JPH10172898A - 観察装置、位置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置 - Google Patents
観察装置、位置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置Info
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- JPH10172898A JPH10172898A JP8340652A JP34065296A JPH10172898A JP H10172898 A JPH10172898 A JP H10172898A JP 8340652 A JP8340652 A JP 8340652A JP 34065296 A JP34065296 A JP 34065296A JP H10172898 A JPH10172898 A JP H10172898A
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低段差パターンからなるマークに対しても安
定した高精度の位置検出が可能な位置検出装置。 【解決手段】 結像光学系（６〜１５）の光路中におい
て照明開口絞り（２７）と光学的にほぼ共役な位置に配
置された状態でマーク（ＷＭ）からの０次光と０次光が
通過しない部分を通る光との間に所定の位相差を付与す
るための位相差付与手段（３１）を備えている。そし
て、位相差付与手段を介することなく形成されたマーク
の明視野像に基づいて物体（Ｗ）の位置を検出する明視
野検出と、位相差付与手段を介して形成されたマークの
位相差像に基づいて物体の位置を検出する位相差検出と
を、照明開口絞りの開口形状を変化させることなくマー
クの段差の大きさに応じて切り換える。
定した高精度の位置検出が可能な位置検出装置。 【解決手段】 結像光学系（６〜１５）の光路中におい
て照明開口絞り（２７）と光学的にほぼ共役な位置に配
置された状態でマーク（ＷＭ）からの０次光と０次光が
通過しない部分を通る光との間に所定の位相差を付与す
るための位相差付与手段（３１）を備えている。そし
て、位相差付与手段を介することなく形成されたマーク
の明視野像に基づいて物体（Ｗ）の位置を検出する明視
野検出と、位相差付与手段を介して形成されたマークの
位相差像に基づいて物体の位置を検出する位相差検出と
を、照明開口絞りの開口形状を変化させることなくマー
クの段差の大きさに応じて切り換える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は観察装置、位置検出
装置および該位置検出装置を備えた露光装置に関し、特
に半導体素子や液晶表示素子等を製造するリソグラフィ
工程で用いる露光装置における感光性基板の位置検出に
関するものである。また、本発明による観察装置は、感
光性基板の位置検出を始めとして、観察試料としての被
観察物体を観察する顕微鏡等にも関するものである。
装置および該位置検出装置を備えた露光装置に関し、特
に半導体素子や液晶表示素子等を製造するリソグラフィ
工程で用いる露光装置における感光性基板の位置検出に
関するものである。また、本発明による観察装置は、感
光性基板の位置検出を始めとして、観察試料としての被
観察物体を観察する顕微鏡等にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体露光装置では、マスクとウエハと
のアライメント（位置合わせ）を行った後、露光光をマ
スクに照射し、マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介してウエハ上に転写露光する。アライメントに際
しては、ウエハ上に形成されたアライメントマークの位
置をアライメントセンサによって光電検出し、検出した
マークの位置情報に基づいてマスクとウエハとのアライ
メントを行う。
のアライメント（位置合わせ）を行った後、露光光をマ
スクに照射し、マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介してウエハ上に転写露光する。アライメントに際
しては、ウエハ上に形成されたアライメントマークの位
置をアライメントセンサによって光電検出し、検出した
マークの位置情報に基づいてマスクとウエハとのアライ
メントを行う。
【０００３】アライメントセンサとして、たとえばＦＩ
Ａ（Field Image Alignment ：フィールドイメージアラ
イメント）方式にしたがうアライメントセンサが知られ
ている。ＦＩＡ方式のアライメントセンサでは、ハロゲ
ンランプ等を光源として、波長帯域幅の広い光でマーク
を照明する。そして、照明されたマークからの光（回折
光を含む）を結像光学系で集光してＣＣＤの撮像面にマ
ークの像を形成し、得られた撮像信号を画像処理するこ
とによってマークの位置検出を行う。
Ａ（Field Image Alignment ：フィールドイメージアラ
イメント）方式にしたがうアライメントセンサが知られ
ている。ＦＩＡ方式のアライメントセンサでは、ハロゲ
ンランプ等を光源として、波長帯域幅の広い光でマーク
を照明する。そして、照明されたマークからの光（回折
光を含む）を結像光学系で集光してＣＣＤの撮像面にマ
ークの像を形成し、得られた撮像信号を画像処理するこ
とによってマークの位置検出を行う。
【０００４】一般に、ＦＩＡ方式にしたがう通常のアラ
イメントセンサを用いて低段差パターンからなるマーク
を位置検出する場合、結像光学系を介して形成されるマ
ーク像のコントラストは低いので、マークの位置検出を
高精度に行うことができない。そこで、たとえば特開平
３−２７５１５号公報や特開平７−１８３１８６号公報
には、低段差マークを所定の精度で位置検出することの
できるＦＩＡ方式のアライメントセンサが開示されてい
る。
イメントセンサを用いて低段差パターンからなるマーク
を位置検出する場合、結像光学系を介して形成されるマ
ーク像のコントラストは低いので、マークの位置検出を
高精度に行うことができない。そこで、たとえば特開平
３−２７５１５号公報や特開平７−１８３１８６号公報
には、低段差マークを所定の精度で位置検出することの
できるＦＩＡ方式のアライメントセンサが開示されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−１８３１８
６号公報に開示のアライメントセンサでは、デフォーカ
スを行って低段差マークの位置を検出する。したがっ
て、デフォーカス動作に伴う光軸倒れに起因する検出誤
差を補正するために、低段差マークの位置検出に際して
光軸の倒れ量（テレセン量）を測定しなければならな
い。
６号公報に開示のアライメントセンサでは、デフォーカ
スを行って低段差マークの位置を検出する。したがっ
て、デフォーカス動作に伴う光軸倒れに起因する検出誤
差を補正するために、低段差マークの位置検出に際して
光軸の倒れ量（テレセン量）を測定しなければならな
い。
【０００６】一方、特開平３−２７５１５号公報に開示
のアライメントセンサでは、マークの明視野像に基づい
て高段差マークの位置を明視野検出し、マークの位相差
像に基づいて低段差マークの位置を位相差検出する。こ
の場合、明視野検出から位相差検出へ切り換えるには、
明視野系用の照明開口絞りに代えて位相差系用の照明開
口絞りを照明光学系の光路中に挿入するとともに、位相
差板を結像光学系の光路中に挿入する必要がある。その
結果、位相差系用の照明開口絞りおよび位相差板が光路
中から後退した明視野系と、位相差系用の照明開口絞り
および位相差板が光路中に挿入された位相差系との双方
において光学調整状態を最適に保つことが困難である。
のアライメントセンサでは、マークの明視野像に基づい
て高段差マークの位置を明視野検出し、マークの位相差
像に基づいて低段差マークの位置を位相差検出する。こ
の場合、明視野検出から位相差検出へ切り換えるには、
明視野系用の照明開口絞りに代えて位相差系用の照明開
口絞りを照明光学系の光路中に挿入するとともに、位相
差板を結像光学系の光路中に挿入する必要がある。その
結果、位相差系用の照明開口絞りおよび位相差板が光路
中から後退した明視野系と、位相差系用の照明開口絞り
および位相差板が光路中に挿入された位相差系との双方
において光学調整状態を最適に保つことが困難である。
【０００７】また、明視野系用の照明開口絞りに代えて
位相差系用の照明開口絞りを照明光学系の光路中に挿入
して明視野検出から位相差検出へ切り換えると照明状態
が変化するので、結像光学系の収差状態が変動し、例え
ば照明σの大きい明視野検出では、光束は瞳のほぼ全面
に広がり、瞳の収差のほぼ全体の影響を受けた結像とな
る。ところが、照明σの小さい位相差検出では、光束は
瞳に局在して分布し、その部分の影響のみを受けた結像
となる。その結果、明視野検出と位相差検出との両方で
収差を最適に保つことが困難である。さらに、位相差系
の光学調整に際して位相差系用の照明開口絞りの照明光
学系の光軸に対する位置出しおよび位相差板の結像光学
系の光軸に対する位置出しを行うが、明視野系の光学調
整に比べて位置出し対象が多く、光学調整状態の最適化
が困難である。また、アライメントセンサの観察系にお
いて、位相差板の位相差を付与する部分の透過率を低下
させることによって低段差マークの像のコントラストを
向上させる方式がある。しかしながら、この場合、像の
コントラストは向上するが、得られる検出信号の振幅が
小さくなり、光電検出における再現性が低下してしま
う。
位相差系用の照明開口絞りを照明光学系の光路中に挿入
して明視野検出から位相差検出へ切り換えると照明状態
が変化するので、結像光学系の収差状態が変動し、例え
ば照明σの大きい明視野検出では、光束は瞳のほぼ全面
に広がり、瞳の収差のほぼ全体の影響を受けた結像とな
る。ところが、照明σの小さい位相差検出では、光束は
瞳に局在して分布し、その部分の影響のみを受けた結像
となる。その結果、明視野検出と位相差検出との両方で
収差を最適に保つことが困難である。さらに、位相差系
の光学調整に際して位相差系用の照明開口絞りの照明光
学系の光軸に対する位置出しおよび位相差板の結像光学
系の光軸に対する位置出しを行うが、明視野系の光学調
整に比べて位置出し対象が多く、光学調整状態の最適化
が困難である。また、アライメントセンサの観察系にお
いて、位相差板の位相差を付与する部分の透過率を低下
させることによって低段差マークの像のコントラストを
向上させる方式がある。しかしながら、この場合、像の
コントラストは向上するが、得られる検出信号の振幅が
小さくなり、光電検出における再現性が低下してしま
う。
【０００８】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば低段差パターンからなるマークに対
しても安定した高精度の位置検出が可能な観察装置、位
置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置を提
供することを目的とする。
のであり、たとえば低段差パターンからなるマークに対
