JPH05206004A

JPH05206004A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05206004A
Application number: JP4037232A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】アライメント光に対する色収差を補正するた
めの光学部材の露光光による損傷を防止する。【構成】投影光学系１９中に配置され、アライメント
光を偏向させることによりそのアライメント光の下でそ
の投影光学系１９に関してレチクルパターン１８とウェ
ハ２２の上面とを共役にする回折格子２１ａ，２１ｂ
と、露光光Ｌｓ用の照明光学系中のそれら回折格子２１
ａ，２１ｂと共役な位置に配置されてその露光光Ｌｓを
遮光する遮光部材１３ａ，１３ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回
路、液晶表示素子等の微細回路パターン等の露光転写に
使用して好適な投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体集積回路、液晶表示素子等
の微細回路パターンをフォトリソグラフィ技術を用いて
製造する際に、レチクルの回路パターン等を半導体ウェ
ハ等の感光基板上に転写する投影光学系を備えた投影露
光装置が使用されている。一般に例えば半導体集積回路
を製造する場合には、種々のレチクルを交換しながらウ
ェハ上の各ショット領域に複数層の回路パターン等が形
成される。従って、半導体集積回路を設計通りに製造す
るためには、ウェハ上の各ショット領域に既に形成され
ている層のパターンとこれから露光するパターンとの位
置合わせを正確に行う必要がある。このため、ウェハの
各ショット領域とレチクルとの相対的な位置関係を所定
の状態に設定するためのアライメント機構が設けられて
いる。

【０００３】そのようなアライメント機構の一部とし
て、レチクルにはアライメント用のレチクルマークが形
成され、ウェハ側には例えば１回目の露光により各ショ
ット領域に対応してそれぞれアライメント用のウェハマ
ークが形成されていた。しかしながら、従来要求されて
いた位置合わせ精度はそれほど高精度ではなく、それら
レチクルマークとウェハマークとはそれぞれ別の光電セ
ンサで計測されており、それらを同時に計測する必要性
はなかった。

【０００４】しかし、最近の位置合わせ精度の高精度化
の要求により、レチクルマークとウェハマークとの位置
関係を同時に、同一の光電センサで、且つ、同一の光束
により直接検出する必要性が生じてきている。ところ
で、レチクルとウェハとの間の結像関係、即ち投影光学
系の結像作用は、露光光の波長近辺でのみ成り立つ。即
ち、他の波長では、投影光学系（一般に、レンズ系を含
んでいる）の色収差により、レチクルとウェハとの結像
関係は成立しない。そこで、レチクルマークとウェハマ
ークとの位置関係を同一の光束で同時かつ直接に検出す
るためには、露光光と同じ波長の光束を使用することが
考えられた。

【０００５】ところが、露光光と同じ波長の光束を位置
検出に使用すると、位置検出用の光束によりウェハに塗
布されたフォトレジストが感光するという不都合があ
る。一般に、フォトレジストは５５０ｎｍ以下の波長帯
の光に感光する。このため、位置検出用の波長域は６０
０ｎｍ近辺が望ましい。そのため、露光波長（例えばｉ
線の３６５ｎｍ、ｇ線の４３６ｎｍ、ＫｒＦエキシマレ
ーザーの２４８ｎｍ）用に設計された投影光学系をその
まま使用する場合には、レチクルマーク及びウェハマー
クの同時計測は、投影光学系の色収差のために困難であ
った。

【０００６】このような状況下で最近になって、その色
収差を改善するために、投影光学系内部の局所領域に、
アライメント用の光束の色収差を補正するレンズを追加
し、レチクルマーク及びウェハマークを同時に計測する
方法が提案されている（例えば、DEEP VV WAFER STEPPE
R WITH THROUGH THE LENS WAFER TO RETICLE ALIGNMEN
T，SPIE vol.1264，Optical/Laser Microlithography 3
(1990) 参照）。

