(57)【要約】【課題】フォトマスクとウェハとを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能なアライメントユニットを提供する。【解決手段】フォトマスク２の一部を照明するための第１照明光として、紫外線の波長領域の光を出射する第１光源１１と、ウェハ５の一部を照明するための第２照明光として、紫外線以外の波長領域の光を出射する第２光源２１と、第１照明光の一部を反射し、一部を透過する第１ハーフミラー１２と、第２照明光の一部を反射し、一部を透過する第２ハーフミラー２３と、フォトマスク２の一部に反射された第１照明光が入射される第１撮像素子１６と、ウェハ５の一部に反射された第２照明光が入射される第２撮像素子２７と、を備え、ユニット全体が、露光装置１を構成する投影光学系３とウェハステージ４との間に出入り可能に設けられた構成としてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光に紫外線の波長領域の光を用いた露光装置に適用され、フォトマスクとウェハとの位置合わせを行うためのアライメントユニットであって、
前記フォトマスクの一部を照明するための第１照明光として、紫外線の波長領域の光を出射する第１光源と、
前記ウェハの一部を照明するための第２照明光として、紫外線以外の波長領域の光を出射する第２光源と、
前記第１照明光の一部を反射し、一部を透過する第１光分割部材と、
前記第２照明光の一部を反射し、一部を透過する第２光分割部材と、
前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光が入射される少なくとも１つの撮像素子と、
を備え、
ユニット全体が、前記露光装置を構成する投影光学系とウェハステージとの間に出入り可能に設けられたことを特徴とするアライメントユニット。
【請求項２】
一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光を、それぞれ前記光軸に沿って反対方向に反射する反射部材と、
前記光軸上の一側に配置され、前記反射部材に反射された前記第１照明光が入射される第１撮像素子と、
前記光軸上の他側に配置され、前記反射部材に反射された前記第２照明光が入射される第２撮像素子と、を備えた請求項１に記載のアライメントユニット。
【請求項３】
一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光に含まれる偏光成分のうち、一の直線偏光を、それぞれ前記光軸に沿って反対方向に反射し、他の直線偏光を、それぞれ前記光軸と交差する方向に透過する第１偏光部材と、
前記光軸の一側に配置され、前記第１偏光部材に反射された前記第１照明光の一の直線偏光を他の直線偏光に変換し、前記光軸に沿った方向に反射する位相変換部材と、
前記光軸の他側に配置され、前記第１偏光部材に反射された一の直線偏光、及び前記第１偏光部材を透過した他の直線偏光が入射される撮像素子と、
前記光軸と交差する方向に配置され、前記第１偏光部材に反射された一の直線偏光を透過するとともに、前記第１偏光部材を透過した他の直線偏光を反射する第２偏光部材と、を備えた請求項１に記載のアライメントユニット。
【請求項４】
前記位相変換部材が、λ／４板の背面にミラーを設けた構成であり、前記λ／４板に入射した一の直線偏光を前記ミラーで反射させることにより、他の直線偏光に変換する請求項３に記載のアライメントユニット。
【請求項５】
一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光のうち、いずれか一方を前記光軸に沿った方向に反射し、他方を前記光軸に沿った方向に透過する第３光分割部材と、
前記光軸上に配置され、前記第３光分割部材に反射又は透過された前記第１照明光及び前記第２照明光が入射される撮像素子と、
を備えた請求項１に記載のアライメントユニット。
【請求項６】
前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光が、前記投影光学系を通過した後に少なくとも３回の反射を経て前記撮像素子に入射されるとともに、前記ウェハの一部に反射された前記第２照明光が、少なくとも１回の反射を経て前記撮像素子に入射される請求項３〜５のいずれか１項に記載のアライメントユニット。
【請求項７】
前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光の結像位置を、前記光軸に沿って変位させる調整部材を備えた請求項３〜６のいずれか１項に記載のアライメントユニット。
【請求項８】
前記第２光源が、可視光線の波長領域の光、又は赤外線の波長領域の光を出射する請求項１〜７のいずれか１項に記載のアライメントユニット。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項に記載したアライメントユニットに適用される画像処理システムであって、
前記第１光源及び前記第２光源を交互に点灯させる動作を行わせる点灯制御手段と、
１つの前記撮像素子に入射された前記第１照明光及び前記第２照明光を判別する照明光判別手段と、を備えたことを特徴とする画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光光に紫外線の波長領域の光を用いた露光装置に適用され、フォトマスクとウェハとの位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメントユニットに関し、特に、フォトマスクとウェハとを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能なアライメントユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から露光装置を用いて、フォトマスクに描画された所望のパターンを、ウェハ上に転写することが行われている。露光によりパターンを転写する際には、フォトマスクとウェハとが精密に位置合わせされる（例えば、特許文献１〜４を参照）。
【０００３】
従来の一般的なフォトマスクとウェハとのアライメント方法を、図７（ａ）〜（ｃ）に例示する。図７（ａ）〜（ｃ）において、露光装置１には、図中の上から順に、フォトマスク２、投影光学系３及びウェハステージ４が配置されている。ウェハステージ４には、ウェハ５が載置されている。
【０００４】
露光装置１には、フォトマスク２とウェハ５とを位置決めするためのアライメント機構が備えられている。フォトマスク２の所定位置には、アライメントマーク２ａが描画されている。これに対応して、ウェハ５の所定位置にも、アライメントマーク５ａが描画されている。フォトマスク２上には、そのアライメントマーク２ａを検出するためのアライメント顕微鏡６が配置されている。投影光学系３の近傍には、ウェハ５のアライメントマーク５ａを撮影するためのワークカメラ７が配置されている。ウェハステージ４には、フォトマスク２のアライメントマーク２ａ及びワークカメラ７の位置を特定するためのフィデューシャルマーク８ａを備えたフィデューシャル板８が載置されている。ウェハステージ４には、フィデューシャルマーク８ａを照明するための光源４ａが内蔵されている。
【０００５】
なお、フォトマスク２とウェハ５とは、平面のＸ−Ｙ方向及び回転方向（θ方向）に位置合わせしなければならない。このため、実際は、アライメントマーク２ａ、アライメントマーク５ａ、フィデューシャルマーク８ａ、アライメント顕微鏡６及びワークカメラ７は、複数設けられているが、説明の便宜上、これらのうちの１つだけを図示する。
