JPS6265327A - 位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はマスクのパターンを半導体クエへ等の感光基板
に露光する装置におけるマスクと基板との位置合わせ装
置に関するものである。

（発明の背景） 近年、超ＬＳＩ等の半導体素子の製造に、縮小投影型露
光装＋ｑ　（ステッパー）が多数使用されるようになっ
てきた。この種の露光装置１ズ、レチクル（マスクと同
義）上の回路パターンを投影レンズを介してウェー・上
に投影するものである。一般に高い転写解鐵刀を得よう
とする場合、レチクルは単色光で照明され、投影レンズ
はその単色光において最も収差が小さくなるように色収
差補正されて作られでいる。またレチクルとクエへとは
重ね合わせ精度を高めるために、高精度に位置合わせ（
アライメント）Ｔる必要がある。このアライメントの方
法ｌこはいくつかのものが提案され、実用化されている
。そのうちで、レチクルとウェハとを投影レンズを介し
て直接アライメントする、新開スルー・ザ・レンズＣＴ
ＴＬ）形式のダイ・パイ・ダイアライメント法が確立さ
れている。この方式はレチクル上に設けたアライメント
マークと、ウェハ上の被蕗元領域に付随したアライメン
トマークの投影し／ズによる逆投影慮とをアライメント
顕微鏡で同時に検出し、両マークのすｎ量を求めること
ｉこよって、レチクルの回路バターｙの投影；原と、ウ
ニノ１上の被４元領域とのずれを検出し、そのずれを補
正するよう１こレチクルとウェハとを相対的に微動させ
るものである。この場合、レチクルとウニノーとを、レ
チクルが露光用の単色光で照明さｎたときに、投影レン
ズに関して光学的に共役に配置した状ゆでアライメント
した後、ただちに１落光することが望ましい。このこと
は、レチクルとウニノ１の各アライメントマークを検出
する際のマーク照明光を１喀元用の単色光と同一波長に
しなければならないことを意味する。さらにウェハ上に
はフォトレジスト層が形成されでいるので、マーク検出
時には、ウェハ上のマークを含む微小領域を感光させる
ことにもなる。これはウェー・上のマークを後のプロセ
スを考慮しで保存する場合には、不都合である。また感
光性のｄｉ！、長の光をウェハｌこ照明し、フォトレジ
スト層の下のマークの明視野ＩＩを観察する際は、フォ
トレジスト層の厚みひらによって、たびたび干渉縞が発
生し、マークの誤検出を招（といった問題もある〇そこ
でウェハ上のマークに非感光性の光を照射してマーク蹟
を検出する方法が考えられている。

このように非感光性の元をウニノ１上のマークに照射す
ると、投影レンズによってレチクル側に逆投影されたマ
ーク菌は、投影レンズの色収差のためにレチクルのマー
クが形成されたパターン面とは共役ｌこはならず、ずれ
た位置に結鍬する。このずれ量は高倍率のアライメント
顕微鏡の焦点深度を大きく超えるものであり、レチクル
上のマークとウェハ上のマークとを同時に明瞭に観察す
ることは不可能である。このためレチクルと投影レンズ
との間で、レチクルマークとウェハマークとの投影光路
中に、投影レンズの色収差に対応した光路長を補正する
光学系を設け、ウェハマークの菌をレチクルのパターン
面に結慮させるようにした装置が提案されている。しか
しながら、そのような補正光学系をレチクルと投影レン
ズの間に設けると、補正光学系の設定精度、長期的なド
・す７ト等により、レチクルのパターン面上に結１＃！
シたウェハマークの濠が微小量シフトし、アライメント
精度を低下させるといった問題があった。

また補正光学系を設けずに、クエへを、露光用の単色光
で共役の取れる位置か・ら一定量（投影レンズの色収差
量）だけ上方、又は下方に位置させたところで、非感光
性の光を使ったＴＴＬアライメントを行ない、アライメ
ント完了後、ウェハを再び元の高さ位置に戻し°Ｃ露光
する方法も提案されている。ところがこの方法は、アラ
イメントの際にウェハを上下動させる必要があり、機械
的な誤差によるアライメント精度の低下はさけがたい。

