明 細 書 面位置検出装置及び位置検出装置 技術分野
本発明は、 被検面の高さ方向 (法線方向) の位置を検出するための面 位置検出装置、 及び被検物の表面に沿った横方向の位置を検出するため の位置検出装置に関し、 例えば半導体素子、 撮像素子 (C C D等) 、 液 晶表示素子、 又は薄膜磁気へッド等を製造するためのリソグラフイエ程 で使用される露光装置に備えられた焦点位置検出系 (オートフォーカス センサ) 、 及びァライメントセンサに使用して好適なものである。 背景技術
半導体素子等を製造する際に、 マスクとしてのレチクルのパターンを 投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウェハ (又はガラスプ レート等の感応基板) 上の各ショット領域に転写するために、 従来より ステップ ' アンド · リピート方式の縮小投影型露光装置 (ステッパー) が多用されている。 最近は、 投影光学系を更に大型化することなく大面 積のパターンを高精度に転写するために、 ステップ 'アンド ·スキャン 方式の縮小投影型露光装置も使用されつつある。
この種の露光装置では、 解像度を高めるために開口数が大きく、 その 結果として焦点深度の浅い投影光学系が使用されているため、 従来より ウェハの表面 (ウェハ面) を投影光学系の像面に対して焦点深度の範囲 内に合わせ込む (合焦させる) ためのオートフォーカス機構が備えられ ている。 このオートフォーカス機構は、 例えばフォトレジストに対して 非感光性の照明光を投影光学系の光軸に対して斜めにウェハ面に照射し,
その反射光を受光することによって、 ウェハ面の像面からのデフォー力 ス量を検出する斜入射方式の焦点位置検出系 (以下、 「A Fセンサ」 と 呼ぶ) と、 この A Fセンサの検出結果に基づいてウェハのフォーカス位 置 (投影光学系の光軸方向の位置) を制御するステージ系と、 を有して いる。 面位置検出装置としての従来の A Fセンサとして、 以下の (a ) 〜 (c ) が知られている。
( a ) 日本国特開平 5— 1 2 9 1 8 2号公報及び対応する米国特許 ( U S P ) 第 5, 6 3 3 , 7 2 1号明細書に開示されたセンサ
このセンサは、 被検面の 2次元的な計測領域に斜め方向からスリット 状のパターンを投影し、 更にその像を C C D等の 2次元の撮像素子上に 再結像させて、 その像の各部の横ずれ量に基づいてその被検面の 2次元 的な面位置 (ここでは、 法線方向の位置) の分布を計測している。 また、 被検面に斜めにスリット状のパターンを投影していることから、 そのま まではその被検面との共役面は、 光軸に垂直な面から大きく傾斜したァ オリ面となるため、 撮像面をそのァオリ面に平行に設置すると、 撮像面 での検出光の照度が低下する。 そこで、 そのセンサは、 そのァオリ面を 回折格子等を用いて、 できるだけ光軸に垂直な面に変換している。
( b ) 日本国特開平 6— 9 7 0 4 5号公報に開示されたセンサ このセンサも、 (a ) のセンサと同様にスリット状のパ夕一ンを被検 面に投影しているが、 その像を受光スリット上に再結像させて、 受光ス リットを通過した検出光を受光している。 そして、 その再結像した像の 横ずれ量を検出するために、 その像を振動ミラ一によって振動させてい る。 また、 オアリ面を光軸に垂直な面に近付けるためにプリズムを使用 している。
( c ) 日本国特開平 6— 1 8 8 1 7 2号公報に開示されたセンサ 投影光学系の露光フィールドの中心の一点での被検面の面位置を検出
するために、 第 1の回折格子のパターンを被検面に投影し、 その第 1の 回折格子のパターンを第 2の回折格子上に再結像し、 その第 2の回折格 子を通過した照明光を受光している。 従って、 このセンサは実質的に ( b ) のセンサとほぼ等価であり、 スリットパターンを回折格子で置き 換えたものである。 但し、 この (c ) のセンサでは、 回折格子の投影パ ターンの被検面の変位による横ずれ量を検出するために、 被検面からの 反射光を偏光子、 複屈折素子 (サバール板) 、 偏光変調素子、 及び検光 子を介して受光している。
また、 露光装置を用いて製造される半導体素子等は、 一般にウェハ上 に多層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、 露光装置において は、 ウェハ上の各ショット領域とレチクルとの位置合わせ (ァライメン ト) を高精度に行う必要がある。 この高精度な位置合わせを行うための 位置検出装置として、 ヘテロダイン干渉法を利用して高精度に位置検出 を行うァライメン卜センサが知られている。 このァライメントセンサで は、 レーザ光源からの光束をビームスプリツ夕等で 2分割した後、 それ ぞれの光束を、 所定の超音波が付与された音響光学素子 (A O M) に通 すことにより、 それら 2光束の間に所定の周波数差を付与している。 そ して、 その周波数差を有する 2光束を、 音響光学素子中の進行波の発生 部分と光学的に共役な位置にある、 レチクル上の回折格子マーク (レチ クルマーク) 及びウェハ上の回折格子マーク (ウェハマーク) に対して それぞれ 2方向から照射し、 各回折格子マークから同じ方向に発生する 回折光よりなる干渉光 (ヘテロダインビーム) を光電検出器を介して 2 つの光ビート信号に変換している。 この場合、 2つの光ビート信号は周 波数が上述の 2つの音響光学素子により付与された周波数差に等しく、 且つ位相が対応する回折格子マークの位置に対応するものであるため、 それら 2つの光ビート信号より 2つの回折格子マークの位置が検出され,
ひいてはレチクルとウェハとの位置合わせが行れる。
上記の如き従来の面位置検出装置としての A Fセンサにおいては、 何 れもスリット状のパターン又は回折格子のパターンを被検面に投影し、 そのパターンの再結像された像の横ずれ量からその被検面の面位置を検 出している。 しかしながら、 (a ) のセンサでは、 撮像素子上に再結像 されたパターンの像の横ずれ量を直接検出しているため、 必要な分解能 を得るためには再結像系を高倍率にする必要があり、 その結果、 センサ の大型化を招く不都合がある。 また、 撮像素子の大きさによって検出領 域の大きさが制限されると共に、 撮像素子の画素数が多くなると信号処 理時間が長くなるために、 検出時間を短くすることが難しいという不都 合もある。
また、 (b ) のセンサでは、 比較的低倍率でも必要な検出精度が確保 できるが、 投影パターンを受光スリット上にかなり精度よく結像させる 必要がある。 そこで、 検出領域が広くなつて複数の計測点での面位置を 計測する場合には、 複数の投影パターンと受光スリットとを合わせる必 要があって、 光学系の調整が難しくなる不都合がある。 また、 振動ミラ —を用いているために、 (a ) と同様に高速な検出を行うことは難しい t 更に、 この (b ) のセンサは、 中心位置検出型であるため、 オフセット 調整用の平行平板ガラスが必要となる。
これに対して、 (c ) のセンサは偏光変調素子を使っているため比較 的高速に検出できるが、 被検面の反射によって偏光状態が変わると検出 精度が低下する恐れがある。 また、 被検面に入射させる光束の偏光状態 を自由に設定できないために、 検出精度が低下する恐れもある。 更に、 ( c ) では被検面のァオリを考慮していないために、 1つの計測点の面 位置を検出することは可能であるが、 計測点を複数点化するのが困難で あると共に、 複数点化すると検出誤差が生じる恐れがある。
更に、 例えばウェハの端部等では、 ウェハ面のフォーカス位置が比較 的大きく変化しているため、 A Fセンサはできるだけ検出レンジが広い ことが望ましい。
また、 A Fセンサの検出速度に関して、 最近使用されつつあるステツ プ ·アンド ,スキャン方式の投影露光装置では、 ウェハ上のスリット状 の露光領域に対して走査方向に手前側の先読み領域内の複数の計測点で フォーカス位置 (面位置) を検出し (先読みし) 、 この検出結果に基づ いて露光領域内のウェハ面を投影光学系の像面に合焦させる制御も行わ れている。 このようにフォーカス位置を先読みして合焦を行う場合、 走 査速度を高めて露光工程のスループットを高めるためには、 特にフォー カス位置の検出速度を高速化する必要がある。
次に、 上記のような従来の位置検出装置としてのァライメントセンサ では、 音響光学素子中の進行波の発生部分が各格子マークと共役になる ので、 進行波のピッチが、 音響光学素子によって回折された光がリレー された後に各格子マーク上に形成される干渉縞のピッチに対応し、 この 干渉縞のピッチが各格子マークのピッチに対応するように構成されてい た。 ここで、 従来例においては、 音響光学素子には僅かな周波数差を有 する一定の 2種の周波数の超音波を加えることとしていたため、 各回折 格子上に形成されるへテロダインビームによる干渉縞のピッチは単一で あった。
ところで、 例えば、 各格子マークにおける回折によって同一方向に進 む 2つの回折光が各格子マークにおける次数差 2 (例えば + 1次及び一 1次) の回折でそれぞれ発生するためには、 各格子マーク上に形成され る干渉縞のピッチが格子マ一クのピッチの 1 Z 2であることが必要なの で、 測定すべき変位が格子マークのピッチの 1 Z 2を超えると、 干渉縞 の位相が 2 πよりも大きくなり、 変位を一義的に求めることができなか
つた。 このためヘテロダイン干渉を利用した位置検出の計測範囲を格子 マークの 1 2ピッチ以内とする必要があった。 この結果、 ヘテロダイ ン干渉を利用した位置検出の計測範囲を格子マークの 1 2ピッチ以内 とする粗い位置合わせ (サーチァライメント) を行う必要があり、 ァラ ィメン卜に要する時間が長くなり、 スループットが低下するといぅ不都 合があった。
本発明は斯かる点に鑑み、 広い計測範囲 (検出レンジ) の中で高精度 にウェハ等の被検面の法線方向の位置 (面位置) を検出できる面位置検 出方法 (位置検出方法) 及び装置を提供することを第 1の目的とする。 更に本発明は、 広い計測範囲中で高精度に、 かつ高速に被検面の面位 置を検出できる面位置検出方法及び装置を提供することを第 2の目的と する。
また、 本発明はそのように広い計測範囲 (検出レンジ) の中で高精度 にゥェ八等の基板の表面の面位置を検出し、 この検出結果を利用して露 光を行うことができる露光方法を提供することを第 3の目的とする。
また、 本発明は、 そのような面位置検出装置を備えて、 ウェハ等の基 板の段差等が大きい場合でも高精度に、 かつ高速にその基板の表面を投 影光学系の像面に合焦できる露光装置を提供することを第 4の目的とす る。
次に、 本発明は広い計測範囲 (検出レンジ) で高精度に例えば被検物 の表面に沿った方向 (横方向) の位置を検出できる位置検出方法及び装 置を提供することを第 5の目的とする。
また、 本発明は、 広い計測範囲での高精度な位置検出結果に基づいて, 高精度に露光を行うことができる露光装置を提供することを第 6の目的 とする。
また、 本発明は、 広い計測範囲で高精度に位置検出を行うことによつ
て、 高集積度のデバイスを高精度に製造できるデバイスの製造方法を提 供することをも目的とする。
更に本発明は、 上記のような位置検出方法で使用できる所定のマーク が形成された基板、 及びマーク形成方法を提供することをも目的とする。 発明の開示
本発明による面位置検出方法は、 被検面の法線方向の位置を検出する 面位置検出方法において、 その被検面に対して斜めにコヒ一レン卜な照 明光を照射すると共に、 その被検面からの反射光によって同時に、 又は 時分割的に形成される、 互いにピッチが異なる少なくとも 2つの干渉縞 ( 4 A , 4 B ) をそれぞれ光電検出し、 このように検出される光電信号 に基づいて、 その照明光が照射されるその被検面上の所定点 (1 4 A〜 1 4 C ) での法線方向の位置を検出するものである。
また、 本発明による第 1の露光方法は、 投影光学系 (P L ) を介して マスク (R ) のパターンを基板 (W) 上に転写する露光方法において、 その転写に先立ち、 その基板に対して斜めにコヒ一レントな照明光を照 射すると共に、 その基板からの反射光によって同時に、 又は時分割的に 形成される、 互いにピッチが異なる少なくとも 2つの干渉縞 (4 A, 4 B ) をそれぞれ光電検出し、 この検出される光電信号に基づいて、 その 照明光が照射されるその基板上の所定点 ( 1 4 A〜 1 4 C ) での、 その 投影光学系の光軸に沿った方向の位置を検出するものである。
斯かる本発明によれば、 その基板の表面 (被検面) が上下すると、 そ れぞれ 2光束によって形成される干渉縞は、 一例としてその被検面との 共役面上で横ずれする。 例えばその共役面上に回折格子を配置して、 そ の回折格子上で干渉縞を形成すると、 その回折格子から平行に発生する 1対の回折光 (干渉光) の光電信号の位相は、 その干渉縞の横ずれ量に
比例して変化する。 そこで、 第 1の干渉縞 (その共役面でのピッチを P 1 ' とする) に対応する光電信号の位相の、 例えばその被検面を介する ことなく光学的、 又は電気的に生成される所定の基準信号の位相に対す る変化量 Φ 1 ( r a d) を求めると、 その共役面での第 1の干渉縞の横 ずれ量 y lは、 一例として次のようになる。
y 1 =P 1 ' · φ 1/ (27t) ( 1 )
また、 その第 1の干渉縞の横ずれ量 y 1を用いると、 次式からその被 検面のその投影光学系の光軸に沿った方向の位置、 即ちフォーカス位置 の変化量 zを求めることができる。 この場合のフォーカス位置はその被 検面の法線方向の位置でもある。 但し、 /3はその被検面から共役面に対 する倍率、 øはその被検面に対する検出光の入射角である。
z =y l / (2 - i3 - sin 0)
=P 1, · 1 / (4 π · i3 · sin Θ )
=k · (P 1 ' / β) - { 1 / (2 π) } (2)
この (2) 式中で、 係数 kは 1 (2 · sin θ) であり、 (Ρ 1 ' Ζ /3) は被検面上での干渉縞のピッチである。 この場合、 位相の変化量 { 1 / (2 π) } の分解能は容易に例えば 1 0— 3程度にできると共に、 係数 kの値はほぼ 0. 5程度である。 また、 被検面上でのピッチ (P 1 ' //3) を、 例えば 1 0 程度にすると、 フォーカス位置 zの分解能 は 0. 0 0 5 となり、 極めて高精度にフォーカス位置 zを検出でき る。
ところが、 第 1の干渉縞のみによるフォーカス位置 zの検出レンジは、 k - (P 1 ' / β) となり、 上記の数値例ではほぼ 5 /xm程度である。 同様に、 第 2の干渉縞のその共役面でのピッチを P 2 ' 、 この第 2の干 渉縞に対応する光電信号の位相の変化量を Φ 2とすると、 フォーカス位 置の変化量 zは次のようになる。
z = k · (P 2 ' / β ) - {φ 2/ (2 π) } (3) 次に、 (2) 式、 (3) 式より、 フォーカス位置 ζを決定するために、 それらの位相の変化量 Φ 1 , Φ 2の差 Δ φを次のように設定する。
厶 φ = φ 1— 2 (4) この場合、 位相の変化量 Φ 1, Φ 2の各範囲を 2 πとすると、 位相差 Δ φの範囲は 4 πとなる。
(4) 式より得られる (Φ 2 = φ 1— Δ φ) の関係を (3) 式に代入 して得られる (ί> 1に関する式を (2) 式に代入すると、 次式が得られる c z = k - (P l ' /β ) -Δ φ/12 π ( 1 - Ρ 1 '/Ρ 2 ' ) ) (5) この結果、 2つの干渉縞に対応する位相の変化量 φ 1 , φ 2を用いた ときのフォーカス位置 ζ (被検面の法線方向の位置) の検出レンジ Z R は、 位相差 Δ φの範囲が少なくとも 2 πであるため、 一例として次のよ うになる。
Z R= I k · (Ρ 1 '/]3)/ ( 1 -Ρ 1 P 2 ' ) |
= I k- (P 1 ' /β) ·Ρ 2V (Ρ 2 ' -Ρ 1 ' ) | (6) このとき、 2つの干渉縞のピッチ Ρ 1 ' , Ρ 2 ' をほぼ等しくして、 Ρ 27 (Ρ 2 ' -Ρ 1 ' ) を例えば 1 0〜 1 0 0倍とすると、 検出レン ジは 1つの干渉縞を用いる場合の k · (P 1 ' / β ) に比べて 1 0〜 1 0 0倍と大幅に広くなる。 また、 例えば 2つの干渉縞を時分割的に形成 するものとしても、 切り換えは高速に行うことができるため、 検出速度 は極めて速くできる。 なお、 例えば走査露光方式の露光装置に適用した 場合には、 走査露光を開始した直後に一度、 2つの干渉縞を時分割的に 形成して広い検出レンジ内でフォーカス位置を特定した後は、 被検面の フォーカス位置はそれ程大きく変動しないため、 1つの干渉縞のみを用 いて連続的にフォーカス位置の変化量を計測するようにしてもよい。 本発明において、 その照明光は一例として、 同時に、 又は時分割的に
生成される開き角が互いに異なる複数対のコヒ一レントビーム (LB 1, L B 2) であり、 かつ各対の 2つのコヒ一レントビームにそれぞれ所定 の周波数差が与えられていることが望ましい。 これによつて、 各対の 2 つのコヒ一レントビームを干渉させて得られる干渉光はへテロダインビ —ムとなり、 この光電信号はその周波数差をビート周波数とする交流信 号 (ビート信号) となるため、 静止状態でその光電信号と所定の基準信 号との位相差を高精度、 かつ高速に検出できる。
次に、 本発明による第 1の面位置検出装置は、 被検面 (Wa) の位置 を検出する面位置検出装置において、 単色又は多色でそれぞれ所定の周 波数差を有する可干渉な複数対の光束 (LB 1, LB 2) をその被検面 に対して同時に、 又は時分割的に斜めに投射して、 この被検面上に互い にピッチの異なる複数の干渉縞 (4A, 4 B) を同時に、 又は時分割的 に形成する投射光学系 (2 OA) と、 その被検面で反射された少なくと も 1対の光束をその被検面との共役面近傍で再び集光する集光光学系 (34 A, 36) と、 その共役面近傍でその少なくとも 1対の光束を合 成して干渉光 (LB 1 (+1), LB 2 (-1)) を生成する受光ビーム合成系 (37) と、 この受光ビーム合成系からの少なくとも 1つの干渉光を受 光して光電変換する信号検出系 (42) と、 を備え、 この信号検出系か らのそれら複数の干渉縞に対応する検出信号に基づいてその被検面の位 置を検出するものである。
斯かる面位置検出装置によれば、 被検面上に同時に、 又は時分割的に 複数の干渉縞が投射されるため、 上記の露光方法で説明したように広い 検出レンジで高速に、 かつ高精度にその被検面の法線方向の位置を検出 できる。 そして、 各干渉縞を形成する 1対の光束を所定の周波数差を有 するヘテロダインビームとしたときには、 ヘテロダイン干渉方式によつ て検出用の光学部材を静止させた状態で高速かつ高精度に、 その被検面
の法線方向の位置を検出できる。
この場合、 その被検面上に互いに異なるピッチ P 1及び P 2を有する 2つの干渉縞を同時、 又は時分割的に形成し、 その信号検出系からそれ ら 2つの干渉縞に対応して出力される 2つの検出信号の位相差を Δ φと して、 所定の係数 k、 及びオフセット Z。 を用いて、 その被検面の法線 方向の位置 ZP を次式から求めるようにしてもよい。
ΖΡ = 1ζ · Ρ 1 · Δ / { 2 π ( 1 - Ρ 1 /P 2) } + Ζ。 (7) この式は、 (5) 式において、 被検面上でのピッチ (Ρ Ι ' //3) 、 及び (Ρ 2 ' / β) をそれぞれ Ρ 1及び Ρ 2で置き換えて、 位相差 Δ φ が 0のときのオフセット Ζ。 を加算したものである。
また、 その投射光学系は、 所定の周波数差を有する可干渉な 2光束 (L B 1 , LB 2) の射出角を時分割方式で切り換えることによって、 その被検面上に互いにピッチの異なる複数の干渉縞を時分割方式で形成 するようにしてもよい。 その投射光学系を例えば音響光学素子 (ΑΟΜ) を組み合わせて構成する場合、 その音響光学素子に加える駆動信号の周 波数を切り換えるだけで、 その 2光束の射出角を時分割方式で切り換え ることができるため、 射出角の異なる複数組の音響光学素子を備える場 合に比べて構成が大幅に簡素化される。
また、 本発明による第 2の面位置検出装置は、 被検面 (Wa) の位置 を検出する面位置検出装置において、 単色又は多色の可干渉の 1対の光 束を所定の交差角で射出する 2光束生成系 (24A) と、 この 2光束生 成系から射出される 1対の光束を複数対の光束に分割する分割系 (6 1 ) と、 この分割系から射出される複数対の光束を互いに異なる倍率でその 被検面上に投影することによつてその被検面上に互いにピッチの異なる 複数の干渉縞 (4A a, 4 B a) を同時に形成する複数の対物光学系
(6 2 B, 6 2 C) とを含む投射光学系 (2 O F) と、 その被検面で反
射されたその複数対の光束をその被検面との共役面近傍で再び集光する 集光光学系 (6 3 B, 6 3 C, 3 6) と、 その共役面近傍でその複数対 の光束を合成して干渉光を生成する受光ビーム合成系 (6 4) と、 この 受光ビーム合成系からの複数の干渉光を受光して光電変換する信号検出 系 (4 2 A) と、 を備え、 この信号検出系からのその複数の干渉縞に対 応する検出信号に基づいてその被検面の位置を検出するものである。
斯かる面位置検出装置によれば、 上記の面位置検出方法及び露光方法 で説明したように広い検出レンジで高精度にその被検面の法線方向の位 置を検出できる。 更に、 2光束生成系 (2 4A) を共通化して、 異なる 倍率の複数の対物光学系 (6 3 B, 6 3 C) によって被検面上に同時に 互いに異なるピッチの複数の干渉縞を形成しているため、 検出装置を小 型化した上で極めて高速にその被検面の法線方向の位置を検出できる。
この際に被検面上に 2つのピッチ P 1, P 2の干渉縞を投影するもの として、 対応する 2つの対物光学系の倍率を j3 1, ]32とすると、 ピッ チ P 2は次のように表すことができる。
P 2 = (]3 2 / D P I (8)
この ( 8 ) 式を (6) 式に代入すると、 その法線方向の位置の検出レ ンジ Z Rは次のようになる。 従って、 その倍率 3 1, ]3 2を、 /3
( β 2 - β 1 ) が 1 0〜 1 0 0となるように近い値に設定することによ つて、 広い検出レンジを得ることができる。
Z R= I k · P 1 · P 2/ (P 2 - P 1 ) |
= | k - P l - ]3 2/ ()3 2 - j3 1 ) | (9 )
また、 複数の倍率の異なる対物光学系を用いることは、 被検面上に照 射される複数対の光束の交差角を互いに異ならしめる複数の光学系を用 いるのと実質的に等価である。 即ち、 それらの光学系に入射する段階で の 2光束の干渉縞のピッチを P IN、 被検面上での 2光束の交差角を δ Θ .
