JPH1187222A - 位置検出装置、該装置を備えた露光装置、及び該装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低段差マークのような被検パターンをサーチ
アライメント、及びファインアライメントのような複数
種類の検出方式で検出する。 【解決手段】 光ファイバ４からの照明光束ＩＬが、ハ
ーフプリズム６、第１対物レンズ７等を介してウエハマ
ークＷＭを照明し、ウエハマークＷＭで反射、回折され
た結像光束が、第１対物レンズ７、ハーフプリズム６、
第２対物レンズ１１等を介して指標板１２上にウエハマ
ーク像を形成し、指標板１２を通過した結像光束がリレ
ーレンズ１３，１４等を経て撮像素子１６，１７上にウ
エハマーク像を再結像する。サーチアライメント時に
は、照明光束上に小σ値の第１照明開口絞り２７を配置
し、結像光束上に対応する第１位相差板３１を配置す
る。ファインアライメント時には、照明光束上に大σ値
の第２照明開口絞り３０を配置し、結像光束上に対応す
る第２位相差板３２を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料上に形成され
た被検パターンの位置検出を行うための位置検出装置、
この位置検出装置を例えばアライメントセンサとして備
え、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素
子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するための
リソグラフィ工程で用いられる露光装置、及びこの露光
装置を用いたそのようなデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用される
ステッパー等の露光装置においては、マスクとしてのレ
チクルと被露光基板としてのウエハ（又はガラスプレー
ト等）とのアライメントを行った後、所定の露光光のも
とで、レチクル上の回路パターンを投影光学系を介し
て、又は直接にウエハ上に転写露光する。そのアライメ
ントは、高速、且つ大まかにウエハ上の所定のサーチア
ライメントマークの位置を検出するサーチアライメント
と、このサーチアライメントの結果に基づいてウエハ上
の所定のファインアライメントマークの位置を高精度に
検出するファインアライメントとに分かれている。以下
では、サーチアライメントマーク、及びファインアライ
メントマークをまとめてウエハマークと呼ぶ。

【０００３】また、従来の露光装置には通常サーチアラ
イメント用のアライメントセンサと、ファインアライメ
ント用のアライメントセンサとが並列に備えられてい
た。そして、最終的に、ファインアライメントの検出結
果を予め求めてあるアライメントセンサの検出中心とレ
チクルのパターン像の中心との間隔（ベースライン量）
で補正した結果に基づいてウエハを位置決めすることに
よって、レチクルとウエハとが高精度に重ね合わせられ
ていた。

【０００４】従来のアライメントセンサの一例として、
ウエハマークに広帯域波長の照明光を垂直に照射し、そ
のウエハマークからの反射光、及び回折光を結像光学系
を介して集光することによって、撮像素子の撮像面にそ
のウエハマーク像を形成し、その撮像素子からの撮像信
号を処理することによってそのウエハマークの位置検出
を行うＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のような、
画像処理方式のセンサが使用されている。また、従来の
アライメントセンサとしては、スリット状に集光された
レーザビームとドット列状のウエハマークとを相対走査
するＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）方式の
センサも使用されている。

【０００５】そして、従来は一例として、サーチアライ
メント用に検出範囲の広いＬＳＡ方式のアライメントセ
ンサが使用され、ファインアライメント用に画像処理方
式のアライメントセンサが使用されていた。また、ウエ
ハマークの中には凹凸の段差の低いいわゆる低段差マー
クがあるため、例えば特開平３−２７５１５号公報にお
いては、低段差マークの位置を高精度に検出するための
画像処理方式のアライメントセンサが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如くウエハのア
ライメントを行うためには、ウエハマークの位置を高
速、且つ大まかに検出するサーチアライメントと、最終
的にそのウエハマークの位置を高精度に検出するファイ
ンアライメントとを行う必要があった。これに関して、
最近は、ウエハローダ系におけるプリアライメント精度
が向上していることもあって、ウエハローダ系から投影
露光装置にウエハを受け渡す際のウエハの位置決め誤差
は小さくなっている。そのため、サーチアライメント用
としてそれ程広い検出範囲を有する必要はなくなりつつ
あり、例えば１台で、倍率を大きく切り換えることな
く、サーチアライメント用、及びファインアライメント
用の何れにも切り換えて使用できるアライメントセンサ
が求められるようになっている。

【０００７】更に、従来の画像処理方式のアライメント
センサにおいても、低段差マークに対する対策は或る程
度施されていた。しかしながら、最近はＣＭＰ（Chemic
al-mechanical polishing:化学機械的研磨）等の平坦化
技術の開発によって更に低段差のウエハマークが検出対
象になりつつある。このような低段差マークの位置検出
を行う際には、できるだけ高コントラストの像を形成す
ることによって被検マークの見逃し（誤検出）の確率が
低下する。

【０００８】この場合、例えば位相差検出方式で高コン
トラストの像を得るためには、位相差系用照明開口絞り
の開口と位相差板との両方の形状を輪帯にすると共に、
照明系のコヒーレンスファクタ（いわゆるσ値）を小さ
くすると良いことが知られている。但し、輪帯の形状を
した実質的に小さいσ値の照明光束に対しては、非対称
なパターンや荒れた表面を持つパターンには、高精度な
位置検出をしにくいという不都合がある。それに対し
て、照明系のσ値を大きくすると、非対称なパターンや
荒れた表面を持つパターンでも高精度の位置検出が容易
になるが、像のコントラストが低下してしまい、ウエハ
マークの位置を高速、且つ大まかに検出するためのサー
チアライメントの段階で使用すると、そのマークの位置
を誤検出し易いという不都合があった。

【０００９】言い換えると、画像処理方式のアライメン
トセンサをサーチアライメント用に最適化すると、ファ
インアライメント時には検出誤差が生ずる恐れがある
が、逆にそのセンサをファインアライメント用に最適化
すると、像のコントラストが低下してサーチアライメン
ト時には検出対象のマークを発見できない恐れがある。
本発明は斯かる点に鑑み、例えば低段差マークのような
被検パターンをサーチアライメント、及びファインアラ
イメントのような複数種類の検出方式でそれぞれの用途
に応じて検出できる位置検出装置を提供することを第１
の目的とする。

