JPH08306620A

JPH08306620A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH08306620A
Application number: JP7136143A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawaguchi; 透川口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】周囲環境の微妙な変化の影響を最小限に抑え
て、マスクとウエハとの二次元的な相対位置ずれ量を高
精度に検出することが可能な投影露光装置を提供する。【構成】光束を供給するための光源手段と、光源手段
からの光束を分割して、基板マークについて第１計測方
向の位置を検出するための第１光束と、基板マークにつ
いて第１計測方向と実質的に交差する第２計測方向の位
置を検出するための第２光束と、マスクマークについて
第１計測方向に対応する第３計測方向の位置を検出する
ための第３光束と、マスクマークについて第２計測方向
に対応する第４計測方向の位置を検出するための第４光
束とを互いに近接するように生成するための光束分割手
段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、ま
たは液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフ
ィ工程で使用される投影露光装置に関し、特にマスクと
感光性基板との位置合わせを行なうためのアライメント
装置を備えた縮小投影型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実用化されているステッパー等の逐
次露光型の投影露光装置の多くには、マスクとしてのレ
チクルと感光性基板としてのウエハ（またはガラスプレ
ート等）とを光学的に自動的に位置合わせするためのア
ライメント装置が組み込まれている。このようなアライ
メント装置では、種々のアライメント方法が用いられて
いる。これら種々のアライメント方法の内で高精度なア
ライメント方式として、レチクルの回路パターン周辺に
形成されたアライメントマーク（レチクルマーク）と、
ウエハ上の各ショット領域に付設されたアライメントマ
ーク（ウエハマーク）とを投影光学系を介して同時に検
出するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式が従来より
知られている。

【０００３】ＴＴＲ方式のアライメント装置では、レチ
クルの上方に配置されたアライメント系によってレチク
ルマークとウエハマークとの相対的な位置ずれ量が計測
され、この位置ずれ量が所定の関係に維持されるように
レチクルおよびウエハの少なくとも一方の位置または回
転角が微調整される。ところで、ＴＴＲ方式で使用され
るアライメント系にも種々のタイプがある。特に高精度
なタイプとして、特開昭６３−２８３１２９号公報、特
開平２−２２７６０２号公報等に開示されているよう
に、アライメントマークに回折格子状のマーク（以下、
「格子状マーク」という）を用いた２光束干渉方式のア
ライメント系がある。

【０００４】この２光束干渉方式のアライメント系で
は、例えば露光光とは異なる波長を有するコヒーレント
（可干渉）な２光束（レーザビーム等）を上述の格子状
マークに対して所定の２方向から照射して１次元の干渉
縞を形成し、この干渉縞を観測してその格子状マークの
位置を特定する。２光束干渉方式は、ＬＩＡ（Laser In
terferometric Alignment ）方式とも呼ばれている。こ
れらの従来例では、アライメント用の格子状マークのピ
ッチ方向（計測方向）は、投影光学系の光軸と格子状マ
ークとを結ぶ直線に対して平行または垂直である。

【０００５】一般に、露光すべきチップの大きさ、即ち
１ショット領域（露光領域）の大きさが変更された場合
に、アライメントマークの位置が変わる。本出願人によ
る特開平６−１３２８７号公報には、上述のアライメン
トマークの位置変化に応じてアライメント光学系を移動
させるとともに、レチクルマークを照明する光束とウエ
ハマークを照明する光束との間隔を変化させることによ
って、投影光学系の倍率色収差の変化に対応する方法が
開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の技
術では、露光すべきチップの大きさが変更された場合に
も容易に対応して、投影光学系の収差の影響を低減して
高い精度でアライメントすることを可能としている。し
かしながら、従来のアライメント光学系の構成上、レチ
クルのアライメントマークおよびウエハのアライメント
マークにおいて、各計測方向（２計測方向）に対して照
明する光束の位置（計測点）を互いに近接させることが
困難であった。すなわち、レチクルマーク用光束とウエ
ハマーク用光束とを互いに近接させるとともに２つの計
測方向にそれぞれ対応する２つの計測点を互いに近接さ
せることが困難であった。

【０００７】ＬＩＡ方式のアライメント系では、２光束
の干渉によってアライメントマークの位置ずれの情報を
検出する。このため、各計測方向に対する計測点が互い
に離れていると、空気の揺らぎのような周囲環境の微妙
な変化によって、計測誤差が発生する恐れがある。換言
すれば、位置ずれ量の計測精度が損なわれる恐れがあっ
た。

【０００８】たとえば、特開平６−１３２８７号公報に
開示のアライメント系では、１つのアライメント光学系
において、レチクルマークおよびウエハマークにおいて
１つの計測方向に対するアライメント用光束しか発生さ
せることができない。すなわち、１つの対物レンズ（１
眼）を介して２つの組の光束対（２軸）のうち各光束対
をそれぞれレチクルマークおよびウエハマークに導く、
いわゆる１眼２軸方式のアライメント系である。したが
って、レチクルマークとウエハマークとの２次元的な位
置ずれ量を検出するには、同様の構成を有する少なくと
も２組のアライメント光学系が必要である。その結果、
アライメント系が全体として大型化、複雑化するという
不都合があった。

【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、空気の揺らぎのような周囲環境の微妙な変化
の影響を最小限に抑えて、マスクとウエハとの二次元的
な相対位置ずれ量を高精度に検出することが可能な投影
露光装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マスク上の転写用パターンを所
定倍率で感光性の基板上に投影する投影光学系と、前記
投影光学系のフィールド内の所定の第１計測域において
前記基板上に形成された基板マークと前記第１計測域に
対応する第２計測域において前記マスク上に形成された
マスクマークとの相対的な位置ずれ量を前記投影光学系
を介して検出するマーク検出手段とを備えた投影露光装
置において、前記マーク検出手段は、光束を供給するた
めの光源手段と、前記光源手段からの光束を分割して、
前記基板マークについて第１計測方向の位置を検出する
ための第１光束と、前記基板マークについて前記第１計
測方向と実質的に交差する第２計測方向の位置を検出す
るための第２光束と、前記マスクマークについて前記第
１計測方向に対応する第３計測方向の位置を検出するた
めの第３光束と、前記マスクマークについて前記第２計
測方向に対応する第４計測方向の位置を検出するための
第４光束とを互いに近接するように生成するための光束
分割手段と、前記第１光束乃至前記第４光束を前記第１
光束乃至前記第４光束に各々対応する前記第１計測域あ
るいは前記第２計測域へ導くための対物光学系と、を備
えていることを特徴とする投影露光装置を提供する。

【００１１】本発明の好ましい態様によれば、前記光束
分割手段は、前記第１光束乃至第４光束のうち各々の光
束の間隔を変化させるための光束間隔可変手段を有す
る。また、前記光束分割手段は、前記第１光束乃至第４
光束を全体的に平行移動させるための光束平行移動手段
を有する。

【００１２】さらに本発明の好ましい態様によれば、前
記基板マークは、前記第１計測方向および第２計測方向
に沿ってそれぞれ所定ピッチで配列された第１格子状マ
ークであり、前記マスクマークは、前記第３計測方向お
よび第４計測方向に沿ってそれぞれ所定ピッチで配列さ
れた第２格子状マークであり、前記光源手段は、コヒー
レントな２光束を生成する２光束生成手段を有し、前記
光束分割手段は、前記２光束生成手段からの光束対に基
づいて、前記第１格子状マークについて前記第１計測方
向の位置を検出するための第１光束対と、前記第１格子
状マークについて前記第２計測方向の位置を検出するた
めの第２光束対と、前記第２格子状マークについて前記
第３計測方向の位置を検出するための第３光束対と、前
記第２格子状マークについて前記第４計測方向の位置を
検出するための第４光束対とを互いに近接するように生
成し、前記マーク検出手段は、前記第１光束対および前
記第２光束対に対して前記第１格子状マークからそれぞ
れ発生する第１回折光および第２回折光、並びに前記第
３光束対および前記第４光束対に対して前記第２格子状
マークからそれぞれ発生する第３回折光および第４回折
光を受光するための受光手段を有する。

【００１３】この場合、前記第１計測方向と前記第２計
測方向とは、前記投影光学系の光軸を含む所定の面と前
記投影光学系のフィールドとの交線からなる第１基準直
線に関してほぼ線対称に設定され、前記投影光学系のフ
ィールドにおいて、前記第１計測域の中心は、前記第１
基準直線に沿って前記投影光学系の光軸から所定距離だ
け間隔を隔てていることが好ましい。また、前記光束分
割手段は、前記光源手段からの光束の入射軸線に対して
平行な光分割面を有する第１光分割プリズムと、該第１
光分割プリズムの光分割面と直交する光分割面を有する
第２光分割プリズムとを有するのが好ましい。

【００１４】そして、前記光束間隔可変手段は、前記光
源手段と前記第１光分割プリズムとの間の光路および前
記第１光分割プリズムと前記第２光分割プリズムとの間
の光路のうち少なくとも一方の光路中に設けられた傾角
可変な平行平面板を有するか、あるいは前記第１光分割
プリズムおよび前記第２光分割プリズムのうち少なくと
も一方を光分割面の法線方向に駆動するための駆動手段
を有する構成が好ましい。さらに好ましくは、前記第１
光分割プリズムおよび前記第２光分割プリズムのうち少
なくとも一方は偏光分離プリズムであり、該偏光分離プ
リズムの入射側には光学軸周りに回転可能な１／２波長
板が設けられている。また、前記投影光学系の瞳面上に
おける前記第１光束対の分布と前記第２光束対の分布と
が、前記瞳面上において前記投影光学系の光軸を通り前
記第１基準直線に平行な第２基準直線に関してほぼ線対
称であることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明によれば、光源手段からの光束を分割し
て、互いに近接した４つの光束を生成するための光束分
割手段を備えている。たとえば、マーク検出手段がＬＩ
Ａ方式のアライメント系である場合、光束分割手段は、
光源手段からのコヒーレントな２光束すなわち光束対に
基づいて、互いに近接した４組の光束対を生成する。す
なわち、基板マーク（格子状マーク）について第１計測
方向の位置および第２計測方向の位置をそれぞれ検出す
るための第１光束対および第２光束対と、マスクマーク
（格子状マーク）について第３計測方向（第１計測方向
に対応）の位置および第４計測方向（第２計測方向に対
応）の位置をそれぞれ検出するための第３光束対および
第４光束対とを生成する。