またアライメント時間の他に、クエへの上下動時間が必
要ｌこなるため、ウェハを露光処理する全体的な時間が
長くなり、スループットを低下させるといった問題があ
る。

また近年、より微、＃ｉｌｌなパターンを転写するため
に、Ｘ、１１露光装置が開発されている。この装置はマ
スクとウェハとを一定のプロ中シミティ・ギヤ、プで対
向させて、マスク上に軟ＸＩｉ！を照射するものである
。Ｘ＠源として通常よく使われるタークエへとはなるべ
く接近（１０〜３０μｍ程度）させて、そのギャップを
正確に保つことが必要であった。このような制限からの
がれるため、平行性のよい軟Ｘ＠を発生するシンクロト
ロン軌道放射光（ＳＯａ）が注目されている。８０Ｒか
らの軟Ｘ線は極めて平行性がよく、マスクとウェハとの
プロ中シミティ・ギャップの設定精度はかなりラフ１こ
なり、しかもギャップ自体も５０〜３００μｍ程度にす
ることができる。装置構成上、ギャップが大きい程いろ
いろな制御（マスク・ウェハのハンドリング、ステージ
駆＃等）が楽ｌこなり、スループット向上に役立つこと
は明らかである。

しかしながら、マスクとウェハとをアライメントするた
めに、マスク上のマークとウェハ上のマークとを同時に
観察しようとすると、通常の７ライメント顕微鏡では焦
点深度が小さいためマスク上又はウェハ上のどちらかの
マークしか観察できないといりた問題が生じる。もちろ
ん顕微鏡対物レンズの開口数（Ｎ−Ａ・）を小さくして
焦点深度を大きくするこ七も考えられるが−これではマ
ーク鷹の解鷹力が低下し、アライメント精度が極端に低
下するといった大きな欠点が生じる。

（発明の目的） 本発明はこれら欠点８解決し、投影光学系の色収差によ
り、アライメント用の照明光ｌこ対してマスクとウェハ
とが共役にならなくても、アライメント用のマスク上の
マークの１とウェハ上のマークの１とを常に同一面上に
結摩させＣスルー・ザ・レンズ方式のアライメントが可
能な位置合わせ装置８得ることを目的とする。

さらに本発明はマスクとクエへとが、アライメント顕微
鏡の焦点深度を超入た一定の間隔で対向する場合ｊこ、
マスク上のマークの蹟とウェハ上のマークの慮とを常に
同一面上に結像させて、グロキシミティ一方式の７２イ
メントが可能な位置合わせ装置Ｊｔ　”ｅ得ることを目
的とＴる。

（発明の概！り 本発明は、投影光学系を備えたマスクと基板（ウェハ等
）の位置合わせ！Ｉ置に３いて、マスク上（１）９ＪＥ
１マーク（ＲＭ　、　ＲＭＩ　　、　ＦＬＭｔ　）ｔ（
：ａＥ１照明光（ＩＬｘ）を照射するとともに、基板上
の第２マーク（ＷＭ）に第１照明光（ＩＬＩ）とは異な
る波長の第２照明光（ＩＬｓ）を照射する照明手段（５
，６，７，８；６０，６１，８０゜８１）と、第２照明
尤による第２マークからの光のうち、投影光学系（１）
とマスク（レチクル＆）とを透過してきた虚！ｄ（ＢＷ
）と、第１照明光による第１マークからの像光線（Ｂａ
）とを共ｌこ入射するとともに、第１照明光と第２照明
光との両波長間で所定の色収差量を有し、第１マークと
第２マークの両像（几Ｍ、’、Ｒ鳩臂、ＷＭ嘗　）を同
一面（ＤＰ、）内に結像する光学レンズ系（１０；３０
，３１）とを設けることを技術的要点としている。

