JPH09223651A - 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 - Google Patents
位置検出装置及び該装置を備えた露光装置Info
- Publication number
- JPH09223651A JPH09223651A JP8027517A JP2751796A JPH09223651A JP H09223651 A JPH09223651 A JP H09223651A JP 8027517 A JP8027517 A JP 8027517A JP 2751796 A JP2751796 A JP 2751796A JP H09223651 A JPH09223651 A JP H09223651A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mark
- light
- wafer
- axis
- optical system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＬＩＡ方式のアライメントセンサにおけるベ
ースライン変動を低減する。 【解決手段】 参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２がウエハ
２に対向する面に形成された落射プリズム３４、第１対
物レンズ３３、及び偏心指標マーク３１Ｙが形成された
指標板３２等を、ヘテロダインビーム発生系ＨＤＢを含
む照明光学系が設置されたセンサ本体部１１ａから分離
された指標対物部１１ｂのケーシング１３内に設置す
る。ヘテロダインビーム発生系から射出された周波数の
異なる２つの照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２をウエハマーク
３８Ｙ及び参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射し、ウ
エハマーク検出光ＹＷＬＢ、及び偏心指標マーク３１Ｙ
により合成された参照マーク検出光ＹＬＧをそれぞれ光
電変換素子４３Ｙ，４２Ｙで受光して、得られる２つの
ビート信号に基づいてウエハマークと参照マークとの位
置ずれ量を検出する。
ースライン変動を低減する。 【解決手段】 参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２がウエハ
２に対向する面に形成された落射プリズム３４、第１対
物レンズ３３、及び偏心指標マーク３１Ｙが形成された
指標板３２等を、ヘテロダインビーム発生系ＨＤＢを含
む照明光学系が設置されたセンサ本体部１１ａから分離
された指標対物部１１ｂのケーシング１３内に設置す
る。ヘテロダインビーム発生系から射出された周波数の
異なる２つの照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２をウエハマーク
３８Ｙ及び参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射し、ウ
エハマーク検出光ＹＷＬＢ、及び偏心指標マーク３１Ｙ
により合成された参照マーク検出光ＹＬＧをそれぞれ光
電変換素子４３Ｙ，４２Ｙで受光して、得られる２つの
ビート信号に基づいてウエハマークと参照マークとの位
置ずれ量を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程に
おいてマスクのパターンを感光性基板上に露光するため
に使用される露光装置のアライメントセンサに適用して
好適な位置検出装置、及びこの位置検出装置を備えた露
光装置に関する。
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程に
おいてマスクのパターンを感光性基板上に露光するため
に使用される露光装置のアライメントセンサに適用して
好適な位置検出装置、及びこの位置検出装置を備えた露
光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体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ステッパー等の投
影露光装置又はプロキシミティー方式の露光装置等の露
光装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成さ
れた回路パターンを感光基板としてのウエハ（又はガラ
スプレート等）上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ
精度で転写するために、レチクルとウエハの各ショット
領域とを高精度に位置合わせ（アライメント）すること
が求められている。このため、ウエハの各ショット領域
には位置合わせ用のアライメントマーク（ウエハマー
ク）が付設されている。そして、それらのアライメント
マークの位置を検出するためのアライメントセンサとし
ては、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライメン
トマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱され
た光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Lase
r Step Alignment）方式、ハロゲンランプを光源とす
る波長帯域幅の広い光で照明して撮像したアライメント
マークの画像データを画像処理して計測するＦＩＡ（Fi
eld Image Alignment)方式、あるいはウエハ上の回折
格子状のアライメントマークに、同一周波数又は周波数
を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した
２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマ
ークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric
Alignment ）方式等がある。
フォトリソグラフィ工程で使用されるステッパー等の投
影露光装置又はプロキシミティー方式の露光装置等の露
光装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成さ
れた回路パターンを感光基板としてのウエハ（又はガラ
スプレート等）上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ
精度で転写するために、レチクルとウエハの各ショット
領域とを高精度に位置合わせ（アライメント）すること
が求められている。このため、ウエハの各ショット領域
には位置合わせ用のアライメントマーク（ウエハマー
ク）が付設されている。そして、それらのアライメント
マークの位置を検出するためのアライメントセンサとし
ては、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライメン
トマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱され
た光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Lase
r Step Alignment）方式、ハロゲンランプを光源とす
る波長帯域幅の広い光で照明して撮像したアライメント
マークの画像データを画像処理して計測するＦＩＡ（Fi
eld Image Alignment)方式、あるいはウエハ上の回折
格子状のアライメントマークに、同一周波数又は周波数
を僅かに変えたレーザ光を２方向から照射し、発生した
２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマ
ークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric
Alignment ）方式等がある。
【０００３】また、従来のアライメント方式としては、
投影光学系を介してウエハ上のアライメントマークの
位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、
投影光学系を介することなく直接ウエハ上のアライメン
トマークの位置を計測するオフ・アクシス方式、及び
投影光学系を介してウエハとレチクルとを同時に観察
し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式等がある。これらのアライメントセン
サを使用して、レチクルとウエハとのアライメントを行
う場合、予め、アライメントセンサの計測中心とレチク
ルのパターンの投影像の中心（露光中心）との間隔であ
るベースライン量が求められている。そして、アライメ
ントセンサによってアライメントマークの計測中心から
のずれ量が検出され、このずれ量をベースライン量で補
正した距離だけウエハを移動することによって当該ショ
ット領域の中心が露光中心に正確に位置合わせされる。
投影光学系を介してウエハ上のアライメントマークの
位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、
投影光学系を介することなく直接ウエハ上のアライメン
トマークの位置を計測するオフ・アクシス方式、及び
投影光学系を介してウエハとレチクルとを同時に観察
し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式等がある。これらのアライメントセン
サを使用して、レチクルとウエハとのアライメントを行
う場合、予め、アライメントセンサの計測中心とレチク
ルのパターンの投影像の中心（露光中心）との間隔であ
るベースライン量が求められている。そして、アライメ
ントセンサによってアライメントマークの計測中心から
のずれ量が検出され、このずれ量をベースライン量で補
正した距離だけウエハを移動することによって当該ショ
ット領域の中心が露光中心に正確に位置合わせされる。
【０００４】ところが、露光装置を継続して使用する過
程で次第にベースライン量が変動することがある。この
ようなベースライン量の変動である所謂ベースライン変
動が生じると、アライメント精度（重ね合わせ精度）が
低下する。従って、従来は例えば定期的にアライメント
センサの計測中心と露光中心との間隔を正確に計測する
ためのベースラインチェックが行われていた。
程で次第にベースライン量が変動することがある。この
ようなベースライン量の変動である所謂ベースライン変
動が生じると、アライメント精度（重ね合わせ精度）が
低下する。従って、従来は例えば定期的にアライメント
センサの計測中心と露光中心との間隔を正確に計測する
ためのベースラインチェックが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うにベースラインチェックを行っても、短期的にベース
ライン量が変動するとアライメント精度が低下するとい
う不都合があった。そのようにアライメント精度を低下
させる短期的なベースライン変動の要因の１つは、露光
用の照明光の照射による熱変形、機械的な振動、又は大
気等の環境の変化に伴うアライメントセンサの計測中心
位置のドリフト（変位）である。このようにアライメン
トセンサの計測中心のドリフトが生じると、仮にアライ
メントセンサとウエハとが相対的に静止していても、そ
の計測中心とアライメントマークとの位置ずれ量が変化
して、これがアライメント誤差となる。以下ではアライ
メントセンサの計測中心と計測対象のアライメントマー
クとの位置ずれ量が変化しにくいことをそのアライメン
トセンサの「ドリフト安定性」と呼ぶ。
うにベースラインチェックを行っても、短期的にベース
ライン量が変動するとアライメント精度が低下するとい
う不都合があった。そのようにアライメント精度を低下
させる短期的なベースライン変動の要因の１つは、露光
用の照明光の照射による熱変形、機械的な振動、又は大
気等の環境の変化に伴うアライメントセンサの計測中心
位置のドリフト（変位）である。このようにアライメン
トセンサの計測中心のドリフトが生じると、仮にアライ
メントセンサとウエハとが相対的に静止していても、そ
の計測中心とアライメントマークとの位置ずれ量が変化
して、これがアライメント誤差となる。以下ではアライ
メントセンサの計測中心と計測対象のアライメントマー
クとの位置ずれ量が変化しにくいことをそのアライメン
トセンサの「ドリフト安定性」と呼ぶ。
【０００６】特にオフ・アクシス方式のアライメントセ
ンサはウエハ上のアライメントマークの検出に際して投
影光学系を介さないため、投影光学系を介したＴＴＬ方
式等のアライメントセンサに比べてアライメントセンサ
自体のドリフト安定性を極力高めることが重要である。
また、近年、半導体素子等の線幅の微細化に伴い、露光
用の照明光としては高い解像度が得られる紫外光、更に
はＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光の
ような遠紫外光等の短い波長の照明光が使用されるよう
になっている。例えばエキシマレーザ光を露光用の照明
光として使用する投影露光装置では、ＴＴＬ方式のアラ
イメントセンサを採用する場合には様々な技術的困難を
伴うので、設計上の自由度が大きく、潜在能力の高いオ
フ・アクシス方式のアライメントセンサの重要度が高ま
っている。しかしながら、このようなオフ・アクシス方
式でアライメントを行う場合、上述のようにアライメン
トセンサ自体のドリフト安定性が高くないと、ＴＴＬ方
式等でアライメントを行う場合に比較してアライメント
精度が低下する不都合がある。
ンサはウエハ上のアライメントマークの検出に際して投
影光学系を介さないため、投影光学系を介したＴＴＬ方
式等のアライメントセンサに比べてアライメントセンサ
自体のドリフト安定性を極力高めることが重要である。
また、近年、半導体素子等の線幅の微細化に伴い、露光
用の照明光としては高い解像度が得られる紫外光、更に
はＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光の
ような遠紫外光等の短い波長の照明光が使用されるよう
になっている。例えばエキシマレーザ光を露光用の照明
光として使用する投影露光装置では、ＴＴＬ方式のアラ
イメントセンサを採用する場合には様々な技術的困難を
伴うので、設計上の自由度が大きく、潜在能力の高いオ
フ・アクシス方式のアライメントセンサの重要度が高ま
っている。しかしながら、このようなオフ・アクシス方
式でアライメントを行う場合、上述のようにアライメン
トセンサ自体のドリフト安定性が高くないと、ＴＴＬ方
式等でアライメントを行う場合に比較してアライメント
精度が低下する不都合がある。
【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、照明光や内部の
発生熱等による温度変化、又は大気圧の変化等の環境変
化があっても、ドリフト安定性に優れ、被検物（位置検
出マーク）の位置を高精度に検出できる位置検出装置を
提供することを目的とする。本発明は更にそのような位
置検出装置を備えた露光装置を提供することをも目的と
する。
発生熱等による温度変化、又は大気圧の変化等の環境変
化があっても、ドリフト安定性に優れ、被検物（位置検
出マーク）の位置を高精度に検出できる位置検出装置を
提供することを目的とする。本発明は更にそのような位
置検出装置を備えた露光装置を提供することをも目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１に示すように、被検物（２）上に形成
された位置検出マーク（３８Ｙ）に可干渉な照明光（Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２）を照射する照射光学系（ＨＤＢ，２
１〜２８）と、その位置検出マーク（３８Ｙ）からの回
折光（ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2）を集光す
る集光光学系（２４〜３０，３２〜３４，３９）と、こ
の集光光学系により集光された回折光（ＹＷＬＢ1 ，Ｙ
ＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2）を光電変換する光電検出手段
（４３Ｙ）とを有し、この光電検出手段からの検出信号
に基づいてその位置検出マーク（３８Ｙ）の位置を検出
する位置検出装置において、その被検物（２）とその集
光光学系との間に配置され、所定の基準マーク（３５Ｙ
１，３５Ｙ２）が形成された基準体（３５）と、その基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの複数の回折光
（ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２）を合成する合成光学部材
（３１Ｙ，３２）と、その光電検出手段（４３Ｙ）を第
１の光電検出手段としたとき、その基準マーク（３５Ｙ
１，３５Ｙ２）から発生した複数の回折光を、その合成
光学部材（３１Ｙ，３２）及びその集光光学系を介して
受光して光電変換する第２の光電検出手段（４２Ｙ）
と、を備え、その第１及び第２の光電検出手段（４３
Ｙ，４２Ｙ）からの検出信号に基づいて、その基準マー
ク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）に対するその位置検出マーク
（３８Ｙ）の相対位置を検出するものである。
置は、例えば図１に示すように、被検物（２）上に形成
された位置検出マーク（３８Ｙ）に可干渉な照明光（Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２）を照射する照射光学系（ＨＤＢ，２
１〜２８）と、その位置検出マーク（３８Ｙ）からの回
折光（ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2）を集光す
る集光光学系（２４〜３０，３２〜３４，３９）と、こ
の集光光学系により集光された回折光（ＹＷＬＢ1 ，Ｙ
ＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2）を光電変換する光電検出手段
（４３Ｙ）とを有し、この光電検出手段からの検出信号
に基づいてその位置検出マーク（３８Ｙ）の位置を検出
する位置検出装置において、その被検物（２）とその集
光光学系との間に配置され、所定の基準マーク（３５Ｙ
１，３５Ｙ２）が形成された基準体（３５）と、その基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの複数の回折光
（ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２）を合成する合成光学部材
（３１Ｙ，３２）と、その光電検出手段（４３Ｙ）を第
１の光電検出手段としたとき、その基準マーク（３５Ｙ
１，３５Ｙ２）から発生した複数の回折光を、その合成
光学部材（３１Ｙ，３２）及びその集光光学系を介して
受光して光電変換する第２の光電検出手段（４２Ｙ）
と、を備え、その第１及び第２の光電検出手段（４３
Ｙ，４２Ｙ）からの検出信号に基づいて、その基準マー
ク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）に対するその位置検出マーク
（３８Ｙ）の相対位置を検出するものである。
【０００９】斯かる本発明の位置検出装置によれば、基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が形成された基準体
（３５）は、その集光光学系と位置検出マーク（３８
Ｙ）が形成された被検物（２）との間に配置されるた
め、位置検出マーク（３８Ｙ）からの複数の回折光（以
下、「第１のウエハマーク検出光」という）、及び基準
マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの複数の回折光（以
下、「基準マーク検出光」という）は同じ集光光学系を
経て集光されて、例えばＬＩＡ方式でその基準マークと
その位置検出マークとの相対位置が検出される。このと
き、周囲の発生熱や大気圧により集光光学系にドリフト
が生じた場合でも、第１のウエハマーク検出光及び基準
マーク検出光に対するその集光光学系のドリフトの影響
が同じになるため、ドリフト安定性が向上し、位置検出
マーク（３８Ｙ）の検出精度も向上する。
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が形成された基準体
（３５）は、その集光光学系と位置検出マーク（３８
Ｙ）が形成された被検物（２）との間に配置されるた
め、位置検出マーク（３８Ｙ）からの複数の回折光（以
下、「第１のウエハマーク検出光」という）、及び基準
マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの複数の回折光（以
下、「基準マーク検出光」という）は同じ集光光学系を
経て集光されて、例えばＬＩＡ方式でその基準マークと
その位置検出マークとの相対位置が検出される。このと
き、周囲の発生熱や大気圧により集光光学系にドリフト
が生じた場合でも、第１のウエハマーク検出光及び基準
マーク検出光に対するその集光光学系のドリフトの影響
が同じになるため、ドリフト安定性が向上し、位置検出
マーク（３８Ｙ）の検出精度も向上する。
【００１０】この場合、その基準マーク（３５Ｙ１，３
５Ｙ２）は、その基準体（３５）上で計測方向（Ｙ方
向）に離れた２箇所に形成され、その合成光学部材は、
その２箇所の基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの
回折光を偏向して同一光路上に合成すると共に、その基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの回折光を集光す
る集光偏向部材（３１Ｙ，３２）であることが好まし
い。これにより、基準体（３５）上の離れた箇所に形成
された２つの基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの
２つの基準マーク検出光は、集光偏向部材（３１Ｙ，３
２）により１つの光束に合成される。
５Ｙ２）は、その基準体（３５）上で計測方向（Ｙ方
向）に離れた２箇所に形成され、その合成光学部材は、
その２箇所の基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの
回折光を偏向して同一光路上に合成すると共に、その基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの回折光を集光す
る集光偏向部材（３１Ｙ，３２）であることが好まし
い。これにより、基準体（３５）上の離れた箇所に形成
された２つの基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）からの
２つの基準マーク検出光は、集光偏向部材（３１Ｙ，３
２）により１つの光束に合成される。
【００１１】また、例えば図１０に示すように、その基
準体（３５）を第１の基準体としたとき、その被検物
（２）とその集光光学系との間に配置され、所定の指標
マーク（８）が形成された第２の基準体（３４Ｈ）と、
この第２の基準体上の指標マーク（８）及びその位置検
出マーク（３８Ｙ）を照明する照明光学系（５１〜６
０）と、この照明光学系により照明されたその位置検出
マーク（３８Ｙ）からの光束（ＬＢ１）によってその集
光光学系中の一部の光学部材（３３，３４）を介して形
成される像を光電変換する第１の撮像素子（６４）と、
その照明光学系により照明されたその指標マーク（８）
からの光束（ＬＢ２）によってその集光光学系中の一部
の光学部材（３３，３４）を介して形成される像を光電
変換する第２の撮像素子（６２）と、を備え、その第１
及び第２の撮像素子（６４，６２）からの検出信号に基
づいて、その指標マーク（８）に対するその位置検出マ
ーク（３８Ｙ）の相対位置を検出することが好ましい。
準体（３５）を第１の基準体としたとき、その被検物
（２）とその集光光学系との間に配置され、所定の指標
マーク（８）が形成された第２の基準体（３４Ｈ）と、
この第２の基準体上の指標マーク（８）及びその位置検
出マーク（３８Ｙ）を照明する照明光学系（５１〜６
０）と、この照明光学系により照明されたその位置検出
マーク（３８Ｙ）からの光束（ＬＢ１）によってその集
光光学系中の一部の光学部材（３３，３４）を介して形
成される像を光電変換する第１の撮像素子（６４）と、
その照明光学系により照明されたその指標マーク（８）
からの光束（ＬＢ２）によってその集光光学系中の一部
の光学部材（３３，３４）を介して形成される像を光電
変換する第２の撮像素子（６２）と、を備え、その第１
及び第２の撮像素子（６４，６２）からの検出信号に基
づいて、その指標マーク（８）に対するその位置検出マ
ーク（３８Ｙ）の相対位置を検出することが好ましい。
【００１２】これにより、位置検出マーク（３８Ｙ）か
らの光束（ＬＢ１）（以下、「第２のウエハマーク検出
光」という）、及び指標マーク（８）からの光束（ＬＢ
２）（以下、「指標マーク検出光」という）は同じ集光
光学系を経て集光されて、例えばＦＩＡ方式で並行して
相対位置が検出される。このとき、第２のウエハマーク
検出光及び指標マーク検出光に対する集光光学系のドリ
フトの影響が同じになるため、ドリフト安定性が向上
し、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精度も向上する。
らの光束（ＬＢ１）（以下、「第２のウエハマーク検出
光」という）、及び指標マーク（８）からの光束（ＬＢ
２）（以下、「指標マーク検出光」という）は同じ集光
光学系を経て集光されて、例えばＦＩＡ方式で並行して
相対位置が検出される。このとき、第２のウエハマーク
検出光及び指標マーク検出光に対する集光光学系のドリ
フトの影響が同じになるため、ドリフト安定性が向上
し、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精度も向上する。
【００１３】次に、本発明による第１の露光装置は、本
発明の位置検出装置を備え、マスク上の転写用のパター
ンを感光基板（２）上に転写露光する露光装置であっ
て、その感光基板（２）上の位置合わせ用マーク（３８
Ｙ）をその位置検出マークとして、その位置検出装置を
介してその感光基板（２）上のその位置合わせ用マーク
（３８Ｙ）の位置が検出され、この検出結果に基づいて
そのマスクとその感光基板（２）との位置合わせが行わ
れるものである。斯かる本発明の第１の露光装置によれ
ば、上記のようにドリフト安定性に優れた位置検出装置
を備えているため、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精
度が向上し、マスク上のパターンが感光基板（２）上に
高い重ね合わせ精度で転写できる。
発明の位置検出装置を備え、マスク上の転写用のパター
ンを感光基板（２）上に転写露光する露光装置であっ
て、その感光基板（２）上の位置合わせ用マーク（３８
Ｙ）をその位置検出マークとして、その位置検出装置を
介してその感光基板（２）上のその位置合わせ用マーク
（３８Ｙ）の位置が検出され、この検出結果に基づいて
そのマスクとその感光基板（２）との位置合わせが行わ
れるものである。斯かる本発明の第１の露光装置によれ
ば、上記のようにドリフト安定性に優れた位置検出装置
を備えているため、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精
度が向上し、マスク上のパターンが感光基板（２）上に
高い重ね合わせ精度で転写できる。
【００１４】また、本発明による第２の露光装置は、本
発明の位置検出装置を備え、マスク上の転写用のパター
ンを第１の保持部材（１６）に支持された投影光学系
（１）を介して感光基板（２）上に転写露光する露光装
置であって、その基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が
形成された基準体（３５）と、その集光光学系中の少な
くとも１つの光学部材（３３）とを、その集光光学系中
の残りの光学部材とは独立に保持する第２の保持部材
（１３）を備え、この第２の保持部材がその第１の保持
部材（１６）のその感光基板（２）側の面に固定され、
その感光基板（２）上の位置合わせ用マーク（３８Ｙ）
をその位置検出マークとして、その位置検出装置によっ
てその感光基板（２）上のその位置合わせ用マーク（３
８Ｙ）の位置が検出され、この検出結果に基づいてその
マスクとその感光基板（２）との位置合わせが行われる
ものである。
発明の位置検出装置を備え、マスク上の転写用のパター
ンを第１の保持部材（１６）に支持された投影光学系
（１）を介して感光基板（２）上に転写露光する露光装
置であって、その基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が
形成された基準体（３５）と、その集光光学系中の少な
くとも１つの光学部材（３３）とを、その集光光学系中
の残りの光学部材とは独立に保持する第２の保持部材
（１３）を備え、この第２の保持部材がその第１の保持
部材（１６）のその感光基板（２）側の面に固定され、
その感光基板（２）上の位置合わせ用マーク（３８Ｙ）
をその位置検出マークとして、その位置検出装置によっ
てその感光基板（２）上のその位置合わせ用マーク（３
８Ｙ）の位置が検出され、この検出結果に基づいてその
マスクとその感光基板（２）との位置合わせが行われる
ものである。
【００１５】斯かる本発明の第２の露光装置によれば、
上記第１の露光装置と同様の効果が得られると共に、基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が形成された基準体
（３５）と、集光光学系中の少なくとも１つの光学部材
（３３）とは、その集光光学系の残りの光学部材から独
立に支持する第２の保持部材（１３）に支持されている
ため、基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）及び位置検出
マーク（３８Ｙ）に対する投影光学系（１）や第１保持
部材（１６）の例えば熱的な変形や機械的振動の影響が
共通化され、ベースライン変動が更に低減する。従っ
て、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精度が更に向上す
る。
上記第１の露光装置と同様の効果が得られると共に、基
準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）が形成された基準体
（３５）と、集光光学系中の少なくとも１つの光学部材
（３３）とは、その集光光学系の残りの光学部材から独
立に支持する第２の保持部材（１３）に支持されている
ため、基準マーク（３５Ｙ１，３５Ｙ２）及び位置検出
マーク（３８Ｙ）に対する投影光学系（１）や第１保持
部材（１６）の例えば熱的な変形や機械的振動の影響が
共通化され、ベースライン変動が更に低減する。従っ
