばモータと歯車から構成さ
れた波長分散素子制御装置２８、あるいは又、ＰＺＴ等
から成る圧電素子及び圧電素子制御回路から成る波長分
散素子制御装置２８等によって行うことができる。これ
によって、本発明の第１のアライメント方法において
は、アライメント検出系用光源から射出される光の波長
を連続的若しくは段階的に変化させる。また、本発明の
第２のアライメント方法においては、アライメント検出
系用光源から射出される光の波長を連続的且つ経時的に
変化させる。

【００５６】本発明の第１のアライメント方法において
は、第２高調波発生装置２０から射出された光を、レチ
クル６１に形成された例えば開口（窓）形状を有するア
ライメントマーク（レチクルマーク）（図示せず）を通
し、更に縮小投影光学系６２を介して、基板マーク６５
に衝突させる。これによって生成された±１次の回析光
は、縮小投影光学系６２を通過し、反射ミラー４２によ
って反射され、光検出器４１で検出される。受光した光
検出器４１からの出力信号を信号処理装置４３で信号処
理することによって、±１次の回析光の光強度パターン
を得ることができる。

【００５７】この±１次の回析光の回析角をθとすれ
ば、アライメント検出系用光源から射出される光の波長
λを変化させることによって、 θ＝ｓｉｎ^-1（λ／ｐ）式（２）の関係に基づき、θが変化する。

【００５８】本発明の第１のアライメント方法において
は、例えば、光検出器４１としてフォトディテクターを
用い、また、例えばモータと歯車から構成された波長分
散素子制御装置２８を用いて、波長を例えばλ₁、λ₂、
λ₃と経時的に且つ連続的に変化させた場合、図２の
（Ａ）に示すような１次の回析光が得られる。尚、図２
の（Ａ）では縮小投影光学系６２の図示を省略した。そ
して、各回析角θにおいて、図２の（Ｂ）に示すような
光強度が得られる。光検出器４１の光を検出し得る領域
は有限であり、この領域を、図２の（Ｂ）には「光検出
器４１の検出可能領域」として示す。また、光検出器４
１によって得られる光強度の時間変化を図２の（Ｃ）に
示す。

【００５９】レチクルマークと基板マーク６５とが光学
的に一致したとき（即ち、レチクルと基板とがアライメ
ントされたとき）得られるアライメントマークからの回
析光を光検出器４１で検出したときの光強度パターン
を、図２の（Ｃ）に示す。尚、各波長における光強度を
黒丸で示した。光検出器４１の位置は固定されているの
で、ｐの値が決まれば、光強度パターンにおける光強度
が最も大きくなるときの波長λ（図２の（Ｃ）において
はλ₂）が一義的に求まる。

【００６０】レチクルマークと基板マーク６５とが光学
的に一致していないとき得られる回析光の光強度パター
ンを、同じく図２の（Ｃ）に示す。尚、各波長における
光強度を四角で示した。この場合、光強度パターンにお
ける光強度のピークが得られる波長はλ₂からずれる。
そこで、この光強度のピークがλ₂で得られるように、
基板６４が載置された基板ステージ６６を移動させる。
即ち、測定によって得られた回析光の光強度が、所定の
波長（例えばλ₂）において最大となるように、レチク
ル６１と基板６４とのアライメントを行う。こうして、
レチクルマークと基板マーク６５とを光学的に一致させ
ることができる。尚、波長λを変化させることによって
光強度パターンを得ることができ、アライメント検出系
用光源をスキャンする必要がない。

【００６１】一方、グレーティングから成る基板マーク
６５に異常が発生し、ｐの値が所定値から逸脱した場
合、式（２）から明らかなように、波長λを変化させた
ときのθの変化量（ｄθ／ｄｐ）が、基板マーク６５が
正常な場合とは相違する。その結果、光検出器４１によ
り測定される光強度パターンは、基板マーク６５が正常
な場合と異なる。尚、図２の（Ｃ）において、基板マー
ク６５が正常な場合の各波長における光強度を黒丸で示
し、基板マーク６５が異常な場合の各波長における光強
度を白丸で示した。従って、光強度パターンにおける波
長と光強度の関係を解析することによって、基板マーク
６５に異常が発生しているか否かを容易に判断すること
ができ、アライメントマーク検出精度を向上させること
ができる。

【００６２】本発明の第２のアライメント方法において
も、第２高調波発生装置２０から射出された光を、レチ
クル６１に形成された例えば開口（窓）形状を有するア
ライメントマーク（レチクルマーク）（図示せず）を通
し、更に縮小投影光学系６２を介して、基板マーク６５
に衝突させる。これによって生成された±１次の回析光
は、縮小投影光学系６２を通過し、反射ミラー４２によ
って反射され、光検出器４１で検出される。受光した光
検出器４１からの出力信号を信号処理装置４３で信号処
理することによって、±１次の回析光の光強度を得るこ
とができる。

【００６３】本発明の第２のアライメント方法において
は、例えば、光検出器４１としてフォトディテクターを
用いる。また、例えばＰＺＴ等から成る圧電素子及び圧
電素子制御回路から成る波長分散素子制御装置２８を用
いる。尚、アライメント検出系用光源から射出される光
の波長を高速で変化させ得る装置であれば、如何なる波
長分散素子制御装置をも使用することができる。そし
て、波長を例えばλ₁、λ₂、λ₃、λ₂、λ₁へと経時的
に且つ連続的に、例えば１秒間に数十回乃至数万回変化
させる。この１秒当りの変化の回数が多いほど、分解能
は高くなるが、その上限は波長分散素子制御装置２８の
機構によって決定される。

【００６４】本発明の第１のアライメント方法と異な
り、本発明の第２のアライメント方法においては、或る
狭い角度範囲内の回析角における回析光が主に光検出器
４１で検出される。光検出器４１で検出される回析光の
回析角の角度範囲が狭くなるほど、分解能は向上する
が、得られる光強度のピークの値は小さくなる。従っ
て、光検出器４１で検出される回析光の回析角の角度範
囲は、分解能と得られる光強度の値を考慮して決定すれ
ばよい。

【００６５】レチクルマークと基板マーク６５とが光学
的に一致したとき（即ち、レチクルと基板とがアライメ
ントされたとき）得られるアライメントマークからの回
析光を光検出器４１で検出したときの光強度の経時的な
変化を、図３の（Ｃ）に太い実線（ｂ）にて示す。尚、
例えば、波長がλ₂で回析角がθ₂の回析光が、レチクル
と基板とがアライメントされたとき光検出器４１に入射
する。アライメント検出系用光源から射出された光の波
長の経時的な変化を、図３の（Ｃ）に太い実線（ａ）に
て示す。レチクルマークと基板マーク６５とが光学的に
一致したときの状態を、図３の（Ａ）に示す。尚、図３
の（Ａ）では縮小投影光学系６２の図示を省略した。

【００６６】レチクルマークと基板マーク６５とが光学
的に一致していないとき得られる回析光の光強度の経時
的な変化を、図３の（Ｃ）に細い実線（ｃ）にて示す。
この場合、例えば、波長λ₃で回析角はθ₃の回析光が、
光検出器４１に入射する。従って、回析光の光強度のピ
ークが出現する時刻と、アライメント検出系用光源から
射出された光の波長がλ₂となるときの時刻との間にず
れが生じる。即ち、経時的な光強度変化に時間的なずれ
が生じる。レチクルマークと基板マーク６５とが光学的
に一致していないときの状態を、図３の（Ｂ）に示す。
尚、図３の（Ｂ）でも縮小投影光学系６２の図示を省略
した。