さらに本発明は、マスクと基板とを所定間隔（プロ中シ
ミティ・ギャップ）で対向させた位置合わせ装置におい
て、マスク上の第１マーク（ＭＭ）に第１照明光（ＩＬ
りを照射するとともに、基板（クエ・・Ｗ）上の第２マ
ーク（ＷＭ）に第１照明光とは異なる波長の第２照明光
（ＩＬｍ）を照射する照明手段（５ｒ　７　＋　５１．
５２　ｒ　５３　）と、第２照明光による第２マーク（
νＶＭ）からめ光のうちマスク（Ｍ）を透過した家元線
（ＢＷ）と、第１照明光による第１マーク（ＭＭ）から
の家元！（ＢＭ）とをともに入射するとともに隻第１照
明光と第２照明光との両波長間で所定間隔（ギャップｇ
）に対応した色収差量を有し１第１マークとｇ２マーク
の画像を同一面（ＤＰ）円に結像する光字し／ズ糸（１
０ａ、１０ｂ）とを設けることを技術的要点としている
。

（実施例） 第１図は本発明の第１　ＣＩ）実施例による投影＃ｉ露
光装置の概略的な構成を示す図である。レチクル凡のパ
ターン面ＰＳにはアライメント用のマークＫＭと回路パ
ターンが形成され、マークＲＭそのものはクロム等の遮
光性の薄膜であり、マークＥＬＭの周囲の微小領域は透
８Ａｓとされている。レチクル几に形成された回路パタ
ーンとマークＲＭの像は、投影し／ズ１を介してウエノ
・Ｗ上に投影される。ウエノ・Ｗ上ｌこはマークＲＭと
整合し得るアライメント用のマークＷＭが凸部又は凹部
として形成されており、その表面全体にはフォトレジス
ト層がコートされている。ウニｉ４は２次元移動可能な
ステージ２の上に保持され、ステージ２は駆動制御部３
Ｉこよって移動し、その位置はレーザ干渉計などの測長
器４によって検出される。ここでレチクルＲのパターン
面ＰＳうウエノＳＷの表面とは、露光用の照明光、列え
は波長４３６　ｎｍのｇ線光によってレチクルＲ全体を
照明したとき、投影レンズ１に関して共役条こするよう
に配置されているものとする。そして投影レンズ１は２
ｍ光に対して各種収差が最小になるように作らｎている
ものとする。従ってｇ線光の照明ｉこよってレチクルＲ
とウェハＷとの共役が取れている状態で、別の波長、例
えばｅａ元やｄ線光をレチクルＲに照明すると、投影レ
ンズ１の色収差のために共役関係はくずれてしまう。

さて、第１の照明光源としてのアルゴン（Ａｒ）レーザ
５からの照明光ＩＬｌはルンズ６ａ　、　６ｂによって
平行光束にされるとともに、レチクル凡のマークルＭの
形成領域を互いｌこ逆方向から斜めに照射する。照明光
ＺＬ、はフォトレジスト層を感光させｌこくい波長（例
えば５１４．５ｎｍ月こ定められでいる。また照明光Ｉ
Ｌ、は、マークＲＭが線状の細長いパターンの場合、そ
の長手方向のエツジと直角な方向から入射するように定
められる。−万、第２の照明光源としてのヘリウム・ネ
オ７（Ｈｅ−Ｎｅ）ｖ−ザ７からＵ）　Ｒ４１明尤■Ｌ
２は、レンズ８ａ＋８ｂｔこよっＣ平行光束ｔこされる
とともに、クエ・・Ｗ上のマーク昏′ム（の形成領域（
正確にはマークＥｃＭの投影領域）を互い暴ζ逆方向か
ら斜めに照射する。照明光ＩＬ、もフォトレジスト層を
感光させにくい波長で、力１つ照明光ＩＬ、とは異なる
波長（例えは６３２．８　ｎｍ　）に定められ、マーク
ルＶへ・■がマークＲＭと平行な線状の細長いパターン
の場合、照明光ＩＬ、はそのパターンの長手方向のエツ
ジと直角な方向から入射するようｌこ定めらαる。この
ようｌこ照明光ＩＬｌやＩＬ、をレチクルＲやウェー・
Ｗに斜めから照射スル０）は、マークＲ，ＭやマークＷ
Ｍの暗視野まを得るためである。この暗視野家はレチク
ル凡のマークＲ，Ｍの上向に配置されたミラー９と、本
発明の光字レンズ系としての対物レンズｌＯによって形
成される。ミラー９は、対物レンズ１０の元軸をレチク
ルＲのパターン面ＰＳに対して垂直になるように折り曲
げるものである。そして対物し／ズ１０は照明光ＩＬ１
とＩＬ、の両波長間で所定の色収差量が発生するように
定められている。すなわち、ウェハＷ上のマークＷＭ力
）らの光のうち、投影レンズ１を通リレチクルＲのマー
クＲＭに向う薗元束をＢＷとすると、この虜光束ＢＷは
投影レンズｌの色収差補正された波長（ｇ線）とは異な
る波長であるため、マークＷＭの投影レンズ１による逆
投影１は、レチクルＲのパターン面ＰＳから一定間隔だ
け離れた面ＦＰ上に結１する。面ＦＰとパターン面ＰＳ
との間隔は投影レンズ１の照明光ＩＬ、Ｊこおける色収
差ｉ−（光軸方向の結慮面のずれｔ）に相当するもので
ある。