【００１０】更に本発明は、そのような位置検出装置を
備えた露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイスの
製造方法を提供することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出装置は、一つ又は複数個の被検パターン（ＷＭ）が
形成された試料（Ｗ）のその被検パターンの位置を検出
する位置検出装置において、その試料のその被検パター
ンを照明する照明系（３，４，２９，５〜８）と、この
照明系による照明光束を規定するための互いに異なる形
状の第１、及び第２の照明開口絞り（２７；２７Ａ；２
７Ｂ，３０）と、第１の照明開口絞り（２７；２７Ａ；
２７Ｂ）を通過した第１の照明光束、又は第２の照明開
口絞り（３０）を通過した第２の照明光束の何れかを選
択してその被検パターンに導く照明系選択部材（２８
Ａ）と、その被検パターンからの光を集光する集光系
（８，７，６，１１，１３，１４）と、この集光系によ
り導かれる光の光路上で、その第１の照明開口絞りと実
質的に共役な位置に配置されその第１の照明開口絞りの
開口に対応する位相分布を有する第１の位相差付与部材
（３１；３１Ａ；３１Ｂ）と、その集光系により導かれ
る光の光路上で、その第２の照明開口絞りと実質的に共
役な位置に配置されその第２の照明開口絞りの開口に対
応する位相分布を有する第２の位相差付与部材（３２）
と、第１の位相差付与部材（３１）を通過した光、又は
第２の位相差付与部材（３２）を通過した光の何れかを
選択する集光系選択部材（２８Ｂ）と、この集光系選択
部材で選択された光を光電検出する光電検出器（１６，
１７）と、を備え、この光電検出器の検出信号に基づい
てその被検パターンの位置を検出するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、例えばその第１の
照明開口絞り及び第１の位相差付与部材を使用する場合
と、その第２の照明開口絞り及び第２の位相差付与部材
を使用する場合とを切り換えることによって、複数種類
の検出方式でその被検マークの位置検出を行うことがで
きる。

【００１３】また、本発明による第２の位置検出装置
は、一つ又は複数個の被検パターン（ＷＭ）が形成され
た試料のその被検パターンの位置を検出する位置検出装
置において、その試料のその被検パターンを第１、及び
第２の照明光束で照明する照明系（３５，３６，２９
Ａ，２９Ｂ，３７，５〜８）と、この照明系によるその
第１、及び第２の照明光束を規定するための互いに異な
る形状の第１、及び第２の照明開口絞り（２７，３０）
と、その被検パターンからのその第１、及び第２の照明
光束による光をそれぞれ集光する集光系（８，７，６，
１１，３８，１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ）と、こ
の集光系により導かれるその第１の照明光束による光の
光路上で、その第１の照明開口絞りと実質的に共役な位
置に配置されその第１の照明開口絞りの開口に対応する
位相分布を有する第１の位相差付与部材（３１）と、そ
の集光系により導かれるその第２の照明光束による光の
光路上で、その第２の照明開口絞りと実質的に共役な位
置に配置されその第２の照明開口絞りの開口に対応する
位相分布を有する第２の位相差付与部材（３２）と、第
１の位相差付与部材（３１）を通過した光を光電検出す
る第１の光電検出器（１６Ａ，１７Ａ）と、第２の位相
差付与部材（３２）を通過した光を光電検出する第２の
光電検出器（１６Ｂ，１７Ｂ）と、を備え、それら２つ
の光電検出器の検出信号に基づいてその被検パターンの
位置を検出するものである。

【００１４】斯かる本発明の第２の位置検出装置によれ
ば、第１、及び第２の照明光束による検出系が並列に設
けられており、例えばそれらの照明光束を時分割で点灯
するか、又はシャッタ等で一方の照明光束を遮光するこ
とによって、第１の照明開口絞り（２７）、又は第２の
照明開口絞り（３０）の何れかを用いた検出を行うこと
ができる。これらの照明開口絞り（及び対応する位相差
付与部材）の切り換えによって、複数種類の検出方式に
対応できる。

【００１５】これらの発明において、その集光系の一例
は、その被検パターンの像を形成する結像系であり、こ
の場合、その第１の照明開口絞り（２７；２７Ａ；２７
Ｂ）、及び対応するその第１の位相差付与部材（３１）
は、低段差パターンに対して高コントラストな像を得る
ための形状を有し、その第２の照明開口絞り（３０）、
及び対応するその第２の位相差付与部材（３２）は、低
段差のパターンに対して安定な像を得るための形状を有
し、第１の位相差付与部材（３１）を通過した光を用い
てその被検パターンのサーチを行い、第２の位相差付与
部材（３２）を通過した光を用いてその被検パターンの
位置検出を行うことが望ましい。

【００１６】高コントラストな像を検出することで、低
段差マークに対して高速にサーチアライメントを行うこ
とができる。また、非対称パターンに対して安定な像を
得ることによって、非対称になり易い低段差マークに対
して高精度にファインアライメントを行うことができ
る。サーチアライメントでマークの位置が検出できれ
ば、ファインアライメントにおいて、サーチの像より低
コントラストであっても、計測回数を増やしたりするこ
とで再現性も確保し、高精度な位置検出をすることが可
能となる。

【００１７】このように低段差マークに対して高コント
ラストな像を得るためには、一例として第１の照明開口
絞り（２７；２７Ａ；２７Ｂ）を小さいσ値の開口絞り
として、第１の照明開口絞り（２７；２７Ａ；２７Ｂ）
の開口に対応する第１の位相差付与部材（３１；３１
Ａ；３１Ｂ）を、その開口に対応する領域（３１ａ；３
１Ａａ；３１Ｂａ）とそれ以外の領域とで位相が±９０
°異なる位相差板とすればよい。更に、一例として、照
明開口絞り（２７）は円形の開口絞りであり、照明開口
絞り（２７Ａ）は輪帯状の開口絞りであり、照明開口絞
り（２７Ｂ）は多数の開口を有する開口絞りである。ま
た、低段差の非対称なパターンに対して安定な像を得る
ためには、一例として第２の照明開口絞り（３０）を大
きなσ値の開口絞りとして、第２の照明開口絞り（３
０）の開口に対応する第２の位相差付与部材（３２）
を、その開口に対応する領域（３２ａ）とそれ以外の領
域とで位相が±９０°異なる位相差板とすればよい。

【００１８】次に、本発明による露光装置は、本発明に
よる位置検出装置（２）と、転写用のパターンが形成さ
れたマスク（Ｒ）が載置されるマスク側ステージ系（２
０）と、その被検パターンとしての位置合わせ用マーク
が形成された基板（Ｗ）の位置決めを行う基板側ステー
ジ系（２１〜２３）と、その位置検出装置の検出結果に
応じてその基板側ステージ系の位置決め動作を制御する
位置決め制御系（２５）と、を備え、その位置検出装置
でその基板上の位置合わせ用マークの位置を検出し、こ
の検出結果に基づいてその基板の位置合わせを行った状
態で、そのマスクのパターンをその基板上に転写するも
のである。本発明によれば、位置検出装置（２）を用い
ることによって、サーチアライメント及びファインアラ
イメントを切り換えて行うことができる。

【００１９】また、本発明によるデバイスの製造方法
は、その露光装置を用いたデバイスの製造方法であっ
て、基板上に感光材料を塗布する第１工程（ステップ１
０２）と、その位置検出装置を用いてその基板の位置合
わせを行う第２工程（ステップ１０３，１０４）と、そ
のマスクのパターンをその基板上に転写する第３工程
（ステップ１０５）と、その基板を現像する第４工程
（ステップ１０６）と、この第４工程で残される感光材
料をマスクとしてその基板上に所定のパターンを形成す
る第５工程（ステップ１０７）と、を有するものであ
る。この場合、基板上の位置合わせ用マークが低段差マ
ークであっても、本発明の位置検出装置によって安定、
且つ高精度に位置検出が行われるため、高い重ね合わせ
精度が得られる。