被検面上での 2光束の干渉縞のピッチを Pとすると、 この 2光束の被検 面に対する入射角は Θであるため、 次の関係が成立する。
P= (P .N/2) - { l /sin(5 Θ /2) } · (1 /sin θ) ( 1 0) そこで、 被検面上でピッチ P I, P 2の干渉縞を形成する 2対の光束 の交差角をそれぞれ δ S 1 , δ 0 2とすると、 次の関係が成立する。
Ρ 2 = (sin δ θ 1 /sin δ θ 2) P I ( 1 1 ) この式を (6 ) 式に代入すると、 検出レンジ Z Rは次のようになる。 ZR= I k · P 1 - sin δ θ 1 / (sin δ θ 1 -sin δ θ 2) |
( 1 2) 従って、 その交差角 (5 θ 1 , δ 0 2を、 sin δ θ 1/ (sin δ θ 1— sin δ θ 2) が 1 0〜1 0 0となるように近い値に設定することによつ て、 広い検出レンジを得ることができる。 また、 被検面の法線方向の位 置 Ζ Ρ は ( 7) 式によって求めることができる。
この場合、 その 2光束生成系は、 所定の周波数差を有する可干渉な 1 対の光束を生成し、 その集光光学系は、 その複数の対物光学系に対応し て互いに同一ピッチの干渉縞を再形成するように互いに異なる倍率を持 つ複数の光学系 (6 3 Β, 6 3 C) を有することが望ましい。 これによ つてへテロダイン干渉方式で検出系を静止させた状態で高速に位置検出 が行われると共に、 受光ビーム合成系 (6 4) は単一ピッチの格子を備 えるのみでよくなるため、 構成が簡素化される。
また、 上記の面位置検出装置は一例として、 マスク (R) 及び基板 (W) を同期移動してそのマスクのパターンを逐次その基板上に転写す る走査露光型の露光装置において、 その基板 (W) の表面の面位置を検 出するために使用される。 この際に、 その被検面としてのその基板の表 面に同時に、 又は時分割的に形成される互いにピッチの異なる複数の干 渉縞 (4Α, 4 Β) は、 その基板の走查方向に沿って投射されることが
望ましい。
このように走査方向に沿って望ましくは近接した領域にそれらの複数 の干渉縞 (4 A, 4 B ) を投射した場合、 それらの内の走査方向に手前 側の第 1の干渉縞の検出信号を取り込んで、 その基板上の所定の点に対 応する位相を検出した後、 その基板が移動してその所定の点が第 2の干 渉縞の投射領域を通過する際に、 その第 2の干渉縞の検出信号の位相を 検出することで、 その所定の点のフォーカス位置を広い検出レンジで高 精度に検出できる。
また、 その受光ビーム合成系は、 その被検面との共役面近傍に配置さ れてそれら複数の干渉縞に対応する複数対の光束の回折光をそれぞれ同 一方向に回折させる格子状パターン (3 7 b, 3 7 c ) を含むことが望 ましい。 これによつて、 異なるピッチの複数の干渉縞を形成する複数対 の光束より、 並列に、 又は時分割的に干渉光を生成できる。
また、 その投射光学系よりそれら複数対の光束の一部を分岐して得ら れる複数の光束 (L A (+ 1) , L A (-D ) の干渉光を光電変換して基準信 号を生成する基準信号発生系 ( 2 7 , 3 0, 3 3 ) を備え、 その信号検 出系からの検出信号とその基準信号とを比較してその被検面の位置を検 出するようにしてもよい。 このように光学的に基準信号を生成すること で、 所定の物体を基準として相対的に、 かつ高精度に被検面の位置検出 が行われる。
なお、 例えば音響光学素子でヘテロダインビームを生成する場合は、 音響光学素子に加える互いに周波数の異なる複数の駆動信号を混合して, 電気的にその基準信号を生成してもよい。
次に、 本発明による第 1の露光装置は、 本発明の面位置検出装置と、 マスク (R ) に形成されたパターンの像を基板 (W) 上に投影する投影 光学系 (P L ) と、 その基板の位置決めを行うと共に、 その基板のその
投影光学系の光軸方向の位置を制御する基板ステージ (7, 8A〜8 C, 9) と、 を備え、 その面位置検出装置で被検面としてのその基板 (W) の表面のその投影光学系 (PL) の光軸方向の位置を検出し、 この検出 結果に基づいてその基板ステージを介してその基板の表面をその投影光 学系の像面に合わせ込むものである。 斯かる本発明の露光装置によれば、 高精度、 且つ高速に合焦が行われる。
この場合、 その基板ステージと同期してそのマスク (R) を移動する マスクステージ (5A, 5 B) を更に備え、 露光時にそのマスクステ一 ジ及びその基板ステージを介してそのマスク (R) 及びその基板 (W) をその投影光学系 (PL) に対して同期して移動すると共に、 その基板 上で走査方向に対してその投影光学系による露光領域 (3) より手前側 (4 A, 4 B) でその面位置検出装置を介してその基板の表面の位置を 先読みし、 この先読みされた結果に基づいてその基板の表面をその像面 に合わせ込むことが望ましい。 これは、 本発明の面位置検出装置をステ ップ, アンド ·スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置の先読 みセンサに適用したことを意味する。 先読みによって、 その基板の表面 に凹凸がある場合でも、 逐次その基板の表面を像面に高精度に合わせ込 むことができる。
また、 被検面に形成されている回路パターン等の線状パターン (CP) の影響を避けるためには、 検出用の複数対の光束 (LB 1, LB 2) が 被検面で作る干渉縞 (4A, 4 B) の長手方向がその線状パターンと非 平行になるようにそれらの複数対の光束を入射させることが望ましい。 次に、 本発明による第 1の位置検出方法は、 被検物体 (W) 上に形成 され、 第 1の周期を有する第 1マーク (WM1) に対して、 第 1の周波 数差を有する第 1の 2光束を照射する第 1工程と ;その第 1マーク (W Ml) から発生した第 1の干渉光を検出する第 2工程と ;その被検物体
(W) 上に形成され、 その第 1の周期とは異なる第 2の周期を有する第 2マーク (WM2) に対して、 第 2の周波数差を有する第 2の 2光束を 照射する第 3工程と ;その第 2マークから発生した第 2の干渉光を検出 する第 4工程と ;その第 2工程における検出結果及びその第 4工程にお ける検出結果に基づいて、 その被検物体 (W) の位置を検出する第 5ェ 程とを含むものである。
この位置検出方法では、 第 1の周波数差 Δ :^ が付与された第 1の 2 光束を構成する各光束がそれぞれに応じた所定の方向から第 1マークで 交差するように照射されると、 第 1マーク上には干渉縞が形成される。 ここで、 2光束のそれぞれの周波数が互いの周波数差よりも十分に大き く、 かつ、 2光束の入射方向が、 入射角 0 1で対称的であるとすると、 干渉縞のピッチ P 1は、 次のようになる。
Ρ 1 = λ/ (2sin θ 1 ) (3 1 )
ここで、 λは 2光束のいずれか一方の波長であり、 その干渉縞はこの ピッチ方向に速度 V 1で流れる。 即ち、 流れるようにように明暗が変化 する。 その速度 V Iは、 次のようになる。
V 1 =P 1 * 厶 : f , (3 2)
こうした流れる干渉縞を形成する各光束の第 1マークによる回折光で 同一の方向へ進行する回折光を考えると、 これらの回折光同士は互いに 干渉し合う。 例えば、 干渉縞のピッチが第 1マークのピッチの 1/2と すると、 一方の光束の + 1次回折光と他方の光束の一 1次干渉光とが同 一方向に進行すると、 干渉光の強度 I 1は、 基準位置からの第 1マーク のピッチ方向への変位を Xとして、
I 1 =A 1 · cos [2 Τ (Δ f ! - t +X/P 1 ) ] (3 3) となる。 したがって、 強度 I 1を検出すると、 例えば被検物体の表面に 沿った方向 (横方向) への変位 Xを反映した位相情報 1 (= 2 πΧ
P 1 ) を得ることができる。
第 2の 2光束を第 2マークに照射した場合にも、 第 1の光束の場合と 同様にして、 干渉光の強度 I 2を検出することにより、 変位 Xを反映し た位相情報 Ψ 2 (= 2 π Χ/ Ρ 2 ) を得ることができる。
ところで、 位相情報 Φ 1 (又は Φ 2 ) と位相情報 ( 1 (又は Φ 2 ) + 2 η 7Τ ( η = 0以外の整数) ) とでは、 強度 I 1 (又は強度 I 2 ) を 区別できない。 したがって、 単独の位相情報 1及び位相情報 φ 2の一 方では、 変位 Xが一義的に計測できる範囲は Ρ 1 (又は Ρ 2 ) の範囲に 限られる。
しかし、 2つの干渉光の位相情報がそれぞれ φ 1及び φ 2となるとい う条件を考えると、 変位 Xが一義的に計測できる範囲は大きく広がるこ とになる。
したがって、 本発明の位置検出方法によれば、 1つの被検物体に形成 された第 1マークで発生した複数の回折光による第 1の干渉光の位相情 報と、 当該被検物体に形成され、 第 1マークとは異なる周期の第 2マ一 クで発生した複数の回折光による第 2の干渉光の位相情報とに基づいて、 双方の位相情報が両立する位置を求めることにより被検査物体の位置を 検出するので、 一方の位相情報のみに基づいて被検物体の位置を検出す る場合における 1つのマークの位置の存在位置の範囲が 1つのマークに よる干渉光の位相が 2 π以上変化しないという制約を取り払うことがで き、 計測範囲を拡大することができる。 この結果、 ヘテロダイン干渉方 式による高精度の位置計測に先立って、 位置検出用の格子状マークのピ ツチの 1 Ζ 2以下の範囲に被検物体を位置決めする必要がなく、 もっと 粗い位置決めをすればよいので、 高精度な位置検出を簡易な構成で高速 に行うことができる。
この場合、 その第 1の周波数差とその第 2の周波数差とは同一である
ことが望ましい。
これによれば、 2つの 2光束のそれぞれに与える周波数差を与える手 段に同一の手段を採用することができるので、 2光束の周波数差の付与 のための手段を簡素化して、 広い計測範囲で被検物体の位置検出ができ る。 但し、 同時に前述の強度 I 1及び I 2の干渉光を発生させると、 2 つの干渉光を弁別する必要があるので、 2つの干渉光の進行方向を互い に異ならせること等が必要となる。
また、 その第 1工程とその第 3工程とは並行して行われることが望ま しい。 これによれば、 2つの干渉光を同時に発生させ、 同時に 2つの干 渉光の位相情報 Φ 1 、 Φ 2を得ることができるので、 高速に被検物体の 位置検出を広い計測範囲で行うことができる。 但し、 2つの干渉光のそ れぞれの位相情報 Φ 1 、 Φ 2の同時測定にあたっては、 2つの干渉光の 弁別が必要である。 こうした 2つの干渉光を容易に弁別するためには、 その第 1の周波数差とその第 2の周波数差とを互いに異なるものとして もよい。
また、 本発明の位置検出方法において、 その第 2マーク (WM 2 ) は その第 1マーク (WM 1 ) に近接して配置されることが望ましい。
これによれば、 2つの干渉光を測定して得られた位相情報 φ 1、 2 を被検物体の位置検出に直接使用することができるので、 簡易に被検物 体の位置検出を広い計測範囲で行うことができる。
更に、 その第 5工程では、 その第 1の 2光束がその第 1マーク (WM 1 ) 上で形成する干渉縞のピッチを Ρ 1とし、 その第 2の 2光束がその 第 2マーク (WM 2 ) 上で形成する干渉縞のピッチを Ρ 2とするととも に、 その第 1の干渉光の検出結果から得られる位相情報を φ 1とし、 そ の第 2の干渉光の検出結果から得られる位相情報を φ 2として、 その被 検物体の位置 Xを、 次の演算から求めるようにしてもよい。
X=P 1 · ( 1 - 2) / {2 % (1 -P 1/P 2) } (34) 前述のように、 次数差 2の 2つの回折光による第 1の干渉光の位相情 報 φ 1と変位 Xとの関係は、
X=P 1 · ( 1 + 2 η ι · π) / ( 2 π) (35) であり、 また、 次数差 2の 2つの回折光による第 2の干渉光の位相情報 φ 2と変位 Xとの関係は、
Χ=Ρ 2 · ( 2 + 2 η 2 · π) / ( 2 π) (36) である。 ここで、 変位 Xが一義的に求められるには、
0≤ φ 1 < 2 π, 0≤φ 2<2 π (37) であり、 かつ、 次の関係が成立する必要がある。
η 1 = η 2 = η (38) 以上の (35) 式、 (36) 式、 (38) 式から、 ηを消去すると、 変位 Xは (34) 式で表されることが確認される。 また、 (37) 式よ り、
- 2 π< ( 1 -Φ 2) <2 π (39) であるため、 Xの計測範囲 Ρは、 ほぼ次のような広い範囲となる。
Ρ = Ρ 1 - Ρ 2/Ι P 1 -P 2 I (40) なお、 第 1マークのピッチ Ρ 1と第 2マークのピッチ Ρ 2とが近いほ ど計測範囲 Ρは大きくなる。
また、 本発明の位置検出方法において、 その第 1の工程に先立って行 われる、 互いに異なる周期を有する 3個以上のマークを被検物体 (W) 上に形成する第 6の工程と ;その 3個以上のマークの中から互いの周期 の差が小さい順に 2個のマークを選択し、 選択されたその 2個のマーク の各々について、 回折光の発生能力を判定する第 7の工程と ;その第 7 の工程で回折光の発生能力があると判定されたその 2個のマークをその 第 1マーク (WM1) 及びその第 2マーク (WM2) とする第 8の工程
を更に含むことが望ましい。
上述のように、 第 1マークのピッチ P 1と第 2マークのピッチ P 2と が近いほど計測範囲 Pは大きくなるので、 互いにピッチの大きさが近い 2つのマークを被検物体に形成することが望ましい。 しかし、 位置検出 時において、 被検物体に形成したすべての格子マークが位置検出のため に十分な回折作用をなすとは限らない。
そこで、 これを考慮して、 まず、 互いに異なる周期を有する 3個以上 のマークを被検物体上に形成し (第 6の工程) 、 該 3個以上のマークの 中から互いの周期の差が小さい順に 2個のマークを選択し、 選択された 2個のマークの各々について、 回折光の発生能力を判定する (第 7のェ 程) 。 そして、 回折光の発生能力があると判定された 2個のマークの内、 最も小さなピッチの差となる 2個のマークの一方をその第 1マークとし、 他方のマークをその第 2マークとして (第 8の工程) 、 その後に上記の 位置検出方法の手順で位置検出を行う。 したがって、 確実に広い計測範 囲で被検査物体の位置検出を行うことができる。
次に、 本発明による第 1の位置検出装置は、 第 1の周波数差を有する 第 1の 2光束及び第 2の周波数差を有する第 2の 2光束をそれぞれ生成 する 2光束生成系 ( 1 3 1 ) と ;被検物体 (W) 上に形成された第 1の 周期を有する第 1マーク (WM 1) に対して、 その第 1の 2光束を照射 するとともに、 その被検物体 (W) 上に形成された、 その第 1の周期と は異なる第 2の周期を有する第 2マーク (WM2) に対して、 その第 2 の 2光束を照射する照射光学系 (1 3 2) と ;その第 1マーク (WM 1 ) から発生した第 1の干渉光及びその第 2マーク (WM2) から発生した 第 2の干渉光を検出する光検出系 ( 1 3 3) と ;その第 1の干渉光に関 するその光検出系 ( 1 3 3) における検出結果と、 その第 2の干渉光に 関するその光検出系 ( 1 3 3) における検出結果とに基づいて、 その被
検物体 (W) の位置を検出する処理装置 ( 1 2 0 , 1 2 1 ) とを備える ものである。
この位置検出装置では、 本発明の位置検出方法が実施できる。 即ち、 まず、 2光束生成系が、 第 1の周波数差を有する第 1の 2光束及び第 2 の周波数差を有する第 2の 2光束をそれぞれ生成する。 そして、 照射光 学系が、 被検物体上に形成された第 1の周期を有する第 1マークに対し て、 第 1の 2光束を構成する各光束をそれぞれ所定の方向から照射する c また、 照射光学系が、 被検物体上に形成された、 その第 1の周期とは異 なる第 2の周期を有する第 2マークに対して、 その第 2の 2光束を構成 する各光束をそれぞれ所定の方向から照射する。 この結果、 前述のよう な、 変位 Xを反映したその位相情報 φ 1を有する第 1の干渉光が第 1マ —クによって発生するとともに、 やはり変位 Xを反映したその位相情報 φ 2を有するその第 2の干渉光が第 2マークによって発生する。
こうして発生した第 1の干渉光及び第 2の干渉光はそれぞれ光検出系 でその強度が検出され、 それらの検出結果を処理装置へ通知する。 処理 装置が、 第 1の干渉光の検出結果から位相情報 φ 1を抽出するとともに、 第 2の干渉光の検出結果から位相情報 φ 2を抽出する。 そして、 処理装 置が、 位相情報 Φ 1及び位相情報 φ 2に基づいて、 これらの位相情報が 両立する被検物体の位置を求める。
したがって、 この位置検出装置によれば、 前述のように、 広い計測範 囲で被検物体の位置検出をすることができる。
この場合、 第 1の周波数差の第 1の 2光束と第 2の周波数差の第 2の 2光束との関係は様々考えられるが、 その第 1の周波数差とその第 2の 周波数差とを同一として、 その 2光束生成系は、 その第 1の 2光束とそ の第 2の 2光束とを時分割で出力することとしてもよいし、 また、 その 第 1の周波数差とその第 2の周波数差とを異ならせて、 その 2光束生成
系は、 その第 1の 2光束とその第 2の 2光束とを同時に出力することと してもよい。
また、 その 2光束生成系 (3 1 ) は、 入力した光束を分割する音響光 学変調器 (4 7 ) と ;その音響光学変調器 (4 7 ) に対して、 その第 1 の周期に応じた互いに異なる周波数を有する第 1の組の超音波と、 その 第 2の周期に応じた互いに異なる周波数を有する第 2の組の超音波とを 時分割で供給する超音波発生器 (3 5 ) とを備えて構成し、 更に、 その 第 1の組の超音波における周波数差とその第 2の組の超音波における周 波数差とを同一とすることによって構成することができる。
これによれば、 周波数差の付与を同一の機構によって行うことができ るので装置構成が簡易なものとなる。
また、 例えば、 その 2光束生成系 (3 1 ) を、 入力した光束を分割す る音響光学変調器 (4 5, 4 7 ) と ;その音響光学変調器 (4 5 , 4 7 ) に対して、 その第 1の周期に応じた互いに異なる周波数を有する第 1の 組の超音波と、 その第 2の周期に応じた互いに異なる周波数を有する成 る第 2の組の超音波とを同時に供給する超音波発生器 (3 5 ) とを備え て構成し、 更に、 その第 1の組の超音波における周波数差とその第 2の 組の超音波における周波数差とは異なるものとすることによって構成す ることができる。
これによれば、 同時に発生させたその第 1の干渉光の検出信号とその 第 2の干渉光の検出信号とを周波数弁別によって弁別でき、 同時に位相 情報 Φ 1及び位相情報 Φ 2を測定できるので、 広い計測範囲の被検物体 の位置検出を高速に行うことができる。
また、 その音響光学変調器 (4 7 ) を、 その第 1の組の超音波が印加 される第 1の音響光学素子 (7 1 A ) と ;その第 2の組の超音波が印加 される第 2の音響光学素子 (7 1 B ) とを備えて構成することが可能で
ある。 これによれば、 1つの音響光学素子には 1つの組の超音波が印加 されるだけであるため、 単純な装置構成とすることができる。
また、 上記の位置検出装置において、 その処理装置 (2 0 , 2 1 ) は、 その第 1の 2光束がその第 1マーク (WM 1 ) 上で形成する干渉縞のピ ツチを P 1とし、 その第 2の 2光束がその第 2マーク (WM 2 ) 上で形 成する干渉縞のピッチを P 2とするとともに、 その第 1の干渉光の検出 結果から得られる位相情報を 1とし、 その第 2の干渉光の検出結果か ら得られる位相情報を (ί> 2として、 その被検物体 (W) の位置 Xを、 上 記の (3 4 ) 式から求めることができる。
これによれば、 前述のように、 次数差 2の 2つの回折光による第 1の 干渉光及び第 2の干渉光の場合に、 広い計測範囲で被検物体の位置検出 を行うことができる。
また、 本発明の第 2の露光装置は、 マスク (R ) に形成されたパター ンを感応基板 (W) 上に転写する露光装置であって、 その感応基板 (W) を保持する基板ステージ ( 1 1 0 ) と、 その基板ステージ ( 1 1 0 ) に 保持されたその感応基板を被検物体とする本発明の位置検出装置と、 を 備えるものである。
これによれば、 本発明の位置検出装置によって、 基板ステージに保持 された感応基板の位置を広い計測範囲で検出できるため、 ヘテロダイン 干渉方式による高精度な位置検出に先立って行われる概略位置決め (い わゆるサーチァライメント又はラファライメント) の精度を従来よりも 低くし、 あるいは省略できるので、 簡易な装置構成で高精度な感応基板 の位置検出を高速に行うことができ、 露光装置のスループット (時間当 たりの処理能力) を向上させることができる。
この場合、 そのマスク (R ) を保持するマスクステージ (R S T ) を 更に備え、 その位置検出装置は、 その感応基板 (W) 及びそのマスク
( R ) を被検物体とすることもできる。
これによれば、 マスクステージに保持されたマスク及び基板ステージ に保持された感応基板の双方の位置を広い計測範囲で高精度かつ高速に 検出することができる。 ひいては、 両者の相対位置誤差を高精度かつ高 速に求めることができる。