【００１６】このように互いに近接するように生成され
た４組の光束対は、１つの対物光学系を介して集光され
た後、マスクに入射する。そして、４組の光束対のうち
第３光束対をつくる２光束はマスクマークの第３計測方
向に対応する計測点上で、第４光束対をつくる２光束は
マスクマークの第４計測方向に対応する計測点上でそれ
ぞれ交差する。一方、４組の光束対のうち第１光束対お
よび第２光束対は、マスクおよび投影光学系を透過した
後、基板マークの第１計測方向に対応する計測点上およ
び第２計測方向に対応する計測点上でそれぞれ各光束対
をつくる２光束が交差する。

【００１７】そして、マーク検出手段は、第１光束対お
よび第２光束対に対して基板格子状マークからそれぞれ
発生する第１回折光および第２回折光、並びに第３光束
対および第４光束対に対してマスク格子状マークからそ
れぞれ発生する第３回折光および第４回折光を受光す
る。こうして、受光した４つの回折光に基づいて、基板
マークとマスクマークとの相対的な位置ずれ量を検出す
ることができる。このように、本発明によれば、マスク
マーク用光束と基板マーク用光束とを互いに近接させる
とともに、マスク上および基板上において２つの計測方
向にそれぞれ対応する２つの計測点を互いに近接させる
ことができる。したがって、空気の揺らぎのような周囲
環境の微妙な変化に起因する計測誤差が抑えられ、計測
精度の高い検出が可能になる。

【００１８】光束分割手段の構成として、たとえば光源
手段からの光束対の入射軸線に対して平行な光分割面を
有する第１光分割プリズムと、該第１光分割プリズムの
光分割面と直交する光分割面を有する第２光分割プリズ
ムとを有する簡易な構成が可能である。そして、第１光
分割プリズムの入射側や第１光分割プリズムと第２光分
割プリズムとの間の光路中に傾角可変な平行平面板を設
けることにより、第１光束対乃至第４光束対のうち各々
の光束対の間隔を変化させることができる。この場合、
傾角可変な平行平面板は、光束間隔可変手段を構成して
いる。

【００１９】上述のような光束間隔可変手段と、第１光
束乃至第４光束を全体的に平行移動させるための光束平
行移動手段との組み合わせにより、露光すべきチップの
大きさの変更に対応することができる。すなわち、露光
すべきチップの大きさの変更に起因して基板マークの位
置が変化し、投影光学系の倍率色収差が変化する。しか
しながら、光束間隔可変手段と光束平行移動手段との協
働により、マスクマークを照明する光束対と基板マーク
を照明する光束対との間隔および各光束対の位置を適宜
変化させることによって、投影光学系の倍率色収差の変
化による影響を補正することができる。さらに、光分割
面が互いに直交する一対の光分割プリズムにより、光束
対に対して各光分割プリズムで生じる非点収差の影響を
相殺して実質的に除去することができ、常に高い精度で
位置ずれ量の検出が可能である。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる投
影露光装置の構成を示す図である。本実施例は、ＴＴＲ
（スルー・ザ・レチクル）方式で且つＬＩＡ方式（２光
束干渉方式）のアライメント系を備えたステッパー型
（逐次露光型）の投影露光装置に本発明を適用したもの
である。なお、図１では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
平行な方向にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面内におい
て図１の紙面に平行な方向にＸ軸を図１の紙面に垂直な
方向にＹ軸をそれぞれ設定している。

【００２１】図１の投影露光装置は、たとえば超高圧水
銀ランプおよび集光鏡等からなる露光用光源系１を備え
ている。光源系１は、ｉ線（波長３６５ｎｍ）やｇ線
（波長４３５．８ｎｍ）のようにフォトレジスト層を感
光させることのできる波長域の露光光ＩＬを供給する。
光源系１からの露光光は、たとえばフライアイレンズの
ようなオプティカル・インテグレータ（多光源像形成手
段）等を含む照度分布均一化光学系２に入射する。な
お、露光用の照明光ＩＬとしては、他の放電ランプから
の輝線、またはＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマ
レーザ等のエキシマレーザ光、あるいはＹＡＧレーザの
高調波等を使用することができる。

【００２２】照度分布均一化光学系２を介して、照度分
布の一様化やスペックルの低減化等が行なわれた露光光
ＩＬは、ミラー３および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に入射する。ダイクロ
イックミラー５により、図中において鉛直下方（Ｚ方
向）に反射された露光光ＩＬは、レチクルＲのパターン
領域ＰＡを均一な照度分布で照明する。ダイクロイック
ミラー５は、レチクルＲの図中上方において光軸ＡＸに
対して４５°の傾斜角で位置決めされている。そして、
ダイクロイックミラー５は、露光光ＩＬの波長に対して
９０％以上の反射率を有し、アライメント用の照明光の
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。

【００２３】レチクルＲのパターン面（図中下面）のパ
ターン領域ＰＡには、転写対象である回路パターンが形
成されている。レチクルＲのパターン領域ＰＡを通過し
た露光光ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学系Ｐ
Ｌに入射する。投影光学系ＰＬは、レチクルＲの回路パ
ターンを所定の倍率β（βは例えば１／５）で縮小した
像を、表面にフォトレジスト層が形成されたウエハＷの
１つのショット領域（露光領域）上に重ね合わせて投影
（結像）する。なお、投影光学系ＰＬは露光光ＩＬの波
長（露光波長）に関して色収差が良好に補正され、レチ
クルＲとウエハＷとは露光波長に対して互いに共役にな
るように配置されている。

【００２４】レチクルＲのパターン領域ＰＡを包囲する
ように形成された一定幅のクロム層からなる遮光帯の中
には、アライメント用の光透過性の窓部（レチクル窓
部）２６Ａが形成されている。図２（ａ）は、レチクル
Ｒに形成された格子状マークの配置を示す図である。図
２（ａ）において、パターン領域ＰＡの図中左右両側に
は、内側に開いたＶ字型のパターンからなる格子状マー
クＲＭ１およびＲＭ２が形成されている。また、格子状
マークＲＭ１およびＲＭ２の左右外側には、ウエハＷの
格子状マークに照射されるレーザビームが通過するレチ
クル窓部２６Ａおよび２６Ｂがそれぞれ形成されてい
る。

【００２５】図１の投影光学系ＰＬの最大有効露光フィ
ールドと共役なレチクルＲ上の領域は、最大有効転写領
域３３である。この最大有効転写領域３３内には、図２
（ａ）に示すように、ＬＩＡ方式のアライメント系によ
る検出領域３５Ａおよび３５Ｂが設けられている。すな
わち、検出領域３５Ａ内で格子状マークＲＭ１の位置検
出が行なわれ、検出領域３５Ｂ内で格子状マークＲＭ２
の位置検出が行われる。

【００２６】再び図１を参照すると、レチクルＲはレチ
クルステージＲＳ上に載置されている。そして、レチク
ルＲのパターン領域ＰＡの中心点が投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸと一致するように、レチクルステージＲＳを駆動
することによってレチクルＲの位置決めが行われる。こ
のため、レチクルステージＲＳは、駆動系６により図中
水平面（ＸＹ平面）内において二次元移動および微小回
転（Ｚ軸周り）することができるように構成されてい
る。また、レチクルステージＲＳの端部には、レーザ光
波干渉式測長器（以下、「レーザ干渉計」という）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。

【００２７】レーザ干渉計７は、レチクルステージＲＳ
のひいてはレチクルＲのＸ方向位置およびＹ方向位置
を、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出してい
る。また、レーザ干渉計７により、レチクルＲの回転角
（Ｚ軸周り）も常時検出されている。レーザ干渉計７に
よる検出結果は、サーボ系１９を介して、投影露光装置
全体の動作を統括制御する主制御系２１に供給される。
レチクルＲの初期設定は、パターン領域ＰＡの周辺に形
成された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を適宜微動することにより行
われる。

【００２８】一方、ウエハＷ上の各ショット領域には、
それぞれ一定の位置関係でウエハマークとしての格子状
マークが形成されている。したがって、図１で露光対象
とされるショット領域にも、格子状マークＷＭ１が形成
されている。図２（ｂ）は、ウエハＷのショット領域Ｓ
Ａに形成された格子状マークの配置を示す図である。図
２（ｂ）において、ショット領域ＳＡの図中左右両側に
は、外側に開いたＶ字型のパターンからなる格子状マー
クＷＭ１およびＷＭ２がそれぞれ形成されている。そし
て、図１の投影光学系ＰＬの最大有効露光フィールド３
４内であって且つ実際の露光領域ＳＡの左右外側には、
図２（ｂ）に示すように、ＬＩＡ方式のアライメント系
による検出領域３６Ａおよび３６Ｂが設けられている。
すなわち、検出領域３６Ａ内で格子状マークＷＭ１の位
置検出が行われ、検出領域３６Ｂ内で格子状マークＷＭ
２の位置検出が行われる。