【００６７】そこで、アライメント検出系用光源から射
出される光の波長の変化と、光検出器４１の光強度測定
結果とを時間的に同期させる。そして、この経時的な光
強度変化の時間的なずれの量が０となるように、言い換
えれば、例えば、得られた光強度のピークが、レチクル
マークと基板マーク６５とが光学的に一致したとき得ら
れる光強度のピークと一致するように、基板６４が載置
された基板ステージ６６を移動させる。即ち、アライメ
ントマーク（基板マーク）６５からの回析光の光強度変
化を測定し、測定によって得られた回析光の経時的な光
強度変化と、レチクル６１と基板６４とがアライメント
されたときに得られるアライメントマークからの回析光
の経時的な光強度変化との間の時間的なずれが無くなる
ように基板６４を移動させることによって、レチクル６
１と基板６４とのアライメントを行う。こうして、レチ
クルマークと基板マーク６５とを光学的に一致させるこ
とができる。尚、アライメント検出系用光源をスキャン
する必要はない。

【００６８】実施例１の半導体露光装置の一部分を変更
して、図４に模式的に示すように、ＴＴＬオフアクシス
・アライメント検出系４０Ａとすることもできる。尚、
図４中、４４はハーフミラー、４５は反射ミラーであ
る。

【００６９】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
及び共振器長制御装置３０から成り、アライメント検出
系用光源を兼ねた投影光学系用光源を、図５、図６及び
図７を参照して説明する。

【００７０】レーザ光源１０から射出された光は、第２
高調波発生装置２０を構成する波長分散素子２７に入射
され、波長分散素子２７にて分光された波長は光共振器
２２に入射する。第２高調波発生装置２０を構成する波
長分散素子２７から射出される光の波長は、波長分散素
子制御装置２８によって制御（変化）される。第２高調
波発生装置２０は、光共振器２２に入射された光の第２
高調波に基づいた波長を有する光（固体レーザ媒質が生
成するレーザ光を基準とした場合、概ね第４若しくは第
５高調波）を射出する。

【００７１】図５に示すように、レーザ光源１０は、例
えば、複数のレーザダイオード１１（射出光の波長：８
０８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２
（射出光の波長：１０６４ｎｍ）、及びＫＴＰ（ＫＴｉ
ＯＰＯ₄）から成る非線形光学結晶素子１３から構成さ
れている。固体レーザ媒質１２は、端面励起方式であ
る。このような構成により、レーザ光源１０からは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質の第２高調波である
５３２ｎｍの光が射出される。レーザ光源１０には、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質１２の前方に１／４
波長板１４が配置されている。これによって、レーザ光
源において、所謂ホールバーニング効果による多モード
発振を抑制することができる。

【００７２】非線形光学結晶素子１３は、平面鏡１５及
び凹面鏡１６から成る光共振器の光路内に配置されてお
り、所謂外部ＳＨＧ方式（レーザ発振器の外部に構成し
た光共振器中に配置する方式）を構成する。平面鏡１５
は光の殆どを反射する。また、凹面鏡１６はＮｄ：ＹＡ
Ｇから成る固体レーザ媒質の第２高調波の殆どを透過
し、その他の波長を有する光を殆ど反射する。凹面鏡１
６は、例えばダイクロイックミラーで構成することがで
きる。

【００７３】図５に示すように、第２高調波発生装置２
０は、例えばＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）から成る非線形
光学結晶素子２１、光共振器２２、波長分散素子２７及
び波長分散素子制御装置２８から構成されている。第２
高調波発生装置２０を構成する非線形光学結晶素子２１
は、光共振器２２の光路内に配置されている。即ち、第
２高調波発生装置２０は、所謂外部ＳＨＧ方式である。
この光共振器２２においては、所謂フィネス値（共振の
Ｑ値に相当する）を例えば１００〜１０００程度と大き
くして、光共振器２２内部の光密度を、光共振器２２に
入射される光の光密度の数百倍とすることによって、光
共振器２２内に配置された非線形光学結晶素子２１の非
線形効果を有効に利用することができる。

【００７４】光共振器２２は、一対の凹面鏡２３，２４
及び一対の平面鏡２５，２６から構成されている。第２
高調波発生装置２０に入射した光（例えば、５３２ｎｍ
の波長を有する光）は、第１の凹面鏡２３を透過し、非
線形光学結晶素子２１を透過して少なくとも一部が第２
高調波（例えば、波長２６６ｎｍの光）にされた後、第
２の凹面鏡２４によって反射され、次に、平面鏡２５，
２６によって反射され、更には、第１の凹面鏡２３によ
って反射される。このような状態において、第２の凹面
鏡２４に入射した光（例えば、波長２６６ｎｍの光）の
少なくとも一部が第２の凹面鏡２４を透過し、第２高調
波発生装置２０からレチクル６１に向かって射出され
る。また、平面鏡２６から第１の凹面鏡２３へと入射し
た光の一部分（例えば、波長５３２ｎｍの光）は、第１
の凹面鏡２３を透過し、後述する共振器長制御装置３０
へと入射する。尚、第１及び第２の凹面鏡２３，２４、
平面鏡２５，２６は、以上の説明のように光を反射・透
過させるように設計する。第２の凹面鏡２４は、例えば
ダイクロイックミラーで構成することができる。

【００７５】第２高調波発生装置２０から射出された光
の波長は、第２高調波発生装置２０に入射する光を基準
とすれば、かかる入射光の第２高調波である。即ち、第
２高調波発生装置２０に入射する入射光の波長λ₀は５
３２±２α（ｎｍ）であり、第２高調波発生装置２０か
ら射出する光の波長λは２６６±α（ｎｍ）である。
尚、ここで、２αは波長分散素子２７によって分光され
選択された波長の範囲を表わす。Ｎｄ：ＹＡＧから成る
固体レーザ媒質１２から射出されるレーザ光の波長（１
０６４ｎｍ）を基準とすれば、第２高調波発生装置２０
から射出される光は概ね第４高調波に相当する。第２高
調波発生装置２０からは、波長２６６±α（ｎｍ）の狭
帯域を有するレーザ光が連続的に射出され、かかる光の
モード均一性は高い。

【００７６】アライメント検出系用光源を兼ねた投影光
学系用光源には、更に、共振器長制御装置３０が備えら
れている。この光源を投影光学系用光源として使用する
場合には、光共振器２２の共振器長（Ｌ）は、共振器長
制御装置３０によって精密に制御され一定長に保持され
る。この光共振器２２の共振器長（Ｌ）を一定長に精密
に保持することにより、第２高調波発生装置２０から射
出される射出光の強度を一定に保持することができる。
尚、共振器長（Ｌ）は、第１の凹面鏡２３、第２の凹面
鏡２４、平面鏡２５、平面鏡２６、及び第１の凹面鏡２
３のそれぞれの反射面を結んだ光路長に相当する。

【００７７】第２高調波発生装置２０から射出される射
出光の波長をλとしたとき、光共振器２２の共振器長Ｌ
₀が、λ＝Ｌ₀／Ｎ（但し、Ｎは正数）を満足するとき、
光共振器２２は共振し、第２高調波発生装置２０は高強
度の光を安定に射出する。尚、この状態をロック状態と
も呼ぶ。言い換えれば、光共振器２２における光路位相
差Δが２πの整数倍のとき、第２高調波発生装置を構成
する光共振器２２は共振状態、即ち、ロック状態とな
る。ここで、非線形光学結晶素子２１の屈折率をｎ、厚
さをｌとしたとき、光路位相差Δは（４πｎｌ／λ）で
表わすことができる。第２高調波発生装置２０がこのロ
ック状態にあるとき、レジストを露光する。言い換えれ
ば、第２高調波発生装置２０がロック状態にあるとき
が、投影光学系用光源に相当する。