しても安定した高精度の位置検出が可能な観察装置、位
置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明においては、位置検出すべき物体
上に形成されたマークに照明開口絞りを介して照明光を
照射するための照明光学系と、前記照明光により照明さ
れた前記マークからの光に基づいて前記マークの像を形
成するための結像光学系と、前記結像光学系を介して形
成された前記マークの像の位置情報に基づいて前記物体
の位置を検出するための検出手段とを備えた位置検出装
置において、前記結像光学系の光路中において前記照明
開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置され、且つ前
記照明開口絞りに対応する第１領域を通過する前記マー
クからの光と前記第１領域の周辺の第２領域を通過する
前記マークからの光との間に所定の位相差を付与するた
めの位相差付与手段と、前記位相差付与手段を介するこ
となく形成された前記マークの明視野像に基づいて前記
物体の位置を検出する明視野検出と、前記位相差付与手
段を介して形成された前記マークの位相差像に基づいて
前記物体の位置を検出する位相差検出とを切り換えるた
めの切換え手段と、を備えていることを特徴とする位置
検出装置を提供する。
に、本発明の第１発明においては、位置検出すべき物体
上に形成されたマークに照明開口絞りを介して照明光を
照射するための照明光学系と、前記照明光により照明さ
れた前記マークからの光に基づいて前記マークの像を形
成するための結像光学系と、前記結像光学系を介して形
成された前記マークの像の位置情報に基づいて前記物体
の位置を検出するための検出手段とを備えた位置検出装
置において、前記結像光学系の光路中において前記照明
開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置され、且つ前
記照明開口絞りに対応する第１領域を通過する前記マー
クからの光と前記第１領域の周辺の第２領域を通過する
前記マークからの光との間に所定の位相差を付与するた
めの位相差付与手段と、前記位相差付与手段を介するこ
となく形成された前記マークの明視野像に基づいて前記
物体の位置を検出する明視野検出と、前記位相差付与手
段を介して形成された前記マークの位相差像に基づいて
前記物体の位置を検出する位相差検出とを切り換えるた
めの切換え手段と、を備えていることを特徴とする位置
検出装置を提供する。
【００１０】第１発明の好ましい態様によれば、前記切
換え手段は、位相差検出に際して前記結像光学系の光路
中に前記位相差付与手段を挿入し、明視野検出に際して
前記結像光学系の光路中から前記位相差付与手段を後退
させる。あるいは、前記切換え手段は、前記結像光学系
の光路中に配置された前記位相差付与手段が付与する位
相差を電気的に変化させ、位相差検出に際して前記位相
差付与手段が付与する位相差を前記所定の位相差に設定
し、明視野検出に際して前記位相差付与手段が付与する
位相差を実質的に０に設定する。
換え手段は、位相差検出に際して前記結像光学系の光路
中に前記位相差付与手段を挿入し、明視野検出に際して
前記結像光学系の光路中から前記位相差付与手段を後退
させる。あるいは、前記切換え手段は、前記結像光学系
の光路中に配置された前記位相差付与手段が付与する位
相差を電気的に変化させ、位相差検出に際して前記位相
差付与手段が付与する位相差を前記所定の位相差に設定
し、明視野検出に際して前記位相差付与手段が付与する
位相差を実質的に０に設定する。
【００１１】また、本発明の第２発明によれば、パター
ンが形成されたマスクを照明して前記マスクのパターン
像を感光性の基板上に形成するための露光装置におい
て、前記基板上に形成されたマークに照明開口絞りを介
して照明光を照射するための照明光学系と、前記照明光
により照明された前記マークからの光に基づいて前記マ
ークの像を形成するための結像光学系と、前記結像光学
系を介して形成された前記マークの像の位置情報に基づ
いて前記基板の位置を検出するための検出手段とを有す
る位置検出装置を備え、前記位置検出装置は、前記結像
光学系の光路中において前記照明開口絞りと光学的にほ
ぼ共役な位置に配置され、且つ前記照明開口絞りに対応
する第１領域を通過する前記マークからの光と前記第１
領域の周辺の第２領域を通過する前記マークからの光と
の間に所定の位相差を付与するための位相差付与手段
と、前記位相差付与手段を介することなく形成された前
記マークの明視野像に基づいて前記基板の位置を検出す
る明視野検出と、前記位相差付与手段を介して形成され
た前記マークの位相差像に基づいて前記基板の位置を検
出する位相差検出とを切り換えるための切換え手段とを
有することを特徴とする露光装置を提供する。
ンが形成されたマスクを照明して前記マスクのパターン
像を感光性の基板上に形成するための露光装置におい
て、前記基板上に形成されたマークに照明開口絞りを介
して照明光を照射するための照明光学系と、前記照明光
により照明された前記マークからの光に基づいて前記マ
ークの像を形成するための結像光学系と、前記結像光学
系を介して形成された前記マークの像の位置情報に基づ
いて前記基板の位置を検出するための検出手段とを有す
る位置検出装置を備え、前記位置検出装置は、前記結像
光学系の光路中において前記照明開口絞りと光学的にほ
ぼ共役な位置に配置され、且つ前記照明開口絞りに対応
する第１領域を通過する前記マークからの光と前記第１
領域の周辺の第２領域を通過する前記マークからの光と
の間に所定の位相差を付与するための位相差付与手段
と、前記位相差付与手段を介することなく形成された前
記マークの明視野像に基づいて前記基板の位置を検出す
る明視野検出と、前記位相差付与手段を介して形成され
た前記マークの位相差像に基づいて前記基板の位置を検
出する位相差検出とを切り換えるための切換え手段とを
有することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１２】また、本発明の第３発明によれば、被観察
物体に照明開口絞りを介して照明光を照射するための照
明光学系と、前記照明光により照明された前記被観察物
体からの光に基づいて前記被観察物体の像を形成するた
めの結像光学系とを備え、前記被観察物体を観察するた
めの観察装置において、前記結像光学系の光路中におい
て前記照明開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置さ
れ、且つ前記照明開口絞りに対応する第１領域を通過す
る前記被観察物体からの光と前記第１領域の周辺の第２
領域を通過する前記被観察物体からの光との間に所定の
位相差を付与するための位相差付与手段と、前記位相差
付与手段を介することなく形成された前記被観察物体の
明視野像を観察する明視野観察と、前記位相差付与手段
を介して形成された前記被観察物体の位相差像を観察す
る位相差観察とを切り換えるための切換え手段と、を備
えていることを特徴とする観察装置を提供する。
物体に照明開口絞りを介して照明光を照射するための照
明光学系と、前記照明光により照明された前記被観察物
体からの光に基づいて前記被観察物体の像を形成するた
めの結像光学系とを備え、前記被観察物体を観察するた
めの観察装置において、前記結像光学系の光路中におい
て前記照明開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置さ
れ、且つ前記照明開口絞りに対応する第１領域を通過す
る前記被観察物体からの光と前記第１領域の周辺の第２
領域を通過する前記被観察物体からの光との間に所定の
位相差を付与するための位相差付与手段と、前記位相差
付与手段を介することなく形成された前記被観察物体の
明視野像を観察する明視野観察と、前記位相差付与手段
を介して形成された前記被観察物体の位相差像を観察す
る位相差観察とを切り換えるための切換え手段と、を備
えていることを特徴とする観察装置を提供する。
【００１３】さらに、本発明の第４発明によれば、被観
察物体に照明開口絞りを介して照明光を照射するための
照明光学系と、前記照明光により照明された前記被観察
物体からの光に基づいて前記被観察物体の像を形成する
ための結像光学系と、前記被観察物体の像を光電的に検
出するための光電検出器とを備え、前記被観察物体を観
察するための観察装置において、前記被観察物体の位相
差像を観察するために、前記照明開口絞りに対応する第
１領域を通過する前記被観察物体からの光と前記第１領
域の周辺の第２領域を通過する前記被観察物体からの光
との間に所定の位相差を付与するための位相差付与手段
を、前記結像光学系の光路中における前記照明開口絞り
と光学的にほぼ共役な位置に設け、前記第１領域の光の
透過率をＴ１とし、前記第２領域の光の透過率をＴ２と
するとき、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足することを特徴とする観察装置を提供す
る。
察物体に照明開口絞りを介して照明光を照射するための
照明光学系と、前記照明光により照明された前記被観察
物体からの光に基づいて前記被観察物体の像を形成する
ための結像光学系と、前記被観察物体の像を光電的に検
出するための光電検出器とを備え、前記被観察物体を観
察するための観察装置において、前記被観察物体の位相
差像を観察するために、前記照明開口絞りに対応する第
１領域を通過する前記被観察物体からの光と前記第１領
域の周辺の第２領域を通過する前記被観察物体からの光
との間に所定の位相差を付与するための位相差付与手段
を、前記結像光学系の光路中における前記照明開口絞り
と光学的にほぼ共役な位置に設け、前記第１領域の光の
透過率をＴ１とし、前記第２領域の光の透過率をＴ２と
するとき、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足することを特徴とする観察装置を提供す
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明では、結像光学系の光路中
において照明開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置
される位相差付与手段によって、マークからの０次光と
０次光が通らない部分を通る光との間に所定の位相差を
付与する。そして、位相差付与手段を介することなく形
成されたマークの明視野像の位置情報に基づいて、物体
の位置を明視野検出する。あるいは、位相差付与手段を
介して形成されたマークの位相差像の位置情報に基づい
て、物体の位置を位相差検出する。ここで、明視野検出
と位相差検出とは、たとえば照明開口絞りの開口形状を
変化させることなくマークの段差の大きさに応じて切り
換えられる。
において照明開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に配置
される位相差付与手段によって、マークからの０次光と
０次光が通らない部分を通る光との間に所定の位相差を
付与する。そして、位相差付与手段を介することなく形