【０００６】
フォトマスク２とウェハ５とのアライメント方法について説明する。図７（ａ）に示すように、フォトマスク２は、予め定められた位置に位置決めされる。アライメント顕微鏡６の中心は、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの中心に位置合わせされる。この状態において、ウェハステージ４に内蔵された光源４ａが点灯し、フィデューシャルマーク８ａを照明する。この照明光は、投影光学系３を通って、フォトマスク２のアライメントマーク２ａを照明する。これにより、アライメントマーク２ａ及びフィデューシャルマーク８ａの像が、アライメント顕微鏡６に検出される。その後、図示しない制御部が、ウェハステージ４をＸ−Ｙ方向に駆動させ、アライメント顕微鏡６に検出されたフィデューシャルマーク８ａの像を、アライメントマーク２ａの像に一致させる。これにより、制御部は、アライメントマーク２ａの位置を特定して記憶する。
【０００７】
次いで、図７（ｂ）に示すように、制御部は、ウェハステージ４をＸ−Ｙ方向に駆動させ、フィデューシャルマーク８ａをワークカメラ７に位置合わせする。制御部は、ワークカメラ７に撮影されたフィデューシャルマーク８ａの像の中心を、ワークカメラ７の中心に一致させる。これにより、制御部は、ワークカメラ７の位置を特定して記憶する。
【０００８】
その後、図７（ｃ）に示すように、制御部は、ウェハステージ４をＸ−Ｙ方向に駆動させ、ウェハ５のアライメントマーク５ａをワークカメラ７に位置合わせする。制御部は、ワークカメラ７に撮影されたアライメントマーク５ａの像の中心を、ワークカメラ７の中心に一致させる。これにより、ウェハ５のアライメントマーク５ａの中心が、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの中心と一致する。制御部は、ウェハ５のアライメントマーク５ａの位置を特定して記憶する。
【０００９】
上述したフォトマスク２のアライメントマーク２ａ、ワークカメラ７、ウェハ５のアライメントマーク５ａの３つの位置特定により、フォトマスク２のアライメントマーク２ａと、ウェハ５のアライメントマーク５ａとが位置合わせされ、これにより、フォトマスク２とウェハ５との位置合わせが完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−１６５３６３号公報
【特許文献２】特開平５−７１９１６号公報
【特許文献３】特開平１０−３３５２４５号公報
【特許文献４】特開２０１１−６６１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来のアライメント機構では、フォトマスク２とウェハ５との位置合わせするために、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの位置を特定する第１工程、ワークカメラ７の位置を特定する第２工程、２つのアライメントマーク２ａ、５ａを一致させる第３工程といった、複数プロセスを経なければならないという問題があった。すなわち、フォトマスク２とウェハ５とを直接比較して、これらを迅速かつ容易に位置合わせすることができなかった。
【００１２】
特に、従来のアライメント機構では、第１工程におけるアライメントマーク２ａの位置の特定、及び第２工程におけるワークカメラ７の位置の特定が、ウェハステージ４の精度に大きな影響を受けてしまう問題があった。すなわち、ウェハステージ４の精度が低い場合は、位置合わせの基準となるアライメントマーク２ａ及びワークカメラ７の位置を正確に特定することができず、結局、フォトマスク２とウェハ５とを高精度に位置決めすることが困難であった。
【００１３】
また、従来のアライメント機構は、アライメントマーク２ａ、５ａに基づいて、フォトマスク２とウェハ５との位置合わせする構成となっていた。このため、従来のアライメント機構には、所定のアライメントマーク２ａ、５ａを設けなければ、フォトマスク２とウェハ５とを位置合わせすることができないという問題があった。例えば、前工程で所定の一次パターンが転写されているウェハ５に、別の二次パターンを転写する場合がある。このような場合に、互いのパターンどうしを直接比較して、フォトマスク２とウェハ５とを位置合わせすることができれば、高精度の向上につながる。
【００１４】
さらに、従来のアライメント機構は、露光装置１の各部に配置されたアライメント顕微鏡６、ワークカメラ７及びフィデューシャル板８等によって構成されていた。このため、露光装置１毎に同様のアライメント機構を設ければならず、露光を行う度にアライメント顕微鏡６、ワークカメラ７及びフィデューシャル板８を所定の位置に位置決めしなければならないという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、フォトマスクとウェハとを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能なアライメントユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）上記目的を達成するために、本発明のアライメントユニットは、露光光に紫外線の波長領域の光を用いた露光装置に適用され、フォトマスクとウェハとの位置合わせを行うためのアライメントユニットであって、前記フォトマスクの一部を照明するための第１照明光として、紫外線の波長領域の光を出射する第１光源と、前記ウェハの一部を照明するための第２照明光として、紫外線以外の波長領域の光を出射する第２光源と、前記第１照明光の一部を反射し、一部を透過する第１光分割部材と、前記第２照明光の一部を反射し、一部を透過する第２光分割部材と、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光が入射される少なくとも１つの撮像素子と、を備え、ユニット全体が、前記露光装置を構成する投影光学系とウェハステージとの間に出入り可能に設けられた構成としてある。
【００１７】
上記構成からなる本発明のアライメントユニットでは、紫外線である第１照明光の一部が、第１光分割部材によって反射され、フォトマスクの一部（例えば、アライメントマークの全部又はパターンの一部）を照明する。その後、フォトマスクの一部に反射された第１照明光の一部は、第１光分割部材を透過する。この第１光分割部材を透過した第１照明光を撮像素子に入射させることで、フォトマスクの一部の像を撮影し、その位置を特定することができる。
【００１８】
一方、紫外線以外の光である第２照明光の一部は、第２光分割部材によって反射され、ウェハの一部（例えば、アライメントマークの全部又はパターンの一部）を照明する。その後、ウェハの一部に反射された第２照明光の一部は、第２光分割部材を透過する。この第２光分割部材を透過した第２照明光を撮像素子に入射させることで、ウェハの一部の像を撮影し、その位置を特定することができる。
【００１９】
例えば、撮像素子の中心を原点とし、フォトマスクの一部の像と、ウェハの一部の像との中心を、それぞれ撮像素子の中心に一致させることで、フォトマスクとウェハとを位置合わせすることができる。このように、本発明のアライメントユニットによれば、フォトマスクとウェハとを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。
【００２０】