【００７８】また、光共振器２２の共振器長Ｌ₀±ΔＬ₀
が、λ≠（Ｌ₀±ΔＬ₀）／Ｎ’（但し、Ｎ’は正数）の
とき、第２高調波発生装置２０は低強度の光を射出す
る。尚、この状態をアンロック状態とも呼ぶ。言い換え
れば、光共振器２２における光路位相差Δが２πの整数
倍からずれたとき、第２高調波発生装置を構成する光共
振器２２は非共振状態、即ち、アンロック状態となる。
第２高調波発生装置２０がこのアンロック状態にあると
き、基板マーク６５の検出を行う。言い換えれば、第２
高調波発生装置２０がアンロック状態にあるときが、ア
ライメント検出系用光源に相当する。

【００７９】尚、この低強度状態における光強度は、ロ
ック状態の光強度を１００とした場合、０．１〜１０程
度である。このような低強度の光を用いて基板マーク６
５を検出することにより、基板６４に形成されたレジス
ト６３が感光することを防止し得る。

【００８０】波長分散素子制御装置２８によって波長分
散素子２７から射出される光の波長λを例えばλ±αま
で連続的にあるいは段階的に変化させるので、λ＝Ｌ₀
／Ｎの条件を満たさなくなり、アンロック状態が自ずか
ら得られる場合もある。しかしながら、λ＝Ｌ₀／Ｎの
条件を満たす場合もあり、このときにはロック状態とな
る。このようなロック状態となることを防止するために
は、アンロック状態となるように、共振器長制御装置３
０の制御によって光共振器２２の共振器長（Ｌ）を変化
させればよい。

【００８１】第２高調波発生装置２０をロック状態とす
るためには（即ち、投影光学系用光源として使用する場
合には）、光共振器２２の共振器長（Ｌ）の経時的な変
動（具体的には、例えば、凹面鏡２３，２４、平面鏡２
５，２６の位置の変動）を出来る限り小さくする必要が
ある。そこで、共振器長制御装置３０の制御によって、
第１の凹面鏡２３と第２の凹面鏡２４とを結ぶ光軸上
で、第１の凹面鏡２３を移動させたり、かかる光軸に対
する第１の凹面鏡２３の配置角度を変化させ、光共振器
２２の共振器長（Ｌ）の経時的な変動を抑制し、光共振
器２２の共振器長（Ｌ）を一定に保持する。

【００８２】共振器長制御装置３０は、本出願人が平成
４年３月２日付で特許出願した「レーザ光発生装置」
（特開平５−２４３６６１号）に詳述されている。

【００８３】この形式の共振器長制御装置３０は、図５
に示すように、フォトダイオード等の光検出器３１、ボ
イスコイルモータ（ＶＣＭ）３２、ボイスコイルモータ
制御回路（ＶＣＭ制御回路）３３、位相変調器３４から
構成される。位相変調器３４は、レーザ光源１０と第２
高調波発生装置２０との間の光路内に配置されており、
レーザ光源１０から射出された光を位相変調する所謂Ｅ
Ｏ（電気光学）素子やＡＯ（音響光学）素子から成る。
位相変調器３４と第２高調波発生装置２０との間には、
集光レンズ３５が配置されている。ボイスコイルモータ
３２には、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３が
取り付けられている。

【００８４】図６に模式図を示すように、ボイスコイル
モータ３２は、磁性材料から成る基体３２０、１つ以上
の電磁石（所謂ボイスコイル）３２２、磁性体から成る
ヨーク３２３、及び少なくとも１つのコイルバネ（ある
いは渦巻き状の板バネ）３２１から構成された電磁アク
チュエータである。コイルバネ３２１は、その一端が基
体３２０に取り付けられ、そして他端がヨーク３２３に
取り付けられている。また、ヨーク３２３には、第１の
凹面鏡２３及び電磁石３２２が取り付けられている。電
磁石３２２に電流を流すと、磁界が形成され、ヨーク３
２３と基体３２０との間の距離が変化する。その結果、
第１の凹面鏡２３の位置を移動させることができる。即
ち、電磁石３２２に流す電流を制御することによって、
光共振器２２の共振器長（Ｌ）を変化させることができ
る。ボイスコイルモータ３２に対して、サーボ制御が行
われる。

【００８５】ボイスコイルモータ３２の駆動電流は数十
〜数百ｍＡ程度である。従って、駆動回路構成を安価に
作製することができる。しかも、サーボループの複共振
の周波数を数十ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以上とすることが
でき、位相回りの少ない周波数特性を有するため、サー
ボ帯域を数十ＭＨｚと広帯域化することができ、安定し
た制御を得ることができる。

【００８６】光共振器２２がロック状態にあるとき、例
えば第１の凹面鏡２３から射出され光検出器３１に到達
する光の強度が極小となり、また、かかる光の位相が大
きく変化する。このような変化を利用して光共振器の制
御を行うことが、例えば、R.W.P.Drever, et al. "Lase
r Phase and Frequency Stabilization Using an Optic
al Resonator", Applied Physics B31. 97-105(1983)に
開示されている。光共振器２２のロック状態の制御は、
基本的にはこの技術を応用している。

【００８７】即ち、例えば第１の凹面鏡２３を透過し、
光検出器３１に到達する光の強度が常に極小値（例えば
０）となるように、ＶＣＭ制御回路３３によってボイス
コイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２３の位置を
変化させれば、光共振器２２のロック状態を安定して保
持することができる。言い換えれば、レーザ光源１０か
ら射出された光を位相変調信号に基づき位相変調を施し
て、第２高調波発生装置２０に入射させ、第２高調波発
生装置２０からの戻り光を光検出器３１によって検出す
ることで検出信号を得る。そして、かかる検出信号を、
位相変調信号にて同期検波し、誤差信号を取り出す。こ
の誤差信号が０となるようにＶＣＭ制御回路３３によっ
て、ボイスコイルモータ３２を駆動して第１の凹面鏡２
３の位置を変化させる。

【００８８】ＶＣＭ制御回路３３は、図７に構成図を示
すように、例えば、発振器３３０、位相変調器駆動回路
３３１、同期検波回路３３２、ローパスフィルタ３３
３、及びボイスコイルモータ駆動回路（ＶＣＭ駆動回
路）３３４から構成されている。

【００８９】発振器３３０から出力された周波数ｆ
_m（例えば１０ＭＨｚ）の変調信号は、位相変調器駆動
回路３３１を介して位相変調器３４に送られる。位相変
調器３４においては、レーザ光源１０から射出された光
（周波数ｆ_O。１０¹⁴Ｈｚオーダー）に位相変調が施さ
れ、周波数ｆ_O±ｆ_mのサイドバンドが生成される。

【００９０】光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３
を通過して光共振器２２の系外に射出された光（周波
数：ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）は、光検出器３１によって検出
される。このような周波数（ｆ_O及びｆ_O±ｆ_m）を有す
る光の間のビートを検出するＦＭサイドバンド法によっ
て、極性を有する誤差信号を得ることができ、かかる誤
差信号に基づき光共振器２２の共振器長（Ｌ）を制御す
る。