て、位置検出マーク（３８Ｙ）の検出精度が更に向上す
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の第１
の例につき図１〜図６を参照して説明する。本例はレチ
クルのパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショ
ット領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置に
備えられたオフ・アクシス方式で、且つＬＩＡ方式のア
ライメントセンサに本発明を適用したものである。
の例につき図１〜図６を参照して説明する。本例はレチ
クルのパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショ
ット領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置に
備えられたオフ・アクシス方式で、且つＬＩＡ方式のア
ライメントセンサに本発明を適用したものである。
【００１７】図１は、本例の投影露光装置の要部の構成
を一部断面で示し、図２は、図１の内部の光学系の側面
図を示している。図１において、不図示のレチクルのパ
ターンが投影光学系１を介してウエハ２上の各ショット
領域に転写される。以下、投影光学系１の光軸ＡＸ１に
平行にＺ軸を取り、このＺ軸に垂直な平面上で図１の紙
面に平行にＹ軸、図１の紙面に垂直にＸ軸を取って説明
する。先ず、図１４は図１をＹ方向に見た側面図であ
り、この図１４に示すように、ウエハ２は、不図示のウ
エハホルダを介してＺチルトステージ３Ｚ上に載置され
ている。Ｚチルトステージ３Ｚは内部の駆動系により光
軸ＡＸ方向（Ｚ方向）へのウエハ２の移動、ウエハ２の
傾斜、及び光軸ＡＸの回りでのウエハ２の回転を行うこ
とができる。また、Ｚチルトステージ３Ｚは、図１のウ
エハステージ駆動系５により投影光学系１に対してＸ方
向及びＹ方向に移動可能なＸＹステージ３ＸＹ上に載置
されている。このＸＹステージ３ＸＹ及びＺチルトステ
ージ３Ｚによりウエハステージ３が構成されている。
を一部断面で示し、図２は、図１の内部の光学系の側面
図を示している。図１において、不図示のレチクルのパ
ターンが投影光学系１を介してウエハ２上の各ショット
領域に転写される。以下、投影光学系１の光軸ＡＸ１に
平行にＺ軸を取り、このＺ軸に垂直な平面上で図１の紙
面に平行にＹ軸、図１の紙面に垂直にＸ軸を取って説明
する。先ず、図１４は図１をＹ方向に見た側面図であ
り、この図１４に示すように、ウエハ２は、不図示のウ
エハホルダを介してＺチルトステージ３Ｚ上に載置され
ている。Ｚチルトステージ３Ｚは内部の駆動系により光
軸ＡＸ方向（Ｚ方向）へのウエハ２の移動、ウエハ２の
傾斜、及び光軸ＡＸの回りでのウエハ２の回転を行うこ
とができる。また、Ｚチルトステージ３Ｚは、図１のウ
エハステージ駆動系５により投影光学系１に対してＸ方
向及びＹ方向に移動可能なＸＹステージ３ＸＹ上に載置
されている。このＸＹステージ３ＸＹ及びＺチルトステ
ージ３Ｚによりウエハステージ３が構成されている。
【００１８】図１に戻り、ウエハステージ３の端部には
外部のレーザ干渉計４ａからのレーザビームを反射する
移動鏡４ｂが固定されており、レーザ干渉計４ａ及び移
動鏡４ｂによりウエハステージ３のＸ方向、Ｙ方向の位
置、及び回転角が計測されている。レーザ干渉計４ａの
位置情報は、装置全体を統轄的に制御する中央制御系６
に供給されており、中央制御系６はこの位置情報に基づ
き、ウエハステージ駆動系５を介してウエハステージ３
の位置決め動作を制御する。また、ウエハ２上の各ショ
ット領域にはレチクルとの位置合わせのための、Ｙ方向
にピッチＰW の回折格子状のＹ軸用のウエハマーク（ア
ライメントマーク）が付設されている。図１では或るシ
ョット領域のＹ軸用のウエハマーク３８Ｙのみが図示さ
れている。なお、そのショット領域にはＸ軸用のウエハ
マーク３８Ｘ（図６（ａ）参照）も付設されている。こ
のウエハマーク３８Ｙ，３８Ｘの位置を本例のアライメ
ントセンサを介して検出することにより、レチクルとウ
エハ２上の各ショット領域との位置合わせが行われる。
外部のレーザ干渉計４ａからのレーザビームを反射する
移動鏡４ｂが固定されており、レーザ干渉計４ａ及び移
動鏡４ｂによりウエハステージ３のＸ方向、Ｙ方向の位
置、及び回転角が計測されている。レーザ干渉計４ａの
位置情報は、装置全体を統轄的に制御する中央制御系６
に供給されており、中央制御系６はこの位置情報に基づ
き、ウエハステージ駆動系５を介してウエハステージ３
の位置決め動作を制御する。また、ウエハ２上の各ショ
ット領域にはレチクルとの位置合わせのための、Ｙ方向
にピッチＰW の回折格子状のＹ軸用のウエハマーク（ア
ライメントマーク）が付設されている。図１では或るシ
ョット領域のＹ軸用のウエハマーク３８Ｙのみが図示さ
れている。なお、そのショット領域にはＸ軸用のウエハ
マーク３８Ｘ（図６（ａ）参照）も付設されている。こ
のウエハマーク３８Ｙ，３８Ｘの位置を本例のアライメ
ントセンサを介して検出することにより、レチクルとウ
エハ２上の各ショット領域との位置合わせが行われる。
【００１９】次に、本例のオフ・アクシス方式で、且つ
ＬＩＡ方式のアライメントセンサ７の構成について説明
する。このＬＩＡ方式のアライメントセンサ７に用いら
れるヘテロダインビーム発生系ＨＤＢについては、従来
から様々な方法が提案されており、この部分の説明を省
略する。また、説明を複雑にしないためウエハ２上のウ
エハマークの位置検出の方向はＹ軸方向に限って詳述す
る。
ＬＩＡ方式のアライメントセンサ７の構成について説明
する。このＬＩＡ方式のアライメントセンサ７に用いら
れるヘテロダインビーム発生系ＨＤＢについては、従来
から様々な方法が提案されており、この部分の説明を省
略する。また、説明を複雑にしないためウエハ２上のウ
エハマークの位置検出の方向はＹ軸方向に限って詳述す
る。
【００２０】本例のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７
は、ヘテロダインビーム発生系ＨＤＢ等をケーシング１
２内に収納して構成され、投影光学系１の下方側面に固
定されたセンサ本体部１１ａと、偏向集光部材である指
標板３２、第１対物レンズ３３、参照マークを含む落射
プリズム３４等をケーシング１３内に配置して構成さ
れ、投影光学系１の−Ｙ方向の端部で、且つ下部に固定
された指標対物部１１ｂとから構成されている。投影光
学系１の鏡筒１５は、不図示のコラムに固定された投影
光学系保持部１６に固定されている。投影光学系保持部
１６はインバール等の低熱膨張率の合金等の低熱膨張材
から形成され、本例の投影露光装置が収納されたチャン
バ内部の温度変動が投影光学系１やアライメントセンサ
７にできるだけ影響を及ぼさないように配慮されてい
る。
は、ヘテロダインビーム発生系ＨＤＢ等をケーシング１
２内に収納して構成され、投影光学系１の下方側面に固
定されたセンサ本体部１１ａと、偏向集光部材である指
標板３２、第１対物レンズ３３、参照マークを含む落射
プリズム３４等をケーシング１３内に配置して構成さ
れ、投影光学系１の−Ｙ方向の端部で、且つ下部に固定
された指標対物部１１ｂとから構成されている。投影光
学系１の鏡筒１５は、不図示のコラムに固定された投影
光学系保持部１６に固定されている。投影光学系保持部
１６はインバール等の低熱膨張率の合金等の低熱膨張材
から形成され、本例の投影露光装置が収納されたチャン
バ内部の温度変動が投影光学系１やアライメントセンサ
７にできるだけ影響を及ぼさないように配慮されてい
る。
【００２１】センサ本体部１１ａのケーシング１２は複
数の支持フレーム（図１ではその内支持フレーム１７
ａ，１７ｂを示す）を介して投影光学系保持部１６の側
面部分１６ａに固定されている。また、指標対物部１１
ｂのケーシング１３は、投影光学系保持部１６と同様に
低熱膨張率の合金等の低熱膨張材から形成されており、
複数の支持フレーム（図１ではその内支持フレーム１８
ａ，１８ｂを示す）を介して投影光学系保持部１６の外
周に近い裏面部分１６ｂに固定されている。この場合、
アライメントセンサ７の計測位置をできるだけ投影光学
系１の光軸ＡＸ１に近づけると共に、指標対物部１１ｂ
の複数の支持フレームをＹ軸に平行な軸に関して対称に
配置することが重要である。以下、投影光学系保持部１
６の側面部分１６ａを「Ｄ面」、投影光学系保持部１６
の裏面部分１６ｂを「Ｃ面」として説明する。また、同
様に投影光学系１の鏡筒１５の下部傾斜面部分１５ａを
「Ｂ面」、投影光学系１の中央底面部分１ａを「Ａ面」
として説明する。
数の支持フレーム（図１ではその内支持フレーム１７
ａ，１７ｂを示す）を介して投影光学系保持部１６の側
面部分１６ａに固定されている。また、指標対物部１１
ｂのケーシング１３は、投影光学系保持部１６と同様に
低熱膨張率の合金等の低熱膨張材から形成されており、
複数の支持フレーム（図１ではその内支持フレーム１８
ａ，１８ｂを示す）を介して投影光学系保持部１６の外
周に近い裏面部分１６ｂに固定されている。この場合、
アライメントセンサ７の計測位置をできるだけ投影光学
系１の光軸ＡＸ１に近づけると共に、指標対物部１１ｂ
の複数の支持フレームをＹ軸に平行な軸に関して対称に
配置することが重要である。以下、投影光学系保持部１
６の側面部分１６ａを「Ｄ面」、投影光学系保持部１６
の裏面部分１６ｂを「Ｃ面」として説明する。また、同
様に投影光学系１の鏡筒１５の下部傾斜面部分１５ａを
「Ｂ面」、投影光学系１の中央底面部分１ａを「Ａ面」
として説明する。
【００２２】次に、アライメントセンサ７の照明光の光
路について説明する。なお、以下説明する各光学部材の
光軸を光軸ＡＸ２とする。先ず、センサ本体部１１ａ内
のヘテロダインビーム発生系ＨＤＢからは、周波数が少
しだけ異なる波長（平均波長）λの２つのレーザビーム
Ｂ１，Ｂ２がＺＹ平面に投影したときに光軸ＡＸ２に関
して対称に所定角度で交差するように射出される。これ
らの２つのレーザビームは偏光方向がほぼ等しく、その
振動方向は図１の紙面に平行である。ヘテロダインビー
ム発生系ＨＤＢから射出された２つのレーザビームＢ
１，Ｂ２は、ウエハ２の表面と共役な位置に置かれた視
野絞り２１の開口の中央の近傍にて互いの主光線が交差
するように入射する。視野絞り２１により所定の形状に
成形されたレーザビームＢ１，Ｂ２は視野絞り２１の開
口から対称な角度で射出され、ＸＹ分離ハーフプリズム
２２に入射する。図２は、図１のセンサ本体部１１ａ内
の光学系を−Ｙ方向に見る側面図であり、図２に示すよ
うに、レーザビームＢ１，Ｂ２はＸＹ分離ハーフプリズ
ム２２を介してＹ方向の位置検出用の一組の照明光ＹＬ
Ｂ１，ＹＬＢ２、及びＸ方向の位置検出用の一組の照明
光ＸＬＢ１，ＸＬＢ２としてほぼ等しい光量で分岐され
る。
路について説明する。なお、以下説明する各光学部材の
光軸を光軸ＡＸ２とする。先ず、センサ本体部１１ａ内
のヘテロダインビーム発生系ＨＤＢからは、周波数が少
しだけ異なる波長（平均波長）λの２つのレーザビーム
Ｂ１，Ｂ２がＺＹ平面に投影したときに光軸ＡＸ２に関
して対称に所定角度で交差するように射出される。これ
らの２つのレーザビームは偏光方向がほぼ等しく、その
振動方向は図１の紙面に平行である。ヘテロダインビー
ム発生系ＨＤＢから射出された２つのレーザビームＢ
１，Ｂ２は、ウエハ２の表面と共役な位置に置かれた視
野絞り２１の開口の中央の近傍にて互いの主光線が交差
するように入射する。視野絞り２１により所定の形状に
成形されたレーザビームＢ１，Ｂ２は視野絞り２１の開
口から対称な角度で射出され、ＸＹ分離ハーフプリズム
２２に入射する。図２は、図１のセンサ本体部１１ａ内
の光学系を−Ｙ方向に見る側面図であり、図２に示すよ
うに、レーザビームＢ１，Ｂ２はＸＹ分離ハーフプリズ
ム２２を介してＹ方向の位置検出用の一組の照明光ＹＬ
Ｂ１，ＹＬＢ２、及びＸ方向の位置検出用の一組の照明
光ＸＬＢ１，ＸＬＢ２としてほぼ等しい光量で分岐され
る。
【００２３】図１に戻り、ＸＹ分離ハーフプリズム２２
を透過したＹ軸用の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、コン
デンサレンズ２３に入射し、コンデンサレンズ２３の作
用で、各主光線がほぼ光軸ＡＸ２に沿って進行する収束
光束となり、プリズム型の偏光ビームスプリッタ２４を
Ｐ偏光の状態で減光されることなく透過した後、コンデ
ンサレンズ２６の入射瞳面２５上の光軸ＡＸ２から離れ
た２点に各々集光される。入射瞳面２５からコンデンサ
レンズ２６に入射した照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２はコン
デンサレンズ２６から射出された後、１／４波長板２７
により直線偏光（Ｐ偏光）から円偏光に変換され、コン
デンサレンズ２６の焦平面上に当たるウエハ２の表面と
共役な位置に置かれた迷光防止用の視野絞り２８の開口
の中央の近傍にて互いに平行光束となって対称に交差
し、視野絞り２８をけられることなく通過する。
を透過したＹ軸用の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、コン
デンサレンズ２３に入射し、コンデンサレンズ２３の作
用で、各主光線がほぼ光軸ＡＸ２に沿って進行する収束
光束となり、プリズム型の偏光ビームスプリッタ２４を
Ｐ偏光の状態で減光されることなく透過した後、コンデ
ンサレンズ２６の入射瞳面２５上の光軸ＡＸ２から離れ
た２点に各々集光される。入射瞳面２５からコンデンサ
レンズ２６に入射した照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２はコン
デンサレンズ２６から射出された後、１／４波長板２７
により直線偏光（Ｐ偏光）から円偏光に変換され、コン
デンサレンズ２６の焦平面上に当たるウエハ２の表面と
共役な位置に置かれた迷光防止用の視野絞り２８の開口
の中央の近傍にて互いに平行光束となって対称に交差
し、視野絞り２８をけられることなく通過する。
【００２４】なお、上述までの照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ
２の光路についての説明は図１の紙面内の計測方向（Ｙ
方向）に関するものと、図１の紙面に垂直な非計測方向
（Ｘ方向）に関するものとに共通している様態に関する
ものであった。照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の光路で非計
測方向にのみ特徴的なことは、図２に示すように、視野
絞り２１，２８及び後述のウエハ２上において照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２の主光線が非計測方向（Ｘ方向）に所
定の傾斜角を有している点にある。このように、照明光
ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の主光線を非計測方向へ傾斜させ
る、即ちメリジオナル方向（Ｍ方向）のテレセントリッ
ク性（以下、単に「Ｍテレ」という）を崩す理由につい
ては後で説明する。
２の光路についての説明は図１の紙面内の計測方向（Ｙ
方向）に関するものと、図１の紙面に垂直な非計測方向
（Ｘ方向）に関するものとに共通している様態に関する
ものであった。照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の光路で非計
測方向にのみ特徴的なことは、図２に示すように、視野
絞り２１，２８及び後述のウエハ２上において照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２の主光線が非計測方向（Ｘ方向）に所
定の傾斜角を有している点にある。このように、照明光
ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の主光線を非計測方向へ傾斜させ
る、即ちメリジオナル方向（Ｍ方向）のテレセントリッ
ク性（以下、単に「Ｍテレ」という）を崩す理由につい
ては後で説明する。
【００２５】また、図２に示すように、視野絞り２８の
上方には、ウエハマーク３８Ｘ（図６（ａ）参照）に対
するＸ軸方向検出用光路とウエハマーク３８Ｙに対する
Ｙ軸方向検出用光路とをウエハ２の共役位置にて合成す
るために、ＸＹ合成用の偏向ミラー４４が設けられてい
る。この偏向ミラー４４によりＸ方向に関する照明光Ｘ
ＬＢ１，ＸＬＢ２及び後述するウエハマーク３８Ｘから
の検出光と、Ｙ方向に関する照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
及び後述するウエハマーク３８Ｙからの検出光とがそれ
ぞれ別々の光路を進むことができる。
上方には、ウエハマーク３８Ｘ（図６（ａ）参照）に対
するＸ軸方向検出用光路とウエハマーク３８Ｙに対する
Ｙ軸方向検出用光路とをウエハ２の共役位置にて合成す
るために、ＸＹ合成用の偏向ミラー４４が設けられてい
る。この偏向ミラー４４によりＸ方向に関する照明光Ｘ
ＬＢ１，ＸＬＢ２及び後述するウエハマーク３８Ｘから
の検出光と、Ｙ方向に関する照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
及び後述するウエハマーク３８Ｙからの検出光とがそれ
ぞれ別々の光路を進むことができる。
【００２６】図１に戻り、視野絞り２８から射出された
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、蒸着膜が形成された反射
面の所定の箇所に透過部２９ａが設けられた部分反射型
の偏向ミラー２９の反射面に入射する。偏向ミラー２９
は照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の光路に対してほぼ４５°
の傾斜角で斜設されており、偏向ミラー２９に入射した
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は偏向ミラー２９の反射面で
反射されて＋Ｙ方向に射出され、第２対物レンズ３０に
入射して光軸ＡＸ２に平行な光束にされる。第２対物レ
ンズ３０から射出された照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、
次にセンサ本体部１１ａのケーシング１２の下部の側面
に設けられた窓１２ａを通過して、指標対物部１１ｂの
ケーシング１３の側面に設けられた窓１３ａを介して指
標対物部１１ｂ内に配置された透明なガラス板からなる
指標板３２に入射する。指標板３２は後続の第１対物レ
ンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に配置されており、その指標
板３２の中央部を通る光軸ＡＸ２の近傍には、フレネル
ゾーンプレート状のピッチＰH の位相型回折格子パター
ンからなるＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙが形成されて
おり、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、指標板３２上の光
軸ＡＸ２から離れた透過領域の光軸ＡＸ２に関して対称
な２点に各々集光される。なお、後述するように指標板
３２にはＸ軸用のピッチＰH の位相型回折格子パターン
からなる偏心指標マーク３１Ｘも形成されている。
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、蒸着膜が形成された反射
面の所定の箇所に透過部２９ａが設けられた部分反射型
の偏向ミラー２９の反射面に入射する。偏向ミラー２９
は照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の光路に対してほぼ４５°
の傾斜角で斜設されており、偏向ミラー２９に入射した
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は偏向ミラー２９の反射面で
反射されて＋Ｙ方向に射出され、第２対物レンズ３０に
入射して光軸ＡＸ２に平行な光束にされる。第２対物レ
ンズ３０から射出された照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、
次にセンサ本体部１１ａのケーシング１２の下部の側面
に設けられた窓１２ａを通過して、指標対物部１１ｂの
ケーシング１３の側面に設けられた窓１３ａを介して指
標対物部１１ｂ内に配置された透明なガラス板からなる
指標板３２に入射する。指標板３２は後続の第１対物レ
ンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に配置されており、その指標
板３２の中央部を通る光軸ＡＸ２の近傍には、フレネル
ゾーンプレート状のピッチＰH の位相型回折格子パター
ンからなるＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙが形成されて
おり、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、指標板３２上の光
軸ＡＸ２から離れた透過領域の光軸ＡＸ２に関して対称
な２点に各々集光される。なお、後述するように指標板
３２にはＸ軸用のピッチＰH の位相型回折格子パターン
からなる偏心指標マーク３１Ｘも形成されている。
【００２７】指標板３２を透過した照明光ＹＬＢ１，Ｙ
ＬＢ２は、第１対物レンズ３３により平行光束となって
落射プリズム３４に入射し、落射プリズム３４の反射面
で下方に偏向されて、落射プリズム３４のウエハ２に対
向する平面（以下、「ＲＧ平面」という）３５のＹ方向
の２箇所に配置された一定のピッチを有する明暗パター
ンからなる回折格子状の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
をそれぞれ照射する。なお、ＲＧ平面３５上にはＸ軸用
の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２（図５（ｄ）参照）も
形成されている。これら参照用マーク３５Ｙ１，３５Ｙ
２により各々透過回折される照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
のうち、０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0は、ＲＧ平面３
５の直下に設けられたケーシング１３の窓３６を透過し
て、第１対物レンズ３３の焦平面と合致するウエハ２の
表面上のウエハマーク３８Ｙへ互いに光軸ＡＸ２に関し
て対称な角度で入射する。これらの０次回折光ＬＢ
１0 ，ＬＢ２0 のウエハマーク３８Ｙ上での照射領域は
視野絞り２１により規定されている。また、視野絞り２
８の開口のウエハ２上での共役像はその照射領域よりも
やや大きめに設定されている。また、参照用マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG はウエハマーク
３８ＹのピッチＰW と同程度に設定されている。
ＬＢ２は、第１対物レンズ３３により平行光束となって
落射プリズム３４に入射し、落射プリズム３４の反射面
で下方に偏向されて、落射プリズム３４のウエハ２に対
向する平面（以下、「ＲＧ平面」という）３５のＹ方向
の２箇所に配置された一定のピッチを有する明暗パター
ンからなる回折格子状の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
をそれぞれ照射する。なお、ＲＧ平面３５上にはＸ軸用
の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２（図５（ｄ）参照）も
形成されている。これら参照用マーク３５Ｙ１，３５Ｙ
２により各々透過回折される照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
のうち、０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0は、ＲＧ平面３
５の直下に設けられたケーシング１３の窓３６を透過し
て、第１対物レンズ３３の焦平面と合致するウエハ２の
表面上のウエハマーク３８Ｙへ互いに光軸ＡＸ２に関し
て対称な角度で入射する。これらの０次回折光ＬＢ
１0 ，ＬＢ２0 のウエハマーク３８Ｙ上での照射領域は
視野絞り２１により規定されている。また、視野絞り２
８の開口のウエハ２上での共役像はその照射領域よりも
やや大きめに設定されている。また、参照用マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG はウエハマーク
３８ＹのピッチＰW と同程度に設定されている。
【００２８】ウエハマーク３８Ｙからは０次回折光ＬＢ
１0 ，ＬＢ２0 による回折光よりなるウエハマーク検出
光が発生する。ウエハマーク検出光は、再び指標対物部
１１ｂを通ってセンサ本体部１１ａの部分反射型の偏向
ミラー２９に入射し、偏向ミラー２９の反射部で反射さ
れ、１／４波長板２７を経てＳ偏光となって偏光ビーム
スプリッター２４で反射された後、Ｙ軸用の光電変換素
子４３Ｙ上に入射する。また、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ
２の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２による回折光の内
で、第１対物レンズ３３側に発生する１対の１次回折光
よりなる参照マーク検出光は、指標対物部１１ｂを通っ
てセンサ本体部１１ａの偏向ミラー２９に入射し、偏向
ミラー２９に設けられた透過部２９ａを透過してＹ軸用
の光電変換素子４２Ｙの受光面に入射する。なお、Ｘ方
向の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２からの参照マーク検
出光も同様に偏向ミラー２９の不図示の透過部を透過し
てＸ軸用の光電変換素子４２Ｘの受光面に入射する。ま
た、図６に示すようにＸ方向の照明光ＸＬＢ１，ＸＬＢ
２をウエハマーク３８Ｘに照射して得られる、例えば±
１次のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 をＸ軸用の光電変
換素子４３Ｘにて検出する。
１0 ，ＬＢ２0 による回折光よりなるウエハマーク検出
光が発生する。ウエハマーク検出光は、再び指標対物部
１１ｂを通ってセンサ本体部１１ａの部分反射型の偏向
ミラー２９に入射し、偏向ミラー２９の反射部で反射さ
れ、１／４波長板２７を経てＳ偏光となって偏光ビーム
スプリッター２４で反射された後、Ｙ軸用の光電変換素
子４３Ｙ上に入射する。また、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ
２の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２による回折光の内
で、第１対物レンズ３３側に発生する１対の１次回折光
よりなる参照マーク検出光は、指標対物部１１ｂを通っ
てセンサ本体部１１ａの偏向ミラー２９に入射し、偏向
ミラー２９に設けられた透過部２９ａを透過してＹ軸用
の光電変換素子４２Ｙの受光面に入射する。なお、Ｘ方
向の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２からの参照マーク検
出光も同様に偏向ミラー２９の不図示の透過部を透過し
てＸ軸用の光電変換素子４２Ｘの受光面に入射する。ま
た、図６に示すようにＸ方向の照明光ＸＬＢ１，ＸＬＢ
２をウエハマーク３８Ｘに照射して得られる、例えば±
１次のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 をＸ軸用の光電変
換素子４３Ｘにて検出する。
【００２９】この場合、落射プリズム３４のＲＧ平面３
５の位置から分かるように、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２により透過回折されて
生じる０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0 以外の高次回折光
の回折角が大きいこと、及び参照マーク３５Ｙ１，３５
Ｙ２とウエハ２の表面との間の間隔が適度に設定されて
いることにより、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の透過の高
次回折光がウエハ２を照射する位置は視野絞り２８の開
口のウエハ２上の共役像から遥かに外れた地点となる。
従って、これらの透過の高次回折光がウエハ２上で反射
回折されて、ウエハ２と共役な位置にある視野絞り２８
まで戻っても、視野絞り２８の開口部を通過することが
できずに遮光されるので、光電変換素子４３Ｙまで到達
しない。また、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の参照マーク
３５Ｙ１，３５Ｙ２により反射されて回折される全ての
光束も、ウエハ２上での見かけの射出位置がウエハ２上
の視野絞り２８の共役像から遥かに外れているので、透
過回折光と同様に光電変換素子４３Ｙに到達せず、これ
もまた迷光とはならない。なお、視野絞り２８に照射領
域の限定と迷光防止との両機能を持たせることができ、
その場合には視野絞り２１を設けなくてもよい。
５の位置から分かるように、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２により透過回折されて
生じる０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0 以外の高次回折光
の回折角が大きいこと、及び参照マーク３５Ｙ１，３５
Ｙ２とウエハ２の表面との間の間隔が適度に設定されて
いることにより、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の透過の高
次回折光がウエハ２を照射する位置は視野絞り２８の開
口のウエハ２上の共役像から遥かに外れた地点となる。
従って、これらの透過の高次回折光がウエハ２上で反射
回折されて、ウエハ２と共役な位置にある視野絞り２８
まで戻っても、視野絞り２８の開口部を通過することが
できずに遮光されるので、光電変換素子４３Ｙまで到達
しない。また、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の参照マーク
３５Ｙ１，３５Ｙ２により反射されて回折される全ての
光束も、ウエハ２上での見かけの射出位置がウエハ２上
の視野絞り２８の共役像から遥かに外れているので、透
過回折光と同様に光電変換素子４３Ｙに到達せず、これ
もまた迷光とはならない。なお、視野絞り２８に照射領
域の限定と迷光防止との両機能を持たせることができ、
その場合には視野絞り２１を設けなくてもよい。
【００３０】以下、図３〜図６を参照してウエハマーク
検出光及び参照マーク検出光の光路について詳しく説明
する。図３（ａ）は、図１におけるウエハマーク検出光
の光路図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）を−Ｙ方向
