JPH10125572A - マーク位置検出装置及び方法 - Google Patents
マーク位置検出装置及び方法Info
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- JPH10125572A JPH10125572A JP8273229A JP27322996A JPH10125572A JP H10125572 A JPH10125572 A JP H10125572A JP 8273229 A JP8273229 A JP 8273229A JP 27322996 A JP27322996 A JP 27322996A JP H10125572 A JPH10125572 A JP H10125572A
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- Japan
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- light
- mark
- polarization
- detection light
- alignment mark
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板と集光光学系との間に配された偏向部材
における検出光の位相飛びに起因する検出誤差を補正す
る。 【解決手段】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出装置であって、該基板上の位置合わ
せマークからの検出光を集光するための集光光学系と、
該集光光学系で集光された該検出光を検出する光検出装
置と、該マークと該集光光学系との間の光路中に配され
て該検出光を偏向する偏向部材と、該偏向部材の偏向面
における該検出光の位相飛びにより生じる該検出光の偏
光成分間の波面変化を補償するように構成され、該マー
クと該光検出装置との間の光路中に配された偏光補償光
学系とを備える、マーク位置検出装置。
における検出光の位相飛びに起因する検出誤差を補正す
る。 【解決手段】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出装置であって、該基板上の位置合わ
せマークからの検出光を集光するための集光光学系と、
該集光光学系で集光された該検出光を検出する光検出装
置と、該マークと該集光光学系との間の光路中に配され
て該検出光を偏向する偏向部材と、該偏向部材の偏向面
における該検出光の位相飛びにより生じる該検出光の偏
光成分間の波面変化を補償するように構成され、該マー
クと該光検出装置との間の光路中に配された偏光補償光
学系とを備える、マーク位置検出装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上の位置合わ
せマークの位置を検出するマーク位置検出装置及びマー
ク位置検出方法に関し、特に半導体や液晶等の製造に用
いる露光装置に設けられてマスクと感光基板との位置合
わせを行うためのマーク位置検出装置及びマーク位置検
出方法に関する。
せマークの位置を検出するマーク位置検出装置及びマー
ク位置検出方法に関し、特に半導体や液晶等の製造に用
いる露光装置に設けられてマスクと感光基板との位置合
わせを行うためのマーク位置検出装置及びマーク位置検
出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造装置用の露光装置では、レチ
クル（或いはマスク）とウェハ等の感光基板との位置合
わせをした後、露光光をレチクルに照射し、レチクル上
の回路パターン像を投影レンズを介してウェハ上に転写
露光する。上記位置合わせ（アライメント）はアライメ
ントセンサによってウェハ上のアライメントマークの位
置を光電検出し、その位置情報に基づいてレチクルとウ
ェハの位置合わせを行うものである。
クル（或いはマスク）とウェハ等の感光基板との位置合
わせをした後、露光光をレチクルに照射し、レチクル上
の回路パターン像を投影レンズを介してウェハ上に転写
露光する。上記位置合わせ（アライメント）はアライメ
ントセンサによってウェハ上のアライメントマークの位
置を光電検出し、その位置情報に基づいてレチクルとウ
ェハの位置合わせを行うものである。
【０００３】アライメントセンサとして、例えばＦＩＡ
（ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）では
ウェハ上のアライメントマークに広帯域波長の可視光を
垂直に照射し、アライメントマークからの反射・回折光
を結像光学系で集光し、ＣＣＤ撮像面上にアライメント
マーク像を結像する。ＣＣＤから得られるアライメント
マーク像の撮像信号を基にアライメントマークの位置検
出を行っている。
（ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）では
ウェハ上のアライメントマークに広帯域波長の可視光を
垂直に照射し、アライメントマークからの反射・回折光
を結像光学系で集光し、ＣＣＤ撮像面上にアライメント
マーク像を結像する。ＣＣＤから得られるアライメント
マーク像の撮像信号を基にアライメントマークの位置検
出を行っている。
【０００４】また、ＦＩＡのようなオフアクシス方式、
即ち光軸からはずれた箇所にアライメントマークを置い
て位置合わせを行うようなアライメントセンサの場合、
ベースラインの安定性がアライメント精度にとって重要
である。その為、アライメントマークの計測位置と投影
光学系の光軸との間隔を可能な限り近づける、即ちベー
スライン間隔をできるだけ短縮することで、熱変動等に
よるベースライン変化を受けにくくしている。
即ち光軸からはずれた箇所にアライメントマークを置い
て位置合わせを行うようなアライメントセンサの場合、
ベースラインの安定性がアライメント精度にとって重要
である。その為、アライメントマークの計測位置と投影
光学系の光軸との間隔を可能な限り近づける、即ちベー
スライン間隔をできるだけ短縮することで、熱変動等に
よるベースライン変化を受けにくくしている。
【０００５】ＦＩＡの場合、アライメントセンサの対物
レンズとアライメントマークとの間に偏向プリズムなど
の偏向部材を設けることで、該対物レンズを露光装置の
投影レンズ下に潜り込ませて上記間隔を狭めるようにし
ている。
レンズとアライメントマークとの間に偏向プリズムなど
の偏向部材を設けることで、該対物レンズを露光装置の
投影レンズ下に潜り込ませて上記間隔を狭めるようにし
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように結像系の光路中、特に物体空間に偏向部材を設け
る場合には、偏向部材の偏向面において結像光の波面に
位相飛びが発生することがある。単色光であれば位相飛
びが起こらないようにすることも可能であるが、特に広
域帯波長の可視光線では避けがたい。
ように結像系の光路中、特に物体空間に偏向部材を設け
る場合には、偏向部材の偏向面において結像光の波面に
位相飛びが発生することがある。単色光であれば位相飛
びが起こらないようにすることも可能であるが、特に広
域帯波長の可視光線では避けがたい。
【０００７】結像開口数（ＮＡ）を十分に確保するため
には、偏向プリズム等の偏向部材の偏向面に蒸着膜を施
す必要があるが、その場合偏向面での結像光にその入射
角度、波長、偏光成分に応じた位相変化が生じ、その影
響を受けて結像面上でのアライメントマーク像にわずか
ではあるが分散が生じたり、その収差や位置が偏光成分
毎に異なるといった現象が発生する。こうした結像性能
の不具合を有するアライメント系で様々な種類のアライ
メントマークの位置を計測する場合、計測オフセットや
ランダムエラーといったマーク位置検出誤差が発生する
虞れがある。
には、偏向プリズム等の偏向部材の偏向面に蒸着膜を施
す必要があるが、その場合偏向面での結像光にその入射
角度、波長、偏光成分に応じた位相変化が生じ、その影
響を受けて結像面上でのアライメントマーク像にわずか
ではあるが分散が生じたり、その収差や位置が偏光成分
毎に異なるといった現象が発生する。こうした結像性能
の不具合を有するアライメント系で様々な種類のアライ
メントマークの位置を計測する場合、計測オフセットや
ランダムエラーといったマーク位置検出誤差が発生する
虞れがある。
【０００８】ＦＩＡのような比較的低い開口数（ＮＡ）
であっても、広帯域波長の光を結像光として扱う光学系
で高精度なマーク位置検出精度を確保するには、上記偏
向面での偏光成分毎の位相飛び特性が、入射光の入射角
度や波長によってほとんど変わらないような、極めて高
性能な蒸着膜が必要である。
であっても、広帯域波長の光を結像光として扱う光学系
で高精度なマーク位置検出精度を確保するには、上記偏
向面での偏光成分毎の位相飛び特性が、入射光の入射角
度や波長によってほとんど変わらないような、極めて高
性能な蒸着膜が必要である。
【０００９】近年の回路線幅の微細化に伴い要求される
アライメント精度は益々厳しくなって来ており、上記蒸
着膜の性能の更なる向上が求められている。しかし、こ
うした薄膜性能の向上はもはや設計製造上の限界近くに
きており、このことが光学系の結像性能の向上の妨げと
なり、アライメントマークの位置検出精度を左右するも
のとして問題になる。
アライメント精度は益々厳しくなって来ており、上記蒸
着膜の性能の更なる向上が求められている。しかし、こ
うした薄膜性能の向上はもはや設計製造上の限界近くに
きており、このことが光学系の結像性能の向上の妨げと
なり、アライメントマークの位置検出精度を左右するも
のとして問題になる。
【００１０】したがって本発明は、基板と集光光学系と
の間に配された偏向部材における検出光の位相飛びに起
因する検出誤差を補正する、マーク位置検出装置及び方