また、 本発明のデバイスの製造方法は、 本発明の露光装置を利用して 所定のパターンを基板上に転写するものであり、 これによれば、 高精度 かつ高速に感応基板やマスクの位置検出を行うことができるため、 従来 の露光精度を維持しつつ、 スループットを向上して、 生産性良く半導体 回路等のデバイスを製造することができる。 また、 本発明の面位置検出 装置を備えた露光装置を用いる場合には、 合焦精度が向上するため、 微 細な回路パターンを高精度に形成することができる。
次に、 本発明の第 2の位置検出方法は、 被検面の位置を検出する位置 検出方法において、 その被検面に対して照明光を照射し、 その被検面か ら発生した互いにピッチが異なる少なくとも 2つの干渉縞を検出し、 こ の検出結果に基づいてその被検面の位置、 例えばその被検面の法線方向 の位置を検出するものである。 この検出原理は、 本発明の面位置検出方 法と同様である。
また、 本発明の第 2の露光方法は、 投影光学系を介してマスクのパ夕 ーンを基板上に転写する露光方法において、 その転写に先立ち、 その基 板上の被検面に対して照明光を照射し、 その被検面から発生した互いに ピッチが異なる少なくとも 2つの干渉縞を検出し、 この検出結果に基づ いてその基板のその被検面内の位置とその投影光学系の光軸方向の位置 との少なくとも一方を検出するものである。 この検出原理は、 本発明の 第 1の露光方法及び第 1の位置検出方法と同様である。
次に、 本発明による基板は、 位置検出の際に用いられる位置合わせ用
マークが形成された基板であって、 所定のピッチで形成された第 1の回 折格子マークと、 その所定のピッチと異なるピッチで形成された第 2の 回折格子マークとを備えるものである。 この基板は本発明の第 1の位置 検出方法を実施する際に使用することができる。
また、 本発明によるマーク形成方法は、 位置検出の際に用いられる位 置合わせ用のマークを基板上に形成するマーク形成方法であって、 所定 のピッチの第 1の回折格子マークと、 その所定のピッチと異なるピッチ の第 2の回折格子マークとを同時に又は独立して、 その基板上に形成す るものである。 これによつて、 本発明の基板が製造できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態で使用されるステップ ·アンド · スキャン方式の投影露光装置を示す概略構成図である。 図 2は、 図 1の AFセンサ 2 OA, 2 1 Aの検出用の光束の光路を示す図である。 図 3 は、 図 1の投影露光装置に備えられている 3個の AFセンサの配置を示 す簡略化した斜視図である。 図 4は、 その実施の形態における露光領域 3と、 先読み領域 4 A, 4 B及び先読み領域 4 C, 4Dとの関係を示す 拡大平面図である。 図 5 (a) は図 1の空間フィル夕 35を示す図、 図 5 (b) は図 1の空間フィル夕 39を示す図である。 図 6は、 図 1のへ テロダインビーム生成光学系 24の構成例を示す図である。 図 7 (a) は図 1の基準ビーム発生用プリズム 27を示す拡大斜視図、 図 7 (b) はその格子形成面 27 aを示す図である。 図 8 (a) は図 1の受光ビー ム合成用プリズム 37を示す拡大斜視図、 図 8 (b) はその格子形成面 37 aを示す図である。 図 9はその実施の形態でウェハのエッジ部に近 ぃショッ 卜領域に走査露光を行う場合のウェハの一部、 及びフォーカス 位置の先読み領域を示す平面図である。 図 10 (a) は先読み領域内の
計測領域の別の配置を示す図、 図 1 0 (b) は本発明をステップ · アン ド · リピート方式の投影露光装置に適用した場合の検出領域の一例を示 す図である。 図 1 1は、 本発明の第 2の実施の形態の投影露光装置の A Fセンサを示す概略構成図である。 図 1 2は、 図 1 1の AFセンサを示 す簡略化した斜視図である。 図 13は、 図 1 1の基準ビーム発生用プリ ズム 6 1を示す図である。 図 14は、 本発明の第 3の実施形態の露光装 置の概略的な構成を示す図である。 図 1 5は、 図 14の装置の走査露光 の原理を説明するための図である。 図 1 6は、 その第 3の実施の形態の ァライメント系の構成を説明するための図である。 図 1 7は、 ウェハマ 一夕の構成例を示す図である。 図 1 8は、 図 16の AOM47の作用を 説明するための図である。 図 1 9は、 図 1 6の AOM47の構成を示す 図である。 図 20は、 AOM47の変形例の構成を示す図である。 図 2 1は、 AOM47の変形例の構成を示す図である。 図 22は、 ァライメ ント系の変形例の構成を説明するための図である。 図 23は、 検査光を 得る変形例の構成を示す図である。 図 24は、 本発明に係るデバイス製 造方法の実施形態の一例を説明するためのフローチャートである。 図 2 5は、 図 24のステップ 204における処理の詳細を示すフローチヤ一 卜である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な第 1の実施の形態につき図 1〜図 10を参照し て説明する。 本発明は、 ステップ · アンド · リピート方式 (一括露光方 式) 、 又はステップ ' アンド · スキャン方式の何れの投影露光装置にも 適用できるが、 以下では本発明の面位置検出装置及びこれに関連する発 明をステップ · アンド ·スキャン方式の投影露光装置の AFセンサ (焦 点位置検出系) に適用した例につき説明する。
図 1は、 本例の投影露光装置の概略構成を示し、 この図 1において露 光時には、 露光光を発生する露光光源、 その露光光の照度分布を均一化 するためのフライアイレンズ、 照明系開口絞り、 リレーレンズ系、 視野 絞り (レチクルブラインド) 、 及びコンデンサレンズ系等を含む照明光 学系 1から射出された露光光 I Lは、 レチクル Rのパターン面の矩形の 照明領域 2を照明する。 露光光 I Lとしては、 K r F (波長 2 4 8 n m) 、 A r F (波長 1 9 3 n m) 、 F 2 (波長 1 5 7 n m) 等のエキシマレ 一ザ光、 Y A Gレーザの高調波、 又は水銀ランプの i線 (波長 3 6 5 η m) 等が使用できる。 但し、 照度分布を均一化するためのオプティカル ·インテグレー夕 (ホモジナイザー) としては、 フライアイレンズに限 らずロッド型のレンズを使用してもよい。
露光光 I Lのもとで、 レチクル Rの照明領域 2内のパターンの像は、 投影光学系 P Lを介して所定の投影倍率 ο; (ひは例ぇば ノ , 1 / 5 等) で、 フォトレジストが塗布されたウェハ W上の矩形の露光領域 3に 反転投影される。 以下、 投影光学系 P Lの光軸 A Xに平行に Z軸を取り、 Z軸に垂直な平面内で走査露光時の走査方向に直交する非走査方向 (図 1の紙面に平行な方向) に X軸を取り、 その走査方向 (図 1の紙面に垂 直な方向) に Y軸を取って説明する。 このとき、 レチクル Rはレチクル ステージ 5 A上に保持され、 レチクルステージ 5 Aはレチクルベース 5 B上にリニアモー夕方式で Y方向に連続移動できると共に、 X方向、 Y 方向、 回転方向に微動できるように載置されている。 レチクルステージ 5 Aの 2次元的な位置はレチクルステージ駆動系 6内のレーザ干渉計に よって計測され、 この計測結果、 及び装置全体の動作を統轄制御する主 制御系 1 2からの制御情報に基づいて、 レチクルステージ駆動系 6内の 制御部がレチクルステージ 5 Aの動作を制御する。
上に保持され、 Zチルトステージ 7は、 それぞれ Z方向に伸縮自在の 3 個の Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 Cを介して X Yステージ 9上に載置され、 X Yステージ 9は不図示の定盤上に載置されている。 Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 Cとしては、 駆動モ一夕の回転を上下動に変換するカム機構、 又は電歪素子等が使用できる。 Zチルトステージ 7、 Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 C、 及び X Yステージ 9よりウェハステージが構成されている。 マイクロプロセッサを含む合焦制御系 1 3によって、 Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 Cを並列に伸縮させることによって、 Zチルトステージ 7 (ゥ ェハ W) のフォーカス位置 (投影光学系 P Lの光軸方向の位置、 即ち Z 方向の位置) を制御でき、 Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 Cを個別に伸縮さ せることによって、 Zチルトステージ 7 (ウェハ W) の傾斜角を制御で きる。 また、 X Yステージ 9は、 例えばリニアモー夕方式で Zチルトス テ一ジ 7 (ウェハ W) を Y方向に連続移動すると共に、 X方向、 Y方向 にステツプ移動する。 Zチルトステージ 7の上端に固定された移動鏡 1 O mに外部のレーザ干渉計 1 0からレーザビームが照射されている。 移動鏡 1 0 mは、 実際には互いに直交する X軸の移動鏡、 及び Y軸の 移動鏡より構成され、 X軸の移動鏡には X軸に平行に 1軸のレーザビー ムが照射され、 Y軸の移動鏡には Y軸に平行に 2軸のレーザビームが照 射されている。 そして、 X軸に平行なレーザビーム、 及び一方の Y軸に 平行なレーザビームによって Zチルトステージ 7 (ウェハ W) の X座標, 及び Y座標が計測され、 2軸の Y軸に平行なレーザビームによる計測値 の差分より Zチルトステージ 7 (ウェハ W) の回転角が計測される。
レーザ干渉計 1 0による計測値、 及び主制御系 1 2からの制御情報に 基づいてウェハステージ駆動系 1 1が X Yステージ 9の動作を制御する < 走査露光時には、 レチクルステージ 5 Aを介してレチクル Rが照明領域 2に対して + Y方向 (又は一 Y方向) に速度 V Rで走査されるのに同期
して、 XYステージ 9を介してウェハ Wが露光領域 3に対して一 Y方向 (又は + Υ方向) に速度ひ ' VR (αは投影倍率) で走査される。 そし て、 ウェハ W上の或るショット領域への走査露光が終了した後、 ΧΥス テージ 9をステッピングさせて、 次のショット領域を走査開始位置に移 動して走査露光を開始するという動作がステップ · アンド · スキャン方 式で繰り返されて、 ウェハ W上の各ショット領域への露光が行われる。 また、 走査露光時には、 同期速度に達するまで助走 (加速) が行われ、 同期速度に達してから露光光 I Lが照射される。
このようにウェハ W上の各ショット領域への走査露光を行う際には、 合焦制御系 13が Ζァクチユエ一夕 8 A〜8 Cの伸縮量を制御すること によって、 オートフォーカス方式、 及びオートレべリング方式で矩形の 露光領域 3内でウェハ Wの表面を投影光学系 P Lの像面に合わせ込む
(合焦させる) 必要がある。 そして、 ウェハ Wの表面のフォーカス位置 の分布情報を合焦制御系 1 3に供給するために、 投影光学系 PLに対し て走査方向の両側に斜入射方式の AFセンサ (焦点位置検出系) が設置 されている。
図 3に示すように、 投影光学系 PLに対して一 X方向側に、 — Y方向 側から順に、 それぞれ送光対物系 29 A, 29 B, 29 Cを備えた投射 光学系 20A, 20 B, 20 Cが配置され、 投影光学系 PLに関してこ れらの投射光学系 20A, 20 B, 20 Cに対称に、 それぞれ検出対物 系 34A, 34 B, 34 Cを有する集光光学系 2 1A, 2 1 B, 2 1 C が配置されている。 そして、 —Y方向側の投射光学系 2 OA及び集光光 学系 2 1 Aより第 1の AFセンサ (以下、 「AFセンサ 20A, 2 1 A」 と呼ぶ) が構成され、 中央の投射光学系 20 B及び集光光学系 2 1 Bよ り第 2の AFセンサ 20 B, 2 I Bが構成され、 +Y方向側の投射光学 系 20 C及び集光光学系 2 1 Cより第 3の AFセンサ 20 C, 2 1 Cが
構成されている。 走査方向の両端部の第 1の AFセンサ 20 A, 2 1 A と、 第 3の AFセンサ 20 C, 21 Cとは互いに同一構成であり、 中央 の AFセンサ 20 B, 2 1 Bは、 投影光学系 P Lによる露光領域 3の中 央の 1つの計測領域 4 Eのみでフォーカス位置の計測を行う簡単な構成 のセンサである。 中央の AFセンサ 20 B, 2 I Bは、 例えば第 1の A Fセンサ 2 OA, 2 1 Aの後述の構成中から 1点でのフォーカス位置の 計測のみを行う機能を取り出した構成でもよく、 又は従来例のように計 測点にスリット像を投影して、 その再結像される像の横ずれ量を検出す る構成でもよい。
そして、 第 1の AFセンサ 2 OA, 2 1 Aは、 投影光学系 PLによる 露光領域 3より一 Y方向側の先読み領域 4 A, 4 Bに時分割で検出光を 照射して、 露光領域 3に近い側の先読み領域 4 A内の複数の計測領域の フォ カス位置を後述のように広い検出レンジで検出する。 一方、 第 3 の AFセンサ 20 C, 2 1 Cは、 投影光学系 PLによる露光領域 4より +Y方向側の先読み領域 4 C, 4Bに検出光を照射して、 露光領域 3に 近い側の先読み領域 4 C内の複数の計測領域のフォーカス位置を広い検 出レンジで検出する。
従って、 露光領域 3に対してウェハ W上の露光対象のショット領域 S Aが +Y方向に走査される場合には、 第 1の AFセンサ 20A, 2 1 A によって先読み領域 4 A内で検出されるフォーカス位置の情報に基づい て図 1の合焦制御系 1 3が合焦制御を行い、 露光領域 3に対してそのシ ョット領域 S Aが— Y方向に走査される場合には、 第 3の AFセンサ 2 0 C, 2 1 Cによって先読み領域 4 C内で検出されたフォーカス位置の 情報に基づいて合焦制御系 1 3が合焦制御を行う。 また、 露光領域 3の 中央の計測領域 4 Eでは常時フォーカス位置が計測されており、 この計 測結果は、 先読み制御によって設定される露光領域 3のフォーカス位置
を最終的に補正する追従制御用に使用される。 それら 2つの AFセンサ の構成は同一であるため、 以下では第 1の AFセンサ 20 A, 2 1Aの 構成、 及びフォーカス位置の検出動作につき説明する。
図 1の第 1の A Fセンサ 20 A, 2 1 Aの投射光学系 20 Aにおいて、 照明光源 22 A及び 22 Bからは互いに異なる波長 λ 1の検出光 L 1、 及び波長 λ 2の検出光 L 2が射出されている。 波長 λ 1, え 2はウェハ W上のフォトレジストに対する感光性の弱い波長であり、 照明光源 22 A, 22 Βとしては、 半導体レーザ、 He_Neレ一ザ、 He— Cdレ —ザ等が使用できる。 このように 2波長以上の多波長の検出光を用いる ことにより、 被検面がフォトレジストのような薄膜で覆われている場合 にも薄膜干渉による悪影響を低減できる。 検出光 L 1及び L 2はダイク 口イツクミラー 23により同軸に合成され、 ヘテロダインビーム生成光 学系 24に入射する。
ヘテロダインビーム生成光学系 24は複数の音響光学素子を備え、 こ れらの音響光学素子を外部の駆動系 25から供給される駆動信号で駆動 することによって、 入射する検出光から互いに所定の周波数差 Δ ί (Δ f は例えば数 10 kHz程度) を有する可干渉な 2光束 L A 1, LA2 を生成する。 それらの 2光束 LAI, LA2の交差角 (射出角) は、 後 述のように時分割的に切り換えられるように構成されている。 更に、 駆 動系 25は、 2つの音響光学素子に対する駆動信号を例えばミクシング することによって周波数 Δ f の基準ビート信号を生成し、 この基準ビー ト信号を合焦制御系 1 3に供給している。 そのように生成された 2光束 L A 1 , LA2は、 可変の交差角でヘテロダインビーム生成光学系 24 から射出された後、 リレー光学系 26によって基準ビーム発生用プリズ ム 27内の接合面よりなる格子形成面 27 aで交差する。 なお、 図 1で は 2光束 LAI, LA2、 及びこれらから分岐して得られる光束の主光
線が実線で示されている。
その格子形成面 27 aの一部には 2つの回折格子 (図 7参照) が形成 され、 この内の一方の回折格子による光束 L A 1の + 1次回折光 LA 1 (+1)、 及び光束 L A 2の— 1次回折光 L A 2 (-1)が平行に基準ビーム発 生用プリズム 27から射出される。 回折光 LA 1 (+1)、 及び LA2 (-1) よりなる周波数差 Δ f を有するヘテロダイン干渉光は、 ァオリ角補正用 のビーム成形プリズム 30を経て 3個の集光レンズ 31 A〜31 Cに入 射する。
図 2の点線の光路は、 図 1の 2光束 LA I, LA2、 及びこれらから 分岐して得られる光束の幅を示し、 この図 2において、 集光レンズ 3 1 A〜3 1 Cはウェハ W上の先読み領域 4 A, 4 B内の 3個の計測領域に 対応して配置されている。 そして、 回折光 LA 1 (+1)、 及び LA2 (- 1) よりなる干渉光の内で、 集光レンズ 3 1 A〜3 1 Cで集光された干渉光 L AA〜LACは、 それぞれ光ファイバ 32 A〜32 Cを介して基準信 号生成部 33内の光電検出器 33 a〜33 cに入射する。 光電検出器 3 3 a〜33 cから周波数△ f の基準ビート信号 RA〜RCが出力され、 これらは図 1の合焦制御系 1 3に供給される。
図 1に戻り、 基準ビーム発生用プリズム 27に入射した 2光束 LA 1 , LA2の内で、 格子形成面 27 aを透過した 2光束 (これを LB 1, L B 2とする) は、 光路折り曲げ用のミラー 28で反射されて、 送光対物 系 29 Aを経て、 被検面であるウェハ Wの表面 Waの先読み領域 4 A又 は 4B (図 3参照) で交差し、 先読み領域 4 A又は 4 Bに干渉縞が形成 される。 なお、 2光束 LB 1, LB 2の光軸の表面 Waに対する入射角 を 0とする。 この際、 表面 Waが投影光学系 PLの像面に合焦している 状態で、 基準ビーム発生用プリズム 27内の格子形成面 27 aと表面 W aとは共役関係にある。 即ち、 送光対物系 29 Aは、 格子形成面 27 a
と表面 Wa (投影光学系 PLの像面) とに関してシャインプルーフの条 件 (ァオリの結像関係) を満足している。
図 4は、 露光領域 3と先読み領域 4 A, 4Bとの関係を示し、 この図 4において、 ウェハ W上の露光対象のショット領域 S A内で X方向に細 長い露光領域 3に対して— Y方向側に間隔 Lで、 X方向に細長い先読み 領域 4 Aが設定され、 先読み領域 4 Aに近接して一 Y方向側に同じ形状 の先読み領域 4 Bが設定されている。 そして、 ショット領域 SAを + Y 方向に走査する場合、 図 1の 2光束 LB 1, LB 2によって、 図 4の先 読み領域 4 A、 及び 4 Bには時分割方式でそれぞれピッチ P 1の干渉縞 4Aa、 及びピッチ P 2の干渉縞 4 B aが投影される。 ピッチ P 1はピ ツチ P 2より僅かに大きく設定されている。 また、 ショット領域 S Aに は、 通常それまでのプロセスによって回路パターン CPが形成されてい るが、 この回路パターン C Pはショッ卜領域 S Aの外形の辺に平行な X 方向、 又は Y方向に沿った凹凸の線状パターンであることが多い。 そこ で、 回路パターン CPからの回折光の影響を軽減するために、 干渉縞 4 A a, 4 B aのピッチ方向 (明部と暗部との配列方向) と回路パターン C Pの方向とは非平行に設定してある。 一例として、 干渉縞 4Aa, 4 B aのピッチ方向は X軸、 及び Y軸に対してほぼ 45° で交差する方向 に設定されている。
更に、 本例では、 先読み領域 4 A内で X方向に一列に配列された 3個 の計測領域 14A〜14 Cでそれぞれ独立にフォーカス位置を検出する c この際に、 検出レンジを広げるために、 隣接する先読み領域 4 B内で計 測領域 14 A〜 14 Cに対して一 Y方向にそれぞれ隣接する領域にも計 測領域 1 5 A〜 1 5 Cが設定されている。 図 1の光ファイバ 32 A〜 3 2 Cに入射する光束は、 それぞれ格子形成面 27 a上でほぼ計測領域 1 4 A〜 14 C、 又は計測領域 1 5 A〜 1 5 Cと共役な領域から回折され
た光束である。
同様に、 露光領域 3に関して先読み領域 4 A, 4 Bと対称に + Y方向 側にも先読み領域 4 C, 4 Dが設定されている。 そして、 露光領域 3に 対してショット領域 S Aを— Y方向に走查する際には、 + Y方向側の先 読み領域 4 C及び 4 D内に、 図 3の投射光学系 2 0 Cから時分割方式で それぞれピッチ P 1及びピッチ P 2の干渉縞が投影される。 これらの干 渉縞のピッチ方向も一例として X軸、 及び Y軸に対してほぼ 4 5 ° で交 差する方向であり、 先読み領域 4 C内で X方向に一列に配列された 3個 の計測領域 1 4 D〜1 4 Fでそれぞれ独立にフォーカス位置が検出され る。 この際にも、 検出レンジを広げるために、 隣接する先読み領域 4 D 内で計測領域 1 4 D〜 1 4 Fに対して + Y方向にそれぞれ隣接する領域 にも計測領域 1 5 D〜1 5 Fが設定されている。