【００２９】再度図１を参照すると、ウエハＷは、駆動
系８によりＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動可能なウ
エハステージＷＳ上に載置されている。そして、ウエハ
Ｗ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパター
ン像の転写露光が終了すると、ウエハステージＷＳのい
わゆるステッピング動作によりウエハＷの次のショット
領域が露光のための所定位置に位置決めされる。こうし
て、いわゆるステップ・アンド・リピート方式で、ウエ
ハＷ上の各ショット領域に対して、レチクルＲのパター
ンの露光を逐次行うことができる。

【００３０】ウエハステージＷＳは、ウエハＷをＺ方向
に移動させるためのＺステージや、ウエハＷをＺ軸周り
に回転させるための回転ステージ等を備えている。ウエ
ハステージＷＳの端部には、レーザ干渉計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。レー
ザ干渉計９は、ウエハステージＷＳのひいてはウエハＷ
のＸ方向位置およびＹ方向位置を、例えば０．０１μｍ
程度の分解能で常時検出している。また、レーザ干渉計
９により、ウエハステージＷＳの回転角も常時検出され
ている。レーザ干渉計９による検出結果は、サーボ系２
０を介して主制御系２１に供給される。

【００３１】次に、本実施例におけるアライメント系お
よび制御系について説明する。本実施例では、レチクル
Ｒの図１中上方に、レチクルＲ上のアライメントマーク
としての各格子状マークとウエハＷ上のアライメントマ
ークとしての各格子状マークとのピッチ方向（計測方
向）の位置ずれをＴＴＲ方式で検出するためのＬＩＡ方
式のアライメント系（以下、「ＬＩＡ系」という）が設
けられている。なお、ＬＩＡ方式のアライメント系の構
成例については、例えば特開昭６３−２８３１２９号公
報、特開平２−２２７６０２号公報等に詳細に開示され
ている。したがって、以下において、ＬＩＡ方式のアラ
イメント系の構成を簡単に説明する。

【００３２】図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−
Ｃｄレーザ、またはＡｒイオンレーザ等のレーザ光源１
０から射出されたコヒーレントで直線偏光のレーザビー
ムは、２光束化周波数シフタ１１に入射する。そして、
２光束化周波数シフタ１１では、周波数差Δｆを有する
光束対Ｌ、すなわち２つのレーザビームＬ１およびＬ２
が生成される。周波数差Δｆの上限は、アライメントマ
ークからの干渉光を受光する光電検出器の周波数応答性
によって規定される。光電検出器がフォトダイオード等
の半導体センサである場合には、周波数差Δｆは実用的
に１００ｋＨｚ以下の値、例えば５０ｋＨｚ程度である
のがよい。一方、光電検出器として光電子増倍管（フォ
トマルチプライヤ）等を用いる場合には、周波数差Δｆ
を比較的高い周波数にすることができる。

【００３３】１対のレーザビームＬ１およびＬ２は、図
１中において破線で示す光束分割光学系１２により４対
のレーザビームに分割される。光束分割光学系１２は、
２組の光分割プリズム２４ａ、２４ｂと、２組の平行平
面板２３ａ、２３ｂとで構成されている。２組の光分割
プリズム２４ａ、２４ｂは、各光分割面が互いに直交す
るように配置されている。そして、光分割プリズム２４
ａの光分割面は、入射する光束対Ｌ１およびＬ２の入射
軸線に対して平行に配置されている。また、２組の平行
平面板２３ａおよび２３ｂは、それぞれ対応する光分割
プリズム２４ａおよび２４ｂの光分割面に平行な回転軸
周りに傾角が変化するように構成されている。

【００３４】したがって、平行平面板２３ａおよび２３
ｂの傾角を変化させると、対応する光分割プリズム２４
ａおよび２４ｂにそれぞれ入射する光束対の入射高（光
分割面からの距離）が変化する。その結果、各光分割プ
リズム２４ａおよび２４ｂで分割されて射出される各光
束対の間隔をそれぞれ制御することができる。なお、光
束分割光学系１２による４対のレーザビームへの分割動
作の詳細については後述する。

【００３５】一方、２光束化周波数シフタ１１では、上
述した２つのレーザビームＬ１およびＬ２とは別の１対
のレーザビームが参照ビームとして生成される。これら
の１対の参照ビームは参照信号検出系１７内で干渉し、
この干渉によりビート干渉光が生成される。生成された
ビート干渉光は、参照信号検出系１７内の光電検出器に
より光電変換され、その結果参照信号が生成される。こ
の参照信号は、位相検出系１８に供給される。位相検出
系１８では、参照信号の位相を基準として、レチクルＲ
側の格子状マークに対応するビート信号およびウエハＷ
側の格子状マークに対応するビート信号との位相差をそ
れぞれ検出する。

【００３６】また、２光束化周波数シフタ１１では、実
際に配置される少なくとも２個のアライメント光学系に
供給するためのレーザビームが生成される。しかしなが
ら、図１では、紙面の限定上、光束分割光学系１２、リ
レー光学系２５（２５ａ〜２５ｃ）、送受分離光学系１
３、対物レンズ１４および落射用ミラー１５で構成され
た格子状マークＲＭ１およびＷＭ１用のアライメント光
学系だけを示している。光束分割光学系１２からの４対
のレーザビームは、リレー光学系２５を介して送受分離
光学系１３に入射する。送受分離光学系１３は、入射し
た４対のレーザビームのうちの１対のレーザビームＬＡ
１、ＬＡ２を落射用ミラー１５に導く。落射用ミラー１
５で反射された１対のレーザビームＬＡ１、ＬＡ２は、
対物レンズ１４に入射する。

【００３７】この際に、２つのレーザビームＬＡ１およ
びＬＡ２は、対物レンズ１４の光軸に垂直な直線に関し
て対称で、且つこの直線に沿って対物レンズ１４の光軸
から離れた位置に偏心して対物レンズ１４に入射する。
対物レンズ１４を介したレーザビームＬＡ１およびＬＡ
２は、ダイクロイックミラー５を透過し、対物レンズ１
４の焦点位置にあるレチクルＲの下面のレチクル窓部２
６Ａにおいて互いに平行光束の状態で交差する。レチク
ル窓部２６Ａを透過した２つのレーザビームＬＡ１およ
びＬＡ２は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上の格
子状マークＷＭ１に所定の交差角で交差するように入射
する。

【００３８】この場合、投影光学系ＰＬは露光光に対し
て諸収差が良好に補正されているが、レーザビームＬＡ
１、ＬＡ２に対しては軸上色収差が残存している恐れが
ある。そこで、このような軸上色収差が残存していると
きには、投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰ上のレーザビームＬ
Ａ１、ＬＡ２の光路中に、レーザビームＬＡ１、ＬＡ２
の光路を偏向させて軸上色収差を補正するための光路制
御部材（例えば位相型の回折格子、またはプリズム等か
ら形成される）を設ける。この光路制御部材の作用によ
り、２つのレーザビームＬＡ１、ＬＡ２は、投影光学系
ＰＬを介してウエハＷ上の格子状マークＷＭ１上で交差
する。

【００３９】図３（ａ）は、ウエハＷ上の格子状マーク
ＷＭ１の拡大平面図である。図３（ａ）に示すように、
格子状マークＷＭ１は、互いに直交する２つの計測方向
３８および３９を有する。一方の計測方向３８に沿って
ピッチＰＷ１で回折格子２７ａが形成され、他方の計測
方向３９に沿ってピッチＰＷ２（＝ＰＷ１）で回折格子
２７ｂが形成されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）の
線Ａ−Ａに沿った断面図である。図３（ｂ）に示すよう
に、２つのレーザビームＬＡ１およびＬＡ２は、計測方
向３８に沿った平面内においてそれぞれ入射角θ_inで対
称的に交差するように回折格子２７ａ上に入射してい
る。

【００４０】レーザビームＬＡ１とＬＡ２との交差によ
って、回折格子２７ａ上には計測方向３８に沿って１次
元の干渉縞が作られる。前述したように、２本の送光ビ
ームであるレーザビームＬＡ１とＬＡ２と間にはΔｆの
周波数差があるので、干渉縞は周波数差Δｆに比列した
速度でその計測方向（すなわちピッチ方向）に沿って流
れる。そこで、回折格子２７ａの計測方向３８とその干
渉縞のピッチ方向とが一致するように、２本のレーザビ
ームＬＡ１およびＬＡ２の入射方向が決定される。ま
た、回折格子２７ａのピッチＰＷ１とその干渉縞のピッ
チＰｃとが所定の関係（ＰＷ１＝２Ｐｃ）を満たすよう
に、２本のレーザビームＬＡ１とＬＡ２との交差角（２
θ_in）が決定される。

【００４１】こうして、回折格子２７ａからは、例えば
レーザビームＬＡ１の＋１次回折光ＬＡ１(+1)と、レー
ザビームＬＡ２の−１次回折光ＬＡ２(-1)とが互いに平
行にビート干渉光ＬＡ３として射出される。ビート干渉
光ＬＡ３は、回折格子２７ａの形成面に垂直な方向（法
線方向）に射出される。

【００４２】回折光ＬＡ１(+1)およびＬＡ２(-1)からな
るビート干渉光ＬＡ３は、周波数差Δｆと同じビート周
波数を有するビート干渉光である。そして、回折格子２
７ａと２本のレーザビームＬＡ１、ＬＡ２との交差領域
がＸ方向あるいはＹ方向に変位すると、ビート干渉光Ｌ
Ａ３の位相が変化する。したがって、ビート干渉光ＬＡ
３の光電変換信号の位相変化を検出することにより、回
折格子２７ａの計測方向３８に沿った位置が検出され
る。