法を提供することを目的とする。
の間に配された偏向部材における検出光の位相飛びに起
因する検出誤差を補正する、マーク位置検出装置及び方
法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るマーク位置検出装置は、基板上の位置
合わせマークの位置を検出するマーク位置検出装置であ
って、該基板上の位置合わせマークからの検出光を集光
するための集光光学系と、該集光光学系で集光された該
検出光を検出する光検出装置と、該マークと該集光光学
系との間の光路中に配されて該検出光を偏向する偏向部
材と、該偏向部材の偏向面における該検出光の位相飛び
により生じる該検出光の偏光成分間の波面変化を補償す
るように構成され、該マークと該光検出装置との間の光
路中に配された偏光補償光学系とを備える。
に、本発明に係るマーク位置検出装置は、基板上の位置
合わせマークの位置を検出するマーク位置検出装置であ
って、該基板上の位置合わせマークからの検出光を集光
するための集光光学系と、該集光光学系で集光された該
検出光を検出する光検出装置と、該マークと該集光光学
系との間の光路中に配されて該検出光を偏向する偏向部
材と、該偏向部材の偏向面における該検出光の位相飛び
により生じる該検出光の偏光成分間の波面変化を補償す
るように構成され、該マークと該光検出装置との間の光
路中に配された偏光補償光学系とを備える。
【００１２】また、前記偏光補償光学系が、該偏向部材
と該光検出装置との間の光路中に配されてもよい。
と該光検出装置との間の光路中に配されてもよい。
【００１３】このように構成すると、マークと光検出装
置との間の光路中に配された偏光補償光学系を備えるの
で、偏向部材における検出光の位相飛びによる検出光の
偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検出の誤
差を補正する。
置との間の光路中に配された偏光補償光学系を備えるの
で、偏向部材における検出光の位相飛びによる検出光の
偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検出の誤
差を補正する。
【００１４】また、前記偏光補償光学系が、該マークと
該偏向部材との間の光路中に配されてもよい。
該偏向部材との間の光路中に配されてもよい。
【００１５】ここで、前記偏光補償光学系が、偏光デポ
ライザーであってもよい。
ライザーであってもよい。
【００１６】このように構成すると、アライメントマー
クからの結像光束自体が常に無偏光化するので、後続の
光学系に偏向部材などによる偏光特性が生じていても、
アライメントマーク像の検出誤差を生じない。
クからの結像光束自体が常に無偏光化するので、後続の
光学系に偏向部材などによる偏光特性が生じていても、
アライメントマーク像の検出誤差を生じない。
【００１７】さらに、本発明に係るマーク位置検出装置
は、基板上の位置合わせマークの位置を検出するマーク
位置検出装置であって、該基板上の位置合わせマークか
らの検出光を集光するための集光光学系と、該集光光学
系で集光された該検出光を検出する光検出装置と、該マ
ークと該集光光学系との間の光路中に配されて該検出光
を偏向する偏向部材とを備え、該光検出装置が、該偏向
部材の偏向面における該検出光の位相飛びにより生じる
該検出光の偏光成分間の波面変化を補償するために、該
検出光を偏光成分毎に別々に検出する偏光選択光学系を
有する。
は、基板上の位置合わせマークの位置を検出するマーク
位置検出装置であって、該基板上の位置合わせマークか
らの検出光を集光するための集光光学系と、該集光光学
系で集光された該検出光を検出する光検出装置と、該マ
ークと該集光光学系との間の光路中に配されて該検出光
を偏向する偏向部材とを備え、該光検出装置が、該偏向
部材の偏向面における該検出光の位相飛びにより生じる
該検出光の偏光成分間の波面変化を補償するために、該
検出光を偏光成分毎に別々に検出する偏光選択光学系を
有する。
【００１８】このように構成すると、各偏光成分による
撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク
位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信
号を画像処理してアライメントマーク位置を求めること
でアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合
に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク
位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信
号を画像処理してアライメントマーク位置を求めること
でアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合
に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
【００１９】さらに、本発明に係る露光装置は、マスク
上のパターンを前記基板上に露光転写する露光装置にお
いて、該露光装置は、該マスク上のパターンを該基板上
に露光転写するに先だって該マスクと該基板との位置合
わせをする、アライメント装置を含み、該アライメント
装置は、以上述べたマーク位置検出装置と、前記検出さ
れた検出光に基づいて前記位置合わせマークの位置を求
め、求めた位置に基づいて前記露光装置の一部を動か
し、よって前記マスクと前記基板との位置合わせを行う
制御部とを備える。
上のパターンを前記基板上に露光転写する露光装置にお
いて、該露光装置は、該マスク上のパターンを該基板上
に露光転写するに先だって該マスクと該基板との位置合
わせをする、アライメント装置を含み、該アライメント
装置は、以上述べたマーク位置検出装置と、前記検出さ
れた検出光に基づいて前記位置合わせマークの位置を求
め、求めた位置に基づいて前記露光装置の一部を動か
し、よって前記マスクと前記基板との位置合わせを行う
制御部とを備える。
【００２０】このように構成すると、マークと光検出装
置との間の光路中に配された偏光補償光学系を備えるの
で、偏向部材における検出光の位相飛びによる検出光の
偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検出の誤
差を補正することができ、マスクと基板との位置合わせ
を正確に行うことができる。
置との間の光路中に配された偏光補償光学系を備えるの
で、偏向部材における検出光の位相飛びによる検出光の
偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検出の誤
差を補正することができ、マスクと基板との位置合わせ
を正確に行うことができる。
【００２１】本発明に係るマーク位置検出方法は、基板
上の位置合わせマークの位置を検出するマーク位置検出
方法であって、該位置合わせマークに照明光を照射する
工程と、該照射された位置合わせマークからの検出光を
偏向する工程と、該偏向された検出光を集光する工程
と、該集光された検出光を検出する工程とを備え、該偏
向する工程に於いて位相飛びされた検出光の偏光成分間
の波面変化を補償する工程とを備える。
上の位置合わせマークの位置を検出するマーク位置検出
方法であって、該位置合わせマークに照明光を照射する
工程と、該照射された位置合わせマークからの検出光を
偏向する工程と、該偏向された検出光を集光する工程
と、該集光された検出光を検出する工程とを備え、該偏
向する工程に於いて位相飛びされた検出光の偏光成分間
の波面変化を補償する工程とを備える。
【００２２】このような方法によれば、位相飛びされた
検出光の偏光成分間の波面変化を補償する工程を備える
ので、偏向する工程における検出光の位相飛びによる検
出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検
出の誤差を補正できる。
検出光の偏光成分間の波面変化を補償する工程を備える
ので、偏向する工程における検出光の位相飛びによる検
出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位置検
出の誤差を補正できる。
【００２３】また、本発明に係るマーク位置検出方法
は、基板上の位置合わせマークの位置を検出するマーク
位置検出方法であって、該位置合わせマークを照明光で
照射する工程と、該照射された位置合わせマークからの
検出光を偏向する工程と、該偏向された検出光を集光す
る工程と、該集光された検出光を検出する工程とを備
え、該偏向する工程に於いて位相飛びされた検出光を偏
光成分毎に別々に検出する工程と、該検出光の位相飛び
により生じる該検出光の偏光成分間の波面変化を補償す
る工程とを備える。
は、基板上の位置合わせマークの位置を検出するマーク
位置検出方法であって、該位置合わせマークを照明光で
照射する工程と、該照射された位置合わせマークからの
検出光を偏向する工程と、該偏向された検出光を集光す
る工程と、該集光された検出光を検出する工程とを備
え、該偏向する工程に於いて位相飛びされた検出光を偏
光成分毎に別々に検出する工程と、該検出光の位相飛び
により生じる該検出光の偏光成分間の波面変化を補償す
る工程とを備える。
【００２４】このような方法によれば、各偏光成分によ
る撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマー
ク位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成
信号を画像処理してアライメントマーク位置を求めるこ
とでアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具
