JPH11295608A - 観察装置、被検マーク検出装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検物体の特性の如何にかかわらず、常に精度
良く被検物体を観察することができる観察装置を提供す
る。 【解決手段】対物光学系１８を介して被検物体ＷＭを照
明する照明光学系１１〜１５と、被検物体ＷＭから発す
る光束を対物光学系１８を介して集光する結像光学系２
０〜２６とを備える観察装置において、照明光学系は、
透光部１２ａと遮光部１２ｂとからなる照明開口絞り１
２を有し、結像光学系は、照明開口絞り１２の透光部１
２ａと共役な第１領域２３ａと、遮光部１２ｂと共役な
第２領域２３ｂとを有し、両領域２３ａ、２３ｂの間に
第１の位相差を与える第１の位相差付与部材２３と、照
明開口絞り１２の透光部１２ａと共役な第３領域２４ａ
と、遮光部１２ｂと共役な第４領域２４ｂとを有し、両
領域２４ａ、２４ｂの間に第１の位相差とは異なる第２
の位相差を与える第２の位相差付与部材２４とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として観察装置に
関し、特に半導体素子や液晶表示素子等を製造する際に
用いられる被検マーク検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子を製造する主
要な工程として、フォトリソグラフィ工程がある。同工
程では、投影原版（以下レチクルという。）上のパター
ンを感光基板（以下ウエハという。）上に転写するため
に、投影露光装置が用いられる。この露光装置では、既
にウエハ上に転写されているパターンと、これから転写
しようとするレチクル上のパターンとの間の位置合わせ
を正確に行う必要があり、そのために位置合わせ装置
（アライメント光学系）が付設されている。レチクルと
ウエハとの間のアライメントを行う手法としては、各種
のものが知られている。そのうちの一手法として、反射
照明の顕微鏡を観察装置として用い、ウエハマークを拡
大して光電検出器上に結像するものがある。またフォト
リソグラフィ工程では、複数のウエハマークの間の位置
ずれを検出するための観察装置として、重ね合わせ測定
装置が使用される。同装置としては、通常、反射照明の
顕微鏡が使用される。

【０００３】このように反射照明の顕微鏡を用いて、ウ
エハマークを光電検出器上に拡大投影する場合に、ウエ
ハマークの凸部と凹部との段差が小さいときには、ウエ
ハマークの像は低コントラストとなる。したがって低段
差のウエハマークのための観察装置の１つとして、位相
差顕微鏡が用いられる。他方、位相差顕微鏡の方式とし
ては、０次光と０次光以外の回折光との間に付与する位
相差の符号をコントロールすることによって、位相が遅
れている部分、すなわち凹部（透過照明のときは厚みの
厚い部分、又は屈折率の高い部分）が暗く見えるダーク
コントラスト図７と、位相が進んでいる部分が明るく見
えるブライトコントラスト図６がある（特開平３−２７
５１５号、特開平７−２６１０８９号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般にパターン形状の
認識は、明るい部分の認識よりも、暗い部分の認識の方
が容易である。特に光電検出器を用いて電気的に撮像し
て観察する場合は、撮像領域全体の平均的な明るさに対
して、それよりも明るい信号は精度良く位置検出するこ
とが難しく、逆に暗い信号は精度良く位置検出がしやす
い。従って、例えば凹部が占める面積の割合が撮像領域
全体に対して狭い場合には、ダークコントラストを用い
ることが好ましい。これにより、面積の狭い凹部が暗く
見え、面積の広い凸部が明るく見えるから、凹部の位置
を精度良く認識することができる。これに反してブライ
トコントラストを用いると、面積の狭い凹部が明るく見
え、面積の広い凸部が暗く見えるから、凹部の位置の認
識も凸部の位置の認識も精度が落ちることになる。上記
とは逆に、凹部が占める面積の割合が撮像領域全体に対
して広い場合には、ダークコントラストは適さず、ブラ
イトコントラストが適することになる。

【０００５】また、凹部の反射率が凸部に比べて低い場
合には、ダークコントラストを用いることが好ましい。
これにより、明視野検出に比べ反射率の低い凹部がより
暗く見え、反射率の高い凸部がより明るく見えるから像
のコントラストがまし、位置を精度良く認識することが
できる。これに反してブライトコントラストを用いる
と、明視野検出に比べ反射率の低い凹部が明るく見え、
反射率の高い凸部が暗く見えるから像のコントラストが
おち、凹部の位置の認識も凸部の位置の認識も精度が落
ちることになる。上記とは逆に、凹部の反射率が凸部に
比べて高い場合には、ダークコントラストは適さず、ブ
ライトコントラストが適することになる。