そこで、対物レンズ１０の照明光ＩＬｔとＩＬ。

の両波長間での色収差量は、面ＦＰとパターン面ＰＳと
の間隔とほぼ等しくなるように作られでいる。このよう
な対物レンズ１０に、レチクルＲのマークＲＭからの家
元束ＢＲとマークＷＭからの１光束ＢＷとが入射すると
、射出側では同一面内にマークＲＭとマークＷＭの両＠
（暗視野１）が結像することになる。そこでその同一面
１こ受光面が位置するように工業用テレビ（ＩＴＶ）カ
メラ等の撮像素子１１を配置し、マークＲ，Ｍ、ＷＭの
家の明暗に応じた画像信号を一隊処理回路１２ｉ介して
デジタル化し、波形メモリ１３１こ読み込むよう１こＴ
る。そして画鍬処理回路１２は、波形メモリ１３に記憶
された波形データに基づいて、マークＲ，ＭとマークＷ
Ｍの慮面上での相対的なずれ量を検出し、そのずれ量情
＠ｉを主演算制御回路１４に送る。主演算制御回路１４
は、副長器４カ）らのステージ２の現在位置情報とずれ
量情報とに基づいて、そのずれが零ｌこなるようｌこス
テージ２を微動させるべく、駆動制御部３に所定の指令
を発生する。これによって露光ＴべきレチクルＲ上の回
路パターンの投影鷹と、ウェハＷ上の露光すべき領域と
が正確ζこ一致したことになる。

さて第２図は上記対物レンズ１０、ミラー９、マークＲ
Ｍ等の配置を拡大して示す拡大図である。

マークＲＭは実用的には２本の平行な線状マークＲ＋Ｍ
１　、ＲＭ、にＴることが望ましい。これはマークＦＬ
Ｍ１とＲ，Ｍ、の丁度中間に、フェノ・Ｗ上のマークＷ
Ｍを挾み込むようにしてアクイメントできるからである
。対物レンズ１０の元軸をＡＸとすると、レチクルＲの
パターン面ＰＳに対して元軸ＡＸは垂直になり、さらに
面ＦＰに対しても―直になる。今、元軸ＡＸ上にフェノ
１Ｗ上のマークＷＭの空間［ＷＭｉが結１しているもの
とすると、対物レンズ１０の射出側の面ＤＰ上で元軸Ａ
Ｘの通る位置に空間康ＷＭｉが再結１され、暗視野像Ｗ
ＭＩとして形成される０またマークＫＭｌ　。

ＲＭｓ　（７Ｊ［ｊはｔｌｉｊＤＰ上ｆ（ａｌｆ視野潅
ＲＭｔ’、ＲＭ＊’として形成される。同、対物レンズ
ｌＯは仝間潅ＷＭｉ　やマーｌＲＭＩ　　−ＲＭＩ　＠
４倍率ＩＣ拡大ｔ、。