合に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
る撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマー
ク位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成
信号を画像処理してアライメントマーク位置を求めるこ
とでアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具
合に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図９は上記ＦＩＡの偏向部材であ
る偏向プリズムの偏向面の位相飛び特性が入射光の入射
角度や偏光に依存している場合に生じる現象の説明図で
ある。以下、各図において対応する要素には同一の符号
を付して、その重複した説明は省略する。
る偏向プリズムの偏向面の位相飛び特性が入射光の入射
角度や偏光に依存している場合に生じる現象の説明図で
ある。以下、各図において対応する要素には同一の符号
を付して、その重複した説明は省略する。
【００２６】図９において、アライメントマークＷＭが
施されたウエハ１１の上方に、偏向部材である偏向プリ
ズム１３が、その偏向反射面１２がウエハ１１の表面に
ほぼ４５度の角度で傾斜して配置されている。アライメ
ントマークＷＭからウエハ１１の表面に対して垂直上方
に射出した光が反射面１２で反射されて進行する方向前
方に第１対物レンズ１４が配されており、その光軸上前
方に第２対物レンズ１５が配されている。さらにその光
軸上前方にＣＣＤ撮像面１６が配置されている。
施されたウエハ１１の上方に、偏向部材である偏向プリ
ズム１３が、その偏向反射面１２がウエハ１１の表面に
ほぼ４５度の角度で傾斜して配置されている。アライメ
ントマークＷＭからウエハ１１の表面に対して垂直上方
に射出した光が反射面１２で反射されて進行する方向前
方に第１対物レンズ１４が配されており、その光軸上前
方に第２対物レンズ１５が配されている。さらにその光
軸上前方にＣＣＤ撮像面１６が配置されている。
【００２７】ここで、アライメントマークＷＭから反射
・回折される結像光のうちのＰ偏光成分を考える。アラ
イメントマークＷＭからほぼ垂直に射出する結像光ＰＣ
の偏向プリズム１３の偏向面１２での位相飛びの値を基
準にして考えて、結像光ＰＣの左側、言い換えればアラ
イメントマークＷＭから偏向面１２までの光路長が結像
光ＰＣより短い側を進む結像光ＰＬの位相が＋θPLだけ
進み、結像光ＰＣの右側、言い換えれば結像光ＰＣに対
して結像光ＰＬと対称な光路を進む結像光ＰＲの位相が
−θPRだけ遅れるものとする（進みを＋、遅れを−で示
す）。ここで、第１対物レンズ１４の開口数をＮＡとす
ると、ウェハ１１上での見掛けのアライメントマークＷ
Ｍ位置ＸPは、△θP＝θPL＋θPRとして、
・回折される結像光のうちのＰ偏光成分を考える。アラ
イメントマークＷＭからほぼ垂直に射出する結像光ＰＣ
の偏向プリズム１３の偏向面１２での位相飛びの値を基
準にして考えて、結像光ＰＣの左側、言い換えればアラ
イメントマークＷＭから偏向面１２までの光路長が結像
光ＰＣより短い側を進む結像光ＰＬの位相が＋θPLだけ
進み、結像光ＰＣの右側、言い換えれば結像光ＰＣに対
して結像光ＰＬと対称な光路を進む結像光ＰＲの位相が
−θPRだけ遅れるものとする（進みを＋、遅れを−で示
す）。ここで、第１対物レンズ１４の開口数をＮＡとす
ると、ウェハ１１上での見掛けのアライメントマークＷ
Ｍ位置ＸPは、△θP＝θPL＋θPRとして、
【数１】 となって、図９の＋Ｘ方向にずれる。
【００２８】一方、結像光のＳ偏光成分については、ア
ライメントマークＷＭからほぼ垂直に射出する結像光Ｓ
Ｃの偏向プリズム１３の偏向面１２での位相飛びの値を
基準にして考えて、Ｐ偏光の場合と同様に結像光ＳＣの
左側を進む結像光ＳＬの位相が−θSLだけ遅れ、結像光
ＳＣの右側を進む結像光ＳＲの位相が＋θSRだけ進むも
のとする。ウェハ１１上でのアライメントマークＷＭの
見掛けの位置ＸSは、△θS＝θSL＋θSRとして、
ライメントマークＷＭからほぼ垂直に射出する結像光Ｓ
Ｃの偏向プリズム１３の偏向面１２での位相飛びの値を
基準にして考えて、Ｐ偏光の場合と同様に結像光ＳＣの
左側を進む結像光ＳＬの位相が−θSLだけ遅れ、結像光
ＳＣの右側を進む結像光ＳＲの位相が＋θSRだけ進むも
のとする。ウェハ１１上でのアライメントマークＷＭの
見掛けの位置ＸSは、△θS＝θSL＋θSRとして、
【数２】 となって、図９の−Ｘ方向にずれる。
【００２９】こうして、偏向プリズム１３の偏向面１２
での偏光と入射角度に関する位相飛び特性により、ウェ
ハ１１上での見掛け上のアライメントマークＷＭの位置
はＰ偏光とＳ偏光とで互いに乖離し、その乖離量△Ｘ＝
ＸP−ＸSは、
での偏光と入射角度に関する位相飛び特性により、ウェ
ハ１１上での見掛け上のアライメントマークＷＭの位置
はＰ偏光とＳ偏光とで互いに乖離し、その乖離量△Ｘ＝
ＸP−ＸSは、
【数３】 である。
【００３０】図９で、第１対物レンズ１４の入射瞳上で
のＰ波とＳ波のそれぞれの位相ずれを示したのが、Ｐ波
面２１とＳ波面２２である。またその位相ずれによる乖
離は、撮像面では、Ｐ波による結像位置３１とＳ波によ
る結像位置３２で示されている。
のＰ波とＳ波のそれぞれの位相ずれを示したのが、Ｐ波
面２１とＳ波面２２である。またその位相ずれによる乖
離は、撮像面では、Ｐ波による結像位置３１とＳ波によ
る結像位置３２で示されている。
【００３１】ウェハ１１上のアライメントマークＷＭ位
置が偏光成分毎に見掛け上互いにずれる現象があると、
アライメントマークＷＭ自身に偏光特性、例えばアライ
メントマークＷＭの結像光にＰ偏光よりもＳ偏光の成分
が多い場合、ウェハ１１上のアライメントマークＷＭの
見掛けの位置がＳ偏光の見掛け上の位置の方向にやや偏
ることになり、アライメントマークＷＭの位置計測誤差
を発生させる。
置が偏光成分毎に見掛け上互いにずれる現象があると、
アライメントマークＷＭ自身に偏光特性、例えばアライ
メントマークＷＭの結像光にＰ偏光よりもＳ偏光の成分
が多い場合、ウェハ１１上のアライメントマークＷＭの
見掛けの位置がＳ偏光の見掛け上の位置の方向にやや偏
ることになり、アライメントマークＷＭの位置計測誤差
を発生させる。
【００３２】偏向プリズム１３の偏向面１２に施される
蒸着膜は△θP＋△θSの位相飛び量を照明光の波長全域
に渡って極力押さえるようにしているが、こうした要求
を満たす性能の薄膜を得ることは設計・製造上かなり困
難なものであり、このことが光学系の結像性能の向上の
妨げとなって、アライメントマークの位置検出精度を左
右するものとして問題になる。
蒸着膜は△θP＋△θSの位相飛び量を照明光の波長全域
に渡って極力押さえるようにしているが、こうした要求
を満たす性能の薄膜を得ることは設計・製造上かなり困
難なものであり、このことが光学系の結像性能の向上の
妨げとなって、アライメントマークの位置検出精度を左
右するものとして問題になる。
【００３３】図１は、本発明によるマーク位置検出装置
及びそれを露光装置に搭載されたＦＩＡに適用した場合
を一般的に説明する第１の実施の形態を示している。従
来の装置との相違は偏光補償光学系１２０が追加された
ことである。
及びそれを露光装置に搭載されたＦＩＡに適用した場合
を一般的に説明する第１の実施の形態を示している。従
来の装置との相違は偏光補償光学系１２０が追加された
ことである。
【００３４】図１において、ウエハ１１を照明するため
の照明光学系は、光源であるハロゲンランプ（ＨＬ）１
０１、その光路中の前方に配されたコンデンサレンズ
（ＣＬ）１０２、その光軸上前方に、順に配された、ウ
ェハ１１と共役な位置に設けられた視野絞り（ＦＳ）１
０３、照明リレーレンズ１０４とからなる。そしてその
光軸上前方に照明光１３０を分割するためのハーフプリ
ズム（ＨＰ）１０５が、その反射面を光軸にほぼ４５度
に傾斜させて配されている。
の照明光学系は、光源であるハロゲンランプ（ＨＬ）１
０１、その光路中の前方に配されたコンデンサレンズ
（ＣＬ）１０２、その光軸上前方に、順に配された、ウ
ェハ１１と共役な位置に設けられた視野絞り（ＦＳ）１
０３、照明リレーレンズ１０４とからなる。そしてその
光軸上前方に照明光１３０を分割するためのハーフプリ
ズム（ＨＰ）１０５が、その反射面を光軸にほぼ４５度
に傾斜させて配されている。
【００３５】ハロゲンランプ１０１から射出する広帯域
波長の照明光１３０は、コンデンサレンズ１０２で集光
され、視野絞り１０３を均一に照明する。視野絞り１０
３から射出する照明光は、照明リレーレンズ１０４でほ
ぼ平行光に変換され、ハーフプリズム１０５で分岐され
た後、その反射光の方向で前記光軸上に配された第１対
物レンズ（Ｏ１）１４の入射瞳ＩＰ上にハロゲンランプ
１０１の像を形成する。
波長の照明光１３０は、コンデンサレンズ１０２で集光
され、視野絞り１０３を均一に照明する。視野絞り１０
３から射出する照明光は、照明リレーレンズ１０４でほ
ぼ平行光に変換され、ハーフプリズム１０５で分岐され
た後、その反射光の方向で前記光軸上に配された第１対
物レンズ（Ｏ１）１４の入射瞳ＩＰ上にハロゲンランプ
１０１の像を形成する。
【００３６】第１対物レンズ１４で集光された照明光
は、その光軸上前方に配された偏向プリズム（ＲＰ）１
３で偏向されて、プリズム１３の反射光の光軸上に置か
れたウェハ１１上のアライメントマークＷＭをほぼ垂直
に照射する。
は、その光軸上前方に配された偏向プリズム（ＲＰ）１
３で偏向されて、プリズム１３の反射光の光軸上に置か
れたウェハ１１上のアライメントマークＷＭをほぼ垂直
に照射する。