【０００６】以上のように、マークの形状や反射率など
に応じて、いずれのコントラスト方式が適するかが決ま
る。但し、マークの形状や反射率などは、ウエハが経る
各種のプロセスに応じて変化するものであるから、いず
れのコントラスト方式が適するかを、予め定めることは
困難である。しかるに上記した従来の観察装置は、いず
れも両コントラスト方式の間を切り替える機能を有して
いないから、ウエハが経る各種のプロセスに応じて、適
切なコントラスト方式を選択することができなかった。
この結果、ウエハマークの位置検出を精度良く行うこと
ができない場合が生じることとなっていた。したがって
本発明は、被検物体の特性の如何にかかわらず、常に精
度良く被検物体を観察することができる観察装置と被検
マーク検出装置を提供することを課題とし、また、この
被検マーク検出装置を備えた露光装置を提供することを
課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、本発明の請
求項１の発明は、対物光学系を介して被検物体を照明す
る照明光学系と、前記物体から発する光束を前記対物光
学系を介して集光する結像光学系とを備える観察装置に
おいて、前記照明光学系は、透光部と遮光部とからなる
照明開口絞りを有し、前記結像光学系は、前記照明開口
絞りと実質的に共役な位置に配置可能に設けられて、前
記透光部とほぼ共役な第１領域と前記遮光部とほぼ共役
な第２領域とを有し、前記第１領域及び前記第２領域の
間に第１の位相差を与える第１の位相差付与部材と、前
記照明開口絞りと実質的に共役な位置に配置可能に設け
られて、前記透光部とほぼ共役な第３領域と前記遮光部
とほぼ共役な第４領域とを有し、前記第３領域及び第４
領域の間に前記第１の位相差とは異なる第２の位相差を
与える第２の位相差付与部材と、を有することを特徴と
する観察装置である。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記第１の位相差付与部材による第１の位相差は約
９０°であり、第２の位相差付与部材による第２の位相
差は約−９０°であることを特徴とするものである。な
お、第１の位相差９０°とは、第１領域と第２領域との
間に付与される位相差を意味し、したがっていずれの領
域の方が位相が進むのか、ということまでは意味しな
い。すなわち、第１領域を通過する光束の位相が、第２
領域を通過する光束の位相よりも進む場合であっても良
いし、逆に、遅れる場合であっても良い。これに反して
第２の位相差−９０°とは、第３領域と第４領域との間
に付与される位相差を意味するが、第１領域を通過する
光束の位相が第２領域を通過する光束の位相よりも進む
場合には、第３領域を通過する光束の位相が第４領域を
通過する光束の位相よりも遅れることを意味し、逆に、
第１領域を通過する光束の位相が第２領域を通過する光
束の位相よりも遅れる場合には、第３領域を通過する光
束の位相が第４領域を通過する光束の位相よりも進むこ
とを意味する。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発明において、前記第１の位相差付与部材と第２の位相
差付与部材は、光路内外に挿脱自在に配置されたことを
特徴とするものである。請求項４の発明は、請求項１、
２または３記載の発明において、前記結像光学系は、光
路内外に挿脱自在に配置されて、前記対物光学系からの
光束を該挿脱により第１の光路と第２の光路へ選択的に
導く光路偏向部材を有し、前記第１の光路中には前記第
１の位相差付与部材が配置され、前記第２の光路中には
前記第２の位相差付与部材が配置されることを特徴とす
るものである。請求項５の発明は、請求項１、２または
３記載の発明において、前記結像光学系は、前記対物光
学系からの光束を第１の光路と第２の光路とに分割する
光路分割部材を有し、前記第１の光路中には前記第１の
位相差付与部材が配置され、前記第２の光路中には前記
第２の位相差付与部材が配置されることを特徴とするも
のである。

【００１０】次に、請求項６の発明は、被検物体上に形
成された被検マークを照明する照明光学系と、前記被検
マークから発する光束を集光する結像光学系と、該結像
光学系により集光された光を光電検出する光電検出器と
を備え、該光電検出器の検出信号に基づいて前記被検マ
ークの位置に関する情報を検出する被検マーク検出装置
において、前記照明光学系は、透光部と遮光部とからな
る照明開口絞りを有し、前記結像光学系は、前記照明開
口絞りと実質的に共役な位置に配置可能に設けられて、
前記透光部とほぼ共役な第１領域と前記遮光部とほぼ共
役な第２領域とを有し、前記第１領域及び前記第２領域
の間に第１の位相差を与える第１の位相差付与部材と、
前記照明開口絞りと実質的に共役な位置に配置可能に設
けられて、前記透光部とほぼ共役な第３領域と前記遮光
部とほぼ共役な第４領域とを有し、前記第３領域及び前
記第４領域の間に前記第１の位相差とは異なる第２の位
相差を与える第２の位相差付与部材と、を有することを
特徴とする被検マーク検出装置である。なお、請求項１
〜５の発明は、反射照明（落射照明）型の発明に関する
が、以降の請求項６〜９の発明は、反射照明であると透
過照明であるとを問わない。

【００１１】請求項７の発明は、被検物体上に形成され
た被検マークを照明する照明光学系と、被検マークから
発する光束を集光する結像光学系と、結像光学系により
集光された光を光電検出する光電検出器とを備え、光電
検出器の検出信号に基づいて被検マークに位置に関する
情報を検出する被検マーク検出装置において、照明光学
系は、第１の被検マークを照明する第１照明光学系と、
第１の被検マークとは異なる第２の被検マークを照明す
る第２照明光学系とを備え、結像光学系は、第１の被検
マークから発する光束を集光する第１結像光学系と、第
２の被検マークから発する光束を集光する第２結像光学
系とを備え、第１照明光学系は、第１透光部と第１遮光
部とからなる第１照明開口絞りを有し、第２照明光学系
は、第２透光部と第２遮光部とからなる第２照明開口絞
りを有し、第１結像光学系は、第１照明開口絞りと共役
な位置に配置可能に設けられて、第１透光部と共役な第
１領域と第１遮光部と共役な第２領域とを有し、第１領
域及び第２領域の間に第１の位相差を与える第１の位相
差付与部材を有し、第２結像光学系は、第２照明開口絞
りと共役な位置に配置可能に設けられて、第２透光部と
共役な第３領域と第２遮光部と共役な第４領域とを有
し、第３領域及び第４領域の間に第１の位相差を与える
第１の位相差付与部材を有することを特徴とする被検マ
ーク検出装置である。請求項８の発明は、請求項６また
は７の発明において、前記光電検出器は、前記被検物体
と共役な位置に配置され、前記被検物体上に形成される
第１マークと第２マークとの重ね合わせの程度を検出す
ることを特徴とするものである。