【００９１】即ち、この光検出器３１から出力された信
号は、同期検波回路３３２に送られる。この信号は、周
波数ｆ_Oの光の強度信号と、周波数ｆ_mの変調信号に対応
する信号とが重畳された信号である。同期検波回路３３
２には、発振器３３０から出力された変調信号も（必要
に応じて波形整形や位相遅延等が施されて）供給され
る。光検出器３１から出力された信号と変調信号とは同
期検波回路３２２において乗算され、同期検波が行われ
る。同期検波回路３３２から出力された検波出力信号は
ローパスフィルタ３３３に入力され、ローパスフィルタ
３３３においてこの検波出力信号から変調信号成分を除
去することで、光共振器２２の共振器長の誤差信号が生
成される。ここで、誤差信号とは、光共振器２２の設定
共振器長（Ｌ₀）に対する測定共振器長（Ｌ₀±Δ
Ｌ₀’）の差（±ΔＬ₀’）を表わす信号である。

【００９２】この誤差信号はＶＣＭ駆動回路３３４に送
られ、かかる誤差信号に基づきボイスコイルモータ３２
が駆動され（具体的には、電磁石３２２に流れる電流を
制御し）、第１の凹面鏡２３を透過しそして光検出器３
１に到達する光が極小値となるように（言い換えれば、
光共振器２２の共振器長がＬ₀となり、誤差信号が０と
なるように）、光共振器２２の共振器長（Ｌ）が調整さ
れる。

【００９３】光共振器２２の共振器長（Ｌ）がＬ₀に設
定されている場合（即ち、ロック状態においては）、共
振器長制御装置３０の制御によって、光共振器２２の共
振器長（Ｌ）の経時的な変動を、第２高調波発生装置２
０に入射する光の波長の１／１０００〜１／１００００
に抑えることができる。

【００９４】（実施例２）実施例２は、実施例１の変形
であり、本発明の半導体露光装置の第２の態様、及び本
発明の第１及び第２のアライメント方法の第２の態様に
関する。実施例２が実施例１と相違する点は、図８及び
図９に模式図を示すように、レーザ光源１０に波長分散
素子１７及び波長分散素子制御装置１８が含まれている
点にある。そして、本発明の第１のアライメント方法に
おいては、波長分散素子制御装置１８による波長分散素
子１７の制御によって、最終的に第２高調波発生装置２
０から射出される光の波長を連続的若しくは段階的に変
化させる。また、本発明の第２のアライメント方法にお
いては、波長分散素子制御装置１８による波長分散素子
１７の制御によって、最終的に第２高調波発生装置２０
から射出される光の波長を連続的且つ経時的に変化させ
る。尚、必要に応じて、平面鏡１５及び凹面鏡１６から
成る光共振器の共振器長を制御するための共振器長制御
装置３０Ａをレーザ光源１０に配置する。この共振器長
制御装置３０Ａは、実質的には共振器長制御装置３０と
同様の構成とすることができる。共振器長制御装置３０
Ａを配置することによって、アライメント検出系用光源
として用いるときに、レーザ光源１０から射出される光
の強度を低強度に制御することができる。波長分散素子
１７は、実施例１と同様にエタロンから成る。第２高調
波発生装置２０から射出された光に基づき、基板６４に
形成されたアライメントマーク６５による回析光を得る
点、及び半導体露光装置のその他の構成要素は実施例１
と同様であり、詳細な説明は省略する。

【００９５】実施例２の半導体露光装置の一部分を変更
して、図１０に模式的に示すように、ＴＴＬオフアクシ
ス・アライメント検出系４０Ａとすることもできる。

【００９６】（実施例３）実施例３は、実施例２の変形
であり、本発明の半導体露光装置の第３の態様、及び本
発明の第１及び第２のアライメント方法の第３の態様に
関する。実施例３が実施例２と相違する点は、図１１に
模式図を示すように、レーザ光源１０から射出された光
に基づき、基板６４に形成されたアライメントマーク６
５による回析光を得る点にある。尚、本発明の第１のア
ライメント方法においては、波長分散素子制御装置１８
による波長分散素子１７の制御によって、レーザ光源１
０から射出される光の波長を連続的若しくは段階的に変
化させる。また、本発明の第２のアライメント方法にお
いては、波長分散素子制御装置１８による波長分散素子
１７の制御によって、レーザ光源１０から射出される光
の波長を連続的且つ経時的に変化させる

【００９７】レーザ光源１０に波長分散素子１７及び波
長分散素子制御装置１８が含まれている点、波長分散素
子１７がエタロンから成る点、必要に応じて平面鏡１５
及び凹面鏡１６から成る光共振器の共振器長を制御する
ための共振器長制御装置３０Ａをレーザ光源１０に配置
する点、及び半導体露光装置のその他の構成要素は実施
例２と同様であり、詳細な説明は省略する。

【００９８】レーザ光源１０から射出された光は、例え
ば波長５３２±２α（ｎｍ）の波長範囲の光である。従
って、このように、レーザ光源１０から射出された光に
基づき基板に形成されたアライメントマークによる回析
光を得るとき、レジスト６３の露光を確実に防止するこ
とができる。

【００９９】実施例３の半導体露光装置の一部分を変更
して、図１２に模式的に示すように、ＴＴＬオフアクシ
ス・アライメント検出系４０Ａとすることもできる。

【０１００】（実施例４）実施例４は、本発明の半導体
露光装置の第４の態様、及び本発明の第１のアライメン
ト方法の第４の態様に関する。図１３に模式図を示すよ
うに、実施例４の半導体露光装置においては、アライメ
ント検出系用光源は、レーザ光源１０、及びレーザ光源
１０から射出された光が分割されて入射されそしてこの
入射光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出す
る複数の第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂから成る。
各第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂには波長分散素子
２７が含まれており、第２高調波発生装置２０Ａ，２０
Ｂから射出された光に基づき、基板６４に形成されたア
ライメントマーク６５による回析光を得る。尚、波長分
散素子２７はエタロンから成る。必要に応じて、第２高
調波発生装置２０Ａ，２０Ｂに波長分散素子制御装置２
８を含ませてもよい。また、第２高調波発生装置２０
Ａ，２０Ｂの光共振器２２の共振器長を制御するための
共振器長制御装置３０が各第２高調波発生装置２０Ａ，
２０Ｂに設けられている。

【０１０１】第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂから射
出される光の波長を、波長分散素子２７によって相違さ
せる。第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂのそれぞれか
ら射出される光の波長を変化させる必要はない。アライ
メント検出系用光源全体としてみれば、かかる光源から
射出される光は段階的に変化しているといえる。

【０１０２】実施例４においては、レーザ光源１０から
射出された光は３つに分割される。尚、投影光学系用光
源は、レーザ光源１０及び第２高調波発生装置２０Ａか
ら構成されている。即ち、投影光学系用光源はアライメ
ント検出系用光源の一部を構成している。第２高調波発
生装置２０Ｂはアライメント検出系用光源専用である。
第２高調波発生装置２０Ａから射出される光は、共振器
長制御装置３０による光共振器２２の共振器長の制御に
よって高強度状態（レジスト露光時）若しくは低強度状
態（アライメント操作時）とされる。第２高調波発生装
置２０Ｂから射出される光は、共振器長制御装置３０に
よる光共振器２２の共振器長の制御によって、常に低強
度状態とされる。

【０１０３】実施例４においては、アライメント検出系
は、ＴＴＬアライメント検出系、より具体的には、ＴＴ
Ｌオンアクシス・アライメント検出系４０から成る。

【０１０４】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
Ａ，２０Ｂ、共振器長制御装置３０等の構造は実施例１
にて説明した構造と実質的に同様とすることができるの
で、詳細な説明は省略する。