【００３７】プリズム１３は、露光装置を構成する、レ
チクル４２の像をウエハ１１上に投影する投影レンズ４
１とウエハ１１との間に、投影レンズ４１の光軸にでき
るだけ近接させて、したがってウエハ１１に近接させて
配されている。
チクル４２の像をウエハ１１上に投影する投影レンズ４
１とウエハ１１との間に、投影レンズ４１の光軸にでき
るだけ近接させて、したがってウエハ１１に近接させて
配されている。
【００３８】アライメントマークＷＭで照明光は反射・
回折されて結像光束１３１となって、もと来た光路を逆
進する。この結像光１３１は偏向プリズム１３で偏向さ
れた後、第１対物レンズ１４に再入射し、第１対物レン
ズ１４の入射瞳ＩＰ上にアライメントマークＷＭの回折
像を形成する。
回折されて結像光束１３１となって、もと来た光路を逆
進する。この結像光１３１は偏向プリズム１３で偏向さ
れた後、第１対物レンズ１４に再入射し、第１対物レン
ズ１４の入射瞳ＩＰ上にアライメントマークＷＭの回折
像を形成する。
【００３９】入射瞳ＩＰを射出した結像光１３１は、ほ
ぼ平行光束となってハーフプリズム１０５を通過し、そ
の前方光軸上に配された第２対物レンズ１５を経てさら
にその前方に置かれたＣＣＤ１０８上に集光され、アラ
イメントマークＷＭの像を結像する。
ぼ平行光束となってハーフプリズム１０５を通過し、そ
の前方光軸上に配された第２対物レンズ１５を経てさら
にその前方に置かれたＣＣＤ１０８上に集光され、アラ
イメントマークＷＭの像を結像する。
【００４０】このように、ＦＩＡの光学系が構成されて
いるが、本第１の実施の形態では偏光補償光学系１２０
が、第２対物レンズ１５とＣＣＤ１０８との間の光軸上
に配されている。
いるが、本第１の実施の形態では偏光補償光学系１２０
が、第２対物レンズ１５とＣＣＤ１０８との間の光軸上
に配されている。
【００４１】さらに、ＣＣＤ１０８から得られるアライ
メントマークＷＭの像の撮像信号を基に、ＣＣＤ１０８
と電気的に接続された制御系１０９は、アライメントマ
ークＷＭの位置を求める。ウェハ１１上の複数箇所のア
ライメントマークを、ウエハ１１を載置したウェハステ
ージ１１０を駆動して、ＦＩＡの計測域に移動させて、
上記と同様の仕方でその位置を計測し、得られた各アラ
イメントマークの位置情報を統計処理することで、ウェ
ハ１１の位置を正確に求めることが出来る。
メントマークＷＭの像の撮像信号を基に、ＣＣＤ１０８
と電気的に接続された制御系１０９は、アライメントマ
ークＷＭの位置を求める。ウェハ１１上の複数箇所のア
ライメントマークを、ウエハ１１を載置したウェハステ
ージ１１０を駆動して、ＦＩＡの計測域に移動させて、
上記と同様の仕方でその位置を計測し、得られた各アラ
イメントマークの位置情報を統計処理することで、ウェ
ハ１１の位置を正確に求めることが出来る。
【００４２】こうして得られたウェハ１１の位置情報を
基にウェハステージ１１０を駆動して、ウェハ１１上の
各ショット領域とレチクル４２の投影レンズ４１を介し
たレチクル像とを正確にアライメントして逐次露光を繰
り返す。
基にウェハステージ１１０を駆動して、ウェハ１１上の
各ショット領域とレチクル４２の投影レンズ４１を介し
たレチクル像とを正確にアライメントして逐次露光を繰
り返す。
【００４３】偏向補償光学系１２０は、必ずしも第２対
物レンズ１５とＣＣＤ１０８の間ではなく、その性質に
より、アライメントマークＷＭとＣＣＤ１０８との間の
光路中の適切な箇所に配することができる。
物レンズ１５とＣＣＤ１０８の間ではなく、その性質に
より、アライメントマークＷＭとＣＣＤ１０８との間の
光路中の適切な箇所に配することができる。
【００４４】図２〜図８は、本発明に用いる偏光補償光
学系の具体例を順次説明している。偏光補償光学系（図
１で１２０で示される）の働きは、偏向部材１３の偏向
面１２で生じた前記のような結像光の偏光毎のＣＣＤ１
０８上での位置の乖離や収差を光学的手法で補正するこ
とである。
学系の具体例を順次説明している。偏光補償光学系（図
１で１２０で示される）の働きは、偏向部材１３の偏向
面１２で生じた前記のような結像光の偏光毎のＣＣＤ１
０８上での位置の乖離や収差を光学的手法で補正するこ
とである。
【００４５】図２から図６は、偏光補償光学系として複
像素子を利用する場合の実施例である。複像素子の媒質
としては常光線と異常光線との屈折率差が分散を生じる
照明光の波長間の屈折率差に比べて十分大きい方解石な
どがこの場合に適している。
像素子を利用する場合の実施例である。複像素子の媒質
としては常光線と異常光線との屈折率差が分散を生じる
照明光の波長間の屈折率差に比べて十分大きい方解石な
どがこの場合に適している。
【００４６】図２の（Ａ）では、図１の場合と違って、
第１対物レンズ１４と第２対物レンズ１５との間の、第
１対物レンズ１４の入射瞳面上に偏光補償光学系が設け
られている。この実施の形態では偏光補償光学系は方解
石より成るウオラストン・プリズム（ＷＰ）１２１ａで
ある。ここで、プリズム１２１ａの一方の構成部分に示
した両端に矢印のある線分は、この構成部分の結晶軸の
方向が矢印の方向即ち紙面内にあることを示し、黒点は
紙面に直交する方向であることを示す。以下の図におい
ても、プリズムに示した同様な矢印と黒点は結晶軸の方
向を示すものである。
第１対物レンズ１４と第２対物レンズ１５との間の、第
１対物レンズ１４の入射瞳面上に偏光補償光学系が設け
られている。この実施の形態では偏光補償光学系は方解
石より成るウオラストン・プリズム（ＷＰ）１２１ａで
ある。ここで、プリズム１２１ａの一方の構成部分に示
した両端に矢印のある線分は、この構成部分の結晶軸の
方向が矢印の方向即ち紙面内にあることを示し、黒点は
紙面に直交する方向であることを示す。以下の図におい
ても、プリズムに示した同様な矢印と黒点は結晶軸の方
向を示すものである。
【００４７】図２の（Ａ）において、第１対物レンズ１
４を射出して、ウオラストン・プリズム１２１ａに入射
した結像光は、ウオラストン・プリズム１２１ａの作用
により、結像光の成分であるＰ偏光とＳ偏向とは互いに
異なる角度でウオラストン・プリズム１２１ａを射出す
るので、第２対物レンズ１５を経てＣＣＤの撮像面１６
上に結像する上記Ｐ偏光の結像位置とＳ偏向の結像位置
とは互いに乖離する。ウオラストン・プリズム１２１ａ
を射出する際のＰ偏光とＳ偏光の分離角度と分離方向は
ウオラストン・プリズム１２１ａを構成する２組の互い
に結晶軸が直交する方解石の楔角の大きさと楔角の方向
を適当に設定することで制御可能であり、ＣＣＤの撮像
面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を任意に決めら
れる。よって、偏向プリズム１３の偏向面１２にて発生
する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１１上での見掛
けの乖離をウオラストン・プリズム１２１ａを用いてＣ
ＣＤの撮像面１６上で補正することが出来る。ウオラス
トン・プリズム１２１ａを上記入射瞳上に配置できない
場合には、特に入射瞳が第１対物レンズの中に入り込ん
でいるような場合にはノマルスキープリズムなどを用い
ても良い。なお、ウオラストン・プリズム１２１ａは、
必ずしも入射瞳に置く必要はなく、例えば図２の（Ｂ）
のようにしてもよい。
４を射出して、ウオラストン・プリズム１２１ａに入射
した結像光は、ウオラストン・プリズム１２１ａの作用
により、結像光の成分であるＰ偏光とＳ偏向とは互いに
異なる角度でウオラストン・プリズム１２１ａを射出す
るので、第２対物レンズ１５を経てＣＣＤの撮像面１６
上に結像する上記Ｐ偏光の結像位置とＳ偏向の結像位置
とは互いに乖離する。ウオラストン・プリズム１２１ａ
を射出する際のＰ偏光とＳ偏光の分離角度と分離方向は
ウオラストン・プリズム１２１ａを構成する２組の互い
に結晶軸が直交する方解石の楔角の大きさと楔角の方向
を適当に設定することで制御可能であり、ＣＣＤの撮像
面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を任意に決めら
れる。よって、偏向プリズム１３の偏向面１２にて発生
する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１１上での見掛
けの乖離をウオラストン・プリズム１２１ａを用いてＣ
ＣＤの撮像面１６上で補正することが出来る。ウオラス
トン・プリズム１２１ａを上記入射瞳上に配置できない
場合には、特に入射瞳が第１対物レンズの中に入り込ん
でいるような場合にはノマルスキープリズムなどを用い
ても良い。なお、ウオラストン・プリズム１２１ａは、
必ずしも入射瞳に置く必要はなく、例えば図２の（Ｂ）
のようにしてもよい。
【００４８】図２の（Ｂ）は、第２対物レンズ１５とＣ
ＣＤの撮像面１６との間の像空間に、方解石より成るウ
オラストン・プリズム（ＷＰ）１２１ｂが設けられてい
る場合を示している。この場合も、図２の（Ａ）の実施
例と同様な効果が得られる。ウオラストン・プリズム１
２１ｂを置く光軸上の位置によって、ＣＣＤの撮像面１
６上の像の乖離量を調節できる。
ＣＤの撮像面１６との間の像空間に、方解石より成るウ
オラストン・プリズム（ＷＰ）１２１ｂが設けられてい
る場合を示している。この場合も、図２の（Ａ）の実施
例と同様な効果が得られる。ウオラストン・プリズム１
２１ｂを置く光軸上の位置によって、ＣＣＤの撮像面１
６上の像の乖離量を調節できる。
【００４９】図３ではＣＣＤの手前の像空間に、方解石
より成るサバール板（ＳＶ）１２２を設けている。この
サバール板１２２に入射した結像光は、サバール板１２
２の作用により、結像光の成分であるＰ偏光は光軸から
ずれてサバール板１２２を射出するので、 ＣＣＤの撮