また、本発明のアライメントユニットは、ユニット全体が、露光装置を構成する投影光学系とウェハステージとの間に出入り可能に設けられているので、フォトマスク及びウェハの任意の部位を撮像素子で観察することが可能である。したがって、アライメントマークを用いた位置合わせのほか、前工程でウェハに転写された一次パターンと、フォトマスクに描画された二次パターンとを直接比較して、両者を高精度に位置合わせすることが可能である。
【００２１】
さらに、本発明のアライメントユニットは、第１及び第２光源、第１及び第２光分割部材、撮像素子、その他の光学系がユニットとして一体化されているので、既存の露光装置にオプションとして適用することが可能である。
【００２２】
（２）好ましくは、上記（１）のアライメントユニットにおいて、一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光を、それぞれ前記光軸に沿って反対方向に反射する反射部材と、前記光軸上の一側に配置され、前記反射部材に反射された前記第１照明光が入射される第１撮像素子と、前記光軸上の他側に配置され、前記反射部材に反射された前記第２照明光が入射される第２撮像素子と、を備えた構成にするとよい。
【００２３】
上記構成によれば、第１及び第２撮像素子を同一の光軸上に配置することができる。これにより、第１及び第２撮像素子の検出結果にアッベ誤差が生じなくなる。また、第１及び第２撮像素子が配置された一の光軸を水平又は垂直にすることで、アライメントユニットの傾きを容易に修正することが可能となる。
【００２４】
（３）好ましくは、上記（１）のアライメントユニットにおいて、一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光に含まれる偏光成分のうち、一の直線偏光を、それぞれ前記光軸に沿って反対方向に反射し、他の直線偏光を、それぞれ前記光軸と交差する方向に透過する第１偏光部材と、前記光軸の一側に配置され、前記第１偏光部材に反射された前記第１照明光の一の直線偏光を他の直線偏光に変換し、前記光軸に沿った方向に反射する位相変換部材と、前記光軸の他側に配置され、前記第１偏光部材に反射された一の直線偏光、及び前記第１偏光部材を透過した他の直線偏光が入射される撮像素子と、前記光軸と交差する方向に配置され、前記第１偏光部材に反射された一の直線偏光を透過するとともに、前記第１偏光部材を透過した他の直線偏光を反射する第２偏光部材と、を備えた構成にするとよい。
【００２５】
上記構成からなる本発明のアライメントユニットでは、第１偏光部材が、フォトマスクの一部に反射された第１照明光に含まれる偏光成分のうち、一の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）を反射する。この一の直線偏光は、位相変換部材によって他の直線偏光（例えば、Ｐ偏光）に変換され、第１偏光部材を透過する。この他の直線偏光を、撮像素子に入射させることで、フォトマスクの一部の像を撮影し、その位置を特定することができる。
【００２６】
一方、第１偏光部材は、ウェハの一部に反射された第２照明に含まれる偏光成分のうち、一の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）を反射する。この１の直線偏光を、撮像素子に入射させることで、ウェハの一部の像を撮影し、その位置を特定することができる。
【００２７】
上述のように、本発明のアライメントユニットによれば、フォトマスクの一部に反射された第１照明光と、ウェハの一部に反射された第２照明光との偏光成分を異ならせ、一の光軸に沿って撮像素子に入射させることができる。これにより、１つの撮像素子で２つの像を撮影することが可能となり、１つの中心を基準にして、２つの像を一致させることができる。
【００２８】
したがって、本発明のアライメントユニットでは、１つの撮像素子で撮影した２つの像を直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。また、本発明のアライメントユニットでは、フォトマスクの一部を撮影するための第１撮像素子の中心と、ウェハの一部を撮影するための第２撮像素子の中心とを、互いに一致させる作業が不要となる。
【００２９】
（４）好ましくは、上記（３）のアライメントユニットにおいて、前記位相変換部材が、λ／４板の背面にミラーを設けた構成であり、前記λ／４板に入射した一の直線偏光を前記ミラーで反射させることにより、他の直線偏光に変換する構成にするとよい。
【００３０】
上記構成によれば、本発明の要求を充足する位相変換部材を、極めて簡単かつ小型化した構成で実現することができる。すなわち、一の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）を他の直線偏光（例えば、Ｐ偏光）に変換するためには、λ／２板を用いればよい。しかし、λ／２板は、厚さが大きく、λ／２板を透過した他の直線偏光を、一の光軸に戻すための迂回ルートとスペースとが必要になる。上記構成からなる位相変換部材によれば、λ／４板は、λ／２板の半分の厚さであり、背面に設けたミラーによって、一の直線偏光をλ／４板に出入りさせる（すなわち、λ／４板を２回通過させる）ことで、λ／２板と同様の位相変換を行うことができる。このような構成により、変換後の他の直線偏光を、一の光軸に戻すための迂回ルートやスペースは一切不要である。
【００３１】
（５）好ましくは、上記（１）のアライメントユニットにおいて、一の光軸上に配置され、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光、及び前記ウェハの一部に反射された第２照明光のうち、いずれか一方を前記光軸に沿った方向に反射し、他方を前記光軸に沿った方向に透過する第３光分割部材と、前記光軸上に配置され、前記第３光分割部材に反射又は透過された前記第１照明光及び前記第２照明光が入射される撮像素子と、を備えた構成にするとよい。
【００３２】
上記構成からなる本発明のアライメントユニットでは、第３光分割部材が、例えば、フォトマスクの一部に反射された第１照明光を透過し、ウェハの一部に反射された第２照明光を反射する。これら第１照明光及び第２照明光は、いずれも前記光軸に沿って撮像素子に入射される。これにより、上記（３）、（４）のアライメントユニットと同様に、フォトマスクの一部の位置、ウェハの一部の位置を特定することができる。また、１つの撮像素子で２つの像を撮影することが可能となり、１つの中心を基準にして、２つの像を一致させることができる。
【００３３】
したがって、本発明のアライメントユニットでは、１つの撮像素子で撮影した２つの像を直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。また、本発明のアライメントユニットでは、フォトマスクの一部を撮影するための第１撮像素子の中心と、ウェハの一部を撮影するための第２撮像素子の中心とを、互いに一致させる作業が不要となる。
【００３４】
（６）好ましくは、上記（３）〜（５）のいずれかのアライメントユニットにおいて、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光が、前記投影光学系を通過した後に少なくとも３回の反射を経て前記撮像素子に入射されるとともに、前記ウェハの一部に反射された前記第２照明光が、少なくとも１回の反射を経て前記撮像素子に入射される構成にするとよい。
【００３５】
上記構成によれば、フォトマスクの一部に反射された第１照明光、及びウェハの一部に反射された第２照明光を１つの撮像素子に入射させるために、これら第１照明光及び第２照明光を反射させる光学系の数を最も少なくすることができる。
【００３６】