【００４３】図１を参照すると、図３（ｂ）の回折格子
２７ａからのビート干渉光ＬＡ３は、投影光学系ＰＬ、
レチクルＲのレチクル窓部２６Ａ、ダイクロイックミラ
ー５、対物レンズ１４、落射ミラー１５、および送受分
離光学系１３を介して、計測信号検出系１６に入射す
る。入射したビート干渉光ＬＡ３は、計測信号検出系１
６内の第１の光電検出器に導かれ、この第１の光電検出
器から正弦波状の検出信号（ウエハ信号）ＳＷが位相検
出系１８に出力される。

【００４４】また、送受分離光学系１３からは、レチク
ルＲ上の格子状マークＲＭ１（図２（ａ）参照）に向か
う２つのレーザビームも射出される。これら２つのレー
ザビームは、格子状マークＲＭ１中において図３（ａ）
のウエハＷ上の回折格子２７ａに対応するように形成さ
れた回折格子上に所定の交差角で入射する。格子状マー
クＲＭ１中の回折格子から発生した１対の回折光からな
り且つ周波数差Δｆをビート周波数とするビート干渉光
も、図１において送受分離光学系１３等を介して、計測
信号検出系１６内の第２の光電検出器に導かれる。そし
て、この第２の光電検出器から正弦波状の検出信号（レ
チクル信号）ＳＲが、位相検出系１８に出力される。こ
のように、ウエハ信号ＳＷおよびレチクル信号ＳＲは、
ともに位相検出系１８に供給される。

【００４５】ウエハ信号ＳＷは、ウエハＷの格子状マー
クＷＭ１中の回折格子２７ａからのビート干渉光を光電
検出して得られた信号である。一方、レチクル信号ＳＲ
は、レチクルＲの格子状マークＲＭ１中の一方の回折格
子からのビート干渉光を光電検出して得られた信号であ
る。そして、ウエハ信号ＳＷおよびレチクル信号ＳＲ
は、それぞれ周波数が同一（周波数差Δｆ）のビート信
号である。但し、レチクルＲの回折格子とウエハＷの回
折格子２７ａとが計測方向３８（図３（ａ）参照）に沿
って位置ずれているときは、レチクル信号ＳＲとウエハ
信号ＳＷとの間に位相差Δφ１が生じる。

【００４６】この位相差Δφ１は位相検出系１８によっ
て検出され、位相検出系１８は検出した位相差Δφ１に
対応した位置ずれ量を算出する。検出可能な位相差は通
常±１８０°の範囲内であり、これは回折格子２７ａの
ピッチＰＷ１に対して±ＰＷ１／２（１次回折光の場
合）または±ＰＷ１／４（２次回折光の場合）等の範囲
内に相当する。位相検出系１８で算出された位置ずれ量
は、主制御系２１に供給される。

【００４７】また、図１の送受分離光学系１３からは、
図３（ａ）に示す格子状マークＷＭ１の他方の回折格子
２７ｂの計測方向３９に沿った位置を検出するための２
つのレーザビーム、および回折格子２７ｂに対応するレ
チクルＲ上の格子状マークＲＭ１の他方の回折格子の位
置を検出するための２つのレーザビームも射出される。
位相検出系１８には、回折格子２７ｂの位置に対応する
ウエハ信号および格子状マークＲＭ１の他方の回折格子
の位置に対応するレチクル信号が供給される。そして、
位相検出系１８から主制御系２１に対して、それら２つ
の回折格子の位置ずれ量も供給されるようになってい
る。

【００４８】主制御系２１は、これらの位置ずれ量が所
定の値になるように、サーボ系１９およびサーボ系２０
から供給される座標値に基づいて、ウエハステージＷＳ
の駆動系８およびレチクルステージＲＳの駆動系６に、
それぞれ駆動制御信号を遂次出力する。なお、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ウエハマー
クの位置変更に対応することができるようになってい
る。すなわち、アライメント系の対物レンズ１４は、駆
動制御系２２によってミラー１５と一体的に矢印Ａの方
向に往復移動することができるように構成されている。
すなわち、対物レンズ１４とミラー１５とは、たとえば
１つの保持金物内において一体的に支持されている。

【００４９】したがって、ウエハマークの位置変更によ
り、サイズの異なるレチクルＲに交換されてレチクル窓
部２６Ａの位置が変わった場合、レチクルＲの周辺部に
設けられたレチクル窓部２６Ａの位置に関する情報を含
むバーコードＢＣをバーコードリーダＢＲで検知する。
バーコードリーダＢＲからの検知信号は、主制御系２１
に供給される。主制御系２１は、その内部のメモリー部
に記憶された投影光学系ＰＬの倍率色収差に関する情報
に基づいて、駆動制御系２２により平行平面板２３ａ、
２３ｂの傾斜角を制御するとともに、対物レンズ１４と
ミラー１５との一体的な移動量を制御する。こうして、
ウエハマークの位置変更に起因する投影光学系の倍率色
収差の変化に対応することができるようになっている。

【００５０】次に、本実施例で使用されるウエハＷ上の
格子状マークＷＭ１の構成について、詳細に説明する。
既に説明した図３（ａ）に示すように、ウエハＷ上の格
子状マークＷＭ１は、計測方向（ピッチ方向）３８に沿
って配列された回折格子２７ａと、計測方向３９に沿っ
て配列された回折格子２７ｂとから構成されている。ま
た、ＬＩＡ系による検出領域３６Ａ（図２（ｂ）参照）
の中心を３６Ａａとすると、回折格子２７ａ上に入射す
る２つのレーザビームの照射領域の中心、および回折格
子２７ｂ上に入射する２つのレーザビームの照射領域の
中心は、それぞれほぼ中心３６Ａａにあるとみなすこと
ができる。

【００５１】そして、本実施例では、ウエハＷ上で投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸが通る点とＬＩＡ系による検出の
中心３６Ａａとを通る直線３７に関して、格子状マーク
ＷＭ１の計測方向３８と計測方向３９とを線対称な方向
に設定する。即ち、計測方向３８の直線３７に対する時
計回りの角度θ１と、計測方向３９の直線３７に対する
反時計回りの角度θ２とを等しく設定する。

【００５２】また、本実施例では、Ｙ方向をメリディオ
ナル方向（ｍ方向）とし、Ｘ方向をサジタル方向（ｓ方
向）とする。この場合、図２（ａ）において、格子状マ
ークＷＭ１の検出中心３６Ａａは、光軸ＡＸに対して＋
Ｘ方向すなわちサジタル方向（ｓ方向）にずれている。
このため、中心３６Ａａの位置を一種の像高とみなす
と、サジタル方向であるｓ方向は格子状マークＷＭ１の
像高のずれの方向でもある。

【００５３】本実施例においては、投影光学系ＰＬを介
して格子状マークＷＭ１の位置を検出する際に、計測方
向３８におけるメリジオナル方向（ｍ方向）の成分とサ
ジタル方向（ｓ方向）の成分との比の値は、計測方向３
９におけるｍ方向の成分とｓ方向の成分との比の値に等
しくなる。ところで、一般に、投影光学系ＰＬにおいて
は、ｍ方向とｓ方向とで諸収差（結像倍率、非点収差等
の縦の収差、あるいはコマ収差等の横の収差等）の特性
が異なっている。

【００５４】しかしながら、本実施例では、計測方向３
８と計測方向３９との対称性により、投影光学系ＰＬに
よる収差の影響が計測方向３８と計測方向３９とで等し
くなり、計測方向３８の検出精度と計測方向３９の検出
精度とが等しくなる。特に、ＬＩＡ方式では、投影光学
系ＰＬの結像倍率により２つのレーザビームの交差角が
決まるため、２つの計測方向で投影光学系ＰＬの結像倍
率が等しくなるようにする必要がある。本実施例では、
２つの計測方向３８および３９で投影光学系ＰＬの結像
倍率が等しいため、格子状マークＷＭ１の２つの計測方
向においてそれぞれ正確な位置検出が行われる。

【００５５】仮に、図３（ａ）において、Ｙ方向をメリ
ディオナル方向（ｍ方向）、Ｘ方向をサジタル方向（ｓ
方向）として、計測方向３８および計測方向３９をそれ
ぞれ直線３７に平行なｓ方向および直線３７に垂直なｍ
方向に設定すると、投影光学系ＰＬの収差の影響を直接
受けてしまう。特に、ｍ方向とｓ方向とにおける投影倍
率の差は最大となり、これをアライメント光学系で補正
することは難しい。したがって、図３（ａ）のように、
２つの計測方向３８および３９を直線３７に関して線対
称に設定することは、アライメント光学系の構成を簡易
化する上で有効なものである。

【００５６】ところで、本実施例の構成では、図３
（ａ）において角度θ１と角度θ２とが等しいことが重
要であり、計測方向３８と計測方向３９とが互いに直交
する必要はない。但し、２つの計測方向３８と３９とが
直交すると、即ちθ１＋θ２＝９０°が成立すると、位
置検出のデータ処理において都合のよい場合がある。更
に、最も単純な構成例では、直線３７がＸ軸に平行に設
定され、計測方向３８の直線３７に対する角度θ１が４
５°で、計測方向３９の直線３７に対する角度θ２も４
５°に構成される。