像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置とＳ偏向の結像
位置とは互いに乖離する。サバール板１２２を射出する
際のＰ偏光の光軸からのズレ量と方向はサバール板１２
２の結晶軸と光軸のなす角度により制御可能であり、
ＣＣＤの撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を
任意に決められる。よって、偏向プリズム１３の偏向面
１２にて発生する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１
１上での見掛けの乖離を、サバール板１２２を用いてＣ
ＣＤの撮像面１６上で補正することが出来る。
より成るサバール板（ＳＶ）１２２を設けている。この
サバール板１２２に入射した結像光は、サバール板１２
２の作用により、結像光の成分であるＰ偏光は光軸から
ずれてサバール板１２２を射出するので、 ＣＣＤの撮
像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置とＳ偏向の結像
位置とは互いに乖離する。サバール板１２２を射出する
際のＰ偏光の光軸からのズレ量と方向はサバール板１２
２の結晶軸と光軸のなす角度により制御可能であり、
ＣＣＤの撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を
任意に決められる。よって、偏向プリズム１３の偏向面
１２にて発生する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１
１上での見掛けの乖離を、サバール板１２２を用いてＣ
ＣＤの撮像面１６上で補正することが出来る。
【００５０】図４と図５は、偏光補償光学系として光学
ガラスなどの等方性媒質と１軸結晶などの複屈折媒質を
組み合わせて利用する場合である。１軸結晶の常光線と
異常光線との屈折率差が分散を生じる照明光の波長間の
屈折率差とほぼ等しい水晶などがこの場合に適してい
る。
ガラスなどの等方性媒質と１軸結晶などの複屈折媒質を
組み合わせて利用する場合である。１軸結晶の常光線と
異常光線との屈折率差が分散を生じる照明光の波長間の
屈折率差とほぼ等しい水晶などがこの場合に適してい
る。
【００５１】図４ではＣＣＤの撮像面１６から適当に離
した像空間に、クラウンガラスを媒質とするの楔プリズ
ム（ＫＰ）１２３ａと水晶を媒質とする楔プリズム（Ｓ
Ｐ）１２３ｂとを組み合わせて配置する。双方の楔角は
ほぼ等しく設定し、楔角の方向を互いに反対向きにす
る。楔プリズム１２３ａを射出する結像光は、分散角を
有するが、楔プリズム１２３ｂを射出する結像光は楔プ
リズム１２３ｂとは反対方向の分散角を有することにな
る。また、楔プリズム１２３ａからは結像光のＰ偏光成
分とＳ偏光成分とが互いに反対方向の角度で射出するの
で、ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置
とＳ偏向の結像位置とは互いに乖離し、その際ＣＣＤの
撮像面１６上に分散は生じない。
した像空間に、クラウンガラスを媒質とするの楔プリズ
ム（ＫＰ）１２３ａと水晶を媒質とする楔プリズム（Ｓ
Ｐ）１２３ｂとを組み合わせて配置する。双方の楔角は
ほぼ等しく設定し、楔角の方向を互いに反対向きにす
る。楔プリズム１２３ａを射出する結像光は、分散角を
有するが、楔プリズム１２３ｂを射出する結像光は楔プ
リズム１２３ｂとは反対方向の分散角を有することにな
る。また、楔プリズム１２３ａからは結像光のＰ偏光成
分とＳ偏光成分とが互いに反対方向の角度で射出するの
で、ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置
とＳ偏向の結像位置とは互いに乖離し、その際ＣＣＤの
撮像面１６上に分散は生じない。
【００５２】楔プリズム１２３ａと楔プリズム１２３ｂ
の組み合わせを、光軸に対して１８０度回転すると、
ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置とＳ
偏向の結像位置を上記と逆転することが可能である。
の組み合わせを、光軸に対して１８０度回転すると、
ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結像位置とＳ
偏向の結像位置を上記と逆転することが可能である。
【００５３】こうして上記楔角の大きさやＣＣＤからの
距離と楔角の方向とを適当に設定することで、ＣＣＤの
撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を任意に決
められる。よって、偏向プリズム１３の偏向面１２にて
発生する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１１上での
見掛けの乖離を楔プリズム１２３ａと楔プリズム１２３
ｂの組み合わせを用いてＣＣＤの撮像面１６上で補正す
ることが出来る。また、楔プリズム１２３ａと楔プリズ
ム１２３ｂの組み合わせを、第１対物レンズ１４と第２
対物レンズ１５の間の瞳空間に配置しても上記と同様の
効果がある。
距離と楔角の方向とを適当に設定することで、ＣＣＤの
撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光の結像位置を任意に決
められる。よって、偏向プリズム１３の偏向面１２にて
発生する結像光のＰ及びＳ偏光成分のウェハ１１上での
見掛けの乖離を楔プリズム１２３ａと楔プリズム１２３
ｂの組み合わせを用いてＣＣＤの撮像面１６上で補正す
ることが出来る。また、楔プリズム１２３ａと楔プリズ
ム１２３ｂの組み合わせを、第１対物レンズ１４と第２
対物レンズ１５の間の瞳空間に配置しても上記と同様の
効果がある。
【００５４】図５では、ＣＣＤの撮像面１６の手前の像
空間にクラウンガラスを媒質とする平行平面板（ＫＨ）
１２４ａと水晶を媒質とする平行平面板（ＳＨ）１２４
ｂとを組み合わせて配置する。双方を光軸に対してほぼ
等しい角度で傾斜させ、傾斜の方向を互いに反対向きに
する。平行平面板１２４ａを射出する結像光は、分散を
生じて波長毎にずれるが、平行平面板１２４ｂを射出す
る結像光は平行平面板１２４ｂとは反対方向の分散を生
じて波長毎にずれる。また、平行平面板１２４ａからは
結像光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが互いにずれて射出
するので、 ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の
結像位置とＳ偏向の結像位置とは互いに乖離し、その際
ＣＣＤ上に分散は生じない。平行平面板１２４ａと平行
平面板１２４ｂの組み合わせを光軸に対して１８０度回
転すると、ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結
像位置とＳ偏向の結像位置を上記と逆転することが可能
である。こうして平行平面板１２４ａや１２４ｂの厚さ
や光軸に対する傾斜角及び傾斜角の方向とを適当に設定
することで、ＣＣＤの撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光
の結像位置を任意に決められる。よって、偏向プリズム
１３の偏向面１２にて発生する結像光のＰ及びＳ偏光成
分のウェハ１１上での見掛けの乖離を平行平面板１２４
ａと１２４ｂの組み合わせを用いてＣＣＤの撮像面１６
上で補正することが出来る。
空間にクラウンガラスを媒質とする平行平面板（ＫＨ）
１２４ａと水晶を媒質とする平行平面板（ＳＨ）１２４
ｂとを組み合わせて配置する。双方を光軸に対してほぼ
等しい角度で傾斜させ、傾斜の方向を互いに反対向きに
する。平行平面板１２４ａを射出する結像光は、分散を
生じて波長毎にずれるが、平行平面板１２４ｂを射出す
る結像光は平行平面板１２４ｂとは反対方向の分散を生
じて波長毎にずれる。また、平行平面板１２４ａからは
結像光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが互いにずれて射出
するので、 ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の
結像位置とＳ偏向の結像位置とは互いに乖離し、その際
ＣＣＤ上に分散は生じない。平行平面板１２４ａと平行
平面板１２４ｂの組み合わせを光軸に対して１８０度回
転すると、ＣＣＤの撮像面１６上に結像するＰ偏光の結
像位置とＳ偏向の結像位置を上記と逆転することが可能
である。こうして平行平面板１２４ａや１２４ｂの厚さ
や光軸に対する傾斜角及び傾斜角の方向とを適当に設定
することで、ＣＣＤの撮像面１６上でのＰ偏光とＳ偏光
の結像位置を任意に決められる。よって、偏向プリズム
１３の偏向面１２にて発生する結像光のＰ及びＳ偏光成
分のウェハ１１上での見掛けの乖離を平行平面板１２４
ａと１２４ｂの組み合わせを用いてＣＣＤの撮像面１６
上で補正することが出来る。
【００５５】図６は、偏光補償光学系として偏光ビーム
スプリッター（ＰＢＳ）と結像光の偏光成分毎の位置と
収差の補正手段とを組み合わせて利用する場合である。
図２から図５に示す偏光補償光学系は、主に結像光の偏
光成分同士のＣＣＤの撮像面１６上での位置の乖離を低
減する働きをしていたが、図６では偏光同士の位置だけ
でなく偏向部材１３の偏向面１２で生じる結像光の偏光
成分毎のわずかな収差をもきめ細かく補正する。
スプリッター（ＰＢＳ）と結像光の偏光成分毎の位置と
収差の補正手段とを組み合わせて利用する場合である。
図２から図５に示す偏光補償光学系は、主に結像光の偏
光成分同士のＣＣＤの撮像面１６上での位置の乖離を低
減する働きをしていたが、図６では偏光同士の位置だけ
でなく偏向部材１３の偏向面１２で生じる結像光の偏光
成分毎のわずかな収差をもきめ細かく補正する。