【００１２】さて、請求項６〜８の発明に関し、以下の
ように構成することも可能である。 （１）請求項６乃至８の何れか一項記載のマーク検出装
置において、前記第１の位相差付与部材による前記第１
の位相差は約９０°であり、前記第２の位相差付与部材
による前記第２の位相差は約−９０°である。 （２）請求項６乃至８、及び上記（１）の何れか一つに
記載のマーク検出装置において、前記第１の位相差付与
部材と前記第２の位相差付与部材とは、光路内外に挿脱
自在に配置される。 （３）請求項６乃至８、及び上記（１）乃至（２）の何
れか一つに記載のマーク検出装置において、前記結像光
学系は、光路内外に挿脱自在に配置されて、前記対物光
学系からの光束を該挿脱により第１の光路と第２の光路
へ選択的に導く光路偏向部材を有し、前記第１の光路中
には前記第１の位相差付与部材が配置され、前記第２の
光路中には前記第２の位相差付与部材が配置される。 （４）請求項６乃至８、及び上記（１）乃至（２）の何
れか一つに記載のマーク検出装置において、前記結像光
学系は、前記対物光学系からの光束を第１の光路と第２
の光路とに分割する光路分割部材を有し、前記第１の光
路中には前記第１の位相差付与部材が配置され、前記第
２の光路中には前記第２の位相差付与部材が配置され
る。

【００１３】次に、請求項９の発明は、投影原版上に設
けられたパターンを照明する原版照明光学系と、前記パ
ターンからの光に基づいて基板上に前記パターンの像を
投影する投影光学系とを備える露光装置において、請求
項６乃至８の何れかの発明を備えることを特徴とするも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。以下の実施の形態は、本発明
の観察装置を投影露光装置に備えられた被検マーク検出
装置（アライメント光学系）に適用したものである。図
１は、第１実施例の投影露光装置を示す。原版照明光学
系１からの露光光ＥＬは、レチクルＲのパターン面ＰＡ
を均一な照度分布で照明する。原版照明光学系１は、水
銀ランプ又はエキシマレーザ光源等の露光光源、照度分
布均一化用のフライアイレンズ、可変視野絞り、及びコ
ンデンサレンズ等を含む。露光光ＥＬのもとで、レチク
ルＲの照明領域内の回路パターンＰＡの像が、両側（又
はウエハＷ側に片側）テレセントリックな投影光学系２
を介して、所定の投影倍率（例えば１／４、１／５等）
で、投影光学系２の結像面に配置されたウエハＷ上のレ
ジスト層に転写される。以下、投影光学系２の光軸ａｘ
に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面
に平行にＸ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って
説明する。

【００１５】レチクルＲは、レチクルステージ３上に吸
着保持され、レチクルステージ３は、Ｘ方向、Ｙ方向及
びＸＹ面内での回転方向にレチクルＲの位置決めを行
う。レチクルステージ３のＸＹ面内での位置と回転角
は、不図示のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測
される。この計測結果は、装置全体の動作を統轄制御す
る主制御系６ｂに送られる。主制御系６ｂからの制御情
報に基づいて、ステージ制御系６ｃがレチクルステージ
３の位置制御を行う。主制御系６ｂには、オペレータが
種々のコマンド等を入力するためのキーボード６ａが接
続されている。

【００１６】一方、ウエハＷはウエハホルダ４上に吸着
保持され、ウエハホルダ４はＺステージ５Ｚ上に固定さ
れ、Ｚステージ５ＺはＸＹステージ５ＸＹ上に固定され
ている。Ｚステージ５Ｚは、オートフォーカス方式で、
ウエハＷの表面が投影光学系２の像面に合致するよう
に、フォーカス位置（Ｚ方向の位置）を制御する。ＸＹ
ステージ５ＸＹは、投影光学系２の像面と平行なＸＹ平
面に沿って２次元移動する。また、不図示であるが、ウ
エハＷの傾斜角を制御するレベリングステージも設けら
れており、これらのＺステージ５Ｚ及びＸＹステージ５
ＸＹ等よりウエハステージが構成されている。Ｚステー
ジ５ＺのＸＹ面内での位置と回転角は、不図示のレーザ
干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計
測結果は主制御系６ｂに送られ、主制御系６ｂからの制
御情報に基づいて、スデージ制御系６ｃはＸＹステージ
５ＸＹのステッピング動作の制御を行う。

【００１７】そして、露光時には、露光光ＥＬのもと
で、レチクルＲのパターン像がウエハＷ上の１つのショ
ット領域に露光される。その後、ＸＹステージ５ＸＹを
ステッピング駆動して、次のショット領域を投影光学系
２の露光領域に移動して露光を行う。以上の動作がステ
ップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、ウエハＷ
上の各ショット領域ヘの露光が行われる。この露光が重
ね合わせ露光である場合には、予めウエハＷ上の各ショ
ット領域の内の所定のショット領域（サンプルショッ
ト）に付設されたウエハマークの位置を検出することに
よって、例えばエンハンスト・グローバル・アライメン
ト（ＥＧＡ）方式で各ショット領域のアライメントを行
っておく必要がある。