【００５７】同様に、図２（ｂ）の他方の格子状マーク
ＷＭ２についても、２つの計測方向が光軸ＡＸと検出領
域３６Ｂの中心とを通る直線に関して線対称に設定され
ている。そして、図１において図示を省略したもう１つ
のＬＩＡ方式のアライメント系により、投影光学系ＰＬ
を介した位置検出が高精度に行われる。また、レチクル
Ｒ上の格子状マークＲＭ１およびＲＭ２に関しては、投
影光学系ＰＬを介することなく位置検出が行われるた
め、検出精度に関しては特に計測方向は限定されない。
しかしながら、レチクルＲ上の格子状マークＲＭ１およ
びＲＭ２は、ウエハＷ上の格子状マークＷＭ１およびＷ
Ｍ２にそれぞれ対応し、その対応関係において位置ずれ
量が求められる。

【００５８】このため、レチクルＲ上の格子状マークＲ
Ｍ１およびＲＭ２の各検出領域３５Ａおよび３５Ｂは、
それぞれウエハＷ上の検出領域３６Ａおよび６３６Ｂと
ほぼ共役な領域であることが望ましい。さらに、格子状
マークＲＭ１、ＲＭ２の計測方向も、ウエハＷ上での計
測方向に対応する（共役な）方向であることが望まし
い。そこで、図３（ａ）の直線３７がＸ軸に平行で且つ
角度θ１およびθ２がそれぞれ４５°である場合には、
対応するレチクルＲ上の格子状マークＲＭ１の検出領域
３５Ａの中心を光軸ＡＸを通りＸ軸に平行な直線上に設
定し、且つ格子状マークＲＭ１の２つの計測方向もＸ軸
に対してそれぞれ±４５°で交差する方向に設定するこ
とが望ましい。

【００５９】次に、本実施例における光束間隔調整の動
作について、図４乃至図６を参照して説明する。なお、
図４は、本実施例の光束分割光学系１２の構成を示す斜
視図である。また、図５において、（ａ）は光束分割光
学系１２をＸＹ平面に沿って見た図であり、（ｂ）は光
束分割光学系１２をＸＺ平面に沿って見た図である。

【００６０】さらに、図６は、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘを中心とした半径方向の距離すなわち像高Ｈと投影光
学系ＰＬの倍率色収差Ｍとのアライメント光に対する相
関的な関係を示す図である。なお、図６において、参照
符号ｍ１は、レチクル中心から距離ｈ１の位置にウエハ
マークＷＭがアライメント光で投影光学系ＰＬを介して
逆投影されたときの倍率色収差を示している。また、参
照符号ｍ２は、レチクル中心から距離ｈ２の位置にウエ
ハマークＷＭがアライメント光で投影光学系ＰＬを介し
て逆投影されたときの倍率色収差を示している。

【００６１】まず、図４において、２光束化周波数シフ
タ１１（図１参照）からの光束対Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）は、
光分割プリズム２４ａの光分割面に対して４５°方向に
２光束が隔離した状態で、且つ光束対Ｌの中心軸線と光
分割プリズム２４ａの光分割面とが平行な状態で、平行
平面板２３ａを介して光分割プリズム２４ａの１つの斜
面に入射する。光分割プリズム２４ａに入射した光束対
Ｌは、光分割面で２組の光束対ＬＡＷ（光分割面で反射
された光束）とＬＡＲ（光分割面を透過した光束）とに
分割され、入射光束の中心軸線と平行に光分割プリズム
２４ａから射出される。このとき、光分割プリズム２４
ａの光分割面で反射した光束対ＬＡＷの２光束の隔離方
向は、光束対Ｌの２光束の隔離方向から光分割面の法線
方向に対して線対称な方向に変化する。

【００６２】さらに、光分割プリズム２４ａを介した光
束対ＬＡＷおよびＬＡＲは、平行平面板２３ｂを介して
光分割プリズム２４ｂの１つの斜面に入射する。なお、
前述したように、光分割プリズム２４ａの光分割面と光
分割プリズム２４ｂの光分割面とは互いに垂直である。
こうして、光分割プリズム２４ｂに入射した光束対ＬＡ
ＷおよびＬＡＲは、光分割面で２組の光束対ＬＡＷ１お
よびＬＡＷ２と、２組の光束対ＬＡＲ１およびＬＡＲ２
とにそれぞれ分割される。このとき、光分割面で反射し
た光束対ＬＡＷ２およびＬＡＲ２の２光束の隔離方向
は、それぞれＬＡＷとＬＡＲの２光束の隔離方向から光
分割面の法線方向に対して線対称な方向に変換される。
こうして、４つの光束対ＬＡＷ１、ＬＡＷ２、ＬＡＲ１
およびＬＡＲ２は、それぞれ光分割面と平行な方向に沿
って光分割プリズム２４ｂから射出される。

【００６３】光分割プリズム２４ｂを介して生成された
４つの光束対のうち、例えばＬＡＷ１とＬＡＷ２とがウ
エハマークを照射し、ＬＡＲ１とＬＡＲ２とがレチクル
マークを照射する。さて、前述したように、レチクルサ
イズ（回路パターンサイズ）の変化に伴ってレチクル窓
２６の位置が変わった場合、図１の示す駆動制御系２２
によってミラー１５と対物レンズ１４とを一体的に矢印
Ａの方向に適宜移動させてレチクル窓２６の位置変化に
対応することができる。しかしながら、前述のように、
投影光学系ＰＬは、アライメント光に対して十分な色収
差補正がなされていない。このため、レチクル窓２６の
位置変化に伴って、投影光学系ＰＬの倍率色収差が変化
してしまう。

【００６４】一般的に、図６に示す如く、投影光学系Ｐ
Ｌの倍率色収差は、光軸ＡＸから離れるにしたがって徐
々に大きくなる。したがって、投影レンズＰＬの光軸Ａ
Ｘから距離ｈ１の位置に設けられたレチクル窓２６を介
してウエハマークＷＭを観察する場合と、投影レンズＰ
Ｌの光軸ＡＸから距離ｈ２の位置に設けられたレチクル
窓２６を介してウエハマークＷＭを観察する場合とで
は、投影レンズＰＬの倍率色収差に起因してウエハマー
クＷＭが横方向にΔｍ（＝ｍ２−ｍ１）だけずれてしま
う。従って、レチクルマーク照射用の光束対（ＬＡＲ
１、ＬＡＲ２）とウエハマーク照射用の光束対（ＬＡＷ
１、ＬＡＷ２）との相対的な間隔を、倍率色収差の変化
量Δｍに応じて調整する必要がある。

【００６５】そこで、本実施例では、図５に示すよう
に、傾角可変な２つの平行平面板２３ａおよび２３ｂ
と、光束対の入射方向に対して平行な光分割面を有する
２つの光分割プリズム２４ａおよび２４ｂとの組み合わ
せによって、レチクルマーク照射用の光束対（ＬＡＲ
１、ＬＡＲ２）とウエハマーク照射用の光束対（ＬＡＷ
１、ＬＡＷ２）との相対的な間隔を調整している。

【００６６】すなわち、平行平面板２３ａが光束対Ｌの
入射方向に対し垂直に設定されているとすると、光束対
Ｌはそのまま平行平面板２３ａを通過し、光分割プリズ
ム２４ａの斜面に入射する。その後、光束対Ｌは光分割
プリズム２４ａの光分割面によって２分割され（ＬＡ
Ｗ、ＬＡＲ）入射と反対側の各斜面から入射光軸に平行
に射出する。次に、図５（ｂ）に示すように、平行平面
板２３ａを角度δａだけ傾けると、平行平面板２３ａを
通過する光束対Ｌは、図中破線で示すように光分割面の
法線方向に変位する。その結果、光分割プリズム２４ａ
を射出する２組の光束対ＬＡＷとＬＡＲとの間隔は変化
する。

【００６７】同様に、平行平面板２３ｂと光分割プリズ
ム２４ｂとにおいて、平行平面板２３ｂを図５（ａ）に
示すように角度δｂだけ傾けると、光分割プリズム２４
ｂを通過する２組の光束対ＬＡＷおよびＬＡＲは、図中
破線で示すように光分割面の法線方向に変位する。その
結果、光分割プリズム２４ｂを射出する光束対の間隔、
すなわち光束対の組（ＬＡＷ１、ＬＡＲ１）と光束対の
組（ＬＡＷ２、ＬＡＲ２）との間隔は変化する。

【００６８】このように、平行平面板２３ａの傾き量δ
ａおよび平行平面板２３ｂの傾き量δｂをそれぞれ適切
に設定することにより、光分割プリズム２４ｂを射出す
る４組の光束対の相互間の間隔をそれぞれ適切な値に制
御することができる。その結果、投影光学系ＰＬの倍率
色収差の影響を受けることなく、レチクルマーク照射用
の光束対（ＬＡＲ１、ＬＡＲ２）は正確にレチクルマー
クＲＭを、ウエハマーク照射用の光束対（ＬＡＷ１、Ｌ
ＡＷ２）は正確にウエハマークＷＭをそれぞれ照明する
ことができる。

【００６９】しかも、光分割プリズム２４ａと２４ｂと
が光分割面に垂直な断面において同一形状を有するよう
に構成すれば、各光束対が２つの光分割プリズムを通過
する際に各光分割プリズムにおいて発生する非点収差の
影響がキャンセルされる。その結果、各光束対の２光束
は、所定の面（レチクルマーク面およびウエハマーク
面）上において良好に結像し、所望の干渉縞を生じる。

【００７０】またさらに、光分割プリズム２４ａおよび
２４ｂにより互いに等しい光路長を有する各光路に沿っ
て、レチクルマーク照射用の光束対（ＬＡＲ１、ＬＡＲ
２）とウエハマーク照射用の光束対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ
２）とに分割することができる。このため、可干渉性の
低い光源を使用して本実施例のようなヘテロダイン方式
によるアライメントを行っても、高い精度のアライメン
トが保証される。