【０００７】これに関して、投影光学系内に設ける光学
部材としては、微小レンズのみではなく、局所的に配置
された回折格子でも同様の効果がある。ただし、微小レ
ンズを使用すると、アライメント用の光束のみでなく露
光用の光束をも屈折し、結像特性を悪化させるが、回折
格子の場合にはその影響は少ない。また、回折格子とし
て、位相差型の回折格子を使用すれば位相差量の制御に
より（即ち、位相物質の厚さの制御により）、アライメ
ント光のみを回折させ、それとは波長の異なる露光光に
は回折作用を示さない格子にすることもできる。

【０００８】このようなアライメント用の光束に対する
色収差補正用の光学部材を用いることで、レチクルマー
クとウェハマークとの同時計測が可能となり、投影露光
装置の位置合わせ精度を向上することができる。図５
は、色収差補正用の光学部材として回折格子を投影光学
系内に配置した場合の結像関係を示し、この図５におい
て、７はレチクル、１９は投影光学系、２２はウェハで
あり、投影光学系１９の瞳面の近傍で光軸から比較的離
れた位置に２個の回折格子２１ａ及び２１ｂが配置され
ている。図５では便宜上、回折格子２１ａ及び２１ｂは
紙面に平行な面上に配置されているが、実際には投影光
学系１９の光軸に垂直な面上に配置されている。

【０００９】そして、レチクル７のパターン形成面の１
点から射出された露光光Ｌｅは投影光学系１９によりウ
ェハ２２上の１点（共役点）に集束する。しかしなが
ら、レチクル７のパターン形成面の１点から射出された
アライメント光Ｌａｉの内で、それら回折格子２１ａ及
び２１ｂをそのまま通り抜ける０次光Ｌａ０は、投影光
学系１９の色収差により、例えばウェハ２２よりも下方
の面上の１点に集束する。言い替えると、回折格子２１
ａ及び２１ｂが存在しないと、アライメント光の下で
は、ウェハ２２のウェハマークの投影光学系１９による
像はレチクル１７のパターン形成面には結像されない。
従って、レチクルマーク及びウェハマークの観察系がレ
チクル１７の上方に存在する場合には、その観察系では
共通のアライメント光を用いたのでは、レチクルマーク
の像とウェハマークの像とを同時に共通の撮像面上で観
察することができない。

【００１０】これに対して、回折格子２１ａ及び２１ｂ
が配置されているときには、レチクル１７の１点から射
出されたアライメント光Ｌａｉの内で、回折格子２１ａ
及び２１ｂによる１次回折光Ｌａ１はウェハ２２上の１
点（露光光の下での共役点）に集束する。逆に、ウェハ
２２上の１点から反射されたアライメント光の内で、回
折格子２１ａ及び２１ｂによる１次回折光はレチクル１
７上の１点に集束する。即ち、回折格子２１ａ及び２１
ｂの存在により、アライメント光の下で投影光学系１９
に関してレチクル１８のパターン形成面とウェハ２２の
露光面とは共役になる。この場合、回折格子２１ａ及び
２１ｂとして所定の位相格子を用いれば、０次光Ｌａ０
の強度をほぼ０にして１次光Ｌａ１の強度のみを大きく
することができるので、アライメント光の損失はほぼ無
視することができる程度になる。

【００１１】従って、回折格子２１ａ及び２１ｂが存在
する場合には、例えばレチクル１８の上方の観察系で
は、レチクル１７のパターン形成面のレチクルマークか
ら反射されたアライメント光によるレチクルマークの像
と、レチクルマークを透過して投影光学系１９を介して
ウェハ２２上のウェハマークに照射された後に、このウ
ェハマークから反射されてきたアライメント光によるウ
ェハマークの像とが同一の撮像面上に結像される。従っ
て、レチクルマークとウェハマークとの位置関係を同時
且つ正確に計測することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うに色収差補正用の光学部材を使用する場合、投影光学
系内のアライメント光用の色収差補正用の光学部材（図
５の例では回折格子２１ａ及び２１ｂ）に露光光が照射
され、その光エネルギーによって光学部材そのものが発
熱し、変形し、あるいは破損してしまうという不都合が
あった。特に露光光源が、エキシマレーザー等のパルス
光源であると、単位時間あたりのエネルギー密度がきわ
めて高くなり、光学部材の破損等の可能性も高くなる。