に見た側面図を示している。また、図４（ａ）は、図１
における参照マーク検出光の光路図を示し、図４（ｂ）
は、図４（ａ）を−Ｙ方向に見た側面図である。なお、
これらの図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図
４（ｂ）において、光路を直線化するため、図１の部分
反射型の偏向ミラー２９に代えて、反射部と透過部とが
入れ代わった偏向ミラー２９Ａを用いている。この図３
（ａ）に示すように、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２（厳密
には照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２による透過の０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0 ）
のウエハマーク３８Ｙへの計測方向の入射角はそれぞ
れ、＋θ及び−θであって、両照明光は計測方向にＺ軸
に平行な軸に関して対称となっており、計測方向（Ｙ方
向）のテレセントリック性が保証されている。また、ウ
エハマーク３８ＹのパターンのピッチＰW と入射角θと
の積（＝ＰW ・θ）が照明光の波長λにほぼ等しい。ま
た、図３（ｂ）に示すように、０次回折光ＬＢ１0 ，Ｌ
Ｂ２0 の非計測方向（Ｘ方向）のウエハマーク３８Ｙへ
の入射角α（Ｍテレ）は共に等しい。照明光ＹＬＢ１，
ＹＬＢ２の０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２ 0 はウエハマー
ク３８Ｙにより反射回折されて０次〜２次の回折光が発
生する。
検出光及び参照マーク検出光の光路について詳しく説明
する。図３（ａ）は、図１におけるウエハマーク検出光
の光路図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）を−Ｙ方向
に見た側面図を示している。また、図４（ａ）は、図１
における参照マーク検出光の光路図を示し、図４（ｂ）
は、図４（ａ）を−Ｙ方向に見た側面図である。なお、
これらの図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図
４（ｂ）において、光路を直線化するため、図１の部分
反射型の偏向ミラー２９に代えて、反射部と透過部とが
入れ代わった偏向ミラー２９Ａを用いている。この図３
（ａ）に示すように、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２（厳密
には照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２による透過の０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２0 ）
のウエハマーク３８Ｙへの計測方向の入射角はそれぞ
れ、＋θ及び−θであって、両照明光は計測方向にＺ軸
に平行な軸に関して対称となっており、計測方向（Ｙ方
向）のテレセントリック性が保証されている。また、ウ
エハマーク３８ＹのパターンのピッチＰW と入射角θと
の積（＝ＰW ・θ）が照明光の波長λにほぼ等しい。ま
た、図３（ｂ）に示すように、０次回折光ＬＢ１0 ，Ｌ
Ｂ２0 の非計測方向（Ｘ方向）のウエハマーク３８Ｙへ
の入射角α（Ｍテレ）は共に等しい。照明光ＹＬＢ１，
ＹＬＢ２の０次回折光ＬＢ１0 ，ＬＢ２ 0 はウエハマー
ク３８Ｙにより反射回折されて０次〜２次の回折光が発
生する。
【００３１】ウエハマーク３８Ｙからは、照明光ＹＬＢ
１の−１次回折光ＹＷＬＢ１-1と、照明光ＹＬＢ２の＋
１次回折光ＹＷＬＢ２+1とが、図３（ａ）及び図３
（ｂ）で示すように、ＸＺ平面に対して平行で、且つＹ
Ｚ平面に対して傾斜角αで射出され、ほぼ重なり合って
戻って行く。以下、これらの回折光ＹＷＬＢ１-1，ＹＷ
ＬＢ２+1の合成光（ヘテロダインビーム）をウエハマー
ク検出光ＹＷＬＢ1 として説明する。また、照明光ＹＬ
Ｂ１の−２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、照明光ＹＬＢ２の
０次回折光ＹＷＬＢ２0 とが重なりあって照明光ＹＬＢ
２の光路とＺ軸に平行な軸に関して対称な位置にある光
路を戻って行く。以下、これらの回折光ＹＷＬＢ１-2，
ＹＷＬＢ２0 の合成光をウエハマーク検出光ＹＷＬＢ-2
として説明する。また、照明光ＹＬＢ１の０次回折光Ｙ
ＷＬＢ１0 と照明光ＹＬＢ２の＋２次回折光ＹＷＬＢ２
+2とが重なり合って、照明光ＹＬＢ１の光路とＺ軸に平
行な軸に関して対称な位置にある光路を戻って行く。以
下、これらの回折光ＹＷＬＢ１ 0 ，ＹＷＬＢ２+2の合成
光をウエハマーク検出光ＹＷＬＢ+2として説明する。そ
して、以上のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ
-2，ＹＷＬＢ+2をまとめてＹ軸のウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬＢとして説明する。
１の−１次回折光ＹＷＬＢ１-1と、照明光ＹＬＢ２の＋
１次回折光ＹＷＬＢ２+1とが、図３（ａ）及び図３
（ｂ）で示すように、ＸＺ平面に対して平行で、且つＹ
Ｚ平面に対して傾斜角αで射出され、ほぼ重なり合って
戻って行く。以下、これらの回折光ＹＷＬＢ１-1，ＹＷ
ＬＢ２+1の合成光（ヘテロダインビーム）をウエハマー
ク検出光ＹＷＬＢ1 として説明する。また、照明光ＹＬ
Ｂ１の−２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、照明光ＹＬＢ２の
０次回折光ＹＷＬＢ２0 とが重なりあって照明光ＹＬＢ
２の光路とＺ軸に平行な軸に関して対称な位置にある光
路を戻って行く。以下、これらの回折光ＹＷＬＢ１-2，
ＹＷＬＢ２0 の合成光をウエハマーク検出光ＹＷＬＢ-2
として説明する。また、照明光ＹＬＢ１の０次回折光Ｙ
ＷＬＢ１0 と照明光ＹＬＢ２の＋２次回折光ＹＷＬＢ２
+2とが重なり合って、照明光ＹＬＢ１の光路とＺ軸に平
行な軸に関して対称な位置にある光路を戻って行く。以
下、これらの回折光ＹＷＬＢ１ 0 ，ＹＷＬＢ２+2の合成
光をウエハマーク検出光ＹＷＬＢ+2として説明する。そ
して、以上のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ
-2，ＹＷＬＢ+2をまとめてＹ軸のウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬＢとして説明する。
【００３２】これらのそれぞれ合成光である３本のウエ
ハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2は
各々周波数が少しだけ異なる２光束の合成光であるた
め、所定のビート周波数で強度変調されている。そし
て、ウエハマーク３８Ｙが計測方向（Ｙ方向）に位置ず
れすると、それらのウエハマーク検出光を光電変換して
得られるビート信号の位相も対応してずれる。ウエハマ
ーク３８Ｙの位置情報を持った３本のウエハマーク検出
光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2は、照明光ＹＬ
Ｂ１，ＹＬＢ２のＭテレの崩れのために、ＲＧ平面３５
では参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２とは光軸ＡＸ２を挟
んで入射光路と反対側の透明領域を通過する。
ハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2は
各々周波数が少しだけ異なる２光束の合成光であるた
め、所定のビート周波数で強度変調されている。そし
て、ウエハマーク３８Ｙが計測方向（Ｙ方向）に位置ず
れすると、それらのウエハマーク検出光を光電変換して
得られるビート信号の位相も対応してずれる。ウエハマ
ーク３８Ｙの位置情報を持った３本のウエハマーク検出
光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2は、照明光ＹＬ
Ｂ１，ＹＬＢ２のＭテレの崩れのために、ＲＧ平面３５
では参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２とは光軸ＡＸ２を挟
んで入射光路と反対側の透明領域を通過する。
【００３３】図５（ｂ）は、図３（ｂ）の落射プリズム
３４のＲＧ平面３５におけるＹ方向の照明光及び２つの
検出光の状態を第１対物レンズ３３側から見た配置図を
示し、この図５（ｂ）において、ＲＧ平面３５上の中心
部に近い位置に２つの参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
が、光軸ＡＸ２を通りＸ軸に平行なＸ１軸に対称に配置
されており、それらの参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に
それぞれ照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２が重なっている。な
お、図５（ｂ）及び後述の図５（ａ）は、Ｙ方向用のウ
エハマーク３８Ｙのみの位置検出を行う場合の配置を示
している。照明光ＹＬＢ１と、光軸ＡＸ２を通りＹ軸に
平行なＹ１軸に関して対称な位置を照明光ＹＬＢ１の−
２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、照明光ＹＬＢ２の０次回折
光ＹＷＬＢ２0 とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
-2が透過し、照明光ＹＬＢ２とＹ１軸に関して対称な位
置を照明光ＹＬＢ１の０次回折光ＹＷＬＢ１0 と照明光
ＹＬＢ２の＋２次回折光とが重なり合ったウエハマーク
検出光ＹＷＬＢ+2が透過している。また、ウエハマーク
検出光ＹＷＬＢ-2とウエハマーク検出光ＹＷＬＢ+2との
ほぼ中間位置、即ちＸ１軸上には、照明光ＹＬＢ１の−
１次回折光ＹＷＬＢ１ -1と、照明光ＹＬＢ２の＋１次回
折光ＹＷＬＢ２+1とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂ1 が透過している。即ち、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂ1 ，ＹＷＬＢ -2，ＹＷＬＢ+2は、ＲＧ平面３５上にお
いて照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２を結ぶ直線とＹ１軸に関
して対称な直線上の透明領域を透過する。このように、
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２のＭテレが崩れているため
に、ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1，ＹＷＬＢ-2，ＹＷ
ＬＢ+2が照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２や参照マーク３５Ｙ
１，３５Ｙ２に重なることはない。
３４のＲＧ平面３５におけるＹ方向の照明光及び２つの
検出光の状態を第１対物レンズ３３側から見た配置図を
示し、この図５（ｂ）において、ＲＧ平面３５上の中心
部に近い位置に２つの参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
が、光軸ＡＸ２を通りＸ軸に平行なＸ１軸に対称に配置
されており、それらの参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に
それぞれ照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２が重なっている。な
お、図５（ｂ）及び後述の図５（ａ）は、Ｙ方向用のウ
エハマーク３８Ｙのみの位置検出を行う場合の配置を示
している。照明光ＹＬＢ１と、光軸ＡＸ２を通りＹ軸に
平行なＹ１軸に関して対称な位置を照明光ＹＬＢ１の−
２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、照明光ＹＬＢ２の０次回折
光ＹＷＬＢ２0 とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
-2が透過し、照明光ＹＬＢ２とＹ１軸に関して対称な位
置を照明光ＹＬＢ１の０次回折光ＹＷＬＢ１0 と照明光
ＹＬＢ２の＋２次回折光とが重なり合ったウエハマーク
検出光ＹＷＬＢ+2が透過している。また、ウエハマーク
検出光ＹＷＬＢ-2とウエハマーク検出光ＹＷＬＢ+2との
ほぼ中間位置、即ちＸ１軸上には、照明光ＹＬＢ１の−
１次回折光ＹＷＬＢ１ -1と、照明光ＹＬＢ２の＋１次回
折光ＹＷＬＢ２+1とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂ1 が透過している。即ち、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂ1 ，ＹＷＬＢ -2，ＹＷＬＢ+2は、ＲＧ平面３５上にお
いて照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２を結ぶ直線とＹ１軸に関
して対称な直線上の透明領域を透過する。このように、
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２のＭテレが崩れているため
に、ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1，ＹＷＬＢ-2，ＹＷ
ＬＢ+2が照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２や参照マーク３５Ｙ
１，３５Ｙ２に重なることはない。
【００３４】図３（ａ）及び図３（ｂ）に戻り、ＲＧ平
面３５からのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ
-2，ＹＷＬＢ+2からなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
は、落射プリズム３４を経て第１対物レンズ３３に入射
する。第１対物レンズ３３により各主光線が光軸ＡＸ２
に沿って進む収束光束となったウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢは、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ面上に配置
された指標板３２に入射する。
面３５からのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ
-2，ＹＷＬＢ+2からなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
は、落射プリズム３４を経て第１対物レンズ３３に入射
する。第１対物レンズ３３により各主光線が光軸ＡＸ２
に沿って進む収束光束となったウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢは、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ面上に配置
された指標板３２に入射する。
【００３５】図５（ａ）は、Ｙ方向の照明光及び３つの
検出光の指標板３２上の状態を第２対物レンズ３０側か
ら見た図を示す。この図５（ａ）に示すように、照明光
ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、Ｘ１軸に関して対称な位置に集
光し、照明光ＹＬＢ１の集光点とＹ１軸に関して対称な
位置に−２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、０次回折光ＹＷＬ
Ｂ２0 とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ-2が集光
している。また、照明光ＹＬＢ２の集光点とＹ１軸に関
して対称な位置に０次回折光ＹＷＬＢ１0 と＋２次回折
光ＹＷＬＢ２+2とが重なり合ったウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬＢ+2が集光している。
検出光の指標板３２上の状態を第２対物レンズ３０側か
ら見た図を示す。この図５（ａ）に示すように、照明光
ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は、Ｘ１軸に関して対称な位置に集
光し、照明光ＹＬＢ１の集光点とＹ１軸に関して対称な
位置に−２次回折光ＹＷＬＢ１-2と、０次回折光ＹＷＬ
Ｂ２0 とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ-2が集光
している。また、照明光ＹＬＢ２の集光点とＹ１軸に関
して対称な位置に０次回折光ＹＷＬＢ１0 と＋２次回折
光ＹＷＬＢ２+2とが重なり合ったウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬＢ+2が集光している。
【００３６】また、ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ-2とウ
エハマーク検出光ＹＷＬＢ+2とのほぼ中間位置、即ちＸ
１軸上には、−１次回折光ＹＷＬＢ１-1と、＋１次回折
光ＹＷＬＢ２+1とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 が集光している。即ち、ＲＧ面３５上と同様に、ウエ
ハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ
+2は、指標板３２上において照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
を結ぶ直線とＹ１軸に関して対称な直線上の透明領域を
透過する。また、指標板３２のほぼ中央の光軸ＡＸ２上
に偏心指標マーク３１Ｙが形成されている。偏心指標マ
ーク３１Ｙ上には、後で詳しく説明するＲＧ平面３５上
の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの±１次回折光で
ある参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２が重なっ
て集光している。なお、矢印の方向は偏心指標マーク３
１Ｙによる光束の回折方向を示す。
エハマーク検出光ＹＷＬＢ+2とのほぼ中間位置、即ちＸ
１軸上には、−１次回折光ＹＷＬＢ１-1と、＋１次回折
光ＹＷＬＢ２+1とからなるウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 が集光している。即ち、ＲＧ面３５上と同様に、ウエ
ハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ
+2は、指標板３２上において照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
を結ぶ直線とＹ１軸に関して対称な直線上の透明領域を
透過する。また、指標板３２のほぼ中央の光軸ＡＸ２上
に偏心指標マーク３１Ｙが形成されている。偏心指標マ
ーク３１Ｙ上には、後で詳しく説明するＲＧ平面３５上
の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの±１次回折光で
ある参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２が重なっ
て集光している。なお、矢印の方向は偏心指標マーク３
１Ｙによる光束の回折方向を示す。
【００３７】以上のように、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
のＭテレが崩れているため、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂは光路を戻ってくる途中で参照マーク３５Ｙ１，３５
Ｙ２や偏心指標マーク３１Ｙによってけられることがな
い。図３（ａ）及び図３（ｂ）に戻り、指標板３２を透
過したウエハマーク検出光ＹＷＬＢは第２対物レンズ３
０を経て部分反射型の偏向ミラー２９Ａの透過部分を透
過して（図１では、偏向ミラー２９の反射部分で反射さ
れ）、ウエハ２上の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の照射位
置と共役な位置にある視野絞り２８の開口部にて交差す
る。視野絞り２８をけられることなく通過したウエハマ
ーク検出光ＹＷＬＢは１／４波長板２７を通過する際に
円偏光から直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、コンデンサ
レンズ２６の作用で収束光束になって、コンデンサレン
ズ２６の入射瞳面２５上に指標板３２上での３集光点の
像を形成する。入射瞳面２５上のそれら３集光点の像か
ら発散したＳ偏光のウエハマーク検出光ＹＷＬＢは、偏
光ビームスプリッタ２４にて反射偏向された後、リレー
レンズ３９（入射瞳面２５のリレーレンズ）にて集光さ
れて、ウエハマーク検出用の光電変換素子４３Ｙの受光
面に再度先の３集光点の像を形成する。このＹ軸用の光
電変換素子４３Ｙは３つのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2の３集光点の像の各々に対
応して、専用の独立のフォトダイオード等の光電変換部
を有しており、各ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷ
ＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2を光電変換して得られる３つの数十
ｋＨｚのウエハビート信号を出力し、図１の中央制御系
６に供給する。なお、Ｘ軸用の光電変換素子４３Ｘにも
Ｘ軸の３つのウエハマーク検出光を独立に受光する３つ
の光電変換部が設けられている。
のＭテレが崩れているため、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
Ｂは光路を戻ってくる途中で参照マーク３５Ｙ１，３５
Ｙ２や偏心指標マーク３１Ｙによってけられることがな
い。図３（ａ）及び図３（ｂ）に戻り、指標板３２を透
過したウエハマーク検出光ＹＷＬＢは第２対物レンズ３
０を経て部分反射型の偏向ミラー２９Ａの透過部分を透
過して（図１では、偏向ミラー２９の反射部分で反射さ
れ）、ウエハ２上の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の照射位
置と共役な位置にある視野絞り２８の開口部にて交差す
る。視野絞り２８をけられることなく通過したウエハマ
ーク検出光ＹＷＬＢは１／４波長板２７を通過する際に
円偏光から直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、コンデンサ
レンズ２６の作用で収束光束になって、コンデンサレン
ズ２６の入射瞳面２５上に指標板３２上での３集光点の
像を形成する。入射瞳面２５上のそれら３集光点の像か
ら発散したＳ偏光のウエハマーク検出光ＹＷＬＢは、偏
光ビームスプリッタ２４にて反射偏向された後、リレー
レンズ３９（入射瞳面２５のリレーレンズ）にて集光さ
れて、ウエハマーク検出用の光電変換素子４３Ｙの受光
面に再度先の３集光点の像を形成する。このＹ軸用の光
電変換素子４３Ｙは３つのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2の３集光点の像の各々に対
応して、専用の独立のフォトダイオード等の光電変換部
を有しており、各ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷ
ＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2を光電変換して得られる３つの数十
ｋＨｚのウエハビート信号を出力し、図１の中央制御系
６に供給する。なお、Ｘ軸用の光電変換素子４３Ｘにも
Ｘ軸の３つのウエハマーク検出光を独立に受光する３つ
の光電変換部が設けられている。
【００３８】一方、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２がＲＧ平面３５上の参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射されることにより発
生する反射回折光のうち、照明光ＹＬＢ１の＋１次の反
射回折光である参照マーク検出光ＹＲＬＢ１、及び照明
光ＹＬＢ２の−１次の反射回折光である参照マーク検出
光ＹＲＬＢ２は共に光軸ＡＸ２に沿ってほぼ平行に戻っ
て行く。本例では、これらの参照マーク検出光ＹＲＬＢ
１，ＹＲＬＢ２を合わせて合成前の参照マーク検出光Ｙ
ＬＭと呼ぶ。参照マーク検出光ＹＬＭは落射プリズム３
４を経て、第１対物レンズ３３に入射する。第１対物レ
ンズ３３の作用で各光束は収束光束となって、図５
（ａ）に示すように、入射瞳面ＩＰ上に置かれた指標板
３２面内の偏心指標マーク３１Ｙ上に互いに異なる角度
で集光する。指標板３２上の参照マーク検出光ＹＬＭの
集光位置の制御に関しては、ＲＧ平面３５上での参照マ
ーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG 、及び
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチ方向
を適当に設定することで、指標板３２上の参照マーク検
出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２の各々の集光点の位置を光
軸ＡＸ２方向及び光軸ＡＸ２に垂直な面内で個別に制御
することが可能である。
うに、照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２がＲＧ平面３５上の参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射されることにより発
生する反射回折光のうち、照明光ＹＬＢ１の＋１次の反
射回折光である参照マーク検出光ＹＲＬＢ１、及び照明
光ＹＬＢ２の−１次の反射回折光である参照マーク検出
光ＹＲＬＢ２は共に光軸ＡＸ２に沿ってほぼ平行に戻っ
て行く。本例では、これらの参照マーク検出光ＹＲＬＢ
１，ＹＲＬＢ２を合わせて合成前の参照マーク検出光Ｙ
ＬＭと呼ぶ。参照マーク検出光ＹＬＭは落射プリズム３
４を経て、第１対物レンズ３３に入射する。第１対物レ
ンズ３３の作用で各光束は収束光束となって、図５
（ａ）に示すように、入射瞳面ＩＰ上に置かれた指標板
３２面内の偏心指標マーク３１Ｙ上に互いに異なる角度
で集光する。指標板３２上の参照マーク検出光ＹＬＭの
集光位置の制御に関しては、ＲＧ平面３５上での参照マ
ーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG 、及び
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチ方向
を適当に設定することで、指標板３２上の参照マーク検
出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２の各々の集光点の位置を光
軸ＡＸ２方向及び光軸ＡＸ２に垂直な面内で個別に制御
することが可能である。
【００３９】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２がウエハマーク３８Ｙを照射
する際に有する計測方向の入射角θとＭテレの崩れによ
る傾斜角αとを考慮して、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ
２のパターンのピッチＰG はウエハマーク３８Ｙのパタ
ーンのピッチＰW より少し短めに設定してある。また各
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチ方向
を各パターン中心と光軸ＡＸ２とを結ぶ線上に沿ったも
のとしている（図５（ｂ）参照）。こうすることで、図
４（ａ）及び図４（ｂ）で示すように、照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射さ
れることで反射回折されて生じる合成前の参照マーク検
出光ＹＬＭの２光束が光軸ＡＸ２にほぼ平行に戻ってい
く。従って、入射瞳面ＩＰ上のほぼ光軸ＡＸ２上の１点
にこの２光束が重ねて集光されることになる。
照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２がウエハマーク３８Ｙを照射
する際に有する計測方向の入射角θとＭテレの崩れによ
る傾斜角αとを考慮して、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ
２のパターンのピッチＰG はウエハマーク３８Ｙのパタ
ーンのピッチＰW より少し短めに設定してある。また各
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチ方向
を各パターン中心と光軸ＡＸ２とを結ぶ線上に沿ったも
のとしている（図５（ｂ）参照）。こうすることで、図
４（ａ）及び図４（ｂ）で示すように、照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に照射さ
れることで反射回折されて生じる合成前の参照マーク検
出光ＹＬＭの２光束が光軸ＡＸ２にほぼ平行に戻ってい
く。従って、入射瞳面ＩＰ上のほぼ光軸ＡＸ２上の１点
にこの２光束が重ねて集光されることになる。
【００４０】なお、上述のように２光束が集光される位
置は必ずしも入射瞳面ＩＰ上にある必要はない。これ
は、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰが第１対物レン
ズ３３内部にある場合には指標板３２を第１対物レンズ
３３内に置かなければならず、偏心指標マーク３１Ｙと
合成前の参照マーク検出光ＹＬＭとの位置合わせのため
に、指標板３２のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の位置や
光軸ＡＸ２回りの回転角を微調整することが困難になる
からである。実際的な光学系を構成するためには、参照
マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のピッチを更に短めに設定す
ることで、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの反射回
折光である参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２の
光軸ＡＸ２に対する傾斜角をそれぞれ大きくすることが
でき、合成前の参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ
２が重ねて集光される位置を第１対物レンズ３３の内部
から光電変換素子４２Ｙ側の瞳空間（入射瞳面ＩＰのあ
る空間）に出すことが可能となる。この位置に指標板３
２を設けることで指標板３２の位置の微調整が容易とな
る。
置は必ずしも入射瞳面ＩＰ上にある必要はない。これ
は、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰが第１対物レン
ズ３３内部にある場合には指標板３２を第１対物レンズ
３３内に置かなければならず、偏心指標マーク３１Ｙと
合成前の参照マーク検出光ＹＬＭとの位置合わせのため
に、指標板３２のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の位置や
光軸ＡＸ２回りの回転角を微調整することが困難になる
からである。実際的な光学系を構成するためには、参照
マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のピッチを更に短めに設定す
ることで、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの反射回
折光である参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２の
光軸ＡＸ２に対する傾斜角をそれぞれ大きくすることが
でき、合成前の参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ
２が重ねて集光される位置を第１対物レンズ３３の内部
から光電変換素子４２Ｙ側の瞳空間（入射瞳面ＩＰのあ
る空間）に出すことが可能となる。この位置に指標板３
２を設けることで指標板３２の位置の微調整が容易とな
る。
【００４１】なお、実際には指標板３２及びＲＧ平面３
５上にはＹ軸用のウエハマーク３８Ｙだけでなく、Ｘ軸
用のウエハマーク３８Ｘの検出に使用される指標マーク
及び参照マークが設けられており、実際のパターン配置
は図５（ａ）及び図５（ｂ）の状態と少し異なるのでそ
れを含めて説明する。図５（ｃ）は、実際のＸ方向及び
Ｙ方向のそれぞれ２つの検出光の指標板３２上での状態
を第２対物レンズ３０側から見た配置図を示し、図５
（ｄ）は、実際のＸ方向及びＹ方向のそれぞれ２つの検
出光の落射プリズム３４のＲＧ平面３５上での状態を第
１対物レンズ３３側から見た配置図を示す。図５（ｃ）
に示すように、指標板３２の光軸ＡＸ２から−Ｘ方向に
僅かに偏心した位置にＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙが
形成されており、そのＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙか
ら光軸ＡＸ２を中心にして時計回りに９０°回転した位
置に、Ｘ方向に所定ピッチのフレネルゾーンプレート状
のＸ軸用の偏心指標マーク３１Ｘが形成されている。こ
のＸ軸用の偏心指標マーク３１ＸはＹ軸用の偏心指標マ
ーク３１Ｙと比べて、９０°回転されている外は殆ど同
様の格子状マークであり、Ｙ軸用の偏心指標マーク３１
Ｙと同様にＸ軸用の参照マーク検出光を矢印方向に回折
するように構成されている。また、同様にＸ軸用の照明
光ＸＬＢ１，ＸＬＢ２は、Ｙ軸用の照明光ＹＬＢ１，Ｙ
ＬＢ２に対して光軸ＡＸ２を中心にして時計回りに９０
°回転した位置にそれぞれ集光している。そして、Ｙ軸
用のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷ
ＬＢ+2にそれぞれ対応するＸ軸用のウエハマーク検出光
ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬＢ-2，ＸＷＬＢ+2も、同様に光軸Ａ
Ｘ２を中心にしてそれらのＹ軸用のウエハマーク検出光
を時計回りに９０°回転した位置に集光している。
５上にはＹ軸用のウエハマーク３８Ｙだけでなく、Ｘ軸
用のウエハマーク３８Ｘの検出に使用される指標マーク
及び参照マークが設けられており、実際のパターン配置
は図５（ａ）及び図５（ｂ）の状態と少し異なるのでそ
れを含めて説明する。図５（ｃ）は、実際のＸ方向及び
Ｙ方向のそれぞれ２つの検出光の指標板３２上での状態
を第２対物レンズ３０側から見た配置図を示し、図５
（ｄ）は、実際のＸ方向及びＹ方向のそれぞれ２つの検
出光の落射プリズム３４のＲＧ平面３５上での状態を第
１対物レンズ３３側から見た配置図を示す。図５（ｃ）
に示すように、指標板３２の光軸ＡＸ２から−Ｘ方向に
僅かに偏心した位置にＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙが
形成されており、そのＹ軸用の偏心指標マーク３１Ｙか
ら光軸ＡＸ２を中心にして時計回りに９０°回転した位
置に、Ｘ方向に所定ピッチのフレネルゾーンプレート状
のＸ軸用の偏心指標マーク３１Ｘが形成されている。こ
のＸ軸用の偏心指標マーク３１ＸはＹ軸用の偏心指標マ
ーク３１Ｙと比べて、９０°回転されている外は殆ど同
様の格子状マークであり、Ｙ軸用の偏心指標マーク３１
Ｙと同様にＸ軸用の参照マーク検出光を矢印方向に回折
するように構成されている。また、同様にＸ軸用の照明
光ＸＬＢ１，ＸＬＢ２は、Ｙ軸用の照明光ＹＬＢ１，Ｙ
ＬＢ２に対して光軸ＡＸ２を中心にして時計回りに９０
°回転した位置にそれぞれ集光している。そして、Ｙ軸
用のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷ
ＬＢ+2にそれぞれ対応するＸ軸用のウエハマーク検出光
ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬＢ-2，ＸＷＬＢ+2も、同様に光軸Ａ
Ｘ２を中心にしてそれらのＹ軸用のウエハマーク検出光
を時計回りに９０°回転した位置に集光している。
【００４２】また、図５（ｄ）に示すように、ＲＧ平面
３５上にはＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対
して光軸ＡＸ２を中心として９０°回転した位置にＸ軸
用の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２が設けられている。
Ｘ軸用の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２は、Ｙ軸用の参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２と比べて、９０°回転され
ている外は殆ど同様の格子状マークである。また、同様
にＸ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬ
Ｂ-2，ＸＷＬＢ+2が、Ｙ軸用のウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2に対して時計回りに９
０°回転した位置に集光している。
３５上にはＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対
して光軸ＡＸ２を中心として９０°回転した位置にＸ軸
用の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２が設けられている。
Ｘ軸用の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２は、Ｙ軸用の参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２と比べて、９０°回転され
ている外は殆ど同様の格子状マークである。また、同様
にＸ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬ
Ｂ-2，ＸＷＬＢ+2が、Ｙ軸用のウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢ1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2に対して時計回りに９
０°回転した位置に集光している。
【００４３】この場合、ＲＧ平面３５上の４個の参照マ
ーク３５Ｙ１，３５Ｙ２，３５Ｘ１，３５Ｘ２のパター
ンのピッチ方向は各パターン中心と光軸ＡＸ２とを結ぶ
直線から外れており、Ｘ１軸及びＹ１軸とそれらのピッ
チ方向とがなす角度が図５（ｂ）の場合より小さくなる
ように設定されている。このように設定することで、図
５（ｃ）に示すように、合成前のＹ軸用の参照マーク検
出光ＹＬＭ、及びＸ軸用の参照マーク検出光ＸＬＭの指
標板３２上での各集光点が光軸ＡＸ２から外れるので、
偏心指標マーク３１Ｙ，３１Ｘをそれぞれ相互干渉する
ことなく配置することが可能となる。図５（ｂ）で示す
ように、参照マーク検出光ＹＬＭの集光点に位置する偏
心指標マーク３１Ｙに正の屈折力を持たせ、この偏心指
標マーク３１Ｙの屈折力と偏心量とを適当に設定するこ
とで、図４（ａ）に示すように、参照マーク検出光ＹＬ
Ｍの偏心指標マーク３１Ｙによる２つの透過回折光がほ
ぼ同一光路を重なって進行する２光束となるように制御
することが可能である。それら２光束を合成した光束を
参照マーク検出光ＹＬＧと呼ぶ。同様に、Ｘ軸用の参照
マーク検出光ＸＬＭを偏心指標マーク３１Ｘによって重
ねて得られる光束を参照マーク検出光ＸＬＧと呼ぶ。
ーク３５Ｙ１，３５Ｙ２，３５Ｘ１，３５Ｘ２のパター
ンのピッチ方向は各パターン中心と光軸ＡＸ２とを結ぶ
直線から外れており、Ｘ１軸及びＹ１軸とそれらのピッ
チ方向とがなす角度が図５（ｂ）の場合より小さくなる
ように設定されている。このように設定することで、図
５（ｃ）に示すように、合成前のＹ軸用の参照マーク検
出光ＹＬＭ、及びＸ軸用の参照マーク検出光ＸＬＭの指
標板３２上での各集光点が光軸ＡＸ２から外れるので、
偏心指標マーク３１Ｙ，３１Ｘをそれぞれ相互干渉する
ことなく配置することが可能となる。図５（ｂ）で示す
ように、参照マーク検出光ＹＬＭの集光点に位置する偏
心指標マーク３１Ｙに正の屈折力を持たせ、この偏心指
標マーク３１Ｙの屈折力と偏心量とを適当に設定するこ
とで、図４（ａ）に示すように、参照マーク検出光ＹＬ
Ｍの偏心指標マーク３１Ｙによる２つの透過回折光がほ
ぼ同一光路を重なって進行する２光束となるように制御
することが可能である。それら２光束を合成した光束を
参照マーク検出光ＹＬＧと呼ぶ。同様に、Ｘ軸用の参照
マーク検出光ＸＬＭを偏心指標マーク３１Ｘによって重
ねて得られる光束を参照マーク検出光ＸＬＧと呼ぶ。
【００４４】簡単のため、ＲＧ平面３５とウエハ２の表
面との間隔が第１対物レンズ３３の焦点距離ｆの１／２
であるとする。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよう
に、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２から光軸ＡＸ２に沿
って進む参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２が第
１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に置かれた指標板３
２の光軸ＡＸ２の近傍の偏心指標マーク３１Ｙに入射す
る場合、偏心指標マーク３１Ｙ上での合成前の参照マー
ク検出光ＹＬＭと光軸ＡＸ２とのなす角度βは、ＲＧ平
面３５とウエハ２の表面との間隔が第１対物レンズ３３
の焦点距離ｆの１／２であるという条件から、照明光Ｙ
ＬＢ１又はＹＬＢ２のウエハ２上への入射角θ（図３
（ａ）参照）の１／２になる。従って、次式が成立す
る。
面との間隔が第１対物レンズ３３の焦点距離ｆの１／２
であるとする。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよう
に、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２から光軸ＡＸ２に沿
って進む参照マーク検出光ＹＲＬＢ１，ＹＲＬＢ２が第
１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に置かれた指標板３
２の光軸ＡＸ２の近傍の偏心指標マーク３１Ｙに入射す
る場合、偏心指標マーク３１Ｙ上での合成前の参照マー
ク検出光ＹＬＭと光軸ＡＸ２とのなす角度βは、ＲＧ平
面３５とウエハ２の表面との間隔が第１対物レンズ３３
の焦点距離ｆの１／２であるという条件から、照明光Ｙ
ＬＢ１又はＹＬＢ２のウエハ２上への入射角θ（図３
（ａ）参照）の１／２になる。従って、次式が成立す
る。
【００４５】 β＝θ／２＝λ／（２ＰG ） （１） 但し、λは照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の波長、ＰG はＹ
軸用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッ
チである。一方、偏心指標マーク３１Ｙの偏心量をＤ、
焦点距離をＦとすると、次式が成立する。
軸用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッ
チである。一方、偏心指標マーク３１Ｙの偏心量をＤ、
焦点距離をＦとすると、次式が成立する。
【００４６】 Ｄ／Ｆ＝２β＝λ／ＰG （２） 偏心指標マーク３１Ｙを構成するフレネルゾーンプレー
ト状の全体のパターンの中心から偏心指標マーク３１Ｙ
上の参照マーク検出光ＹＬＭの照射点までの円弧状パタ
ーンの数、及びその照射点での円弧状パターンの半径を
それぞれｎ（ｎ＝１，２，３，…）及びＲｎとすると、
半径Ｒｎは次式により計算される。
ト状の全体のパターンの中心から偏心指標マーク３１Ｙ
上の参照マーク検出光ＹＬＭの照射点までの円弧状パタ
ーンの数、及びその照射点での円弧状パターンの半径を
それぞれｎ（ｎ＝１，２，３，…）及びＲｎとすると、
半径Ｒｎは次式により計算される。
【００４７】 Ｒｎ＝｛（２ｎ−１）λＦ｝1/2 （３） ここで、偏心量Ｄは半径Ｒｎと等しい、即ち、Ｄ＝Ｒｎ
であるため、この関係と、上記２つの式とより次式が成
立する。 （λ・Ｆ）／ＰG ＝｛（２ｎ−１）λＦ｝1/2 （４） また、全体の指標マークのパターンのｎ番目の円弧状パ
ターンの間隔、即ち偏心指標マーク３１Ｙのパターン間
隔をΔＲｎとすれば、次式が成立する。
であるため、この関係と、上記２つの式とより次式が成
立する。 （λ・Ｆ）／ＰG ＝｛（２ｎ−１）λＦ｝1/2 （４） また、全体の指標マークのパターンのｎ番目の円弧状パ
ターンの間隔、即ち偏心指標マーク３１Ｙのパターン間
隔をΔＲｎとすれば、次式が成立する。
【００４８】 ΔＲｎ＝｛λＦ／（２ｎ−１）｝1/2 ／２＝ＰG ／２ （５） 従って、偏心指標マーク３１ＹのパターンのピッチＰH
は次式により表される。 ＰH ＝２ΔＲｎ＝ＰG （６） 即ち、偏心指標マーク３１ＹのパターンのピッチＰH は
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG
と等しく、焦点距離Ｆや偏心指標マーク３１Ｙの偏心量
Ｄに関係しない。以上の説明で明らかなように、偏心指
標マーク３１Ｙの焦点距離Ｆとその偏心量Ｄとは任意に
設定可能であるが、偏心指標マーク３１Ｙのパターンの
ピッチＰH はほぼ参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパタ
ーンのピッチＰG と一致させることが必要である。これ
は合成後の参照マーク検出光ＹＬＧがほぼ同一光路を重
なって進行する２光束となるための必要条件である。
は次式により表される。 ＰH ＝２ΔＲｎ＝ＰG （６） 即ち、偏心指標マーク３１ＹのパターンのピッチＰH は
参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパターンのピッチＰG
と等しく、焦点距離Ｆや偏心指標マーク３１Ｙの偏心量
Ｄに関係しない。以上の説明で明らかなように、偏心指
標マーク３１Ｙの焦点距離Ｆとその偏心量Ｄとは任意に
設定可能であるが、偏心指標マーク３１Ｙのパターンの
ピッチＰH はほぼ参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２のパタ
ーンのピッチＰG と一致させることが必要である。これ
は合成後の参照マーク検出光ＹＬＧがほぼ同一光路を重
なって進行する２光束となるための必要条件である。
【００４９】なお、偏心指標マーク３１Ｙの代わりにピ
ッチＰG の明暗格子であっても、合成後の参照マーク検
出光ＹＬＧをほぼ同一光路を重なって進行する２光束と
することは可能である。しかし、そのままでは参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２がウエハ２の表面からデフォーカ
スしていることに伴う、参照マーク用の光電変換素子４
２Ｙでの参照マーク検出光ＹＬＧによる参照マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２の像のぼけを補正する必要があり、光電
変換素子４２Ｙを相当の間隔だけ部分反射型の偏向ミラ
ー２９から離す必要がある。これではセンサ光学系の不
安定性を招いてウエハマーク３８Ｙの位置の検出精度を
悪化させることになる。そのため、明暗格子の回折作用
と、入射瞳面ＩＰにてフィールドレンズの作用とを併せ
持つ偏心指標マーク３１Ｙを用いることがウエハマーク
３８Ｙの検出精度の確保のために望ましい。偏心指標マ
ーク３１Ｙの代わりに、明暗格子とそれに重ねて置いた
正の屈折力を有する微少レンズとを組み合わせても同様
の効果が得られる。
ッチＰG の明暗格子であっても、合成後の参照マーク検
出光ＹＬＧをほぼ同一光路を重なって進行する２光束と
することは可能である。しかし、そのままでは参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２がウエハ２の表面からデフォーカ
スしていることに伴う、参照マーク用の光電変換素子４
２Ｙでの参照マーク検出光ＹＬＧによる参照マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２の像のぼけを補正する必要があり、光電
変換素子４２Ｙを相当の間隔だけ部分反射型の偏向ミラ
ー２９から離す必要がある。これではセンサ光学系の不
安定性を招いてウエハマーク３８Ｙの位置の検出精度を
悪化させることになる。そのため、明暗格子の回折作用
と、入射瞳面ＩＰにてフィールドレンズの作用とを併せ
持つ偏心指標マーク３１Ｙを用いることがウエハマーク
３８Ｙの検出精度の確保のために望ましい。偏心指標マ
ーク３１Ｙの代わりに、明暗格子とそれに重ねて置いた
正の屈折力を有する微少レンズとを組み合わせても同様
の効果が得られる。
【００５０】以上のような構成により、図４（ａ）及び
図４（ｂ）に示すように、互いに周波数が少しだけ異な
る参照マーク検出光ＹＲＬＢ１の偏心指標マーク３１Ｙ
による０次の透過回折光ＹＲＬＢ１0 と、参照マーク検
出光ＹＲＬＢ２の偏心指標マーク３１Ｙによる−１次の
透過回折光ＹＲＬＢ２-1とが重なり合って進行する合成
後の参照マーク検出光ＹＬＧが得られる。この合成後の
参照マーク検出光ＹＬＧもまたウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢと同様の数十ｋＨｚのビート信号成分を有してお
り、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に入射する照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２の位置がずれるとそれに応じて参照マ
ーク検出光ＹＬＧのビート信号成分の位相もずれる。参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２の位置情報を持った参照マ
ーク検出光ＹＬＧは指標板３２を射出後、第２対物レン
ズ３０を経て再び平行光束に変換され、部分反射型の偏
向ミラー２９Ａの反射部分で偏向された後（但し、図１
では部分反射型の偏向ミラー２９の透過部２９ａを透過
する）、部分反射型の偏向ミラー２９Ａの直後に置かれ
たフォトダイオード等の光電変換素子４２Ｙにより受光
される。この光電変換素子４２Ｙの受光面は参照マーク
３５Ｙ１とほぼ共役な位置にあり、光電変換素子４２Ｙ
の受光面での参照マーク検出光ＹＬＧの光量分布は、参
照マーク検出光ＹＬＧを構成する２つの回折光ＹＲＬＢ
１-1，ＹＲＬＢ２0 がほぼ重なり合っていて相互の角度
ずれが殆どないので、光電変換素子４２Ｙは参照マーク
検出光ＹＬＧのビート信号成分をコントラストよく光電
検出することが可能である。光電変換素子４２Ｙで参照
マーク検出光ＹＬＧを光電変換して得られる参照ビート
信号は、図１の中央制御系６に供給される。また、図１
に示すように、Ｘ軸用の参照マーク検出光ＸＬＧは、偏
向ミラー２９の透過部を介して光電変換素子４２Ｘに入
射する。
図４（ｂ）に示すように、互いに周波数が少しだけ異な
る参照マーク検出光ＹＲＬＢ１の偏心指標マーク３１Ｙ
による０次の透過回折光ＹＲＬＢ１0 と、参照マーク検
出光ＹＲＬＢ２の偏心指標マーク３１Ｙによる−１次の
透過回折光ＹＲＬＢ２-1とが重なり合って進行する合成
後の参照マーク検出光ＹＬＧが得られる。この合成後の
参照マーク検出光ＹＬＧもまたウエハマーク検出光ＹＷ
ＬＢと同様の数十ｋＨｚのビート信号成分を有してお
り、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に入射する照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２の位置がずれるとそれに応じて参照マ
ーク検出光ＹＬＧのビート信号成分の位相もずれる。参
照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２の位置情報を持った参照マ
ーク検出光ＹＬＧは指標板３２を射出後、第２対物レン
ズ３０を経て再び平行光束に変換され、部分反射型の偏
向ミラー２９Ａの反射部分で偏向された後（但し、図１
では部分反射型の偏向ミラー２９の透過部２９ａを透過
する）、部分反射型の偏向ミラー２９Ａの直後に置かれ
たフォトダイオード等の光電変換素子４２Ｙにより受光
される。この光電変換素子４２Ｙの受光面は参照マーク
３５Ｙ１とほぼ共役な位置にあり、光電変換素子４２Ｙ
の受光面での参照マーク検出光ＹＬＧの光量分布は、参
照マーク検出光ＹＬＧを構成する２つの回折光ＹＲＬＢ
１-1，ＹＲＬＢ２0 がほぼ重なり合っていて相互の角度
ずれが殆どないので、光電変換素子４２Ｙは参照マーク
検出光ＹＬＧのビート信号成分をコントラストよく光電
検出することが可能である。光電変換素子４２Ｙで参照
マーク検出光ＹＬＧを光電変換して得られる参照ビート
信号は、図１の中央制御系６に供給される。また、図１
に示すように、Ｘ軸用の参照マーク検出光ＸＬＧは、偏
向ミラー２９の透過部を介して光電変換素子４２Ｘに入
射する。
【００５１】なお、図５（ｃ）において、指標板３２上
の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の通過領域を囲い込むよう
な適当な大きさの微小開口部（不図示）を照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２を中心にして指標板３２上に設けることが
望ましい。これによって、ウエハ２上での視野絞り２１
の像の焦点深度が増大するので、照明光ＹＬＢ１，ＹＬ
Ｂ２で参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２を照射する際の視
野絞り２１の像のデフォーカスに伴う参照マーク３５Ｙ
１，３５Ｙ２上の照度むらを抑制することができる。こ
の方法により、光電変換素子４２Ｙで受光する参照マー
ク検出光ＹＬＧのビート信号成分のコントラストが良好
になる。同様に、指標板３２上には、他の照明光及び検
出光の通過領域をそれぞれ囲う微小開口部を設けること
が望ましい。
の照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の通過領域を囲い込むよう
な適当な大きさの微小開口部（不図示）を照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２を中心にして指標板３２上に設けることが
望ましい。これによって、ウエハ２上での視野絞り２１
の像の焦点深度が増大するので、照明光ＹＬＢ１，ＹＬ
Ｂ２で参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２を照射する際の視
野絞り２１の像のデフォーカスに伴う参照マーク３５Ｙ
１，３５Ｙ２上の照度むらを抑制することができる。こ
の方法により、光電変換素子４２Ｙで受光する参照マー
ク検出光ＹＬＧのビート信号成分のコントラストが良好
になる。同様に、指標板３２上には、他の照明光及び検
出光の通過領域をそれぞれ囲う微小開口部を設けること
が望ましい。
【００５２】また、図１〜図４における光軸ＡＸ２に垂
直な面内での光電変換素子４２Ｙの位置（偏向ミラー２
９で偏向されないものとした位置）は、参照マーク３５
Ｙ１の直下のウエハ２上の位置とほぼ共役な位置に設定
してある。偏心指標マーク３１Ｙの偏心方向（回折方
向）を反対にすれば光電変換素子４２Ｙの光軸ＡＸ２に
垂直な面上の位置は、参照マーク３５Ｙ２の見かけのウ
エハ２上の位置に対応したものとなる。また、光電変換
素子４２Ｙの配置面（光軸ＡＸ２に平行な方向の位置）
を、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２ではなく、視野絞り
２１と共役な位置になるように光電変換素子４２Ｙの光
軸ＡＸ２方向の位置を調整するか、又は偏心指標マーク
３１Ｙの正の屈折力を上げる等の調整を行ってもよい。
また、偏心指標マーク３１Ｙの屈折力を光電変換素子４
２Ｙの配置面が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２と共役に
なる場合と、視野絞り２１と共役になる場合との中間に
設定してもよい。
直な面内での光電変換素子４２Ｙの位置（偏向ミラー２
９で偏向されないものとした位置）は、参照マーク３５
Ｙ１の直下のウエハ２上の位置とほぼ共役な位置に設定
してある。偏心指標マーク３１Ｙの偏心方向（回折方
向）を反対にすれば光電変換素子４２Ｙの光軸ＡＸ２に
垂直な面上の位置は、参照マーク３５Ｙ２の見かけのウ
エハ２上の位置に対応したものとなる。また、光電変換
素子４２Ｙの配置面（光軸ＡＸ２に平行な方向の位置）
を、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２ではなく、視野絞り
２１と共役な位置になるように光電変換素子４２Ｙの光
軸ＡＸ２方向の位置を調整するか、又は偏心指標マーク
３１Ｙの正の屈折力を上げる等の調整を行ってもよい。
また、偏心指標マーク３１Ｙの屈折力を光電変換素子４
２Ｙの配置面が参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２と共役に
なる場合と、視野絞り２１と共役になる場合との中間に
設定してもよい。
【００５３】次に、図６は、Ｘ軸用及びＹ軸用の参照マ
ーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧの集光点の配置の説明図を示
し、図６（ａ）は、参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧの
ウエハ２上における見かけの射出点の図を示している。
また、図６（ｂ）は、参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧ
の偏向ミラー２９上の配置図を示し、図６（ｃ）は、図
１のウエハマーク用の光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘの
受光面を指標板３２上に投影した状態を示している。図
６（ａ）においては、Ｙ軸及びＸ軸に平行でそれぞれ光
軸ＡＸ２を通るＹ１軸及びＸ１軸上にＹ軸用のウエハマ
ーク３８Ｙ及びＸ軸用のウエハマーク３８Ｘが位置する
ものとされている。
ーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧの集光点の配置の説明図を示
し、図６（ａ）は、参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧの
ウエハ２上における見かけの射出点の図を示している。
また、図６（ｂ）は、参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧ
の偏向ミラー２９上の配置図を示し、図６（ｃ）は、図
１のウエハマーク用の光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘの
受光面を指標板３２上に投影した状態を示している。図
６（ａ）においては、Ｙ軸及びＸ軸に平行でそれぞれ光
軸ＡＸ２を通るＹ１軸及びＸ１軸上にＹ軸用のウエハマ
ーク３８Ｙ及びＸ軸用のウエハマーク３８Ｘが位置する
ものとされている。
【００５４】また、図６（ｂ）に示すように、図１の部
分反射型の偏向ミラー２９のＸ１軸に近接する端部及び
Ｙ１軸に近接する端部には、ほぼ正方形の透過部２９
ｃ，２９ａが設けられており、参照マーク検出光ＸＬ
Ｇ，ＹＬＧはそれぞれ対応する透過部２９ｃ，２９ａを
透過して光電変換素子４２Ｘ，４２Ｙに入射する。透過
部２９ｃ，２９ａの周囲は反射部２９ｓとなっており、
ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ，ＸＷＬＢはこの反射部２
９ｓ内の光軸ＡＸ２を中心とするほぼ円形の点線で示す
反射領域２９ｈで反射されて、それぞれ光電変換素子４
３Ｙ，４３Ｘにより受光される。なお、参照マーク用の
光電変換素子４２Ｙの受光面において、Ｙ軸用及びＸ軸
用の参照マーク検出光ＹＬＧ及びＸＬＧは、それぞれＹ
軸用のウエハマーク３８Ｙ及びＸ軸用のウエハマーク３
８Ｘの近傍にみかけの射出点があるように計測される。
分反射型の偏向ミラー２９のＸ１軸に近接する端部及び
Ｙ１軸に近接する端部には、ほぼ正方形の透過部２９
ｃ，２９ａが設けられており、参照マーク検出光ＸＬ
Ｇ，ＹＬＧはそれぞれ対応する透過部２９ｃ，２９ａを
透過して光電変換素子４２Ｘ，４２Ｙに入射する。透過
部２９ｃ，２９ａの周囲は反射部２９ｓとなっており、
ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ，ＸＷＬＢはこの反射部２
９ｓ内の光軸ＡＸ２を中心とするほぼ円形の点線で示す
反射領域２９ｈで反射されて、それぞれ光電変換素子４
３Ｙ，４３Ｘにより受光される。なお、参照マーク用の
光電変換素子４２Ｙの受光面において、Ｙ軸用及びＸ軸
用の参照マーク検出光ＹＬＧ及びＸＬＧは、それぞれＹ
軸用のウエハマーク３８Ｙ及びＸ軸用のウエハマーク３
８Ｘの近傍にみかけの射出点があるように計測される。
【００５５】更に、図６（ｃ）に示すように、Ｙ軸用の
ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ受光用の光電変換素子４３
Ｙ、及びＸ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ受光用の
光電変換素子４３Ｘには、それぞれのウエハマーク検出
光が集光する。即ち、図５の指標板３２上の配置と同様
にＹ１軸に沿ってＹ軸用のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2が集光し、Ｘ１軸に沿って
Ｘ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬＢ-2，
ＸＷＬＢ+2が集光している。
ウエハマーク検出光ＹＷＬＢ受光用の光電変換素子４３
Ｙ、及びＸ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ受光用の
光電変換素子４３Ｘには、それぞれのウエハマーク検出
光が集光する。即ち、図５の指標板３２上の配置と同様
にＹ１軸に沿ってＹ軸用のウエハマーク検出光ＹＷＬＢ
1 ，ＹＷＬＢ-2，ＹＷＬＢ+2が集光し、Ｘ１軸に沿って
Ｘ軸用のウエハマーク検出光ＸＷＬＢ1 ，ＸＷＬＢ-2，
ＸＷＬＢ+2が集光している。
【００５６】以上のように、本例は図６（ａ）〜図６
（ｃ）及び前述の図５（ｃ）、図５（ｄ）で示すよう
に、Ｘ軸用及びＹ軸用のウエハマーク３８Ｘ，３８Ｙに
対応する形で、ＲＧ平面３５上のＸ軸用の参照マーク３
５Ｘ１，３５Ｘ２及びＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１，３
５Ｙ２の配置や、指標板３２上の偏心指標マーク３１
Ｘ，３１Ｙの配置等が設定されている。
（ｃ）及び前述の図５（ｃ）、図５（ｄ）で示すよう
に、Ｘ軸用及びＹ軸用のウエハマーク３８Ｘ，３８Ｙに
対応する形で、ＲＧ平面３５上のＸ軸用の参照マーク３
５Ｘ１，３５Ｘ２及びＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１，３
５Ｙ２の配置や、指標板３２上の偏心指標マーク３１
Ｘ，３１Ｙの配置等が設定されている。
【００５７】このような構成を有する本例の投影露光装
置においては、光電変換素子４３Ｘ，４３Ｙによりウエ
ハマーク３８Ｘ，３８Ｙの位置情報を有するウエハマー
ク検出光ＸＷＬＢ，ＹＷＬＢを各々受光してそれらの位
置に対応するウエハビート信号を各々出力し、光電変換
素子４２Ｘ，４２Ｙにより基準マークである参照マーク
３５Ｘ１，３５Ｘ２及び参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
からの参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧを各々受光し
て、それらの位置に対応する参照ビート信号を各々出力
する。光電変換素子４３Ｘ，４３Ｙ及び光電変換素子４
２Ｘ，４２Ｙからのビート信号は中央制御系６に供給さ
れる。中央制御系６は、光電変換素子４３Ｘと光電変換
素子４２Ｘとのビート信号の位相差と光電変換素子４３
Ｙと光電変換素子４２Ｙとのビート信号の位相差、及び
ウエハステージ３のレーザ干渉計４ａの位置情報に基づ
き、参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２及び３５Ｙ１，３５
Ｙ２の位置を基準として、ウエハマーク３８Ｘ及び３８
Ｙのステージ座標系（レーザ干渉計４ａの計測値に基づ
いて定まる座標系）上での位置を検出する。ウエハ２上
の各ショット領域にはそれぞれＸ軸及びＹ軸のウエハマ
ークが配設されている。
置においては、光電変換素子４３Ｘ，４３Ｙによりウエ
ハマーク３８Ｘ，３８Ｙの位置情報を有するウエハマー
ク検出光ＸＷＬＢ，ＹＷＬＢを各々受光してそれらの位
置に対応するウエハビート信号を各々出力し、光電変換
素子４２Ｘ，４２Ｙにより基準マークである参照マーク
３５Ｘ１，３５Ｘ２及び参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２
からの参照マーク検出光ＸＬＧ，ＹＬＧを各々受光し
て、それらの位置に対応する参照ビート信号を各々出力
する。光電変換素子４３Ｘ，４３Ｙ及び光電変換素子４
２Ｘ，４２Ｙからのビート信号は中央制御系６に供給さ
れる。中央制御系６は、光電変換素子４３Ｘと光電変換
素子４２Ｘとのビート信号の位相差と光電変換素子４３
Ｙと光電変換素子４２Ｙとのビート信号の位相差、及び
ウエハステージ３のレーザ干渉計４ａの位置情報に基づ
き、参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２及び３５Ｙ１，３５
Ｙ２の位置を基準として、ウエハマーク３８Ｘ及び３８
Ｙのステージ座標系（レーザ干渉計４ａの計測値に基づ
いて定まる座標系）上での位置を検出する。ウエハ２上
の各ショット領域にはそれぞれＸ軸及びＹ軸のウエハマ
ークが配設されている。
【００５８】具体的に、例えばウエハ２上のＹ軸のウエ
ハマーク３８Ｙの位置検出を行う際には、中央制御系６
ではＹ軸の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対応する光
電変換素子４２Ｙからの参照ビート信号と、ウエハマー
ク３８Ｙに対応する光電変換素子４３Ｙ中の例えば２本
の１次回折光よりなるウエハ検出光ＹＷＬＢ１を受光す
る光電変換部からのウエハビート信号との位相差を求め
る。そして、中央制御系６ではその位相差が例えば０に
なるようにウエハステージ３をＹ方向に移動して、その
位相差が所定の許容値のもとで０になったときにレーザ
干渉計４ａで計測されるウエハステージ３のＹ座標を、
そのウエハマーク３８ＹのＹ方向の位置として記憶す
る。Ｘ軸のウエハマーク３８Ｘについても、同様にＸ軸
の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２に対応する参照ビート
信号と、ウエハマーク３８Ｘに対応するウエハビート信
号との位相差が所定の許容値のもとで０になったときに
レーザ干渉計４ａで計測されるＸ座標がそのウエハマー
ク３８Ｘの位置として記憶される。
ハマーク３８Ｙの位置検出を行う際には、中央制御系６
ではＹ軸の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対応する光
電変換素子４２Ｙからの参照ビート信号と、ウエハマー
ク３８Ｙに対応する光電変換素子４３Ｙ中の例えば２本
の１次回折光よりなるウエハ検出光ＹＷＬＢ１を受光す
る光電変換部からのウエハビート信号との位相差を求め
る。そして、中央制御系６ではその位相差が例えば０に
なるようにウエハステージ３をＹ方向に移動して、その
位相差が所定の許容値のもとで０になったときにレーザ
干渉計４ａで計測されるウエハステージ３のＹ座標を、
そのウエハマーク３８ＹのＹ方向の位置として記憶す
る。Ｘ軸のウエハマーク３８Ｘについても、同様にＸ軸
の参照マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２に対応する参照ビート
信号と、ウエハマーク３８Ｘに対応するウエハビート信
号との位相差が所定の許容値のもとで０になったときに
レーザ干渉計４ａで計測されるＸ座標がそのウエハマー
ク３８Ｘの位置として記憶される。
【００５９】従って、本例では、Ｙ軸の参照マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２に対応する参照ビート信号と、Ｙ軸のウ
エハマーク３８Ｙに対応するウエハビート信号との位相
差が０になるときのウエハマーク３８ＹのＹ方向の中心
位置を、アライメントセンサ７のＹ方向の計測中心とみ
なすことができる。同様に、Ｘ軸の参照マーク３５Ｘ
１，３５Ｘ２に対応する参照ビート信号と、Ｘ軸のウエ
ハマーク３８Ｘに対応するウエハビート信号との位相差
が０になるときのウエハマーク３８ＸのＸ方向の中心位
置を、アライメントセンサ７のＸ方向の計測中心とみな
すことができる。
Ｙ１，３５Ｙ２に対応する参照ビート信号と、Ｙ軸のウ
エハマーク３８Ｙに対応するウエハビート信号との位相
差が０になるときのウエハマーク３８ＹのＹ方向の中心
位置を、アライメントセンサ７のＹ方向の計測中心とみ
なすことができる。同様に、Ｘ軸の参照マーク３５Ｘ
１，３５Ｘ２に対応する参照ビート信号と、Ｘ軸のウエ
ハマーク３８Ｘに対応するウエハビート信号との位相差
が０になるときのウエハマーク３８ＸのＸ方向の中心位
置を、アライメントセンサ７のＸ方向の計測中心とみな
すことができる。
【００６０】本例では一例として、ウエハ２上の全ての
ショット領域の内から選択された複数のショット領域
（サンプルショット）のウエハマークの座標位置をアラ
イメントセンサ７を使用して検出し、それらのサンプル
ショットの位置データを統計処理することでウエハ２上
の全てのショット領域のステージ座標系での配列座標を
算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（Ｅ
ＧＡ）方式により、各ショット領域のアライメントが行
われる。露光に際しては、ＥＧＡ方式により算出された
配列座標に基づいて、ウエハステージ３を駆動して各シ
ョット領域を投影光学系１の露光領域内に逐次移動して
位置決めした後、露光光を照射することによりレチクル
Ｒのパターンを投影光学系１を介して当該ショット領域
に露光する。この場合、レチクルのパターンの投影像の
中心（露光中心）とアライメントセンサ７の計測中心と
の間隔を計測するベースラインチェックは、予め例えば
ウエハステージ３上の不図示の基準マーク部材等を用い
て実施されているので、上述のようにして得られたウエ
ハの位置情報に基づいて中央制御系６はウエハステージ
３を駆動してウエハ２を移動させたり、レチクルステー
ジ（不図示）を駆動してレチクルを微動させたりして、
ウエハ２の各ショット領域をレチクルのパターン像に正
確に位置合わせした状態で、レチクルのパターン像の露
光が行われる。
ショット領域の内から選択された複数のショット領域
（サンプルショット）のウエハマークの座標位置をアラ
イメントセンサ７を使用して検出し、それらのサンプル
ショットの位置データを統計処理することでウエハ２上
の全てのショット領域のステージ座標系での配列座標を
算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（Ｅ
ＧＡ）方式により、各ショット領域のアライメントが行
われる。露光に際しては、ＥＧＡ方式により算出された
配列座標に基づいて、ウエハステージ３を駆動して各シ
ョット領域を投影光学系１の露光領域内に逐次移動して
位置決めした後、露光光を照射することによりレチクル
Ｒのパターンを投影光学系１を介して当該ショット領域
に露光する。この場合、レチクルのパターンの投影像の
中心（露光中心）とアライメントセンサ７の計測中心と
の間隔を計測するベースラインチェックは、予め例えば
ウエハステージ３上の不図示の基準マーク部材等を用い
て実施されているので、上述のようにして得られたウエ
ハの位置情報に基づいて中央制御系６はウエハステージ
３を駆動してウエハ２を移動させたり、レチクルステー
ジ（不図示）を駆動してレチクルを微動させたりして、
ウエハ２の各ショット領域をレチクルのパターン像に正
確に位置合わせした状態で、レチクルのパターン像の露
光が行われる。
【００６１】上述のように、本例のアライメントセンサ
７では、図１に示すように、指標板３２、第１対物レン
ズ３３、及び落射プリズム３４等を含む指標対物部１１
ｂがセンサ本体部１１ａから分離され、Ｙ軸用の検出系
に限ると、参照ビート信号を得るための複数の参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２が落射プリズム３４のＲＧ平面３
５上に設けられている。また、指標板３２上の偏向及び
集光作用を有する指標マークとして偏心指標マーク３１
Ｙを用いている。
７では、図１に示すように、指標板３２、第１対物レン
ズ３３、及び落射プリズム３４等を含む指標対物部１１
ｂがセンサ本体部１１ａから分離され、Ｙ軸用の検出系
に限ると、参照ビート信号を得るための複数の参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２が落射プリズム３４のＲＧ平面３
５上に設けられている。また、指標板３２上の偏向及び
集光作用を有する指標マークとして偏心指標マーク３１
Ｙを用いている。
【００６２】この場合、センサ本体部１１ａは、例えば
露光用の照明光のウエハへの照射等による温度等の環境
変化の影響を受けることで、回転やシフトが生じ、本体
内部の変形も生じる。そのため、指標対物部１１ｂに入
射する照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の入射瞳面ＩＰ上での
入射角が変動し、ウエハ２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬ
Ｂ２の照射位置がドリフトする。そのため、従来のよう
に参照マークを例えばヘテロダインビーム発生系ＨＤＢ
内部に設けていたのでは、このような熱変形等に伴うウ
エハ２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２のドリフトはウ
エハマークの位置ずれとみなされて、ベースライン変動
が発生して、アライメント精度（重ね合わせ精度）の悪
化の要因となる。しかし、本例のように参照ビート信号
用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２を指標対物部１１ｂ
内に設けた場合には、入射瞳面ＩＰ上での照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２の入射角の変化は、参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２から射出される合成後の参照マーク検出光ＹＬ
Ｇのビート信号成分の位相変化となって表れる。従っ
て、参照マーク検出光ＹＬＧを受光する光電変換素子４
２Ｙの参照ビート信号を基準としてウエハマーク３８Ｙ
の位置のヘテロダイン検出を行えば、自動的に照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２のウエハ２上でのドリフトが補正され
る。また、入射瞳面ＩＰ上で照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
の入射位置が変化しても、参照マーク検出光ＹＬＧのビ
ート信号成分には位相変化は生じない。このときウエハ
２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２もシフトせず、ただ
ウエハ２に対する照射角の微小な変化が生じるだけであ
る。そのため、本例のアライメントセンサ７はドリフト
安定性が極めて高いと言える。
露光用の照明光のウエハへの照射等による温度等の環境
変化の影響を受けることで、回転やシフトが生じ、本体
内部の変形も生じる。そのため、指標対物部１１ｂに入
射する照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２の入射瞳面ＩＰ上での
入射角が変動し、ウエハ２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬ
Ｂ２の照射位置がドリフトする。そのため、従来のよう
に参照マークを例えばヘテロダインビーム発生系ＨＤＢ
内部に設けていたのでは、このような熱変形等に伴うウ
エハ２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２のドリフトはウ
エハマークの位置ずれとみなされて、ベースライン変動
が発生して、アライメント精度（重ね合わせ精度）の悪
化の要因となる。しかし、本例のように参照ビート信号
用の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２を指標対物部１１ｂ
内に設けた場合には、入射瞳面ＩＰ上での照明光ＹＬＢ
１，ＹＬＢ２の入射角の変化は、参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２から射出される合成後の参照マーク検出光ＹＬ
Ｇのビート信号成分の位相変化となって表れる。従っ
て、参照マーク検出光ＹＬＧを受光する光電変換素子４
２Ｙの参照ビート信号を基準としてウエハマーク３８Ｙ
の位置のヘテロダイン検出を行えば、自動的に照明光Ｙ
ＬＢ１，ＹＬＢ２のウエハ２上でのドリフトが補正され
る。また、入射瞳面ＩＰ上で照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２
の入射位置が変化しても、参照マーク検出光ＹＬＧのビ
ート信号成分には位相変化は生じない。このときウエハ
２上での照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２もシフトせず、ただ
ウエハ２に対する照射角の微小な変化が生じるだけであ
る。そのため、本例のアライメントセンサ７はドリフト
安定性が極めて高いと言える。
【００６３】以上のように、本例においては、センサ本
体部１１ａが熱変形等の影響を受けても、殆どベースラ
イン変動が生じることのないウエハマークの位置検出系
が得られる。従って、指標対物部１１ｂのみがベースラ
イン変動の要因となるが、指標対物部１１ｂはセンサ本
体部１１ａに比較して小さく、熱変動に対して安定な保
持が可能であり、また指標対物部１１ｂ及びその周辺部
の温調対策を集中的に無駄なく行うことも可能であるの
で、ベースライン変動の小さいウエハマークの位置検出
系が得られる。
体部１１ａが熱変形等の影響を受けても、殆どベースラ
イン変動が生じることのないウエハマークの位置検出系
が得られる。従って、指標対物部１１ｂのみがベースラ
イン変動の要因となるが、指標対物部１１ｂはセンサ本
体部１１ａに比較して小さく、熱変動に対して安定な保
持が可能であり、また指標対物部１１ｂ及びその周辺部
の温調対策を集中的に無駄なく行うことも可能であるの
で、ベースライン変動の小さいウエハマークの位置検出
系が得られる。
【００６４】また、参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２を検
出する照明光とウエハマーク３８Ｙを検出する照明光と
は共通しており、照明光の光路で異なるのは参照マーク
３５Ｙ１，３５Ｙ２が形成されたＲＧ平面３５とウエハ
２の表面との間だけである。また、参照マーク検出光Ｙ
ＬＧとウエハマーク検出光ＹＷＬＢとは偏向ミラー２９
までの殆どの光路を共有している。このような構成によ
り、系の振動や空気揺らぎ等光路を乱す影響を両信号と
も同時、且つ殆ど同程度に受けるので、ウエハマーク３
８Ｙの位置検出における計測再現性が向上する。
出する照明光とウエハマーク３８Ｙを検出する照明光と
は共通しており、照明光の光路で異なるのは参照マーク
３５Ｙ１，３５Ｙ２が形成されたＲＧ平面３５とウエハ
２の表面との間だけである。また、参照マーク検出光Ｙ
ＬＧとウエハマーク検出光ＹＷＬＢとは偏向ミラー２９
までの殆どの光路を共有している。このような構成によ
り、系の振動や空気揺らぎ等光路を乱す影響を両信号と
も同時、且つ殆ど同程度に受けるので、ウエハマーク３
８Ｙの位置検出における計測再現性が向上する。
【００６５】次に、本発明による実施の形態の第２の例
について図７を参照して説明する。本例は２つの波長
（２色）のレーザビームを用いるオフ・アクシス方式
で、且つＬＩＡ方式のアライメントセンサに本発明を適
用したものである。この２色のレーザビームを用いるこ
とにより、ウエハ上のフォトレジストの厚さ、又はウエ
ハマークの段差等により戻り光が弱くなってウエハマー
クの検出が困難になる現象が抑えられ、ウエハマークの
位置の検出精度が向上する。ヘテロダインビーム発生系
を除き基本的な構成は図１の例と同様なので、図１に対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略す
る。
について図７を参照して説明する。本例は２つの波長
（２色）のレーザビームを用いるオフ・アクシス方式
で、且つＬＩＡ方式のアライメントセンサに本発明を適
用したものである。この２色のレーザビームを用いるこ
とにより、ウエハ上のフォトレジストの厚さ、又はウエ
ハマークの段差等により戻り光が弱くなってウエハマー
クの検出が困難になる現象が抑えられ、ウエハマークの
位置の検出精度が向上する。ヘテロダインビーム発生系
を除き基本的な構成は図１の例と同様なので、図１に対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略す
る。
【００６６】図７（ａ）は、本例のアライメントセンサ
７Ａの要部の概略構成を示し、図７（ｂ）は、図７
（ａ）の側面図を示す。この図７（ａ）において、ヘテ
ロダインビーム発生系ＨＤＢＡから波長λ1 の周波数が
少しだけ異なる（この周波数差をΔｆとする）２つのレ
ーザビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂと、波長λ1 より少し長い
波長λ2 の周波数がそのΔｆだけ異なる２つのレーザビ
ームＬ２Ａ及びＬ２Ｂとが射出される。この場合、レー
ザビームＬ１Ａ及びＬ２Ａの周波数をそれぞれｆ10及び
ｆ20とすると、レーザビームＬ１Ｂ及びＬ２Ｂの周波数
はそれぞれ（ｆ10＋Δｆ）及び（ｆ20＋Δｆ）となる。
レーザビームＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂはそれぞ
れヘテロダインビーム発生系ＨＤＢＡの少し異なる位置
から射出される。この場合、図７（ａ）に示すように、
周波数がΔｆだけ高い方の同じレーザビームＬ１Ｂ及び
Ｌ２Ｂは光軸ＡＸ３の−Ｙ方向から少し異なる角度で射
出され、同様に周波数が低い方のレーザビームＬ１Ａ及
びＬ２Ａは光軸ＡＸ３の＋Ｙ方向から少し異なる角度で
射出される。また、図７（ｂ）に示すように、波長λ2
の２つのレーザビームＬ２Ａ及びＬ２Ｂは光軸ＡＸ３に
対して＋Ｘ方向から同じ角度で射出され、波長λ1 の２
つのレーザビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂは光軸ＡＸ３に対し
て−Ｘ方向から同じ角度で射出される。
７Ａの要部の概略構成を示し、図７（ｂ）は、図７
（ａ）の側面図を示す。この図７（ａ）において、ヘテ
ロダインビーム発生系ＨＤＢＡから波長λ1 の周波数が
少しだけ異なる（この周波数差をΔｆとする）２つのレ
ーザビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂと、波長λ1 より少し長い
波長λ2 の周波数がそのΔｆだけ異なる２つのレーザビ
ームＬ２Ａ及びＬ２Ｂとが射出される。この場合、レー
ザビームＬ１Ａ及びＬ２Ａの周波数をそれぞれｆ10及び
ｆ20とすると、レーザビームＬ１Ｂ及びＬ２Ｂの周波数
はそれぞれ（ｆ10＋Δｆ）及び（ｆ20＋Δｆ）となる。
レーザビームＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂはそれぞ
れヘテロダインビーム発生系ＨＤＢＡの少し異なる位置
から射出される。この場合、図７（ａ）に示すように、
周波数がΔｆだけ高い方の同じレーザビームＬ１Ｂ及び
Ｌ２Ｂは光軸ＡＸ３の−Ｙ方向から少し異なる角度で射
出され、同様に周波数が低い方のレーザビームＬ１Ａ及
びＬ２Ａは光軸ＡＸ３の＋Ｙ方向から少し異なる角度で
射出される。また、図７（ｂ）に示すように、波長λ2
の２つのレーザビームＬ２Ａ及びＬ２Ｂは光軸ＡＸ３に
対して＋Ｘ方向から同じ角度で射出され、波長λ1 の２
つのレーザビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂは光軸ＡＸ３に対し
て−Ｘ方向から同じ角度で射出される。
【００６７】これらのレーザビームＬ１Ａ，Ｌ１Ｂ，Ｌ
２Ａ，Ｌ２Ｂはウエハ２と共役な位置に置かれた視野絞
り２１Ａの光軸ＡＸ３を中心とする開口内に集光されて
断面形状が整形された後、不図示のハーフプリズムによ
りＹ軸用の照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂ，ＹＬ２Ａ，ＹＬ
２Ｂからなる照明光ＹＬＢ、及びＸ軸用の照明光ＸＬ１
Ａ，ＸＬ１Ｂ，ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂからなる照明光ＸＬ
Ｂとして分離され、それぞれ対応するＹ軸用の光路及び
Ｘ軸用の光路を進む。この場合、照明光ＹＬ１Ａ及びＹ
Ｌ１Ｂはそれぞれ波長λ1 のレーザビームＬＩＡ及びＬ
ＩＢに対応し、照明光ＹＬ２Ａ及びＹＬ２Ｂは波長λ2
のレーザビームＬ２Ａ，Ｌ２Ｂにそれぞれ対応する。照
明光ＹＬＢは図１と同様の光路を通って参照マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２、及びウエハ２上のウエハマーク３８Ｙ
に照射される。参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２及びウエ
ハマーク３８Ｙから図１の例と同様の参照マーク検出光
及びウエハマーク検出光が発生する。それらの参照マー
ク検出光及びウエハマーク検出光はそれぞれ対応する光
電変換素子４２Ｙ及び４３Ｙで受光され、光電変換素子
４２Ｙからは参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対応する
参照ビート信号が出力され、光電変換素子４３Ｙからウ
エハマーク３８Ｙの位置に対応するウエハビート信号が
出力される。同様のことが、Ｘ軸方向の計測にもあては
まる。
２Ａ，Ｌ２Ｂはウエハ２と共役な位置に置かれた視野絞
り２１Ａの光軸ＡＸ３を中心とする開口内に集光されて
断面形状が整形された後、不図示のハーフプリズムによ
りＹ軸用の照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂ，ＹＬ２Ａ，ＹＬ
２Ｂからなる照明光ＹＬＢ、及びＸ軸用の照明光ＸＬ１
Ａ，ＸＬ１Ｂ，ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂからなる照明光ＸＬ
Ｂとして分離され、それぞれ対応するＹ軸用の光路及び
Ｘ軸用の光路を進む。この場合、照明光ＹＬ１Ａ及びＹ
Ｌ１Ｂはそれぞれ波長λ1 のレーザビームＬＩＡ及びＬ
ＩＢに対応し、照明光ＹＬ２Ａ及びＹＬ２Ｂは波長λ2
のレーザビームＬ２Ａ，Ｌ２Ｂにそれぞれ対応する。照
明光ＹＬＢは図１と同様の光路を通って参照マーク３５
Ｙ１，３５Ｙ２、及びウエハ２上のウエハマーク３８Ｙ
に照射される。参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２及びウエ
ハマーク３８Ｙから図１の例と同様の参照マーク検出光
及びウエハマーク検出光が発生する。それらの参照マー
ク検出光及びウエハマーク検出光はそれぞれ対応する光
電変換素子４２Ｙ及び４３Ｙで受光され、光電変換素子
４２Ｙからは参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２に対応する
参照ビート信号が出力され、光電変換素子４３Ｙからウ
エハマーク３８Ｙの位置に対応するウエハビート信号が
出力される。同様のことが、Ｘ軸方向の計測にもあては
まる。
【００６８】図８及び図９は、Ｙ軸及びＸ軸用の照明光
ＹＬＢ及びＸＬＢの光路上の配置を説明するための図を
示す。図８（ａ）は、Ｙ軸及びＸ軸用の照明光ＹＬＢ及
びＸＬＢの第２対物レンズ３０側から見た指標板３２上
の配置図を示し、図８（ｂ）は、第１対物レンズ３３側
から見たＲＧ平面３５上の配置図を示す。また、図９
（ａ）は、Ｙ軸及びＸ軸用のウエハマーク検出光ＹＷ
Ｌ，ＸＷＬを受光する光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘ上
の集光点の状況を指標板３２上に投影した図を示し、図
９（ｂ）は、Ｙ軸及びＸ軸用の参照マーク検出光ＹＧ
Ｌ，ＸＧＬの光電変換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の状況を
ＲＧ平面３５上に投影した図を示している。以下、これ
らの図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、及び図９
（ｂ）において、説明を簡明にするため、ステージ座標
系のＸ軸及びＹ軸にそれぞれ平行で光軸ＡＸ３を通るＸ
１軸及びＹ１軸により分割される領域を４つの象限Ａ〜
Ｄに分けて説明する。この場合、光軸ＡＸ３の＋Ｘ方向
及び＋Ｙ方向の領域を象限Ａとし、光軸ＡＸ３の＋Ｘ方
向及び−Ｙ方向の領域を象限Ｂとする。また、光軸ＡＸ
３の−Ｘ方向及び−Ｙ方向の領域を象限Ｃとし、光軸Ａ
Ｘ３の−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の領域を象限Ｄとする。
ＹＬＢ及びＸＬＢの光路上の配置を説明するための図を
示す。図８（ａ）は、Ｙ軸及びＸ軸用の照明光ＹＬＢ及
びＸＬＢの第２対物レンズ３０側から見た指標板３２上
の配置図を示し、図８（ｂ）は、第１対物レンズ３３側
から見たＲＧ平面３５上の配置図を示す。また、図９
（ａ）は、Ｙ軸及びＸ軸用のウエハマーク検出光ＹＷ
Ｌ，ＸＷＬを受光する光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘ上
の集光点の状況を指標板３２上に投影した図を示し、図
９（ｂ）は、Ｙ軸及びＸ軸用の参照マーク検出光ＹＧ
Ｌ，ＸＧＬの光電変換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の状況を
ＲＧ平面３５上に投影した図を示している。以下、これ
らの図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、及び図９
（ｂ）において、説明を簡明にするため、ステージ座標
系のＸ軸及びＹ軸にそれぞれ平行で光軸ＡＸ３を通るＸ
１軸及びＹ１軸により分割される領域を４つの象限Ａ〜
Ｄに分けて説明する。この場合、光軸ＡＸ３の＋Ｘ方向
及び＋Ｙ方向の領域を象限Ａとし、光軸ＡＸ３の＋Ｘ方
向及び−Ｙ方向の領域を象限Ｂとする。また、光軸ＡＸ
３の−Ｘ方向及び−Ｙ方向の領域を象限Ｃとし、光軸Ａ
Ｘ３の−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の領域を象限Ｄとする。
【００６９】図８（ａ）に示すように、２波長の照明光
を使用する本例の場合は図１の例に比較して照明光及び
ウエハマーク検出光の指標板３２上の集光点が２倍にな
っている。Ｙ１軸上には、それぞれ２つの参照マーク検
出光に対応するＹ軸用の２つの偏心指標マーク３１Ｙ
１，３１Ｙ２が光軸ＡＸ３に関してほぼ対称な位置に形
成されている。また、同様にＸ１軸上には、Ｘ軸用の偏
心指標マーク３１Ｘ１，３１Ｘ２が光軸ＡＸ３に関して
ほぼ対称な位置に形成されている。
を使用する本例の場合は図１の例に比較して照明光及び