成されたマークの明視野像の位置情報に基づいて、物体
の位置を明視野検出する。あるいは、位相差付与手段を
介して形成されたマークの位相差像の位置情報に基づい
て、物体の位置を位相差検出する。ここで、明視野検出
と位相差検出とは、たとえば照明開口絞りの開口形状を
変化させることなくマークの段差の大きさに応じて切り
換えられる。
【００１５】本発明では、明視野検出と位相差検出とで
同じ照明開口絞りを用いており開口形状が不変であるた
め、明視野検出から位相差検出へ切り換えても照明状態
が変化しない。したがって、結像光学系の収差状態が変
動することがなく、明視野検出から位相差検出への切り
換えに伴う従来の収差補正動作が不要となる。また、位
相差付与手段としてたとえば光路に対して挿脱自在の位
相差板を使用する場合、結像光学系の光軸に対する位相
差板の位置出しを行うだけで位相差系の光学調整状態を
最適化することができるので、明視野検出から位相差検
出への切り換えに伴う光学調整が従来の光学調整よりも
はるかに容易になる。したがって、本発明の位置検出装
置および該位置検出装置を備えた露光装置によれば、低
段差パターンからなるマークに対しても安定した高精度
の位置検出が可能となる。
同じ照明開口絞りを用いており開口形状が不変であるた
め、明視野検出から位相差検出へ切り換えても照明状態
が変化しない。したがって、結像光学系の収差状態が変
動することがなく、明視野検出から位相差検出への切り
換えに伴う従来の収差補正動作が不要となる。また、位
相差付与手段としてたとえば光路に対して挿脱自在の位
相差板を使用する場合、結像光学系の光軸に対する位相
差板の位置出しを行うだけで位相差系の光学調整状態を
最適化することができるので、明視野検出から位相差検
出への切り換えに伴う光学調整が従来の光学調整よりも
はるかに容易になる。したがって、本発明の位置検出装
置および該位置検出装置を備えた露光装置によれば、低
段差パターンからなるマークに対しても安定した高精度
の位置検出が可能となる。
【００１６】また、本発明では、被観察物体の位相差像
を観察するために、照明開口絞りに対応する第１領域を
通過する被観察物体からの光と該第１領域の周辺の第２
領域を通過する被観察物体からの光との間に所定の位相
差を付与するための位相差付与手段を、前記結像光学系
の光路中における前記照明開口絞りと光学的にほぼ共役
な位置に設けている。そして、前記第１領域の光の透過
率をＴ１とし、前記第２領域の光の透過率をＴ２とする
とき、前記位相差付与手段が、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足するように構成している。このため、従来
においてＣＣＤ等の撮像素子を含む光電検出器にて検出
される被観察物体の位相差像に関する検出信号の振幅を
大きくすることができるため、被観察物体の位相差像を
精度良く検出することができる。
を観察するために、照明開口絞りに対応する第１領域を
通過する被観察物体からの光と該第１領域の周辺の第２
領域を通過する被観察物体からの光との間に所定の位相
差を付与するための位相差付与手段を、前記結像光学系
の光路中における前記照明開口絞りと光学的にほぼ共役
な位置に設けている。そして、前記第１領域の光の透過
率をＴ１とし、前記第２領域の光の透過率をＴ２とする
とき、前記位相差付与手段が、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足するように構成している。このため、従来
においてＣＣＤ等の撮像素子を含む光電検出器にて検出
される被観察物体の位相差像に関する検出信号の振幅を
大きくすることができるため、被観察物体の位相差像を
精度良く検出することができる。
【００１７】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる位
置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置の構
成を概略的に示す図である。本実施例は、半導体露光装
置における感光性基板の位置検出に本発明を適用してい
る。なお、図１では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸
に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図
１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内に
おいて図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定さ
れている。
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる位
置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置の構
成を概略的に示す図である。本実施例は、半導体露光装
置における感光性基板の位置検出に本発明を適用してい
る。なお、図１では、露光装置の投影光学系ＰＬの光軸
に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図
１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内に
おいて図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定さ
れている。
【００１８】図示の露光装置は、適当な露光光でマスク
（投影原版）としてのレチクルＲを均一に照明するため
の露光用照明光学系（不図示）を備えている。レチクル
Ｒはレチクルステージ１上においてＸＹ平面とほぼ平行
に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべ
き回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過し
た光は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷに達し、ウエ
ハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
（投影原版）としてのレチクルＲを均一に照明するため
の露光用照明光学系（不図示）を備えている。レチクル
Ｒはレチクルステージ１上においてＸＹ平面とほぼ平行
に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべ
き回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過し
た光は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷに達し、ウエ
ハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００１９】なお、ウエハＷは、ウエハホルダ２１を介
してＺステージ２２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支
持されている。Ｚステージ２２は、ステージ制御系２４
によって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるよ
うに構成されている。Ｚステージ２２はさらに、ＸＹス
テージ２３上に支持されている。ＸＹステージ２３は、
同じくステージ制御系２４によって、投影光学系ＰＬの
光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動
されるように構成されている。
してＺステージ２２上においてＸＹ平面とほぼ平行に支
持されている。Ｚステージ２２は、ステージ制御系２４
によって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるよ
うに構成されている。Ｚステージ２２はさらに、ＸＹス
テージ２３上に支持されている。ＸＹステージ２３は、
同じくステージ制御系２４によって、投影光学系ＰＬの
光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動
されるように構成されている。
【００２０】前述したように、露光装置では、投影露光
に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウエハ
Ｗ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメン
ト）する必要がある。そこで、ウエハＷ上に形成された
段差パターンからなるアライメントマークすなわちウエ
ハマークＷＭの基準座標系におけるＸ方向位置およびＹ
方向位置を検出し、その位置情報に基づいてアライメン
トが行われる。このように、ウエハマークＷＭの位置を
検出してアライメントを行うのに、本発明の位置検出装
置が使用される。なお、ウエハマークＷＭは、Ｘ方向お
よびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２
つの一次元マークであっても、Ｘ方向およびＹ方向に周
期性を有する二次元マークであってもよい。
に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウエハ
Ｗ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメン
ト）する必要がある。そこで、ウエハＷ上に形成された
段差パターンからなるアライメントマークすなわちウエ
ハマークＷＭの基準座標系におけるＸ方向位置およびＹ
方向位置を検出し、その位置情報に基づいてアライメン
トが行われる。このように、ウエハマークＷＭの位置を
検出してアライメントを行うのに、本発明の位置検出装
置が使用される。なお、ウエハマークＷＭは、Ｘ方向お
よびＹ方向にそれぞれ周期性を有する互いに独立した２
つの一次元マークであっても、Ｘ方向およびＹ方向に周
期性を有する二次元マークであってもよい。
【００２１】図１に示す位置検出装置は、波長帯域幅の
広い照明光としてアライメント光ＡＬを供給するための
光源３を備えている。光源３として、たとえばハロゲン
ランプのような光源を使用することができる。光源３か
らのアライメント光ＡＬは、たとえば光ファイバーのよ
うなライトガイド４を介して所定位置まで導かれる。ラ
イトガイド４の射出端から射出されたアライメント光Ａ
Ｌは、たとえば円形の開口部を有する照明開口絞り２７
を介して制限された後、コンデンサーレンズ２９に入射
する。
広い照明光としてアライメント光ＡＬを供給するための
光源３を備えている。光源３として、たとえばハロゲン
ランプのような光源を使用することができる。光源３か
らのアライメント光ＡＬは、たとえば光ファイバーのよ
うなライトガイド４を介して所定位置まで導かれる。ラ
イトガイド４の射出端から射出されたアライメント光Ａ
Ｌは、たとえば円形の開口部を有する照明開口絞り２７
を介して制限された後、コンデンサーレンズ２９に入射
する。