このように、 本例では露光領域 3から走査方向に離れた先読み領域 4 A , 4 C内の複数の計測領域でフォーカス位置を検出しているため、 投 影光学系 P Lの作動距離が例えば数 mm程度以下と短い場合でも、 フォ —カス位置検出用の光束の投影光学系 P Lによるケラレを防止できる。 また、 露光領域 3の中央にも追従制御用の計測領域 4 Eが設定されてい るが、 中央の 1箇所のみでフォーカス位置を計測すればよいため、 投影 光学系 P Lの作動距離が短くとも差し支えない。
図 1に戻り、 被検面としてのウェハ Wの表面 W aで反射された 2光束
L B 1 , L B 2は、 検出対物系 3 4 Aを通り光路折り曲げ用のミラ一 3 6で反射された後、 受光ビーム合成用プリズム 3 7内の接合面としての 格子形成面 3 7 aに入射する。 表面 W aが投影光学系 P Lの像面に合焦 している状態で、 検出対物系 3 4 Aに関して表面 W aと格子形成面 3 7 aとは共役関係にある。 即ち、 検出対物系 3 4 Aは、 表面 W a (投影光 学系 P Lの像面) と格子形成面 3 7 aとに関してシャインプルーフの条
件 (ァオリの結像関係) を満足している。 また、 検出対物系 34 Aの被 検面に対する瞳面 (光学的フーリエ変換面) には、 図 5 (a) に示すよ うに、 2つの開口 35 a, 35 bが形成された空間フィルタ 35が配置 されている。 開口 35 a及び 35 bは、 それぞれウェハ Wの表面 W aで 正反射された光束 LB 1及び LB 2が通過する領域に形成されており、 空間フィル夕 35によって表面 W aの回路パターン等から発生するノィ ズの要因となる回折光が遮光される。
図 1に戻り、 受光ビーム合成用プリズム 37内の格子形成面 37 a上 で先読み領域 4 A及び 4 Bと共役な領域に回折格子 (図 8参照) が形成 されている。 この回折格子による光束 LB 1の + 1次回折光 LB 1 (+1), 及び光束 LB 2の— 1次回折光 LB 2 (-1)は平行に合成されて受光ビ一 ム合成用プリズム 37から射出された後、 集光用レンズ 38 Aを通り、 空間フィル夕 39を通ってレンズ 38 Bによって平行光束になる。 空間 フィル夕 39には、 図 5 (b) に示すように光軸上に 1つの開口 39 a が形成されており、 開口 39 aを ± 1次回折光 LB 1 (+1), LB 2 (-1) が通過し、 それ以外の回折光 (0次光を含む) は遮断されている。
図 2に示すように、 レンズ 38 Bから射出される回折光 L B 1 (+1) , LB 2 (-1)よりなるヘテロダイン干渉光は、 集光レンズ 40 A〜40 C に入射する。 集光レンズ 40 A〜40 Cはウェハ W上の先読み領域 4 A, 4 B内のそれぞれ 3個の計測領域 14 A〜 14 C, 15A〜15 C (図 4参照) に対応して配置されている。 そして、 回折光 LB 1 (+1), LB 2 (-1)よりなる干渉光の内で、 集光レンズ 40 A〜40 Cで集光された 干渉光 L B A〜L B Cは、 それぞれ光ファイバ 41 A〜41 Cを介して 受光信号生成部 42内の光電検出器 42 a〜42 cに入射する。 光電検 出器 42 a〜 42 cから周波数△ f の検出ビート信号 D A〜DCが出力 され、 これらも図 1の合焦制御系 13に供給される。
図 1の合焦制御系 1 3では、 光ファイバ 3 2 A〜 32 Cを介して得ら れる干渉光に対応する基準ビ一ト信号 RA〜RCを基準として、 それぞ れ光ファイバ 4 1 A〜4 1 Cを介して得られる干渉光に対応する検出ビ —ト信号 DA〜DCの位相差 φΑ〜φ〇を検出する。 この際に、 図 4に おいて、 例えば走査露光の開始直後 (助走区間) で、 時分割方式で先読 み領域 4 Β及び 4 Αに順次干渉縞 4 B a及び 4 A aが投射される。 即ち, ウェハ W上の或る X方向に伸びた直線状の被検領域が先読み領域 4 Bの 計測領域 1 5A〜 1 5 Cを通過する際に、 計測領域 1 5 A〜 1 5 Cに対 応する位相差 Φ Α〜φ Cの値 (代表的に (> 2とする) が求められ、 ゥェ ハ Wの走査によってその直線状の被検領域が先読み領域 4 Αの計測領域 1 4A〜 1 4 Cを通過する際に、 計測領域 1 4A〜 14 Cに対応する位 相差 φΑ〜φ( の値 (代表的に φ ΐとする) が求められる。
合焦制御系 1 3は、 干渉縞 4 A aのピッチ Ρ 1、 干渉縞 4 B aのピッ チ P 2、 及びオフセット Ζ。 を用いて、 次式よりその直線状の被検領域 の計測領域 14 Α〜 1 4 Cでのフォーカス位置 Ζ Ρ を算出する。 なお、 オフセット Ζ。 は、 例えばテストプリント等で求められる投影光学系 Ρ Lの像面に被検面を合わせ込んだ状態で、 そのフォーカス位置 ΖΡ が 0 になるように決定される。
ZP = k · Ρ 1 - Δ / { 2 π ( 1 — Ρ 1 ΖΡ 2)1 + Ζ。 ( 1 3 ) 但し、 位相差 Δ Φ = Φ 1— Φ 2であり、 係数 kは、 図 1の 2光束 LB
1, LB 2の光軸のウェハ Wの表面に対する入射角 Θを用いて次のよう に表される。
k= 1/ (2 · sin θ ) ( 1 4)
位相差 Δ Φ ( r a d) の可変範囲は少なくとも 2 πであるため、 フォ —カス位置 ΖΡ の検出レンジ Z R 1は、 一例として次のようになる。
Z R 1 = I k · P 1 / ( 1— P 1 /P 2) I ( 1 5)
例えば、 ピッチ P 1を 2 1 m、 ピッチ P 2を 2 0 mとすると、 係 数 kの値はほぼ 0. 5であるため、 検出レンジ Z R 1は約 2 1 0 zmと なり、 ウェハ Wの段差や周辺部の反り等が大きい場合に、 ウェハ Wの周 辺のショット領域に走査露光する際でも、 走査露光の開始直後にその検 出レンジ Z R 1内でウェハ Wの表面 W aのフォーカス位置を検出できる。 また、 このように一度、 その検出レンジ Z R 1内でフォーカス位置 Z P を特定できれば、 走査露光中でのフォーカス位置の変動量はそれ程大 きくない。 そこで、 走査露光のための助走開始直後から、 実際に露光光 の照射を開始するまでの間に、 その ( 1 3) 式に基づいてフォーカス位 置 Z P を検出した後は、 そのフォーカス位置 Z P が 0になるように、 即 ちウェハ Wの表面 Waが像面に合致するように図 1の Zァクチユエ一夕 8 A〜 8 Cを駆動する。 この後は、 図 4の先読み領域 4 A内にのみ干渉 縞 4 A aを投射して、 その先読み領域 4 Aの計測領域 1 4A〜 1 4 Cに 対応する位相差 (/)A〜(i) Cの値 (代表的に φ 1とする) を所定のサンプ リングレートで連続的に検出する。 そして、 このように検出される位相 差 φ 1、 干渉縞 4A aのピッチ Ρ 1、 及び所定のオフセット を用い て、 合焦制御系 1 3は次式より、 その直線状の被検領域の計測領域 1 4 A〜 1 4 Cでのフォーカス位置 ZP1を算出する。 そのオフセット も、 被検面が投影光学系 P Lの像面に合致している状態でフォーカス位置 Z P1が 0になるように設定されている。
ZP. = k · P 1 · { 1 / (2 π) } +Ζι ( 1 6)
この場合の検出レンジ Ζ R 2は、 k ' P Iであり、 ピッチ P Iを 2 1 mとすると、 検出レンジ Z R 2はほぼ 1 0. 5 mとなり、 { Φ 1 ( 2 π) } を 1 0— 3程度の分解能で検出することによって、 フォーカス 位置 Ζ Ρ1の解像度はほぼ 0. 0 1 mとなる。 言い換えると、 走査露光 の助走開始直後に 2つの干渉縞 4 A a, 4 B aを投影して広い検出レン
ジで先読み領域 4 Aのフォーカス位置を検出し、 この検出結果を用いて その先読み領域 4 Aの表面を像面に合わせ込むことによって、 先読み領 域 4 Aのフォーカス位置をその検出レンジ ZR 2内に引き込んだことに なる。
本例では、 フォーカス位置 ZP1も投影光学系 P Lの像面 (ベストフォ
—カス位置) で 0になるようにオフセットが調整されているため、 図 4 の先読み領域 4 A内の計測領域 14A〜14 Cでそれぞれ投影光学系 P Lの像面に対するデフォーカス量△ ΖΑ〜Δ Z Cが算出されることにな る。 その後、 走査によって先読み領域 4 Α内のウェハ Wの表面 Waが露 光領域 3に達したときに、 それらのデフォーカス量 ΔΖΑ〜ΔΖ(:が 0 になるように Ζァクチユエ一夕 8 Α〜 8 Cの伸縮量が制御される。 その 先読み動作と合焦動作とは走査露光中連続的に実行され、 露光対象のシ ョッ h領域の全面にレチクル Rのパターン像が合焦状態で高い解像度で 転写される。
なお、 それらのデフォーカス量 ΔΖΑ〜ΔΖ( が 0になるように Zァ クチユエ一夕 8 Α〜 8 Cの伸縮量を制御する代わりに、 予め投影光学系 P L側に所定のレンズ間の気体圧力を制御する機構、 又は所定のレンズ を駆動する機構等からなる像面の移動機構を設けておき、 それらのデフ ォ一カス量 Δ ΖΑ〜Δ Z Cを相殺するように像面側を移動させるように してもよい。
これらの場合、 それらの位相差の差分 ΔφΑ〜Δφ(:は、 ウェハ Wの 表面 Waの Ζ方向への変位によって生じる、 2光束 LB 1, L B 2の受 光ビーム合成用プリズム 37の格子形成面 37 aに対する横ずれ量に対 応している。 具体的に、 図 1のウェハ Wの表面 Waの Z方向への変位量 を z、 2光束 LB 1, LB 2の受光ビーム合成用プリズム 37に対する 横ずれ量を y、 検出対物系 34 Aによる表面 W aから格子形成面 37 a
に対する倍率を 3、 表面 Waに対する 2光束 L B 1, L B 2の光軸の入 射角を θとすると、 以下の関係が成立している。
z =y/ (2 · /3 · sin =k · (1 7)
(1 7) 式より、 同じ変位量 (デフォーカス量) zであれば、 倍率 が大きくなるか、 又は入射角 Sが大きくなる程に 2光束 LB 1, L B 2 の横ずれ量 yが大きくなつて、 検出感度が向上することが分かる。
このように本例では、 被検面としてのウェハ Wの表面 Waに所定の周 波数差 Δ ίを有する 2光束 LB 1, LB 2の干渉縞が形成され、 この干 渉縞を検出対物系 34 Α等を介して光電変換して得られた検出ビート信 号 DA〜D Cの位相に基づいて、 被検面の面位置、 即ちフォーカス位置 (投影光学系 PLの光軸方向の位置) が検出されている。 その検出ビー ト信号 DA〜DCの周波数 Δ f は、 例えば数 1 0 kHz程度であるため、 そのフォーカス位置の検出は例えば数 ms e c以内に極めて高速に実行 できる。 しかも、 検出ビート信号 DA〜DCの位相、 ひいては上記の位 相差 Φ 1, Φ 2は、 例えば 10— 3r a dのオーダで正確に検出できるた め、 表面 Waのフォーカス位置 (デフォーカス量) を極めて高い分解能 で、 かつ広い検出レンジで検出できる。
また、 本例では、 検出ビート信号 DA〜DCの基準ビー卜信号として, 表面 W aと共役な投射光学系 2 OA内の格子形成面 27 aから分岐され たへテロダイン干渉光の光電変換信号が使用されている。 従って、 投影 光学系 P Lに対する格子形成面 27 aの相対位置がずれないようにして おくことによって、 表面 W aの投影光学系 PLの像面に対するデフォー カス量を高精度に、 且つ安定に検出できる。 なお、 照明光源 22 A, 2 2 Bの発光動作が安定している場合には、 その基準ビート信号として、 駆動系 25で音響光学素子用の駆動信号から電気的に生成される基準ビ —ト信号を使用してもよい。 この場合には、 基準ビート信号発生のため
の基準ビーム発生用プリズム 27、 ビーム成形プリズム 30、 集光レン ズ 31 A〜21 C、 光ファイバ 32 A〜32 C、 及び基準信号生成部 3 3が省略できるため、 光学系の構成が簡素化できる利点がある。
次に、 図 1のへテロダインビーム生成光学系 24、 基準ビーム発生用 プリズム 27、 及び受光ビーム合成用プリズム 37の構成例につき詳細 に説明する。
図 6は、 ヘテロダインビーム生成光学系 24の構成例を示し、 この図 6において、 図 1のダイクロイツクミラ一 23によって波長の異なる 2 つの検出光 L 1, L 2が同軸に合成されて光束 Lとして供給されている。 そして、 この光束 Lの光路に沿って順次、 第 1の異方ブラッグ回折を起 こす音響光学素子 (以下、 「異方 A〇M」 と呼ぶ) 16A、 リレーレン ズ 17、 及び第 2の異方 AOM18 Aが配置されている。 異方 AOM1 6 A及び 1 8 Aの超音波作用領域は、 リレ一レンズ 17に関して共役と なっている。 それらの異方 AOM16 A, 18Aは、 それぞれ例えば 2 酸化テルル (Te〇2)、 石英、 又はモリブデン酸鉛 (PbMoC )等の 音響光学媒体に、 圧電素子等のトランスデューサを被着したものであり、 異方 AOM 16八及び1 8 Aのトランスデューサに対してそれぞれ発振 器 16 B及び 18 Bから周波数 f , 及び f 2(f 2 = f i +Δ f ) の高周 波信号が印加されている。
但し、 本例では時分割方式で異なるピッチ P 1 , P 2の干渉縞を形成 するため、 異方 A〇M 16 A及び 1 8 Aに印加される高周波信号の周波 数はそれぞれ f , と f 'との間、 及び f 2 と f 2'との間で切り換えられ る。 この際に、 周波数 '及び ί2'についても、 f 2' = f +△ f の関 係が成立しているため、 得られるビート信号の周波数 Δ f は一定である < 周波数 , '及び f 2 , f 2'は各 AOMを安定に駆動できるように 例えば数 MHz〜数 1 0MHz程度に設定されている。 また、 発振器 1
6 B, 1 8 Bは実際には、 図 1の駆動系 25内に組み込まれている。 な お、 異方 AOM16A, 1 8Aの詳細な構成例、 及び異方ブラッグ回折 の原理等については、 日本国特願平 8— 207 100号の明細書で開示 されている。 なお、 本国際出願で指定した指定国、 又は選択した選択国 の国内法令の許す限りにおいて、 上記出願の開示を援用して本文の記載 の一部とする。
この場合、 入射する光束 Lの進行方向を +z方向として、 図 6の紙面 内で z方向に直交する方向を X方向とすると、 本例の異方 AOM16 A, 1 8 Aでは、 内部の超音波の進行方向、 及び入射光束の入射方向を含む 平面 (x z平面) に平行な方向に偏光した光束のみが 1次のブラッグ回 折を受けると共に、 0次光の偏光状態は変化せず、 1次回折光の偏光方 向は入射時に対して直交する方向に回転する。 また、 駆動周波数を , f 2 とすると、 その 0次光は周波数変調を受けないが、 1次回折光は f (又は f 2)の周波数変調を受ける。 従って、 図 6において、 入射する光 束 Lは X方向に直線偏光させておく。
これによつて、 入射する光束 Lの第 1の異方 A〇M 1 6 Aによる 0次 光 L。 はそのままリレーレンズ 17を介して第 2の異方 A OM 18 Aに 向かい、 光束 Lの異方 AOM 16 Aによる 1次回折光 は、 周波数 f 1 の変調を受けて、 且つ偏光方向が図 6の紙面に垂直な方向となってリ レ一レンズ 17を介して異方 AOM1 8 Aに向かう。 この場合、 第 1の 異方 AOM16Aでは、 0次光 L。 と 1次回折光 Li とがほぼ等しい強 度となるように超音波の強度が調整されている。 これによつて、 0次光 及び 1次回折光以外は極めて弱くなる。
一方、 第 2の異方 AOM1 8 Aでは、 + z方向に入射すると共に X z 平面に平行な方向に偏光する光束をほぼ 100 % 1次回折光として回折 するように超音波の強度等が調整されている。 また、 第 1の異方 AOM
1 6 Aからの 1次回折光 は、 第 2の異方 A〇M18 Aにおいては入 射角の点でもブラッグ回折を受けにくい角度となっている。 従って、 0 次光 L。 は異方八〇1^18八でほぼ1 00 %が回折されて、 周波数 f 2 の変調を受けた 1次回折光 L< となり、 1次回折光 Li は異方 AOM1 8 Aをほぼそのまま透過して 0次光 。となる。 また、 1次回折光 Lo は異方 AOM 18 Aでの回折によって偏光方向が図 6の紙面に垂直な方 向に回転しており、 0次光 1^。の偏光方向も同じである。 従って、 1次 回折光 LC と 0次光 1^。とを干渉させると、 周波数 I - f a I (= 厶 f ) のへテロダインビームが得られる。 そこで、 0次光 。及び 1次 回折光 Lo!がそれぞれ図 1の光束 L A 1及び LA 2として使用される。 同様に、 駆動周波数を f , f 2'とした場合には、 異方 AOM1 6A, 1 8 Aによる 0次光 1^。及び 1次回折光 LC は、 より小さい開き角 (交 差角)—の 2点鎖線の光路 53に沿って進んで、 図 1の光束 LA1及び L A 2として使用される。 そして、 本例では、 異方 AOM1 8 Aの射出面 に矩形の開口 5 1 aを有する空間フィル夕 5 1が配置され、 空間フィル 夕 5 1は、 スライダ 52によって図 6の紙面に垂直な方向にスライドで きるように構成されている。 スライダ 52の動作は、 図 1の合焦制御系 1 3によって制御されており、 一例として、 異方 A〇M1 6 A, 18 A の駆動周波数が f !', ί2'であるときには、 空間フィル夕 5 1の開口 5 1 aによって 2つの光束 LA 1, L A 2の図 6の紙面の下半分の部分が 遮光され、 駆動周波数が , f 2 であるときには、 その開口 5 l aに よって 2つの光束 L A 1 , LA 2の図 6の紙面の上半分の部分が遮光さ れる。 なお、 検出信号に或る程度の直流成分が生じてもよい場合には、 可動の空間フィルタ 5 1は必ずしも設置する必要は無い。
上記のように、 図 6において、 0次光 1^。及び 1次回折光 Lo!は 2つ の異方 AOM16 A, 1 8 A内の超音波 (進行波) のピッチに応じてほ
ぼ対称に回折されている。 従って、 入射する光束 Lが 2波長、 更には 3 波長以上の多波長光であっても、 最終的に得られるヘテロダイン干渉光 の位相は全部の波長について揃ったものになる。 従って、 本例のように 検出光として複数波長の光束を使用しても、 得られる干渉光を光電変換 して得られるビート信号の SN比 (=振幅 Z直流レベル) は十分に高く、 高精度に変位検出が行われる。 また、 本例では 2つの異方 AOM1 6 A, 1 8 Aを用いているため、 入射する光束 Lをほぼ 100%ヘテロダイン ビームに変換できる利点がある。
なお、 図 6の第 2の異方 AOM1 8 Aからは入射する 0次光 L。 の 0 次光も僅かに発生することがあるが、 この 0次光を除去したい場合には、 その異方 A〇M 1 8 Aの後に更に 0次光除去用の空間フィル夕を設置す ればよい。 また、 入射する光束 Lの変換効率が多少低下してもよい場合 には、 2つの異方 AOM1 6A, 1 8 Aを使用する代わりに、 ラマン一 ナス回折領域で使用される音響光学素子とブラッグ回折領域で使用され る音響光学素子との組み合わせ、 又は回折格子と 2つのブラッグ回折領 域で使用される音響光学素子との組み合わせ等を使用してもよい。
次に、 図 7 (a) は、 図 1の基準ビーム発生用プリズム 27を示し、 この図 7 (a) において、 基準ビーム発生用プリズム 27は、 格子形成 面 27 aで断面が 3角形のプリズムと断面が 4角形のプリズムとを貼り 合わせて形成されている。 そして、 図 7 (b) に示すように、 格子形成 面 27 aの中央部は細長い開口部 (透過部) 27 bとなり、 開口部 27 bの右側にピッチ P 1の干渉縞に対応するピッチを有する反射型の基準 回折格子 27 cが形成され、 開口部 27 bの左側にピッチ P 2の干渉縞 に対応するピッチを有する反射型の基準回折格子 27 dが形成されてい る。 開口部 27 bは、 前に述べた通り図 1の送光対物系 29Aにより、 被検面であるウェハ Wの表面 W aと共役関係にあり、 基準回折格子 27
c , 27 dのピッチ方向は、 その共役像のピッチ方向が図 4の回路パ夕 —ン C Pと平行にならないように傾けて設定されている。
そして、 図 6の異方 A〇M1 6A, 1 8 Aに対する駆動周波数が f , f 2'であるときには、 空間フィルタ 5 1を通過した後、 図 1のリレー光 学系 26から射出された 2光束 LA 1 , LA2は、 基準ビーム発生用プ リズム 27の入射面を通って斜めに交差するように、 図 7 (b) の開口 部 27 bの右半分及び基準回折格子 27 cを囲む領域 54 Aに入射する。 この開口部 27 bを通過した 2光束 L A 1, LA 2は図 4の先読み領域 4 Aに照射されてピッチ P 1の干渉縞を形成する。 一方、 駆動周波数が f ! , f a であるときには、 空間フィルタ 5 1を通過した後、 図 1のリ レー光学系 26から射出された 2光束 LA 1, LA2は、 基準ビーム発 生用プリズム 27の入射面を通って斜めに交差するように、 図 7 (b) の開口部 27 bの左半分及び基準回折格子 27 dを囲む領域 54 Bに入 射する。 この開口部 27 bを通過した 2光束 L A 1, LA2は図 4の先 読み領域 4 Bに照射されてピッチ P 2の干渉縞を形成する。