【００２０】

【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
の位置検出装置を投影露光装置に備えられたアライメン
トセンサに適用したものである。

【００２１】［第１の実施の形態］図１（ａ）は、本例
の投影露光装置を示し、この図１（ａ）において露光時
には、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照明光学系１９から
の露光光ＥＬは、レチクルＲのパターン面を均一な照度
分布で照明する。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の像が両側（又はウエハ側に片
側）テレセントリックな投影光学系ＰＬ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Ｐ
Ｌ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ＰＬ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（ａ）の紙面に平行
にＸ軸を、図１（ａ）の紙面に垂直にＹ軸を取って説明
する。

【００２２】このとき、レチクルＲは、レチクルステー
ジ２０上に吸着保持され、レチクルステージ２０は、Ｘ
方向、Ｙ方向、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２０（レチクルＲ）の２次元的な
位置、及び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、この計測結果、及び装置全体の動
作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系２５か
らの制御情報に基づいてステージ制御系２４がレチクル
ステージ２０の位置制御を行う。主制御系２５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２６も接続されている。

【００２３】一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２１を介
してＺステージ２２上に吸着保持され、Ｚステージ２２
は、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って２
次元移動するＸＹステージ２３上に固定されている。Ｚ
ステージ２２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ＰＬ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。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
設けられている。Ｚステージ２２及びＸＹステージ２３
等よりウエハステージが構成されている。Ｚステージ２
２（ウエハＷ）の２次元的な位置、及び回転角は不図示
のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されてお
り、この計測結果、及び主制御系２５からの制御情報に
基づいてステージ制御系２４はＸＹステージ２２のステ
ッピング動作の制御を行う。

【００２４】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
領域に露光された後、ＸＹステージ２２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ＰＬの露光領域
に移動して露光を行うという動作がステップ・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
領域への露光が行われる。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。

【００２５】そのため、投影光学系ＰＬ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センサ２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が、
本例のアライメントセンサ２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。

【００２６】即ち、アライメントセンサ２において、ハ
ロゲンランプ等の光源３からのウエハＷ上のフォトレジ
ストに対して非感光性の広帯域のほぼ白色の照明光束Ｉ
Ｌは、光ファイバ４を介して投影光学系ＰＬの側面まで
導かれている。光ファイバ４の射出面には、駆動モータ
２８Ａによって回転方式（ターレット方式）で切り換え
自在に第１照明開口絞り２７、及び第２照明開口絞り３
０が配置されている。第１照明開口絞り２７の代わり
に、図２（ａ２）若しくは（ａ３）に示す第１照明開口
絞り２７Ａ若しくは２７Ｂを配置してもよく、又は、第
１照明開口絞りとして複数の絞り（２７，２７Ａ，２７
Ｂ）を切り換え自在に配置してもよい。オペレータがキ
ーボード２６を介して主制御系２５に何れの照明開口絞
りを使用するかを指示するのに応じて、主制御系２５が
駆動モータ２８Ａを駆動する。

【００２７】図１（ａ）の状態では、光ファイバ４の射
出面には第１照明開口絞り２７が配置されている。光フ
ァイバ４を射出して第１照明開口絞り２７を通過した照
明光束ＩＬは、コンデンサーレンズ２９を介して照明視
野絞り５０を照射する。照明視野絞り５０を射出した照
明光束ＩＬは、照明リレーレンズ５、ハーフプリズム
６、結像開口絞りＡＳ、第１対物レンズ７、及び反射プ
リズム８を介して、ウエハＷ上の検出対象のウエハマー
クＷＭを落射照明する。ウエハマークＷＭからの反射、
回折によって発生した結像光束は、反射プリズム８、第
１対物レンズ７、ハーフプリズム６、及び第２対物レン
ズ１１を介して、指標板１２上にウエハマーク像を結像
する。指標板１２上には、ウエハマークの位置の基準と
なる指標マークＩＭが形成されている。

【００２８】図１（ｂ）は、本例のウエハマークＷＭ中
のＸ軸のウエハマークＷＭＸを示し、この図１（ｂ）に
おいて、ウエハマークＷＭＸ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。

【００２９】図１（ｃ）は、指標板１２上の指標マーク
ＩＭを示し、この図１（ｃ）において、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ＩＭＸ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。

【００３０】図１（ａ）に戻り、指標板１２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１３及
び第２リレーレンズ１４を経た後、ハーフプリズム１５
によって２分割され、分割された結像光束はそれぞれＣ
ＣＤ型の２次元の撮像素子１６及び１７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。ま
た、第１リレーレンズ１３と第２リレーレンズ１４との
間で、第１照明開口絞り２７の配置面と共役な面の近傍
に、駆動モータ２８Ｂによって回転方式（ターレット方
式）で切り換え自在に第１位相差板３１、及び第２位相
差板３２が配置されている。第１位相差板３１の代わり
に、図２（ｂ２）若しくは（ｂ３）に示す第１位相差板
３１Ａ若しくは３１Ｂを配置してもよく、又は、第１位
相差板として複数の位相差板（３１，３１Ａ，３１Ｂ）
を切り換え自在に配置してもよい。本例では、照明光束
ＩＬの束路に第１照明開口絞り２７，２７Ａ又は２７Ｂ
が設置されたときには、それぞれ結像光束の光路に第１
位相差板３１，３１Ａ又は３１Ｂを設置し、照明光束Ｉ
Ｌの光路に第２照明開口絞り３０が設置されたときに
は、結像光束の光路に第２位相差板３２を設置するもの
とする。主制御系２５は、駆動モータ２８Ａを介して照
明開口絞りの設定を行う際に、駆動モータ２８Ｂを介し
て対応する位相差板を設定する。図１（ａ）の状態で
は、第１照明開口絞り２７に対応して結像光束中に第１
位相差板３１が配置されている。

【００３１】撮像素子１６及び１７からの撮像信号は信
号処理系１８に供給されている。この場合、撮像素子１
６は、図１（ｃ）の指標マークＩＭの像をＸ方向に対応
する方向に読み出すＸ軸の撮像素子であり、撮像素子１
７は、図１（ｃ）の指標マークＩＭの像をＹ方向に対応
する方向に読み出すＹ軸の撮像素子であり、撮像素子１
６及び１７の撮像信号を処理することによって、それぞ
れ指標マークＩＭＸ，ＩＭＹの中心を基準としたＸ軸の
ウエハマークＷＭＸのＸ方向への位置ずれ量ΔＸ、及び
Ｙ軸のウエハマークのＹ方向への位置ずれ量ΔＹが計測
される。この位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）は信号処理系１
８から主制御系２５に供給される。主制御系２５は、そ
の位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）に、レーザ干渉計によって
計測されるウエハＷ（Ｚステージ２２）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、又はＹ座標を計測する。

【００３２】次に、本例のアライメントセンサ２におけ
る照明開口絞り２７，２７Ａ，２７Ｂ，３０、及び対応
する位相差板３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２の構成、及び
使用方法につき詳細に説明する。先ず、本例では、検出
対象のウエハマークＷＭが、ウエハＷの表面での段差が
数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の低段差マークであるものとす
る。この場合、第１照明開口絞り２７，２７Ａ，２７Ｂ
と対応する第１位相差板３１，３１Ａ，３１Ｂとの形状
は、低段差マークに対して高コントラストの像が得られ
るよう最適化されている。