【００５６】図６で、第２対物レンズ１５を射出した結
像光は、その前方光軸上に反射面を光軸に対してほぼ４
５度に傾斜して配された偏光ビームスプリッター（ＰＢ
Ｓ１）１４１でＰ偏向成分とＳ偏光成分とに分岐され
る。偏光ビームスプリッター１４１で偏光され反射され
たＳ偏光成分は偏向部材１３で発生した波面の乱れを、
偏光ビームスプリッター１４１の反射光の進行する前方
光軸上に配されたＳ偏光収差補正手段１４２で整えられ
た後、その前方に反射面を光軸に対しほぼ４５度に傾斜
して配された偏向ミラー（ＭＳ）１４３で偏向され、そ
の反射光の進行する前方光軸上に反射面をほぼ４５度に
傾斜して配された偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ２）
１４４の反射面で反射されて、その反射光の進行する前
方に配されたＣＣＤの撮像面１６上にＳ偏光成分のアラ
イメントマークＷＭ像を形成する。
像光は、その前方光軸上に反射面を光軸に対してほぼ４
５度に傾斜して配された偏光ビームスプリッター（ＰＢ
Ｓ１）１４１でＰ偏向成分とＳ偏光成分とに分岐され
る。偏光ビームスプリッター１４１で偏光され反射され
たＳ偏光成分は偏向部材１３で発生した波面の乱れを、
偏光ビームスプリッター１４１の反射光の進行する前方
光軸上に配されたＳ偏光収差補正手段１４２で整えられ
た後、その前方に反射面を光軸に対しほぼ４５度に傾斜
して配された偏向ミラー（ＭＳ）１４３で偏向され、そ
の反射光の進行する前方光軸上に反射面をほぼ４５度に
傾斜して配された偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ２）
１４４の反射面で反射されて、その反射光の進行する前
方に配されたＣＣＤの撮像面１６上にＳ偏光成分のアラ
イメントマークＷＭ像を形成する。
【００５７】一方、偏光ビームスプリッター１４１を通
過したＰ偏光成分は偏向部材１３で発生した波面の乱れ
を、偏光ビームスプリッター１４１の通過光の進行する
前方光軸上に配されたＰ偏光収差補正手段１４５で整え
られた後、その前方に反射面を光軸に対しほぼ４５度に
傾斜して配された偏向ミラー（ＭＰ）１４６で偏向さ
る。
過したＰ偏光成分は偏向部材１３で発生した波面の乱れ
を、偏光ビームスプリッター１４１の通過光の進行する
前方光軸上に配されたＰ偏光収差補正手段１４５で整え
られた後、その前方に反射面を光軸に対しほぼ４５度に
傾斜して配された偏向ミラー（ＭＰ）１４６で偏向さ
る。
【００５８】前述の偏光ビームスプリッター１４４は、
偏向ミラー１４６で反射されたＰ偏光の進行方向と反射
面がほぼ４５度の角度をもつようにも配されており、そ
のＰ偏光は偏光ビームスプリッター１４４に入射し、こ
こを通過しＣＣＤの撮像面１６上にＰ偏光成分のアライ
メントマークＷＭ像を形成する。偏光ミラー１４６には
入射光軸の方向に沿って微動可能な調整機構１４７が設
けられており、ＣＣＤの撮像面１６上のＰ偏光成分のア
ライメントマークＷＭ像の位置を微調整することが可能
である。
偏向ミラー１４６で反射されたＰ偏光の進行方向と反射
面がほぼ４５度の角度をもつようにも配されており、そ
のＰ偏光は偏光ビームスプリッター１４４に入射し、こ
こを通過しＣＣＤの撮像面１６上にＰ偏光成分のアライ
メントマークＷＭ像を形成する。偏光ミラー１４６には
入射光軸の方向に沿って微動可能な調整機構１４７が設
けられており、ＣＣＤの撮像面１６上のＰ偏光成分のア
ライメントマークＷＭ像の位置を微調整することが可能
である。
【００５９】上述の各偏向収差補正手段１４２、１４５
は、例えば等倍アフォーカル系様のレンズ系に偏心微動
機構が設けられたもので構成されていて、各偏光成分毎
の横収差などを補正する働きをする。こうしてＣＣＤの
撮像面１６上には各偏光毎に収差が補正され、かつ各々
の像位置が合致したアライメントマークＷＭ像が形成さ
れる。
は、例えば等倍アフォーカル系様のレンズ系に偏心微動
機構が設けられたもので構成されていて、各偏光成分毎
の横収差などを補正する働きをする。こうしてＣＣＤの
撮像面１６上には各偏光毎に収差が補正され、かつ各々
の像位置が合致したアライメントマークＷＭ像が形成さ
れる。
【００６０】以上述べたように、偏向部材とＣＣＤ等の
光電検出手段の間に設けた方解石や水晶などの１軸性結
晶よりなる偏光補償手段は、その結晶の楔角、厚み、結
晶軸の向きや方向、偏心を適当に設定することで生じる
複像作用の為に偏光補償手段を通過したアライメントマ
ーク像のＰ偏向成分とＳ偏向成分の撮像面上での位置を
別々に制御する事が出来る。この像面乖離の量と方向を
適当に設定することで、アライメント光学系の対物レン
ズの物体空間に配した偏向部材の偏向面が有する位相飛
び特性が原因で生じるアライメントマーク像のＰ偏向成
分とＳ偏向成分とが撮像手段の撮像面での乖離現象をあ
る程度まで打ち消すことが可能である。こうした偏光補
償手段としては結晶などの複屈折性部材を用いずに、偏
光ビームスプリッターと偏光成分毎のアライメント像の
位置や収差をを補正する光学系とを組み合わせたもので
も実現可能である。
光電検出手段の間に設けた方解石や水晶などの１軸性結
晶よりなる偏光補償手段は、その結晶の楔角、厚み、結
晶軸の向きや方向、偏心を適当に設定することで生じる
複像作用の為に偏光補償手段を通過したアライメントマ
ーク像のＰ偏向成分とＳ偏向成分の撮像面上での位置を
別々に制御する事が出来る。この像面乖離の量と方向を
適当に設定することで、アライメント光学系の対物レン
ズの物体空間に配した偏向部材の偏向面が有する位相飛
び特性が原因で生じるアライメントマーク像のＰ偏向成
分とＳ偏向成分とが撮像手段の撮像面での乖離現象をあ
る程度まで打ち消すことが可能である。こうした偏光補
償手段としては結晶などの複屈折性部材を用いずに、偏
光ビームスプリッターと偏光成分毎のアライメント像の
位置や収差をを補正する光学系とを組み合わせたもので
も実現可能である。
【００６１】図７は、本発明を露光装置に搭載されたＦ
ＩＡに適用した場合の第２の実施の形態を示している。
ＩＡに適用した場合の第２の実施の形態を示している。
【００６２】従来の装置との相違は、偏向部材１３とウ
ェハ１１の間の物空間に偏光デポライザー（ＨＤ）１５
１を配置していることである。アライメントマークＷＭ
からの広帯域波長の結像光を無偏光化するためには、例
えば２組の適当な厚みの水晶板を互いの結晶軸が光軸を
中心にして４５度回転させた白色光デポライザーを用い
る。偏向部材１３の偏向面１２でアライメントマークＷ
Ｍからの結像光のＰ偏光とＳ偏光の波面間に変化が生じ
て、ＣＣＤの撮像面１６上の各偏光同士の結像位置がず
れるような場合でも、偏光デポライザー１５１の作用に
より偏向部材１３に入射するアライメントマークＷＭか
らの結像光は無偏光化するので、このＦＩＡは偏光特性
の実質的に無い光学系とみなせる。よって、アライメン
トマークＷＭの偏光特性に左右されない正確なアライメ
ントマークＷＭの位置検出が可能になる。
ェハ１１の間の物空間に偏光デポライザー（ＨＤ）１５
１を配置していることである。アライメントマークＷＭ
からの広帯域波長の結像光を無偏光化するためには、例
えば２組の適当な厚みの水晶板を互いの結晶軸が光軸を
中心にして４５度回転させた白色光デポライザーを用い
る。偏向部材１３の偏向面１２でアライメントマークＷ
Ｍからの結像光のＰ偏光とＳ偏光の波面間に変化が生じ
て、ＣＣＤの撮像面１６上の各偏光同士の結像位置がず
れるような場合でも、偏光デポライザー１５１の作用に
より偏向部材１３に入射するアライメントマークＷＭか
らの結像光は無偏光化するので、このＦＩＡは偏光特性
の実質的に無い光学系とみなせる。よって、アライメン
トマークＷＭの偏光特性に左右されない正確なアライメ
ントマークＷＭの位置検出が可能になる。
【００６３】図８は、本発明を露光装置に搭載されたＦ
ＩＡに適用した場合の第３の実施の形態を示している。
ＩＡに適用した場合の第３の実施の形態を示している。
【００６４】従来のＦＩＡとの相違は偏光選択手段とし
て、アライメントマークＷＭからの結像光を各偏光成分
ごとに選択検出するために、第２対物レンズ１５の射出
光の進行方向光軸上に偏光ビームスプリッター１４１と
各偏光成分の検出専用のＣＣＤ、即ちＰ偏光用ＣＣＤ１
０８ＰとＳ偏光用ＣＣＤ１０８Ｓとを配置した。上記各
ＣＣＤの撮像面上には偏向部材の偏光面で発生した波面
変化をそのまま保持した偏光成分毎のアライメントマー
クＷＭ像が形成される。
て、アライメントマークＷＭからの結像光を各偏光成分
ごとに選択検出するために、第２対物レンズ１５の射出
光の進行方向光軸上に偏光ビームスプリッター１４１と
各偏光成分の検出専用のＣＣＤ、即ちＰ偏光用ＣＣＤ１
０８ＰとＳ偏光用ＣＣＤ１０８Ｓとを配置した。上記各
ＣＣＤの撮像面上には偏向部材の偏光面で発生した波面
変化をそのまま保持した偏光成分毎のアライメントマー
クＷＭ像が形成される。
【００６５】各ＣＣＤから得られるＳ偏光、Ｐ偏光それ
ぞれの撮像信号は、各ＣＣＤに電気的に接続された制御
系１４２に伝達される。制御系１４２では、例えば各撮
像信号毎にアライメントマークＷＭ位置を検出した後、
その２組の位置の平均を取ってアライメントマークＷＭ
の真の位置としている。こうすることで、たとえＦＩＡ
光学系に偏光に関する不具合があってもアライメントマ
ークＷＭの偏光特性に左右されない正確なアライメント
マークＷＭの位置検出が可能になる。
ぞれの撮像信号は、各ＣＣＤに電気的に接続された制御
系１４２に伝達される。制御系１４２では、例えば各撮
像信号毎にアライメントマークＷＭ位置を検出した後、
その２組の位置の平均を取ってアライメントマークＷＭ
の真の位置としている。こうすることで、たとえＦＩＡ
光学系に偏光に関する不具合があってもアライメントマ