従って、 基準回折格子 27 c, 27 d上に形成される 2光束 LA 1 , LA2の干渉縞のピッチ方向は、 基準回折格子 27 c, 27 dのピッチ 方向に平行になっている。 そして、 基準回折格子 27 c, 27 dによる 光束 LA 1の + 1次回折光 LA 1 (+1)、 及び光束 LA2の— 1次回折光 L A2 (-1)は平行に射出面 27 eを経て図 1のビーム成形プリズム 30 に向かい、 基準信号生成部 33に導かれる。 従って、 基準回折格子 27 c , 27 dのピッチは、 回折光 LA 1 (+1)、 及び LA2 (- 1)が平行にな るように設定されている。 また、 射出面 27 eは、 回折光 LA1 (+1)、 及び LA 2 (-1)の進行方向にほぼ垂直に設定されている。 また、 2光束 L A 1 , LA2の内で開口部 27 bを通過した光束 LB 1, L B 2が図 1のミラ一 28を経て被検面に向かう。
このように干渉縞のピッチを切り換えた場合でも、 基準信号生成部 3 3を共通に使用することによって、 構成が簡素化される。 なお、 図 6の 空間フィル夕 5 1を省いた場合には、 基準回折格子 27 c, 27 dの内 で入射する光束による干渉縞のピッチと合致しない方の基準回折格子か らの光束は、 直流成分となって検出信号の SN比が低下するが、 位相の 検出誤差とはならない。
次に、 図 8 (a) は、 図 1の受光ビーム合成用プリズム 37を示し、 この図 8 (a) において、 受光ビーム合成用プリズム 37は、 接合面と しての格子形成面 37 aで 2つの断面形状が 3角形のプリズムを貼り合 わせて構成され、 格子形成面 37 aは図 1の検出対物系 34Aによって 被検面 1としてのウェハ Wの表面 Waと共役になっている。 図 8 (b) に示すように、 格子形成面 37 aの中央部には、 ピッチ P 1に対応する ピッチの回折格子 37 bと、 ピッチ P 2に対応するピッチの回折格子 3 7 cとが並列に形成されている。 この回折格子 37 b, 37 cのピッチ 方向は、 図 4に示す先読み領域 4 A, 4B内の干渉縞 4Aa, 4B aの ピッチ方向に対応させて斜め方向に設定されており、 先読み領域 4 Aで 反射された 2光束は回折格子 37 bに入射し、 先読み領域 4 Bで反射さ れた 2光束は回折格子 37 cに入射する。
このように、 図 1のミラ一 36で反射された光束 LB 1, LB 2が受 光ビーム合成用プリズム 37に斜めに交差するように入射すると、 回折 格子 37 b, 37 cによる光束 LB 1の + 1次回折光 LB 1 (+1)、 及び 光束 LB 2の— 1次回折光 LB 2 (-1)が平行に周波数差△ f のへテロダ ィン干渉光として発生し、 このへテロダイン干渉光が図 1の集光レンズ 38 Aを経て受光信号生成部 42に導かれている。 従って、 回折格子 3 7 b, 37 cのピッチは、 回折光 LB 1 (+1), L B 2 (- 1)が平行に発生 するように設定されている。
このように干渉縞のピッチを切り換えた場合でも、 受光信号生成部 4 2を共通に使用することによって、 構成が簡素化される。 なお、 図 6の 空間フィル夕 5 1を省いた場合には、 回折格子 3 7 b, 3 7 cの内で入 射する光束による干渉縞のピッチと合致しない方の回折格子からの光束 は、 直流成分となって検出信号の S N比が低下するが、 位相の検出誤差 とはならない。
次に、 本例の投影露光装置を用いて、 例えばウェハ Wの周辺部のショ ット領域に対して走査露光を行う場合の動作の一例につき図 9を参照し て説明する。
図 9は、 ウェハ W上の— Y方向の端部に近いショッ卜領域 S A 1を、 投影光学系による矩形の露光領域に対して一 Y方向に走査して露光を行 う場合を示し、 この図 9において、 走査露光の助走開始直後には、 + Y 方向側の先読み領域 4 D, 4 Cに対してウェハ Wのエッジ部が入って来 るものとする。 この場合には、 先ず + Y方向側の先読み領域 4 Dに対し てピッチ P 2の干渉縞を投射して、 対応する検出ビート信号の位相差 (ί> 2を計測する。 その後、 ウェハ Wが— Υ方向に移動して、 先読み領域 4 Dで位相差 φ 2が計測された領域が先読み領域 4 Cに達したときに、 先 読み領域 4 Cに対してピッチ Ρ 1の干渉縞を投射して、 対応する検出ビ —ト信号の位相差 Φ 1を計測する。 そして、 これらの位相差 Φ 1, Φ 2 の差分を ( 1 3 ) 式に代入して広い検出レンジでのフォーカス位置 Ζ Ρ (これを Ζ Ρ 1とする) を求め、 このフォーカス位置 Ζ Ρ が 0になるよう に図 1の Ζァクチユエ一夕 8 A〜8 Cを駆動する。 これによつて、 先読 み領域 4 Cのフォーカス位置は、 1つの干渉縞を使用する場合の検出レ ンジ内に収まるようになる。
この後は、 先読み領域 4 Cにピッチ Ρ 1の干渉縞を連続的に投射して, 所定のサンプリングレートでその干渉縞に対応する検出ビート信号の位
相差 φ ΐを計測する。 そして、 その位相差 Φ 1を (16) 式に代入して ピッチ Ρ 1の干渉縞でのフォーカス位置 ΖΡ1を求める。 そして、 この際 に先読み領域 4 C内にあった領域が投影光学系 P Lの露光領域に達した ときには、 先読みされているフォーカス位置 ΖΡ1が 0になるように Ζァ クチユエ一夕 8 A〜8 Cを駆動する。 また、 最終的には、 図 4の露光領 域 3の中央部の計測領域 4 Εで検出されるフォーカス位置 (本例では像 面からのデフォーカス量) が 0になるように Ζァクチユエ一夕 8 Α〜 8 Cの駆動量を補正する。 これによつて、 ウェハ Wのエッジ部から走査を 開始するように検出されるフォーカス位置の変化量が大きいような場合 でも、 正確にウェハ Wの表面のフォーカス位置を検出して、 合焦を行う ことができる。
上記の実施の形態では、 図 4に示すように、 例えば先読み領域 4 Α, 4 Βを走査方向に近接して配置して、 時系列的にウェハ Wの表面の同じ 位置に異なるピッチの干渉縞を投射して、 広い検出レンジでフォーカス 位置を検出している。 しかしながら、 図 1 0 (a) に示すように、 例え ば走査方向 (Y方向) に直交する非走査方向 (X方向) に計測領域 57 A, 58 A, 57 B, 58 B, 57 Cを配列し、 これらの計測領域に同 時に、 かつ交互に異なるピッチ P 1, P 2の干渉縞を投射するようにし てもよい。 即ち、 計測領域 57 A, 57 B, 57 Cにピッチ P Iの干渉 縞を投射し、 その間の計測領域 58 A, 58Bにピッチ P 2の干渉縞を 投射し、 例えば隣接する計測領域 57 A, 58 Aで検出される検出ビー ト信号の位相の変化量 Φ 1, φ 2を用いて計測領域 57Aのフォーカス 位置を広い検出レンジで検出するようにしてもよい。 この際には、 同様 に他の計測領域 57 B, 57 Cでも広い検出レンジでフォーカス位置が 検出できる。
[第 2の実施の形態]
次に、 本発明の第 2の実施の形態につき図 1 1〜図 1 3を参照して説 明する。 本例の投影露光装置は、 AFセンサによって被検面に異なるピ ツチの複数の干渉縞が同時に投射される点を除いては図 1のステツプ · アンド ·スキャン方式の投影露光装置と同じであり、 図 1 1〜図 1 3に おいて図 1、 図 3及び図 7に対応する部分には同一符号を付してその詳 細説明を省略する。
図 1 1は、 本例の投影露光装置に装着された AFセンサを示し、 この 図 1 1において、 投影光学系 PLに対して— Y方向側に倍率の異なる送 光対物系 62 B, 62 Cを備えた投射光学系 20 Fが配置され、 この投 射光学系 2 O Fに対称に、 倍率の異なる検出対物系 63 B, 63 Cを有 する集光光学系 2 1 Fが配置されている。 そして、 投射光学系 2 O F及 び集光光学系 2 1 Fより第 1の AFセンサ 20 F, 21 Fが構成されて いる。 本例でも第 2及び第 3の AFセンサが配置されているが、 これら の説明は省略する。
図 1 2は、 図 1 1の AFセンサ 20 F, 21 Fを簡略化して示す斜視 図であり、 この図 1 2において、 本体部 66及び送光対物系 62 B, 6 2 Cよりなる投射光学系 20 Fから、 投影光学系 PLによる露光領域 3 より一 Y方向側の先読み領域 4A, 4Bに同時に 2光束 LC 1, LC 2 及び 2光束 LB 1, LB 2が異なる交差角で斜めに投影されて、 先読み 領域 4A, 4Bにそれぞれピッチ P 1及び P 2 (P 1>P 2) の干渉縞 4 Aa, 4B aが投影されている。 そして、 先読み領域 4A, 4Bから 反射された 2対の 2光束は、 集光光学系 2 1 Fにおいて検出対物系 63 B, 63 Cを経て本体部 67に入射して、 本体部 67で光電変換されて おり、 得られた複数の検出信号を処理することによって先読み領域 4 A 中で X方向に配列された 3箇所の計測点でのフォーカス位置が広い検出
かつ高精度に連続的に計測される。 この場合のウェハのショ ッ卜領域 S Aの走査方向は矢印 68で示すように + Y方向である。
図 1 1の投射光学系 20 Fにおいて、 照明光源 22 A及び 22 Bから 射出された互いに異なる波長 λ 1の検出光 L 1、 及び波長 λ 2の検出光 L 2はダイクロイツクミラー 23により同軸に合成され、 ヘテロダイン ビーム生成光学系 24 Αに入射する。 ヘテロダインビーム生成光学系 2 4 Aは、 図 1のへテロダインビーム生成光学系 24と同一構成でよいが、 本例のへテロダインビーム生成光学系 24 Aから射出される所定の周波 数差 Δ f を有する可干渉な 2光束 LA 1, LA2の交差角 (射出角) は、 所定の値に常時固定されている。 ヘテロダインビーム生成光学系 24A から所定の交差角で射出された 2光束 LA 1, LA2は、 リレー光学系 26によって基準ビーム発生用プリズム 6 1内の接合面よりなる格子形 成面 6 1 aで交差する。 なお、 図 1 1では 2光束 LA1, LA2、 及び これらから分岐して得られる光束の主光線が実線で示されている。
図 13 (a) は基準ビーム発生用プリズム 6 1を示す斜視図、 図 1 3 (b) はその格子形成面 6 1 aを示す図であり、 図 13 (a) , (b) に示すように、 格子形成面 6 1 aの中央部にはピッチ P 3の回折格子 6 1 bが形成され、 回折格子 6 1 bを含む長方形の領域 6 1 cで 2光束 L A 1 , LA2が交差している。 この場合、 光束 LA 1, LA2の回折格 子 6 1 bによる + 1次回折光 LA1 (+1)、 及— 1次回折光 LA2 (-1)が 平行に基準ビーム発生用プリズム 6 1から射出されて、 図 1 1のァオリ 角補正用のビーム成形プリズム 30を経て 3個の集光レンズ 31 A〜3 1 Cに入射し、 基準信号生成部 33内で第 1の実施の形態と同様に 3個 の基準ビート信号が生成される。 このように 2光束 LA I, LA2の土 1次回折光がピッチ P 3の回折格子 6 1 bから平行に発生するときには, 光束 L A 1 , LA 2の照射によって形成される干渉縞のピッチは P 3/
2となっている。 一方、 2光束 LA I, LA2の内で回折格子 6 1 bの 右側の領域 65 Aを透過した 2光束 (以下、 「2光束 81, LB 2」 と呼ぶ) と、 回折格子 6 1 bの左側の領域 65 Bを透過した 2光束 (以 下、 「2光束し(: 1, LC 2」 と呼ぶ) とは、 平行にそれぞれ図 1 1の ミラ一 28で反射されて、 送光対物系 62 B, 62 Cに入射する。
図 1 1において、 送光対物系 62 B, 62 Cの倍率 ;32及び /31は、 それぞれ格子形成面 6 1 a上のピッチ P 3 2の干渉縞を図 12の干渉 縞 4B a, 4Aaのピッチ P 2及び P 1に変換するように、 互いに異な る値に設定されている。 そして、 送光対物系 62 Bを経た 2光束 LB 1, LB 2は、 被検面であるウェハ Wの表面 Waの先読み領域 4 Bで交差し、 送光対物系 62 Cを経た 2光束 LC 1 , LC 2は、 その表面 W aの先読 み領域 4 Aで交差して先読み領域 4 A, 4Bに同時にピッチ P l, P 2 の干渉縞が形成される。 第 1の実施の形態と同様に、 送光対物系 62 B, 62 Cはそれぞれ格子形成面 6 1 aと表面 Wa (投影光学系 PLの像面 に合焦している状態) とに関してシャインプルーフの条件を満足してい る。
そして、 ウェハ Wの表面 Waで反射された 2光束 LB 1, L B 2及び 2光束 LC I, LC 2は、 それぞれ第 1の倍率の検出対物系 63 B及び 第 2の倍率の検出対物系 63 Cを通りミラ一 36で反射された後、 受光 ビーム合成用プリズム 64内の接合面としての格子形成面 64 aに入射 する。 この場合にも、 不図示であるが、 検出対物系 63 B, 63 Cの被 検面に対する瞳面には、 表面 W aの回路パターン等から発生するノイズ の要因となる回折光を遮光するための空間フィル夕が設置されている。 検出対物系 63 B, 63 Cもそれぞれ表面 W a (投影光学系 PLの像 面に合焦している状態) と格子形成面 64 aとに関してシャインプルー フの条件を満足している。 更に、 一例として検出対物系 63 B及び 63
Cの表面 W aから格子形成面 64 aに対する倍率は、 それぞれ 2光束 L B 1 , 82及び2光束 (: 1 , L C 2によって格子形成面 64 a上に 形成される干渉縞が互いに同一ピッチとなるように調整されている。 こ の結果、 格子形成面 64 a上には所定ピッチの単一の回折格子を形成し ておけばよいことになり、 受光ビーム合成用プリズム 64の構成が簡素 化される。 また、 送光対物系 6 2 B, 6 2 (3の倍率 32, /3 1、 及び所 定の係数 3。 を用いると、 検出対物系 6 3 B及び 6 3 Cの倍率はそれぞ れ] 3。 Z β 2及び] 3。 Ζ β 1と表すことができ、 検出対物系 6 3 Β及び 6 3 Cの倍率は互いに異なっている。
言い換えると、 検出対物系 6 3 Β, 6 3 Cの被検面から格子形成面に 対する倍率は、 送光対物系 6 2 Β, 6 2 Cの格子形成面から被検面に対 する倍率の逆数に比例しているともみなすことができる。 この場合、 最 も簡単な例として、 検出対物系 6 3 Β, 6 3 Cを送光対物系 6 2 Β, 6 2 Cと対称に同一構成とする、 即ち係数 ]3。 を 1 として、 検出対物系 6 3 Β, 6 3 Cの倍率を送光対物系 6 2 Β, 6 2 Cの倍率の逆数の関係で ある 1 Z 3 2, 1 Z 3 1としてもよい。 これによつて、 検出対物系 6 3 Β, 6 3 Cの設計が容易になる利点がある。
但し、 別の例として検出対物系 6 3 Β, 6 3 Cの倍率を同一として、 かつそれぞれシャインプルーフの条件を満足するようにしてもよい。 こ のとき、 2光束 LB 1, L B 2及び 2光束 L C 1, LC 2によって格子 形成面 64 a上に形成される干渉縞のピッチが互いに異なるため、 格子 形成面 64 a上の対応する領域にはそれぞれ対応する異なるピッチ (例 えば干渉縞のピッチの 2倍のピッチ) の回折格子を形成しておけばよい t この構成例では、 2つの検出対物系 6 3 B, 6 3 Cを単一の対物系で代 用するようにしてもよい。
上記のように、 検出対物系 6 3 B, 6 3 Cの倍率をそれぞれ送光対物
系 62 B, 62 Cの倍率の逆数の関係に設定したものとすると、 2光束 L B 1 , LB 2及び 2光束 LC I, L C 2によって格子形成面 64 aに は互いに同一のピッチ P 3 2の干渉縞が形成される。 そこで、 格子形 成面 64 aの全面には、 その 2対の 2光束の土 1次回折光を同一方向と するピッチ P 3の回折格子が形成されている。 この回折格子による光束 LB 1の + 1次回折光 LB 1 (+1)、 及び光束 LB 2の一 1次回折光 LB 2 (-1)は平行に合成され、 同様に光束 LC 1の + 1次回折光 LC 1 (+1)、 及び光束 L C 2の一 1次回折光 L C 2 (-1)も平行に合成され、 これら 2 つの合成光 (ヘテロダイン干渉光) は受光ビ一ム合成用プリズム 64か ら射出された後、 集光用レンズ 38 Aを通り、 空間フィルタ 39を通つ てレンズ 38 Bによって平行光束になる。
レンズ 38 Bから射出される 2つのへテロダイン干渉光は、 集光レン ズ 40 A〜40 C及び 40 D〜40 Fに入射する。 集光レンズ 40 A〜 40 C, 40 D〜40 Fはウェハ W上の先読み領域 4 A, 4B内のそれ ぞれ 3個の計測領域に対応して配置されている。 そして、 集光レンズ 4 0 A〜40 Fで集光された干渉光は、 それぞれ光ファイバ 41 A〜41 Fを介して受光信号生成部 42 A内の光電検出器に入射し、 この 6個の 光電検出器から周波数 Δ f の検出ビート信号が出力され、 これらの検出 ビート信号と上記の基準ビー卜信号との位相を比較することによって、 先読み領域 4 A, 4 B内のそれぞれ 3個の計測点での位相差が検出され る。 これらの位相差を (1 3) 式に代入することによって、 広い検出レ ンジで高精度に各計測点でのフォーカス位置が検出される。
また、 この検出結果に基づいて、 (1 6) 式を用いることによって、 狭い検出レンジ内で更に高い分解能で高精度に各計測点のフォーカス位 置を計測することもできる。
この際に本例では、 時分割方式ではなく被検面上に同時に異なるピッ
チの干渉縞を投影しているため、 走査露光中であっても所定の高いサン プリングレートで (高速に) 連続的に広い検出レンジで高精度に各計測 点のフォーカス位置を検出することができる。 従って、 露光対象のショ ッ ト領域内でフオーカス位置が比較的大きく変化するような場合でも正 確に追従できる利点がある。
なお、 図 1 1の実施の形態では、 送光対物系 6 2 B, 6 2 Cの倍率を 僅かに変えているが、 その代わりに例えばミラ一等を組み合わせること によって、 2光束 L B 1, L B 2と 2光束 L C 1, L C 2との被検面上 での交差角を僅かに変えるようにしてもよい。
また、 上記の各実施の形態では、 先読み領域 4 A, 4 B内の 3箇所で フォーカス位置が検出されているが、 その計測領域 (計測点) の個数は 任意であり、 例えば 4個、 又は 5個等としてもよい。 更には、 先読み領 域 4 A内の複数列の複数の計測領域でフォーカス位置を検出してもよい。 また、 例えば他にレべリングセンサを使用して、 先読み領域 4 A , 4 B 内の 1点でのみフォーカス位置の計測を行ってもよい。
また、 上記の実施の形態は、 本発明をステップ · アンド · スキャン方 式の投影露光装置に適用したものであるが、 本発明はステップ · アンド • リピート方式 (一括露光型) の投影露光装置 (ステッパー) で露光す る場合にも適用することができる。 一括露光型の投影露光装置の A Fセ ンサに本発明を適用する場合には、 一例として図 1 0 ( b ) に示すよう に、 矩形のショット領域 S Aの対角線に沿ったスリット状の検出領域 5 5にへテロダインビームを所定の交差角で照射してピッチ P 1の干渉縞 を投影し、 それに隣接する検出領域 5 6にはピッチ P 2の干渉縞を投射 することが考えられる。 そして、 検出領域 5 5内の例えば 5箇所の計測 領域 5 5 a〜5 5 e、 及びこれらに隣接する検出領域 5 6内の計測領域 5 6 a〜5 6 eでそれぞれ検出ビート信号の位相の変化量を検出するこ
とで、 広い検出レンジで高精度にフォーカス位置を計測することができ る。
また、 上記の実施の形態では、 複数波長のへテロダインビームを生成 するために、 照明光源 2 2 A, 2 2 B及びへテロダインビーム生成光学 系 2 4等を使用しているが、 ヘテロダインビームを発生するためには、 所定の周波数差を有する 2つのレーザビームを発生するゼ一マンレーザ 等も利用できる。
[第 3の実施の形態]
次に、 本発明の第 3の実施の形態につき図 1 4〜図 2 3を参照して説 明する。 本例は、 本発明の位置検出装置及びこれに関連する発明を露光 装置のァライメント系 (ァライメントセンサ) に適用したものである。 図 L 4には、 本実施形態の露光装置 1 0 0の概略的な構成が示されて いる。 本実施形態の露光装置 1 0 0は、 いわゆるステップ · アンド · ス キャン露光方式の投影露光装置である。 図 1 4に示されるように、 本実 施形態の露光装置 1 0 0は、 光源 1 0 1及び照明光学系 1 0 2を含む照 チクルステージ R S T、 投影光学系 P L、 感応基板としてのウェハ Wを 保持する基板ステージとしてのウェハステージ W S Tを有するステージ 装置 1 1 0、 及びこれらの制御系等を備えている。
前記照明系は、 光源 1 0 1と、 コリメ一夕レンズ、 フライアイレンズ 等からなる照度均一化光学系、 リレーレンズ、 可変 N Dフィル夕、 及び レチクルブラインド (いずれも図示せず) 等を含む照明光学系 1 0 2、 及びダイクロイツクミラ一 1 0 7等を含んで構成されている。
ここで、 この照明系の作用の概要を説明すると、 光源 1 0 1で発生し た照明光 I Lは不図示のシャツ夕一を通過した後、 照度均一化光学系に
より照度分布がほぼ均一な光束に変換される。 照明光 I Lとしては、 例 えば K r Fエキシマレーザ光、 A r Fエキシマレーザ光、 又は F 2 レー ザ光等のエキシマレ一ザ光、 銅蒸気レーザや Y A Gレーザの高調波、 あ るいは超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線 (g線、 i線等) 等が用い られる。