【００３３】図２（ａ１）は、第１照明開口絞り２７を
示し、この図２（ａ１）において、第１照明開口絞り２
７は、半径ｒの遮光板（透過率が０％）の中心に半径ｄ
の小さい円形開口２７ａ（透過率が１００％）を設けた
ものである。また、半径ｒは、図１（ａ）のウエハマー
クＷＭからの有効な結像光束の開口数ＮＡに対応してお
り、照明系のσ値（コヒーレンスファクタ）は実質的に
ｄ／ｒとなる。第１照明開口絞り２７のσ値はほぼ０．
２５程度と小さく設定されている。

【００３４】図２（ｂ１）は、対応する第１位相差板３
１を示し、この図２（ｂ１）において、第１位相差板３
１は、照明光束ＩＬの平均波長をλとすると、第１照明
開口絞り２７の円形開口２７ａに対応する円形領域３１
ａと、それ以外の領域３１ｂとの間にλ／４（位相では
±９０°）の位相差を設けたものである。即ち、図１
（ａ）において、第１照明開口絞り２７から第１位相差
板３１に対する投影倍率をβとすると、図２（ｂ１）に
おいて、第１位相差板３１は、半径β・ｒの円形領域の
中心に半径β・ｄの円形領域３１ａを設けたものであ
る。

【００３５】図１（ａ）のように、照明光束ＩＬの光路
に第１照明開口絞り２７が設置された状態では、照明系
のσ値が小さく設定されていると共に、結像光束の光路
上に対応する第１位相差板３１が設置されているため、
撮像素子１６，１７上には数ｎｍ〜数十ｎｍの段差の低
段差マークの像が高いコントラストで形成される。従っ
て、サーチアライメントを行う場合に、その低段差マー
クを誤検出無く安定に検出できる。

【００３６】また、第１照明開口絞り２７の代わりに他
の第１照明開口絞り２７Ａ，２７Ｂを使用し、これに応
じて第１位相差板３１の代わりに他の第１位相差板３１
Ａ，３１Ｂを使用しても、同様に低段差マークを高いコ
ントラストで検出できる。照明開口絞り２７Ａは、図２
（ａ２）に示すように、半径ｒの遮光板中に幅ｄの輪帯
状開口２７Ａａを設けた輪帯絞りであり、照明開口絞り
２７Ｂは、図２（ａ３）に示すように、半径ｒの遮光板
中に直径２・ｅの複数（ここでは３行×３列）の開口２
７Ｂａを設けた開口絞りである。これらに対応して、位
相差板３１Ａは、図２（ｂ２）に示すように、半径β・
ｒの円形領域内で幅がβ・ｄの輪帯状の領域３１Ａａ内
とそれ以外の領域３１Ａｂとの間にλ／４（±９０°）
の位相差を付与したものである。また、位相差板３１Ｂ
は、図２（ｂ３）に示すように、半径β・ｒの円形領域
内で直径が２・β・ｄの複数の円形領域３１Ｂａ内とそ
れ以外の領域３１Ｂｂとの間にλ／４（±９０°）の位
相差を付与したものである。

【００３７】次に、第２照明開口絞り３０は、図３
（ａ）に示すように、半径ｒの遮光板（透過率が０％）
の中心に半径ｒ１の大きい円形開口３０ａ（透過率が１
００％）を設けたものであり、照明系のσ値（ｒ１／
ｒ）はほぼ０．７５程度と大きく設定されている。それ
に対応して、第２位相差板３２は、図３（ｂ）に示すよ
うに、半径β・ｒの円形領域内で中心の半径β・ｒ１の
円形領域３２ａと、それ以外の領域３２ｂとの間にλ／
４（±９０°）の位相差を付与したものである。このよ
うに大きなσ値の第２照明開口絞り３０、及び対応する
第２位相差板３２を使用することによって、非対称なマ
ークであっても高精度に位置検出が可能となる。

【００３８】従って、サーチアライメントの結果に基づ
いてファインアライメントを行う場合には、第２照明開
口絞り３０、及び対応する第２位相差板３２を光路上に
配置することによって、数ｎｍ〜数十ｎｍの高さを持つ
非対称な低段差マークに対して高精度に位置検出を行う
ことができる。また、図１（ａ）において、光学調整に
関しては、第２照明開口絞り３０や第２位相差板３２を
偏心させることによって光軸調整を行い、更に収差補正
もより精度の求められる第２位相差系（第２照明開口絞
り３０、及び第２位相差板３２）に対して最適となるよ
う、例えば第１対物レンズ７の一部のレンズの間隔や偏
心量を調整する。次に、第１位相差系（第１照明開口絞
り２７、及び第１位相差板３１）の光軸調整を、第１照
明開口絞り２７や第１位相差板３１を偏心させることに
よって行う。

【００３９】なお、図１（ａ）の構成では、第１照明開
口絞り２７（又は２７Ａ，２７Ｂ）と第２照明開口絞り
３０とを交換するのに応じて、第１位相差板３１（又は
３１Ａ，３１Ｂ）と第２位相差板３２とを交換している
が、光路上に第２照明開口絞り３０と第２位相差板３２
とを固定的に配置して、随時その光路上に第１照明開口
絞り２７と第１位相差板３１とを挿入して、所望の第１
照明絞り形状（２７，２７Ａ，２７Ｂ）と、所望の第１
位相差板形状（３１，３１Ａ，３１Ｂ）を得られる構成
としてもよい。この場合、通常は第２の位相差系とな
り、更に第１照明開口絞り２７と第１位相差板３１とを
挿入することによって、第１の位相差系となる。この構
成例では、第１及び第２の照明開口絞り２７，３０、及
び第１及び第２の位相差板３１，３２をそれぞれ近傍に
配置してもよいが、更にリレー系を設けて第１及び第２
の照明開口絞り２７，３０、又は第１及び第２の位相差
板３１，３２が互いに共役位置近傍になるよう配置して
もよい。

【００４０】更に、上記の実施の形態では位相差系を使
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。次
に、図１（ａ）の投影露光装置を用いてウエハ上に所定
の回路パターンを重ね合わせて形成する際の動作の一例
につき図１０のフローチャートを参照して説明する。

【００４１】先ず、図１０のステップ１０１において、
１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ１０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。なお、本例のウエハ
は、ＣＭＰ（化学機械的研磨）等の平坦化技術の適用に
よって各ショット領域に付設されたウエハマーク（サー
チアライメントマーク、及びファインアライメントマー
ク）が低段差マークとなっているものとする。その後、
ステップ１０３において、その１ロットの先頭のウエハ
（ウエハＷとする）を図１（ａ）の投影露光装置のウエ
ハホルダ２１上にロードする。この際に不図示のウエハ
ローダ系によって、ウエハＷの投影露光装置に対する外
形基準の位置合わせ（プリアライメント）が行われてい
る。また、アライメントセンサ２の検出中心と、レチク
ルＲの投影光学系ＰＬによる投影像の中心との間隔であ
るベースライン量は、予め求められて主制御系２５内の
記憶部に記憶されている。