【００１８】そのため、投影光学系２の側面に、オフ・
アクシス方式で画像処理方式のアライメント光学系１０
が備えられている。そのアライメントには、予め所定の
ウエハマーク（サーチアライメントマーク）の大まかな
位置を検出するためのサーチアライメントと、所定のウ
エハマーク（ファインアライメントマーク）の位置を高
精度に検出するためのファインアライメントとがある。
本例のアライメント光学系１０は、サーチアライメン
ト、及びファインアライメントの何れにも切り換えて使
用できるように構成されている。

【００１９】次に、アライメント光学系１０について詳
細に説明する。光ファイバ１１の射出面には、照明開口
絞り１２が配置されている。図２は照明開口絞り１２を
示し、同絞り１２には、輪帯開口状の透光部１２ａが設
けられており、透光部１２ａ以外の領域は遮光部１２ｂ
となっている。照明開口絞り１２の透光部１２ａを通過
した照明光束ＩＬは、コンデンサーレンズ１３を通過し
て照明視野絞り１４を照明する。照明視野絞り１４を通
過した照明光束ＩＬは、照明リレーレンズ１５、ハーフ
プリズム１６、結像開口絞り１７、第１対物レンズ１
８、及び反射プリズム１９を通過して、ウエハＷ上のウ
エハマークＷＭを反射照明する。ウエハマークＷＭから
反射、回折によって発生した結像光束は、反射プリズム
１９、第１対物レンズ１８、及び結像開口絞り１７を通
過してハーフプリズム１６に入射し、ハーフプリズム１
６で反射し、第２対物レンズ２０を通過して指標板２１
上にウエハマークＷＭの像を結像する。指標板２１上に
は、ウエハマークＷＭの位置の基準となる指標マークＩ
Ｍが形成されている。

【００２０】図３（ａ）は、本例のウエハマークＷＭ中
のＸ軸のウエハマークＷＭＸを示す。ウエハマークＷＭ
Ｘは、Ｘ方向に所定ピッチでＹ方向に細長い凹凸のパタ
ーンを形成したライン・アンド・スペースパターンであ
る。不図示であるが、ウエハマークＷＭＸを９０°回転
した形状のＹ軸のウエハマークも形成されている。図３
（ｂ）は、指標板２１上の指標マークＩＭを示す。指標
マークＩＭは、Ｘ方向に対応する方向に所定間隔で配置
された１対の２本の細長い遮光パターンよりなるＸ軸の
指標マークＩＭＸ、及びＹ方向に対応する方向に所定間
隔で配置された１対の２本の細長い遮光パターンよりな
るＹ軸の指標マークＩＭＹより構成されている。この場
合、ファインアライメント時には、Ｘ軸の指標マークＩ
ＭＸの間にＸ軸のウエハマークＷＭＸの像が収まり、Ｙ
軸の指標マークＩＭＹの間にＹ軸のウエハマークの像が
収まるようになる。

【００２１】図１に戻り、指標板２１を通過した結像光
束は、光軸ＡＸに沿って第１リレーレンズ２２を通過し
て、照明開口絞り１２と実質的に共役な位置に配置され
た第１位相板２３又は第２位相板２４に入射する。両位
相板２３、２４は、切替え機構２５によって光路内外に
切替え自在に配置されている。図４（ａ）は第１位相板
２３の平面図を示し、同図（ｂ）は断面図を示す。同図
に示すように、第１位相板２３の光軸ＡＸと直交する平
面領域のうち、照明開口絞り１２の透光部１２ａと共役
な第１領域２３ａは、その第１領域２３ａを通過する光
束の位相が、遮光部１２ｂと共役な第２領域２３ｂを通
過する光束の位相に対して、９０°の位相差だけ遅れる
ように形成されている。すなわち第１位相板２３は、ウ
エハマークＷＭから発する光束のうち、０次光の通過す
る領域２３ａを通過する光の位相を９０°だけ遅らせる
ように形成されている。

【００２２】他方、図５（ａ）は第２位相板２４の平面
図を示し、同図（ｂ）は断面図を示す。同図に示すよう
に、第２位相板２４の平面領域のうち、照明開口絞り１
２の透光部１２ａと共役な第３領域２４ａは、その第３
領域２４ａを通過する光束の位相が、遮光部１２ｂと共
役な第４領域２４ｂを通過する光束の位相に対して、９
０°の位相差だけ進むように形成されている。すなわち
第２位相板２４は、ウエハマークＷＭから発する光束の
うち、０次光の通過する領域２４ａを通過する光の位相
を９０°だけ進ませるように形成されている。なお、当
然のことながら図４において、位相を遅れさせるという
ことは、該当する部分の位相板を厚く形成するというこ
とではない。該当する部分の位相板を薄く形成しても位
相を遅らせることが出来る。同様に図５において、位相
を進めるということは、該当する部分の位相板を薄く形
成するということではない。該当する部分の位相板を厚
く形成しても位相を進めることが出来る。