て像ＷＭＩ　、Ｒ，Ｍ１’、ＲＭ、’　　＠形成するも
のであり、望ましくは物体側（レチクルＲ側）と１側（
面ＤＰ側）とを共にテレセントリック系にする。

さて面ＤＰ上にはマークＷＭ、Ｒ，Ｍｌ　　、Ｒ，Ｍ！
の３本の暗視野像ＷＭＩ　　、ＲＩＭ１’、ＲＭＩＩが
平行に配置するので、撮１象累子１１の走査線が、これ
ら暗視野像ＷＭＩ　、ＲＭＩＩ、ＲＭ雪°とほぼ垂直に
なるようｌこしで光電検出することによって、第３図の
ような波形の画１破信号が得られる。第３図で横軸は走
査線上の走査位置Ｘを表わし、縦軸は画家信号の強度Ｉ
を表わす。暗視野１象ＲＭ１＝によるピークＰＲと暗視
野ＩＲＭ、・によるピークＰ８との間隔は一定値である
。ただしピークＰｌ＋Ｐ１の発生位置Ｘ１＋Ｘ１はレチ
クル凡の装置本体に対する位置合わせ精度に応じて、走
査線上でＸ方向にずれることもある。そこで画匿処理回
路１２は、暗視野ＩＩＷＭ　’によるピークＰ３ととも
にピークＰ１＋Ｐｌを検出し、各ピークの位置Ｘ３、ｘ
ｓｒＸｚｆ求める。そして位ｅＬＸｔとＸ！の間隔ｄ、
と１位＃ｔ　Ｘ　ｚとＸ３の間隔ｄ、とを算出し、その
差（ｄ−ｄ雪）を求める。この差がレチクルＲとウェハ
Ｗとのずれ量に相当する訳である。

さて上記実施例において、レチクルＲ７１−照明する照
明光ＩＬｌは、アルゴンレーザ５からの波長５１４．５
ｎｍの元（緑色）としたが、フォトレジストによっては
、この波長に対しである程度の感度を有している。そこ
でもう少し波長の長いクリプトンレーザをアルゴンレー
ザの代りに用いるとよい。クリプトンレーザからの元（
波長５３０．９ｎｍ　）はＨｅ−Ｎｅレーザの光（赤色
）に対しては波長が短い。またはクリプトンレーザには
Ｈｅ−Ｎｅより少し長い波長６４７．１ｎｍの元などが
ある。

次に本発明の第２の実施例を第４図、第５図に基づいて
説明する。第４図は光学系の全体的な配置を示し、第５
図は対物し／ズ１０とレチクルＲのマークＲ，Ｍとの具
体的な配置を示し、第４図の部分拡大図である。本実施
例は２つの照明光Ｉ　Ｉｌｌ　　ｒ　工Ｌ！と始動レン
ズ１０を同軸にし、マークＫＭ、ＷＭの明視野隊を検出
してアライメントするものである。第４図において、ア
ルゴンレーザ５からの照明光ＩＬ、は、ビームエクスノ
くンダ等の光学系６０によって平行光束ｌこされ、ミラ
ー６１で反射した後、−１−７ミラー８１．９０を透過
してレチクルＲのパターン面ＰＳに垂直に入Ｉｆる。マ
タヘリウム・ネオンレーザ７からの照明光ＩＬ、は、光
学系８０によってビーム径を拡大されるとともに収束光
となり、ノ１−フミ２−８１で反射された後、照明光Ｉ
Ｌ１と同軸に・・−フミｄｌｙ−９０を透過してレチク
ルＲの透明部を通っで投影レンズ１に入射する。照明光
ＩＬ１は投影レンズ１の射出１４（クエ／％Ｗ側）では
平行光束となり、マークＷＭを一様に照明する０尚ルテ
クルＲに入射する収束した照明光ＩＬ、はマークＲＪ、
Ｒ＋Ｍ１を照射しないように定められている。また投影
し／ズ１は物体側、謙側がともにテレセントリック系に
なっているものとする０さて照明光ＩＬ、によってマー
クＷＭから発生した光のうち、投影レンズを逆入射して
レチクルＲのマークＲ，Ｍに向けて進む蹟光線ＢＷは、
先の第１実施例と同様にレチクルＲのパターン面ＰＳか
ら離れた位置に結像する。この壕元線ＢＷはハーフミラ
−９０で反射されて対物レンズ１０に入射し、面ＤＰ上
ｌこマークＷＭの鍬（明視野嫁）ＷＭ“が形成される。