【００４２】この状態で、アライメントセンサ２の照明
光路、及び結像光路にそれぞれ小σ値の第１照明開口絞
り２７、及び対応する第１位相差板３１を設定して、ア
ライメントセンサ２を介してウエハＷ上の所定のウエハ
マークの位置を検出し、この検出結果に基づいてサーチ
アライメントを行う。即ち、その検出結果よりウエハＷ
のオフセット、及び回転角を算出し、この結果を用いて
ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を補正する。

【００４３】次に、ステップ１０４に移行して、アライ
メントセンサの照明光路、及び結像光路にそれぞれ高σ
値の第２照明開口絞り３０、及び対応する第２位相差板
３２を設定する。そして、サーチアライメントの結果よ
り補正された座標に基づいて、ウエハＷ上の所定のショ
ット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマー
クを順次アライメントセンサ２の観察視野内に移動し
て、アライメントセンサ２を介してそのウエハマークの
位置を検出することによってファインアライメントを行
う。一例として、所定個数のサンプルショットのウエハ
マークの位置を統計処理することによってＥＧＡ方式で
各ショット領域の配列座標を算出する。

【００４４】次にステップ１０５において、ファインア
ライメントによって求められた配列座標を、ベースライ
ン量で補正した座標に基づいてウエハＷの位置決めを行
いながら、レチクルＲのパターン像をウエハＷの各ショ
ット領域に転写する。そして、ステップ１０３〜１０５
の動作を１ロットの各ウエハに対して繰り返す。その
後、ステップ１０６において、その１ロットのウエハ上
のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ１０７
において、その１ロットのウエハ上でレジストパターン
をマスクとしてエッチングを行うことによって、レチク
ルＲ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ
上の各ショット領域に重ねて形成される。その後、更に
ウエハＷ上でその上のレイヤの回路パターンの形成等を
行うことによって、半導体素子等の所定のデバイスが製
造される。

【００４５】この際に、ウエハマークが低段差マークで
あっても１台のアライメントセンサ２を切り換えること
によって、高速、且つ安定にサーチアライメントを行う
ことができると共に、高精度にファインアライメントを
行うことができる。

【００４６】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態のアライメントセンサにつき図４を参照して説明
する。図４において、図１（ａ）に対応する部分には同
一、又はＡ，Ｂ等の添字を付加した符号を付してその詳
細説明を省略する。図４は、本例のアライメントセンサ
を示し、この図４において、第１光ファイバ４Ａを射出
して、第１照明開口絞り２７を通過した広帯域の第１照
明光束ＩＬ１は、コンデンサーレンズ２９Ａを介して切
り換えミラー３３に向かう。これと対称に第２光ファイ
バ４Ｂを射出して、第２照明開口絞り３０を通過した広
帯域の第２照明光束ＩＬ２も、コンデンサーレンズ２９
Ｂを介して切り換えミラー３３に向かう。切り換えミラ
ー３３は、照明系の光軸に対して４５°で着脱自在に配
置されており、切り換えミラー３３を退避させると第２
照明光束ＩＬ２が選択され、切り換えミラー３３を挿入
すると第１照明光束ＩＬ１が選択される。

【００４７】図４では、切り換えミラー３３が挿入され
て第１照明光束ＩＬ１が選択された状態が示されてい
る。選択された（反射された）第１照明光束ＩＬ１は、
不図示の照明視野絞りを経た後、照明リレーレンズ５、
ハーフプリズム６、第１対物レンズ７、及び反射プリズ
ム８を介して検出対象のウエハマークＷＭを照明する。
ウエハマークＷＭから反射、回折された結像光束、ここ
では第１照明光束ＩＬ１に対応する第１結像光束ＡＬ１
は、反射プリズム８、第１対物レンズ７、ハーフプリズ
ム６、及び第２対物レンズ１１を介して、指標板１２上
にウエハマーク像を結像する。指標板１２を通過した第
１結像光束ＡＬ１は、切り換えミラー３４により反射さ
れる。切り換えミラー３４は切り換えミラー３３と連動
して結像系の光軸に４５°で着脱自在に配置され、図４
のように切り換えミラー３４を設置すると第１結像光束
ＡＬ１が選択され、切り換えミラー３４を退避させると
第２照明光束ＩＬ２に対応する第２結像光束ＡＬ２が選
択される。

【００４８】切り換えミラー３４によって選択された
（反射された）第１結像光束ＡＬ１は、第１リレーレン
ズ１３Ａ、第１位相差板３１、ミラーＭ１、第２リレー
レンズ１４Ａ、及びハーフプリズム１５を経て、撮像素
子１６，１７の撮像面にウエハマークＷＭ及び指標マー
クの像を形成する。第１位相差板３１は、第１照明開口
絞り２７との共役位置の近傍に配置されている。

【００４９】次に、切り換えミラー３３及び３４をそれ
ぞれ照明光路及び結像光路から退避させた状態では、第
２照明光束ＩＬ２が選択されて照明リレーレンズ５等を
経てウエハマークＷＭに照射される。そして、ウエハマ
ークＷＭから反射、回折された結像光束、ここでは第２
照明光束ＩＬ２に対応する第２結像光束ＡＬ２は、反射
プリズム８〜第２対物レンズ１１を介して、指標板１２
上にウエハマーク像を結像する。指標板１２を通過した
第２結像光束ＡＬ２は、切り換えミラー３４の側面を通
過して、第１リレーレンズ１３Ｂ、第２位相差板３２、
ミラーＭ２、第２リレーレンズ１４Ｂ、及びハーフプリ
ズム１５を経て、撮像素子１６，１７の撮像面にウエハ
マークＷＭ及び指標マークの像を形成する。第２位相差
板３２は、第２照明開口絞り３０との共役位置の近傍に
配置されている。

【００５０】本例においても、第１照明開口絞り２７及
び第１位相差板３１の形状は、低段差マークに対して高
コントラストが得られるよう最適化されている。また、
第２照明開口絞り２７及び第２位相差板３２の形状は、
非対称パターンであっても観察像に偏りが生じないよう
最適化されており、低段差マークに対して高精度の位置
検出が可能である。

【００５１】そして、サーチアライメント時には、光路
上に切り換えミラー３３及び３４を設置して、第１照明
光束ＩＬ１及び第１結像光束ＡＬ１を選択することによ
って、低段差マークが高コントラストに誤検出無く検出
される。その情報に基づいて、ファインアライメントを
行う際は、切り換えミラー３３及び３４を退避させて、
第２照明光束ＩＬ２及び第２結像光束ＡＬ２を選択する
ことによって、低段差マークの位置が高精度に検出され
る。