【００１３】また、露光光源として水銀ランプ等の時間
的に連続な光源を使用するときには、色収差補正用の光
学部材の破損の可能性は低くなる。ただし、この光学部
材が露光光の一部を吸収して発熱し、その熱が他の結像
用の光学部材に伝搬することにより他の光学部材を熱変
形させ、あるいは熱的に屈折率を変化させ、結像特性を
悪化させてしまうという不都合がある。勿論、この不都
合は露光光源としてエキシマレーザー光源を使用すると
きにも発生する。ここで、最近レジストの進歩に伴って
照明光のコヒーレンシィを表す値であるσ値の大きな
（例えばσ値＝０．８）の照明光学系も検討されてい
る。

【００１４】斯かる不都合を避けるためには、色収差補
正用の光学部材を、投影光学系中のレチクルパターン面
に対する光学的フーリエ変換相当面（露光光での）内
の、且つ、外周部に設ければよい。通常の投影露光装置
では、照明光束のσ値は０．３から０．６であるので、
その面内での照明光（露光光）の分布は、円形の面の中
心部近傍に限定され、外周部にはない。外周部には、レ
チクルパターンによる回折光が到達するが、その強度は
直進光に比べて弱く、また、レチクルパターンには各種
のピッチ及び方向性のパターンが混在し、回折光は各方
向へ散らばるために強度的には益々弱くなり、色収差補
正用の光学部材を破損する程のエネルギーを持ち得なく
なるためである。また、発熱量もさほど問題とする量で
はなくなる。

【００１５】しかしながら、最近、投影光学系の解像度
及び焦点深度の改善の為に、照明光源の形状を種々に変
形する技術が報告されている。このような照明系におい
ては、もはや、上記のフーリエ変換相当面内での光量分
布は中心部に集中することはなく、外周部の特定の位置
に集中することとなる。また、レチクルパターンに応じ
て、この集中位置が変化する場合もある。このような照
明技術が実用化されると、照明光源の形状の変化に応じ
て投影光学系内を透過する露光光束の位置も変化する。
従って、照明光源の位置が変化しても、投影光学系内の
色収差補正用の光学部材には照明光（露光光）を照射し
ないような改善を行わなければならない。

【００１６】本発明は斯かる点に鑑み、アライメント光
に対する色収差を補正するための光学部材が配置された
投影光学系を備え、且つその光学部材に露光光が直接に
は照射されない機構を備えた投影露光装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１及び図２に示す如く、マスクパターン
（１７）を露光用の第１の照明光Ｌｓで照明する第１の
照明光学系（５，７，９，１１，１４ａ，１４ｂ）と、
この第１の照明光の下でそのマスクパターン（１７）の
像を基板（２２）上に露光する投影光学系（１９）と、
その第１の照明光とは波長帯の異なる第２の照明光ＡＬ
でそのマスクパターン（１７）又はその基板（２２）を
照明する第２の照明光学系（２３，２４，１４ｂ）と、
その投影光学系（１９）中に配置され、その第２の照明
光ＡＬを偏向させることによりその第２の照明光の下で
その投影光学系（１９）に関してそのマスクパターン
（１７）の配置面とその基板（２２）の上面とを共役に
する１個又は複数個の偏向部材（２１ａ，２１ｂ）と、
その第１の照明光学系中のその偏向部材（２１ａ，２１
ｂ）と共役な位置に配置されてその第１の照明光Ｌｓを
遮光する１個又は複数個の遮光部材（１３ａ，１３ｂ）
とを有する。