同第４図においても、レチクルＲとウェハＷとは、露光
剤の照明光（ｇ線等）を使用したときに、投影レンズ１
に関して共役になるように配置されでいるものとする。

ここで第５図により各光線の関係を詳細に説明する。ま
ず照明光ＩＬ！は、２つのマークＲＭ。

とＲＭ、の中間部を透過して、パターン面Ｐ８の下刃に
一定間隔だけｗａｎた面ＱＰ上に収れん（結像）する。

面ＱＰは照明光ＩＬ、の波長における投影レンズ１の焦
点（ｆ）の位置である。このため投影レンズ１を通りウ
ェハＷ＃ｃＨする照明光ＩＬ！は平行光になる。また面
ＱＰに形成される照明光ＩＬ、のスポット形状は単なる
円でもよいし、マークＷＭの形状に合わせたシート状（
長軸と短軸の比が極めて大きな楕円用こしてもよい〇マ
ークＷＭの投影し／ズｌによる逆投影隊は面Ｆ　Ｐ上に
結嫁し、そのは元、ＩＢＷはハーフミラ−９０で反射し
て対物レンズ１０に入射する。さらｌこマークＩＭ１　
、ａＭ、からの慮光線ＢＲ，もハーフミ２−９０で反射
して対物レンズｌＯに入射する。そして対物レンズ１０
の♂収差量によってマーりＲ，Ｍｌ　、ＲＭ、、ＷＭの
各＠が面ＤＰ上ｔｃ結潅するのは、先の第１実施例と全
く同じである。

同−第４図からも明ら力）なように、レチクルＲの照明
光ＩＬ１はレチクルＲを透２ｉ！ｉＩ後、投影レンズ１
に入射し、ウェハＷの狭面を照射する。このとき照ＥＩ
ＩＪ元ＩＬ息は、露光剤の元の波長と異なるため１ウエ
ノ１Ｗ上ではマークＲＭ、、ａＭ、の像は結像せず、そ
の隊元線がウェハＷで反射して投影レンズｌを逆に進み
、ハーフミー）−９０を介して対物レンズ１０に入射し
たごしても、投影レンズ１、対物し／ズ１０の両方の色
収差のために面ＤＰ上ＩＣ結嘘することはない。また照
明光ｌＬ工はウェハＷ上のマークＳ’ｉ’Ｍを照明する
ことになり、マークＷＭの照明光ＩＬ、による鷹がレチ
クルＲ側に結像する。しかしその結像面は、パターン面
ＰＳと面ＦＰのいずれとも異なる位置に出来るため、結
局、マーク９１／Ｍの照明光ＩＬ１による律は面ＤＰ上
に結像しない（大きくデフォーカスしている）ことにな
る。

次に本発明の第３の実施例８第６図に基づいて説明する
。本実施例は第４図、第５図に示した第２実施例におい
て、マークの観察系側を暗視野化したものである。第６
図においてレンズ系３０は所１１１１７−９工変換レン
ズ、レンズ系３１は逆フーリエ変換レンズとして作用し
、空間フィルター２０はウェハＷの狭面（面ＦＰ）に対
する７一リエ面に配置され、空間フィルター２１はレチ
クルＲのパターン面ＰＳに対するフーリエ面に配置され
る。空間フィルター２０．２１の夫々は０次元を遮断す
るものであり、この結果マークＷＭの鐵ＷＭ’、ｆｆ−
りＲＭ、、ＲＭ、の＊ＲＭ、、’　、　ＲＭ、’は面Ｄ
Ｐ上に暗視野像として結像される。この場合に得られる
画家信号は第３図Ｉこ示したのとほぼ同様の波形となる
。一般にフーリエ変換レンズ、フーリエ面に配置された
空間フィルター、及び逆フーリエ変換レンズからなる系
は、再回折光学系と呼ばれている。本実施例では、この
再回折光学系が本発明の光学レンズ系であり、照明光Ｉ
Ｌ１とＩＬ、の両波長間で所定の色収差ｉを有している
。同、照明光ＩＬＩ、ＩＬ！の波長が異なるため、各波
長の光に対するフーリエ面は収差に応じて離れてできる
。このため２つの空間フィルター２０．２１が必要であ
るが、収差量が少ないときは２つのフーリエ面が接近す
るので、１枚の空間フィルターで兼用しでもよい〇 次Ｉこ本発明の第４の実施例をＭ７図８り照して説明す
る。本実施例は、マスクＭとクエ−１Ｗとを十数ミクロ
ンから数百ミクロン４Ｍｋの微小なギャップｇで対向さ
せたグロキシミティ方式のｊ１元装置ｌこ好適な位置合
わせ装置である。第７図においでマスクＭの照明用の光
源５からの照明光ＩＬ。