【００５２】第１位相差系の光軸調整に関しては、第１
照明開口絞り２７や第１位相差板３１を偏心させること
によって行う。次に、第２位相差系の光軸調整を、第２
照明開口絞り３０や第２位相差板３２を偏心させること
によって行う。更に、収差補正もより精度の求められる
第２位相差系に対して最適となるよう、例えば第１対物
レンズ７の一部のレンズの間隔や偏心を調整する。第１
位相差系専用の収差補正を、リレーレンズ１３Ａ，１４
Ａの一部の間隔や偏心を調整して行い、第２位相差系専
用の収差補正を、リレーレンズ１３Ｂ，１４Ｂの一部の
間隔や偏心を調整して行ってもよい。なお、切り換えミ
ラー３３，３４によって反射される光束が、第２照明光
束ＩＬ２及び第２結像光束ＡＬ２でもよい。更に、切り
換えミラー３３，３４は機械的な駆動ではなく、電気的
に透過と反射とが切り換わるようなものでもよい。

【００５３】［第３の実施の形態］本発明の第３の実施
の形態のアライメントセンサにつき図５を参照して説明
する。本例は、第２の実施の形態中の切り換えミラー３
３，３４の代わりに、照明光源を時分割点灯するもので
あり、図５において、図４に対応する部分には同一、又
はＡ，Ｂ等の添字を付加した符号を付してその詳細説明
を省略する。

【００５４】図５は、本例のアライメントセンサを示
し、この図５において、照明光源としてそれぞれ発光ダ
イオード（ＬＥＤ）よりなる狭い帯域の第１光源３５、
及び第２光源３６が使用されている。そして、図４の光
ファイバ４Ａ及び４Ｂが、それぞれ光源３５及び３６で
置き換えられ、図４の切り換えミラー３３、及び３４の
代わりにそれぞれビームスプリッタ３７、及び３８が固
定的に配置されている。

【００５５】更に、ビームスプリッタ３８を透過した第
１結像光束ＡＬ１が、第１リレーレンズ１３Ａ、第１位
相差板３１、第２リレーレンズ１４Ａ、及びハーフプリ
ズム１５Ａを経て、撮像素子１６Ａ，１７Ａの撮像面に
ウエハマークＷＭ及び指標マークの像を形成する。一
方、ビームスプリッタ３８で反射された第２結像光束Ａ
Ｌ２が、第１リレーレンズ１３Ｂ、第１位相差板３２、
第２リレーレンズ１４Ｂ、及びハーフプリズム１５Ｂを
経て、撮像素子１６Ｂ，１７Ｂの撮像面にウエハマーク
ＷＭ及び指標マークの像を形成する。これ以外の構成は
図４と同様である。

【００５６】本例では、サーチアライメント時には第１
光源３５のみを点灯し、第１光源３５からの第１照明光
束ＩＬ１のもとで第１位相差系（第１照明開口絞り２
７、第１位相差板３１）、及び撮像素子１６Ａ，１７Ａ
を介して位置検出を行う。その情報に基づいてファイン
アライメントを行う際には、第２光源３６のみを点灯
し、この第２光源３６からの第２照明光束ＩＬ２のもと
で第２位相差系（第２照明開口絞り３０、第１照明開口
絞り２７）、及び撮像素子１６Ｂ，１７Ｂを介して位置
検出する。本例では、可動ミラーを使用しての光路の切
り換えが必要無いため、高い再現性で高精度な位置検出
が可能となる。

【００５７】［第４の実施の形態］本発明の第４の実施
の形態のアライメントセンサにつき図６を参照して説明
する。本例は、第２の実施の形態（図４）中の切り換え
ミラー３３，３４の代わりに、シャッタを使用するもの
であり、図６において、図４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。

【００５８】図６は、本例のアライメントセンサを示
し、この図６において、図４の切り換えミラー３３，３
４がそれぞれビームスプリッタ３７，３８で置き換えら
れている。更に、コンデンサーレンズ２９Ａ及び２９Ｂ
とビームスプリッタ３７との間にそれぞれシャッタ３９
及び４０が配置され、第２リレーレンズ１４Ａ及び１４
Ｂとハーフプリズム１５との間にそれぞれシャッタ４１
及び４２が配置されている。これ以外の構成は図４と同
様である。

【００５９】本例では、サーチアライメント時には、シ
ャッタ３９，４１を開き、シャッタ４０，４２を閉じる
ことによって、第１照明光束ＩＬ１及び第１結像光束Ａ
Ｌ１を使用して位置検出を行う。その情報に基づいてフ
ァインアライメントを行う際は、図６に示すようにシャ
ッタ３９，４１を閉じて、シャッタ４０，４２を開くこ
とによって、第２照明系ＩＬ２及び第２結像系ＡＬ２を
使用して位置検出を行う。本例では、可動ミラーを用い
た光路の切り換えの必要が無く、広帯域光を用いた照明
も可能となるため、高精度で再現性の高い位置検出が可
能となる。

【００６０】［第５の実施の形態］本発明の第５の実施
の形態のアライメントセンサにつき図７を参照して説明
する。本例は、第３の実施の形態（図５）中のビームス
プリッタ３７，３８の代わりにダイクロイックミラーを
用いて照明系、及び結像系を切り換えるものであり、図
７において、図５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。

【００６１】図７は、本例のアライメントセンサを示
し、この図７において、図５のビームスプリッタ３７，
３８の代わりにダイクロイックミラー４４，４５が設置
されている。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）よりなる
光源４３から赤外の狭い波長域の第１照明光束ＩＬ１が
射出され、光ファイバ４Ｂより広帯域のほぼ白色の第２
照明光束ＩＬ２が射出されている。ダイクロイックミラ
ー４４，４５はそれぞれ第１照明光束ＩＬ１を透過し
て、第２照明光束ＩＬ２を反射する波長選択性を有して
おり、第１照明開口絞り２７及びコンデンサーレンズ２
９Ａを経た第１照明光束ＩＬ１と、第２照明開口絞り３
０及びコンデンサーレンズ２９Ｂを経た第２照明光束Ｉ
Ｌ２とは、ダイクロイックミラー４４によって同軸に合
成されて、ウエハマークＷＭに照射されている。また、
ウエハマークＷＭからの２つの波長域の結像光束は、ダ
イクロイックミラー４５によって第１結像光束ＡＬ１と
第２結像光束ＡＬ２とに分離されている。これ以外の構
成は図５と同様である。

【００６２】本例では、２つの照明光束ＩＬ１，ＩＬ２
を常時点灯しておく。そして、サーチアライメントの際
は、第１位相差系用の撮像素子１６Ａ，１７Ａの撮像信
号を処理してウエハマークＷＭの位置検出を行い、その
情報に基づいてファインアライメントを行う際は、第２
位相差系用の撮像素子１６Ｂ，１７Ｂの撮像信号を処理
して位置検出する。この場合、第１位相差系と第２位相
差系とが波長により選択されているため、機械的駆動が
必要ないと共に、ファインアライメントの位置検出時に
広帯域の白色光よりなる第２照明光束ＩＬ２を用いるこ
とによって、干渉の影響の少ない高精度な位置検出が可
能となる。また、光量の損失も少ない。

【００６３】なお、図７の実施の形態では、第１照明光
束ＩＬ１は赤外光であるが、第１照明光束ＩＬ１として
第２照明光束ＩＬ２の広帯域光より短い波長域の光を用
いてもよい。