すなわち、フォトマスクの一部の像、及びウェハの一部の像は、フォトマスクの一部に反射された第１照明光、及びウェハの一部に反射された第２照明光が反射される度に、上下又は左右に反転される。したがって、１つの撮像素子に撮影されるフォトマスクの一部の像、及びウェハの一部の像の向きを一致させるには、フォトマスクの一部に反射された第１照明光、及びウェハの一部に反射された第２照明光を、共に奇数回又は偶数回だけ反射させる必要がある。
【００３７】
本発明者らが鋭意検討した結果、フォトマスクの一部に反射された第１照明光を３回反射させるとともに、ウェハの一部に反射された第２照明光を１回反射させて、これら第１及び第２照明光を１つの撮像素子に入射させることで、本アライメントユニットの構成が最もシンプルになることを見出した。さらに、本発明が必須とする光分割部材、偏光部材又は位相変換部材が、第１照明光を３回反射させる光学系、又は第２照明光を１回反射させる光学系として機能する場合は、本アライメントユニットを構成する光学系の数を更に削減することができる。
【００３８】
（７）好ましくは、上記（３）〜（６）のいずれかのアライメントユニットにおいて、前記フォトマスクの一部に反射された前記第１照明光の結像位置を、前記光軸に沿って変位させる調整部材を備えた構成にするとよい。
【００３９】
上記構成によれば、紫外線の波長領域である第１照明光の像のフォーカスが合わない場合に、調整部材によって、フォトマスクの一部に反射された第１照明光の結像位置を光軸に沿って変位させる。これにより、１つの撮像素子に撮影されたフォトマスクの一部の像のフォーカスを容易に合わせることが可能である。
【００４０】
（８）好ましくは、上記（１）〜（４）のいずれかのアライメントユニットにおいて、前記第２光源が、可視光線の波長領域の光、又は赤外線の波長領域の光を出射する構成にするとよい。
【００４１】
上記構成によれば、ウェハに塗布されたレジスト膜を感光させることなく、ウェハの一部の像を撮影することができる。第２光源から出射される第２照明光を、赤外線の波長領域の光とした場合は、ウェハの裏面の像を観察することができる。この結果、ウェハの裏面にアライメントマークを設けることができ、ウェハの表面の露光領域を拡大することが可能となる。
【００４２】
（９）本発明の画像処理システムは、上記（３）〜（８）のいずれかのアライメントユニットに適用される画像処理システムであって、前記第１光源及び前記第２光源を交互に点灯させる動作を行わせる点灯制御手段と、１つの前記撮像素子に入射された前記第１照明光及び前記第２照明光を判別する照明光判別手段と、を備えた構成としてある。
【００４３】
上記構成によれば、１つの撮像素子に入射された第１照明光の像及び第２照明光の像を観察する際に、どちらの像であるかを簡単に判別することができ、１つの画面上でフォトマスクとウェハとを容易かつ迅速に位置合わせすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明のアライメントユニットによれば、フォトマスクとウェハとを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットを適用した露光装置を示す概略図である。
【図２】上記アライメントユニットの２つの撮像素子により撮影されたアライメントマークを示すものであり、同図（ａ）はフォトマスクのアライメントマークの平面図、同図（ｂ）はウェハのアライメントマークの平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るアライメントユニットを適用した露光装置を示す概略図である。
【図４】上記アライメントユニットの光学的作用を示す説明図である。
【図５】上記アライメントユニットの１つの撮像素子により撮影されたアライメントマークを示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るアライメントユニットを適用した露光装置を示す概略図である。
【図７】同図（ａ）〜（ｃ）は、従来のアライメント機構及びアライメント方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るアライメントユニットについて、図１及び図２を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、図７（ａ）〜（ｃ）に示す露光装置１と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
＜＜全体構成＞＞
図１において、本実施形態に係るアライメントユニット１００は、主として、フォトマスク２の一部を照明するための第１光源１１と、ウェハ５の一部を照明するための第２光源２１と、フォトマスク２の一部の像を撮影するための第１撮像素子１６と、ウェハ５の一部の像を撮影するための第２撮像素子２７とを備えた構成となっている。アライメントユニット１００は、ユニット全体が、露光装置１を構成する投影光学系３とウェハステージ４との間に出入り可能に設けられている。露光装置１は、紫外線の波長領域の光でウェハ５を露光する構成となっており、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザーなどの図示しない紫外線光源を備えている。
【００４８】
以下、本実施形態に係るアライメントユニット１００の構成及び光学的動作について、フォトマスク２の一部の位置を特定するための光学系と、ウェハ５の一部の位置を特定するための光学系とに分けて説明する。なお、図１に示す直角プリズム（反射部材）１４は、これら光学系の両方に関与する。
【００４９】
＜＜フォトマスク関連の光学系＞＞
アライメントユニット１００は、フォトマスク２の一部の位置を特定するための光学系として、第１光源１１と、第１ハーフミラー（第１光分割部材）１２と、直角プリズム１４と、対物レンズ１５と、第１撮像素子１６とを備える。
【００５０】
第１光源１１は、フォトマスク２の一部（例えば、アライメントマーク２ａ）を照明するための紫外線ＬＥＤ１１ａを有する。紫外線ＬＥＤ１１ａは、紫外線の波長領域の第１照明光を出射する。図中に、紫外線の波長領域の第１照明光を灰色の矢印で示す。
【００５１】
第１ハーフミラー１２は、第１光源１１から出射された第１照明光の半分を反射し、残りの半分を透過させる。このとき、第１ハーフミラー１２を透過した第１照明光は、光吸収部材１３によって吸収される。
【００５２】
第１ハーフミラー１２に反射された第１照明光は、投影光学系３を介して、フォトマスク２のアライメントマーク２ａを照明する。アライメントマーク２ａに反射された第１照明光は、再び投影光学系３を介して、第１ハーフミラー１２に入射する。第１ハーフミラー１２は、アライメントマーク２ａに反射された第１照明光の半分を反射し、残り半分を透過させる。
【００５３】
図中に一点鎖線で示した一の光軸上には、直角プリズム１４と、対物レンズ１５と、第１撮像素子１６とが配置されている。直角プリズム１４は、第１ハーフミラー１２を透過した第１照明光を、一の光軸に沿った一方向に反射する。対物レンズ１５は、直角プリズム１４に反射された第１照明光を入射し、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの像を、第１撮像素子１６の受光面に結像させる。第１撮像素子１６は、アライメントマーク２ａの像を撮影する。第１撮像素子１６には、図示しない制御部が電気的に接続されている。制御部は、第１撮像素子１６に撮影されたアライメントマーク２ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【００５４】