【００２３】第１位相板２３又は第２位相板２４を通過
した結像光束は、第２リレーレンズ２６を通過した後、
ハーフプリズム２７によって２分割され、分割された結
像光束は、それぞれＣＣＤ型の２次元のＸ方向撮像素子
２８及びＹ方向撮像素子２９の撮像面にウエハマークＷ
Ｍ、及び指標マークＩＭの像を形成する。Ｘ方向撮像素
子２８は、図３（ａ）のＸ方向ウエハマークＷＭＸと、
図３（ｂ）のＸ方向指標マークＩＭＸを読み出す撮像素
子であり、Ｙ方向撮像素子２９は、Ｙ方向ウエハマーク
ＷＭＹと、Ｙ方向指標マークＩＭＹを読み出す撮像素子
である。撮像素子２８、２９からの撮像信号は、信号処
理系３０に供給されている。信号処理系３０は、Ｘ方向
指標マークＩＭＸの中心を基準としたＸ方向ウエハマー
クＷＭＸのＸ方向への位置ずれ量△Ｘと、Ｙ方向指標マ
ークＩＭＹの中心を基準としたＹ方向ウエハマークＷＭ
ＹのＹ方向への位置ずれ量△Ｙを求める。この位置ずれ
量（△Ｘ，△Ｙ）は、信号処理系３０から主制御系６ｂ
に供給される。主制御系６ｂは、位置ずれ量（△Ｘ、△
Ｙ）に、レーザ干渉計によって計測されるＺステージ５
Ｚの座標（Ｘ、Ｙ）を加算することによって、検出対象
のウエハマークＷＭのＸ座標とＹ座標を求める。

【００２４】以上のように本実施例では、２種類の位相
板２３、２４を備えているから、これらを切り替えるこ
とにより、容易にブライトコントラストとダークコント
ラストとを切り替えることが出来る。なお、本実施例で
は、位相差付与部材として位相板２３、２４を用いてい
るが、位相差付与部材としては平行平面板に膜を設けた
ものには限られない。例えば、位相差付与部材を設置す
べき位置にレンズがあるときには、そのレンズ表面に膜
を設けても良い。サーチアライメントとファインアライ
メントで異なるマークを用いる場合、それぞれのマーク
の形状や反射率に適するよう、サーチアライメントとフ
ァインアライメントでダークコントラストとブライトコ
ントラストを使い分けることができるため、低段差パタ
ーンに対してサーチもファインも高精度な位置検出が可
能となる。また、上記の実施例では位相差系を使用して
いるが、照明系や結像系を明視野と位相差系との両方の
検出が可能な構成として、サーチアライメントもファイ
ンアライメントも高段差から低段差のマークまで高精度
の位置検出が可能になるようにしてもよい。

【００２５】次に、本発明の第２実施例のアライメント
光学系につき、図８を参照して説明する。指標板２１を
通過した結像光束は、光路内外に挿脱自在に配置された
切替えミラー３１に入射する。切替えミラー３１を光路
外に除去したときには、結像光束は、第１リレーレンズ
２２Ａ、第１位相差板２３、ミラー３２Ａ、第２リレー
レンズ２６Ａ、及びハーフプリズム２７を経て、撮像素
子２８、２９の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マー
クＩＭの像を形成する。他方、切替えミラー３１を光路
内に挿入したときには、結像光束は切替えミラー３１に
よって反射し、第１リレーレンズ２２Ｂ、第２位相差板
２４、ミラー３２Ｂ、第２リレーレンズ２６Ｂ、及びハ
ーフプリズム２７を経て、撮像素子２８、２９の撮像面
にウエハマークＷＭ及び指標マークＩＭの像を形成す
る。以上のように本実施例によれば、切替えミラー３１
を光路内外に移動することにより、ブライトコントラス
トとダークコントラストとを容易に切り替えることが出
来る。

【００２６】次に、本発明の第３実施例のアライメント
光学系につき、図９を参照して説明する。指標板２１を
通過した結像光束は、ビームスプリッタ３３によって２
分割される。ビームスプリッタ３３を透過した結像光束
は、第１リレーレンズ２２Ａ、第１位相差板２３、第２
リレーレンズ２６Ａ、及びハーフプリズム２７Ａを経
て、撮像素子２８Ａ、２９Ａの撮像面にウエハマークＷ
Ｍ及び指標マークＩＭの像を形成する。他方、ビームス
プリッタ３３で反射した結像光束は、第１リレーレンズ
２２Ｂ、第２位相差板２４、第２リレーレンズ２６Ｂ、
及びハーフプリズム２７Ｂを経て、撮像素子２８Ｂ、２
９Ｂの撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩＭの
像を形成する。以上のように本実施例によれば、ブライ
トコントラストによる観察とダークコントラストによる
観察とを同時に行うことが出来、また撮像素子の選択で
どちらか片方のみの観察も可能である。

【００２７】次に、本発明の第４実施例のアライメント
光学系につき、図１０を参照して説明する。指標板２１
を通過した結像光束は、ビームスプリッタ３３によって
２分割される。ビームスプリッタ３３を透過した結像光
束は、第１リレーレンズ２２Ａ、第１位相差板２３、ミ
ラー３２Ａ、第２リレーレンズ２６Ａ、シャッター３４
Ａ、及びハーフプリズム２７を経て、撮像素子２８、２
９の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩＭの像
を形成する。他方、ビームスプリッタ３３で反射した結
像光束は、第１リレーレンズ２２Ｂ、第２位相差板２
４、ミラー３２Ｂ、第２リレーレンズ２６Ｂ、シャッタ
ー３４Ｂ、及びハーフプリズム２７を経て、撮像素子２
８、２９の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩ
Ｍの像を形成する。以上のように本実施例によれば、シ
ャッター３４Ａ、３４Ｂの操作により、ブライトコント
ラストとダークコントラストとを容易に切り替えること
が出来る。