【００６４】［第６の実施の形態］本発明の第６の実施
の形態のアライメントセンサにつき図８を参照して説明
する。本例は、第２の実施の形態中の切り換えミラー３
３，３４の代わりに、偏光ビームスプリッタを配置して
照明光束を切り換えるものであり、図８において、図４
に対応する部分には同一、又はＡ，Ｂ等の添字を付加し
た符号を付してその詳細説明を省略する。

【００６５】図８は、本例のアライメントセンサを示
し、この図８において、図４の切り換えミラー３３、及
び３４の代わりにそれぞれ偏光ビームスプリッタ４８、
及び４９が固定的に配置されている。また、第１照明開
口絞り２７とコンデンサーレンズ２９Ａとの間に回転自
在に第１偏光子４６が配置され、第２照明開口絞り３０
とコンデンサーレンズ２９Ｂとの間に回転自在に第２偏
光子４７が配置されている。

【００６６】更に、偏光ビームスプリッタ４９で反射さ
れた第１結像光束ＡＬ１が、第１リレーレンズ１３Ａ、
第１位相差板３１、第２リレーレンズ１４Ａ、及びハー
フプリズム１５Ａを経て、撮像素子１６Ａ，１７Ａの撮
像面にウエハマークＷＭ及び指標マークの像を形成す
る。一方、偏光ビームスプリッタ４９を透過した第２結
像光束ＡＬ２が、第１リレーレンズ１３Ｂ、第２位相差
板３２、第２リレーレンズ１４Ｂ、及びハーフプリズム
１５Ｂを経て、撮像素子１６Ｂ，１７Ｂの撮像面にウエ
ハマークＷＭ及び指標マークの像を形成する。これ以外
の構成は図４と同様である。

【００６７】本例では、サーチアライメント時には、偏
光子４６，４７の回転角を制御して偏光ビームスプリッ
タ４８で第１照明光束ＩＬ１が反射されて、第２照明光
束ＩＬ２が遮断されるようにする。そして、第１位相差
系用の撮像素子１６Ａ，１７Ａの撮像信号に基づいて位
置検出を行う。その情報に基づいてファインアライメン
トを行う際は、偏光子４６，４７の回転角を制御して偏
光ビームスプリッタ４８を第２照明光束ＩＬ２が透過し
て、第１照明光束ＩＬ１が遮断されるようにする。そし
て、第２位相差系用の撮像素子１６Ｂ，１７Ｂの撮像信
号に基づいて位置検出を行う。この結果、第１位相差系
と第２位相差系との選択に、機械的駆動を行う必要がな
いと共に、サーチアライメントでもファインアライメン
トでも広帯域の白色光を用いて干渉の影響の少ない検出
が可能となる。

【００６８】なお、上記の第１〜第６の実施の形態のセ
ンサの構成部材を適当に組み合わせた構成が可能である
ことは、言うまでもない。

【００６９】［第７の実施の形態］本発明の第７の実施
の形態のアライメントセンサにつき図９を参照して説明
する。本例は、サーチアライメント用と、ファインアラ
イメント用との２系統の光電検出系を備えたものであ
り、図９において、図１（ａ）に対応する部分には同
一、又はＡ，Ｂ等の添字を付加した符号を付してその詳
細説明を省略する。

【００７０】図９は、本例のアライメントセンサを示
し、この図９において、サーチアライメントを行うため
の第１の光電検出系２Ｓと、その情報に基づいてファイ
ンアライメントを行うための第２の光電検出系２Ｆとが
備えられている。第１の光電検出系２Ｓにおいて、光フ
ァイバ４Ａを射出して第１照明開口絞り２７を通過した
ほぼ広帯域の第１照明光束ＩＬ１は、コンデンサーレン
ズ２９Ａ、不図示の照明視野絞り、照明リレーレンズ５
Ｓ、ハーフプリズム６Ｓ、第１対物レンズ７Ｓを介し
て、検出対象のウエハマークＷＭを落射照明する。ウエ
ハマークＷＭから反射した第１結像光束は、第１対物レ
ンズ７Ｓ、ハーフプリズム６Ｓ、及び第２対物レンズ１
１Ｓを介して、指標板１２Ｓ上にウエハマーク像を結像
する。指標板１２Ｓを通過した第１結像光束ＡＬ１は、
第１リレーレンズ１３Ａ、第１位相差板３１、第２リレ
ーレンズ１４Ａ、及びハーフプリズム１５Ａを経て撮像
素子１６Ａ及び１７Ａの撮像面にウエハマークＷＭ、及
び指標マークの像を形成する。

【００７１】これと対称に、第２の光電検出系２Ｆにお
いて、光ファイバ４Ｂを射出して第２照明開口絞り３０
を通過した広帯域の第２照明光束ＩＬ２は、コンデンサ
ーレンズ２９Ｂ、不図示の照明視野絞り、照明リレーレ
ンズ５Ｆ、ハーフプリズム６Ｆ、及び第１対物レンズ７
Ｆを介して、検出対象のウエハマークＷＭを落射照明す
る。ウエハマークＷＭから反射した第２結像光束は、第
１対物レンズ７Ｆ、ハーフプリズム６Ｆ、及び第２対物
レンズ１１Ｆを介して、指標板１２Ｆ上にウエハマーク
像を結像する。指標板１２Ｆを通過した第２結像光束Ａ
Ｌ２は、第１リレーレンズ１３Ｂ、第１位相差板３２、
第２リレーレンズ１４Ｂ、及びハーフプリズム１５Ｂを
経て撮像素子１６Ｂ及び１７Ｂの撮像面にウエハマーク
ＷＭ、及び指標マークの像を形成する。

【００７２】位相差板３１及び３２は、それぞれ照明開
口絞り２７及び３０と共役な面の近傍に配置されてい
る。そして、第１の光電検出系２Ｓの第１照明開口絞り
２７及び第１位相差板３１の形状は、低段差マークに対
して高コントラストの像が得られるよう最適化されてい
る。一方、第２の光電検出系２Ｆの第２照明開口絞り３
０及び第２位相差板３２の形状は、低収差で、且つ非対
称パターンに強くなるよう最適化されている。

【００７３】本例では、低段差マークに対するサーチア
ライメント時には、第１の光電検出系２Ｓにより得られ
た高コントラストの撮像信号を用いることによって誤検
出が防止される。その情報に基づいてファインアライメ
ントを行う際は、第２の光電検出系２Ｆにより得られた
撮像信号を用いることによって、高精度の位置検出が行
われる。

【００７４】本例では、第１及び第２の光電検出系２
Ｓ，２Ｆにおいて、それぞれ照明開口絞り２７，３０や
位相差板３１，３２を偏心させることによって独立に光
軸調整を行うことができる。更に収差補正は、例えば第
１対物レンズ７Ｓ，７Ｆの一部のレンズの間隔や偏心を
調整することで実行できるため、両方の光電検出系２
Ｓ，２Ｆにとって最良の光学状態にすることができる。
本例でも、明視野と位相差系との両方の構成を第１、及
び／又は第２の光電検出系２Ｓ，２Ｆ中に採用し、サー
チアライメントもファインアライメントも高段差マーク
から低段差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。