【０１０５】尚、実施例４の半導体露光装置の一部分を
変更して、図１４に模式的に示すように、ＴＴＬオフア
クシス・アライメント検出系４０Ａとすることもでき
る。

【０１０６】（実施例５）実施例５は、本発明の半導体
露光装置の第５の態様、及び本発明の第１のアライメン
ト方法の第５の態様に関する。図１５に模式図を示すよ
うに、実施例５の半導体露光装置においては、アライメ
ント検出系用光源は、複数のレーザ光源１０Ａ，１０
Ｂ、及びレーザ光源の各々から射出された光が入射され
そしてこの入射光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂ
から成る。第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂの各々に
は波長分散素子２７が含まれており、各第２高調波発生
装置２０Ａ，２０Ｂから射出された光に基づき、基板６
４に形成されたアライメントマーク６５による回析光を
得る。波長分散素子２７はエタロンから成る。必要に応
じて、第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂに波長分散素
子制御装置２８を含ませてもよい。また、第２高調波発
生装置２０Ａ，２０Ｂの光共振器２２の共振器長を制御
するための共振器長制御装置３０が各第２高調波発生装
置２０Ａ，２０Ｂに設けられている。

【０１０７】第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂから射
出される光の波長を、波長分散素子２７によって相違さ
せる。第２高調波発生装置２０Ａ，２０Ｂのそれぞれか
ら射出される光の波長を変化させる必要はない。アライ
メント検出系用光源全体としてみれば、かかる光源から
射出される光は段階的に変化しているといえる。

【０１０８】実施例５においては、アライメント検出系
用光源を、３組のレーザ光源１０Ａ，１０Ｂ及び第２高
調波発生装置２０Ａ，２０Ｂから構成した。尚、投影光
学系用光源は、レーザ光源１０Ａ及び第２高調波発生装
置２０Ａから構成されている。即ち、投影光学系用光源
はアライメント検出系用光源の一部を構成している。ま
た、レーザ光源１０Ｂ及び第２高調波発生装置２０Ｂは
アライメント検出系用光源専用である。第２高調波発生
装置２０Ａから射出される光は、共振器長制御装置３０
による光共振器２２の共振器長の制御によって高強度状
態（レジスト露光時）若しくは低強度状態（アライメン
ト操作時）とされる。第２高調波発生装置２０Ｂから射
出される光は、共振器長制御装置３０による光共振器２
２の共振器長の制御によって、常に低強度状態とされ
る。尚、レーザダイオード１１の出力を制御して、レー
ザ光源１０Ａ，１０Ｂから射出される光の強度を低強度
としてもよい。

【０１０９】実施例５においては、アライメント検出系
は、ＴＴＬアライメント検出系、より具体的には、ＴＴ
Ｌオンアクシス・アライメント検出系４０から成る。

【０１１０】レーザ光源１０Ａ，１０Ｂ、第２高調波発
生装置２０Ａ，２０Ｂ、共振器長制御装置３０等の構造
は実施例１にて説明した構造と実質的に同様とすること
ができるので、詳細な説明は省略する。

【０１１１】尚、実施例５の半導体露光装置の一部分を
変更して、図１６に模式的に示すように、ＴＴＬオフア
クシス・アライメント検出系４０Ａとすることもでき
る。

【０１１２】（実施例６）実施例６は、実施例５の変形
であり、本発明の半導体露光装置の第６の態様、及び本
発明の第１のアライメント方法の第６の態様に関する。
実施例６の半導体露光装置の模式図を図１７に示す。実
施例６が実施例５と相違する点は、波長分散素子１７が
各レーザ光源１０Ａ，１０Ｂに含まれる点にある。この
点を除けば、実施例６の半導体露光装置は実施例２の半
導体露光装置と同様とすることができるので、詳細な説
明は省略する。尚、実施例６の半導体露光装置の一部分
を変更して、図１８に模式的に示すように、ＴＴＬオフ
アクシス・アライメント検出系４０Ａとすることもでき
る。

【０１１３】（実施例７）実施例７は、本発明の半導体
露光装置の第７の態様、及び本発明の第１のアライメン
ト方法の第７の態様に関する。実施例７の半導体露光装
置においては、図１９に模式図を示すように、アライメ
ント検出系用光源は、波長分散素子１７を含む複数のレ
ーザ光源１０Ｂから成り、レーザ光源１０Ｂから射出さ
れた光に基づき基板６４に形成されたアライメントマー
ク６５による回析光を得る。投影光学系用光源は別に設
けられており、レーザ光源１０Ａ、第２高調波発生装置
２０及び共振器長制御装置３０から成る。

【０１１４】各レーザ光源１０Ｂから射出された光は、
例えば波長５３２±２α（ｎｍ）の波長範囲の光であ
る。従って、このように、レーザ光源１０から射出され
た光に基づき基板に形成されたアライメントマークによ
る回析光を得るとき、レジスト６３の露光を確実に防止
することができる。尚、各レーザ光源１０Ｂから射出さ
れた光の波長は相違する。それ故、アライメント検出系
用光源全体としてみれば、かかる光源から射出される光
は段階的に変化しているといえる。実施例６の半導体露
光装置の各構成要素は、例えば実施例２で説明した半導
体露光装置の構成要件と実質的には同様とすることがで
きるので、詳細な説明は省略する。

【０１１５】尚、実施例７の半導体露光装置の一部分を
変更して、図２０に模式的に示すように、ＴＴＬオフア
クシス・アライメント検出系４０Ａとすることもでき
る。

【０１１６】（実施例８）実施例１〜実施例７にて説明
した半導体露光装置は、ＴＴＬオンアクシス・アライメ
ント若しくはＴＴＬオフアクシス・アライメント検出系
を備えた半導体露光装置であった。一方、実施例８はオ
フアクシス検出系を備えた半導体露光装置に関する。実
施例８は、本発明の半導体露光装置の第８の態様、及び
本発明の第１及び第２のアライメント方法の第８の態様
に関する。

【０１１７】図２１に示すように、投影光学系用光源
は、レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０及び共振
器長制御装置３０から構成されている。レーザ光源１０
には、波長分散素子１７、波長分散素子制御装置１８及
び共振器長制御装置３０Ａが含まれている。

【０１１８】実施例８の半導体露光装置には、更に、レ
ーザ光源１０から射出された光の光路を分割する光路分
割手段５０が備えられており、この光路分割手段５０に
よって分割された光をオフアクシス・アライメント検出
系５１の照明光源とする。光路分割手段５０は、ハーフ
ミラー若しくはビームスプリッターから成る。

【０１１９】オフアクシス・アライメント検出系５１
は、アライメント顕微鏡５２、基板６４に形成されたア
ライメントマーク６５Ａで回析された±１次の回析光を
検出する光検出器５３、光検出器５３からの信号出力を
処理する信号処理装置５４から構成されている。アライ
メント顕微鏡５２は、小さな開口数ＮＡを有する通常の
光学顕微鏡である。尚、４５は反射鏡である。

【０１２０】レーザ光源１０に備えられた波長分散素子
制御装置１８による波長分散素子１７の制御により、レ
ーザ光源１０から射出される光の波長を変化させる。本
発明の第１のアライメント方法においては、この変化は
連続的あるいは段階的とすることができる。また、本発
明の第２のアライメント方法においては、この変化は連
続的且つ経時的とすることができる。この光を用いて、
基板６４に形成されたグレーティングから成るアライメ
ントマーク６５Ａから±１次の回析光を得る。この±１
次の回析光を受光した光検出器５３からの出力信号を信
号処理装置５４で信号処理することによって、光強度パ
ターンを得ることができ、あるいは又、回析光の経時的
な光強度変化と、レチクルと基板とがアライメントされ
たときに得られるアライメントマークからの回析光の経
時的な光強度変化との間の時間的なずれを得ることがで
きる。従って、測定によって得られた回析光の光強度
が、所定の波長において最大となるように、あるいは
又、時間的なずれが無くなるように、アライメントを行
う。