【００２２】コンデンサーレンズ２９を介したアライメ
ント光ＡＬは、一旦集光された後、照明視野絞り（不図
示）を介して照明リレーレンズ５に入射する。照明リレ
ーレンズ５を介して平行光となったアライメント光ＡＬ
は、ハーフプリズム６を透過した後、第１対物レンズ７
に入射する。第１対物レンズ７で集光されたアライメン
ト光ＡＬは、反射プリズム８の反射面で図中下方に反射
された後、ウエハＷ上に形成されたウエハマークＷＭを
照明する。このように、光源３、ライトガイド４、照明
開口絞り２７、コンデンサーレンズ２９、照明視野絞り
（不図示）、照明リレーレンズ５、ハーフプリズム６、
第１対物レンズ７および反射プリズム８は、ウエハマー
クＷＭに照明光を照射するための照明光学系を構成して
いる。
ント光ＡＬは、一旦集光された後、照明視野絞り（不図
示）を介して照明リレーレンズ５に入射する。照明リレ
ーレンズ５を介して平行光となったアライメント光ＡＬ
は、ハーフプリズム６を透過した後、第１対物レンズ７
に入射する。第１対物レンズ７で集光されたアライメン
ト光ＡＬは、反射プリズム８の反射面で図中下方に反射
された後、ウエハＷ上に形成されたウエハマークＷＭを
照明する。このように、光源３、ライトガイド４、照明
開口絞り２７、コンデンサーレンズ２９、照明視野絞り
（不図示）、照明リレーレンズ５、ハーフプリズム６、
第１対物レンズ７および反射プリズム８は、ウエハマー
クＷＭに照明光を照射するための照明光学系を構成して
いる。
【００２３】照明光に対するウエハマークＷＭからの反
射光（回折光を含む）は、反射プリズム８および第１対
物レンズ７を介して、ハーフプリズム６に入射する。ハ
ーフプリズム６で図中上方に反射された光は、第２対物
レンズ１１を介して、指標板１２上にウエハマークＷＭ
の像を形成する。このマーク像からの光は、リレーレン
ズ系（１３，１４）およびその光路中において照明開口
絞り２７とほぼ共役な位置に配置された結像開口絞り３
０を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に入射する。
そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射された光は
Ｙ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を
透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射する。
射光（回折光を含む）は、反射プリズム８および第１対
物レンズ７を介して、ハーフプリズム６に入射する。ハ
ーフプリズム６で図中上方に反射された光は、第２対物
レンズ１１を介して、指標板１２上にウエハマークＷＭ
の像を形成する。このマーク像からの光は、リレーレン
ズ系（１３，１４）およびその光路中において照明開口
絞り２７とほぼ共役な位置に配置された結像開口絞り３
０を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に入射する。
そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射された光は
Ｙ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を
透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射する。
【００２４】このように、反射プリズム８、第１対物レ
ンズ７、ハーフプリズム６、第２対物レンズ１１、指標
板１２、リレーレンズ系（１３，１４）、結像開口絞り
３０、およびハーフプリズム１５は、照明光に対するウ
エハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成
するための結像光学系を構成している。こうして、Ｙ方
向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７の撮像面に
は、マーク像が指標板１２の指標パターン像とともに形
成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１
７からの出力信号は、信号処理系１８に供給される。さ
らに、信号処理系１８において信号処理（波形処理）に
より得られたウエハマークＷＭの位置情報は、主制御系
２５に供給される。
ンズ７、ハーフプリズム６、第２対物レンズ１１、指標
板１２、リレーレンズ系（１３，１４）、結像開口絞り
３０、およびハーフプリズム１５は、照明光に対するウ
エハマークＷＭからの反射光に基づいてマーク像を形成
するための結像光学系を構成している。こうして、Ｙ方
向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７の撮像面に
は、マーク像が指標板１２の指標パターン像とともに形
成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１
７からの出力信号は、信号処理系１８に供給される。さ
らに、信号処理系１８において信号処理（波形処理）に
より得られたウエハマークＷＭの位置情報は、主制御系
２５に供給される。
【００２５】主制御系２５は、信号処理系１８からのウ
エハマークＷＭの位置情報に基づいてウエハＷのＸ方向
位置およびＹ方向位置を検出し、検出したウエハＷのＸ
方向位置およびＹ方向位置に応じたステージ制御信号を
ステージ制御系２４に出力する。ステージ制御系２４
は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ２３を
適宜駆動し、ウエハＷのアライメントを行う。なお、主
制御系２５には、たとえばキーボードのような入力手段
２６を介して、明視野検出指令または位相差検出指令が
供給される。主制御系２５は、位相差検出指令に基づい
て位相差板３１をリレーレンズ系（１３，１４）の光路
中に挿入し、明視野検出指令に基づいて位相差板３１を
リレーレンズ系（１３，１４）の光路中から後退させ
る。
エハマークＷＭの位置情報に基づいてウエハＷのＸ方向
位置およびＹ方向位置を検出し、検出したウエハＷのＸ
方向位置およびＹ方向位置に応じたステージ制御信号を
ステージ制御系２４に出力する。ステージ制御系２４
は、ステージ制御信号にしたがってＸＹステージ２３を
適宜駆動し、ウエハＷのアライメントを行う。なお、主
制御系２５には、たとえばキーボードのような入力手段
２６を介して、明視野検出指令または位相差検出指令が
供給される。主制御系２５は、位相差検出指令に基づい
て位相差板３１をリレーレンズ系（１３，１４）の光路
中に挿入し、明視野検出指令に基づいて位相差板３１を
リレーレンズ系（１３，１４）の光路中から後退させ
る。
【００２６】このように、Ｙ方向用ＣＣＤ１６、Ｘ方向
用ＣＣＤ１７、信号処理系１８、および主制御系２５
は、結像光学系を介して形成されたマーク像の位置情報
に基づいてウエハＷの位置を検出するための検出手段を
構成している。また、位相差板３１は、後述するよう
に、結像光学系の光路中において照明開口絞り２７とほ
ぼ共役な位置に配置された状態でウエハマークＷＭから
の０次光と０次光が通らない部分を通る光との間に所定
の位相差を付与するための位相差付与手段を構成してい
る。さらに、主制御系２５は、位相差検出に際して結像
光学系の光路中に位相差板３１を挿入し、明視野検出に
際して結像光学系の光路中から位相差板３１を後退させ
るための切換え手段を構成している。
用ＣＣＤ１７、信号処理系１８、および主制御系２５
は、結像光学系を介して形成されたマーク像の位置情報
に基づいてウエハＷの位置を検出するための検出手段を
構成している。また、位相差板３１は、後述するよう
に、結像光学系の光路中において照明開口絞り２７とほ
ぼ共役な位置に配置された状態でウエハマークＷＭから
の０次光と０次光が通らない部分を通る光との間に所定
の位相差を付与するための位相差付与手段を構成してい
る。さらに、主制御系２５は、位相差検出に際して結像
光学系の光路中に位相差板３１を挿入し、明視野検出に
際して結像光学系の光路中から位相差板３１を後退させ
るための切換え手段を構成している。
【００２７】図２（ａ）は図１の結像開口絞り３０の構
成を、図２（ｂ）は図１の位相差板３１の構成をそれぞ
れ概略的に示す図である。図２（ａ）に示すように、結
像開口絞り３０の開口部３０ａは結像光学系の光軸を中
心とする円形であり、結像開口絞り３０上に形成される
照明開口絞り２７の開口部の像（図中破線で示す）２７
ａよりも大きく形成されている。したがって、通常の高
さを有する高段差のウエハマークＷＭを明視野検出する
場合、ウエハマークＷＭからの正反射光（０次光）は照
明開口絞り２７が開口部に作る像２７ａの内側の領域３
０ｂを介して、Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣ
Ｄ１７に導かれる。
成を、図２（ｂ）は図１の位相差板３１の構成をそれぞ
れ概略的に示す図である。図２（ａ）に示すように、結
像開口絞り３０の開口部３０ａは結像光学系の光軸を中
心とする円形であり、結像開口絞り３０上に形成される
照明開口絞り２７の開口部の像（図中破線で示す）２７
ａよりも大きく形成されている。したがって、通常の高
さを有する高段差のウエハマークＷＭを明視野検出する
場合、ウエハマークＷＭからの正反射光（０次光）は照
明開口絞り２７が開口部に作る像２７ａの内側の領域３
０ｂを介して、Ｙ方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣ
Ｄ１７に導かれる。
【００２８】また、ウエハマークＷＭからの回折光は、
照明開口絞り２７の開口部の像２７ａと結像開口絞り３
０の開口部３０ａとの間に形成される領域３０ｃを介し
てあるいは領域３０ｂと領域３０ｃとを介して、Ｙ方向
用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７に導かれる。こ
うして、高段差のウエハマークＷＭの良好な明視野像が
結像光学系を介して形成され、形成された明視野像の位
置情報に基づいてウエハＷの位置を高精度に検出するこ
とができる。
照明開口絞り２７の開口部の像２７ａと結像開口絞り３
０の開口部３０ａとの間に形成される領域３０ｃを介し
てあるいは領域３０ｂと領域３０ｃとを介して、Ｙ方向
用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７に導かれる。こ
うして、高段差のウエハマークＷＭの良好な明視野像が
結像光学系を介して形成され、形成された明視野像の位
置情報に基づいてウエハＷの位置を高精度に検出するこ
とができる。
【００２９】一方、図２（ｂ）に示すように、位相差板
３１上に形成される照明開口絞り２７の開口部の像２７
ａの内側の領域（図中斜線で示す）には、これを通過す
る光の位相を所定量だけ変化させるための位相膜３１ａ
が形成されている。したがって、たとえば数十ｎｍ以下
の高さを有する低段差のウエハマークＷＭを位相差検出
する場合、ウエハマークＷＭからの０次光は位相差板３