ークＷＭの偏光特性に左右されない正確なアライメント
マークＷＭの位置検出が可能になる。
【００６６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるマーク
位置検出装置は、マークと光検出装置との間の光路中に
配された偏光補償光学系を備えるので、偏向部材におけ
る検出光の位相飛びによる検出光の偏光成分間の波面変
化を補償し、マークの位置検出の誤差を補正でき、アラ
イメントマークの位置検出精度を高めることができる。
位置検出装置は、マークと光検出装置との間の光路中に
配された偏光補償光学系を備えるので、偏向部材におけ
る検出光の位相飛びによる検出光の偏光成分間の波面変
化を補償し、マークの位置検出の誤差を補正でき、アラ
イメントマークの位置検出精度を高めることができる。
【００６７】偏光補償光学系が、偏光デポライザーであ
るときは、アライメントマークからの結像光束自体が常
に無偏光化するので、後続の光学系に偏向部材などによ
る偏光特性が生じていても、アライメントマーク像の検
出誤差を生じず、アライメントマークの位置検出精度を
高めることができる。
るときは、アライメントマークからの結像光束自体が常
に無偏光化するので、後続の光学系に偏向部材などによ
る偏光特性が生じていても、アライメントマーク像の検
出誤差を生じず、アライメントマークの位置検出精度を
高めることができる。
【００６８】また、検出光を偏光成分毎に別々に検出す
る偏光選択光学系を有するときは、各偏光成分による撮
像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク位
置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信号
を画像処理してアライメントマーク位置を求めることで
アライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合に
影響されない高精度の位置検出が可能になる。
る偏光選択光学系を有するときは、各偏光成分による撮
像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク位
置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信号
を画像処理してアライメントマーク位置を求めることで
アライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合に
影響されない高精度の位置検出が可能になる。
【００６９】さらに、本発明に係る露光装置は、マーク
と光検出装置との間の光路中に配された偏光補償光学系
を備えるので、偏向部材における検出光の位相飛びによ
る検出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位
置検出の誤差を補正することができ、マスクと基板との
位置合わせを高精度で行うことができる。
と光検出装置との間の光路中に配された偏光補償光学系
を備えるので、偏向部材における検出光の位相飛びによ
る検出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マークの位
置検出の誤差を補正することができ、マスクと基板との
位置合わせを高精度で行うことができる。
【００７０】本発明に係るマーク位置検出方法は、位相
飛びされた検出光の偏光成分間の波面変化を補償する工
程を備えるので、偏向する工程における検出光の位相飛
びによる検出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マー
クの位置検出の誤差を補正でき、高精度の位置検出が可
能になる。
飛びされた検出光の偏光成分間の波面変化を補償する工
程を備えるので、偏向する工程における検出光の位相飛
びによる検出光の偏光成分間の波面変化を補償し、マー
クの位置検出の誤差を補正でき、高精度の位置検出が可
能になる。
【００７１】また、偏向する工程に於いて位相飛びされ
た検出光を偏光成分毎に別々に検出する工程と、該検出
光の位相飛びにより生じる該検出光の偏光成分間の波面
変化を補償する工程とを備えるので、各偏光成分による
撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク
位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信
号を画像処理してアライメントマーク位置を求めること
でアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合
に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
た検出光を偏光成分毎に別々に検出する工程と、該検出
光の位相飛びにより生じる該検出光の偏光成分間の波面
変化を補償する工程とを備えるので、各偏光成分による
撮像信号を画像処理して得た各々のアライメントマーク
位置の平均値を求めたり、各撮像信号を合成した合成信
号を画像処理してアライメントマーク位置を求めること
でアライメントマークの偏光特性や光学系の偏光不具合
に影響されない高精度の位置検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す、偏光補償光
学系を有するＦＩＡの全体図である。
学系を有するＦＩＡの全体図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図９】偏向プリズムの偏向面での位相飛びにより生じ
る現象の説明図である。
る現象の説明図である。
１１ ウエハ １２ 偏向面 １３ 偏向部材 １４ 第１対物レンズ １５ 第２対物レンズ １６ ＣＣＤの撮像面 １０１ ハロゲンランプ １０５ ハーフプリズム １０８ ＣＣＤ １０９ 制御系 １２０ 偏向補償光学系 １２１ａ、１２１ｂ ウオラストン・プリズム １２２ サバール板 １２３ａ、１２３ｂ 楔プリズム １２４ａ、１２４ｂ 平行平面板 １４１、１４４ 偏光ビームスプリッター １４２ Ｓ偏光収差補正手段 １４５ Ｐ偏光収差補正手段 １４３、１４６ 偏向ミラー １４７ 調整機構
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出装置であって、 該基板上の位置合わせマークからの検出光を集光するた
めの集光光学系と、 該集光光学系で集光された該検出光を検出する光検出装
置と、 該マークと該集光光学系との間の光路中に配されて該検
出光を偏向する偏向部材と、 該偏向部材の偏向面における該検出光の位相飛びにより
生じる該検出光の偏光成分間の波面変化を補償するよう
に構成され、該マークと該光検出装置との間の光路中に
配された偏光補償光学系とを備える、 マーク位置検出装置。 - 【請求項２】 前記偏光補償光学系が、該偏向部材と該
光検出装置との間の光路中に配された、請求項１記載の
マーク位置検出装置。 - 【請求項３】 前記偏光補償光学系が、該マークと該偏
向部材との間の光路中に配された、請求項１記載のマー
ク位置検出装置。 - 【請求項４】 前記偏光補償光学系が、偏光デポライザ
ーである、請求項３記載のマーク位置検出装置。 - 【請求項５】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出装置であって、 該基板上の位置合わせマークからの検出光を集光するた
めの集光光学系と、 該集光光学系で集光された該検出光を検出する光検出装
置と、 該マークと該集光光学系との間の光路中に配されて該検
出光を偏向する偏向部材とを備え、 該光検出装置が、該偏向部材の偏向面における該検出光
の位相飛びにより生じる該検出光の偏光成分間の波面変
化を補償するために、該検出光を偏光成分毎に別々に検
出する偏光選択光学系を有する、 マーク位置検出装置。 - 【請求項６】 マスク上のパターンを前記基板上に露光
転写する露光装置において、該露光装置は、該マスク上
のパターンを該基板上に露光転写するに先だって該マス
クと該基板との位置合わせをする、アライメント装置を
含み、 該アライメント装置は、 請求項１ないし５のいずれかに記載のマーク位置検出装
置と、 前記検出された検出光に基づいて前記位置合わせマーク
の位置を求め、求めた位置に基づいて前記露光装置の一
部を動かし、よって前記マスクと前記基板との位置合わ
せを行う制御部とを備える、 露光装置。 - 【請求項７】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出方法であって、 該位置合わせマークに照明光を照射する工程と、 該照射された位置合わせマークからの検出光を偏向する
工程と、 該偏向された検出光を集光する工程と、 該集光された検出光を検出する工程とを備え、 該偏向する工程に於いて位相飛びされた検出光の偏光成
分間の波面変化を補償する工程とを備える、 マーク位置検出方法。 - 【請求項８】 基板上の位置合わせマークの位置を検出
するマーク位置検出方法であって、 該位置合わせマークを照明光で照射する工程と、 該照射された位置合わせマークからの検出光を偏向する
工程と、 該偏向された検出光を集光する工程と、 該集光された検出光を検出する工程とを備え、 該偏向する工程に於いて位相飛びされた検出光を偏光成
分毎に別々に検出する工程と、 該検出光の位相飛びにより生じる該検出光の偏光成分間