【０１２１】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
及び共振器長制御装置３０等の構造は、例えば実施例２
で説明した半導体露光装置の各構成要素と実質的に同様
とすることができるので、詳細な説明は省略する。

【０１２２】オフアクシス・アライメント方式によるア
ライメント操作の概要を、以下に説明する。

【０１２３】先ず、投影光学系６２を使用して、基板ス
テージ６６に設けられた基準マーク（Fiducial Mark）
（図示せず）に対してレチクル６１をアライメントす
る。このアライメントは、レチクル６１に設けられたレ
チクルアライメントマークと基準マークとを一致させる
ことによって行われる。次に、基準マークに対する基板
ステージ６６に載置された基板６４の位置関係を測定す
る。

【０１２４】その後、基板ステージ６６を移動させて、
基板６４に設けられたアライメントマーク６５をアライ
メント顕微鏡５２の直下に移動させ、光検出器５３から
の信号出力に基づき、アライメントマーク６５Ａの
（Ｘ，Ｙ）座標を決定する。投影光学系６２の結像位置
とオフアクシス・アライメント検出系５１の相対位置
（ベースライン）は予め測定されているので、アライメ
ントマーク６５Ａの測定（Ｘ，Ｙ）座標とベースライン
との値に基づき、基板ステージ６６を移動させれば、投
影光学系６２の結像位置に所望の基板部分を移動させる
ことができる。

【０１２５】あるいは又、フォトクロミック材料を用い
てオフアクシス・アライメント方式によるアライメント
操作を行うことができる。この場合には、基板ステージ
６６の外縁部にフォトクロミック材料（図示せず）を予
め配置しておく。そして、先ず、投影光学系６２を使用
して、レチクル６１に設けられたグレーティングから成
るレチクルアライメントマークを、基板ステージ６６上
に配置されたフォトクロミック材料に焼き付ける。次
に、オフアクシス・アライメント検出系５１を用いて、
フォトクロミック材料に焼き付けられたレチクルアライ
メントマークを観察する。かかるレチクルアライメント
マークの（Ｘ，Ｙ）座標を測定することによって、投影
光学系６２の結像位置とオフアクシス・アライメント検
出系５１の相対位置（ベースライン）を得ることができ
る。その後、基板ステージ６６を移動させて、基板６４
に設けられたアライメントマークをアライメント顕微鏡
５２の直下に移動させ、光検出器５３からの信号出力に
基づき、アライメントマークの（Ｘ，Ｙ）座標を決定す
る。投影光学系６２の結像位置とオフアクシス・アライ
メント検出系５１の相対位置（ベースライン）はフォト
クロミック材料を使用した上述の方法で求められている
ので、アライメントマークの測定（Ｘ，Ｙ）座標とベー
スラインとの値に基づき、基板ステージ６６を移動させ
れば、投影光学系６２の結像位置に所望の基板部分を移
動させることができる。

【０１２６】こうして、投影光学系６２の結像位置に所
望の基板部分を移動させた後、第２高調波発生装置２０
から射出された光を用いて、レチクル６１に形成された
パターンを投影光学系６２を介して基板６４上に形成さ
れたレジスト６３に転写する。

【０１２７】（実施例９）実施例９は実施例８の変形で
あり、本発明の半導体露光装置の第９の態様、及び本発
明の第１のアライメント方法の第９の態様に関する。図
２２に示すように、投影光学系用光源は、１つのレーザ
光源１０Ａ、１つの第２高調波発生装置２０及び共振器
長制御装置３０から構成されている。また、アライメン
ト検出系用光源は、複数のレーザ光源１０Ａ，１０Ｂか
ら構成されている。即ち、投影光学系用光源はアライメ
ント検出系用光源の一部を構成している。レーザ光源１
０Ａ，１０Ｂには、波長分散素子１７が含まれている。
オフアクシス・アライメント検出系５１は、実施例８に
て説明した構成と同様の構成とすることができる。

【０１２８】レーザ光源１０Ａ，１０Ｂに備えられた波
長分散素子１７の制御により、各レーザ光源１０Ａ，１
０Ｂから射出される光の波長を相違させる。この光を用
いて、基板６４に形成されたグレーティングから成るア
ライメントマーク６５Ａから±１次の回析光を得る。こ
の±１次の回析光を受光した光検出器５３からの出力信
号を信号処理装置５４で信号処理することによって、光
強度パターンを得ることができる。

【０１２９】レーザ光源１０Ａ，１０Ｂ、第２高調波発
生装置２０及び共振器長制御装置３０等の構造は、例え
ば実施例２で説明した半導体露光装置の各構成要素と実
質的に同様とすることができるので、詳細な説明は省略
する。

【０１３０】尚、波長分散素子１７を含む複数のレーザ
光源１０の内の１つ（１０Ａ）を投影光学系用光源と兼
用し、残りのレーザ光源１０Ｂをアライメント検出系用
光源専用とする代わりに、その内の１つを投影光学系用
光源専用とし、残りのレーザ光源１０をアライメント検
出系用光源専用とすることもできる。

【０１３１】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。本発明における半導体露光装置は、上述した実
施例のような屈折系の光学系を用いた投影露光装置にの
み限定されるものでなく、例えば反射系の光学系や近接
露光装置にも応用することができる。

【０１３２】固体レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧ以外に
も、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＢＥＬ、ＬＮＰ等から構成
することができる。レーザダイオードによる固体レーザ
媒質の励起方式も、端面励起方式だけでなく、側面励起
方式や表面励起方式とすることができ、更にはスラブ固
体レーザを用いることもできる。また、非線形光学結晶
素子として、ＫＴＰやＢＢＯの他にも、ＬＮ、ＱＰＭ
ＬＮ、ＬＢＯ、ＫＮ等、入射光や射出光に要求される光
の波長に依存して適宜選定することができる。

【０１３３】波長分散素子を、粗調用及び微調用の２組
のエタロンから構成することもできる。また、回析格子
やプリズムから構成したり、エタロンと回析格子とプリ
ズムの組み合わせ、ビームエキスパンダとエタロンと回
析格子の組み合わせ、リトロ配置の回析格子とビームエ
キスパンダの組み合わせ、斜入射回析格子、プリズムに
よるビームエキスパンダとリトロ配置の回析格子の組み
合わせ等から構成することもできる。波長分散素子は、
レーザ光源１０、及び第２高調波発生装置２０を構成す
る光共振器２２の両方に組み込むこともできる。

【０１３４】射出される光の波長をモニターにて計測
し、その結果に基づき波長分散素子制御装置を制御する
こともできる。モニターとしては、光の一部をビームス
プリッターで分岐させて、モニターエタロンに入射させ
てフリンジの状態を計測する方式、分光器を用いる方
式、ガスセルの吸収線を参照する方式等を挙げることが
できる。

【０１３５】各実施例においては、例えば、第２高調波
発生装置２０を構成する光共振器２２の共振器長を変化
させることによってアライメント検出系用光源から射出
される光の強度を制御したが、光の強度制御として他の
如何なる方法をも採用することができる。例えば、レー
ザ光源１０を構成するレーザダイオード１１の出力を制
御することによって、アライメント検出系用光源から射
出される光の強度を制御することができる。

【０１３６】レーザ光源１０、第２高調波発生装置２０
及び共振器長制御装置３０の構造、波長分散素子１７，
２７の配置位置は例示であり、適宜設計変更することが
できる。