ウエハマーク検出光の指標板３２上の集光点が２倍にな
っている。Ｙ１軸上には、それぞれ２つの参照マーク検
出光に対応するＹ軸用の２つの偏心指標マーク３１Ｙ
１，３１Ｙ２が光軸ＡＸ３に関してほぼ対称な位置に形
成されている。また、同様にＸ１軸上には、Ｘ軸用の偏
心指標マーク３１Ｘ１，３１Ｘ２が光軸ＡＸ３に関して
ほぼ対称な位置に形成されている。
【００７０】Ｙ軸用の波長λ1 の周波数の少し異なる２
つの照明光ＹＬ１Ａ及びＹＬＩＢは、それぞれ象限Ｂ及
びＡのＹ１軸からほぼ等距離で、且つＸ１軸からもほぼ
等距離の位置に集光し、それらの照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ
１Ｂに対応する０〜２次の３対の回折光からなるウエハ
マーク検出光ＹＷＬ１が、照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂの
集光点とＹ１軸に関してほぼ対称な２点及びそれらの中
点（Ｘ１軸上の点）からなる３点に集光している。ま
た、Ｙ軸用の波長λ2 の周波数の少し異なる２つの照明
光ＹＬ２Ａ及びＹＬ２Ｂはそれぞれ象限Ｃ及びＤのＹ１
軸からほぼ等距離で、且つＸ１軸からもほぼ等距離の位
置に集光し、それらの照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂに対応
する０〜２次の３対の回折光からなるウエハマーク検出
光ＹＷＬ２が、照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂの集光点とＹ
１軸に関してほぼ対称な２点及びそれらの中点（Ｘ１軸
上の点）からなる３点に集光している。
つの照明光ＹＬ１Ａ及びＹＬＩＢは、それぞれ象限Ｂ及
びＡのＹ１軸からほぼ等距離で、且つＸ１軸からもほぼ
等距離の位置に集光し、それらの照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ
１Ｂに対応する０〜２次の３対の回折光からなるウエハ
マーク検出光ＹＷＬ１が、照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂの
集光点とＹ１軸に関してほぼ対称な２点及びそれらの中
点（Ｘ１軸上の点）からなる３点に集光している。ま
た、Ｙ軸用の波長λ2 の周波数の少し異なる２つの照明
光ＹＬ２Ａ及びＹＬ２Ｂはそれぞれ象限Ｃ及びＤのＹ１
軸からほぼ等距離で、且つＸ１軸からもほぼ等距離の位
置に集光し、それらの照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂに対応
する０〜２次の３対の回折光からなるウエハマーク検出
光ＹＷＬ２が、照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂの集光点とＹ
１軸に関してほぼ対称な２点及びそれらの中点（Ｘ１軸
上の点）からなる３点に集光している。
【００７１】同様に、Ｘ軸用の波長λ1 の周波数の少し
異なる２つの照明光ＸＬ１Ａ，ＸＬＩＢ、それらの照明
光ＸＬ１Ａ，ＸＬ１Ｂに対応する０〜２次の３対の回折
光からなるウエハマーク検出光ＸＷＬ１、Ｘ軸用の波長
λ2 の周波数の少し異なる２つの照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ
２Ｂ、及びそれらの照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂに対応す
る０〜２次の３対の回折光からなるウエハマーク検出光
ＸＷＬ２は、それぞれ上述のＹ軸用の照明光ＹＬ１Ａ，
ＹＬ１Ｂ、ウエハマーク検出光ＹＷＬ１、照明光ＹＬ２
Ａ，ＹＬ２Ｂ、及びウエハマーク検出光ＹＷＬ２の集光
点を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した点に集光し
ている。
異なる２つの照明光ＸＬ１Ａ，ＸＬＩＢ、それらの照明
光ＸＬ１Ａ，ＸＬ１Ｂに対応する０〜２次の３対の回折
光からなるウエハマーク検出光ＸＷＬ１、Ｘ軸用の波長
λ2 の周波数の少し異なる２つの照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ
２Ｂ、及びそれらの照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂに対応す
る０〜２次の３対の回折光からなるウエハマーク検出光
ＸＷＬ２は、それぞれ上述のＹ軸用の照明光ＹＬ１Ａ，
ＹＬ１Ｂ、ウエハマーク検出光ＹＷＬ１、照明光ＹＬ２
Ａ，ＹＬ２Ｂ、及びウエハマーク検出光ＹＷＬ２の集光
点を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した点に集光し
ている。
【００７２】また、図８（ｂ）に示すように、図７のＲ
Ｇ平面３５上には照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂに対する参
照マーク３５Ｙ１Ａ，３５Ｙ１Ｂがそれぞれ象限Ｂ，Ａ
にＹ１軸に関して対称に形成されており、照明光ＹＬ２
Ａ，ＹＬ２Ｂに対する参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２
Ｂがそれぞれ象限Ｃ，ＤにＹ１軸に関して対称に形成さ
れている。同様に、ＲＧ平面３５上には照明光ＸＬ１
Ａ，ＸＬ１Ｂに対する参照マーク３５Ｘ１Ａ，３５Ｘ１
Ｂ、及び照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂに対する参照マーク
３５Ｘ２Ａ，３５Ｘ２Ｂがそれぞれ参照マーク３５Ｙ１
Ａ，３５Ｙ１Ｂ、参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２Ｂを
光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した位置に形成され
ている。
Ｇ平面３５上には照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１Ｂに対する参
照マーク３５Ｙ１Ａ，３５Ｙ１Ｂがそれぞれ象限Ｂ，Ａ
にＹ１軸に関して対称に形成されており、照明光ＹＬ２
Ａ，ＹＬ２Ｂに対する参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２
Ｂがそれぞれ象限Ｃ，ＤにＹ１軸に関して対称に形成さ
れている。同様に、ＲＧ平面３５上には照明光ＸＬ１
Ａ，ＸＬ１Ｂに対する参照マーク３５Ｘ１Ａ，３５Ｘ１
Ｂ、及び照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂに対する参照マーク
３５Ｘ２Ａ，３５Ｘ２Ｂがそれぞれ参照マーク３５Ｙ１
Ａ，３５Ｙ１Ｂ、参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２Ｂを
光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した位置に形成され
ている。
【００７３】そして、Ｙ軸用のウエハマーク検出光ＹＷ
Ｌ１が参照マーク３５Ｙ１Ａ，３５Ｙ１ＢとＹ１軸に関
してほぼ対称な２点、及びそれらの中点（Ｘ１軸上の
点）からなる３点に集光し、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
２が参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２ＢとＹ１軸に関し
てほぼ対称な２点、及びそれらの中点（Ｘ１軸上の点）
からなる３点に集光している。同様に、Ｘ軸用のウエハ
マーク検出光ＸＷＬ１、及びウエハマーク検出光ＸＷＬ
２がそれぞれウエハマーク検出光ＹＷＬ１及びＹＷＬ２
の集光点を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した点に
集光している。
Ｌ１が参照マーク３５Ｙ１Ａ，３５Ｙ１ＢとＹ１軸に関
してほぼ対称な２点、及びそれらの中点（Ｘ１軸上の
点）からなる３点に集光し、ウエハマーク検出光ＹＷＬ
２が参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ２ＢとＹ１軸に関し
てほぼ対称な２点、及びそれらの中点（Ｘ１軸上の点）
からなる３点に集光している。同様に、Ｘ軸用のウエハ
マーク検出光ＸＷＬ１、及びウエハマーク検出光ＸＷＬ
２がそれぞれウエハマーク検出光ＹＷＬ１及びＹＷＬ２
の集光点を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転した点に
集光している。
【００７４】また、図９（ａ）に指標板３２上への投影
像で示すように、ほぼ正方形の実線で示す光電変換素子
４３Ｙ，４３Ｘの各光電変換部には、Ｙ軸用のウエハマ
ーク検出光ＹＷＬ１，ＹＷＬ２及びＸ軸用のウエハマー
ク検出光ＸＷＬ１，ＸＷＬ２が、先述の図８（ａ）の指
標板３２上の集光点に対応する集光点に集光している。
また、光電変換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の受光面におけ
る状況をＲＧ平面３５上に投影した図９（ｂ）に示すよ
うに、図８（ｂ）の２つのＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１
Ａ，３５Ｙ１Ｂへの波長λ1 の照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１
Ｂによる合成後の参照マーク検出光ＹＧＬ１は、象限Ｃ
のＹ１軸に近い位置に配置された光電変換素子４２Ｙの
光電変換部４２Ｙ１に集光している。また、同様に図８
（ｂ）の２つのＹ軸用の参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ
２Ｂへの波長λ2 の照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂによる合
成後の参照マーク検出光ＹＧＬ２は、参照マーク検出光
ＹＧＬ１とＹ１軸に関して対称な位置に配置された光電
変換素子４２Ｙの光電変換部４２Ｙ２に集光している。
また、図８（ｂ）の２つのＸ軸用の参照マーク３５Ｘ１
Ａ，３５Ｘ１Ｂへの波長λ1 の照明光ＸＬ１Ａ，ＸＬ１
Ｂによる合成後の参照マーク検出光ＸＧＬ１、及び２つ
のＸ軸用の参照マーク３５Ｘ２Ａ，３５Ｘ２Ｂへの波長
λ2 の照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂによる合成後の参照マ
ーク検出光ＸＧＬ２は、ほぼそれぞれ光電変換部４２Ｙ
２及び４２Ｙ１を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転し
た光電変換部４２Ｘ１及び４２Ｘ２に集光している。
像で示すように、ほぼ正方形の実線で示す光電変換素子
４３Ｙ，４３Ｘの各光電変換部には、Ｙ軸用のウエハマ
ーク検出光ＹＷＬ１，ＹＷＬ２及びＸ軸用のウエハマー
ク検出光ＸＷＬ１，ＸＷＬ２が、先述の図８（ａ）の指
標板３２上の集光点に対応する集光点に集光している。
また、光電変換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の受光面におけ
る状況をＲＧ平面３５上に投影した図９（ｂ）に示すよ
うに、図８（ｂ）の２つのＹ軸用の参照マーク３５Ｙ１
Ａ，３５Ｙ１Ｂへの波長λ1 の照明光ＹＬ１Ａ，ＹＬ１
Ｂによる合成後の参照マーク検出光ＹＧＬ１は、象限Ｃ
のＹ１軸に近い位置に配置された光電変換素子４２Ｙの
光電変換部４２Ｙ１に集光している。また、同様に図８
（ｂ）の２つのＹ軸用の参照マーク３５Ｙ２Ａ，３５Ｙ
２Ｂへの波長λ2 の照明光ＹＬ２Ａ，ＹＬ２Ｂによる合
成後の参照マーク検出光ＹＧＬ２は、参照マーク検出光
ＹＧＬ１とＹ１軸に関して対称な位置に配置された光電
変換素子４２Ｙの光電変換部４２Ｙ２に集光している。
また、図８（ｂ）の２つのＸ軸用の参照マーク３５Ｘ１
Ａ，３５Ｘ１Ｂへの波長λ1 の照明光ＸＬ１Ａ，ＸＬ１
Ｂによる合成後の参照マーク検出光ＸＧＬ１、及び２つ
のＸ軸用の参照マーク３５Ｘ２Ａ，３５Ｘ２Ｂへの波長
λ2 の照明光ＸＬ２Ａ，ＸＬ２Ｂによる合成後の参照マ
ーク検出光ＸＧＬ２は、ほぼそれぞれ光電変換部４２Ｙ
２及び４２Ｙ１を光軸ＡＸ３を中心として９０°回転し
た光電変換部４２Ｘ１及び４２Ｘ２に集光している。
【００７５】以上のように、本例では２色の照明光を使
用するが、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、２
波長の各照明光のＭテレを崩す方向を反対に設定し、更
に相互に干渉しないように、Ｍテレの崩れ量の大きさを
設定すると共に、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９
（ａ）、及び図９（ｂ）に示すように、偏心指標マー
ク、参照マーク、ウエハマーク検出光の光電変換素子の
光電変換部、及び参照マーク検出光の光電変換素子の光
電変換部等を適正に配置することにより、図１の例と同
様にウエハマークの位置が検出できる。また、２色のヘ
テロダインビームによる検出方法であるため、ウエハマ
ークの段差等による検出信号の強度の低下、即ちＳＮ比
の低下もなくウエハマークの位置検出精度の向上が期待
できる。
用するが、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、２
波長の各照明光のＭテレを崩す方向を反対に設定し、更
に相互に干渉しないように、Ｍテレの崩れ量の大きさを
設定すると共に、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９
（ａ）、及び図９（ｂ）に示すように、偏心指標マー
ク、参照マーク、ウエハマーク検出光の光電変換素子の
光電変換部、及び参照マーク検出光の光電変換素子の光
電変換部等を適正に配置することにより、図１の例と同
様にウエハマークの位置が検出できる。また、２色のヘ
テロダインビームによる検出方法であるため、ウエハマ
ークの段差等による検出信号の強度の低下、即ちＳＮ比
の低下もなくウエハマークの位置検出精度の向上が期待
できる。
【００７６】次に、本発明による実施の形態の第３の例
について図１０を参照して説明する。本例は、ＦＩＡ方
式のアライメントセンサと、図１と同様のＬＩＡ方式の
アライメントセンサとが共通の対物レンズ、即ち共通の
指標対物部１１ｂを使用するように構成したものであ
る。図１０において図１に対応する部分には同一符号を
付し、その詳細説明を省略する。また、以下では主にＹ
軸用の光学系について説明するが、Ｘ軸用の光学系につ
いても同様な構成である。
について図１０を参照して説明する。本例は、ＦＩＡ方
式のアライメントセンサと、図１と同様のＬＩＡ方式の
アライメントセンサとが共通の対物レンズ、即ち共通の
指標対物部１１ｂを使用するように構成したものであ
る。図１０において図１に対応する部分には同一符号を
付し、その詳細説明を省略する。また、以下では主にＹ
軸用の光学系について説明するが、Ｘ軸用の光学系につ
いても同様な構成である。
【００７７】図１０は、本例の投影露光装置の概略構成
を一部を切り欠いた状態で示し、この図１０において、
センサ本体部１１ｋのケーシング１２Ａの内部には、図
１と同様の構成を有するＬＩＡ方式のアライメントセン
サ７Ｂの本体部、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ
７Ｆの本体部が配置されている。以下、ＬＩＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｂの光軸を光軸ＡＸ４として、主に
ＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆの構成について説
明する。
を一部を切り欠いた状態で示し、この図１０において、
センサ本体部１１ｋのケーシング１２Ａの内部には、図
１と同様の構成を有するＬＩＡ方式のアライメントセン
サ７Ｂの本体部、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ
７Ｆの本体部が配置されている。以下、ＬＩＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｂの光軸を光軸ＡＸ４として、主に
ＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆの構成について説
明する。
【００７８】図１０に示すように、ＦＩＡ方式のアライ
メントセンサ７Ｆは、可視光を発生する不図示の可視光
源、及び赤外光を発生する光源５３からの２つの照明光
により、それぞれウエハマーク及び指標マークを検出す
る。即ち、ハロゲンランプ等からなる不図示の光源より
射出された可視照明光が、センサ本体部１１ｋのケーシ
ング１２Ａを貫通する光ファイバー等からなるライトガ
イド５１を介してセンサ本体部１１ｋの内部に導入され
る。この場合、センサ本体部１１ｋ及びケーシング１２
Ａは、図１のセンサ本体部１１ａ及びケーシング１２に
対応し、低熱膨張材より形成されたケーシング１２Ａは
複数の支持フレーム（図１０ではその内の２つの支持フ
レーム１７ｃ，１７ｄを示す）を介して投影光学系保持
部１６のＤ面に固定されている。
メントセンサ７Ｆは、可視光を発生する不図示の可視光
源、及び赤外光を発生する光源５３からの２つの照明光
により、それぞれウエハマーク及び指標マークを検出す
る。即ち、ハロゲンランプ等からなる不図示の光源より
射出された可視照明光が、センサ本体部１１ｋのケーシ
ング１２Ａを貫通する光ファイバー等からなるライトガ
イド５１を介してセンサ本体部１１ｋの内部に導入され
る。この場合、センサ本体部１１ｋ及びケーシング１２
Ａは、図１のセンサ本体部１１ａ及びケーシング１２に
対応し、低熱膨張材より形成されたケーシング１２Ａは
複数の支持フレーム（図１０ではその内の２つの支持フ
レーム１７ｃ，１７ｄを示す）を介して投影光学系保持
部１６のＤ面に固定されている。
【００７９】ライトガイド５１の射出端面から−Ｘ方向
に射出され照明光ＡＬ１は、コンデンサレンズ５２で集
光され、照明光ＡＬ１の光軸に対して４５°の傾斜角を
もつように斜設されたダイクロイックミラー５５に入射
する。ダイクロイックミラー５５は可視光を反射し、赤
外光を透過する波長選択性を有し、可視光である照明光
ＡＬ１はダイクロイックミラー５５で殆ど減光されるこ
となく下方に反射された後、視野絞り５６を均一に照射
する。なお、後述するように、ダイクロイックミラー５
５には、センサ本体部１１ａ内に設置された光源５３か
ら射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２が、照明光Ａ
Ｌ１と直交する方向から入射している。視野絞り５６を
通過した照明光ＡＬ１は、ミラー５７を経てリレーレン
ズ５８で集光されて、照明光ＡＬ１の光軸に対して４５
°の傾斜角で配設されたハーフミラー面を有する第１の
ハーフプリズム５９に入射する。そのハーフミラー面で
下方に反射された照明光ＡＬ１は、ＬＩＡ方式のアライ
メントセンサ７Ｂからの照明光の光路に沿って第１のハ
ーフプリズム５９のハーフミラー面と平行なハーフミラ
ー面を有する第２のハーフプリズム６０に入射し、ハー
フプリズム６０により＋Ｙ方向に反射される。照明光Ａ
Ｌ１は、次にケーシング１２Ａの下部側面に設けられた
窓１２ｂを通過して、指標対物部１１ｂのケーシング１
３の側面の窓１３ａを介してケーシング１３の内部に入
射する。
に射出され照明光ＡＬ１は、コンデンサレンズ５２で集
光され、照明光ＡＬ１の光軸に対して４５°の傾斜角を
もつように斜設されたダイクロイックミラー５５に入射
する。ダイクロイックミラー５５は可視光を反射し、赤
外光を透過する波長選択性を有し、可視光である照明光
ＡＬ１はダイクロイックミラー５５で殆ど減光されるこ
となく下方に反射された後、視野絞り５６を均一に照射
する。なお、後述するように、ダイクロイックミラー５
５には、センサ本体部１１ａ内に設置された光源５３か
ら射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２が、照明光Ａ
Ｌ１と直交する方向から入射している。視野絞り５６を
通過した照明光ＡＬ１は、ミラー５７を経てリレーレン
ズ５８で集光されて、照明光ＡＬ１の光軸に対して４５
°の傾斜角で配設されたハーフミラー面を有する第１の
ハーフプリズム５９に入射する。そのハーフミラー面で
下方に反射された照明光ＡＬ１は、ＬＩＡ方式のアライ
メントセンサ７Ｂからの照明光の光路に沿って第１のハ
ーフプリズム５９のハーフミラー面と平行なハーフミラ
ー面を有する第２のハーフプリズム６０に入射し、ハー
フプリズム６０により＋Ｙ方向に反射される。照明光Ａ
Ｌ１は、次にケーシング１２Ａの下部側面に設けられた
窓１２ｂを通過して、指標対物部１１ｂのケーシング１
３の側面の窓１３ａを介してケーシング１３の内部に入
射する。
【００８０】次に、照明光ＡＬ１は、光軸ＡＸ４に沿っ
て、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰに設けられ、偏
心指標マーク３１Ｙが形成された指標板３２に入射して
ライトガイド２４の射出端面の投影像を形成した後、第
１対物レンズ３３を透過して落射プリズム３４に入射す
る。落射プリズム３４の第１対物レンズ３３に対向する
面（以下、「ＲＨ面」という）３４Ｈの光軸ＡＸ４上に
は、ＦＩＡ方式用の回折格子状の指標マーク８が形成さ
れている。照明光ＡＬ１は、落射プリズム３４により下
方に偏向され、透明なガラス板からなるコールドミラー
３７に入射する。落射プリズム３４のコールドミラー３
７に対向するＲＧ平面３５には、光軸ＡＸ４の左右に位
置するＬＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｂ用のＹ軸用
の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２、及び光軸ＡＸ４を挟
んでＸ方向の対称位置に形成されたＸ軸用の２つの参照
マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２が形成されている。コールド
ミラー３７の表面には可視光を透過し、赤外光を反射す
るコールドミラー膜（以下、「ＣＭ膜」という）３７ａ
が被着されており、可視光である照明光ＡＬ１は殆ど減
光されるなくコールドミラー３７を透過した後、第１対
物レンズ３３の焦平面に当たるウエハ２上のウエハマー
ク３８Ｙにほぼ垂直に照射される。このウエハマーク３
８Ｙに照射された照明光ＡＬ１は、ウエハマーク３８Ｙ
で反射回折され、ウエハマーク検出光ＬＢ１として、ウ
エハ２上から光軸ＡＸ４に沿って上方に戻っていく。
て、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰに設けられ、偏
心指標マーク３１Ｙが形成された指標板３２に入射して
ライトガイド２４の射出端面の投影像を形成した後、第
１対物レンズ３３を透過して落射プリズム３４に入射す
る。落射プリズム３４の第１対物レンズ３３に対向する
面（以下、「ＲＨ面」という）３４Ｈの光軸ＡＸ４上に
は、ＦＩＡ方式用の回折格子状の指標マーク８が形成さ
れている。照明光ＡＬ１は、落射プリズム３４により下
方に偏向され、透明なガラス板からなるコールドミラー
３７に入射する。落射プリズム３４のコールドミラー３
７に対向するＲＧ平面３５には、光軸ＡＸ４の左右に位
置するＬＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｂ用のＹ軸用
の参照マーク３５Ｙ１，３５Ｙ２、及び光軸ＡＸ４を挟
んでＸ方向の対称位置に形成されたＸ軸用の２つの参照
マーク３５Ｘ１，３５Ｘ２が形成されている。コールド
ミラー３７の表面には可視光を透過し、赤外光を反射す
るコールドミラー膜（以下、「ＣＭ膜」という）３７ａ
が被着されており、可視光である照明光ＡＬ１は殆ど減
光されるなくコールドミラー３７を透過した後、第１対
物レンズ３３の焦平面に当たるウエハ２上のウエハマー
ク３８Ｙにほぼ垂直に照射される。このウエハマーク３
８Ｙに照射された照明光ＡＬ１は、ウエハマーク３８Ｙ
で反射回折され、ウエハマーク検出光ＬＢ１として、ウ
エハ２上から光軸ＡＸ４に沿って上方に戻っていく。
【００８１】ウエハマーク検出光ＬＢ１は、再びコール
ドミラー３７に入射し、ＣＭ膜３７ａで殆ど減光される
ことなくコールドミラー３７を透過後、落射プリズム３
４により−Ｙ方向に偏向され、第１対物レンズ３３に入
射する。ウエハマーク検出光ＬＢ１により、第１対物レ
ンズ３３の入射瞳面ＩＰにウエハマーク３８Ｙのフラウ
ンホーファ回折像が形成される。この際に、偏心指標マ
ーク３１Ｙの大きさはその回折像と比べて非常に小さ
い。第１対物レンズ３３及び指標板３２を透過したウエ
ハマーク検出光ＬＢ１は第２ハーフプリズム６０を透過
し、第３対物レンズ６１に入射する。第３対物レンズ６
１により集光されたウエハマーク検出光ＬＢ１はダイク
ロイックミラー６３に入射する。ダイクロイックミラー
６３は前述のダイクロイックミラー５５と同様に可視光
を反射し、赤外光を透過する波長選択性を有し、ウエハ
マーク検出光ＬＢ１は、ダイクロイックミラー６３で殆
ど減光されることなく反射され、１次元又は２次元ＣＣ
Ｄ等からなる撮像素子６４の撮像面上にウエハマーク３
８Ｙの像を形成する。このウエハマーク３８Ｙの像は指
標マーク８、及び偏心指標マーク３１Ｙによる「けら
れ」の影響を殆ど受けることがなく、理想結像と見なせ
る。従って、ウエハマーク３８Ｙの位置が正確に検出さ
れる。ウエハマーク３８Ｙの像の光強度は撮像素子６４
で電気信号に変換されて、中央制御系６に供給される。
ドミラー３７に入射し、ＣＭ膜３７ａで殆ど減光される
ことなくコールドミラー３７を透過後、落射プリズム３
４により−Ｙ方向に偏向され、第１対物レンズ３３に入
射する。ウエハマーク検出光ＬＢ１により、第１対物レ
ンズ３３の入射瞳面ＩＰにウエハマーク３８Ｙのフラウ
ンホーファ回折像が形成される。この際に、偏心指標マ
ーク３１Ｙの大きさはその回折像と比べて非常に小さ
い。第１対物レンズ３３及び指標板３２を透過したウエ
ハマーク検出光ＬＢ１は第２ハーフプリズム６０を透過
し、第３対物レンズ６１に入射する。第３対物レンズ６
１により集光されたウエハマーク検出光ＬＢ１はダイク
ロイックミラー６３に入射する。ダイクロイックミラー
６３は前述のダイクロイックミラー５５と同様に可視光
を反射し、赤外光を透過する波長選択性を有し、ウエハ
マーク検出光ＬＢ１は、ダイクロイックミラー６３で殆
ど減光されることなく反射され、１次元又は２次元ＣＣ
Ｄ等からなる撮像素子６４の撮像面上にウエハマーク３
８Ｙの像を形成する。このウエハマーク３８Ｙの像は指
標マーク８、及び偏心指標マーク３１Ｙによる「けら
れ」の影響を殆ど受けることがなく、理想結像と見なせ
る。従って、ウエハマーク３８Ｙの位置が正確に検出さ
れる。ウエハマーク３８Ｙの像の光強度は撮像素子６４
で電気信号に変換されて、中央制御系６に供給される。
【００８２】一方、センサ本体部１１ｋ内に設置された
光源５３より射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２は
コンデンサレンズ５４で集光され、ダイクロイックミラ
ー５５を殆ど減光されることなく透過し、可視の照明光
ＡＬ１と共に視野絞り５６を通過してミラー５７で反射
され、リレーレンズ５８により集光されて第１ハーフプ
リズム５９に入射する。第１ハーフプリズム５９で反射
された照明光ＡＬ２は、第２ハーフプリズム６０に入射
する。照明光ＡＬ２は、第２ハーフプリズム６０で＋Ｙ
方向に反射されて第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上
に配置された指標板３２上に光源５３の投影像を形成
し、第１対物レンズ３３を透過して落射プリズム３４に
入射する。落射プリズム３４のＲＨ面３４Ｈに形成され
た指標マーク８のパターン構造は、ウエハマーク３８Ｙ
と同程度の周期性のある凸部と凹部との透過光の位相差
が１８０°の１次元又は２次元の位相パターンである。
従って、照明光ＡＬ２はこの指標マーク８により透過回
折されて、回折される光束の殆どが±１次の２つ又は４
つの回折光束にだけ変換された指標マーク検出光ＬＢ２
となる。
光源５３より射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２は
コンデンサレンズ５４で集光され、ダイクロイックミラ
ー５５を殆ど減光されることなく透過し、可視の照明光
ＡＬ１と共に視野絞り５６を通過してミラー５７で反射
され、リレーレンズ５８により集光されて第１ハーフプ
リズム５９に入射する。第１ハーフプリズム５９で反射
された照明光ＡＬ２は、第２ハーフプリズム６０に入射
する。照明光ＡＬ２は、第２ハーフプリズム６０で＋Ｙ
方向に反射されて第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上
に配置された指標板３２上に光源５３の投影像を形成
し、第１対物レンズ３３を透過して落射プリズム３４に
入射する。落射プリズム３４のＲＨ面３４Ｈに形成され
た指標マーク８のパターン構造は、ウエハマーク３８Ｙ
と同程度の周期性のある凸部と凹部との透過光の位相差
が１８０°の１次元又は２次元の位相パターンである。
従って、照明光ＡＬ２はこの指標マーク８により透過回
折されて、回折される光束の殆どが±１次の２つ又は４
つの回折光束にだけ変換された指標マーク検出光ＬＢ２
となる。
【００８３】指標マーク８からの指標マーク検出光ＬＢ
２は、落射プリズム３４により下方に偏向され、コール
ドミラー３７のＣＭ膜３７ａ上に入射する。ＣＭ膜３７
ａは前述のように可視光は透過し、赤外光は反射する光
学的性質を有している。従って、ＣＭ膜３７ａ上に入射
した指標マーク検出光ＬＢ２は、ＣＭ膜３７ａで殆ど減
光されることなく反射され、再度落射プリズム３４に戻
って−Ｙ方向に偏向されて第１対物レンズ３３に再入射
する。第１対物レンズ３３を透過した指標マーク検出光
ＬＢ２は、指標板３２を偏心指標マーク３１Ｙに影響さ
れることなく透過し、第２ハーフプリズム６０を透過し
て第３対物レンズ６１に入射する。第３対物レンズ６１
により集光された指標マーク検出光ＬＢ２は、ダイクロ
イックミラー６３を殆ど減光されることなく透過し、指
標マーク用の撮像素子６２の撮像面に指標マーク８の像
を形成する。指標マーク８の像の光強度は撮像素子６２
により電気信号に変換され、中央制御系６に供給され
る。なお、撮像素子６２はダイクロイックミラー６３に
できる限り近接して配置される。
２は、落射プリズム３４により下方に偏向され、コール
ドミラー３７のＣＭ膜３７ａ上に入射する。ＣＭ膜３７
ａは前述のように可視光は透過し、赤外光は反射する光
学的性質を有している。従って、ＣＭ膜３７ａ上に入射
した指標マーク検出光ＬＢ２は、ＣＭ膜３７ａで殆ど減
光されることなく反射され、再度落射プリズム３４に戻
って−Ｙ方向に偏向されて第１対物レンズ３３に再入射
する。第１対物レンズ３３を透過した指標マーク検出光