＜＜ウェハ関連の光学系＞＞
アライメントユニット１００は、ウェハ５の一部の位置を特定するための光学系として、第２光源２１と、コンデンサレンズ２２と、第２ハーフミラー（第２光分割部材）２３と、光吸収部材２４と、対物レンズ２５と、直角プリズム１４と、結像レンズ２６と、第２撮像素子２７とを備える。
【００５５】
これら光学系のうち、第２ハーフミラー（第２光分割部材）２３と、対物レンズ２５と、直角プリズム１４と、結像レンズ２６と、第２撮像素子２７とは、図中に一点鎖線で示した一の光軸上に配置されている。
【００５６】
第２光源２１は、ウェハ５の一部（例えば、アライメントマーク５ａ）を照明するためのＬＥＤ２１ａを有する。ＬＥＤ２１ａは、紫外線以外の波長領域の光、例えば、可視光線又は赤外線の波長領域の第２照明光を出射する。図中に、可視光線又は赤外線の波長領域の第２照明光を白色の矢印で示す。
【００５７】
コンデンサレンズ２２は、第２光源２１から出射された第２照明光を集光し、第２ハーフミラー２３に入射させる。第２ハーフミラー２３は、入射された第２照明光の半分を一の光軸に沿った一方向に反射し、残りの半分を透過させる。このとき、第２ハーフミラー２３を透過した第２照明光は、光吸収部材２４によって吸収される。
【００５８】
第２ハーフミラー２３に反射された第２照明光は、対物レンズ２５に集光され、直角プリズム１４に反射される。直角プリズム１４に反射された第２照明光は、ウェハ５のアライメントマーク５ａを照明する。アライメントマーク５ａに反射された第２照明光は、直角プリズム１４によって、一の光軸に沿った他方向に反射される。
【００５９】
直角プリズム１４に反射された第２照明光は、対物レンズ２５を通過して、第２ハーフミラー２３に入射される。第２ハーフミラー２３は、入射された第２照明光の半分を、一の光軸に沿った他方向に透過させる。第２ハーフミラー２３を透過した第２照明光は、結像レンズ２６に入射される。結像レンズ２６は、入射された第２照明光を集光し、ウェハ５のアライメントマーク５ａの像を、第２撮像素子２７の受光面に結像させる。第２撮像素子２７は、アライメントマーク５ａの像を撮影する。第２撮像素子２７には、図示しない制御部が電気的に接続されており、制御部は、第２撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク５ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【００６０】
＜＜アライメント方法＞＞
次に、本実施形態のアライメントユニット１００を用いたフォトマスク２とウェハ５とのアライメント方法について、図１及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００６１】
図１に示すように、アライメントユニット１００を駆動させて、露光装置１を構成する投影光学系３とウェハステージ４との間に配置する。次いで、図中に一点鎖線で示した一の光軸が水平となるように調整し、アライメントユニット１００の傾きを修正する。第１及び第２撮像素子１６、２７の中心は、予め一の光軸に一致させてある。この状態で、第１及び第２光源１１、２１を点灯させ、フォトマスク２とウェハ５とのアライメントマーク２ａ、５ａを、第１及び第２撮像素子１６、２７により撮影する。
【００６２】
第１撮像素子１６に撮影されたフォトマスク２のアライメントマーク２ａを、図２（ａ）に示す。アライメントマーク２ａは、透光性を有するガラス基板の裏面に形成されたクロム遮光膜からなる。このため、図２（ａ）に示すように、クロム遮光膜であるアライメントマーク２ａは、第１照明光を反射して明るく撮影され、ガラス基板である背景は、第１照明光を透過して暗く撮影される。
【００６３】
例えば、図示しない制御部は、図２（ａ）のアライメントマーク２ａの像に基づいて、その位置を特定する。その後、制御部は、図示しないマスクステージをＸ−Ｙ方向に駆動させて、アライメントマーク２ａの中心を、第１撮像素子１１の中心１６ａに一致させる。これにより、フォトマスク２の位置合わせが完了する。
【００６４】
一方、第２撮像素子２７に撮影されたウェハ５のアライメントマーク５ａを、図２（ｂ）に示す。アライメントマーク５ａは、例えば、ウェハ５の表面に形成された凸状又は凹状の構造物である。
【００６５】
例えば、図示しない制御部は、図２（ｂ）のアライメントマーク５ａの像に基づいて、その位置を特定する。その後、制御部は、ウェハステージ４をＸ−Ｙ方向に駆動させて、アライメントマーク５ａの中心を、第２撮像素子２７の中心２７ａに一致させる。これにより、ウェハ５の位置合わせが完了し、ウェハ５の位置が、フォトマスク２の位置と一致する。
【００６６】
＜＜作用効果＞＞
上記構成からなる本実施形態のアライメントユニット１００によれば、フォトマスク２とウェハ５とを直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。
【００６７】
本実施形態のアライメントユニット１００は、ユニット全体が、露光装置１を構成する投影光学系３とウェハステージ４との間に出入り可能に設けられているので、フォトマスク２及びウェハ５の任意の部位を、第１及び第２撮像素子１６、２７で観察することが可能である。したがって、アライメントマーク２ａ、５ａを用いた位置合わせのほか、前工程でウェハ５に転写された一次パターンと、フォトマスク２に描画された二次パターンとを直接比較して、両者を高精度に位置合わせすることが可能である。
【００６８】
本実施形態のアライメントユニット１００は、第１及び第２光源１１、２１、第１及び第２ハーフミラー１２、２３、第１及び第２撮像素子１６、２７、その他の光学系がユニットとして一体化されているので、既存の露光装置１にオプションとして適用することが可能である。
【００６９】
本実施形態のアライメントユニット１００は、第１及び第２撮像素子１６、２７を同一の光軸上に配置した構成となっている。これにより、第１及び第２撮像素子１６、２７の検出結果にアッベ誤差が生じなくなる。また、第１及び第２撮像素子１６、２７が配置された一の光軸を水平にすることで、アライメントユニット１００の傾きを容易に修正することが可能となる。
【００７０】
本実施形態のアライメントユニット１００は、第２光源２１が、可視光線又は赤外線の波長領域の光を出射する構成となっている。これにより、ウェハ５に塗布されたレジスト膜を感光させることなく、ウェハ５の一部の像を撮影することができる。第２光源２１から出射される第２照明光を、赤外線の波長領域の光とした場合は、ウェハ５の裏面の像を観察することができる。この結果、ウェハ５の裏面にアライメントマーク５ａを設けることができ、ウェハ５の表面の露光領域を拡大することが可能となる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るアライメントユニットについて、図３〜図５を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、図７（ａ）〜（ｃ）に示す露光装置１と同様の構成、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
＜＜全体構成＞＞
図３において、本実施形態のアライメントユニット２００は、第１照明光をＰ偏光に変換するとともに、第２照明光をＳ偏光に変換し、単一の撮像素子２７によって、フォトマスク２とウェハ５とを位置合わせする構成となっている。
【００７３】