【０１３７】一対の反射鏡から成る光共振器の光路内に
固体レーザ媒質と非線形光学結晶素子が配置された、所
謂内部ＳＨＧ方式のレーザ光源を用いることもできる。
また、固体レーザ媒質１２からの射出光を非線形光学結
晶素子１３に通すような構造（即ち、平面鏡１５及び凹
面鏡１６から成る光共振器を省略する構造）とすること
もできる。更には、レーザ光源として、ＬＤ励起固体レ
ーザの代わりに、例えば青色半導体レーザを使用し、か
かる半導体レーザの射出光を第２高調波発生装置に直接
入射させることもできるし、かかる半導体レーザと非線
形光学結晶素子とを組み合わせた所謂内部ＳＨＧ方式か
ら成るレーザ光源と第２高調波発生装置との組み合わせ
構造とすることもできる。

【０１３８】第２高調波発生装置２０における光共振器
２２の構造を、例えば、凹面鏡と平面鏡から構成された
ファブリ−ペロー型共振器とすることもできる。この場
合、第２高調波発生装置２０に入射する入射光を透過
し、そして第２高調波発生装置２０からの戻り光を反射
する反射鏡を、第２高調波発生装置２０の手前に配置
し、かかる反射鏡で反射された光を光検出器３１で検出
すればよい。光共振器２２の共振器長を一定とするため
には、第１の凹面鏡２３を移動させるだけでなく、他の
鏡を移動させてもよい。

【０１３９】共振器長制御装置３０の別の態様として、
ＰＺＴ等から成る共振器長制御装置を挙げることができ
る。即ち、光共振器２２を構成する第１の凹面鏡２３を
移動させるために、ＰＺＴ等から成る積層圧電素子及び
共振器長（Ｌ）の長さ変化に比例した信号をこの積層圧
電素子に供給する制御装置から成る共振器長制御装置を
用い、かかる信号をフィードバックしてサーボループを
構成する。これによって、光共振器２２の共振器長の制
御を行い、第２高調波発生装置２０から射出される射出
光を安定化することもできる。

【０１４０】第２高調波発生装置から射出される光は、
レーザ光源からの入射光の第２高調波に基づいた波長を
有する光であるが、この第２高調波発生装置から射出さ
れる光の波長は、実施例にて説明したように、固体レー
ザ媒質の射出する光を基準とした第４高調波だけでな
く、第５高調波とすることもできる。この場合には、例
えばＮｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質から射出され
る光（波長：１０６４ｎｍ）と、第２高調波発生装置２
０から射出される光（波長：２６６ｎｍ）とを合成し
て、再び別の第２高調波発生装置２０（例えば、非線形
光学結晶素子として有機結晶の urea ＣＯ（ＮＨ₂）₂
を用いる）を通すことによって、Ｎｄ：ＹＡＧから成る
固体レーザ媒質の第５高調波（波長：２１３ｎｍ）を生
成することができる。

【０１４１】基板としては、シリコン半導体基板、Ｇａ
Ａｓ等の化合物半導体基板、ＴＦＴ等を形成するための
ガラス基板等を例示することができる。

【０１４２】

【発明の効果】本発明によれば、アライメント検出系用
光源に、射出する光の波長を変化させるための波長分散
素子を備えるといった簡素な構造にも拘らず、半導体露
光装置のアライメント検出系あるいはアライメント方法
に高アライメントマーク検出分解能を付与することがで
きる。しかも、基板に形成されたアライメントマークに
異常が発生した場合、容易にその検出を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体露光装置のアライメント操作
時の状態を示す模式図である。

【図２】本発明の第１のアライメント方法において、光
検出器によって測定される回析光及び回析光強度パター
ンを説明するための図である。

【図３】本発明の第２のアライメント方法において、光
検出器によって測定される回析光の光強度の時間的なず
れを説明するための図である。

【図４】実施例１の変形の半導体露光装置のアライメン
ト操作時の状態を示す模式図である。

【図５】実施例１におけるレーザ光源、第２高調波発生
装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図６】ボイスコイルモータの模式図である。

【図７】共振器長制御装置を構成するＶＣＭ制御回路の
構成図である。

【図８】実施例２の半導体露光装置のアライメント操作
時の状態を示す模式図である。

【図９】実施例２におけるレーザ光源、第２高調波発生
装置及び共振器長制御装置の模式図である。

【図１０】実施例２の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図１１】実施例３の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図１２】実施例３の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図１３】実施例４の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図１４】実施例４の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図１５】実施例５の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図１６】実施例５の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図１７】実施例６の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図１８】実施例６の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図１９】実施例７の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図２０】実施例７の変形の半導体露光装置のアライメ
ント操作時の状態を示す模式図である。

【図２１】実施例８の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図２２】実施例９の半導体露光装置のアライメント操
作時の状態を示す模式図である。