【００１８】この場合、その第１の照明光学系中のその
マスクパターン（１７）の面に対する光学的フーリエ変
換相当面に、その第１の照明光Ｌｓの光量分布を可変に
する可変開口絞り（６）を配置するようにしてもよい。
更に、その露光用の第１の照明光Ｌｓとしてレーザー光
を使用するようにしてもよい。

【００１９】

【作用】斯かる本発明によれば、第１の照明光学系中の
遮光部材（１３ａ，１３ｂ）の第１の照明光Ｌｓによる
像（暗像）が投影光学系（１９）中の偏向部材（２１
ａ，２１ｂ）上に形成される。このため、偏向部材には
第１の照明光が照射されず、破損や発熱の虞がなくな
る。

【００２０】また、その第１の照明光学系中のそのマス
クパターン（１７）の面に対する光学的フーリエ変換相
当面に、その第１の照明光Ｌｓの光量分布を可変にする
可変開口絞り（６）を配置した場合には、この可変開口
絞り（６）の開口の形状を変化させることにより、マス
クパターン（１７）又は投影光学系（１９）等の結像特
性に応じて第１の照明光の状態を変化させることができ
る。このように、可変開口絞り（６）を用いて第１の照
明光学系内の照明光束の位置の変化（光源形状の変化）
を行っても、その変化が上記の遮光部材（１３ａ，１３
ｂ）よりも光源側で行われる限り、遮光部材（１３ａ，
１３ｂ）と偏向部材（２１ａ，２１ｂ）との共役関係に
は何等影響を与えない。従って、光源形状の変形にも対
応することができる。

【００２１】また、その露光用の第１の照明光Ｌｓとし
てレーザー光を使用する場合には、特に偏向部材（２１
ａ，２１ｂ）の破損等の可能性が高まるが、本発明では
そのレーザ光は偏向部材（２１ａ，２１ｂ）には照射さ
れないので、偏向部材（２１ａ，２１ｂ）が破損等する
ことはない。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例
の投影露光装置の露光光用の光学系を示し、この図１に
おいて、１はエキシマレーザーよりなる光源である。た
だし、光源１はエキシマレーザーに限らず水銀ランプ等
の輝線ランプや、他のレーザーでもよい。光源１から射
出された露光光Ｌｓは、集光レンズ２、ミラー３及びイ
ンプットレンズ４よりなる整形光学系によりほぼ平行光
束に変換されてフライアイレンズ５に入射する。フライ
アイレンズ５の後側即ちレチクル側）焦点面は、後述の
レチクル１７に形成されたレチクルパターン１８に対し
て光学的にほぼフーリエ変換の関係となっている。この
後側焦点面に開口絞り６を設ける。

【００２３】開口絞り６を透過した露光光Ｌｓはリレー
レンズ７、視野絞り８、リレーレンズ９、ミラー１０、
リレーレンズ１１、コンデンサレンズ１４ａ、ダイクロ
イックミラー１５及びコンデンサレンズ１４ｂを経てレ
チクル１７に導かれる。このレチクル１７の下面にはレ
チクルパターン１８が形成され、視野絞り８とこのレチ
クルパターン１８の面とは露光光Ｌｓに関して共役であ
り、視野絞り８により照明エリアを制御することができ
る。また、その開口絞り６は、レチクルパターン１８に
入射する露光光Ｌｓの入射角度及び方向を決定する。

【００２４】１３は透明基板を示し、この透明基板１３
をリレーレンズ１１とコンデンサレンズ１４ａとの間に
配置する。更に、透明基板１３の所定の位置に２個の遮
光部材１３ａ及び１３ｂを被着させる。例えば、透明基
板１３は露光光に対する透過率がほぼ１００％に近い材
質より形成され、遮光部材１３ａ及び１３ｂはそれぞれ
透明基板１３上に金属等の遮光材料を設けたものであ
る。また、遮光部材１３ａ，１３ｂは吸光性の物質では
露光光の吸収、発熱により破損するので、反射率の高い
材質を選ぶとよい。