はし／ズ５３、ハーフミラ−５１１５０’−透過して対
物レンズ１０ａｌこ入射し、ミラー９で反射されてマス
クＭ（ウェハＷ）８照射する。また光源７からの照明光
ＩＬ、（照明光ＩＬ！と異なる波長の元）はレンズ５２
を介して−＼−フミラー５１で反射し、照明光ＩＬ！と
同軸に・・−フミラー５０を透過して対物レンズ１０ａ
ｌこ入射し、ミラー９で反射されてクエ・・Ｗ（マスク
Ｍ）を照射する。照明光ＩＬ、の照射によるマスクＭ上
のマークＭＭからの濠元線ＢＭは、ミー）−９、対物レ
ンズｔＯａを介してハーフミラ−５０で反射され、レン
ズ系１０ｂに入射して面ＤＰに結像する。同様Ｅこ照明
光ＩＬ、の照射によるウェハＷ上のマークＷＭからの１
元、１ｊＢＷは、ミラー９、対物レンズ１０ａを介して
ハーフミラ−５０で反射され、レンズ系Ｊｏｂに入射し
で面ＤＰＩＣ１ｍｌ＊する。対物ｖｙＸ１０ａとレンズ
系１０ｂとの間はアフォーカル系になっており、この２
つのレンズ１０ａ１１０ｂｆこよって本発明の光学レン
ズ系が構成される。そして本実施例では、照明光ＩＬ１
とＩＬｔの両波長間ｌこおいて、対物し／ズ１０ａとレ
ンズ系１０ｂの両者ｌこより生じる色収差量が、マスク
ＭとウェハＷとの所定のギャップｇと等しくなるように
定められている。従って対物し／ズ１０ａの開口数（Ｎ
、Ａ、）を大きくして、焦点床置をギャップｇよりも十
分小さくしておけば、面ＤＰ上にはマークＭＭとＷＭの
鷹がともに結渫する。

そして面ＤＰにＩＴＶ等の撮像素子、あるいは走査スリ
ット受光素子等を配置すれば１マスクＭとウェハＷとの
位置ずれが検出できる。

以上、本発明の各実施例１こおいては、対物レンズ１０
．再回折光学系、又は対物レンズ１０ａとレンズ系１０
ｂの対等ｌこよって形成される共通像面ＤＰ上に、光電
検出手段の受光面を配置したが、色収差を考慮したリレ
ーレンズ系を用いで面ＤＰと共役な面を作り、そこに受
光面を配置してもよい◎ また照明光ＩＬ！　、ＩＬ、は均一な単なる照明光とし
たが、レチクル（マスクンとウェノ１の夫々に対して結
像する高輝度のスポット光としてもよい。この場合は照
明手段の中にスポット光の走査系（振動ミ２−．ポリゴ
ンミラー等）を設け、レチクルＲ（マークＭ）上のマー
クＦＬＭ（ＭＭ）からの散乱光と、ウェハＷ上のマーク
ＷＭからの散乱光とを所定の色収差量を有する光学レン
ズ系を介して同一面内に集光し、そこＩこ受光素子を配
置しても同様の効果が得られる。