照度均一化光学系から射出された光束は、 リレーレンズを介して、 レ チクルブラインドに達する。 このレチクルブラインドは、 レチクル尺の パターン形成面及びウェハ Wの露光面と光学的に共役な面に配置され、 このレチクルブラインドのリレーレンズ側に密着するように、 可変 N D フィル夕が設置されている。
レチクルブラインドとしては、 複数枚の可動遮光板 (例えば、 2枚の L字型の可動遮光板) を例えばモー夕により開閉することにより開口部 の大きさ (スリット幅等) を調整するものが用いられる。 その開口部の 大きさを調整することにより、 レチクル Rを照明するスリット状の照明 領域 I A R (図 1 5参照) を任意の形状及び大きさに設定できるように なっている。
また、 可変 N Dフィルタは透過率分布を所望の状態に設定するもので, 例えば二重すだれ構造、 液晶表示パネル、 エレクト口クロミックデバイ ス、 又は所望の形状の N Dフィルタより構成されている。 本実施形態で は、 この可変 N Dフィル夕は、 可変 N Dフィル夕制御部 2 2によって出 し入れ (あるいはその回転角度) 等の制御がなされており、 これにより レチクル R上の照明領域 I A R内の照度分布が意図的に不均一にされ、 結果的に走査中のウェハ W上の露光量を一定に保つことができるように なっている。
可変 N Dフィル夕及びレチクルブラインドを通過した光束は、 ダイク ロイックミラ一 1 0 7に至り、 ここで鉛直下方に折り曲げられて回路パ
夕一ン等が描かれたレチクル Rの照明領域 I ARを照明する。
前記レチクルステージ R S T上にはレチクル Rが、 例えば真空吸着に より固定されている。 レチクルステージ RSTは、 レチクル Rの位置決 めのため、 照明光学系の光軸 I X (後述する投影光学系 PLの光軸 AX に一致) に垂直な平面内で 2次元的に (X軸方向及びこれに直交する Y 軸方向及び XY平面に直交する Z軸回りの回転方向に) 微少駆動可能に 構成されている。
また、 このレチクルステージ RSTは、 リニアモー夕等で構成された レチクル駆動部 (図示省略) により、 所定の方向 (走査方向) に指定さ れた走査速度で移動可能となっている。 このレチクルステージ RSTは、 レチクル Rの全面が少なくとも照明光学系の光軸 I Xを横切ることがで きるだけの移動ス卜ロークを有している。
レチクルステージ R S Tの端部にはレチクルレーザ干渉計 (以下、 「レチクル干渉計」 という) 1 16からのレーザビームを反射する移動 鏡 1 1 5が固定されており、 レチクルステージ R S Tのステージ移動面 内の位置はレチクル干渉計 1 1 6によって、 例えば 0. 5〜l nm程度 の分解能で常時検出される。 ここで、 実際には、 レチクルステージ RS T上には走査方向に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向に直交 する反射面を有する移動鏡とが設けられ、 これに対応してレチクル干渉 計も走査方向位置計測用の干渉計と非走査方向位置計測用の干渉計とが 設けられているが、 図 14ではこれらが代表的に移動鏡 1 1 5、 レチク ル干渉計 1 16として示されている。
レチクル干渉計 1 1 6からのレチクルステージ RSTの位置情報 RP はステージ制御系 1 1 9に送られる。 ステージ制御系 1 1 9は、 レチク ルステージ RSTの位置情報に基づいてレチクル駆動部 (図示省略) へ レチクル移動指示 MRを出力し、 レチクル駆動部を介してレチクルステ
—ジ R S Tを駆動する。
なお、 不図示のレチクルァライメン卜系により所定の基準位置にレチ クル Rが精度良く位置決めされるように、 レチクルステージ R S Τの初 期位置が決定されるため、 移動鏡 1 1 5の位置をレチクル干渉計 1 16 で測定するだけでレチクル Rの位置を十分高精度に測定したことになる。 前記投影光学系 PLは、 レチクルステージ RSTの図 14における下 方に配置され、 その光軸 AX (照明光学系の光軸 I Xに一致) の方向が Z軸方向とされている。 投影光学系 PLでは、 両側テレセントリックで 所定の縮小倍率 (例えば 1/5、 又は 1Z4) を有する屈折光学系が使 用されている。 このため、 照明光学系からの照明光 I Lによってレチク ル Rの照明領域 I ARが照明されると、 このレチクル Rを通過した照明 光 I Lにより、 投影光学系 P Lを介してその照明領域 I AR内のレチク ル Rの回路パターンの縮小像 (部分倒立像) が表面にレジスト (感光剤) が塗布されたウェハ W上に形成される。
ステージ装置 1 1 0は、 投影光学系 PLの図 14における下方に配置 され、 ベース B S上を XY 2次元方向に移動するほぼ正方形のウェハス テージ WS Tと、 このウェハステージ WS T上に搭載されたウェハホル ダ 109とを備えている。
ウェハホルダ 1 09上にはウェハ Wが真空吸着される。 ウェハホルダ 1 09は、 投影光学系 PLの最良結像面に対し、 任意方向に傾斜可能で、 かつ投影光学系 PLの光軸 AX方向 (Z方向) に微動が可能に構成され ている。 また、 このウェハホルダ 1 09は光軸 AX回りの回転動作も可 能になっている。
ウェハステージ WS Tは走査方向 (Y方向) の移動のみならず、 ゥェ ハ W上の複数のショッ ト領域を前記照明領域 I ARと共役な露光領域に 位置させることができるように、 走査方向に垂直な方向 (X方向) にも
移動可能に構成されており、 ウェハ W上の各ショット領域を走査 (スキ ヤン) 露光する動作と、 次のショットの露光開始位置まで移動する動作 とを繰り返すステップ · アンド 'スキヤン動作を行う。 このウェハステ —ジ WS Tはモー夕等のウェハステージ駆動部 1 24により XY 2次元 方向に駆動される。
ウェハステージ WS Tの端部にはウェハレーザ干渉計 (以下、 「ゥェ ハ干渉計」 という) 1 1 8からのレーザビームを反射する移動鏡 1 1 7 が固定され、 ウェハステージ WS Tの XY平面内での位置はウェハ干渉 計 1 1 8によって、 例えば 0. 5〜 1 nm程度の分解能で常時検出され ている。 ここで、 実際には、 ウェハステージ WS T上には、 走査方向に 直交する反射面を有する X移動鏡 1 1 7 Xと非走査方向に直交する反射 面を有する Y移動鏡 1 1 7 Yとが設けられ、 これに対応してウェハ干渉 計も X軸方向位置計測用の X干渉計 1 1 8 Xと Y軸方向位置計測用の Y 干渉計 1 1 8 Yとが設けられているが、 図 14ではこれらが代表的に移 動鏡 1 1 7、 ウェハ干渉計 1 1 8として示されている。 ウェハステージ WS Tの位置情報 (又は速度情報) はステージ制御系 1 1 9に送られ、 ステージ制御系 1 1 9はこの位置情報 (又は速度情報) に基づいてゥェ ハステージ駆動指示信号を出力し、 ウェハステージ駆動部 1 24を介し てウェハステージ WS Tを制御する。
本実施形態の露光装置においては、 図 1 5に示されるように、 レチク ル Rの走査方向 (Y方向) に対して垂直な方向に長手方向を有する長方 形 (スリッ ト状) の照明領域 I ARでレチクル Rが照明され、 レチクル Rは転写時に— Y方向に速度 VR で走査 (スキャン) される。 照明領域 I AR (中心は光軸 AXとほぼ一致) は投影光学系 PLを介してウェハ W上に投影され、 スリット状の露光領域 I Aが形成される。 ウェハ Wは レチクル Rとは倒立結像関係にあるため、 ウェハ Wは速度 VR の方向と
は反対方向 (+ Y方向) にレチクル Rに同期して速度 Vw で走査され、 ウェハ W上のショット領域 S Aの全面が露光可能となっている。 走查速 度の比 Vw V R は正確に投影光学系 P Lの縮小倍率に応じたものにな つており、 レチクル Rのパターン領域 P Aのパターンがウェハ W上のシ ヨット領域 S A上に正確に縮小転写される。 照明領域 I A Rの長手方向 の幅は、 レチクル R上のパターン領域 P Aよりも広く、 遮光領域 S Tの 最大幅よりも狭くなるように設定され、 レチクル Rを走査 (スキャン) することによりパターン領域 P A全面が照明されるようになっている。
図 1 4に戻り、 前記ダイクロイツクミラー 1 0 7を介して、 ウェハ W 上の各ショット領域に付設されたァライメントマーク (ウェハマーク) ゃレチクル R上のァライメントマーク (レチクルマーク) の位置を検出 するためのァライメント系 (ァライメントセンサ) 1 3 0が設けらてい る。 このァラメント系 1 3 0の構成の詳細は後述する。 ァライメント系 1 3 0による計測結果が、 装置全体の動作を制御する主制御装置 1 2 0 に供給され、 主制御装置 1 2 0では、 ウェハマークの計測された位置よ りウェハ W上のショット領域の配列座標を例えば日本国特開昭 6 1 - 4 4 4 2 9号公報に開示されるような最小自乗法を用いた統計演算の手法 により算出する。
また、 図 1 4の装置には、 投影光学系 P Lの最良結像面に向けて光束 を光軸 A X方向に対して斜め方向より供給する投射光学系 1 1 3と、 そ の光束のウェハ Wの表面での反射光束を受光する集光光学系 1 1 4とか ら成る斜入射方式の焦点位置検出系 (A Fセンサ) 力 投影光学系 P L を支える支持部 (図示省略) に固定されている。 この焦点位置検出系に ついては、 第 1の実施の形態又は第 2の実施の形態の A Fセンサを使用 することができる。 この焦点位置検出系は、 ゥェ八表面の投影光学系の 最良結像面に対する上下方向 (Z方向) の位置偏差を検出し、 ウェハ W
と投影光学系 PLとが所定の間隔を保つようにウェハホルダ 109を Z 方向に駆動するために用いられる。 焦点位置検出系からのウェハの Z位 置情報は、 ステージ制御系 1 1 9に送られる。 ステージ制御系 1 1 9は このウェハ位置情報に基づいてウェハホルダ 109を Z方向に駆動する c 以下、 まず、 本実施形態におけるァライメント系 130について、 図 16〜図 2 1に基づいて説明する。
図 1 6には、 ァライメント系 130の構成を説明するための図が示さ れている。 このァライメント系 130は、 本発明の位置検出方法及び装 置が適用されるものである。 ァライメント系 1 30は、 図 1 6に示され るように、 位置検出用光源 140から出射された光から、 周波数差を有 する 2光束を生成する 2光束生成系 1 3 1と、 この 2光束生成系 1 3 1 で生成された 2光束を、 ダイクロイツクミラー 107を介してウェハ W ゃレチクル Rに導く照射光学系 132と、 ウェハマーク WM又はレチク ルマーク RMで発生した複数の回折光に干渉光の強度を検出する光検出 系 133と、 この光検出系 1 33の検出結果に基づいて、 ウェハマーク WM又はレチクルマーク RMの位置を検出するために位相情報を求める 位相検出系 12 1とを備えている。 そして、 このァライメント系 1 30 は、 参照用光検出系 1 34を更に備えている。
ここで、 ウェハマーク WMは、 図 1 7に示されるように、 互いにピッ チが異なる第 1マークとしての回折格子マーク WM1 (ピッチ =PWM 1) 及び第 2マークとしての回折格子マーク WM2 (ピッチ =PWM2 ≠PWM 1 ) を含んでいる。 ここで、 回折格子マーク WM 1と回折格子 マーク WM2とは、 図 17 (A) に示されるように、 各回折格子マーク のピッチ方向に並んで配列されてもよいし、 また、 図 1 7 (B) に示さ れるように、 各回折格子マークのピッチ方向に直交する方向に並んで配 列されてもよい。 図 1 7 (B) のような配列の場合には、 回折格子のピ
ツチ方向に広いマークとすることができる、 混入を避ける視野分離が行 いやすい利点がある。 さらに、 回折格子マーク WM 1と回折格子マーク WM2とは、 同一の領域に混在して形成されてもよい。 また、 レチクル マーク RMも、 ウェハマーク WMと同様に、 互いにピッチの異なる 2種 の回折格子マークを含んでいる。
図 1 6において、 位置検出用光源 140は、 露光光とは異なる波長帯 の白色光源であり、 例えば Xeランプ、 ハロゲンランプが使用される。 2光束生成系 1 3 1は、 位置検出用光源 140に加えて、 口径が可変な 可変絞り 141、 コンデンサレンズ 142、 バンドパスフィルタ 143、 ラマン—ナス (Raman- Nath) 回折領域で使用される音響光学変調器 (A OM) 147、 及び AOM駆動系 1 35を備えている。
ここで、 この 2光束生成系の構成部分をその作用とともに説明すると、 位置検出用光源 140で発生した白色光は、 可変絞り 141及びコンデ ンサレンズ 142を介することにより平行光束に変換された後、 バンド パスフィル夕 143で所定の波長域の光が抽出され、 所定の波長域の平 行光束 L。 となる。 ここで所定の波長域の中心周波数を f 。 (波長 =λ 0 ) とする。 そして、 この平行光束 L。 は、 AOM147にほぼ垂直に 入射する。
AOM 147は、 図 18に示されるように、 周波数 f ! 及び f 2 (以 下、 f > >: f 2 とする) の高周波信号 S F 1及び S F 2で互いに逆方向 に駆動されている。 これらの高周波信号 S F 1及び S F 2は、 主制御装 置 20からの指示により、 AOM駆動系 35から供給される。 さらに、 AOM駆動系 35は、 高周波信号 S F 1と高周波信号 S F 2とを例えば ミキシングすることにより、 高周波信号 S F 1と高周波信号 S F 2との 差周波数の基準ビー卜信号を生成して位相検出系 1 2 1へ供給している ( 図 1 8には、 高周波信号 S F 1及び S F 2による駆動によって発生する
A〇M 1 4 7中の進行波と、 この進行波による光束 L。 の回折作用が示 されている。 高周波信号 S F 1及び S F 2によって駆動されると、 図 1 8において太線矢印で示されるように、 互いに逆向きに進行する 2種の 進行波が AOM 1 4 7の内部に発生する。
ここで、 前述の 2種の進行波が合成された進行波の波長を Λ、 速度を V、 光の波長を λとし、 周波数 及び f 2 がそれらの差の周波数 ( f
1 - f 2 ) よりも十分に大きいとし、 回折光の次数を 1次とすると、 ほ ぼ、 次のようになる。
A = V/ f , ( f = ( f 1 + f 2 ) /2) (4 1 ) また、 回折角 Θは、 ほぼ次のようになる。
s i η θ =λ/Λ (4 2) したがって、 周波数 ! 、 f 2 を変化させることにより、 (4 1 ) 式 のように進行波の波長 Λが変化し、 その結果、 (4 2) 式のように AO M l 4 7からの士 1次回折光の回折角が変化する。
以上のような進行波が発生している AOM 1 4 7中では、 光束 L。 が ラマン—ナス回折作用を受ける。 以下では、 回折光の次数は、 高周波信 号 S F 1による進行波の進行方向を基準にして考えることとする。 この とき、 光束 の + 1次回折光 ( 1 ) (以下、 光束 L i ( 1 ) と呼 ぶ) は、 AOM 1 4 7により ( f 。 + f d i) (ここで、 f d l= ( f i - f 2 ) / 2) の周波数変調を受ける。 また、 光束 L。 の— 1次回折光 L 2 (— 1 ) (以下、 光束 L2 (— 1 ) と呼ぶ) は、 AOM 1 47により ( f 。 — f dl) の周波数変調を受ける。
以下、 本実施形態で使用される AOM 1 4 7の具体的な構成につき、 図 1 9を参照して説明する。 AOM 1 4 7は、 図 1 9に示されるように, 音響光学媒体 7 1 Aと、 この音響光学媒体 7 1 Aの一方の側面に順次固 定された、 電極板 7 2 A、 超音波発生用のトランスデューサ 7 3 A、 電
極板 74A、 及び吸音材 76 Bとを備える。 また、 AOM147は、 音 響光学媒体 71 Bの他方の側面に順次固定された、 電極板 72 B、 超音 波発生用のトランスデューサ 73 B、 電極板 74 B、 及び吸音材 76 A とを更に備える。 そして、 電極板 72 Aと電極板 74Aとの間に AOM 駆動系 1 35から周波数 f ! の高周波信号 (駆動信号) S F 1が供給さ れ、 これにより進行波 (超音波) 77Aが発生する。 また、 電極板 72 Bと電極板 74 Bとの間に AO M駆動系 1 35から周波数 ί 2 の高周波 信号 S F 2が供給され、 これにより進行波 (超音波) 77 Βが発生する。 なお、 吸音材 76 Α及び 76 Βは、 それぞれ対向するトランスデューサ 73 A及び 73 Bからの超音波を吸収して、 反射波の発生を防止してい る。
ここで、 音響光学媒体 7 1 Aとしては、 通常のガラスの他に、 2酸化 テルル (Te〇2 ) の単結晶、 石英 (水晶を含む) 、 モリブデン酸鉛の 単結晶等を使用することができる。 また、 吸音材 76A, 76 Bとして は、 音響インピーダンスが音響光学媒体 7 1 Aのそれと近く、 かつ音波 を吸収しやすい材料から成る部材を使用することができる。 具体的には、 鉛又はアルミニウム等の金属膜を使用することができる。 また、 トラン スデューサ 73 A, 73 Bとしては、 ニオブ酸リチウム (L i N b〇3 ) の単結晶、 L i 1〇3 の単結晶、 B a3 NaNbs 〇15の単結晶等を使 用することができる。
その A〇M 147において、 トランスデューサ 73 Aとトランスデュ —サ 73 Bとによって挟まれた領域が 1つの幅 D 1の超音波作用領域 7 8 Aを形成しており、 超音波作用領域 78 A内に実質的に周波数 f dl (= ( f : - f 2 ) /2) の進行波が形成される。 したがって、 光束 L 。 は、 実際にはその周波数 f dlの進行波により回折されて、 + 1次回折 光 (光束) LI (1) 及び— 1次回折光 (光束) L2 (— 1) となる。
なお、 概念的には、 光束し。 中の光束 L。Aの進行波 77 Aによる + 1次 回折光 L。A (1) と光束 L。 中の光束 L。Bの進行波 77 Bによる一 1次 回折光 L。B (- 1) との混合波が光束 (1) を形成する。 同様に、 光束 L。 中の光束 L。Aの進行波 77 Aによる— 1次回折光 LQA (— 1) と光束 L。 中の光束 L。Bの進行波 77 Bによる 1次回折光 L。B (1) と の混合波が光束 L 2 (- 1) を形成する。 ここで、 光束 (1) の周 波数変化分は f dlであり、 光束 L2 (— 1) の周波数変化分は一 ί で ある。
次に、 図 19の AOM 147の変形例を、 図 20に基づいて説明する この変形例は、 1つの AOM 147の代わりに、 2つの ΑΟΜを用いて、 図 19の AOM147と同様に 2つの光束 L ( 1 ) 及び光束 L2 (- 1) に分割するものである。
この変形例では、 図 20に示されるように、 八0 147八及び八〇 M 147 Bという 2つの AOMを使用する。 AOM147Aは、 音響光 学媒体 7 1Aと、 この音響光学媒体 7 1 Aの一方の側面に順次固定され た、 電極板 72A、 超音波発生用のトランスデューサ 73 A、 及び電極 板 74 Aと、 音響光学媒体 7 1 Aの他方の側面に固定された吸音材 76 Aとを備える。 そして、 電極板 72 Aと電極板 74 Aとの間に AOM駆 動系 35から周波数 の高周波信号 (駆動信号) SF 1が供給され、 これにより進行波 (超音波) 7 7Aが発生する。
また、 AOM147 Bは、 音響光学媒体 7 1 Bと、 この音響光学媒体 7 1 Bの一方の側面に順次固定された、 電極板 72 B、 超音波発生用の 卜ランスデューサ 73 B、 及び電極板 74Bと、 音響光学媒体 7 1 Bの 他方の側面に固定された吸音材 76 Bとを備える。 そして、 電極板 72 Bと電極板 74Bとの間に AOM駆動系 35から周波数 f 2 の高周波信 号 (駆動信号) S F 2が供給され、 これにより進行波 (超音波) 77 B
が発生する。 ここで、 進行波 77 Bは前述の進行波 77と逆方向に進行 する。
その A〇M 147 Aにおいて、 トランスデューサ 73 Aと吸音材 76 Aとによって挟まれた領域が第 1の超音波作用領域 78 Aを形成してお り、 また、 トランスデューサ 73Bと吸音材 76 Bとによって挟まれた 領域が第 2の超音波作用領域 78Bを形成している。 そして、 光束 。 に対する A〇M 47 A内の進行波 77 Aによる + 1次回折光 L。 ( 1 ) と、 AOM47 A内の進行波 77 Aによる光束 L。 の 0次回折光 LA に 対する AOM47 B内の進行波 7 7 Bによる 1次回折光 LA ( 1 ) との 混合波が光束 (1) となる。 また、 光束 L。 に対する AOM47A 内の進行波 77 Aによる一 1次回折光 L。 (一 1) と、 AOM47A内 の進行波 7 7 Aによる光束 L。 の 0次回折光 LA に対する A OM 4 7 B 内の進行波 7 7 Bによる一 1次回折光 LA (- 1 ) との混合波が光束 L 2 (- 1 ) となる。
ここで、 図 1 9の AOM 147の場合と同様に、 光束 (1) の周 波数変化分は f dlであり、 光束 L2 (- 1 ) の周波数変化分は— ί "で ある。 なお、 Α〇Μ 147 Α内の超音波発生領域の中心と Α〇Μ 147 B内の超音波発生領域の中心との間隔 (空気長に換算した間隔) sは、 2つの光束 (1) , L2 (- 1) の干渉光の光電変換信号 (光ビー ト信号) のコントラストが最大になるように設定されている。