【００２５】１９は投影光学系を示し、露光光の下でレ
チクルパターン１８の像が投影光学系１９を介してウェ
ハ２２上の露光面に結像される。また、投影光学系１９
の内部には局所的に２個の回折格子２１ａ及び２１ｂが
設けられている。また、回折格子２１ａ及び２１ｂは、
露光光の下での投影光学系１９中のレチクルパターン１
８に対する光学的フーリエ変換相当面２０の上に配置し
た。更に、上述の遮光部材１３ａ及び１３ｂが被着され
た透明基板１３は、レチクルパターン面１８のフーリエ
変換相当面である面１２上に配置した。即ち、透明基板
１３が配置されている面１２は、開口絞り６の配置面及
び投影光学系１９中の回折格子２１ａ及び２１ｂが配置
されている面２０と共役である。また、露光光の下で、
遮光部材１３ａ及び１３ｂをそれぞれ回折格子２１ａ及
び２１ｂと共役な位置に配置し、且つ遮光部材１３ａ及
び１３ｂは投影倍率を考慮した上でそれぞれ回折格子２
１ａ及び２１ｂよりも僅かに大きくなるようにした。

【００２６】図２は本例のアライメント光用の光学系を
示し、この図２において、２３はアライメント光ＡＬを
発生する光源、２４はアライメント光用の対物レンズ、
２５はアライメント光を受光する撮像素子である。アラ
イメント光ＡＬとしては、ウェハ２２上の感光材に対す
る感光性の低い例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレー
ザ光等が使用される。これら光源２３、対物レンズ２４
及び撮像素子２５をダイクロイックミラー１５の上方に
配置する。ダイクロイックミラー１５は露光光をほぼ９
０％以上反射すると共に、アライメント光ＡＬをほぼ５
０％以上透過させるような光学特性を有する。

【００２７】そして、光源２３から射出されるアライメ
ント光を対物レンズ２４、ダイクロイックミラー１５及
びコンデンサレンズ１４ｂを介してレチクル１７のレチ
クルマークＲＭに導く。このレチクルマークＲＭからの
反射光ＡＬ１は、コンデンサレンズ１４ｂ、ダイクロイ
ックミラー１５、対物レンズ２４を経て撮像素子２５の
受光面に集束され、この撮像素子２５の撮像面にレチク
ルマークＲＭの像が結像される。一方、レチクルマーク
ＲＭを透過したアライメント光ＡＬ２は、投影光学系１
９中の回折格子２１ｂにより偏向されてウェハ２２上の
ウェハマークＷＭを照明する。また、このウェハマーク
ＷＭからの反射光ＡＬ３は、投影光学系１９中の回折格
子２１ａにより偏向されて再びレチクルマークＲＭの近
傍を通過した後に、コンデンサレンズ１４ｂ、ダイクロ
イックミラー１５、対物レンズ２４を経て撮像素子２５
の受光面に集束され、この撮像素子２５の撮像面にウェ
ハマークＷＭの像が結像される。これにより、撮像素子
２５の受光面には、レチクルマークＲＭの像とウェハマ
ークＷＭの像とが同時に結像されるので、画像処理によ
り両マークの位置関係を計測することができる。

【００２８】図１に戻り、この図１においては、フライ
アイレンズ５を射出した露光光Ｌｓの光束の内、開口絞
り６の開口部の右側を透過した光束のみを示した。実線
で示す光束Ｌｔと破線で示す光束Ｌｃは、フライアイレ
ンズ５の射出側での位置が異なる光束である。さて、図
１の例では、局所的な回折格子２１ａ、２１ｂを投影光
学系１９内のレチクルパターン１８に対する光学的フー
リエ変換相当面２０上に設けたために、照明光学系内の
その面２０の共役面もまた、レチクルパターン１８に対
するフーリエ変換相当面１２となっている。また、遮光
部材１３ａと回折格子２１ａとが、更に遮光部材１３ｂ
と回折格子２１ｂとが、それぞれ結像関係（共役）とな
っている。