尚、レチクルやマスクのパターンを投影する基板として
ウェハＷ８例示したが、その他アライメント顕微鏡のベ
ースライ／測定等に使われるステージ２上の固定基準マ
ーク板であっても同様である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、アライメント用の光学系
の光軸方向に所定間隔で離れた２つの物体面（又は空間
上の像面）の夫々からの１″／ｌ、線を、互いに波長の
異なる元で構成し、アライメント光学系に２つの物体面
（又はｌＵＭ）の間隔に対応した色収差量を持たせるこ
とによって、同一平面内に２つの物体面（又は原画）の
１象を結像させるようにしたので、２つの物体面（又は
潅面）をアライメント光学系の元軸方向ｌこシフトさせ
るようにマスクや基板を機械的に動かす操作を付加する
必要がなく、高い精度でアライメントが可能になる。

さらに２つの物体面（又は遣面）間を色収差量で補正す
るようにしたので、アライメント元学系としての開口数
（Ｎ、Ａ、）を太き（でき、マーク鷹の解摩刀が上げら
れるため、光電検出時の信号のＳ／Ｎ比（４９ｊこマー
クエツジ部での立上りや立下り）が向上し、アライメン
ト積置が良好になるといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による投影を露光装置の
概略的な構成を示す図、第２図は第１図Ｉｃおけるアラ
イメント元学系部分の構成を示す拡大図、第３図は画慮
信号の波形の一例を示す波形図、第４図は本発明の第２
の実施例による投影凰露光装置の概略的な構成を示す図
、第５図は第４図におけるアライメント元学系部分の構
成を示す拡大図、第６図は本発明の第３の実施例Ｉこよ
るアライメント元学系の＃ｌ成を示す拡大図、第７図は
本発明の第４の実施例によるアライメント元学系の構成
を示す拡大図である。 〔主ｇ１部分の符号の説明〕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに設けたアライメント用の第１マークと、
   基板上に設けたアライメント用の第２マークとの整列状
   態を、前記マスクのパターンを前記基板に投影するため
   の投影光学系を介して検出し、前記マスクと基板とを位
   置合わせする装置において、 前記第１マークに第１照明光を照射するとともに、前記
   第２マークに、第１照明光とは異なる波長の第２照明光
   を照射する照明手段と：前記第２照明光による第２マー
   クからの光のうち前記投影光学系とマスクとを通過して
   、前記第２マークの像を形成する像光線と、前記第１照
   明光による第１マークからの光のうち、前記第１マーク
   の像を形成する像光線とをともに入射するとともに、前
   記第１照明光と第２照明光との両波長間で所定の色収差
   量を有し、前記第１マークと第２マークの両像を同一面
   内に結像する光学レンズ系とを備えたことを特徴とする
   位置合わせ装置。
2. （２）前記第２照明光は前記投影光学系の色収差補正さ
   れた波長域とは異なる波長に定められ、前記投影光学系
   の色収差補正された波長域の光に関して前記マスクと基
   板とを共役関係に配置したとき、前記投影光学系によっ
   て前記マスク側に形成された前記第２マークの前記第２
   照明光の波長による像の結像面と、前記マスク上の第１
   マークが形成された面との間隔が、前記光学レンズ系の
   光軸方向の色収差量と一致するように定めたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記第１照明光は前記投影光学系の色収差補正さ
   れた波長域とは異なる波長に定められていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）マスクに設けたアライメント用の第１マークと、
   前記マスクと所定間隔で対向した基板上に設けた第２マ
   ークとの整列状態を前記マスク側から検出し、前記マス
   クと基板とを位置合わせする装置において、前記第１マ
   ークに第１照明光を照射するとともに、前記第２マーク
   に第１照明光とは異なる波長の第２照明光を照射する照
   明手段と；前記第２照明光による第２マークからの光の
   うち前記マスクを透過して前記第２マークの像を形成す
   る像光線と、前記第１照明光による第１マークからの光
   のうち前記第１マークの像を形成する像光線とをともに
   入射するとともに、前記第１照明光と第２照明光との両
   波長間で前記所定間隔に対応した色収差量を有し、前記
   第１マークと第２マークの両像を同一面内に結像する光
   学レンズ系とを備えたことを特徴とする位置合わせ装置
   。