１の位相膜３１ａを通過する。また、ウエハマークＷＭ
からの回折光は、位相差板３１の位相膜３１ａの外側の
領域３１ｂを通過するか、あるいは位相膜３１ａと領域
３１ｂとを通過する。その結果、位相差板３１の作用に
より、位相膜３１ａを通過した光とその外側の領域３１
ｂを通過した光との間には所定の位相差が付与され、Ｙ
方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７の撮像面に
形成される位相差像のコントラストが大きくなる。この
とき、付与される位相差がλ／４のときに、コントラス
トが最大となる。このように、位相差板３１の位相膜３
１ａおよび領域３１ｂは、ウエハマークＷＭからの０次
光と０次光が通らない部分を通る光との間に位相差を付
与する部分を構成している。こうして、低段差のウエハ
マークＷＭの良好な位相差像が結像光学系を介して形成
され、形成された位相差像の位置情報に基づいてウエハ
Ｗの位置を高精度に検出することができる。
３１上に形成される照明開口絞り２７の開口部の像２７
ａの内側の領域（図中斜線で示す）には、これを通過す
る光の位相を所定量だけ変化させるための位相膜３１ａ
が形成されている。したがって、たとえば数十ｎｍ以下
の高さを有する低段差のウエハマークＷＭを位相差検出
する場合、ウエハマークＷＭからの０次光は位相差板３
１の位相膜３１ａを通過する。また、ウエハマークＷＭ
からの回折光は、位相差板３１の位相膜３１ａの外側の
領域３１ｂを通過するか、あるいは位相膜３１ａと領域
３１ｂとを通過する。その結果、位相差板３１の作用に
より、位相膜３１ａを通過した光とその外側の領域３１
ｂを通過した光との間には所定の位相差が付与され、Ｙ
方向用ＣＣＤ１６およびＸ方向用ＣＣＤ１７の撮像面に
形成される位相差像のコントラストが大きくなる。この
とき、付与される位相差がλ／４のときに、コントラス
トが最大となる。このように、位相差板３１の位相膜３
１ａおよび領域３１ｂは、ウエハマークＷＭからの０次
光と０次光が通らない部分を通る光との間に位相差を付
与する部分を構成している。こうして、低段差のウエハ
マークＷＭの良好な位相差像が結像光学系を介して形成
され、形成された位相差像の位置情報に基づいてウエハ
Ｗの位置を高精度に検出することができる。
【００３０】第１実施例では、明視野系の光学調整に際
して、高段差のウエハマークＷＭに対する結像状態が最
適になるように、照明開口絞り２７を照明光学系の光軸
に対して位置出しするとともに、結像開口絞り３０を結
像光学系の光軸に対して位置出しする。また、結像光学
系の収差状態が最適になるように、第１対物レンズ７の
一部のレンズを光軸に対して微動させて収差補正を行
う。次いで、位相差系の光学調整に際して、低段差のウ
エハマークＷＭに対する結像状態が最適になるように、
位相差板３１を結像光学系の光軸に対して位置出しす
る。
して、高段差のウエハマークＷＭに対する結像状態が最
適になるように、照明開口絞り２７を照明光学系の光軸
に対して位置出しするとともに、結像開口絞り３０を結
像光学系の光軸に対して位置出しする。また、結像光学
系の収差状態が最適になるように、第１対物レンズ７の
一部のレンズを光軸に対して微動させて収差補正を行
う。次いで、位相差系の光学調整に際して、低段差のウ
エハマークＷＭに対する結像状態が最適になるように、
位相差板３１を結像光学系の光軸に対して位置出しす
る。
【００３１】このように、第１実施例では、明視野検出
と位相差検出とで同じ照明開口絞りを用いており開口形
状が不変であるため、明視野検出から位相差検出へ切り
換えても照明状態が変化しない。したがって、結像光学
系の収差状態が変動することがなく、明視野検出から位
相差検出への切り換えに伴う従来の収差補正動作が不要
となる。また、位相差板の位置出しを行うだけで位相差
系の光学調整状態を最適化することができるので、明視
野検出から位相差検出への切り換えに伴う光学調整が従
来の光学調整よりもはるかに容易になる。なお、光路に
対して挿脱自在な位相差板に代えて、付与する位相差を
電気的に変化させることのできる位相差板を常に光路中
に配置するように構成することもできる。この場合、位
相差検出に際して付与する位相差を所定の位相差に設定
し、明視野検出に際して付与する位相差を実質的に０に
設定する。
と位相差検出とで同じ照明開口絞りを用いており開口形
状が不変であるため、明視野検出から位相差検出へ切り
換えても照明状態が変化しない。したがって、結像光学
系の収差状態が変動することがなく、明視野検出から位
相差検出への切り換えに伴う従来の収差補正動作が不要
となる。また、位相差板の位置出しを行うだけで位相差
系の光学調整状態を最適化することができるので、明視
野検出から位相差検出への切り換えに伴う光学調整が従
来の光学調整よりもはるかに容易になる。なお、光路に
対して挿脱自在な位相差板に代えて、付与する位相差を
電気的に変化させることのできる位相差板を常に光路中
に配置するように構成することもできる。この場合、位
相差検出に際して付与する位相差を所定の位相差に設定
し、明視野検出に際して付与する位相差を実質的に０に
設定する。
【００３２】図３は、本発明の第２実施例にかかる位置
検出装置の構成を概略的に示す図である。第２実施例の
位置検出装置は第１実施例の位置検出装置と類似の構成
を有し、図３に示す構成以外の部分は第１実施例の構成
と同じである。第２実施例では、リレーレンズ（１３）
と指標板１２との間の光路中に配置された切換えミラー
３２により光路を切り換えている点が第１実施例と基本
的に異なる。図３において、第１実施例の要素と同様の
機能を有する要素には、図１と同じ参照符号を付してい
る。以下、第１実施例との相違に着目して、第２実施例
を説明する。
検出装置の構成を概略的に示す図である。第２実施例の
位置検出装置は第１実施例の位置検出装置と類似の構成
を有し、図３に示す構成以外の部分は第１実施例の構成
と同じである。第２実施例では、リレーレンズ（１３）
と指標板１２との間の光路中に配置された切換えミラー
３２により光路を切り換えている点が第１実施例と基本
的に異なる。図３において、第１実施例の要素と同様の
機能を有する要素には、図１と同じ参照符号を付してい
る。以下、第１実施例との相違に着目して、第２実施例
を説明する。
【００３３】切換えミラー３２が光路中から後退した場
合、指標板１２上に形成されたウエハマークＷＭの像か
らの光は、アライメント光ＡＬ１となり、明視野系用の
リレーレンズ系（１３' ，１４' ）およびその光路中に
配置された結像開口絞り３０を介して、ＸＹ分岐ハーフ
プリズム１５に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリ
ズム１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ
分岐ハーフプリズム１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ
１７に入射する。一方、切換えミラー３２が光路中に挿
入された場合、指標板１２上に形成されたウエハマーク
ＷＭの像からの光は、切り換えミラー３２で反射されて
アライメント光ＡＬ２となり、位相差系用のリレーレン
ズ系（１３''，１４''）およびその光路中に配置された
位相差板３１を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に
入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射
された光はＹ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリ
ズム１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射す
る。
合、指標板１２上に形成されたウエハマークＷＭの像か
らの光は、アライメント光ＡＬ１となり、明視野系用の
リレーレンズ系（１３' ，１４' ）およびその光路中に
配置された結像開口絞り３０を介して、ＸＹ分岐ハーフ
プリズム１５に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリ
ズム１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ
分岐ハーフプリズム１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ
１７に入射する。一方、切換えミラー３２が光路中に挿
入された場合、指標板１２上に形成されたウエハマーク
ＷＭの像からの光は、切り換えミラー３２で反射されて
アライメント光ＡＬ２となり、位相差系用のリレーレン
ズ系（１３''，１４''）およびその光路中に配置された
位相差板３１を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に
入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射
された光はＹ方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリ
ズム１５を透過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射す
る。
【００３４】このように、第２実施例では、切換えミラ
ー３２を光路中から後退させることにより高段差のウエ
ハマークの位置を明視野検出し、切換えミラー３２を光
路中に挿入することにより低段差のウエハマークの位置
を位相差検出することができる。すなわち、切換えミラ
ー３２を結像光学系の光軸に対して位置出しするだけで
位相差系の光学調整状態を最適化することができるの
で、光学調整が非常に容易である。また、明視野系用の
リレーレンズ系（１３' ，１４' ）と位相差系用のリレ
ーレンズ系（１３''，１４''）とを別々に備えているの
で、たとえば位相差板３１の製造誤差などの影響を補正
するための補正光学部材を位相差系用のリレーレンズ系
（１３''，１４''）中に設けることができる。なお、機
械的な駆動機構によって作動する切換えミラー３２に代
えて、光束の透過と反射とを電気的に切り換えることの
できる適当な光学部材を用いることもできる。
ー３２を光路中から後退させることにより高段差のウエ
ハマークの位置を明視野検出し、切換えミラー３２を光
路中に挿入することにより低段差のウエハマークの位置
を位相差検出することができる。すなわち、切換えミラ
ー３２を結像光学系の光軸に対して位置出しするだけで
位相差系の光学調整状態を最適化することができるの
で、光学調整が非常に容易である。また、明視野系用の
リレーレンズ系（１３' ，１４' ）と位相差系用のリレ
ーレンズ系（１３''，１４''）とを別々に備えているの
で、たとえば位相差板３１の製造誤差などの影響を補正
するための補正光学部材を位相差系用のリレーレンズ系
（１３''，１４''）中に設けることができる。なお、機
械的な駆動機構によって作動する切換えミラー３２に代