【００７１】ところで、図３（ａ）および（ｂ）にそれ
ぞれ示すようなレチクルのアライメントマークの配置お
よびウエハのアライメントマークの配置において、レチ
クルサイズが変更になると、レチクルの中心（レチクル
と投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとの交点）とレチクル窓２
６の中心とを結ぶ直線に沿ってレチクル窓２６の位置が
移動するものとする。この場合には、投影光学系ＰＬの
倍率色収差は、ウエハマーク照射用の光束対とレチクル
マークの照射用の光束対との間隔、すなわちＬＡＷ１と
ＬＡＲ１との間隔およびＬＡＷ２とＬＡＲ２との間隔に
対してだけ実質的な影響を及ぼす。

【００７２】従って、ウエハマークの２つの計測方向に
それぞれ対応する２組の光束対ＬＡＷ１とＬＡＷ２との
間隔を変更する必要はないので、図４および図５におけ
る平行平面板２３ｂは実質的には不要である。しかしな
がら、レチクル窓２６の位置が上述の直線方向からはず
れて移動するような場合には、ウエハマークの２つの計
測方向に対応する２つの光束対ＬＡＷ１とＬＡＷ２との
間隔に対する投影光学系ＰＬの倍率色収差の影響を無視
することはできない。この場合には、前述したように、
平行平面板２３ｂを傾けることにより、２組の光束対Ｌ
ＡＷ１とＬＡＷ２との間隔を変更する必要がある。

【００７３】なお、光分割プリズム２４により分割され
る各光束対間の距離Ｄは、以下の数式（１）に示す条件
を満足する。

【数１】Ｄ＝４Ｔcos²θ〔１− sinθ／｛ｎ_BS cos（ sin^-1（ cosθ／ｎ_BS））｝〕 −２〔ｄ＋ｔ sinδ｛１− cosδ／（ｎ_P ²−sin²δ）^1/2｝〕 (1)

【００７４】ここで、ｔ：平行平面板２３の厚さ δ ：平行平面板２３の傾角ｎ_P：平行平面板２３のアライメント光に対する屈折率ｄ：光分割プリズム２４に入射する光束対の基準の入
射高 θ ：光分割プリズム２４の入射斜面と光分割面とのな
す角度Ｔ：光分割プリズム２４を構成する２等辺三角形状の
プリズムの高さｎ_BS：光分割プリズム２４のアライメント光に対する屈
折率

【００７５】但し、平行平面板２３の傾角δは、光分割
プリズム２４の光分割面に対する入射高が大きくなるよ
うに平行平面板２３を傾けた場合には正の符号を、光分
割プリズム２４の光分割面に対する入射高が小さくなる
ように平行平面板２３を傾けた場合には負の符号をとる
ものとする。

【００７６】次に、図１を参照しながら、レチクルマー
ク照射用の光束（ＬＡＲ１、ＬＡＲ２）とウエハマーク
照射用の光束対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ２）との相対的な間
隔を調整するための動作について説明する。レチクルＲ
がローディング動作によりレチクルステージＲＳ上に載
置されると、レチクルＲの端に形成されたバーコードＢ
ＣをバーコードリーダＢＲで検知する。こうして、バー
コードリーダＢＲは、バーコードＢＣに含まれているレ
チクル窓２６の位置情報を読み取り、検出信号を主制御
系２１へ出力する。

【００７７】主制御系２１は、内部のメモリー部におい
て、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした像高Ｈと倍
率色収差量Ｍとの相関関係（図６参照）に関する第１メ
モリー情報、および倍率色収差量Ｍと平行平面板２３
ａ、２３ｂの補正角（傾き量）との相関関係に関する第
２メモリー情報を予め記憶している。主制御系２１は、
この第１メモリー情報とバーコードリーダＢＲからの検
出信号とに基づいて、レチクルＲの中心に対するレチク
ル窓２６の中心位置での投影光学系ＰＬの倍率色収差量
を求める。その後、主制御系２１は、第２メモリー情報
に基づいて平行平面板２３ａ、２３ｂの傾き量を最終的
に決定する。

【００７８】そして、主制御系２１は、決定した傾き量
にしたがって、駆動制御系２２を駆動して平行平面板２
３を適切な傾角に設定する。また、主制御系２１は、こ
の平行平面板２３の傾角を設定する動作と同時に、アラ
イメント系がレチクルＲのレチクル窓２６を検出するこ
とができるように対物レンズ１４の適切な位置を設定す
る。すなわち、主制御系２１は、バーコードリーダＢＲ
からの検出信号に基づいて、現在の対物レンズ１４の位
置がレチクルＲのレチクル窓２６を検出することのでき
る位置であるか否かを判断する。レチクル窓２６を検出
することのできない位置であると判断すると、主制御系
２１は駆動制御系２２を駆動して対物レンズ１４および
ミラー１５を図１中の矢印Ａ方向に一体的に移動させ
て、対物レンズ１４を適切な位置に位置決めする。

【００７９】以上の動作によって、レチクルＲのレチク
ル窓２６の位置変化に伴って投影光学系ＰＬの倍率色収
差が変化し、レチクルＲ上で見たときのウエハマークと
レチクルマークとの相対的な間隔が変化したとしても、
レチクルマーク照射用の光束対（ＬＡＲ１、ＬＡＲ２）
は正確にレチクルマークＲＭを、ウエハマーク照射用の
光束対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ２）は正確にウエハマークＷ
Ｍを照明することができる。その結果、レチクルサイズ
が異なるレチクルＲに交換されても、常に高精度なアラ
イメントが保証されることが分かる。

【００８０】なお、光分割プリズム２４ｂにより分割さ
れて射出した光束対のうちのウエハマーク照射用の光束
対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ２）の光路中に、傾角可変な平行
平面板や振動ミラー等の走査手段を設けてもよい。この
場合、この走査手段によってウエハマーク照射用の光束
対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ２）を走査して、ウエハマーク照
射用の光束対（ＬＡＷ１、ＬＡＷ２）の位置を移動設定
させることができる。

【００８１】図７は、図４の光束分割光学系１２の変形
例の構成を示す斜視図である。なお、図７の光束分割光
学系は、図４の光束分割光学系の構成と類似している。
しかしながら、図４の２つのプリズムがともに偏光分離
プリズム（ＰＢＳ）で置換されている点、および平行平
面板２３ａと偏光分離プリズム２４ａとの間に１／２波
長板λＰ１が、平行平面板２３ｂと偏光分離プリズム２
４ｂとの間に１／２波長板λＰ２がそれぞれ付設されて
いる点だけが基本的に相違する。したがって、図７にお
いて、図４の構成要素と基本的に同じ機能を有する要素
には同じ参照符号を付している。以下、相違点に着目し
て、図７の光束分割光学系の変形例を説明する。

【００８２】なお、図７では偏光分離プリズム２４ｂの
入射側には、入射する２組の光束対に共通な１つの１／
２波長板λＰ２を設けているが、入射する２組の光束対
のうちの各光束対に対してそれぞれ１／２波長板を設け
てもよい。なお、１／２波長板は、入射光束に垂直な面
内において回転可能である。このように、偏光分離プリ
ズムと１／２波長板との組み合わせにより、分割後の光
束対の光量比率を調整することができる。

【００８３】以下、上述の光束対の光量比率の調整につ
いて、第１の偏光分離プリズム２４ａとその入射側に配
置された１／２波長板λＰ１との組み合わせを例にとっ
て具体的に説明する。偏光分離プリズム２４ａにより２
つに分割された光束対のうちウエハマーク照射用の光束
対ＬＡＷは、投影レンズＰＬを２回通過した後に検出さ
れる。したがって、投影レンズＰＬの２回の通過によ
り、光量が減衰する恐れがある。このため、ウエハマー
クからの検出光とレチクルマークからの検出光との光量
を等しくするためには、ウエハマーク照射用の光束対Ｌ
ＡＷの光強度をレチクルマーク照射用の光束対ＬＡＲの
光強度よりも大きくする必要がある。

【００８４】そこで、図７の変形例では、偏光分離プリ
ズム２４ａの入射側に配置された１／２波長板λＰ１を
回転させてその光学軸を調整することにより、ウエハマ
ーク照射用の光束対ＬＡＷの光量とレチクルマーク照射
用の光束対ＬＡＲの光量とを適切な比率に配分する。そ
して、ウエハマークからの検出光とレチクルマークから
の検出光との光量を等しくすることによって、さらに高
精度なアライメントが可能になる。

【００８５】また、偏光分離プリズム２４ｂの入射側に
配置された１／２波長板λＰ２を回転させてその光学軸
を調整することにより、偏光分離プリズム２４ｂの光分
割面の反射率が正確に５０％でない場合においても、第
１計測方向用の光束対ＬＡＲ１およびＬＡＷ１の光量と
第２計測方向用の光束対ＬＡＲ２およびＬＡＷ２の光量
とがそれぞれ等しくなるようにすることができる。その
結果、各計測方向において計測精度が等しくなるので、
全体として高精度なアライメントが可能になる。

【００８６】図８は、本発明の第２実施例にかかる投影
露光装置の構成を示す図である。なお、図８の第２実施
例は図１の第１実施例の構成と類似しているが、光束分
割光学系１２の構成だけが相違している。具体的には、
図８の光束分割光学系１２では、図１の第１実施例にお
ける２つの平行平面板２３ａおよび２３ｂが取り除か
れ、光分割プリズム２４ａおよび２４ｂが駆動制御系に
より駆動されて光分割面と垂直な方向（入射光束と垂直
な方向）に移動することができるように構成されてい
る。