【００２８】次に、本発明の第５実施例のアライメント
光学系につき、図１１を参照して説明する。光ファイバ
１１Ａより射出した第１の光束は、照明開口絞り１２Ａ
とコンデンサーレンズ１３Ａを通過し、ダイクロイック
ミラー３５を透過する。すなわち第１の光束としては、
ダイクロイックミラー３５を透過する波長のものを用い
る。他方、光ファイバ１１Ｂより射出した第２の光束
は、照明開口絞り１２Ｂとコンデンサーレンズ１３Ｂを
通過し、ダイクロイックミラー３５で反射する。すなわ
ち第２の光束としては、ダイクロイックミラー３５で反
射する波長のものを用いる。また両照明開口絞り１２
Ａ、１２Ｂは同一に形成されている。

【００２９】ダイクロイックミラー３５によって合成さ
れた両光束は、第１実施例と同様にして指標板２１に達
し、ダイクロイックミラー３６に入射する。両ダイクロ
イックミラー３５、３６は同一に形成されており、した
がって第１の光束はダイクロイックミラー３６を透過
し、第３実施例と同様に、撮像素子２８Ａ、２９Ａの撮
像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩＭの像を形成
する。他方、第２の光束はダイクロイックミラー３６で
反射し、第３実施例と同様に、撮像素子２８Ｂ、２９Ｂ
の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マークＩＭの像を
形成する。以上のように本実施例によれば、ブライトコ
ントラストによる観察とダークコントラストによる観察
とを同時に行うことも出来、撮像素子の選択により片方
のみの観察も可能である。また、照明開口絞り１２Ａ、
１２Ｂは異なる形状をしていてもよい。この場合１２Ａ
の形状と２３、１２Ｂと２４がそれぞれほぼ共役な形状
をしていればよい。更に照明系はダイクロイックミラー
で２分割せず、実施例１〜４のような構成でもよい。

【００３０】次に、本発明の第６実施例のアライメント
光学系につき、図１２を参照して説明する。光ファイバ
１１より射出した光束は、照明開口絞り１２を通過した
後に、光軸周りに回転自在に配置された偏光板３７に入
射する。偏光板３７を透過した光束は、コンデンサーレ
ンズ１３に入射し、第１実施例と同様にして指標板２１
に達し、偏光ビームスプリッタ３８に入射する。偏光ビ
ームスプリッタ３８に入射した光束のうち、Ｐ偏光光は
偏光ビームスプリッタ３８を透過し、第３実施例と同様
に、撮像素子２８Ａ、２９Ａの撮像面にウエハマークＷ
Ｍ及び指標マークＩＭの像を形成する。他方、偏光ビー
ムスプリッタ３８に入射した光束のうち、Ｓ偏光光は偏
光ビームスプリッタ３８で反射し、第３実施例と同様
に、撮像素子２８Ｂ、２９Ｂの撮像面にウエハマークＷ
Ｍ及び指標マークＩＭの像を形成する。以上のように本
実施例によれば、ブライトコントラストによる観察とダ
ークコントラストによる観察とを同時に行うことも出
来、更に撮像素子の選択により片方のみの観察も可能で
ある。また偏光板３７を光軸周りに回転することによ
り、いずれか一方のコントラストによる観察の光量を増
加したり、片方のみに選択も可能である。更に、偏光板
３７はなくてもよい。

【００３１】また、以上の各実施例では、本発明による
観察装置を露光装置の被検マーク検出装置（アライメン
ト光学系）に適用した場合を示したが、これとは別に、
ウエハマークが第１のマークと第２のマークとを有し、
第１のマークと第２のマークとの重ね合わせの程度を検
出する重ね合わせ検出装置に、本発明による観察装置を
適用することもできる。以下、第７実施例として、本発
明による観察装置を重ね合わせ検出装置に適用した例を
図１３を参照して説明する。本実施例では、ブライトコ
ントラスト検出を行うための第１アライメント光学系１
０Ａと、ダークコントラスト検出を行うための第２アラ
イメント光学系１０Ｂとを備えている。これらの第１及
び第２アライメント光学系１０Ａ、１０Ｂは、一方がサ
ーチアライメント系であり、他方がファインアライメン
ト系である。第１アライメント光学系１０Ａでは、光フ
ァイバ１１Ａより射出した光束は、第１実施例と同様に
して第１位相板２３に達し、さらに撮像素子２８Ａ、２
９Ａの撮像面にウエハマークＷＭ１及び指標マークＩＭ
の像を形成する。同様に第２アライメント光学系では、
光ファイバ１１Ｂより射出した光束は、第１実施例と同
様にして第２位相板２４に達し、さらに撮像素子２８
Ｂ、２９Ｂの撮像面にウエハマークＷＭ２及び指標マー
クＩＭの像を形成する。