の波面変化を補償する工程とを備える、 マーク位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27322996A JP3955985B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | マーク位置検出装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27322996A JP3955985B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | マーク位置検出装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10125572A true JPH10125572A (ja) | 1998-05-15 |
| JP3955985B2 JP3955985B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=17524925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27322996A Expired - Fee Related JP3955985B2 (ja) | 1996-10-16 | 1996-10-16 | マーク位置検出装置及び方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3955985B2 (ja) |
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008283177A (ja) * | 2007-04-20 | 2008-11-20 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| US8149382B2 (en) | 2005-07-08 | 2012-04-03 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US20130271945A1 (en) | 2004-02-06 | 2013-10-17 | Nikon Corporation | Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US9341954B2 (en) | 2007-10-24 | 2016-05-17 | Nikon Corporation | Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| US9423698B2 (en) | 2003-10-28 | 2016-08-23 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus and projection exposure apparatus |
| US9678437B2 (en) | 2003-04-09 | 2017-06-13 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus having distribution changing member to change light amount and polarization member to set polarization in circumference direction |
| US9678332B2 (en) | 2007-11-06 | 2017-06-13 | Nikon Corporation | Illumination apparatus, illumination method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| US9885872B2 (en) | 2003-11-20 | 2018-02-06 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method with optical integrator and polarization member that changes polarization state of light |
| US9891539B2 (en) | 2005-05-12 | 2018-02-13 | Nikon Corporation | Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method |
| US10101666B2 (en) | 2007-10-12 | 2018-10-16 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| 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 |
| CN113655548A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-11-16 | 湖南大学 | 一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置 |
-
1996
- 1996-10-16 JP JP27322996A patent/JP3955985B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US9885872B2 (en) | 2003-11-20 | 2018-02-06 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method with optical integrator and polarization member that changes polarization state of light |
| US10007194B2 (en) | 2004-02-06 | 2018-06-26 | Nikon Corporation | Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US10241417B2 (en) | 2004-02-06 | 2019-03-26 | Nikon Corporation | Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US10234770B2 (en) | 2004-02-06 | 2019-03-19 | Nikon Corporation | Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US20130271945A1 (en) | 2004-02-06 | 2013-10-17 | Nikon Corporation | Polarization-modulating element, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US9891539B2 (en) | 2005-05-12 | 2018-02-13 | Nikon Corporation | Projection optical system, exposure apparatus, and exposure method |
| US9519223B2 (en) | 2005-07-08 | 2016-12-13 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US8149382B2 (en) | 2005-07-08 | 2012-04-03 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US9069261B2 (en) | 2005-07-08 | 2015-06-30 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| US9927713B2 (en) | 2005-07-08 | 2018-03-27 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure apparatus, and exposure method |
| JP2008283177A (ja) * | 2007-04-20 | 2008-11-20 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| US10101666B2 (en) | 2007-10-12 | 2018-10-16 | Nikon Corporation | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
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| US9341954B2 (en) | 2007-10-24 | 2016-05-17 | Nikon Corporation | Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| US9678332B2 (en) | 2007-11-06 | 2017-06-13 | Nikon Corporation | Illumination apparatus, illumination method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| 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 |
| CN113655548A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-11-16 | 湖南大学 | 一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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