ＬＢ２は、指標板３２を偏心指標マーク３１Ｙに影響さ
れることなく透過し、第２ハーフプリズム６０を透過し
て第３対物レンズ６１に入射する。第３対物レンズ６１
により集光された指標マーク検出光ＬＢ２は、ダイクロ
イックミラー６３を殆ど減光されることなく透過し、指
標マーク用の撮像素子６２の撮像面に指標マーク８の像
を形成する。指標マーク８の像の光強度は撮像素子６２
により電気信号に変換され、中央制御系６に供給され
る。なお、撮像素子６２はダイクロイックミラー６３に
できる限り近接して配置される。
【００８４】中央制御系６は撮像素子６４，６２からそ
れぞれ供給されたウエハマーク３８Ｙの像及び指標マー
ク８の像の各々の電気信号と、レーザ干渉計４ａからの
ウエハステージ３の位置情報とを演算処理することで、
指標マーク８に対するウエハマーク３８Ｙの位置ずれ量
を検出する。そして、その位置ずれにレーザ干渉計４ａ
で検出されるウエハステージ３のＹ座標を加算すること
で、ウエハマーク３８Ｙのステージ座標系での位置が検
出される。従って、ウエハマーク３８Ｙの像の位置と指
標マーク８の像の位置とが合致するときのウエハマーク
３８ＹのＹ方向の位置を、アライメントセンサ７Ｆの計
測中心のＹ方向の位置とみなすことができる。
れぞれ供給されたウエハマーク３８Ｙの像及び指標マー
ク８の像の各々の電気信号と、レーザ干渉計４ａからの
ウエハステージ３の位置情報とを演算処理することで、
指標マーク８に対するウエハマーク３８Ｙの位置ずれ量
を検出する。そして、その位置ずれにレーザ干渉計４ａ
で検出されるウエハステージ３のＹ座標を加算すること
で、ウエハマーク３８Ｙのステージ座標系での位置が検
出される。従って、ウエハマーク３８Ｙの像の位置と指
標マーク８の像の位置とが合致するときのウエハマーク
３８ＹのＹ方向の位置を、アライメントセンサ７Ｆの計
測中心のＹ方向の位置とみなすことができる。
【００８５】ウエハ２上には複数のショット領域が形成
されており、それらの各ショット領域にはそれぞれウエ
ハマーク３８Ｙと同様のウエハマークが所定の位置に形
成されている。それらのショット領域のウエハマークが
順次アライメントセンサ７Ｆの検出領域に収まるように
ウエハステージ３を移動させ、ウエハステージ３の位置
をレーザ干渉計４ａで検出することにより、所望のショ
ット領域のウエハマークのステージ座標系での位置をＦ
ＩＡ方式（画像処理方式）で検出することができる。
されており、それらの各ショット領域にはそれぞれウエ
ハマーク３８Ｙと同様のウエハマークが所定の位置に形
成されている。それらのショット領域のウエハマークが
順次アライメントセンサ７Ｆの検出領域に収まるように
ウエハステージ３を移動させ、ウエハステージ３の位置
をレーザ干渉計４ａで検出することにより、所望のショ
ット領域のウエハマークのステージ座標系での位置をＦ
ＩＡ方式（画像処理方式）で検出することができる。
【００８６】なお、図１０のＬＩＡ方式のアライメント
センサ７Ｂは図１のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７
と殆ど同一の構成を有するが、第２対物レンズ３０の後
に２つの第１及び第２ハーフプリズム５９，６０が設置
されている点で少し異なっている。即ち、ヘテロダイン
発生系ＨＤＢからの照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は第２対
物レンズ３０を透過して、第１ハーフプリズム５９を透
過した後、第２ハーフプリズム６０により＋Ｙ方向に反
射されて指標板３２に入射する。また、ウエハマーク３
８Ｙからのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ、及び参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの参照マーク検出光ＹＬＧも
同様に指標板３２を通過した後、第２ハーフプリズム６
０でＺ方向に反射された後、第１ハーフプリズム５９及
びその他の光学部材を経てそれぞれ対応する光電変換素
子４３Ｙ，４２Ｙに入射する。同様に、Ｘ軸用の参照マ
ーク３５Ｘ１，３５Ｘ２からの参照マーク検出光ＸＬＧ
も指標板３２から射出された後、第２ハーフプリズム６
０でＺ方向に反射され、第１ハーフプリズム５９等を透
過してＸ軸用の光電変換素子４２Ｘ及びもう１つの不図
示の光電変換素子にそれぞれ入射する。それ以外の光路
は図１のアライメントセンサ７と同様である。
センサ７Ｂは図１のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７
と殆ど同一の構成を有するが、第２対物レンズ３０の後
に２つの第１及び第２ハーフプリズム５９，６０が設置
されている点で少し異なっている。即ち、ヘテロダイン
発生系ＨＤＢからの照明光ＹＬＢ１，ＹＬＢ２は第２対
物レンズ３０を透過して、第１ハーフプリズム５９を透
過した後、第２ハーフプリズム６０により＋Ｙ方向に反
射されて指標板３２に入射する。また、ウエハマーク３
８Ｙからのウエハマーク検出光ＹＷＬＢ、及び参照マー
ク３５Ｙ１，３５Ｙ２からの参照マーク検出光ＹＬＧも
同様に指標板３２を通過した後、第２ハーフプリズム６
０でＺ方向に反射された後、第１ハーフプリズム５９及
びその他の光学部材を経てそれぞれ対応する光電変換素
子４３Ｙ，４２Ｙに入射する。同様に、Ｘ軸用の参照マ
ーク３５Ｘ１，３５Ｘ２からの参照マーク検出光ＸＬＧ
も指標板３２から射出された後、第２ハーフプリズム６
０でＺ方向に反射され、第１ハーフプリズム５９等を透
過してＸ軸用の光電変換素子４２Ｘ及びもう１つの不図
示の光電変換素子にそれぞれ入射する。それ以外の光路
は図１のアライメントセンサ７と同様である。
【００８７】上述のように、本例ではＬＩＡ方式のアラ
イメントセンサ７Ｂ及びＦＩＡ方式のアライメントセン
サ７Ｆの本体部を、同じセンサ本体部１１ｋのケーシン
グ１２Ａ内部に搭載し、指標対物部１１ｂを共用する構
成となっている。従って、指標対物部１１ｂが共通化さ
れることにより、部品点数及びスペースを低減できる。
また、図１の例と同様に指標板３２、第１対物レンズ３
３、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆの基準と
なる指標マーク８が形成された落射プリズム３４等を含
む指標対物部１１ｂがセンサ本体部１１ｋから分離さ
れ、参照信号を得るための複数の参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２が落射プリズム３４のＲＧ面３５上に設けられ
ている。従って、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ
についても、図１のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７
について示したのと同様の作用効果が得られる。即ち、
通常Ｄ面１６ａが伸縮して移動したり、センサ本体部１
１ｋが移動及び変形した場合には、ベースライン量に変
動が生ずる、所謂ベースライン変動の要因となる。しか
し、本例ではウエハマーク検出光ＬＢ１及び指標マーク
検出光ＬＢ２はセンサ本体部１１ｋのダイクロイックミ
ラー６３以降の光路を除き、ほぼ同一の光路を通る。従
って、光電変換素子６２の受光面における指標マーク８
の像と、光電変換素子６４の受光面におけるウエハマー
ク３８Ｙの像とは、ほぼ等しいドリフト量で変位するこ
とになり、Ｄ面１６ａの伸縮及びセンサ本体部１１ｂの
移動や変形はベースライン変動の要因とはならない。
イメントセンサ７Ｂ及びＦＩＡ方式のアライメントセン
サ７Ｆの本体部を、同じセンサ本体部１１ｋのケーシン
グ１２Ａ内部に搭載し、指標対物部１１ｂを共用する構
成となっている。従って、指標対物部１１ｂが共通化さ
れることにより、部品点数及びスペースを低減できる。
また、図１の例と同様に指標板３２、第１対物レンズ３
３、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆの基準と
なる指標マーク８が形成された落射プリズム３４等を含
む指標対物部１１ｂがセンサ本体部１１ｋから分離さ
れ、参照信号を得るための複数の参照マーク３５Ｙ１，
３５Ｙ２が落射プリズム３４のＲＧ面３５上に設けられ
ている。従って、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ
についても、図１のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７
について示したのと同様の作用効果が得られる。即ち、
通常Ｄ面１６ａが伸縮して移動したり、センサ本体部１
１ｋが移動及び変形した場合には、ベースライン量に変
動が生ずる、所謂ベースライン変動の要因となる。しか
し、本例ではウエハマーク検出光ＬＢ１及び指標マーク
検出光ＬＢ２はセンサ本体部１１ｋのダイクロイックミ
ラー６３以降の光路を除き、ほぼ同一の光路を通る。従
って、光電変換素子６２の受光面における指標マーク８
の像と、光電変換素子６４の受光面におけるウエハマー
ク３８Ｙの像とは、ほぼ等しいドリフト量で変位するこ
とになり、Ｄ面１６ａの伸縮及びセンサ本体部１１ｂの
移動や変形はベースライン変動の要因とはならない。
【００８８】また、ウエハマーク検出光ＬＢ１及び指標
マーク検出光ＬＢ２がほぼ同一の光路を進むことによ
り、光路中の機械的振動や空気揺らぎ等の影響を同等に
受けることになるため、指標マーク８の像及びウエハマ
ーク３８Ｙの像の受光面上の検出位置も同等に揺らぐこ
とになる。従って、指標マーク８を基準としてウエハマ
ーク３８Ｙの位置を検出する、即ち両者の相対位置を計
測する場合には、計測再現性の上で有利である。
マーク検出光ＬＢ２がほぼ同一の光路を進むことによ
り、光路中の機械的振動や空気揺らぎ等の影響を同等に
受けることになるため、指標マーク８の像及びウエハマ
ーク３８Ｙの像の受光面上の検出位置も同等に揺らぐこ
とになる。従って、指標マーク８を基準としてウエハマ
ーク３８Ｙの位置を検出する、即ち両者の相対位置を計
測する場合には、計測再現性の上で有利である。
【００８９】更に、センサ本体部１１ｋに起因するベー
スライン変動の発生源が大幅に削減される。即ち、ベー
スライン変動の発生要因としては、例えば指標対物部１
１ｂが固定されているＣ面１６ｂの水平方向への伸縮に
伴うウエハマーク３８Ｙに対する指標マーク８の位置の
ドリフト、及び指標対物部１１ｂの内部変形に伴うウエ
ハマーク３８Ｙに対する指標マーク８のドリフトが主な
ものとなる。この場合、指標対物部１１ｂ自体が元々小
さいため、指標対物部１１ｂの内部変形も小さくなる。
従って、指標マーク８のドリフトも極めて小さい。その
上、指標対物部１１ｂ内において、熱変形等の影響を受
けてドリフトに大きな影響を与える光学部材は落射プリ
ズム３４を支持するケーシング１３であるが、このケー
シング１３の熱変形により落射プリズム３４がピッチン
グ、ローリング、又はヨーイング等により変位した場合
のベースライン変動は減少する。従って、仮にケーシン
グ１３を低熱膨張材で構成しなくともＦＩＡ方式のアラ
イメントセンサ７Ｆのベースライン変動は大幅に減少す
る。
スライン変動の発生源が大幅に削減される。即ち、ベー
スライン変動の発生要因としては、例えば指標対物部１
１ｂが固定されているＣ面１６ｂの水平方向への伸縮に
伴うウエハマーク３８Ｙに対する指標マーク８の位置の
ドリフト、及び指標対物部１１ｂの内部変形に伴うウエ
ハマーク３８Ｙに対する指標マーク８のドリフトが主な
ものとなる。この場合、指標対物部１１ｂ自体が元々小
さいため、指標対物部１１ｂの内部変形も小さくなる。
従って、指標マーク８のドリフトも極めて小さい。その
上、指標対物部１１ｂ内において、熱変形等の影響を受
けてドリフトに大きな影響を与える光学部材は落射プリ
ズム３４を支持するケーシング１３であるが、このケー
シング１３の熱変形により落射プリズム３４がピッチン
グ、ローリング、又はヨーイング等により変位した場合
のベースライン変動は減少する。従って、仮にケーシン
グ１３を低熱膨張材で構成しなくともＦＩＡ方式のアラ
イメントセンサ７Ｆのベースライン変動は大幅に減少す
る。
【００９０】このように、ＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサ７Ｂ及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆにお
いて熱の発生等に伴うドリフトの発生要因を大幅に削減
し、かつ限定できるので、低熱膨張材の利用や部分温調
及び温度モニターによる予測制御といった手法を無駄な
く有効に用いることが可能となり、アライメントセンサ
７Ｂ及び７Ｆにおいて、熱変形等に伴うベースライン変
動量を極めて小さくでき、アライメント精度を大幅に向
上させることができる。また、ベースラインチェックを
頻繁に繰り返す必要がないため、スループットが向上す
る利点もある。
ンサ７Ｂ及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆにお
いて熱の発生等に伴うドリフトの発生要因を大幅に削減
し、かつ限定できるので、低熱膨張材の利用や部分温調
及び温度モニターによる予測制御といった手法を無駄な
く有効に用いることが可能となり、アライメントセンサ
７Ｂ及び７Ｆにおいて、熱変形等に伴うベースライン変
動量を極めて小さくでき、アライメント精度を大幅に向
上させることができる。また、ベースラインチェックを
頻繁に繰り返す必要がないため、スループットが向上す
る利点もある。
【００９１】次に、本発明による実施の形態の第４の例
について図１１〜図１３を参照して説明する。本例は、
図１０のＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ及び図１
のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７に加えてＬＳＡ方
式のアライメントセンサを設置する場合に本発明を適用
したものである。本例では、図１に示すように、ＦＩＡ
方式のアライメントセンサ７Ｆの本体部とＬＳＡ方式の
アライメントセンサ７Ｓの本体部とを同一のセンサ本体
部１１ｓ内に配置し、これらの２つのアライメントセン
サ７Ｆ，７Ｓに共通の指標対物部１１ｎを設けてウエハ
マークの検出を行うものである。ＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサ７及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ
の構成、並びに装置構成は図１及び図１０と同様につ
き、図１１〜図１３において、図１及び図１０に対応す
る部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
について図１１〜図１３を参照して説明する。本例は、
図１０のＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ及び図１
のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７に加えてＬＳＡ方
式のアライメントセンサを設置する場合に本発明を適用
したものである。本例では、図１に示すように、ＦＩＡ
方式のアライメントセンサ７Ｆの本体部とＬＳＡ方式の
アライメントセンサ７Ｓの本体部とを同一のセンサ本体
部１１ｓ内に配置し、これらの２つのアライメントセン
サ７Ｆ，７Ｓに共通の指標対物部１１ｎを設けてウエハ
マークの検出を行うものである。ＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサ７及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ
の構成、並びに装置構成は図１及び図１０と同様につ
き、図１１〜図１３において、図１及び図１０に対応す
る部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００９２】図１１は、本例のアライメントセンサの底
面側から見た構成を示し、この図１１に示すように、Ｆ
ＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ及びＬＳＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｓのそれぞれの本体部が搭載された
センサ本体部１１ｓ、及びＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサ７が搭載されたセンサ本体部１１ａは、それぞれの
指標対物部１１ｎ及び１１ｂから少し離れた位置に、Ｘ
軸に平行に密着して配置されている。センサ本体部１１
ｓは、複数の支持フレーム（図１１ではその内支持フレ
ーム１７ｅ，１７ｆ及びセンサ本体部１１ａと共通の支
持フレーム１７ｇを示す）を介して投影光学系１のＤ面
１６ａに固定されており、センサ本体部１１ａも同様に
複数の支持フレーム（図１１ではその内支持フレーム１
７ｈを示す）及び共通の支持フレーム１７ｇを介して投
影光学系１のＤ面１６ａに固定されている。また、それ
ぞれの指標対物部１１ｎ及び１１ｂは、センサ本体部１
１ｓとセンサ本体部１１ａとの接合面の近傍で、それぞ
れセンサ本体部１１ｓ及び１１ａに対向するように配置
されており、共通の支持フレーム１８ｅ，１８ｆ、指標
対物部１１ｎ用の支持フレーム１８ａ，１８ｂ、及び指
標対物部１１ｂ用の支持フレーム１８ｃ，１８ｄを介し
て投影光学系１のＣ面１６ｂに固定されている。センサ
本体部１１ｓ、及び指標対物部１１ｎを搭載するケーシ
ング１２Ｂ及び１３Ａの構成材料は、それぞれセンサ本
体部１１ａ及び指標対物部１１ｂのケーシングと同様で
ある。
面側から見た構成を示し、この図１１に示すように、Ｆ
ＩＡ方式のアライメントセンサ７Ｆ及びＬＳＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｓのそれぞれの本体部が搭載された
センサ本体部１１ｓ、及びＬＩＡ方式のアライメントセ
ンサ７が搭載されたセンサ本体部１１ａは、それぞれの
指標対物部１１ｎ及び１１ｂから少し離れた位置に、Ｘ
軸に平行に密着して配置されている。センサ本体部１１
ｓは、複数の支持フレーム（図１１ではその内支持フレ
ーム１７ｅ，１７ｆ及びセンサ本体部１１ａと共通の支
持フレーム１７ｇを示す）を介して投影光学系１のＤ面
１６ａに固定されており、センサ本体部１１ａも同様に
複数の支持フレーム（図１１ではその内支持フレーム１
７ｈを示す）及び共通の支持フレーム１７ｇを介して投
影光学系１のＤ面１６ａに固定されている。また、それ
ぞれの指標対物部１１ｎ及び１１ｂは、センサ本体部１
１ｓとセンサ本体部１１ａとの接合面の近傍で、それぞ
れセンサ本体部１１ｓ及び１１ａに対向するように配置
されており、共通の支持フレーム１８ｅ，１８ｆ、指標
対物部１１ｎ用の支持フレーム１８ａ，１８ｂ、及び指
標対物部１１ｂ用の支持フレーム１８ｃ，１８ｄを介し
て投影光学系１のＣ面１６ｂに固定されている。センサ
本体部１１ｓ、及び指標対物部１１ｎを搭載するケーシ
ング１２Ｂ及び１３Ａの構成材料は、それぞれセンサ本
体部１１ａ及び指標対物部１１ｂのケーシングと同様で
ある。
【００９３】図１２は、本例の投影露光装置の概略構成
を一部を切り欠いた状態で示し、この図１２において、
センサ本体部１１ｓのケーシング１２Ｂの内部には、図
１０と同様の構成を有するＦＩＡ方式のアライメントセ
ンサ７Ｆの本体部に加えて、ＬＳＡ方式のアライメント
センサ７Ｓの本体部が設置されている。ＬＳＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｓのレーザ光源ＲＬから射出された
可視域のレーザビームよりなる照明光ＡＬ３は、シリン
ドリカルレンズ７１を介してハーフプリズム７２に入射
する。照明光ＡＬ３はそのハーフプリズム７２によりＹ
軸用の照明光ＹＡＬ３とＸ軸用の照明光ＸＡＬ３とに２
分割される。ハーフプリズム７２を透過した照明光ＸＡ
Ｌ３は、Ｘ軸用の光路を進んで後述するＸＹ合成ミラー
８０で再びＹ軸用の照明光ＹＡＬ３と合成される。
を一部を切り欠いた状態で示し、この図１２において、
センサ本体部１１ｓのケーシング１２Ｂの内部には、図
１０と同様の構成を有するＦＩＡ方式のアライメントセ
ンサ７Ｆの本体部に加えて、ＬＳＡ方式のアライメント
センサ７Ｓの本体部が設置されている。ＬＳＡ方式のア
ライメントセンサ７Ｓのレーザ光源ＲＬから射出された
可視域のレーザビームよりなる照明光ＡＬ３は、シリン
ドリカルレンズ７１を介してハーフプリズム７２に入射
する。照明光ＡＬ３はそのハーフプリズム７２によりＹ
軸用の照明光ＹＡＬ３とＸ軸用の照明光ＸＡＬ３とに２
分割される。ハーフプリズム７２を透過した照明光ＸＡ
Ｌ３は、Ｘ軸用の光路を進んで後述するＸＹ合成ミラー
８０で再びＹ軸用の照明光ＹＡＬ３と合成される。
【００９４】一方、ハーフプリズム７２により下方に反
射されたＹ軸用の照明光ＹＡＬ３は、ウエハ２の表面と
共役な位置にある視野絞り７３上に集光し、断面形状が
ほぼスリット状に整形された後、リレーレンズ７４を経
て照明光ＹＡＬ３の光路に対して４５°で傾斜した反射
面を有する反射ミラー７５により＋Ｙ方向に反射され、
プリズム型の偏光ビームスプリッタ７６に入射する。偏
光ビームスプリッタ７６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反
射する特性を有する。レーザ光源ＲＬから射出される照
明光ＡＬ３はＰ偏光（直線偏光）であり、照明光ＹＡＬ
３は偏光ビームスプリッタ７６を減光されることなく透
過してリレーレンズ７８の入射瞳面７７に集光する。入
射瞳面７７を経てリレーレンズ７８を透過した照明光Ｙ
ＡＬ３は、次に１／４波長板７９で円偏光に変換され、
Ｙ軸用の照明光ＹＡＬ３とＸ軸用の照明光ＸＡＬ３とを
合成するＸＹ合成ミラー８０に入射し、照明光ＸＡＬ３
と合成されてウエハ２と共役な関係にある視野絞り８１
に入射する。以下、図１の例と同様に主にＹ軸用の照明
光ＹＡＬ３の光路について説明する。なお、照明光ＹＡ
Ｌ３を伝える光学系の光軸を光軸ＡＸ５とする。
射されたＹ軸用の照明光ＹＡＬ３は、ウエハ２の表面と
共役な位置にある視野絞り７３上に集光し、断面形状が
ほぼスリット状に整形された後、リレーレンズ７４を経
て照明光ＹＡＬ３の光路に対して４５°で傾斜した反射
面を有する反射ミラー７５により＋Ｙ方向に反射され、
プリズム型の偏光ビームスプリッタ７６に入射する。偏
光ビームスプリッタ７６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反
射する特性を有する。レーザ光源ＲＬから射出される照
明光ＡＬ３はＰ偏光（直線偏光）であり、照明光ＹＡＬ
３は偏光ビームスプリッタ７６を減光されることなく透
過してリレーレンズ７８の入射瞳面７７に集光する。入
射瞳面７７を経てリレーレンズ７８を透過した照明光Ｙ
ＡＬ３は、次に１／４波長板７９で円偏光に変換され、
Ｙ軸用の照明光ＹＡＬ３とＸ軸用の照明光ＸＡＬ３とを
合成するＸＹ合成ミラー８０に入射し、照明光ＸＡＬ３
と合成されてウエハ２と共役な関係にある視野絞り８１
に入射する。以下、図１の例と同様に主にＹ軸用の照明
光ＹＡＬ３の光路について説明する。なお、照明光ＹＡ
Ｌ３を伝える光学系の光軸を光軸ＡＸ５とする。
【００９５】視野絞り８１を通過した照明光ＹＡＬ３
は、第２対物レンズ３０を経て第１ハーフプリズム５９
を透過する。第１ハーフプリズム５９へはＦＩＡ方式の
アライメントセンサ７Ｆの本体からの可視照明光ＡＬ１
及び赤外照明光ＡＬ２も、照明光ＹＡＬ３と直交する方
向から入射するようになっている。照明光ＹＡＬ３は第
２ハーフプリズム６０に入射し、そこで＋Ｙ方向に反射
され、センサ本体部１１ｓのケーシング１２Ｂの一部に
設けられた窓１２ｃを透過して、指標対物部１１ｎのケ
ーシング１３Ａの側面に設けられた窓１３ｂを介して指
標対物部１１ｎの内部に導入される。
は、第２対物レンズ３０を経て第１ハーフプリズム５９
を透過する。第１ハーフプリズム５９へはＦＩＡ方式の
アライメントセンサ７Ｆの本体からの可視照明光ＡＬ１
及び赤外照明光ＡＬ２も、照明光ＹＡＬ３と直交する方
向から入射するようになっている。照明光ＹＡＬ３は第
２ハーフプリズム６０に入射し、そこで＋Ｙ方向に反射
され、センサ本体部１１ｓのケーシング１２Ｂの一部に
設けられた窓１２ｃを透過して、指標対物部１１ｎのケ
ーシング１３Ａの側面に設けられた窓１３ｂを介して指
標対物部１１ｎの内部に導入される。
【００９６】指標対物部１１ｎに導入された照明光ＹＡ
Ｌ３は、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に集光さ
れた後、第１対物レンズ３３を透過して、透明なガラス
板等からなる指標板３２Ａに入射する。指標板３２Ａの
光軸ＡＸ５上には２次元の回折格子状の指標マーク８Ａ
が形成されている。照明光ＹＡＬ３は指標マーク８Ａに
けられることなく指標板３２Ａを透過し、落射プリズム
３４に入射して、落射プリズム３４により下方に偏向さ
れる。落射プリズム３４の直下には透明なガラス板から
なるコールドミラー３７が設けられている。コールドミ
ラー３７の落射プリズム３４に対向する表面には、可視
光を透過し、赤外光を反射するＣＭ膜３７ａが被着され
ており、可視域のレーザビームである照明光ＹＡＬ３
は、殆ど減光されるなくコールドミラー３７を透過した
後、アライメント時にはウエハステージ３上のウエハ２
上のＹ軸用のウエハマーク３８ＫＹの近傍に照射され
る。
Ｌ３は、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰ上に集光さ
れた後、第１対物レンズ３３を透過して、透明なガラス
板等からなる指標板３２Ａに入射する。指標板３２Ａの
光軸ＡＸ５上には２次元の回折格子状の指標マーク８Ａ
が形成されている。照明光ＹＡＬ３は指標マーク８Ａに
けられることなく指標板３２Ａを透過し、落射プリズム
３４に入射して、落射プリズム３４により下方に偏向さ
れる。落射プリズム３４の直下には透明なガラス板から
なるコールドミラー３７が設けられている。コールドミ
ラー３７の落射プリズム３４に対向する表面には、可視
光を透過し、赤外光を反射するＣＭ膜３７ａが被着され
ており、可視域のレーザビームである照明光ＹＡＬ３
は、殆ど減光されるなくコールドミラー３７を透過した
後、アライメント時にはウエハステージ３上のウエハ２
上のＹ軸用のウエハマーク３８ＫＹの近傍に照射され
る。
【００９７】図１３（ａ）は、ウエハ２上のウエハマー
ク及びＬＳＡ方式の照明光の状況を示し、この図１３
（ａ）において、ウエハ２上には、光軸ＡＸ５を通りス
テージ座標系のＹ軸及びＸ軸にそれぞれ平行なＹ１軸及
びＸ１軸上にそれぞれＸ軸用のスリット状の照明光ＸＡ
Ｌ３、及びＹ軸のスリット状の照明光ＹＡＬ３が照射さ
れており、照明光ＸＡＬ３及びＹＡＬ３の近傍にそれぞ
れＸ軸用のドット列状のウエハマーク３８ＫＸ、及びＹ
軸用のドット列状のウエハマーク３８ＫＹが位置してい
る。この場合、Ｙ軸用の照明光ＹＡＬ３がＹ軸用のウエ
ハマーク３８ＫＹを横切るようにウエハステージ３をＹ
方向に駆動することにより、ウエハマーク３８ＫＹが照
明光ＹＡＬ３と重なっている区間でウエハマーク３８Ｋ
Ｙより照明光ＹＡＬ３の回折光が発生する。また、Ｘ軸
用の照明光ＸＡＬ３がＸ軸用のウエハマーク３８ＫＸを
横切るようにウエハステージ３をＸ方向に駆動すること
により、ウエハマーク３８ＫＸが照明光ＸＡＬ３と重な
っている区間でウエハマーク３８ＫＸより照明光ＸＡＬ
３の回折光が発生する。
ク及びＬＳＡ方式の照明光の状況を示し、この図１３
（ａ）において、ウエハ２上には、光軸ＡＸ５を通りス
テージ座標系のＹ軸及びＸ軸にそれぞれ平行なＹ１軸及
びＸ１軸上にそれぞれＸ軸用のスリット状の照明光ＸＡ
Ｌ３、及びＹ軸のスリット状の照明光ＹＡＬ３が照射さ
れており、照明光ＸＡＬ３及びＹＡＬ３の近傍にそれぞ
れＸ軸用のドット列状のウエハマーク３８ＫＸ、及びＹ
軸用のドット列状のウエハマーク３８ＫＹが位置してい
る。この場合、Ｙ軸用の照明光ＹＡＬ３がＹ軸用のウエ
ハマーク３８ＫＹを横切るようにウエハステージ３をＹ
方向に駆動することにより、ウエハマーク３８ＫＹが照
明光ＹＡＬ３と重なっている区間でウエハマーク３８Ｋ
Ｙより照明光ＹＡＬ３の回折光が発生する。また、Ｘ軸
用の照明光ＸＡＬ３がＸ軸用のウエハマーク３８ＫＸを
横切るようにウエハステージ３をＸ方向に駆動すること
により、ウエハマーク３８ＫＸが照明光ＸＡＬ３と重な
っている区間でウエハマーク３８ＫＸより照明光ＸＡＬ
３の回折光が発生する。
【００９８】照明光ＹＡＬ３及びＸＡＬ３の回折光は、
入射した光路を戻って再びセンサ本体部１１ｓに戻り、
それぞれ後述するＹ軸用の光電変換素子８３及び不図示
のＸ軸用の光電変換素子の受光面に入射する。以下で
は、主にウエハマーク３８ＫＹからの０次回折光（正反
射光）であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３0 、並びに＋
１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３+1及び−
１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３-1につい
て説明する。なお、ウエハマーク検出光ＹＷＬ３ 0 ，Ｙ
ＷＬ３+1，ＹＷＬ３-1をまとめてウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬ３とする。ウエハマーク検出光ＹＷＬ３は再びコー
ルドミラー３７に入射し、ＣＭ膜３７ａで殆ど減光され
ることなくコールドミラー３７を透過後、落射プリズム
３３により−Ｙ方向に偏向され、指標板３２Ａに入射す
る。
入射した光路を戻って再びセンサ本体部１１ｓに戻り、
それぞれ後述するＹ軸用の光電変換素子８３及び不図示
のＸ軸用の光電変換素子の受光面に入射する。以下で
は、主にウエハマーク３８ＫＹからの０次回折光（正反
射光）であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３0 、並びに＋
１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３+1及び−
１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３-1につい
て説明する。なお、ウエハマーク検出光ＹＷＬ３ 0 ，Ｙ
ＷＬ３+1，ＹＷＬ３-1をまとめてウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬ３とする。ウエハマーク検出光ＹＷＬ３は再びコー
ルドミラー３７に入射し、ＣＭ膜３７ａで殆ど減光され
ることなくコールドミラー３７を透過後、落射プリズム
３３により−Ｙ方向に偏向され、指標板３２Ａに入射す
る。
【００９９】図１３（ｂ）は、指標板３２Ａ上のウエハ
マーク検出光ＹＷＬ３の様子を第１対物レンズ３３側か
ら見た平面図を示し、この図１３（ａ）において、Ｙ１
軸及びＸ１軸に沿って照明光ＹＡＬ３及びＸＡＬ３が入