【００２９】フライアイレンズ５を射出した露光光の光
束Ｌｔ、Ｌｃはそれぞれ照明光学系を進み、光束Ｌｃは
遮光部材１３ａで遮光される。図１中には遮光された後
の仮想的な光路も示したが、これは回折格子２１ａ上で
仮想的に集光することになる。しかし実際は、上述の如
く光束Ｌｃは遮光部材１３ａで遮光されるので、回折格
子２１ａには露光光は照射されない。

【００３０】なお、図１では遮光部材１３ａ及び１３ｂ
はそれぞれフライアイレンズ５の射出側からリレーレン
ズ７、リレーレンズ９及びリレーレンズ１１を介した面
１２内に設けたが、フライアイレンズ５の射出側の面に
設けても効果は全く同一である。また、図１の例では回
折格子２１ａ，２１ｂはレチクルパターン１８のフーリ
エ変換相当面２０内としたが、他の位置であっても構わ
ない。ただし、それら回折格子２１ａ，２１ｂの共役面
にある遮光部材は、照明光学系中のレチクルパターン１
８に対するフーリエ変換相当面１２（あるいはフライア
イレンズ５の射出側の面）の近傍にあることが望まし
い。遮光部材１３ａ，１３ｂがこの面内よりずれるとレ
チクル１７上での露光光の照度均一性に悪影響を与える
虞があるからである。従って、回折格子２１ａ，２１ｂ
も遮光部材１３ａ，１３ｂとの共役関係から、レチクル
パターン１８に対するフーリエ変換相当面２０の近傍に
あることが望ましい。

【００３１】なお、図１の例では投影光学系１９中には
回折格子が２個設けられているが、その外に例えば図１
の紙面に垂直な方向等に光軸を挟むように更に２個の回
折格子を設けてもよい。これに対応して、透明基板１３
上には更に２個の遮光部材を形成する。また、回折格子
２１ａ，２１ｂの代わりにプリズムを配置して、これら
プリズムでアライメント光を偏向させるようにしてもよ
い。

【００３２】更に、開口絞り６の交換により、光源（２
次光源）の形状を種々に変形することができる。前述の
如く、開口絞り６は投影光学系１９中の面２０と共役関
係となっている。従って、開口絞り６の形状は面２０に
相似的に投影される。図３は、各種の開口絞りの形状の
例を、これら開口絞りの投影光学系１９の面２０におけ
る像として示し、図３（ａ）〜（ｃ）の斜線部が明部で
ある。図３（ａ）は、所謂位相シフト法に適するσ値の
小さい開口絞りの像を示し、外部の円（即ち、投影光学
系１９の開口絞りに相当する）に比べて直径が０．２〜
０．３倍の円内に露光光が集中する例である。

【００３３】以下では、４個の回折格子２１ａ〜２１ｄ
が投影光学系１９中に配置されており、対応して透明基
板１３上に４個の遮光部材１３ａ〜１３ｄが被着されて
いるものとして説明する。図３（ａ）においては、回折
格子２１ａ〜２１ｄには露光光Ｌ_psは照明されないが、
回折格子２１ａ〜２１ｄの位置は遮光部材１３ａ〜ｄの
像１３ａ′〜１３ｄ′により暗部となっている。図３
（ｂ）は、輪帯照明の場合の開口絞りの例を示し、回折
格子２１ａ〜２１ｄは本来であれば、露光光Ｌ_anの照射
を受ける。しかし、遮光部材１３ａ〜１３ｄの像１３
ａ′〜１３ｄ′により、回折格子２１ａ〜２１ｄの位置
は暗部となっており、露光光が回折格子２１ａ〜２１ｄ
に照射されることが防止されている。