【００３２】本実施例において、ウエハマークＷＭ１、
ＷＭ２は、一方がサーチアライメント用のマークであ
り、他方がファインアライメント用のマークであり、そ
れぞれウエハ上の異なる位置に形成されている。従っ
て、それぞれのマークを検出するために最適な検出方法
が異なる（ブライトコントラスト検出・ダークコントラ
スト検出）場合がある。本実施例では、このような場合
において、ブライトコントラスト検出とダークコントラ
スト検出とをサーチアライメントとファインアライメン
トとの間で使い分けることが可能であり、より高精度な
検出をすることができる。なお、本実施例は、露光装置
の被検マーク検出装置（アライメント光学系）に適用す
ることも可能である。また、以上の第１〜第６実施例
を、本願出願人による特願平８−２７３２２７号や特願
平８−２７３２２８号において提案されている重ね合わ
せ検出装置に適用することもできる。

【００３３】以上の各実施例では、０次光の通過する領
域を通過する光の位相を９０°だけ遅らせる第１位相板
２３と、０次光の通過する領域を通過する光の位相を９
０°だけ進ませる第２位相板２４を用いている。しかし
この構成に代えて、第１照明開口絞りと第２照明開口絞
りとを切替え自在に配置し、第１照明開口絞りは第１実
施例と同様に構成し、第２照明開口絞りは第１照明開口
絞りの透光部と遮光部とを入れ替えて構成し、且つ、第
１位相板と第２位相板とのうちのいずれか一方のみ、例
えば第１位相板のみを用いる構成とすることも出来る。
この構成によれば、両照明開口絞りを切り替えることに
より、０次光の通過領域と０次光の通過しない領域とが
切り替わるから、ブライトコントラストとダークコント
ラストとを切り替えることが出来る。

【００３４】さらに、以上の第２〜第７実施例において
は位相板２３、２４は固定されているが、これらの位相
板を挿脱可能に設ける構成や、明視野検出（観察）のた
めの別光路を設けて明視野検出（観察）と位相差検出
（観察）との双方の検出を可能にする構成にすることも
できる。これにより、サーチアライメントもファインア
ライメントも高精度に達成でき、かつ高段差から低段差
のマークのいずれであっても高精度な位置検出を達成で
きる。また、本発明は、透過照明の被検マーク検出装置
にも適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ブライト
コントラストとダークコントラストとを容易に切り替え
ることができ、あるいはブライトコントラストによる観
察とダークコントラストによる観察とを同時に行うこと
が出来る。したがって、被検物体の特性の如何にかかわ
らず、常に精度良く被検物体を観察することができる観
察装置と被検マーク検出装置が提供され、且つ、この被
検マーク検出装置を備えた露光装置が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるアライメント光学系
を備えた露光装置を示す構成図