えて、光束の透過と反射とを電気的に切り換えることの
できる適当な光学部材を用いることもできる。
【００３５】図４は、本発明の第３実施例にかかる位置
検出装置の構成を概略的に示す図である。第３実施例の
位置検出装置は、第２実施例の位置検出装置と類似の構
成を有する。しかしながら、第３実施例では、切換えミ
ラーに代えてビームスプリッター３３を用いている点が
第２実施例と基本的に異なる。図４において、第２実施
例の要素と同様の機能を有する要素には、図３と同じ参
照符号を付している。以下、第２実施例との相違に着目
して、第３実施例を説明する。
検出装置の構成を概略的に示す図である。第３実施例の
位置検出装置は、第２実施例の位置検出装置と類似の構
成を有する。しかしながら、第３実施例では、切換えミ
ラーに代えてビームスプリッター３３を用いている点が
第２実施例と基本的に異なる。図４において、第２実施
例の要素と同様の機能を有する要素には、図３と同じ参
照符号を付している。以下、第２実施例との相違に着目
して、第３実施例を説明する。
【００３６】指標板１２上に形成されたウエハマークＷ
Ｍの像からの光は、ビームスプリッター３３を介してア
ライメント光ＡＬ１とＡＬ２とに分割される。ビームス
プリッター３３を透過したアライメント光ＡＬ１は、明
視野系用のリレーレンズ系（１３' ，１４' ）およびそ
の光路中に配置された結像開口絞り３０を介して、ＸＹ
分岐ハーフプリズム１５' に入射する。そして、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５' で反射された光はＹ方向用ＣＣ
Ｄ１６' に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５' を透過した
光はＸ方向用ＣＣＤ１７' に入射する。一方、ビームス
プリッター３３で反射されたアライメント光ＡＬ２は、
位相差系用のリレーレンズ系（１３''，１４''）および
その光路中に配置された位相差板３１を介して、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５''に入射する。そして、ＸＹ分岐
ハーフプリズム１５''で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ
１６''に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透過した光は
Ｘ方向用ＣＣＤ１７''に入射する。
Ｍの像からの光は、ビームスプリッター３３を介してア
ライメント光ＡＬ１とＡＬ２とに分割される。ビームス
プリッター３３を透過したアライメント光ＡＬ１は、明
視野系用のリレーレンズ系（１３' ，１４' ）およびそ
の光路中に配置された結像開口絞り３０を介して、ＸＹ
分岐ハーフプリズム１５' に入射する。そして、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５' で反射された光はＹ方向用ＣＣ
Ｄ１６' に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５' を透過した
光はＸ方向用ＣＣＤ１７' に入射する。一方、ビームス
プリッター３３で反射されたアライメント光ＡＬ２は、
位相差系用のリレーレンズ系（１３''，１４''）および
その光路中に配置された位相差板３１を介して、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５''に入射する。そして、ＸＹ分岐
ハーフプリズム１５''で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ
１６''に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透過した光は
Ｘ方向用ＣＣＤ１７''に入射する。
【００３７】このように、第３実施例では、Ｙ方向用Ｃ
ＣＤ１６' およびＸ方向用ＣＣＤ１７' の出力信号を選
択することにより高段差のウエハマークの位置を明視野
検出し、Ｙ方向用ＣＣＤ１６''およびＸ方向用ＣＣＤ１
７''の出力信号を選択することにより低段差のウエハマ
ークの位置を位相差検出することができる。すなわち、
信号処理系で処理すべき出力信号を選択するだけで明視
野検出から位相差検出への切り換えを行うことができる
ので、位相差系の光学調整が不要となる。また、第３実
施例では、明視野検出から位相差検出への切り換えに際
して機械的に駆動する機構がないため、機械的な駆動に
伴う検出誤差を回避することができる。
ＣＤ１６' およびＸ方向用ＣＣＤ１７' の出力信号を選
択することにより高段差のウエハマークの位置を明視野
検出し、Ｙ方向用ＣＣＤ１６''およびＸ方向用ＣＣＤ１
７''の出力信号を選択することにより低段差のウエハマ
ークの位置を位相差検出することができる。すなわち、
信号処理系で処理すべき出力信号を選択するだけで明視
野検出から位相差検出への切り換えを行うことができる
ので、位相差系の光学調整が不要となる。また、第３実
施例では、明視野検出から位相差検出への切り換えに際
して機械的に駆動する機構がないため、機械的な駆動に
伴う検出誤差を回避することができる。
【００３８】図５は、本発明の第４実施例にかかる位置
検出装置の構成を概略的に示す図である。第４実施例の
位置検出装置は、第３実施例の位置検出装置と類似の構
成を有する。しかしながら、第４実施例では、ビームス
プリッター３３を介して分割された各光路中にシャッタ
ー３４および３５をそれぞれ配置している点が第３実施
例と基本的に異なる。図５において、第３実施例の要素
と同様の機能を有する要素には、図４と同じ参照符号を
付している。以下、第３実施例との相違に着目して、第
４実施例を説明する。
検出装置の構成を概略的に示す図である。第４実施例の
位置検出装置は、第３実施例の位置検出装置と類似の構
成を有する。しかしながら、第４実施例では、ビームス
プリッター３３を介して分割された各光路中にシャッタ
ー３４および３５をそれぞれ配置している点が第３実施
例と基本的に異なる。図５において、第３実施例の要素
と同様の機能を有する要素には、図４と同じ参照符号を
付している。以下、第３実施例との相違に着目して、第
４実施例を説明する。
【００３９】図５において、指標板１２上に形成された
ウエハマークＷＭの像からの光は、ビームスプリッター
３３を介してアライメント光ＡＬ１とＡＬ２とに分割さ
れる。ビームスプリッター３３を透過したアライメント
光ＡＬ１は、明視野系用のリレーレンズ系（１３' ，１
４' ）およびその光路中に配置された結像開口絞り３０
を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に入射する。そ
して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射された光はＹ
方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透
過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射する。一方、ビー
ムスプリッター３３で反射されたアライメント光ＡＬ２
は、位相差系用のリレーレンズ系（１３''，１４''）お
よびその光路中に配置された位相差板３１を介して、Ｘ
Ｙ分岐ハーフプリズム１５に入射する。そして、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ
１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透過した光はＸ
方向用ＣＣＤ１７に入射する。
ウエハマークＷＭの像からの光は、ビームスプリッター
３３を介してアライメント光ＡＬ１とＡＬ２とに分割さ
れる。ビームスプリッター３３を透過したアライメント
光ＡＬ１は、明視野系用のリレーレンズ系（１３' ，１
４' ）およびその光路中に配置された結像開口絞り３０
を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５に入射する。そ
して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５で反射された光はＹ
方向用ＣＣＤ１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透
過した光はＸ方向用ＣＣＤ１７に入射する。一方、ビー
ムスプリッター３３で反射されたアライメント光ＡＬ２
は、位相差系用のリレーレンズ系（１３''，１４''）お
よびその光路中に配置された位相差板３１を介して、Ｘ
Ｙ分岐ハーフプリズム１５に入射する。そして、ＸＹ分
岐ハーフプリズム１５で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ
１６に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１５を透過した光はＸ
方向用ＣＣＤ１７に入射する。
【００４０】第４実施例では、たとえばリレーレンズ１
４''とＸＹ分岐ハーフプリズム１５との間の光路中にシ
ャッター３５を挿入してアライメント光ＡＬ２の通過を
遮断することにより、高段差のウエハマークの位置を明
視野検出する。また、たとえばリレーレンズ１４' とＸ
Ｙ分岐ハーフプリズム１５との間の光路中にシャッター
３４を挿入してアライメント光ＡＬ１の通過を遮断する
ことにより、低段差のウエハマークの位置を位相差検出
する。すなわち、２つのアライメント光のうちのいずれ
か一方の光の通過を選択的に遮断するだけで明視野検出
から位相差検出への切り換えを行うことができるので、
第３実施例よりも簡単な構成で機械的な駆動に伴う検出
誤差を回避することができる。
４''とＸＹ分岐ハーフプリズム１５との間の光路中にシ
ャッター３５を挿入してアライメント光ＡＬ２の通過を
遮断することにより、高段差のウエハマークの位置を明
視野検出する。また、たとえばリレーレンズ１４' とＸ
Ｙ分岐ハーフプリズム１５との間の光路中にシャッター
３４を挿入してアライメント光ＡＬ１の通過を遮断する
ことにより、低段差のウエハマークの位置を位相差検出
する。すなわち、２つのアライメント光のうちのいずれ
か一方の光の通過を選択的に遮断するだけで明視野検出
から位相差検出への切り換えを行うことができるので、
第３実施例よりも簡単な構成で機械的な駆動に伴う検出
誤差を回避することができる。
【００４１】図６（ａ）は、位相差板３１の位相差を付
与する部分の透過率を低下させた状態で得られる信号強
度を、図６（ｂ）は位相差板３１の位相差を付与する部
分の透過率を高く保った状態で得られる信号強度をそれ
ぞれ示す図である。図６（ａ）と図６（ｂ）とを参照す
ると、位相差板３１の位相差を付与する部分（図２
（ｂ）の３１ａ）の透過率を低下させることによって、
位相差像のコントラストを向上させることができるがわ
かる。しかしながら、この場合、像のコントラストは向
上するが、得られる検出信号の振幅が小さくなり、光電