上述した第１実施形態と異なり、本実施形態のアライメントユニット２００は、図中の一点鎖線で示した一の光軸上に、第１ワイヤーグリッド３１（第１偏光部材）と、位相変換部材３３とを備えた構成になっている。第１ワイヤーグリッド３１の直下には、第２ワイヤーグリッド３２（第２偏光部材）が配置してある。
【００７４】
なお、本実施形態では、第１及び第２照明光の光分割部材として、ハーフプリズム３４を採用しているが、その光学的機能は、第１実施形態の第１及び第２ハーフミラー１２、２３と同じである。本発明に適用される光分割部材は、第１及び第２照明光を反射光と透過光とに分割可能なものであれば、特に限定されるものではない。
【００７５】
＜＜特有の構成の説明＞＞
図４において、第１ワイヤーグリッド３１は、図中の一点鎖線で示した一の光軸上で、かつ第１ハーフミラー１２の直下に配置されている。第１ワイヤーグリッド３１は、平行に並べられた多数の金属ワイヤを、ガラス基板の間に挟んだ構成となっている。第１ワイヤーグリッド３１は、第１及び第２照明光に含まれる偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射して、Ｐ偏光を透過する機能を有する。
【００７６】
第２ワイヤーグリッド３２は、第１ワイヤーグリッド３１の直下に配置されている。第２ワイヤーグリッド３２も、第１ワイヤーグリッド３１と同様に、平行に並べられた多数の金属ワイヤを、ガラス基板の間に挟んだ構成となっている。第２ワイヤーグリッド３２は、第１ワイヤーグリッド３１とは逆に、第１及び第２照明光に含まれる偏光成分のうち、Ｐ偏光を反射して、Ｓ偏光を透過する機能を有する。
【００７７】
位相変換部材３３は、図中の一点鎖線で示した一の光軸上に配置されている。位相変換部材３３は、λ／４板３３ａの背面にミラー３３ｂを設けた構成となっている。位相変換部材３３は、λ／４板３３ａに入射したＳ偏光をミラー３３ｂで反射し、再びλ／４板３３ａを通すことで、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する。
【００７８】
＜＜フォトマスクの位置検出＞＞
図３に示すように、第１光源１１から出射された第１照明光が、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射されて、再び第１ハーフミラー１２に入射されるまでの光学的動作は、第１実施形態と同様である。図４において、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光の半分は、第１ハーフミラー１２を透過して、第１ワイヤーグリッド３１に入射される（図中の無地の灰色矢印を参照）。第１ワイヤーグリッド３１は、第１照明光に含まれる偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射して、Ｐ偏光を透過する。
【００７９】
第１ワイヤーグリッド３１に反射されたＳ偏光の第１照明光（図中の「Ｓ」を付した灰色矢印を参照）は、位相変換部材３３に入射される。位相変換部材３３は、Ｓ偏光の第１照明光をＰ偏光に変換し、図中の一点鎖線で示した一の光軸に沿った方向に反射する（図中の「Ｐ」を付した灰色矢印を参照）。このＰ偏光の第１照明光は、第１ワイヤーグリッド３１を透過し、対物レンズ２５を介して、ハーフプリズム３４に入射される。
【００８０】
ハーフプリズム３４は、入射されたＰ偏光の第１照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４を透過したＰ偏光の第１照明光は、結像レンズ２６に入射される。結像レンズ２６は、入射されたＰ偏光の第１照明光を集光し、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの像を、撮像素子２７の受光面に結像させる。撮像素子２７は、アライメントマーク２ａの像を撮影する。撮像素子２７には、図示しない制御部が電気的に接続されており、制御部は、撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク２ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【００８１】
一方、第１ワイヤーグリッド３１を透過したＰ偏光の第１照明光（図中の「Ｐ」を付した灰色矢印を参照）は、第２ワイヤーグリッド３２に反射され、再び第１ワイヤーグリッド３１を透過する。これにより、ウェハ５の表面に塗布されたレジスト膜が、紫外線の波長領域の第１照明光によって感光されることを防止している。
【００８２】
＜＜ウェハの位置検出＞＞
第２光源２１から出射された第２照明光（図中の無地の白色矢印を参照）は、コンデンサレンズ２２を介して、ハーフプリズム３４に入射される。ハーフプリズム３４は、入射された第２照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４に反射された第２照明光は、対物レンズ２５を介して、第１ワイヤーグリッド３１に入射される。第１ワイヤーグリッド３１は、第２照明光に含まれる偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射して、Ｐ偏光を透過する。
【００８３】
第１ワイヤーグリッド３１に反射されたＳ偏光の第２照明光（図中の「Ｓ」を付した白色矢印を参照）は、第２ワイヤーグリッド３２を透過して、ウェハ５のアライメントマーク５ａを照明する。アライメントマーク５ａに反射されたＳ偏光の第２照明光は、再び第２ワイヤーグリッド３２を透過し、第１ワイヤーグリッド３１によって、一の光軸に沿った方向に反射される。
【００８４】
第１ワイヤーグリッド３１に反射されたＳ偏光の第２照明光は、対物レンズ２５を介して、ハーフプリズム３４に入射される。ハーフプリズム３４は、入射されたＳ偏光の第２照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４を透過したＳ偏光の第２照明光は、結像レンズ２６に入射される。結像レンズ２６は、入射されたＳ偏光の第２照明光を集光し、ウェハ５のアライメントマーク５ａの像を、撮像素子２７の受光面に結像させる。撮像素子２７は、アライメントマーク５ａの像を撮影する。撮像素子２７に接続された図示しない制御部が、撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク５ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【００８５】
＜＜アライメント方法＞＞
次に、本実施形態のアライメントユニット２００を用いたフォトマスク２とウェハ５とのアライメント方法について、図５（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００８６】
第１実施形態と同様に、本実施形態のアライメントユニット２００も図示しない制御部によって、フォトマスク２とウェハ５との位置合わせの制御処理が実行される。第１実施形態と異なり、本実施形態のアライメントユニット２００では、１つの撮像素子２７に入射された第１照明光の像及び第２照明光の像に基づいて、フォトマスク２とウェハ５とが位置合わせされる。このため、本実施形態では、制御部が、撮像素子２７に入射された第１照明光の像と第２照明光の像とを判別するための画像処理システムが備えられている。この画像処理システムは、撮像素子２７に入射された第１照明光の像と第２照明光の像とを観察する際に、第１光源１１及び第２光源２１を交互に点灯させる動作を行わせる点灯制御手段と、撮像素子２７に入射された第１照明光及び第２照明光を判別する照明光判別手段と、を備える。