【００８７】一般に、光分割プリズムがその光分割面と
垂直な方向に距離γだけ移動すると、光分割プリズムに
よって分離されて射出される２つの光束対の間隔が２γ
だけ変化する。こうして、光分割プリズム２４ａを駆動
することにより２つの光束対ＬＡＷとＬＡＲとの間隔
を、光分割プリズム２４ｂを駆動することにより２組の
光束対（ＬＡＷ１、ＬＡＲ１）と２組の光束対（ＬＡＷ
２、ＬＡＲ２）との間隔をそれぞれ調整することができ
る。

【００８８】図９は、本発明の第３実施例にかかる投影
露光装置の要部の構成を示す斜視図である。なお、図９
では、レーザ光源１０からミラー１５に至るアライメン
ト系部分は図１のアライメント系とほぼ同じ構成を有す
る。ただし、対物レンズ１４がミラー１５よりも光源側
に配置されている点、およびミラー２５ａが取り除かれ
ている点だけが図１の構成と基本的に相違している。し
たがって、図１の構成要素と基本的に同じ機能を有する
要素には同じ参照符号を付している。

【００８９】上述の第１実施例および第２実施例では、
格子状マークの形成面の法線に対して対称に且つ計測方
向に沿った方向から２つのコヒーレントな光束を入射
し、格子状マーク上において所定の角度で交差させてい
る。したがって、検出すべき回折光が±１次回折光であ
るとすると、この±１次回折光は格子状マークの形成面
の法線方向に沿って射出する。このとき、正反射光（０
次光）が互いに他の入射光の方向に戻るように発生し、
さらに±２次回折光が２光束の入射方向に戻るように発
生する。このような検出すべき光ではない０次光や２次
回折光が進行方向は逆であるが入射光束に重なって発生
すると、０次光や２次回折光を不要光として分離除去す
ることが困難になる。その結果、０次光や２次回折光が
いわゆる迷光となって、計測精度に悪影響を及ぼす可能
性がある。

【００９０】また、上述の第１実施例および第２実施例
では、アライメントマークとして、互いに異なるピッチ
方向（計測方向）を有する互いに近接した２つの一次元
格子状マークを使用している。もちろん、２つの一次元
的な格子状マークに代えて、２つのピッチ方向（計測方
向）を有する二次元的な格子状マークを使用することも
できる。二次元的な格子状マークを使用するにしても、
互いに近接した２つの一次元格子状マークを使用するに
しても、２つの計測方向にそれぞれ対応する２つの計測
点は互いに近接したものとなる。このため、格子状マー
クから互いに平行に近接して射出される２つの検出回折
光を完全に分離することが困難である。その結果、２つ
の計測方向にそれぞれ対応する２つの検出信号におい
て、相互に混入が生じて計測誤差が発生する恐れもあ
る。

【００９１】そこで、第３実施例では、上述の不要光の
分離除去および２つの近接した検出光の完全分離のため
に、計測方向と垂直な方向（以下、「非計測方向」とい
う）に所定角度だけ傾けて２光束を入射させる。このよ
うに、一般に使用される両側テレセントリックな投影光
学系において、レチクル面およびウエハ面に入射する２
つの光束を非計測方向に傾けることを、本明細書では光
束のテレセントリック性を崩すという。

【００９２】図９の投影露光装置では、露光中におい
て、レチクルＲを投影光学系ＰＬに対して＋Ｙ方向に速
度ＶR で移動させる。このレチクルＲの走査と同期し
て、ウエハＷを投影光学系ＰＬに対して−Ｙ方向に速度
β・ＶR （βは投影光学系ＰＬの投影倍率）で移動させ
る。このため、レチクルＲのパターン領域のＸ方向（走
査方向と直交する方向）に沿った両側には、それぞれＹ
方向（走査方向）に沿って格子状マーク４５Ａおよび４
５Ｂが連続的に形成されている。格子状マーク４５Ａお
よび４５Ｂは、図１１（ａ）に示すように、市松模様の
パターンが連続的にＹ方向に繰り返されて形成されてい
る。なお、格子状マーク４５Ａおよび４５Ｂの外側に
は、Ｙ方向に延びた細長いレチクル窓４４Ａおよび４４
Ｂがそれぞれ形成されている。

【００９３】同様に、ウエハＷ上の露光領域（ショット
領域）４６のＸ方向（走査方向に直交する方向）に沿っ
た両側には、それぞれＹ方向（走査方向）に沿って格子
状マーク４７Ａおよび４７Ｂが連続的に形成されてい
る。格子状マーク４７Ａおよび４７Ｂは、図１１（ｂ）
に示すように、市松模様のパターンが連続的にＹ方向に
繰り返されて形成されている。格子状マーク４５Ａと格
子状マーク４７Ａとの二次元的な位置ずれ量は、レチク
ルＲに対して−Ｘ側に配置された図示のＬＩＡ方式のア
ライメント系で検出される。一方、格子状マーク４５Ｂ
と格子状マーク４７Ｂとの二次元的な位置ずれ量は、レ
チクルＲに対して＋Ｘ側に配置された不図示のＬＩＡ方
式のアライメント系で検出される。

【００９４】なお、ウエハＷ上の格子状マーク４７Ａお
よび４７Ｂについては、２つの計測方向が投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸと検出中心とを結ぶ基準線に関して線対称
に配置されている。そして、図９の投影露光装置では、
走査中における２組の格子状マークの位置ずれ量を所定
の状態に維持することにより、レチクルＲとウエハＷと
の位置合わせが連続的に行われる。本実施例のアライメ
ント系では、走査露光時におけるウエハＷとレチクルＲ
との同期状態の検査を行うような構成が示されている。
このため、図示の投影光学系ＰＬは、実際には露光光を
用いた転写を必ずしも行う必要がない。

【００９５】図示の投影光学系ＰＬが実際には露光用の
投影光学系でないような場合には、投影光学系ＰＬが露
光光に対して収差補正されている必要はない。すなわ
ち、投影光学系ＰＬは、アライメント光に対して格子状
マーク４７Ａおよび４７Ｂの位置する像高についてのみ
収差補正をした簡単な構成であってもよい。このよう
に、第３実施例では、図示の投影光学系ＰＬにおいて露
光光による結像の必要がないため、その瞳面ＥＰ付近に
アライメント光用の空間フィルタ板４８を設けることが
できる。

【００９６】空間フィルタ４８は、ウエハＷ上の格子状
マーク４７Ａに向かう２対のレーザビームＬＡ１、ＬＡ
２、ＬＢ１およびＬＢ２のうち、ＬＡ１とＬＢ１とを通
過させるための開口部（または透過部）４８ａと、ＬＡ
２とＬＢ２とを通過させるための開口部４８ｂとを有す
る。なお、格子状マーク４７Ａからの２つのビート干渉
光ＬＡ３およびＬＢ３は、開口部４８ａを通過するよう
になっている。一方、レチクルＲ上の格子状マーク４５
Ａの位置検出のために照射され、格子状マーク４５Ａを
透過した一対のレーザビームＬＣ１、ＬＣ２およびもう
一対のレーザビームＬＤ１、ＬＤ２のような不要光は、
空間フィルタ４８の遮光部（開口部以外の領域）により
遮光される。

【００９７】こうして、レチクルＲ上の格子状マーク４
５Ａを透過した不要光は、ウエハＷに達することがなく
なる。すなわち、ウエハＷに達して、ウエハＷからの反
射光がレチクルＲ上の格子状マーク４５Ａに戻り、信号
光に混入してノイズの原因となる恐れがなくなる。ま
た、図９に示すように、投影光学系ＰＬの瞳面上におい
て、一方の計測方向に対応する一対のレーザビームＬＡ
１、ＬＡ２の通過位置と、他方の計測方向に対応する一
対のレーザビームＬＢ１、ＬＢ２の通過位置とが、光軸
ＡＸを通りサジタル方向すなわちｓ方向に平行な直線に
関して線対称になっている。その結果、投影光学系ＰＬ
の瞳面上において、一方の計測方向に対応するビート干
渉光ＬＡ３の通過位置と、他方の計測方向に対応するビ
ート干渉光ＬＢ３の通過位置とが、光軸ＡＸを通りｓ方
向に平行な直線に関して線対称になっている。

【００９８】なお、上述したように、瞳面上において光
軸ＡＸを通りｓ方向に平行な直線は、ウエハＷ上の格子
状マーク４７Ａの２つの計測方向の対称軸（Ｘ軸に平
行）に平行である。したがって、上述のような光束のテ
レセントリック性の崩しが行われても、投影光学系ＰＬ
において受けるｍ方向とｓ方向との収差の影響が各計測
方向について等しくなる。その結果、各計測方向につい
て検出精度が等しくなり、レチクルＲとウエハＷとの二
次元的な位置ずれを高精度に検出することができる。

【００９９】上述したように、空間フィルタ板４８は、
ウエハＷ上の格子状マーク４７Ａに向かう２対のレーザ
ビームおよび格子状マーク４７Ａからの回折光だけを通
過させるとともに、レチクルＲ上の格子状マーク４５Ａ
を透過した不要光を遮断している。このように、不要光
の遮断のためには、格子状マーク４７Ａに向かうウエハ
用レーザビームと格子状マーク４５Ａに向かうレチクル
用レーザビームとで、互いに逆の方向にいわゆるテレセ
ントリック性の崩しを行って、投影光学系ＰＬの瞳面上
で両ビームを空間的に完全に分離すればよい。