図 20における AOM147Aと AOM147 Bとの間隔 sはできれ ば 0となることが望ましいが、 図 20のように隣接して AOM147 A と A〇M 147 Bとを配置する場合には、 間隔 sは 0となり得ない。 そ こで、 この間隔 sを実質的に 0とするために、 A〇M147AとAOM 147 Bとの間にリレーレンズ系を配置することが考えられる。
図 2 1には、 そのようにりレ一レンズ系を配置した変形例が示されて
いる。 この変形例は、 図 2 1に示すように、 図 20の AOM147Aを 上下反転して進行波の方向を逆方向にした AOM 147 Aと、 図 20に おけるのと同様の A〇M 147 Bと、 AOM147Aと AOM147 B との間に配置され、 2枚のレンズ 75 A及び 75 Bから成るリレーレン ズ系とを備えている。 ここで、 レンズ 75 Aは焦点距離 FD 1を有し、 レンズ 75 Bは焦点距離 FD 2を有する。 そして、 AOM47Aの超音 波発生領域の中心 Pはレンズ 75 Aの前側焦点に配置され、 レンズ 75 Aとレンズ 75 Bとの間隔は (FD 1 +FD2) に設定され、 AOM1 47 Bの超音波発生領域の中心 Qはレンズ 75 Bの後側焦点に配置され ている。 すなわち、 そのリレーレンズ系により、 AOM147Aの超音 波発生領域の中心 Pと AOM 147 Bの超音波発生領域の中心 Qとが共 役となっている。
図 2 1の変形例では、 入射する光束 L。 による A〇M 147 A内の超 音波発生領域の中心からの + 1次回折光 L。 (1) 、 — 1次回折光 L。
(― 1 ) 、 及び 0次回折光 LA は、 リレーレンズ系を介して AOM 1 4 7 B内の超音波発生領域の中心 Qで交差する。 したがって、 その中心 Q からは、 0次光 LA による + 1次回折光 LA (1) と前記 + 1次回折光 L o (1) とがほぼ完全に重なった状態で射出され、 また、 0次光 LA による— 1次回折光 LA (- 1) と前記— 1次回折光 L。 (— 1) とが ほぼ完全に重なった状態で射出される。 そして、 + 1次回折光 LA ( 1 ) と + 1次回折光 L。 (1) との混合波が光束 L i (1) となり、 — 1次 回折光 LA (— 1) と— 1次回折光 L。 (— 1) との混合波が光束 L2 (一 1 ) となる。
図 1 6に戻って、 照射光学系 132は、 レンズ 148 a、 空間フィル 夕 149、 反射ミラー 1 50、 レンズ 148 b、 レンズ 1 5 1、 ビーム スプリツ夕 152、 リレー光学系 (1 56 a, 1 56 b, 1 57) 、 ビ
一ムスプリッ夕 1 58、 平行平面板 1 67、 及びレンズ 1 68を備えて いる。 ここで、 レンズ 148 aとレンズ 148 bとでリレー光学系を構 成している。
ここで、 照射光学系 1 32の構成要素をその作用とともに説明すると、 2光束生成系 1 3 1から出力された光束 Li (1) 及び光束 L2 (— 1) は、 レンズ 148 a、 空間フィル夕 149、 反射ミラ一 1 50、 レンズ
148 b, 及びレンズ 1 5 1を介してビ一ムスプリッ夕 1 52に到達す る。 なお、 2光束生成系からは、 0次光や高次光も出力されるが、 空間 フィル夕 149は、 光束 (1) 及び光束 L2 (— 1) のみを選択し て透過する。 こうした、 選択透過は、 前述した (42) 式で求められる 光束 (1) 及び光束 L 2 (— 1) の進行方向に基づいて、 光束
(1) 及び光束 L 2 (— 1) の通過位置を求め、 空間フィル夕 149に おいてその通過位置に開口を形成することにより達成される。
ビームスプリッ夕 1 52に到達した光束 ( 1 ) 及び光束 L 2 (― 1) は、 それぞれが 2分割される。 ここで、 ビームスプリツ夕 1 52を 透過し、 紙面水平方向へ進んだ光束 (1) 及び光束 L 2 (— 1) は、 参照用光検出系 1 34へ入力する。 一方、 ビームスプリツ夕 1 52で反 射され、 紙面下方へ進んだ光は、 リレー光学系 (1 56 a, 156 b,
1 57) 、 ビームスプリツ夕 1 58、 及び平行平面板 1 67を通過する。 ここで、 平行平面板 1 67は、 前記投影光学系 PLの瞳共役位置又はそ の近傍に、 照射光学系 132の光軸に対して傾角可変に配設され、 投影 光学系 PLのテレセントリック性を維持する機能を有する。 なお、 平行 平面板 1 67の代わりに、 厚さが厚い粗調整用の平行平面板と厚さが薄 い微調整用の平行平面板とを組み合わせた構成としてもよい。
平行平面板 167を通過した光束 (1) 及び光束 L2 (― 1 ) は、 レンズ 1 6 8を介した後、 ダイクロイツクミラ一 1 07を透過して、 対
称的な入射方向で所定の交差角を有する 2方向からレチクル R上で集光 されるとともに、 投影光学系 PLを介してウェハ上で集光される。 なお、 投影光学系 PLが位置検出用光に対して色収差補正がなされていないと きには、 レンズ 1 68は、 日本国特開昭 63— 2831 29号公報及び これに対応する米国特許 (US P) 第 5, 004, 348号明細書で提 案されている 2焦点光学系で構成することが好ましい。 これにより、 2 焦点光学系に入射する光束 (1) 及び光束 L 2 (- 1) は、 互いに 直交する偏光光にそれぞれ分割され、 第 1焦点に向かう一方の偏光光同 士がレチクル R上で集光され、 第 2焦点に向かう他方の偏光光同士がゥ ェハ W上で集光されされる。
なお、 光束 L。 の中心波長をえ。 、 光束 L (1) のレチクル尺への 入射角を 0RMとし、 光束 L2 (— 1) のレチクル Rへの入射角を一 0 RM とし、 レチクルマーク RMを構成する 2つの回折格子マークのピッチを PRM1及びPRM2としたとき、 次の関係に設定されている。
s i n 0 RM=入。 ZP RM i, ( i = 1 , 2) (43) また、 光束 L。 の中心波長を 。 、 光束 (1) のウェハ Wへの入 射角を 6WMとし、 光束 L2 (- 1 ) のウェハ Wへの入射角を一 0™とし, ウェハマーク WMを構成する 2つの回折格子マークのピッチを PWM 1 及び PWM2としたとき、 次のように設定されている。
s i η Μ=λ。 ZPWM i, ( i = 1 , 2) (44) 以上の 2光束生成系 13 1、 照射光学系 132、 レチクル R、 投影光 学系 PL、 及びウェハ Wに配置において、 AOM 147内の進行波発生 領域は、 レチクル R及びウェハ Wと共役な位置に配置されている。 した がって、 前記 AOM 147に供給する高周波信号 S F 1 , S F 2の周波 数 , f 2 を変化させることにより、 レチクルマーク RMやウェハマ ーク WM上に形成される干渉縞のピッチを変化させることができる。
次に、 光検出系 1 3 3は、 レンズ 1 5 9、 ビームスプリッ夕 1 6 0、 視野絞り 1 6 1, 1 6 4、 空間フィルタ 1 6 2, 1 6 5、 光電検出器 1 6 3, 1 6 6、 及びローパスフィル夕 (L P F) 1 6 9 a, 1 6 9 bを 備える。
ここで、 光検出系 1 3 3の構成要素をその作用とともに説明すると、 光束 L i ( 1 ) 及び光束 L 2 (— 1 ) がレチクルマーク RMに照射され た結果として回折作用によって発生し、 紙面上方向の同一方向に進行す る ± 1次回折光は、 再びダイクロイツクミラ一 1 0 7、 レンズ 1 6 8、 及び平行平面板 1 6 7を介した後にビームスプリッ夕 1 5 8で紙面右方 向に反射され、 レンズ 1 5 9及びビームスプリツ夕 1 6 0を介して、 視 野絞り 1 6 4に到達する。 この視野絞り 1 64は、 レチクル Rと共役な 位置に配設されており、 レチクルマーク RMからの回折光のみを通過さ せる。 視野絞り 1 6 4を通過したレチクルマーク RMからの回折光は、 空間フィル夕 1 6 5で土 1次回折光のみが選択されて、 光電検出器 1 6 6に達し、 + 1次回折光と一 1次回折光との干渉光の強度が検出される c この検出結果は、 L P F 1 6 9 bを介して位相検出系 1 2 1に通知され る。 ここで、 L P F 1 6 9 bは、 周波数 ( ί , /2) 以下の周波数の電 気信号を通過させるものであることが好ましい。
一方、 光束 ( 1 ) 及び光束 L 2 (— 1 ) がウェハマーク WMに照 射された結果として回折作用によって発生し、 紙面上方向の同一方向に 進行する ± 1次回折光は、 再び投影光学系 P L、 ダイクロイツクミラー 1 0 7、 レンズ 1 6 8、 及び平行平面板 1 6 7を介した後にビームスプ リツ夕 1 5 8で紙面右方向に反射され、 レンズ 1 5 9及びビームスプリ ッ夕 1 6 0を介して、 視野絞り 1 6 1に到達する。 この視野絞り 1 6 1 は、 ゥェ八 Wと共役な位置に配設されており、 ゥェ八マーク WMからの 回折光のみを通過させる。 視野絞り 1 6 1を通過したウェハマーク WM
からの回折光は、 空間フィル夕 1 6 2で土 1次回折光のみが選択されて、 光電検出器 1 6 3に達し、 + 1次回折光と一 1次回折光との干渉光の強 度が検出される。 この検出結果は、 L P F 1 6 9 aを介して位相検出系 1 2 1に通知される。 ここで、 L P F 1 6 9 aも、 周波数 ( f ! /2) 以下の周波数の電気信号を通過させるものであることが好ましい。
前記参照用光検出系 1 34は、 レンズ 1 5 3、 参照用回折格子 1 5 4、 光電検出器 1 5 5、 及び L P F 1 6 9 cを備える。 ここで、 参照用回折 格子 1 5 4には、 ウェハマ一ク WM及びレチクルマーク RMそれぞれが 含む 2種の回折格子マークのピッチに応じたピッチの回折格子マークが 用意されている。
参照用光検出系 1 3 4の構成要素をその作用とともに説明すると、 前 記ビームスプリッ夕 1 5 2を透過した光束 ( 1 ) 及び光束 L 2 (— 1 ) は、 レンズ 1 5 3を介した後に参照用回折格子 1 5 4上に集光され る。 そして、 参照用回折格子 1 54の回折作用によって発生し、 紙面右 方向の同一方向に進行する土 1次回折光による干渉光の強度が光電検出 器 1 5 5によって検出され、 L P F 1 6 9 cを介して位相検出系 1 2 1 に通知される。 ここで、 L P F 1 6 9 Cも、 周波数 ( f > /2) 以下の 周波数の電気信号を通過させるものであることが好ましい。
以下、 本実施形態のァライメント系 1 3 0を使用した位置検出動作を 説明する。 なお、 以下では、 ウェハマーク WMの位置検出を例にとって 説明する。
まず、 ウェハマーク WMを構成する、 例えばピッチ PWM 1 = 8 m の回折格子マーク WM 1と、 ピッチ PWM 2 = 8. 8 xmの回折格子マ —ク WM 2とをゥェ八 W上に形成する。 こうしたウェハマーク WMの形 成は、 通常、 第 1層目の露光で行われる。 この後、 ウェハ Wにレジスト 剤が塗布され、 ウェハ Wがウェハホルダ 1 0 9に不図示のウェハ口一ダ
によってロードされる。
ところで、 この場合における位置検出の計測範囲 Pは、 前述の (4 0) 式より次のようになる。
P= 8 X 8. 8/ (8. 8 - 8) = 8 8
したがって、 ウェハマーク WMを 8 8 xmの精度で粗い位置合わせを 行う。 こうした、 粗い精度の位置合わせは、 ウェハ Wの外形の観察や、 広い視野でのウェハマーク WMの観察結果及びウェハ干渉計 1 1 8から の位置情報 (又は速度情報) に基づいて、 主制御装置 1 2 0がステージ 制御系 1 1 9を介して行う。
こうして、 ウェハマーク WMを計測範囲 Pの精度で位置決めした後、 回折格子マーク WM 1上に、 ピッチが 4; mの流れる干渉縞を形成する。 こうした干渉縞の形成は、 次のようにして行われる。
例えば、 AOM 1 4 7内の音速を 4 0 0 0 m/ s とすると、 主制御装 置 1 2 0が AOM駆動系 1 3 5に、 周波数 ί = 5 0. 1 MHzの高周 波信号 S F 1及び周波数 f 2 = 5 O MH zの高周波信号 S F 2の発生を 指示する。 こうして、 高周波信号 S F 1 , S F 2が AOM 1 47に供給 されると、 AOM 1 4 7内には、 ピッチが 8 0 の進行波が発生する。 この進行波による AOM 1 4 7内の回折格子の回折作用による + 1次回 折光 L i ( 1) と— 1次回折光 L2 (— 1 ) とが回折格子マーク WM 1 上に、 ピッチが 4 の干渉縞を形成するためには、 照射光学系 1 3 2 と投影光学系 P Lとの合成倍率を 1 Z 1 0とすればよい。
ところで、 調整誤差等によって、 例えば途中のリレー光学系で倍率誤 差が生じる場合がある。 この場合、 その倍率誤差を 1 %として、 周波数 f ! , f 2 がそのままとすると、 回折格子マーク WM 1に照射される光 束 L » ( 1 ) 及び L2 (― 1 ) による干渉縞のピッチが 1 %だけ大きく なり、 回折格子マーク WM 1からの土 1次回折光が垂直上方に平行に発
生しなくなる。 これを避けるためには、 AOM 147に供給される高周 波信号 S F 1, S F 2の周波数 f i , ί 2 を、 差周波数 ( f : - f 2 ) を一定に保ったままそれぞれ 1 %程度大きくしてやればよい。 上記の例 の場合には、 周波数 , f a をそれぞれ 500 kHzだけ増加させて、 周波数 を 50. 6MHz , 周波数 f 2 を 50. 5 MHzとすればよ レ 。 これにより、 ビ一ト周波数△ f : (= f ! 一 f 2 ) は 100 kH z のままで、 回折格子マーク WM 1上に形成される干渉縞のピッチを 1 % だけ小さくすることができる。
また、 A〇M駆動系 135から AOM 147に供給される高周波信号 S F 1 , S F 2の周波数 , : f 2 の安定性は通常 p pmオーダが容易 に実現できるので、 それらの周波数 f 〗 , f 2 は極めて高精度に設定す ることができる。
こうして、 ピッチ 8 mの回折格子マーク WM 1上にピッチ 4 mの 干渉縞が形成されるように、 回折格子マーク WM 1に光束 (1) 及 び光束 L2 (— 1) が照射されると、 回折格子マーク WM 1の回折作用 により、 回折格子マーク WM 1の垂直方向に進行する光束 L , (1) の — 1次回折光及び光束 L2 ( 1 ) の + 1次回折光が発生し、 これらの干 渉光が発生する。 この干渉光は、 投影光学系 PL、 ダイクロイツクミラ - 107, レンズ 1 68、 平行平面板 167、 ビ一ムスプリッ夕 1 58、 レンズ 1 59、 ビームスプリッ夕 160、 及び視野絞り 1 6 1を順次介 して光電検出器 163に達し、 その強度 I 1が検出される。 ここで、 干 渉光の強度 I 1は、 A〇M駆動系 1 35が AOM 147に供給した高周 波信号 S F 1, S F 2と同じ電気信号を基準信号としたときの基準位置 からの回折格子マーク WM 1のピッチ方向への変位を Xとして、 次のよ うになる。
I 1 =A 1 -cos [ 2 π {Δ f :· t + (n + 2 X/PWM 1) } ]
=A 1 -cos [2 K {Δ f i - t + (n +X/P 1 ) } ] =A 1 'cos [2 π · A f !- t +φ ΐ] (45) ここで、 P Iは、 回折格子マーク WM 1上に形成された干渉縞のピッ チである。
光電検出器 163で検出された干渉光の強度は、 位相検出系 12 1に 通知される。 位相検出系 1 2 1では、 AOM駆動系 135が AOM14 7に供給した高周波信号 S F 1 , S F 2と同じ電気信号を基準信号とし て、 位相 Φ 1の検出が行われる。 ここで、 検出される位相 1は、 次の ようになる。
1 = 27t (n + 2 X/PWM 1 ) (46) ここで、 nは自然数であるが、 この段階では一義的に決定できない。 すなわち、 この段階では、 変位 Xを決定できない。 この位相情報 Φ 1は、 主制御装置 120に通知される。
なお、 図 17に示したような互いに近接した回折格子マーク WM 1 , ^2に光束1^ (1) , L2 (— 1) を照射した場合に、 回折格子マ —ク WM 1に応じた干渉縞のピッチが 4 mとなる光束 L (1) , L 2 (— 1) は、 回折格子マーク WM2にも照射されることになる。 この とき、 回折格子マーク WM 2による回折では、 同一方向に進行する回折 光を生じないのでビート信号が発生せず、 これらは DC成分として光電 検出器 1 63で受光される。 この DC信号はビート信号と同じレベルな ので DC成分除去により S N比の低下なしに検出することができる。 次に、 例えば、 AOM147内の音速を 400 OmZsとして、 主制 御装置 1 20が AOM駆動系 1 35に、 周波数 f i =45. 55 MH z の高周波信号 S F 1及び周波数 ί 2 = 45. 45 MHzの高周波信号 S F 2の発生を指示する。 こうして、 高周波信号 S F 1, S F 2がA〇M 147に供給されると、 AOM147内には、 ピッチが 88 mの進行
波が発生する。 この進行波による AOM 147内の回折格子の回折作用 による + 1次回折光 (1) と一 1次回折光 L 2 (— 1) とが回折格 子マーク WM2上に、 ピッチが 4. 4 mの干渉縞を形成するためには、 上記と同様に照射光学系 1 32と投影光学系 PLとの合成倍率を 1 1 0とすればよい。 このときも、 調整誤差による合成倍率の誤差が発生し ている場合には、 前述の回折格子マーク WM1の場合と同様に、 AOM 147に供給される高周波信号 S F 1 , S F 2の周波数 f , f 2 を調 整してやればよい。
こうして、 ピッチ 8. 8 / mの回折格子マーク WM2上にピッチ 4. 4 mの干渉縞が形成されるように、 回折格子マーク WM 2に光束
(1) 及び光束 L 2 (- 1 ) が照射されると、 回折格子マーク WM 2の 回折作用により、 回折格子マーク WM 2の垂直方向に進行する光束 L 1
(1)—の一 1次回折光及び光束 L2 (1) の + 1次回折光が発生し、 回 折格子マーク WM 1への照射の場合と同一のビート周波数の干渉光が発 生する。 この干渉光は、 投影光学系 PL、 ダイクロイツクミラー 107、 レンズ 1 68、 平行平面板 1 67、 ビームスプリッ夕 1 58、 レンズ 1 59、 ビームスプリッ夕 1 60、 及び視野絞り 1 6 1を順次介して光電 検出器 1 63に達し、 その強度 I 2が検出される。 ここで、 干渉光の強 度 I 2は、 AOM駆動系 1 35が AOM 147に供給した高周波信号 S F 1, S F 2と同じ電気信号を基準信号としたときの基準位置からの回 折格子マーク WM 2のピッチ方向への変位を Xとして、 次のようになる t I 2 =A 2 -cos [ 2 % {Δ f ι · t + (η + 2 X/PWM 2 ) } ]
=Α 2 -cos C 2 % {Δ f ι · t + (n +X/P 2) } ]
=A 2 -cos [2 π · Δ ί !· ΐ +φ 2] (47) ここで、 P 2は回折格子マーク WM2上に形成された干渉縞のピッチ である。
光電検出器 1 63で検出された干渉光の強度は、 位相検出系 12 1に 通知される。 位相検出系 1 2 1では、 AOM駆動系 135が AOM 14 7に供給した高周波信号 S F 1 , S F 2と同じ電気信号を基準信号とし て、 位相 φ 2の検出が行われる。 ここで、 検出される位相 φ 2は、 次の ようになる。
2 = 2 π (η + 2 X/PWM2 ) (48) この位相情報 Φ 2は、 主制御装置 1 20に通知される。
なお、 図 1 7に示したような互いに近接した回折格子マーク WM 1, ^^2に光束1^ (1) , L2 (— 1) を照射した場合に、 回折格子マ —ク WM2に応じた干渉縞のピッチが 4. 4 mとなる光束 (1) , L2 (一 1) は、 回折格子マーク WM 1にも照射されることになる。 こ のときも、 回折格子マーク WM 1による回折では、 同一方向に進行する 回折光を生じないのでビート信号が発生せず、 これらは D C成分として 光電検出器 163で受光されるので、 DC成分除去により SN比の低下 なしに検出することができる。
主制御装置 1 20は、 通知された位相情報 ψ 1及び位相情報 φ 2に基 づき、 (34) 式と同じ次の演算式より変位 Xを求める。
X=P 1 · ( 1 - 2) / { 2 π (1 -Ρ 1/Ρ 2)1 (34 A) 例えば Φ 1 = 82° 、 φ 2=— 1 63° とすると、 Χ= 29. 944 xmとなる。 すなわち、 P l、 P 2のピッチを大きく超えても検出が可 能にとなっている。
ここで、 高周波信号 SF 1, ?の周波数 , f 2 は、 AOM駆 動系 1 35によって高速に切り替えることが容易であり、 s e cォ一 ダという極めて短時間に行うことができるので、 位相 φ 1及び φ 2を同 時に検出したことと見かけ上等価とすることができる。
以上、 ウェハマーク WMの位置検出を例にとって説明したが、 レチク