【図２３】レジスト露光時の半導体露光装置の状態を示
す模式図である。

【図２４】従来のアライメント法を説明するための半導
体露光装置の模式図である。

【符号の説明】

１０レーザ光源１１レーザダイオード１２固体レーザ媒質１３非線形光学結晶素子１４１／４波長板１５平面鏡１６凹面鏡１７，２７波長分散素子１８，２８波長分散素子制御装置２０第２高調波発生装置２１非線形光学結晶素子２２光共振器２３第１の凹面鏡２４第２の凹面鏡２５，２６平面鏡３０共振器長制御装置３１光検出器３２ボイスコイルモータ３２０基体３２１コイルバネ３２２電磁石３２３ヨーク３３ＶＣＭ制御回路３３０発振機３３１位相変調器駆動回路３３２同期検波回路３３３ローパスフィルタ３３４ＶＣＭ駆動回路３４位相変調器３５集光レンズ４０，４０ＡＴＴＬアライメント検出系４１，５２光検出器４２，４５反射ミラー４３，５３信号処理装置４４ハーフミラー５０光路分割手段５１オフアクシス・アライメント検出系５２アライメント顕微鏡６１レチクル６２縮小投影レンズ６３レジスト６４ウエハ６５，６５Ａアライメントマーク（基板マーク）６６基板ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アライメント検出系用光源、及び基板に形
成されたアライメントマークによる回析光を測定するア
ライメント検出系を具備した半導体露光装置であって、アライメント検出系用光源には、射出する光の波長を変
化させるための波長分散素子が備えられていることを特
徴とする半導体露光装置。
【請求項２】レーザ光源、及び該レーザ光源から射出さ
れた光が入射されそして該光の第２高調波に基づいた波
長を有する光を射出する第２高調波発生装置から成る投
影光学系用光源を備え、該投影光学系用光源はアライメ
ント検出系用光源を兼ねていることを特徴とする請求項
１に記載の半導体露光装置。
【請求項３】第２高調波発生装置には波長分散素子及び
波長分散素子制御装置が含まれており、第２高調波発生
装置から射出された光に基づき、基板に形成されたアラ
イメントマークによる回析光を得ることを特徴とする請
求項２に記載の半導体露光装置。
【請求項４】レーザ光源には波長分散素子及び波長分散
素子制御装置が含まれており、第２高調波発生装置から
射出された光に基づき、基板に形成されたアライメント
マークによる回析光を得ることを特徴とする請求項２に
記載の半導体露光装置。
【請求項５】レーザ光源には波長分散素子及び波長分散
素子制御装置が含まれており、レーザ光源から射出され
た光に基づき、基板に形成されたアライメントマークに
よる回析光を得ることを特徴とする請求項２に記載の半
導体露光装置。
【請求項６】アライメント検出系用光源は、レーザ光
源、及び該レーザ光源から射出された光が分割されて入
射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、各第
２高調波発生装置には波長分散素子が含まれており、第
２高調波発生装置から射出された光に基づき、基板に形
成されたアライメントマークによる回析光を得ることを
特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項７】アライメント検出系用光源は、複数のレー
ザ光源、及び該レーザ光源の各々から射出された光が入
射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、第２
高調波発生装置の各々には波長分散素子が含まれてお
り、第２高調波発生装置から射出された光に基づき、基
板に形成されたアライメントマークによる回析光を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項８】アライメント検出系用光源は、複数のレー
ザ光源、及び該レーザ光源の各々から射出された光が入
射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、レー
ザ光源の各々には波長分散素子が含まれており、各第２
高調波発生装置から射出された光に基づき、基板に形成
されたアライメントマークによる回析光を得ることを特
徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項９】アライメント検出系用光源は、波長分散素
子を含む複数のレーザ光源から成り、レーザ光源から射
出された光に基づき基板に形成されたアライメントマー
クによる回析光を得ることを特徴とする請求項１に記載
の半導体露光装置。
【請求項１０】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は非線形光学結晶素子及び光共振器から
成ることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか
１項に記載の半導体露光装置。
【請求項１１】波長分散素子はエタロンから成ることを
特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記
載の半導体露光装置。
【請求項１２】アライメント検出系は、ＴＴＬオンアク
シス・アライメント検出系であることを特徴とする請求
項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の半導体露光
装置。
【請求項１３】アライメント検出系は、ＴＴＬオフアク
シス・アライメント検出系であることを特徴とする請求
項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の半導体露光
装置。
【請求項１４】アライメント検出系はオフアクシス・ア
ライメント検出系であり、アライメント検出系用光源
は、波長分散素子及び波長分散素子制御装置を含むレー
ザ光源から成り、レーザ光源から射出された光に基づき
基板に形成されたアライメントマークによる回析光を得
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項１５】アライメント検出系はオフアクシス・ア
ライメント検出系であり、アライメント検出系用光源
は、波長分散素子を含む複数のレーザ光源から成り、各
レーザ光源から射出された光に基づき基板に形成された
アライメントマークによる回析光を得ることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項１６】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、波長
分散素子はエタロンから成ることを特徴とする請求項１
４又は請求項１５に記載の半導体露光装置。
【請求項１７】アライメント検出系用光源から射出され
る光の波長を連続的若しくは段階的に変化させ、かかる
光を用いて基板に形成されたアライメントマークからの
回析光を測定し、その結果に基づきレチクルと基板との
アライメントを行うことを特徴とするアライメント方
法。
【請求項１８】前記回析光の測定結果に基づき、所定の
波長における回析光の光強度が最大となるように基板を
移動させることによって、レチクルと基板とのアライメ
ントを行うことを特徴とする請求項１７に記載のアライ
メント方法。
【請求項１９】アライメント検出系用光源から射出され
る光の波長を連続的且つ経時的に変化させ、かかる光を
用いて基板に形成されたアライメントマークからの回析
光の経時的な光強度変化を測定し、測定によって得られ
た回析光の経時的な光強度変化と、レチクルと基板とが
アライメントされたときに得られるアライメントマーク
からの回析光の経時的な光強度変化との間の時間的なず
れが無くなるように基板を移動させることによって、レ
チクルと基板とのアライメントを行うことを特徴とする
アライメント方法。
【請求項２０】アライメント検出系用光源は、レーザ光
源、及び該レーザ光源から射出された光が入射されそし
て該光の第２高調波に基づいた波長を有する光を射出す
る第２高調波発生装置から成り、該第２高調波発生装置
は波長分散素子及び波長分散素子制御装置を含み、波長
分散素子制御装置による波長分散素子の制御によって、
第２高調波発生装置から射出される光の波長を変化させ
ることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれ
か１項に記載のアライメント方法。
【請求項２１】アライメント検出系用光源は、波長分散
素子及び波長分散素子制御装置を含むレーザ光源、及び
該レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第２高調波に基づいた波長を有する光を射出する第２高
調波発生装置から成り、波長分散素子制御装置による波
長分散素子の制御によって、第２高調波発生装置から射
出される光の波長を変化させることを特徴とする請求項
１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載のアライメン
ト方法。
【請求項２２】アライメント検出系用光源は、波長分散
素子及び波長分散素子制御装置を含むレーザ光源から成
り、波長分散素子制御装置による波長分散素子の制御に
よって、レーザ光源から射出される光の波長を変化させ
ることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれ
か１項に記載のアライメント方法。
【請求項２３】アライメント検出系用光源は、レーザ光
源、及び該レーザ光源から射出された光が分割されて入
射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有する
光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、各第
２高調波発生装置は波長分散素子を含み、各第２高調波
発生装置から射出された異なる波長の光を用いて基板に
形成されたアライメントマークからの回析光を測定する
ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載のア
ライメント方法。
【請求項２４】アライメント検出系用光源は、複数のレ
ーザ光源、及び該レーザ光源の各々から射出された光が
入射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有す
る光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、第
２高調波発生装置の各々は波長分散素子を含み、各第２
高調波発生装置から射出された異なる波長の光を用いて
基板に形成されたアライメントマークからの回析光を測
定することを特徴とする又は請求項１８に記載のアライ
メント方法。
【請求項２５】アライメント検出系用光源は、複数のレ
ーザ光源、及び該レーザ光源の各々から射出された光が
入射されそして該光の第２高調波に基づいた波長を有す
る光を射出する複数の第２高調波発生装置から成り、レ
ーザ光源の各々は波長分散素子を含み、各第２高調波発
生装置から射出された異なる波長の光を用いて基板に形
成されたアライメントマークからの回析光を測定するこ
とを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載のアラ
イメント方法。
【請求項２６】アライメント検出系用光源は、波長分散
素子を含む複数のレーザ光源から成り、各レーザ光源か
ら射出された異なる波長の光を用いて基板に形成された
アライメントマークからの回析光を測定することを特徴
とする請求項１７又は請求項１８に記載のアライメント
方法。
【請求項２７】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、第２
高調波発生装置は非線形光学結晶素子及び光共振器から
成ることを特徴とする請求項２０乃至請求項２５のいず
れか１項に記載のアライメント方法。
【請求項２８】波長分散素子はエタロンから成ることを
特徴とする請求項２０乃至請求項２７のいずれか１項に
記載のアライメント方法。
【請求項２９】アライメント方法は、ＴＴＬオンアクシ
ス・アライメント方式であることを特徴とする請求項１
７乃至請求項２８のいずれか１項に記載のアライメント
方法。
【請求項３０】アライメント方法は、ＴＴＬオフアクシ
ス・アライメント方式であることを特徴とする請求項１
７乃至請求項２８のいずれか１項に記載のアライメント
方法。
【請求項３１】アライメント方法はオフアクシス・アラ
イメント方式であり、アライメント検出系用光源は、波
長分散素子及び波長分散素子制御装置を含むレーザ光源
から成り、波長分散素子制御装置による波長分散素子の
制御によって、レーザ光源から射出された光の波長を変
化させることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９の
いずれか１項に記載のアライメント方法。
【請求項３２】アライメント方法はオフアクシス・アラ
イメント方式であり、アライメント検出系用光源は、波
長分散素子を含む複数のレーザ光源から成り、各レーザ
光源から射出された光を用いて基板に形成されたアライ
メントマークからの回析光を測定することを特徴とする
請求項１７又は請求項１８に記載のアライメント方法。
【請求項３３】レーザ光源は、レーザダイオード、Ｎ
ｄ：ＹＡＧから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶
素子から構成されたＬＤ励起固体レーザから成り、波長
分散素子はエタロンから成ることを特徴とする請求項３
１又は請求項３２に記載のアライメント方法。