射している。実線で示すＹ方向に伸びたスリット状の照
明光ＹＡＬ３は＋Ｘ１方向に入射し、同様に実線で示す
Ｘ方向に伸びたスリット状の照明光ＸＡＬ３は＋Ｙ１方
向に入射している。Ｙ軸用のウエハマーク３８ＫＹから
発生した−１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ
３-1、０次回折光（反射光）であるウエハマーク検出光
ＹＷＬ３0 、及び＋１次回折光であるウエハマーク検出
光ＹＷＬ３+1は、それぞれ点線のスリットで示すよう
に、照明光ＹＡＬ３に重なる位置、照明光ＹＡＬ３とＹ
１軸に対して線対称の位置、及びウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬ３0 より外側の位置にそれぞれ集光している。ま
た、Ｘ軸用のウエハマーク３８ＫＸから発生した−１次
回折光であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３-1、０次回折
光（反射光）であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３0 、及
び＋１次回折光であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３
+1は、それぞれ点線のスリットで示すように、Ｙ軸用の
ウエハマーク検出光ＹＷＬ３ -1，ＹＷＬ３0 ，ＹＷＬ３
+1をそれぞれ光軸ＡＸ５を中心にして反時計回りに９０
°回転した位置に集光している。
マーク検出光ＹＷＬ３の様子を第１対物レンズ３３側か
ら見た平面図を示し、この図１３（ａ）において、Ｙ１
軸及びＸ１軸に沿って照明光ＹＡＬ３及びＸＡＬ３が入
射している。実線で示すＹ方向に伸びたスリット状の照
明光ＹＡＬ３は＋Ｘ１方向に入射し、同様に実線で示す
Ｘ方向に伸びたスリット状の照明光ＸＡＬ３は＋Ｙ１方
向に入射している。Ｙ軸用のウエハマーク３８ＫＹから
発生した−１次回折光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ
３-1、０次回折光（反射光）であるウエハマーク検出光
ＹＷＬ３0 、及び＋１次回折光であるウエハマーク検出
光ＹＷＬ３+1は、それぞれ点線のスリットで示すよう
に、照明光ＹＡＬ３に重なる位置、照明光ＹＡＬ３とＹ
１軸に対して線対称の位置、及びウエハマーク検出光Ｙ
ＷＬ３0 より外側の位置にそれぞれ集光している。ま
た、Ｘ軸用のウエハマーク３８ＫＸから発生した−１次
回折光であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３-1、０次回折
光（反射光）であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３0 、及
び＋１次回折光であるウエハマーク検出光ＸＷＬ３
+1は、それぞれ点線のスリットで示すように、Ｙ軸用の
ウエハマーク検出光ＹＷＬ３ -1，ＹＷＬ３0 ，ＹＷＬ３
+1をそれぞれ光軸ＡＸ５を中心にして反時計回りに９０
°回転した位置に集光している。
【０１００】指標板３２Ａをけられることなく通過した
ウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、第１対物レンズ３３に
入射し、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰから射出さ
れたウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、第２ハーフプリズ
ム６０に入射し、第２ハーフプリズム６０で上方に反射
され、第１ハーフプリズム５９、第２対物レンズ３０、
及び視野絞り８１を透過してＸＹ合成ミラー８０により
−Ｙ方向に反射される。なお、Ｘ軸用のウエハマーク検
出光はこのＸＹ合成ミラー８０によりＹ軸用のウエハマ
ーク検出光ＹＷＬ３と分離されてＸ軸用の光路を戻って
不図示の光電変換素子に受光される。Ｘ軸用の光電変換
素子からは、ウエハマーク３８ＫＸの位置情報に対応す
る光電信号が発生する。
ウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、第１対物レンズ３３に
入射し、第１対物レンズ３３の入射瞳面ＩＰから射出さ
れたウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、第２ハーフプリズ
ム６０に入射し、第２ハーフプリズム６０で上方に反射
され、第１ハーフプリズム５９、第２対物レンズ３０、
及び視野絞り８１を透過してＸＹ合成ミラー８０により
−Ｙ方向に反射される。なお、Ｘ軸用のウエハマーク検
出光はこのＸＹ合成ミラー８０によりＹ軸用のウエハマ
ーク検出光ＹＷＬ３と分離されてＸ軸用の光路を戻って
不図示の光電変換素子に受光される。Ｘ軸用の光電変換
素子からは、ウエハマーク３８ＫＸの位置情報に対応す
る光電信号が発生する。
【０１０１】一方、ＸＹ合成ミラー８０で−Ｙ方向に反
射されたＹ軸用のウエハマーク検出光ＹＷＬ３は１／４
波長板７９に入射し、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光に変
換されたウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、リレーレンズ
７８を介して偏光ビームスプリッタ７６に入射する。Ｓ
偏光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３は偏光ビームス
プリッタ７６で上方に反射され、リレーレンズ８２を介
して光電変換素子８３の受光面に入射する。光電変換素
子８３からはウエハマーク３８ＫＹの位置情報に対応す
る光電信号が発生する。光電変換素子８３及びＸ軸用の
光電変換素子からの光電信号は共に、中央制御系６に供
給される。例えば、それらの光電信号が最大値となると
きのウエハステージ３の位置をウエハマーク３８ＫＸ，
３８ＫＹの位置とすることができる。
射されたＹ軸用のウエハマーク検出光ＹＷＬ３は１／４
波長板７９に入射し、Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光に変
換されたウエハマーク検出光ＹＷＬ３は、リレーレンズ
７８を介して偏光ビームスプリッタ７６に入射する。Ｓ
偏光であるウエハマーク検出光ＹＷＬ３は偏光ビームス
プリッタ７６で上方に反射され、リレーレンズ８２を介
して光電変換素子８３の受光面に入射する。光電変換素
子８３からはウエハマーク３８ＫＹの位置情報に対応す
る光電信号が発生する。光電変換素子８３及びＸ軸用の
光電変換素子からの光電信号は共に、中央制御系６に供
給される。例えば、それらの光電信号が最大値となると
きのウエハステージ３の位置をウエハマーク３８ＫＸ，
３８ＫＹの位置とすることができる。
【０１０２】以上のように、本例ではＦＩＡ方式のアラ
イメントセンサ７Ｆの本体部とＬＳＡ方式のアライメン
トセンサ７Ｓとを１つのセンサ本体部１１ｓに一体化
し、指標対物部１１ｎを共用する構成となっている。従
って、指標対物部１１ｎが共通化されることにより、部
品点数及びスペースを低減できる。また、図１の例と同
様に指標板３２Ａ、及び第１対物レンズ３３等を含む指
標対物部１１ｎがセンサ本体部１１ｓから分離されてお
り、更にＬＩＡ方式のアライメントセンサについてもセ
ンサ本体部１１ａと指標対物部１１ｂとが分離された構
成となっている。従って、図１や図１０の例で示したの
と同様の効果が多く得られる。
イメントセンサ７Ｆの本体部とＬＳＡ方式のアライメン
トセンサ７Ｓとを１つのセンサ本体部１１ｓに一体化
し、指標対物部１１ｎを共用する構成となっている。従
って、指標対物部１１ｎが共通化されることにより、部
品点数及びスペースを低減できる。また、図１の例と同
様に指標板３２Ａ、及び第１対物レンズ３３等を含む指
標対物部１１ｎがセンサ本体部１１ｓから分離されてお
り、更にＬＩＡ方式のアライメントセンサについてもセ
ンサ本体部１１ａと指標対物部１１ｂとが分離された構
成となっている。従って、図１や図１０の例で示したの
と同様の効果が多く得られる。
【０１０３】なお、本発明はステッパー型の投影露光装
置に限らず、レチクルのパターンの一部を投影光学系を
介してウエハ上に投射した状態で、レチクルとウエハと
を同期走査してレチクルのパターンをウエハの各ショッ
ト領域に逐次転写する走査露光型の投影露光装置にも同
様に適用できる。このように、本発明は上述の実施の形
態に限定されず、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。
置に限らず、レチクルのパターンの一部を投影光学系を
介してウエハ上に投射した状態で、レチクルとウエハと
を同期走査してレチクルのパターンをウエハの各ショッ
ト領域に逐次転写する走査露光型の投影露光装置にも同
様に適用できる。このように、本発明は上述の実施の形
態に限定されず、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。
【０１０４】
【発明の効果】本発明の位置検出装置によれば、基準マ
ークが形成された基準体は、集光光学系と位置検出マー
クが形成された被検物との間に配置されるため、位置検
出マークからの複数の回折光（以下、「第１のウエハマ
ーク検出光」という）、及び基準マークからの複数の回
折光（以下、「基準マーク検出光」という）は同じ集光
光学系を経て集光される。従って、第１のウエハマーク
検出光及び基準マーク検出光に対する集光光学系のドリ
フトの影響が同じになるため、ドリフト安定性が向上
し、例えばＬＩＡ方式で位置検出を行う場合の位置検出
マークの検出精度が向上する利点がある。従って、本発
明の位置検出装置は投影露光装置用のオフ・アクシス方
式のアライメントセンサとして好適である。
ークが形成された基準体は、集光光学系と位置検出マー
クが形成された被検物との間に配置されるため、位置検
出マークからの複数の回折光（以下、「第１のウエハマ
ーク検出光」という）、及び基準マークからの複数の回
折光（以下、「基準マーク検出光」という）は同じ集光
光学系を経て集光される。従って、第１のウエハマーク
検出光及び基準マーク検出光に対する集光光学系のドリ
フトの影響が同じになるため、ドリフト安定性が向上
し、例えばＬＩＡ方式で位置検出を行う場合の位置検出
マークの検出精度が向上する利点がある。従って、本発
明の位置検出装置は投影露光装置用のオフ・アクシス方
式のアライメントセンサとして好適である。
【０１０５】また、基準マークが基準体上で計測方向に
離れた２箇所に形成され、合成光学部材が２箇所の基準
マークからの回折光を偏向して同一光路上に合成すると
共に、基準マークからの回折光を集光する集光偏向部材
である場合には、簡単な構成で基準体上の２箇所に離れ
た基準マーク検出光が同一光路上に合成される。また、
その基準体を第１の基準体としたとき、被検物と集光光
学系との間に配置され、所定の指標マークが形成された
第２の基準体と、この第２の基準体上の指標マーク及び
位置検出マークを照明する照明光学系と、この照明光学
系により照明された位置検出マークからの光束によって
集光光学系中の一部の光学部材を介して形成される像を
光電変換する第１の撮像素子と、照明光学系により照明
された指標マークからの光束によって集光光学系中の一
部の光学部材を介して形成される像を光電変換する第２
の撮像素子と、を備え、第１及び第２の撮像素子からの
検出信号に基づいて、指標マークに対する位置検出マー
クの相対位置を検出する場合には、更に例えばＦＩＡ方
式でも位置検出を行うことができる。このとき、位置検
出マークからの光束、及び指標マークからの光束は同じ
集光光学系を経て集光される。従って、位置検出マーク
及び指標マークからの光束に対する集光光学系のドリフ
トの影響が同じになるため、そのＦＩＡ方式の検出部で
もドリフト安定性が向上し、位置検出マークの検出精度
が向上する利点がある。
離れた２箇所に形成され、合成光学部材が２箇所の基準
マークからの回折光を偏向して同一光路上に合成すると
共に、基準マークからの回折光を集光する集光偏向部材
である場合には、簡単な構成で基準体上の２箇所に離れ
た基準マーク検出光が同一光路上に合成される。また、
その基準体を第１の基準体としたとき、被検物と集光光
学系との間に配置され、所定の指標マークが形成された
第２の基準体と、この第２の基準体上の指標マーク及び
位置検出マークを照明する照明光学系と、この照明光学
系により照明された位置検出マークからの光束によって
集光光学系中の一部の光学部材を介して形成される像を
光電変換する第１の撮像素子と、照明光学系により照明
された指標マークからの光束によって集光光学系中の一
部の光学部材を介して形成される像を光電変換する第２
の撮像素子と、を備え、第１及び第２の撮像素子からの
検出信号に基づいて、指標マークに対する位置検出マー
クの相対位置を検出する場合には、更に例えばＦＩＡ方
式でも位置検出を行うことができる。このとき、位置検
出マークからの光束、及び指標マークからの光束は同じ
集光光学系を経て集光される。従って、位置検出マーク
及び指標マークからの光束に対する集光光学系のドリフ
トの影響が同じになるため、そのＦＩＡ方式の検出部で
もドリフト安定性が向上し、位置検出マークの検出精度
が向上する利点がある。
【０１０６】また、本発明による第１の露光装置によれ
ば、上記のようにドリフト安定性に優れた位置検出装置
を備えているため、位置検出マークの検出精度が向上
し、位置合わせ精度が向上する利点がある。また、本発
明による第２の露光装置によれば、上記第１の露光装置
と同様の効果が得られると共に、基準マーク及び位置検
出マークに対する投影光学系や第１保持部材の例えば熱
的な変形や機械的振動の影響が共通化され、ベースライ
ン変動が低減する。従って、位置検出マークの検出精度
が更に向上する利点がある。
ば、上記のようにドリフト安定性に優れた位置検出装置
を備えているため、位置検出マークの検出精度が向上
し、位置合わせ精度が向上する利点がある。また、本発
明による第２の露光装置によれば、上記第１の露光装置
と同様の効果が得られると共に、基準マーク及び位置検
出マークに対する投影光学系や第１保持部材の例えば熱
的な変形や機械的振動の影響が共通化され、ベースライ
ン変動が低減する。従って、位置検出マークの検出精度
が更に向上する利点がある。
【図１】本発明による実施の形態の第１の例のアライメ
ントセンサを示す一部を切り欠いた概略構成図である。
ントセンサを示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図２】図１のＬＩＡ方式のアライメントセンサ７の本
体部の側面図である。
体部の側面図である。
【図３】（ａ）は図１のウエハマーク検出光の光路を示
す図、（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。
す図、（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。
【図４】（ａ）は図１の参照マーク検出光の光路を示す
図、（ｂ）は図４（ａ）の側面図である。
図、（ｂ）は図４（ａ）の側面図である。
【図５】図１の指標板３２及びＲＧ平面３５上での照明
光及び検出光の通過位置を示す説明図である。
光及び検出光の通過位置を示す説明図である。
【図６】（ａ）は参照マーク検出光のウエハ２上におけ
る見かけの射出点を示す拡大平面図、（ｂ）は参照マー
ク検出光の偏向ミラー２９上の通過位置を示す図、
（ｃ）は光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘの検出面を指標
板３２上に投影した状態を示す図である。
る見かけの射出点を示す拡大平面図、（ｂ）は参照マー
ク検出光の偏向ミラー２９上の通過位置を示す図、
（ｃ）は光電変換素子４３Ｙ及び４３Ｘの検出面を指標
板３２上に投影した状態を示す図である。
【図７】本発明による実施の形態の第２の例を示す図で
ある。
ある。
【図８】（ａ）は図７のＸ方向及びＹ方向のそれぞれ２
つの検出光の指標板３２上の通過位置を示す図、（ｂ）
はＸ方向及びＹ方向のそれぞれ２つの検出光のＲＧ平面
３５上の通過位置を示す図である。
つの検出光の指標板３２上の通過位置を示す図、（ｂ）
はＸ方向及びＹ方向のそれぞれ２つの検出光のＲＧ平面
３５上の通過位置を示す図である。
【図９】（ａ）は図７のウエハマーク検出光の光電変換
素子４３Ｙ及び４３Ｘ上の集光点を指標板３２上に投影
した状態を示す図、（ｂ）は参照マーク検出光の光電変
換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の集光点をＲＧ平面３５上に
投影した状態を示す図である。
素子４３Ｙ及び４３Ｘ上の集光点を指標板３２上に投影
した状態を示す図、（ｂ）は参照マーク検出光の光電変
換素子４２Ｙ及び４２Ｘ上の集光点をＲＧ平面３５上に
投影した状態を示す図である。
【図１０】本発明による実施の形態の第３の例を示す一
部を断面とした構成図である。
部を断面とした構成図である。
【図１１】本発明による実施の形態の第４の例を底面側
から見た配置を示す概略構成図である。
から見た配置を示す概略構成図である。
【図１２】図１１の実施の形態のアライメントセンサを
一部切り欠いて示す概略構成図である。
一部切り欠いて示す概略構成図である。
【図１３】（ａ）は図１２のＬＳＡ方式のアライメント
センサ７Ｓの照明光ウエハ２上の配置図、（ｂ）は照明
光及び検出光の指標板３２Ａ上の配置を示す図である。
センサ７Ｓの照明光ウエハ２上の配置図、（ｂ）は照明
光及び検出光の指標板３２Ａ上の配置を示す図である。
【図１４】図１の実施の形態のアライメントセンサを備
えた投影露光装置を示す概略構成図である。
えた投影露光装置を示す概略構成図である。
１ 投影光学系 ２ ウエハ ３ ウエハステージ ６ 中央制御系 ７ ＬＩＡ方式のアライメントセンサ ７Ｆ ＦＩＡ方式のアライメントセンサ ７Ｓ ＬＳＡ方式のアライメントセンサ ８ 指標マーク １１ａ，１１ｋ，１１ｓ センサ本体部 １１ｂ，１１ｎ 指標対物部 １２，１２Ａ，１２Ｂ ケーシング（センサ本体部） １３，１３Ａ ケーシング（指標対物部） １５ 鏡筒 １６ 投影光学系保持部 １７ａ〜１７ｈ，１８ａ，１８ｂ 支持フレーム ＨＤＢ，ＨＤＢＡ ヘテロダインビーム発生系 ＲＬ レーザ光源 ３１Ｙ，３１Ｘ 偏心指標マーク ３２，３２Ａ 指標板 ３３ 第１対物レンズ ３４ 落射プリズム ３４Ｈ ＲＨ平面 ３５ ＲＧ平面 ３５Ｙ１，３５Ｙ２ 参照マーク（Ｙ軸用） ３５Ｘ１，３５Ｘ２ 参照マーク（Ｘ軸用） ３７ コールドミラー ３７ａ ＣＭ膜 ３８Ｙ，３８Ｘ ウエハマーク ４２Ｘ，４２Ｙ，４３Ｘ，４３Ｙ 光電変換素子 ６２，６４ 撮像素子 ５１ ライトガイド（可視光） ５３ 光源（赤外光） ＹＬＢ１，ＹＬＢ２ 照明光（ＬＩＡ方式のアライメン
トセンサ） ＡＬ１ 可視照明光（ＦＩＡ方式のアライメントセン
サ） ＡＬ２ 赤外照明光（ＦＩＡ方式のアライメントセン
サ） ＹＡＬ３ 照明光（ＬＳＡ方式のアライメントセンサ） ＹＷＬＢ ウエハマーク検出光（ＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサ） ＹＲＬＢ 参照マーク検出光（ＬＩＡ方式のアライメン
トセンサ） ＬＢ１ ウエハマーク検出光（ＦＩＡ方式のアライメン
トセンサ） ＬＢ２ 指標マーク検出光（ＦＩＡ方式のアライメント
センサ）
トセンサ） ＡＬ１ 可視照明光（ＦＩＡ方式のアライメントセン
サ） ＡＬ２ 赤外照明光（ＦＩＡ方式のアライメントセン
サ） ＹＡＬ３ 照明光（ＬＳＡ方式のアライメントセンサ） ＹＷＬＢ ウエハマーク検出光（ＬＩＡ方式のアライメ
ントセンサ） ＹＲＬＢ 参照マーク検出光（ＬＩＡ方式のアライメン
トセンサ） ＬＢ１ ウエハマーク検出光（ＦＩＡ方式のアライメン
トセンサ） ＬＢ２ 指標マーク検出光（ＦＩＡ方式のアライメント
センサ）
Claims (5)
- 【請求項１】 被検物上に形成された位置検出マークに
可干渉な照明光を照射する照射光学系と、前記位置検出
マークからの回折光を集光する集光光学系と、該集光光
学系により集光された回折光を光電変換する光電検出手
段とを有し、該光電検出手段からの検出信号に基づいて
前記位置検出マークの位置を検出する位置検出装置にお
いて、 前記被検物と前記集光光学系との間に配置され、所定の
基準マークが形成された基準体と、 前記基準マークからの複数の回折光を合成する合成光学
部材と、 前記光電検出手段を第１の光電検出手段としたとき、前
記基準マークから発生した複数の回折光を、前記合成光
学部材及び前記集光光学系を介して受光して光電変換す
る第２の光電検出手段と、を備え、 前記第１及び第２の光電検出手段からの検出信号に基づ
いて、前記基準マークに対する前記位置検出マークの相
対位置を検出することを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の位置検出装置であって、 前記基準マークは、前記基準体上で計測方向に離れた２
箇所に形成され、 前記合成光学部材は、前記２箇所の基準マークからの回
折光を偏向して同一光路上に合成すると共に、前記基準
マークからの回折光を集光する集光偏向部材であること
を特徴とする位置検出装置。 - 【請求項３】 請求項１、又は２記載の位置検出装置で
あって、 前記基準体を第１の基準体としたとき、前記被検物と前
記集光光学系との間に配置され、所定の指標マークが形
成された第２の基準体と、 該第２の基準体上の指標マーク及び前記位置検出マーク
を照明する照明光学系と、 該照明光学系により照明された前記位置検出マークから
の光束によって前記集光光学系中の一部の光学部材を介
して形成される像を光電変換する第１の撮像素子と、 前記照明光学系により照明された前記指標マークからの
光束によって前記集光光学系中の一部の光学部材を介し
て形成される像を光電変換する第２の撮像素子と、を備
え、 前記第１及び第２の撮像素子からの検出信号に基づい
て、前記指標マークに対する前記位置検出マークの相対
位置を検出することを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の位置検出装置
を備え、マスク上の転写用のパターンを感光基板上に転
写露光する露光装置であって、 前記感光基板上の位置合わせ用マークを前記位置検出マ
ークとして、前記位置検出装置を介して前記感光基板上
の前記位置合わせ用マークの位置が検出され、 該検出結果に基づいて前記マスクと前記感光基板との位
置合わせが行われることを特徴とする露光装置。 - 【請求項５】 請求項１、２又は３記載の位置検出装置
を備え、マスク上の転写用のパターンを第１の保持部材
に支持された投影光学系を介して感光基板上に転写露光
する露光装置であって、 前記基準マークが形成された基準体と、前記集光光学系
中の少なくとも１つの光学部材とを、前記集光光学系中
の残りの光学部材とは独立に保持する第２の保持部材を
備え、 該第２の保持部材が前記第１の保持部材の前記感光基板
側の面に固定され、 前記感光基板上の位置合わせ用マークを前記位置検出マ
ークとして、前記位置検出装置によって前記感光基板上
の前記位置合わせ用マークの位置が検出され、 該検出結果に基づいて前記マスクと前記感光基板との位
置合わせが行われることを特徴とする露光装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8027517A JPH09223651A (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 |
| KR1019960082446A KR970062816A (ko) | 1996-02-13 | 1996-12-31 | 헤드 램프를 이용한 엔진룸 조사 장치 |
| US08/796,320 US5859707A (en) | 1996-02-13 | 1997-02-06 | Position detection apparatus and aligner comprising same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8027517A JPH09223651A (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09223651A true JPH09223651A (ja) | 1997-08-26 |
Family
ID=12223328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8027517A Withdrawn JPH09223651A (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-15 | 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09223651A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004515012A (ja) * | 2000-12-01 | 2004-05-20 | マーズ インコーポレイテッド | 偏光器に基づく検出器 |
| JP2006147989A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Nikon Corp | 計測装置、及び露光装置 |
| JP2009088542A (ja) * | 2003-05-30 | 2009-04-23 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| CN113066748A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-02 | 拾斛科技(南京)有限公司 | 晶圆对准检测装置、光刻机、键合机及压印机 |
-
1996
- 1996-02-15 JP JP8027517A patent/JPH09223651A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004515012A (ja) * | 2000-12-01 | 2004-05-20 | マーズ インコーポレイテッド | 偏光器に基づく検出器 |
| JP2009088542A (ja) * | 2003-05-30 | 2009-04-23 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| US8395755B2 (en) | 2003-05-30 | 2013-03-12 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| US8675175B2 (en) | 2003-05-30 | 2014-03-18 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| JP2006147989A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Nikon Corp | 計測装置、及び露光装置 |
| CN113066748A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-02 | 拾斛科技(南京)有限公司 | 晶圆对准检测装置、光刻机、键合机及压印机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5859707A (en) | Position detection apparatus and aligner comprising same | |
| US10042271B2 (en) | Projection exposure system for microlithography with a measurement device | |
| US6297876B1 (en) | Lithographic projection apparatus with an alignment system for aligning substrate on mask | |
| JP4023695B2 (ja) | アラインメント装置及びこの装置が設けられているリソグラフィ装置 | |
| US6151120A (en) | Exposure apparatus and method | |
| US5138176A (en) | Projection optical apparatus using plural wavelengths of light | |
| US9885558B2 (en) | Interferometric apparatus for detecting 3D position of a diffracting object | |
| WO1999039374A1 (fr) | Procede d'exposition et dispositif associe | |
| JPH09246160A (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH09219354A (ja) | 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 | |
| JPH07335529A (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH09223651A (ja) | 位置検出装置及び該装置を備えた露光装置 | |
| JP3832681B2 (ja) | ステージ装置及び該装置を備えた露光装置 | |
| US5726757A (en) | Alignment method | |
| JPH09246139A (ja) | 走査型投影露光装置 | |
| JP2000010013A (ja) | 位相差顕微鏡及び重ね合わせ測定装置 | |
| JPH08219718A (ja) | 面位置検出装置 | |
| USRE36799E (en) | Projection optical apparatus using plural wavelengths of light | |
| US5838449A (en) | Optical apparatus | |
| JP2808595B2 (ja) | 位置検出装置及び該装置を用いた投影露光装置 | |
| JPH02272305A (ja) | 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 | |
| JPH07283110A (ja) | 走査露光装置 | |
| JP3248240B2 (ja) | アライメント装置の調整方法、及び露光装置 | |
| JPH11154645A (ja) | 走査露光装置及び方法 | |
| JPH0950959A (ja) | 投影露光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030506 |