【００７５】また、上記の実施の形態では、被検パター
ンを落射照明する例を示したが、透過照明の場合でも本
発明が適用できることは言うまでもない。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。

【００７６】

【発明の効果】本発明の第１、又は第２の位置検出装置
によれば、第１の照明開口絞りと第２の照明開口絞りと
を切り換えて使用することによって、被検パターンをサ
ーチアライメント、及びファインアライメントのような
複数種類の検出方式でそれぞれの用途に応じて検出でき
る利点がある。

【００７７】また、集光系は、被検パターンの像を形成
する結像系であり、第１の照明開口絞り、及び対応する
第１の位相差付与部材は、低段差パターンに対して高コ
ントラストな像を得るための形状を有し、第２の照明開
口絞り、及び対応する第２の位相差付与部材は、低段差
のパターンに対して安定な像を得るための形状を有し、
その第１の位相差付与部材を通過した光を用いてその被
検パターンのサーチを行い、その第２の位相差付与部材
を通過した光を用いてその被検パターンの位置検出を行
う場合には、低段差マークに対してサーチアライメント
を誤検出無く実行できると共に、ファインアライメント
を高精度に行うことができる。

【００７８】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の１台の位置検出装置を用いてサーチアライメント、及
びファインアライメントを切り換えて行うことができ
る。また、本発明のデバイスの製造方法によれば、低段
差の位置合わせ用マークの位置を高精度に検出できるた
め、平坦化技術を適用した場合でも高い重ね合わせ精度
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態のアライメ
ントセンサを備えた投影露光装置を示す一部を切り欠い
た構成図、（ｂ）はウエハマークの一例を示す拡大平面
図、（ｃ）は指標マークの一例を示す拡大平面図であ
る。

【図２】図１（ａ）中の第１照明開口絞り２７，２７
Ａ，２７Ｂ、及び対応する第１位相差板３１，３１Ａ，
３１Ｂを示す拡大図である。

【図３】図１（ａ）中の第２照明開口絞り３０、及び対
応する第２位相差板３２を示す拡大図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図９】本発明の第７の実施の形態のアライメントセン
サを示す概略構成図である。

【図１０】図１（ａ）の投影露光装置を用いて所定のデ
バイスを製造する工程の一例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ ＷＭ，ＷＭＸ ウエハマーク ２ アライメントセンサ ４ 光ファイバ ７ 第１対物レンズ １１ 第２対物レンズ １２ 指標板 １３，１４ リレーレンズ １６，１７ 撮像素子 １８ 信号処理系 ２５ 主制御系 ２７，２７Ａ，２７Ｂ 第１照明開口絞り ３０ 第２照明開口絞り ３１，３１Ａ，３１Ｂ 第１位相差板 ３２ 第２位相差板 ３３，３４ 切り換えミラー ４４，４５ ダイクロイックミラー ４８，４９ 偏光ビームスプリッタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一つ又は複数個の被検パターンが形成さ
   れた試料の前記被検パターンの位置を検出する位置検出
   装置において、 前記試料の前記被検パターンを照明する照明系と、 該照明系による照明光束を規定するための互いに異なる
   形状の第１、及び第２の照明開口絞りと、 該第１の照明開口絞りを通過した第１の照明光束、又は
   該第２の照明開口絞りを通過した第２の照明光束の何れ
   かを選択して前記被検パターンに導く照明系選択部材
   と、 前記被検パターンからの光を集光する集光系と、 該集光系により導かれる光の光路上で、前記第１の照明
   開口絞りと実質的に共役な位置に配置され前記第１の照
   明開口絞りの開口に対応する位相分布を有する第１の位
   相差付与部材と、 前記集光系により導かれる光の光路上で、前記第２の照
   明開口絞りと実質的に共役な位置に配置され前記第２の
   照明開口絞りの開口に対応する位相分布を有する第２の
   位相差付与部材と、 前記第１の位相差付与部材を通過した光、又は前記第２
   の位相差付与部材を通過した光の何れかを選択する集光
   系選択部材と、 該集光系選択部材で選択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パターンの
   位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 一つ又は複数個の被検パターンが形成さ
   れた試料の前記被検パターンの位置を検出する位置検出
   装置において、 前記試料の前記被検パターンを第１、及び第２の照明光
   束で照明する照明系と、 該照明系による前記第１、及び第２の照明光束を規定す
   るための互いに異なる形状の第１、及び第２の照明開口
   絞りと、 前記被検パターンからの前記第１、及び第２の照明光束
   による光をそれぞれ集光する集光系と、 該集光系により導かれる前記第１の照明光束による光の
   光路上で、前記第１の照明開口絞りと実質的に共役な位
   置に配置され前記第１の照明開口絞りの開口に対応する
   位相分布を有する第１の位相差付与部材と、 前記集光系により導かれる前記第２の照明光束による光
   の光路上で、前記第２の照明開口絞りと実質的に共役な
   位置に配置され前記第２の照明開口絞りの開口に対応す
   る位相分布を有する第２の位相差付与部材と、 前記第１の位相差付与部材を通過した光を光電検出する
   第１の光電検出器と、 前記第２の位相差付与部材を通過した光を光電検出する
   第２の光電検出器と、を備え、 前記２つの光電検出器の検出信号に基づいて前記被検パ
   ターンの位置を検出することを特徴とする位置検出装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１、又は２記載の位置検出装置で
   あって、 前記集光系は、前記被検パターンの像を形成する結像系
   であり、 前記第１の照明開口絞り、及び対応する前記第１の位相
   差付与部材は、低段差パターンに対して高コントラスト
   な像を得るための形状を有し、 前記第２の照明開口絞り、及び対応する前記第２の位相
   差付与部材は、低段差のパターンに対して安定な像を得
   るための形状を有し、 前記第１の位相差付与部材を通過した光を用いて前記被
   検パターンのサーチを行い、前記第２の位相差付与部材
   を通過した光を用いて前記被検パターンの位置検出を行
   うことを特徴とする位置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載の位置検出装
   置と、 転写用のパターンが形成されたマスクが載置されるマス
   ク側ステージ系と、 前記被検パターンとしての位置合わせ用マークが形成さ
   れた基板の位置決めを行う基板側ステージ系と、 前記位置検出装置の検出結果に応じて前記基板側ステー
   ジ系の位置決め動作を制御する位置決め制御系と、を備
   え、 前記位置検出装置で前記基板上の位置合わせ用マークの
   位置を検出し、該検出結果に基づいて前記基板の位置合
   わせを行った状態で、前記マスクのパターンを前記基板
   上に転写することを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の露光装置を用いたデバイ
   スの製造方法であって、 前記基板上に感光材料を塗布する第１工程と、 前記位置検出装置を用いて前記基板の位置合わせを行う
   第２工程と、 前記マスクのパターンを前記基板上に転写する第３工程
   と、 前記基板を現像する第４工程と、 該第４工程で残される感光材料をマスクとして前記基板
   上に所定のパターンを形成する第４工程と、を有するこ
   とを特徴とするデバイスの製造方法。