【０１００】このように、ウエハ用レーザビームとレチ
クル用レーザビームとでテレセントリック性の崩しを互
いに反対方向とし、且つ２つの計測方向において各レー
ザビームの瞳面上での通過位置がウエハＷ上の光軸ＡＸ
と計測点とを結ぶ直線に平行な瞳面上の直線（ｓ方向の
線）に関して線対称になるようにすれば、図９に示すよ
うに、空間フィルタ板４８は２つのスリット状開口部４
８ａおよび４８ｂを有する簡単な構成となる。上述した
ように、各計測方向について投影光学系ＰＬの収差の影
響が等しくなるという点は、露光用でない投影光学系Ｐ
Ｌの構成の簡素化を達成する上で非常に重要である。

【０１０１】図１０は、図９の光束分割手段１２におけ
る光束のテレセントリック性の崩しの一例を示す図であ
る。なお、図１０において、（ａ）〜（ｄ）は、図４の
ように構成された光束分割手段１２において、射出側か
ら入射側を見た図である。（ａ）に示すように、第１光
分割プリズム２４ａの図中上側入射斜面に対して、一対
の光束Ｌ１およびＬ２を矢印の方向に傾けて入射させ
る。その結果、（ｂ）に示すように、第１光分割プリズ
ム２４ａの上側射出斜面からは一対のビームＬＡＷが、
下側射出斜面からは一対のビームＬＡＲが、それぞれ矢
印の方向に傾いて射出される。

【０１０２】こうして、（ｃ）に示すように、第２光分
割プリズム２４ｂの図中右側入射斜面に対して、一対の
光束ＬＡＷおよびＬＡＲがそれぞれ矢印の方向に傾いて
入射する。その結果、（ｄ）に示すように、第２光分割
プリズム２４ｂの左側射出斜面からは２組の光束対ＬＡ
Ｗ１およびＬＡＲ１が、右側射出斜面からは２組の光束
対ＬＡＷ２およびＬＡＲ２が、それぞれ矢印の方向に傾
いて射出される。このように、上述した光束のテレセン
トリック性の崩しの条件を満足した４組の光束対を、図
９の光束分割手段１２によって容易に形成することがで
きる。

【０１０３】なお、第１実施例および第２実施例で示し
た走査型ではない通常の投影露光装置においても、投影
光学系ＰＬの瞳面に空間フィルタ板あるいは任意の形状
の明暗パターンを形成できる光透過性部材を設ければ第
３実施例と同様の効果を達成できる。このとき、上記の
空間フィルタ板は露光時に投影光学系ＰＬの光路中から
退避できるように構成する。また、上記の光透過性部材
としては、たとえばＥＣ（エレクトロ・クロミック）素
子を用いることができる。

【０１０４】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、マスク
マーク用光束と基板マーク用光束とを互いに近接させる
とともに、マスク上および基板上において２つの計測方
向にそれぞれ対応する２つの計測点を互いに近接させる
ことができる。したがって、空気の揺らぎのような周囲
環境の微妙な変化に起因する計測誤差が抑えられ、計測
精度の高い検出が可能になる。

【０１０５】また、露光すべきチップの大きさが変更し
ても、マスクマークを照明する光束対と基板マークを照
明する光束対との間隔および各光束対の位置を適宜変化
させることによって、投影光学系の倍率色収差の変化に
よる影響を補正することができる。さらに、光束分割手
段が光分割面の互いに直交する一対の光分割プリズムを
有する場合、各プリズムで生じる非点収差の影響を相殺
して実質的に除去することができ、常に高い精度で位置
ずれ量の検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる投影露光装置の構
成を示す図である。

【図２】（ａ）は第１実施例におけるレチクルＲに形成
された格子状マークの配置を、（ｂ）は第１実施例にお
けるウエハＷのショット領域ＳＡに形成された格子状マ
ークの配置をそれぞれ示す図である。

【図３】（ａ）はウエハＷ上の格子状マークＷＭ１の拡
大平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断
面図である。

【図４】第１実施例の光束分割光学系１２の構成を示す
斜視図である。

【図５】（ａ）は光束分割光学系１２をＸＹ平面に沿っ
て見た図であり、（ｂ）は光束分割光学系１２をＸＺ平
面に沿って見た図である。

【図６】投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした半径方
向の距離すなわち像高Ｈと投影光学系ＰＬの倍率色収差
Ｍとのアライメント光に対する相関的な関係を示す図で
ある。

【図７】図４の光束分割光学系１２の変形例の構成を示
す斜視図である。

【図８】本発明の第２実施例にかかる投影露光装置の構
成を示す図である。

【図９】本発明の第３実施例にかかる投影露光装置の要
部の構成を部分的に示す斜視図である。

【図１０】図９の光束分割光学系１２における光束のテ
レセントリック性の崩れの一例を示す図である。

【図１１】（ａ）は第３実施例におけるレチクルＲに形
成された格子状マークの配置を、（ｂ）は第３実施例に
おけるウエハＷのショット領域ＳＡに形成された格子状
マークの配置をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１露光用光源系２照度分布均一化光学系３ミラー４メインコンデンサーレンズ５ダイクロイックミラー６駆動系７干渉計８駆動系９干渉計ＲレチクルＲＳレチクルステージＰＡパターン領域ＰＬ投影光学系ＷウエハＷＳウエハステージ１０レーザ光源１１２光束周波数シフタ１２光束分割光学系１３送受分離光学系１４対物レンズ１５ミラー１６計測信号検出系１７参照信号検出系１８位相検出系２１主制御系２２駆動制御系

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の転写用パターンを所定倍率で
感光性の基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学
系のフィールド内の所定の第１計測域において前記基板
上に形成された基板マークと前記第１計測域に対応する
第２計測域において前記マスク上に形成されたマスクマ
ークとの相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して
検出するマーク検出手段とを備えた投影露光装置におい
て、前記マーク検出手段は、光束を供給するための光源手段
と、前記光源手段からの光束を分割して、前記基板マークに
ついて第１計測方向の位置を検出するための第１光束
と、前記基板マークについて前記第１計測方向と実質的
に交差する第２計測方向の位置を検出するための第２光
束と、前記マスクマークについて前記第１計測方向に対
応する第３計測方向の位置を検出するための第３光束
と、前記マスクマークについて前記第２計測方向に対応
する第４計測方向の位置を検出するための第４光束とを
互いに近接するように生成するための光束分割手段と、前記第１光束乃至前記第４光束を前記第１光束乃至前記
第４光束に各々対応する前記第１計測域あるいは前記第
２計測域へ導くための対物光学系と、を備えていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記光束分割手段は、前記第１光束乃至
第４光束のうち各々の光束の間隔を変化させるための光
束間隔可変手段を有することを特徴とする請求項１に記
載の投影露光装置。
【請求項３】前記光束分割手段は、前記第１光束乃至
第４光束を全体的に平行移動させるための光束平行移動
手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載
の投影露光装置。
【請求項４】前記基板マークは、前記第１計測方向お
よび第２計測方向に沿ってそれぞれ所定ピッチで配列さ
れた第１格子状マークであり、前記マスクマークは、前
記第３計測方向および第４計測方向に沿ってそれぞれ所
定ピッチで配列された第２格子状マークであり、前記光源手段は、コヒーレントな２光束を生成する２光
束生成手段を有し、前記光束分割手段は、前記２光束生成手段からの光束対
に基づいて、前記第１格子状マークについて前記第１計
測方向の位置を検出するための第１光束対と、前記第１
格子状マークについて前記第２計測方向の位置を検出す
るための第２光束対と、前記第２格子状マークについて
前記第３計測方向の位置を検出するための第３光束対
と、前記第２格子状マークについて前記第４計測方向の
位置を検出するための第４光束対とを互いに近接するよ
うに生成し、前記マーク検出手段は、前記第１光束対および前記第２
光束対に対して前記第１格子状マークからそれぞれ発生
する第１回折光および第２回折光、並びに前記第３光束
対および前記第４光束対に対して前記第２格子状マーク
からそれぞれ発生する第３回折光および第４回折光を受
光するための受光手段を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
の投影露光装置。
【請求項５】前記第１計測方向と前記第２計測方向と
は、前記投影光学系の光軸を含む所定の面と前記投影光
学系のフィールドとの交線からなる第１基準直線に関し
てほぼ線対称に設定され、前記投影光学系のフィールドにおいて、前記第１計測域
の中心は、前記第１基準直線に沿って前記投影光学系の
光軸から所定距離だけ間隔を隔てていることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影露光装
置。
【請求項６】前記光束分割手段は、前記光源手段から
の光束の入射軸線に対して平行な光分割面を有する第１
光分割プリズムと、該第１光分割プリズムの光分割面と
直交する光分割面を有する第２光分割プリズムとを有す
る、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
の投影露光装置。
【請求項７】前記光束間隔可変手段は、前記光源手段
と前記第１光分割プリズムとの間の光路および前記第１
光分割プリズムと前記第２光分割プリズムとの間の光路
のうち少なくとも一方の光路中に設けられた傾角可変な
平行平面板を有することを特徴とする請求項２乃至６の
いずれか１項に記載の投影露光装置。
【請求項８】前記光束間隔可変手段は、前記第１光分
割プリズムおよび前記第２光分割プリズムのうち少なく
とも一方を光分割面の法線方向に駆動するための駆動手
段を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか
１項に記載の投影露光装置。
【請求項９】前記第１光分割プリズムおよび前記第２
光分割プリズムのうち少なくとも一方は偏光分離プリズ
ムであり、該偏光分離プリズムの入射側には入射光束に
垂直な平面内で回転可能な１／２波長板が設けられてい
ることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記
載の投影露光装置。
【請求項１０】前記投影光学系の瞳面上における前記
第１光束対の分布と前記第２光束対の分布とが、前記瞳
面上において前記投影光学系の光軸を通り前記第１基準
直線に平行な第２基準直線に関してほぼ線対称であるこ
とを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の
投影露光装置。