検出における再現性が低下してしまう。したがって、上
述の第１実施例〜第４実施例において低段差構造を有す
る被検物体の観察時に再現性の高い位置検出を確保する
ために、位相差板３１の位相差を付与する部分の透過率
を実質的に高く保つことが望ましい。
与する部分の透過率を低下させた状態で得られる信号強
度を、図６（ｂ）は位相差板３１の位相差を付与する部
分の透過率を高く保った状態で得られる信号強度をそれ
ぞれ示す図である。図６（ａ）と図６（ｂ）とを参照す
ると、位相差板３１の位相差を付与する部分（図２
（ｂ）の３１ａ）の透過率を低下させることによって、
位相差像のコントラストを向上させることができるがわ
かる。しかしながら、この場合、像のコントラストは向
上するが、得られる検出信号の振幅が小さくなり、光電
検出における再現性が低下してしまう。したがって、上
述の第１実施例〜第４実施例において低段差構造を有す
る被検物体の観察時に再現性の高い位置検出を確保する
ために、位相差板３１の位相差を付与する部分の透過率
を実質的に高く保つことが望ましい。
【００４２】そこで、位相差板３１の位相差を付与する
部分に光吸収作用を持たせてこの部分の光透過率を低下
させた場合と、位相差板３１の位相差を付与する部分の
光透過率を高く保つ場合とを比較した具体例について図
７および図８を参照しながら説明する。まず、位相差板
３１の位相付与領域としての位相膜３１ａの光透過率Ｔ
１を４５％（Ｔ１＝０．４５）として、位相膜３１ａの
光透過率を低下させた場合において、この位相膜３１ａ
の透過率Ｔ１と位相差板３１の位相膜３１ａの周辺の透
過領域３１ｂの透過率Ｔ２との透過差｜Ｔ１−Ｔ２｜を
５５％（｜Ｔ１−Ｔ２｜＝０．５５）、明視野観察時に
ウエハＷ等の被観察物体がない場合におけるＣＣＤ等の
光電検出器（１６、１７、１６’、１７’、１６''、１
７''）にて検出される強度を１とすると、光電検出器に
て検出される検出信号は図７に示す波形となる。
部分に光吸収作用を持たせてこの部分の光透過率を低下
させた場合と、位相差板３１の位相差を付与する部分の
光透過率を高く保つ場合とを比較した具体例について図
７および図８を参照しながら説明する。まず、位相差板
３１の位相付与領域としての位相膜３１ａの光透過率Ｔ
１を４５％（Ｔ１＝０．４５）として、位相膜３１ａの
光透過率を低下させた場合において、この位相膜３１ａ
の透過率Ｔ１と位相差板３１の位相膜３１ａの周辺の透
過領域３１ｂの透過率Ｔ２との透過差｜Ｔ１−Ｔ２｜を
５５％（｜Ｔ１−Ｔ２｜＝０．５５）、明視野観察時に
ウエハＷ等の被観察物体がない場合におけるＣＣＤ等の
光電検出器（１６、１７、１６’、１７’、１６''、１
７''）にて検出される強度を１とすると、光電検出器に
て検出される検出信号は図７に示す波形となる。
【００４３】図７の検出信号の最大強度をＩmax1、図７
の検出信号の最小強度をＩmin1、図７の検出信号の交流
成分（ＡＣ成分）をΔＩ1 、図７の検出信号のコントラ
ストをＣ1 とするとき、各値はＩmax1＝０．５４５、Ｉ
min1＝０．３６２、ΔＩ1 ＝０．１８３、Ｃ1 ＝０．２
０２となる。一方、位相差板３１の位相付与領域として
の位相膜３１ａの光透過率Ｔ１を１００％（Ｔ１＝１．
００）として、位相膜３１ａの光透過率を高く保った場
合において、この位相膜３１ａの透過率Ｔ１と位相差板
３１の位相膜３１ａの周辺の透過領域３１ｂの透過率Ｔ
２との透過差｜Ｔ１−Ｔ２｜を０％（｜Ｔ１−Ｔ２｜＝
０）、明視野観察時にウエハＷ等の被観察物体がない場
合におけるＣＣＤ等の光電検出器（１６、１７、１
６’、１７’、１６''、１７''）にて検出される強度を
１とすると、光電検出器にて検出される検出信号は図８
に示す波形となる。
の検出信号の最小強度をＩmin1、図７の検出信号の交流
成分（ＡＣ成分）をΔＩ1 、図７の検出信号のコントラ
ストをＣ1 とするとき、各値はＩmax1＝０．５４５、Ｉ
min1＝０．３６２、ΔＩ1 ＝０．１８３、Ｃ1 ＝０．２
０２となる。一方、位相差板３１の位相付与領域として
の位相膜３１ａの光透過率Ｔ１を１００％（Ｔ１＝１．
００）として、位相膜３１ａの光透過率を高く保った場
合において、この位相膜３１ａの透過率Ｔ１と位相差板
３１の位相膜３１ａの周辺の透過領域３１ｂの透過率Ｔ
２との透過差｜Ｔ１−Ｔ２｜を０％（｜Ｔ１−Ｔ２｜＝
０）、明視野観察時にウエハＷ等の被観察物体がない場
合におけるＣＣＤ等の光電検出器（１６、１７、１
６’、１７’、１６''、１７''）にて検出される強度を
１とすると、光電検出器にて検出される検出信号は図８
に示す波形となる。
【００４４】図８の検出信号の最大強度をＩmax2、図８
の検出信号の最小強度をＩmin2、図８の検出信号の交流
成分（ＡＣ成分）をΔＩ2 、図８の検出信号のコントラ
ストをＣ2 とするとき、各値はＩmax2＝１．１３２、Ｉ
min2＝０．８５９、ΔＩ2 ＝０．２７３、Ｃ2 ＝０．１
３７となる。このように、図７および図８の検出信号を
比較すると、図７に示す検出信号は、図８に示す検出信
号よりもコントラストが高いため、低段差構造を持つ被
観察物体の像を接眼レンズを通して人間の目で目視観察
することが好ましい。しかしながら、ＣＣＤ等の光電検
出器（１６、１７、１６’、１７’、１６''、１７''）
を用いて低段差構造を持つ被観察物体の像を撮像する場
合には、ＣＣＤ等の光電検出器のノイズを考慮すると、
図７に示す検出信号よりもむしろ図８の検出信号を検出
することが好ましい。
の検出信号の最小強度をＩmin2、図８の検出信号の交流
成分（ＡＣ成分）をΔＩ2 、図８の検出信号のコントラ
ストをＣ2 とするとき、各値はＩmax2＝１．１３２、Ｉ
min2＝０．８５９、ΔＩ2 ＝０．２７３、Ｃ2 ＝０．１
３７となる。このように、図７および図８の検出信号を
比較すると、図７に示す検出信号は、図８に示す検出信
号よりもコントラストが高いため、低段差構造を持つ被
観察物体の像を接眼レンズを通して人間の目で目視観察
することが好ましい。しかしながら、ＣＣＤ等の光電検
出器（１６、１７、１６’、１７’、１６''、１７''）
を用いて低段差構造を持つ被観察物体の像を撮像する場
合には、ＣＣＤ等の光電検出器のノイズを考慮すると、
図７に示す検出信号よりもむしろ図８の検出信号を検出
することが好ましい。
【００４５】具体的には、まず、図７に示すＣＣＤ等の
光電検出器のノイズをＮ１とし、図８に示すＣＣＤ等の
光電検出器のノイズをＮ２とするとき、双方の光電検出
器のノイズを等しいとして、Ｎ１＝０．０２、Ｎ２＝
０．０２とする。この時の図７に示す検出信号のＳ／Ｎ
比を（Ｓ／Ｎ）1 とし、図８に示す検出信号のＳ／Ｎ比
を（Ｓ／Ｎ）2 とするとき、各信号のＳ／Ｎ比は以下の
如くなる。 （Ｓ／Ｎ）1 ＝ΔＩ1 ／Ｎ１＝９．１５ （Ｓ／Ｎ）2 ＝ΔＩ2 ／Ｎ２＝１３．６５ 従って、図８に示す検出信号は、図７に示す検出信号よ
りもＳ／Ｎ比が高いため、高精度の検出ができることが
理解できる。
光電検出器のノイズをＮ１とし、図８に示すＣＣＤ等の
光電検出器のノイズをＮ２とするとき、双方の光電検出
器のノイズを等しいとして、Ｎ１＝０．０２、Ｎ２＝
０．０２とする。この時の図７に示す検出信号のＳ／Ｎ
比を（Ｓ／Ｎ）1 とし、図８に示す検出信号のＳ／Ｎ比
を（Ｓ／Ｎ）2 とするとき、各信号のＳ／Ｎ比は以下の
如くなる。 （Ｓ／Ｎ）1 ＝ΔＩ1 ／Ｎ１＝９．１５ （Ｓ／Ｎ）2 ＝ΔＩ2 ／Ｎ２＝１３．６５ 従って、図８に示す検出信号は、図７に示す検出信号よ
りもＳ／Ｎ比が高いため、高精度の検出ができることが
理解できる。
【００４６】なお、位相差板３１の位相付与領域として
の位相膜３１ａの光透過率を低下させて暗くなった図８
に示す検出信号は、その検出信号に対してゲインをかけ
て明るい信号に変換することは、電気的に可能である。
しかしながら、電気的ゲインをかけるのに伴いノイズも
増幅されるため、電気的ゲインをかけたとしても図８の
検出信号のＳ／Ｎ比を高くすることはできない。
の位相膜３１ａの光透過率を低下させて暗くなった図８
に示す検出信号は、その検出信号に対してゲインをかけ
て明るい信号に変換することは、電気的に可能である。
しかしながら、電気的ゲインをかけるのに伴いノイズも
増幅されるため、電気的ゲインをかけたとしても図８の
検出信号のＳ／Ｎ比を高くすることはできない。
【００４７】以上のように、ＣＣＤ等の光電検出器（１
６、１７、１６’、１７’、１６''、１７''）を用いて
低段差構造を持つ被観察物体の像を高精度で撮像する場
合には、この位相膜３１ａの光透過率を高く保つことが
好ましく、具体的には、位相差板３１の位相差膜３１ａ
の透過率をＴ１、位相差板３１の位相膜３１ａの周辺の
透過領域３１ｂの透過率をＴ２とするとき、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足することがより好ましい。
６、１７、１６’、１７’、１６''、１７''）を用いて
低段差構造を持つ被観察物体の像を高精度で撮像する場
合には、この位相膜３１ａの光透過率を高く保つことが
好ましく、具体的には、位相差板３１の位相差膜３１ａ
の透過率をＴ１、位相差板３１の位相膜３１ａの周辺の
透過領域３１ｂの透過率をＴ２とするとき、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足することがより好ましい。
【００４８】また、上述の第１実施例〜第４実施例にお
いて、位相差板３１には、図２（ｂ）に示すように、開
口絞り用の開口パターン３０ｅが形成されていることが
望ましい。この構成により、結像開口絞りと位相差板と
の位置合わせをパターニング精度まで向上させることが
できる。近年のパターニング精度は数十ｎｍオーダーで
あり、同程度の位置合わせ精度を従来の方法で確保する
には精密な調整機構と大きなスペースとを必要した。こ
のように、各実施例において開口パターンが形成された
位相差板を用いることにより、省スペース且つ低コスト
で結像開口絞りと位相差板との位置合わせを高精度に行
うことができる。
いて、位相差板３１には、図２（ｂ）に示すように、開
口絞り用の開口パターン３０ｅが形成されていることが
望ましい。この構成により、結像開口絞りと位相差板と
の位置合わせをパターニング精度まで向上させることが
できる。近年のパターニング精度は数十ｎｍオーダーで
あり、同程度の位置合わせ精度を従来の方法で確保する
には精密な調整機構と大きなスペースとを必要した。こ
のように、各実施例において開口パターンが形成された
位相差板を用いることにより、省スペース且つ低コスト
で結像開口絞りと位相差板との位置合わせを高精度に行
うことができる。
【００４９】なお、上述の各実施例では、本発明の位置
検出装置を露光装置に適用した例を示したが、位置検出
すべき物体に形成されたマーク、特に低段差マークの位
置検出に対して本発明を一般的に適用することが可能で
ある。また、上述の各実施例では、位相差板を用いて低
段差パターンの位置検出を行う場合を示したが、被検物
体としては低段差パターンである必要がなく、明暗パタ
ーンであってもよい。さらに、上述の各実施例では、落
射照明型の位置検出装置について説明したが、透過型の