【００８７】
このような画像処理システムによれば、１つの撮像素子２７に入射された第１照明光の像及び第２照明光の像を観察する際に、どちらの像であるかを簡単に判別することができ、以下に例示するような手順に従って、１つの画面上でフォトマスク２とウェハ５とを容易かつ迅速に位置合わせすることが可能となる。
【００８８】
例えば、図５（ａ）に示すように、図示しない制御部は、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの像に基づいて、その位置を特定する。その後、制御部は、図示しないマスクステージをＸ−Ｙ方向に駆動させて、アライメントマーク２ａの中心を、撮像素子２７の中心２７ａに一致させる。これにより、フォトマスク２の位置合わせが完了する。
【００８９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、制御部は、ウェハ５のアライメントマーク５ａの像に基づいて、その位置を特定する。その後、制御部は、ウェハステージ４をＸ−Ｙ方向に駆動させて、アライメントマーク５ａの中心を、撮像素子２７の中心２７ａに一致させる。これにより、ウェハ５の位置合わせが完了し、ウェハ５の位置が、フォトマスク２の位置と一致する。
【００９０】
＜＜作用効果＞＞
本実施形態のアライメントユニット２００によれば、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光と、ウェハ５のアライメントマーク５ａに反射された第２照明光との偏光成分を異ならせ、一の光軸に沿って撮像素子２７に入射させることができる。これにより、１つの撮像素子２７で２つの像を撮影することが可能となり、１つの中心２７ａを基準にして、２つの像を一致させることができる。
【００９１】
したがって、本実施形態のアライメントユニット２００では、１つの撮像素子２７で撮影した２つの像を直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。また、本実施形態のアライメントユニット２００では、図１及び図２に示す第１実施形態のように、フォトマスク２の一部を撮影するための第１撮像素子１６の中心１６ａと、ウェハ５の一部を撮影するための第２撮像素子２７の中心２７ａとを、互いに一致させる作業が不要となる。
【００９２】
本実施形態のアライメントユニット２００では、第１及び第２偏光部材として、第１及び第２ワイヤーグリッド３１、３２を採用した構成となっている。これら第１及び第２ワイヤーグリッド３１、３２は、投影光学系３の収差に影響を与えない。また、本実施形態のアライメントユニット２００において、第２光源２１の第２照明光を、可視光線の波長領域の光とする場合は、落射照明に代えて斜入射照明を採用することも可能である。
【００９３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るアライメントユニットについて、図６を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、図７（ａ）〜（ｃ）に示す露光装置１と同様の構成、上述した第１及び第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
＜＜全体構成＞＞
図６において、本実施形態のアライメントユニット３００は、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光と、ウェハ５のアライメントマーク５ａに反射された第２照明光とを、共に、図中の一点鎖線で示す一の光軸Ａに沿って単一の画像素子２７に入射させる構成となっている。
【００９５】
上述した第１及び第２実施形態とは異なり、本実施形態のアライメントユニット３００は、図中の一の光軸Ａ上に、第１ハーフミラー（第１光分割手段）１２と、対物レンズ４４、ダイクロックプリズム（第３光分割手段）４５とを備えた構成になっている。一の光軸Ａ上に、ハーフプリズム（第２光分割手段）３４と、結像レンズ２６とを配置した構成は、上述した第２実施形態と同じである。
【００９６】
また、本実施形態のアライメントユニット３００は、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光と、ウェハ５のアライメントマーク５ａに反射された第２照明光とが、図中の一点鎖線で示す同一の、他の光軸Ｂを共有している。この他の光軸Ｂは、一の光軸Ａと直交しており、前記のダイクロックプリズム４５は、一の光軸Ａと他の光軸Ｂとの交点に配置してある。他の光軸Ｂ上には、ダイクロックプリズム４５のほかに、反射ミラー（反射部材）４３と、ダイクロックミラー（第４光分割手段）５２と、対物レンズ２５とが配置してある。
【００９７】
なお、本実施形態では、第１及び第２照明光の第３光分割部材としてダイクロックプリズム４５を採用し、第４光分割手段としてダイクロックミラー５２を採用している。しかし、紫外線の波長領域の光と、これ以外の波長領域の光とを反射又は透過によって分割可能なものであれば、特に限定されるものではない。
【００９８】
＜＜特有の構成の説明＞＞
【００９９】
図６において、上述したダイクロックプリズム４５は、紫外線の波長領域の光を透過し、これ以外の波長領域の光を反射する光学的特性を有する。すなわち、ダイクロックプリズム４５は、紫外線である第１照明光を透過し、可視光線又は赤外線である第２照明光を反射する。ダイクロックプリズム４５に透過又は反射された第１照明光及び第２照明光は、いずれも一の光軸Ａに沿って１つの撮像素子２７に入射される。
【０１００】
ダイクロックミラー５２は、ダイクロックプリズム４５とは逆に、紫外線である第１照明光を反射し、可視光線又は赤外線である第２照明光を透過する。このダイクロックミラー５２は、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光が、意図しない迷光として漏れ、他の光軸Ｂに沿ってウェハ５のアライメントマーク５ａに入射されることを防止する役割を果たす。
【０１０１】
さらに、本実施形態のアライメントユニット３００は、第１光源１１と、第１ハーフミラー１２と、反射ミラー（反射部材）４２とを一体化した第１光源デバイス４０を備えている。この第１光源デバイス４０には、ねじの回転角によって精密に変位する調整部材４１が設けてある。調整部材４１を回転させることで、第１光源デバイス４０全体を、一の光軸Ａに沿って精密に変位させることができる。
【０１０２】
＜＜フォトマスクの位置検出＞＞
図６に示すように、第１光源１１から出射された第１照明光（図中の灰色矢印を参照）の半分は、第１ハーフミラー１２を透過して、反射ミラー４２、４３に反射される。反射ミラー４３に反射された第１照明光は、投影光学系３を介して、フォトマスク２のアライメントマーク２ａを照明する。アライメントマーク２ａに反射された第１照明光は、再び投影光学系３を介して、第１ハーフミラー１２に入射される。
【０１０３】
第１ハーフミラー１２は、アライメントマーク２ａに反射された第１照明光の半分を、一の光軸Ａに沿った方向に反射する。第１ハーフミラー１２に反射された第１照明光は、一の光軸Ａ上で結像し（光軸Ａ上の×印を参照）、対物レンズ４４に入射される。対物レンズ４４に入射された第１照明光は、ダイクロックプリズム４５を透過し、ハーフプリズム３４に入射される。
【０１０４】