【図２】照明開口絞りを示す正面図

【図３】（ａ）ウエハマークを示す平面図と、（ｂ）指
標マークを示す平面図

【図４】第１位相板を示す（ａ）平面図と、（ｂ）断面
図

【図５】第２位相板を示す（ａ）平面図と、（ｂ）断面
図

【図６】ブライトコントラスト時の信号強度を示す説明
図

【図７】ダークコントラスト時の信号強度を示す説明図

【図８】本発明の第２実施例によるアライメント光学系
を示す構成図

【図９】本発明の第３実施例によるアライメント光学系
を示す構成図

【図１０】本発明の第４実施例によるアライメント光学
系を示す構成図

【図１１】本発明の第５実施例によるアライメント光学
系を示す構成図

【図１２】本発明の第６実施例によるアライメント光学
系を示す構成図

【図１３】本発明の第７実施例による重ね合わせ測定装
置の要部を示す構成図

【符号の説明】

１…原版照明光学系 ＥＬ…露光光 Ｒ…レチクル ＰＡ…パターン面 ２…投影光学系 ａｘ…投影光学系光
軸 ３…レチクルステージ Ｗ…ウエハ ＷＭ…ウエハマーク ＷＭＸ…Ｘ方向ウエ
ハマーク Ｔ…凸部 Ｂ…凹部 ４…ウエハホルダ ５Ｚ…Ｚステージ ５ＸＹ…ＸＹステージ ６ａ…キーボード ６ｂ…主制御系 ６ｃ…ステージ制御
系 １０…アライメント光学系 ＡＸ…アライメント
光学系光軸 ＩＬ…照明光束 １１、１１Ａ、１１
Ｂ…光ファイバ １２、１２Ａ、１２Ｂ…照明開口絞り １２ａ…透光部 １２ｂ…遮光部 １３、１３Ａ、１３Ｂ…コンデンサーレンズ １４…照明視野絞り １５…照明リレーレ
ンズ １６…ハーフプリズム １７…結像開口絞り １８…第１対物レンズ １９…反射プリズム ２０…第２対物レンズ ２１…指標板 ＩＭ…指標マーク ＩＭＸ…Ｘ方向指標
マーク ＩＭＹ…Ｙ方向指標マーク ２２、２２Ａ、２２Ｂ…第１リレーレンズ ２３…第１位相板 ２３ａ…第１領域 ２３ｂ…第２領域 ２４…第２位相板 ２４ａ…第３領域 ２４ｂ…第４領域 ２５…切替え機構 ２６、２６Ａ、２６
Ｂ…第２リレーレンズ ２７、２７Ａ、２７Ｂ…ハーフプリズム ２８、２８Ａ、２８Ｂ…Ｘ方向撮像素子 ２９、２９Ａ、２９Ｂ…Ｙ方向撮像素子 ３０…信号処理系 ３１…切替えミラー ３２Ａ、３２Ｂ…ミラー ３３…ビームスプリ
ッタ ３４Ａ、３４Ｂ…シャッター ３５、３６…ダイク
ロイックミラー ３７…偏光板 ３８…偏光ビームス
プリッタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物光学系を介して被検物体を照明する照
   明光学系と、前記物体から発する光束を前記対物光学系
   を介して集光する結像光学系とを備える観察装置におい
   て、 前記照明光学系は、透光部と遮光部とからなる照明開口
   絞りを有し、 前記結像光学系は、前記照明開口絞りと共役な位置近傍
   に配置可能に設けられて、前記透光部と共役な第１領域
   と前記遮光部と共役な第２領域とを有し、前記第１領域
   及び前記第２領域の間に第１の位相差を与える第１の位
   相差付与部材と、 前記照明開口絞りと共役な位置近傍に配置可能に設けら
   れて、前記透光部と共役な第３領域と前記遮光部と共役
   な第４領域とを有し、前記第３領域及び第４領域の間に
   前記第１の位相差とは異なる第２の位相差を与える第２
   の位相差付与部材と、 を有することを特徴とする観察装置。
2. 【請求項２】前記第１の位相差付与部材による第１の位
   相差は約９０°であり、第２の位相差付与部材による第
   ２の位相差は約−９０°であることを特徴とする請求項
   １記載の観察装置。
3. 【請求項３】前記第１の位相差付与部材と第２の位相差
   付与部材は、光路内外に挿脱自在に配置されたことを特
   徴とする請求項１又は２記載の観察装置。
4. 【請求項４】前記結像光学系は、光路内外に挿脱自在に
   配置されて、前記対物光学系からの光束を該挿脱により
   第１の光路と第２の光路へ選択的に導く光路偏向部材を
   有し、 前記第１の光路中には前記第１の位相差付与部材が配置
   され、 前記第２の光路中には前記第２の位相差付与部材が配置
   されることを特徴とする請求項１、２または３記載の観
   察装置。
5. 【請求項５】前記結像光学系は、前記対物光学系からの
   光束を第１の光路と第２の光路とに分割する光路分割部
   材を有し、 前記第１の光路中には前記第１の位相差付与部材が配置
   され、 前記第２の光路中には前記第２の位相差付与部材が配置
   されることを特徴とする請求項１、２または３記載の観
   察装置。
6. 【請求項６】被検物体上に形成された被検マークを照明
   する照明光学系と、前記被検マークから発する光束を集
   光する結像光学系と、該結像光学系により集光された光
   を光電検出する光電検出器とを備え、該光電検出器の検
   出信号に基づいて前記被検マークの位置に関する情報を
   検出する被検マーク検出装置において、 前記照明光学系は、透光部と遮光部とからなる照明開口
   絞りを有し、 前記結像光学系は、前記照明開口絞りと共役な位置近傍
   に配置可能に設けられて、前記透光部と共役な第１領域
   と前記遮光部と共役な第２領域とを有し、前記第１領域
   及び前記第２領域の間に第１の位相差を与える第１の位
   相差付与部材と、 前記照明開口絞りと共役な位置近傍に配置可能に設けら
   れて、前記透光部と共役な第３領域と前記遮光部と共役
   な第４領域とを有し、前記第３領域及び前記第４領域の
   間に前記第１の位相差とは異なる第２の位相差を与える
   第２の位相差付与部材と、 を有することを特徴とする被検マーク検出装置。
7. 【請求項７】被検物体上に形成された被検マークを照明
   する照明光学系と、前記被検マークから発する光束を集
   光する結像光学系と、該結像光学系により集光された光
   を光電検出する光電検出器とを備え、該光電検出器の検
   出信号に基づいて前記被検マークの位置に関する情報を
   検出する被検マーク検出装置において、 前記照明光学系は、第１の被検マークを照明する第１照
   明光学系と、前記第１の被検マークとは異なる第２の被
   検マークを照明する第２照明光学系とを備え、 前記結像光学系は、前記第１の被検マークから発する光
   束を集光する第１結像光学系と、前記第２の被検マーク
   から発する光束を集光する第２結像光学系とを備え、 前記第１照明光学系は、第１透光部と第１遮光部とから
   なる第１照明開口絞りを有し、 前記第２照明光学系は、第２透光部と第２遮光部とから
   なる第２照明開口絞りを有し、 前記第１結像光学系は、前記第１照明開口絞りと共役な
   位置に配置可能に設けられて、前記第１透光部と共役な
   第１領域と前記第１遮光部と共役な第２領域とを有し、
   前記第１領域及び第２領域の間に第１の位相差を与える
   第１の位相差付与部材を有し、 前記第２結像光学系は、前記第２照明開口絞りと共役な
   位置に配置可能に設けられて、前記第２透光部と共役な
   第３領域と前記第２遮光部と共役な第４領域とを有し、
   前記第３領域及び第４領域の間に第１の位相差を与える
   第１の位相差付与部材を有することを特徴とする被検マ
   ーク検出装置。
8. 【請求項８】前記光電検出器は、前記被検物体と共役な
   位置に配置され、 前記被検物体上に形成される第１マークと第２マークと
   の重ね合わせの程度を検出することを特徴とする請求項
   ６または７記載の被検マーク検出装置。
9. 【請求項９】投影原版上に設けられたパターンを照明す
   る原版照明光学系と、前記パターンからの光に基づいて
   基板上に前記パターンの像を投影する投影光学系とを備
   える露光装置において、 請求項６乃至８の何れか一項記載のマーク検出装置を備
   えることを特徴とする露光装置。