位置検出装置に本発明を適用することもできる。
検出装置を露光装置に適用した例を示したが、位置検出
すべき物体に形成されたマーク、特に低段差マークの位
置検出に対して本発明を一般的に適用することが可能で
ある。また、上述の各実施例では、位相差板を用いて低
段差パターンの位置検出を行う場合を示したが、被検物
体としては低段差パターンである必要がなく、明暗パタ
ーンであってもよい。さらに、上述の各実施例では、落
射照明型の位置検出装置について説明したが、透過型の
位置検出装置に本発明を適用することもできる。
【００５０】
【効果】以上説明したように、本発明によれば、低段差
パターンからなるマークに対しても安定した高精度の位
置検出が可能な観察装置、位置検出装置および該位置検
出装置を備えた露光装置を実現することができる。
パターンからなるマークに対しても安定した高精度の位
置検出が可能な観察装置、位置検出装置および該位置検
出装置を備えた露光装置を実現することができる。
【図１】本発明の第１実施例にかかる位置検出装置およ
び該位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示
す図である。
び該位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示
す図である。
【図２】（ａ）は図１の結像開口絞り３０の構成を、
（ｂ）は図１の位相差板３１の構成をそれぞれ概略的に
示す図である。
（ｂ）は図１の位相差板３１の構成をそれぞれ概略的に
示す図である。
【図３】本発明の第２実施例にかかる位置検出装置の構
成を概略的に示す図である。
成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第３実施例にかかる位置検出装置の構
成を概略的に示す図である。
成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第４実施例にかかる位置検出装置の構
成を概略的に示す図である。
成を概略的に示す図である。
【図６】（ａ）は、位相差板３１の位相差を付与する部
分の透過率を低下させた状態で得られる信号強度を、
（ｂ）は位相差板３１の位相差を付与する部分の透過率
を高く保った状態で得られる信号強度をそれぞれ示す図
である。
分の透過率を低下させた状態で得られる信号強度を、
（ｂ）は位相差板３１の位相差を付与する部分の透過率
を高く保った状態で得られる信号強度をそれぞれ示す図
である。
【図７】位相差板３１の位相差を付与する部分の光透過
率を低下させた場合において光電検出器にて検出される
信号の様子を示す図である。
率を低下させた場合において光電検出器にて検出される
信号の様子を示す図である。
【図８】位相差板３１の位相差を付与する部分の光透過
率を高く保った場合において光電検出器にて検出される
信号の様子を示す図である。
率を高く保った場合において光電検出器にて検出される
信号の様子を示す図である。
１ レチクルステージ ３ 光源 ４ ライトガイド ６ ハーフプリズム ７ 第１対物レンズ ８ 反射プリズム １１ 第２対物レンズ １２ 指標板 １５ ＸＹ分岐ハーフプリズム １６、１７ ＣＣＤ １８ 信号処理系 ２１ ウエハホルダ ２２ Ｚステージ ２３ ＸＹステージ ２４ ステージ制御系 ２５ 主制御系 ２６ キーボード ２７ 照明開口絞り ３０ 結像開口絞り ３１ 位相差板 ３２ 切換えミラー ３３ ビームスプリッター ３４、３５ シャッター Ｒ レチクル ＰＡ パターン領域 ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ ＷＭ ウエハマーク
Claims (9)
- 【請求項１】 位置検出すべき物体上に形成されたマー
クに照明開口絞りを介して照明光を照射するための照明
光学系と、前記照明光により照明された前記マークから
の光に基づいて前記マークの像を形成するための結像光
学系と、前記結像光学系を介して形成された前記マーク
の像の位置情報に基づいて前記物体の位置を検出するた
めの検出手段とを備えた位置検出装置において、 前記結像光学系の光路中において前記照明開口絞りと光
学的にほぼ共役な位置に配置され、且つ前記照明開口絞
りに対応する第１領域を通過する前記マークからの光と
前記第１領域の周辺の第２領域を通過する前記マークか
らの光との間に所定の位相差を付与するための位相差付
与手段と、 前記位相差付与手段を介することなく形成された前記マ
ークの明視野像に基づいて前記物体の位置を検出する明
視野検出と、前記位相差付与手段を介して形成された前
記マークの位相差像に基づいて前記物体の位置を検出す
る位相差検出とを切り換えるための切換え手段と、 を備えていることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記切換え手段は、位相差検出に際して
前記結像光学系の光路中に前記位相差付与手段を挿入
し、明視野検出に際して前記結像光学系の光路中から前
記位相差付与手段を後退させることを特徴とする請求項
１に記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記切換え手段は、前記結像光学系の光
路中に配置された前記位相差付与手段が付与する位相差
を電気的に変化させ、位相差検出に際して前記位相差付
与手段が付与する位相差を前記所定の位相差に設定し、
明視野検出に際して前記位相差付与手段が付与する位相
差を実質的に０に設定することを特徴とする請求項１に
記載の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記切換え手段は、前記結像光学系の光
路中において前記マークからの光の光路を第１の光路と
第２の光路との間で切り換えるための光路切換え手段で
あり、 前記結像光学系は、前記第１の光路を介した光に基づい
て前記マークの明視野像を形成し、前記位相差付与手段
が配置された前記第２の光路を介した光に基づいて前記
マークの位相差像を形成することを特徴とする請求項１
に記載の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記結像光学系は、前記マークからの光
の光路を第１の光路と前記位相差付与手段が配置された
第２の光路とに分割するための光路分割手段を有し、 前記切換え手段は、前記第１の光路を介した光により形
成された前記マークの明視野像と、前記第２の光路を介
した光により形成された前記マークの位相差像とのうち
いずれか一方の像を前記検出手段において選択すること
を特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 【請求項６】 前記結像光学系は、前記マークからの光
の光路を第１の光路と前記位相差付与手段が配置された
第２の光路とに分割するための光路分割手段を有し、 前記切換え手段は、前記第１の光路に沿った光の通過を
選択的に遮断するための第１遮光手段と、前記第２の光
路に沿った光の通過を選択的に遮断するための第２遮光
手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の位置
検出装置。 - 【請求項７】 パターンが形成されたマスクを照明して
前記マスクのパターン像を感光性の基板上に形成するた
めの露光装置において、 前記基板上に形成されたマークに照明開口絞りを介して
照明光を照射するための照明光学系と、前記照明光によ
り照明された前記マークからの光に基づいて前記マーク
の像を形成するための結像光学系と、前記結像光学系を
介して形成された前記マークの像の位置情報に基づいて
前記基板の位置を検出するための検出手段とを有する位
置検出装置を備え、 前記位置検出装置は、 前記結像光学系の光路中において前記照明開口絞りと光
学的にほぼ共役な位置に配置され、且つ前記照明開口絞
りに対応する第１領域を通過する前記マークからの光と
前記第１領域の周辺の第２領域を通過する前記マークか
らの光との間に所定の位相差を付与するための位相差付
与手段と、 前記位相差付与手段を介することなく形成された前記マ
ークの明視野像に基づいて前記基板の位置を検出する明
視野検出と、前記位相差付与手段を介して形成された前
記マークの位相差像に基づいて前記基板の位置を検出す
る位相差検出とを切り換えるための切換え手段とを有す
ることを特徴とする露光装置。 - 【請求項８】 被観察物体に照明開口絞りを介して照明
光を照射するための照明光学系と、前記照明光により照
明された前記被観察物体からの光に基づいて前記被観察
物体の像を形成するための結像光学系とを備え、前記被
観察物体を観察するための観察装置において、 前記結像光学系の光路中において前記照明開口絞りと光
学的にほぼ共役な位置に配置され、且つ前記照明開口絞
りに対応する第１領域を通過する前記被観察物体からの
光と前記第１領域の周辺の第２領域を通過する前記被観
察物体からの光との間に所定の位相差を付与するための
位相差付与手段と、 前記位相差付与手段を介することなく形成された前記被
観察物体の明視野像を観察する明視野観察と、前記位相
差付与手段を介して形成された前記被観察物体の位相差
像を観察する位相差観察とを切り換えるための切換え手
段と、 を備えていることを特徴とする観察装置。 - 【請求項９】 被観察物体に照明開口絞りを介して照明
光を照射するための照明光学系と、前記照明光により照
明された前記被観察物体からの光に基づいて前記被観察
物体の像を形成するための結像光学系と、前記被観察物
体の像を光電的に検出するための光電検出器とを備え、
前記被観察物体を観察するための観察装置において、 前記被観察物体の位相差像を観察するために、前記照明
開口絞りに対応する第１領域を通過する前記被観察物体
からの光と前記第１領域の周辺の第２領域を通過する前
記被観察物体からの光との間に所定の位相差を付与する
ための位相差付与手段を、前記結像光学系の光路中にお
ける前記照明開口絞りと光学的にほぼ共役な位置に設
け、 前記第１領域の光の透過率をＴ１とし、前記第２領域の
光の透過率をＴ２とするとき、 Ｔ１＞０．７ ｜Ｔ１−Ｔ２｜＜０．３ の条件を満足することを特徴とする観察装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP8340652A JPH10172898A (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 観察装置、位置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置 |
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| JP8340652A JPH10172898A (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 観察装置、位置検出装置および該位置検出装置を備えた露光装置 |
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