ルマーク RMの位置検出もウェハマーク WMの位置検出と同様にして行 うことができる。
また、 AOM 147に加える高周波信号の電気信号をミキシングして それを基準にして位置計測を行ったが、 図 16の参照用の回折格子 1 5 4を使用して、 参照用光検出系 134で検出された参照用位相を基準と して、 ウェハマ一ク WMゃレチクルマーク RMの位置を検出してもよい。 ところで、 AOMの音響光学媒体に加える超音波の周波数を f とする と、 次式で与えられる Qパラメ一夕を適切に選択する必要がある。
Q= (2 - L - A - f 2 ) / (n - V2) (49) ここで、 L :超音波作用領域の長さ
λ :使用される光束の中心波長
η :音響光学媒体の屈折率
V:超音波の速度
例えば、 Qの値が 4 π前後 (すなわち、 12. 6程度) ではブラッグ 回折が起こり、 Qの値が 2の前後ではラマン—ナス回折が起こる。 本実 施形態では、 ラマン—ナス回折作用を利用するので、 Qの値はほぼ 2に 選択される。 この Qの値の条件をほぼ満たす範囲で、 超音波の周波数 ί を調整することで、 音響光学媒体内の進行波のピッチをある程度変化さ せることができる。
なお、 上記の AOM 147を異方ブラッグ回折型で構成することがで きる。 この場合には、 ラマン一ナス回折型の場合と比べて、 音響光学媒 体内の進行波のピッチの変化を例えば 2倍程度とすることができる。 次に、 ァライメント系 1 30の変形例について、 図 22に基づいて説 明する。 ァライメント系 1 30では、 1つの ΑΟΜを使用してレチクル マーク RM又はウェハマーク WMのピッチが異なる回折格子マークを時 分割で光照射したのに対して、 この変形例は、 2つの ΑΟΜを使用して
異なるピッチの回折格子マークの照射を同時に行う点に特徴を有する。 すなわち、 この変形例は、 図 22に示されるように、 ァライメント系 1 30において、 AOM 147と並列に動作する A〇M 145を更に備 える。 そして、 AOM駆動系は、 AOM 147には周波数 f : , f 2 の 高周波信号 SF 1, S F 2を供給するとともに、 AOM 145には周波 数 , f 4 ( I f 3 - f 4 I ^= I f 1 - f 2 I)の高周波信号 S F 3,
S F 4を供給している。 ここで、 差周波数 I f — f 2 Iと差周波数 I f 3 - f 4 Iとを異なるものとしているのは、 2つのピッチの異なる回 折格子マークからの 2つの干渉光の弁別を、 視野分離や偏光による分離 を行わずに実行するためである。 これ以外は、 ァライメント系 130と 同様に構成される。
なお、 AOM 145は AOM 147と同様に図 1 9に示されるように 構成され、 図 1 9に対する図 20や図 2 1に示される変形も同様に可能 である。
以下、 この変形例のァライメント系を使用した位置検出動作を説明す る。 なお、 以下では、 ウェハマーク WMの位置検出を例にとって説明す る。
ァライメン卜系 1 30の場合と同様に、 まず、 例えばピッチ PM 1 = 8 mの回折格子マーク WM 1と、 ピッチ PM2 = 8. の回折格 子マーク WM 2とから成るウェハマーク WMをウェハ W上に形成する。 そして、 レジスト剤が塗布されるなどしたそのウェハ Wをウェハホルダ 1 09にロードし、 ウェハマーク WMを 88 mの精度で粗い位置合わ せを行う。 こうして、 ウェハマーク WMを計測範囲 Pの精度で位置決め した後、 回折格子マーク WM 1上に、 ピッチが 4 mの流れる干渉縞を 形成する。 こうした干渉縞の形成は、 次のようにして行われる。
例えば、 AOM47内の音速を 400 OmZsとすると、 主制御装置
1 2 0が AOM駆動系 1 3 5に、 周波数 = 5 0. 1 MH zの高周波 信号 S F 1及び周波数 f 2 = 5 0 MH zの高周波信号 S F 2の発生を指 示する。 また、 同時に、 周波数 f 3 = 4 5. 7 5 MHzの高周波信号 S F 3及び周波数 f 4 = 4 5. 4 5 MH zの高周波信号 S F 4の発生を指 示する。 こうして、 高周波信号 S F 1 , S F 2が AOM 1 4 7に供給さ れると、 AOM 1 4 7内には、 ピッチが 8 0 mの第 1の進行波が発生 する。 また、 高周波信号 S F 3 , S F 4が AOM 1 45に供給されると AOM 1 4 5内には、 ピッチが 8 8 imの第 2の進行波が発生する。 こ の第 1の進行波による AOM 1 47内の回折格子の回折作用による + 1 次回折光 ( 1 ) と— 1次回折光 L2 (— 1 ) とが回折格子マーク W M l上に、 ピッチが 4 mの干渉縞を形成し、 また、 第 2の進行波によ る AOM 1 4 5内の回折格子の回折作用による + 1次回折光 L3 ( 1 ) と一 1—次回折光 L4 (一 1 ) とが回折格子マーク WM2上に、 ピッチが 4. 4 mの干渉縞を形成するためには、 照射光学系 1 3 2と投影光学 系 P Lとの合成倍率を 1 1 0とすればよい。
こうして、 ピッチ 8 mの回折格子マーク WM 1上にピッチ 4 の 干渉縞が形成されるように、 回折格子マーク WM 1に光束 L i ( 1 ) 及 び光束 L2 (— 1 ) が照射され、 回折格子マーク WM 1の回折作用によ り、 回折格子マーク WM 1の垂直方向に進行する光束 L i ( 1 ) の— 1 次回折光及び光束 L 2 ( 1 ) の + 1次回折光が発生し、 これらの干渉光 が発生する。 この干渉光は、 投影光学系 P L、 ダイクロイツクミラー 1 0 7、 レンズ 1 6 8、 平行平面板 1 6 7、 ビ一ムスプリッ夕 1 5 8、 レ ンズ 1 5 9、 ビームスプリッ夕 1 6 0、 及び視野絞り 1 6 1を順次介し て光電検出器 1 6 3に達し、 その強度 I 1が検出される。 ここで、 干渉 光の強度 I Iは、 AOM駆動系 1 3 5が AOM 1 4 7に供給した高周波 信号 S F 1 , S F 2と同じ電気信号を基準信号としたときの基準位置か
らの回折格子マーク WM 1のピッチ方向への変位を Xとして、 上記の (4 5 ) 式のようになる。
また、 これと同時にピッチ 8. 8 mの回折格子マーク WM 2上にピ ツチ 4. 4 imの干渉縞が形成されるように、 回折格子マーク WM 2に 光束 ( 1 ) 及び光束 L 2 (— 1 ) が照射され、 回折格子マーク WM 2の回折作用により、 回折格子マーク WM 2の垂直方向に進行する光束 L i ( 1 ) の— 1次回折光及び光束 L 2 ( 1 ) の + 1次回折光が発生し、 回折格子マーク WM 1への照射の場合と同一のビート周波数の干渉光が 発生する。 この干渉光は、 投影光学系 P L、 ダイクロイツクミラー 1 0 7、 レンズ 1 6 8、 平行平面板 1 6 7、 ビームスプリッ夕 1 5 8、 レン ズ 1 5 9、 ビームスプリッ夕 1 6 0、 及び視野絞り 1 6 1を順次介して 光電検出器 1 6 3に達し、 その強度 I 2が検出される。 ここで、 干渉光 の強度 I 2は、 A〇M駆動系 1 3 5が AOM 1 4 5に供給した高周波信 号 S F 1, S F 2と同じ電気信号を基準信号としたときの基準位置から の回折格子マーク WM 2のピッチ方向への変位を Xとして、 次のように なる。
I 2 =A 2 -cos [2 π {Δ f 2· t + (η + 2 X/PWM 2) } ]
=Α 2 -cos [ 2 π {Δ f 2· t + (η +Χ/Ρ 2) } ]
= A 2 'cos [ 2 π · Δ f 2· t + φ 2 ] (5 0) ここで、 Ρ 2は回折格子マーク WM 2上に形成された干渉縞のピッチ である。
光電検出器 1 6 3で検出された千渉光の強度 ( I 1 + I 2) は、 位相 検出系 1 2 1に通知される。 位相検出系 1 2 1では、 光電検出器 1 6 3 から通知された検出信号を周波数分離して、 干渉光の強度 I 1と干渉光 の強度 I 2とを弁別する。 そして、 干渉光の強度 I 1に基づき、 AOM 駆動系 1 3 5が AOM 1 4 7に供給した高周波信号 S F 1 , S F 2と同
じ電気信号を基準信号として、 位相 Φ 1の検出が行われる。 ここで、 検 出される位相 Φ 1は、 上記の (46) 式となる。
また、 干渉光の強度 I 2に基づき、 AOM駆動系 1 3 5が AOM 1 4 5に供給した高周波信号 S F 3, S F 4と同じ電気信号を基準信号とし て、 位相 Φ 2の検出が行われる。 ここで、 検出される位相 φ 2は、 上記 の (48) 式となる。 これらの位相情報 Φ 1, Φ 2は、 主制御装置 1 2 0に通知される。
主制御装置 1 2 0は、 通知された位相情報 φ 1及び位相情報 φ 2に基 づき、 上記の (34) を演算して、 変位 Xを求める。 こうして、 高速に ウェハマーク WMの位置を高精度に求めることができる。
なお、 図 22に示された変形例では、 AOM 1 47と AOM 1 45と を光路上で直列に配置したが、 並列に配置することも可能である。 この ときにも、 AOM 1 47及び AOM 1 4 5をレチクル Rやウェハ Wに共 役な位置とすることが必要である。
また、 以上で説明したァライメント系では、 X eランプ、 ハロゲンラ ンプ等の白色光源である位置検出用光源 1 40、 可変絞り 1 4 1、 コン デンサレンズ 1 42、 バンドパスフィル夕 143を使用して、 AOM 1 47に入射させる光束 L。 (多波長光) を生成しているが、 変形が可能 である。 すなわち、 図 2 3に示されるように、 互いに異なる波長 λ ΐ , λ 2, λ 3の単色光を射出する複数のレーザ光源 4 1 a, 4 1 b, 4 1 cからの光をそれぞれ異なる入射角で、 鋸歯状の断面を有するブレーズ 型の回折格子 4 1 dに照射し、 各レーザ光源 4 1 a, 4 1 b, 4 1 じか らの異なる波長の光を合成して得られる光束 L。 を AOM 1 47に入射 させるようにしてもよい。
また、 以上のァライメント系では、 互いに異なるピッチの回折格子マ ーク毎に異なる 1対の高周波信号を使用し、 2種類の進行波を AO Mで
生成して、 各回折格子マークに応じて 2種類のピッチの干渉縞を生成し たが、 1種類の進行波を A O Mで生成し、 照射光学系の倍率を変化させ ることにより、 各回折格子マークに応じて 2種類のピッチの干渉縞を生 成してもよい。
また、 ウェハ W等に互いにピッチの異なる 3個以上の回折格子マーク を形成し、 位置検出時に各回折格子マークの回折光の発生能力を判定し、 十分な回折光の発生能力を有していると判定された回折格子マークの内 からピツチの差が最も小さい 2個の回折格子マークを使用して前述の位 置検出をすることとしてもよい。
これによれば、 例えば多層露光にあたっての各種のウェハ処理によつ て、 ウェハ W上のいくつかの回折格子マークが十分な回折光の発生能力 を失った場合でも、 確実に広い計測範囲でウェハ wの位置検出を行うこ とができる。
また、 本実施の形態における各回折格子マークは、 ウェハ上に同時に 形成してもよいし、 それぞれ別々に形成してもよい。
更に、 本実施形態の露光装置 1 0 0では、 上記のァライメント系を使 用して、 ウェハ W及びレチクル Rの位置を検出し、 相互の位置合わせを 行う。 したがって、 ヘテロダイン干渉方式による高精度の位置計測に先 立って、 位置検出用の格子状マークのピッチの 1 / 2以下の範囲にゥェ 八 Wゃレチクル Rを位置決めする必要がなく、 もっと粗い位置決めをす ればよいので、 高精度な位置検出を簡易な構成で高速に行うことができ る。
[デバイスの製造方法の実施の形態]
次に、 上記の図 1又は図 1 4を参照して説明した露光方法及び装置を 使用したデバイスの製造方法の実施の形態の一例につき説明する。
図 2 4には、 デバイス ( I Cや L S I等の半導体チップ、 液晶パネル、 C C D , 薄膜磁気ヘッ ド、 マイクロマシン等) の製造例のフローチヤ一 卜が示されている。 図 2 4に示されるように、 まず、 ステップ 2 0 1 (設計ステップ) において、 デバイスの機能 ·性能設計 (例えば、 半導 体デバイスの回路設計等) を行い、 その機能を実現するためのパターン 設計を行う。 引き続き、 ステップ 2 0 2 (マスク製作ステップ) におい て、 設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。 一方、 ステツ プ 2 0 3 (ウェハ製造ステップ) において、 シリコン等の材料を用いて ウェハを製造する。
次に、 ステップ 2 0 4 (ウェハ処理ステップ) において、 ステップ 2
0 1〜ステップ 2 0 3で用意したマスクとウェハを使用して、 後述する ように、 リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路等を形成する。 次いで、 ステップ 2 0 5 (デバイス組立ステップ) において、 ステップ 2 0 4で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。 このステップ 2 0 5には、 ダイシング工程、 ボンディング工程、 及びパッケージング 工程 (チップ封入) 等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、 ステップ 2 0 6 (検査ステップ) において、 ステップ 2 0 5 で作製されたデバイスの動作確認テスト、 耐久性テス卜等の検査を行う こうした工程を経た後にデバイスが完成し、 これが出荷される。
図 2 5には、 半導体デバイスの場合における、 上記ステップ 2 0 4の 詳細なフロー例が示されている。 図 2 5において、 ステップ 2 1 1 (酸 化ステップ) においてはウェハの表面を酸化させる。 ステップ 2 1 2 ( C V Dステップ) においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。 ステツ プ 2 1 3 (電極形成ステップ) においてはウェハ上に電極を蒸着によつ て形成する。 ステップ 2 1 4 (イオン打込みステップ) においてはゥェ ハにイオンを打ち込む。 以上のステップ 2 1 1〜ステップ 2 1 4それぞ
れは、 ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、 各段階におい て必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウェハプロセスの各段階において、 上述の前処理工程が終了すると、 以下のようにして後処理工程が実行される。 この後処理工程では、 まず、 ステップ 2 1 5 (レジスト形成ステップ) において、 ウェハに感光剤を 塗布する。 引き続き、 ステップ 2 1 6 (露光ステップ) において、 上記 説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。 次に、 ステップ 2 1 7 (現像ステップ) においては露光されたウェハを 現像し、 ステップ 2 1 8 (エッチングステップ) において、 レジストが 残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。 そして、 ステップ 2 1 9 (レジスト除去ステップ) において、 エツチン グが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、 ゥ ェハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上のような、 本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、 ヘテロダ ィン干渉方式による高精度な位置検出に先立って行われる概略位置決め (いわゆるサーチァライメント又はラファライメン卜) の精度を従来よ りも低くし、 あるいは省略できるので、 簡易な装置構成で高精度なゥェ ハの位置検出を高速に行うことができ、 露光装置のスループットを向上 させることができ、 高集積度のデバイスを生産性を向上して製造するこ とができる。
本発明は、 前述の実施形態に限定されるものではなく、 変形が可能で ある。 たとえば、 前述の実施形態では、 ァライメント系及び焦点位置検 出系の双方にヘテロダイン干渉方式を使用したが、 一方のみにヘテロダ ィン干渉方式を使用してもよい。
また、 本発明は、 紫外線を光源にする縮小投影露光装置、 波長 1 0 η
m前後の軟 X線を光源にする縮小投影露光装置、 波長 1 nm前後を光源 にする X線露光装置、 EB (電子ビーム) やイオンビームによる露光装 置などあらゆるウェハ露光装置、 液晶露光装置等に適応できる。 また、 前述の実施形態のァライメント系は、 ステップ ' アンド ' リピート機、 ステップ ' アンド ' スキヤン機、 ステップ ' アンド ·スティツチング機 を問わない。
また、 本発明を投影光学系を備えた露光装置に適用する場合、 その投 影光学系の種類としては、 全屈折系、 全反射系、 又は日本国特許出願第 1 0— 370 143号 (出願日 : 1 998年 1 2月 25日) に開示され ているような反射型の光学系と屈折型の光学系とを組み合わせた反射屈 折系の何れでもよい。
更に、 上記の実施の形態の露光装置 (投影露光装置) は、 複数のレン ズから構成される照明光学系、 投影光学系を露光装置本体に組み込み光 学調整をすると共に、 多数の機械部品からなるレチクルステージゃゥェ ハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、 更に総合 調整 (電気調整、 動作確認等) をすることにより製造することができる ( なお、 その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリー ンルームで行うことが望ましい。
なお、 本発明は上述の実施の形態に限定されず、 本発明の要旨を逸脱 しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。 また、 明細書、 特許請求の範囲、 図面、 及び要約をそれぞれ含む 1 998年 2月 2日付 け提出の日本国特許出願第 1 0— 20709号、 1 998年 3月 24日 付け提出の日本国特許出願第 10— 9 5472号の全ての開示内容は、 そっく りそのまま引用して本願に組み込まれている。 産業上の利用の可能性
本発明の面位置検出方法及び露光方法によれば、 基板の表面からの反 射光によって形成されるピッチの異なる複数の干渉縞を光電検出してい るため、 広い検出レンジの中で高精度に、 かつ高速にウェハ等の基板の 表面の位置を検出し、 この検出結果に基づいて例えば高精度に合焦を行 つて露光を行うことができる利点がある。
また、 本発明の面位置検出装置によれば、 被検面にピッチの異なる複 数の干渉縞を投射し、 それらからの干渉光を光電変換した信号を検出し ているため、 広い検出レンジの中で高精度に、 かつ高速に被検面の法線 方向の位置を検出できる利点がある。 更に、 本発明の第 2の面位置検出 装置によれば、 被検面上にピッチの異なる複数の干渉縞を同時に投影し ているため、 常時ほぼ連続的に広い検出レンジで高精度に被検面の法線 方向の位置を検出できる。
また、 本発明の第 1の露光装置によれば、 本発明の面位置検出装置を 備えているため、 ウェハ等の基板の段差等が大きい場合でも高精度に、 かつ高速にその基板の表面を投影光学系の像面に合焦できる利点がある c 特に本発明の面位置検出装置をステップ, アンド ,スキヤン方式のよ うな走査露光方式の投影露光装置で面位置 (フォーカス位置) の先読み を行う場合に適用した場合には、 本発明の面位置検出装置は検出速度が 速く高い追従速度が得られるため、 合焦精度が向上する。
次に、 本発明による第 1の位置検出方法によれば、 1つの被検物体に 形成された第 1マークで発生した複数の回折光による第 1の干渉光の位 相情報と、 当該被検物体に形成され、 第 1マークとは異なる周期の第 2 マークで発生した複数の回折光による第 2の干渉光の位相情報とに基づ いて、 双方の位相情報が両立する位置を求めることにより被検査物体の 位置を検出するので、 一方の位相情報のみに基づいて被検物体の位置を 検出する場合における 1つのマークの位置の存在位置の範囲が 1つのマ
—クによる干渉光の位相が 2 π以上変化しないという制約を取り払うこ とができ、 計測範囲を拡大することができる。 この結果、 ヘテロダイン 干渉方式による高精度の位置計測に先立って、 位置検出用の格子状マ一 クのピッチの 1 / 2以下の範囲に被検物体を位置決めする必要がなく、 もっと粗い位置決めをすればよいので、 高精度な位置検出を簡易な構成 で高速に行うことができる。
また、 本発明の位置検出装置によれば、 本発明の位置検出方法によつ て被検物体の位置検出を行うため、 広い計測範囲で高精度の位置検出が 可能な簡易な構成の位置検出装置を提供することができる。
また、 本発明の第 2の露光装置によれば、 本発明の位置検出装置を備 え、 この位置検出装置によって、 マスクや感応基板の位置検出を行うた め、 簡易な装置構成で高精度な感応基板の位置検出を高速に行うことが でき、—スループッ卜を向上させた露光装置を提供することができる。 更に、 本発明のデバイスの製造方法によれば、 本発明の露光装置を利 用するので、 高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。