ハーフプリズム３４は、入射された第１照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４を透過した第１照明光は、結像レンズ２６に入射される。結像レンズ２６は、入射された第１照明光を集光し、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの像を、撮像素子２７の受光面に結像させる。撮像素子２７は、アライメントマーク２ａの像を撮影する。撮像素子２７には、図示しない制御部が電気的に接続されており、制御部は、撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク２ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【０１０５】
＜＜ウェハの位置検出＞＞
第２光源２１から出射された第２照明光（図中の白色矢印を参照）は、反射ミラー（反射部材）５１に反射され、コンデンサレンズ２２を介して、ハーフプリズム３４に入射される。ハーフプリズム３４は、入射された第２照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４に反射された第２照明光は、ダイクロックプリズム４５によって他の光軸Ｂに沿った方向に反射される。
【０１０６】
ダイクロックプリズム４５に反射された第２照明光は、ダイクロックミラー５２を透過して、対物レンズ２５に入射される。対物レンズ２５に入射された第２照明光は、ウェハ５のアライメントマーク５ａを照明する。このとき、第２照明光は、他の光軸Ｂ上のアライメントマーク５ａの位置に結像する（光軸Ｂ上の×印を参照）。この第２照明光の結像位置は、上述した第１照明光の結像位置と同じである。
【０１０７】
アライメントマーク５ａに反射された第２照明光は、他の光軸Ｂに沿って再び対物レンズ２５に入射され、ダイクロックプリズム４５によって一の光軸Ａに沿った方向に反射される。ダイクロックプリズム４５に反射された第２照明光は、ハーフプリズム３４に入射される。
【０１０８】
ハーフプリズム３４は、入射された第２照明光の半分を反射し、残り半分を透過する。ハーフプリズム３４を透過した第２照明光は、結像レンズ２６に入射される。結像レンズ２６は、入射された第２照明光を集光し、ウェハ５のアライメントマーク５ａの像を、撮像素子２７の受光面に結像させる。撮像素子２７は、アライメントマーク５ａの像を撮影する。撮像素子２７には、図示しない制御部が電気的に接続されており、制御部は、撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク５ａの像に基づいて、その位置を特定する。
【０１０９】
＜＜アライメント方法＞＞
本実施形態のアライメントユニット３００は、上述した第２実施形態と同様のアライメント方法により、フォトマスク２とウェハ５とを位置合わせする。すなわち、アライメントユニット３００も、上述した画像処理システムによって、１つの撮像素子２７に入射された第１照明光及び第２照明光を判別するとともに、撮像素子２７に撮影されたアライメントマーク２ａ、５ａの像を、図５（ａ）、（ｂ）に示す中心２７ａに一致させることで、フォトマスク２とウェハ５とを位置合わせする。
【０１１０】
ここで、本実施形態のアライメントユニット３００では、調整部材４１を回転させることで、第１光源デバイス４０を一の光軸Ａに沿って精密に変位させることが可能な構成となっている。この構成により、紫外線の波長領域である第１照明光の像のフォーカスが合わない場合は、第１光源デバイス４０を精密に変位させて、第１照明光の像のフォーカスを合わせることができる。
【０１１１】
ここで、図３及び図４に示す第２実施形態のアライメントユニット２００においては、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光が、位相変換部材３３のミラー３３の位置に結像する。この位相変換部材３３は、一の光軸に配置されているので、位相変換部材３３を一の光軸に沿って変位させれば、第１照明光の像のフォーカスを合わせることができる。
【０１１２】
＜＜作用効果＞＞
本実施形態のアライメントユニット３００によれば、ダイクロックプリズム４５が、フォトマスク２のアライメントマーク２ａに反射された第１照明光を透過し、ウェハ５のアライメントマーク５ａに反射された第２照明光を反射する。これら第１照明光及び第２照明光は、いずれも一の光軸Ａに沿って撮像素子２７に入射される。これにより、上述した第２実施形態のアライメントユニット２００と同様に、フォトマスク２のアライメントマーク２ａの位置、ウェハ５のアライメントマーク５ａの位置を特定することができる。また、１つの撮像素子２７で２つの像を撮影することが可能となり、１つの中心を基準にして、２つの像を一致させることができる。
【０１１３】
したがって、本実施形態のアライメントユニット３００では、１つの撮像素子２７で撮影した２つの像を直接比較して、迅速かつ容易に位置合わせすることが可能となる。また、本実施形態のアライメントユニット３００では、フォトマスク２のアライメントマーク２ａを撮影するための第１撮像素子１６の中心と、ウェハ５のアライメントマーク５ａを撮影するための第２撮像素子２７の中心とを、互いに一致させる作業が不要となる。
【０１１４】
＜その他の変更＞
本発明のアライメントユニットは、上述した第１〜第３実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、本発明のアライメントユニットは、ユニット全体が、露光装置を構成する投影光学系とウェハステージとの間に出入り可能に設けられているので、フォトマスク及びウェハの任意の部位を、撮像素子で観察することが可能である。したがって、アライメントマークを用いた位置合わせのほか、前工程でウェハに転写された一次パターンと、フォトマスクに描画された二次パターンとを直接比較して、両者を高精度に位置合わせすることが可能である。
【０１１５】
また、図１、図３、図４及び図６に示すアライメントユニット１００、２００、３００の光学系は、本発明の実施形態を説明するための例示であり、構成要素の追加、省略、変更、置換が可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  露光装置
２  フォトマスク
２ａ  アライメントマーク
３  投影光学系
４  ウェハステージ
５  ウェハ
５ａ  アライメントマーク
１００、２００、３００  アライメントユニット
１１  第１光源
１１ａ  紫外線ＬＥＤ
１２  第１ハーフミラー（第１光分割部材）
１３  光吸収部材
１４  直角プリズム（反射部材）
１５  対物レンズ
１６  第１撮像素子
１６ａ  中心
２１  第２光源
２１ａ  ＬＥＤ（可視光線又は赤外線ＬＥＤ）
２２  コンデンサレンズ
２３  第２ハーフミラー（第２光分割部材）
２４  光吸収部材
２５  対物レンズ
２６  結像レンズ
２７  第２撮像素子
２７ａ  中心
３１  第１ワイヤーグリッド（第１偏光部材）
３２  第２ワイヤーグリッド（第２偏光部材）
３３  位相変換部材
３３ａ  λ／４板
３３ｂ  ミラー
３４  ハーフプリズム（光分割部材）
４０  第１光源デバイス
４１  調整部材
４２、４３、５１  反射ミラー（反射部材）
４４  対物レンズ
４５  ダイクロックプリズム（第３光分割手段）
５２  ダイクロックミラー（第４光分割手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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