【００３４】図３（ｃ）は変形光源の場合の開口絞りの
像の例を示し、光軸を中心として４個の円形の明部の領
域が形成されている。ここでも回折格子２１ａ〜２１ｄ
は遮光部材１３ａ〜１３ｄの像１３ａ′〜１３ｄ′によ
り露光光の照射を免れることができる。なお、遮光部材
１３ａ〜１３ｄの付加される面内での照明光束の広がり
は遮光部材の１３ａ〜１３ｄの断面積に比べて十分に大
きく、従って遮光部材１３ａ〜１３ｄの追加により照明
光量が急激に低下することはない。また、種々の形状の
光源の形成については、フライアイレンズ５の射出後
に、開口絞り６を付加して行うものとしたが、例えば他
に多面プリズムやファイバー、多面ミラー等で照明光を
分割等して、任意形状の光源を形成してもよい。ただし
この場合も、光束の分割等は、遮光部材１３ａ及び１３
ｂより光源側で行うものとする。また、図１の例ではオ
プティカルインテグレータは１個のフライアイレンズ５
より構成しているが、オプティカルインテグレータを光
軸方向（光束の進行方向）に２段階の、即ち２個のフラ
イアイレンズより構成してもよい。

【００３５】また、上記実施例では図１のフライアイレ
ンズ５の射出端（レチクル側焦点面）の近傍に、所定形
状の空間フィルターとしての開口絞り６を配置すること
で、露光用照明光学系（１〜１５）中のレチクル１７の
パターン面に対するフーリエ変換面、もしくはその近傍
の面内における照明光Ｌｓの光量分布を、レチクルパタ
ーンの周期性や微細度（ピッチ、線幅等）に応じて、例
えば輪帯状または光軸に対して偏心した離散的な位置
（光軸からほぼ等距離の位置）に中心を有する複数の局
所領域のみに規定し、レチクルパターンに対して特殊照
明（輪帯照明、傾斜照明等）を行うこととした。また、
露光用照明光学系のσ値を変更するときにも、空間フィ
ルターとしての開口絞り６の開口径を変化させることに
なる。従って、特殊照明を行うとき、σ値変更の場合は
特にその値を小さくするときには、フーリエ変換面での
実質的な２次光源の数が減少し、レチクル１７またはウ
ェハ２２上での照度均一性が低下する。

【００３６】そこで、フライアイレンズ５の各エレメン
トを細かくする（断面積を小さくする）、またはフライ
アイレンズ５よりも光源側に、さらに別のフライアイレ
ンズ（またはロッド型インテグレータでも良い）を、１
段目（光源側）のフライアイレンズの射出面（レチクル
側焦点面）が２段目のフライアイレンズの入射面に対す
るフーリエ変換面となるように配置する。あるいは図４
（ａ）に示すような構成を採用して、複数本の平行光束
をフライアイレンズ５の入射面上で重畳させてもよい。

【００３７】図４（ａ）において、光源からの露光光は
集光レンズ３０により１入力で多出力のライトガイド３
１の入力端に入射し、このライトガイド３１の複数の出
力端からはそれぞれ露光光が射出される。そして、第１
の露光光はコンデンサレンズ３２ａ及びくさび型プリズ
ム３３ａを経てフライアイレンズ５の入射側の面を光軸
に対して斜めに照射し、第２のの露光光はコンデンサレ
ンズ３２ｂ及びくさび型プリズム３３ｂを経てフライア
イレンズ５の入射側の面を光軸に対して逆方向から斜め
に照射する。同様に、他の露光光でフライアイレンズ５
の入射側の面を重畳的に照明する。図４（ｂ）に示すよ
うに、フライアイレンズ５の各エレメント５ａを単に１
個の平行光束で照明する場合には２次光源はそれぞれ１
個しか形成されないが、図４（ｃ）に示すように、フラ
イアイレンズ５の各エレメント５ａを２個の非平行な平
行光束で照明する場合には２次光源はそれぞれ２個形成
される。

【００３８】従って、図４（ａ）の照明光学系によれ
ば、フライアイレンズ５の射出面近傍に形成される２次
光源の数が増加し、レチクル１７またはウェハ２２上で
の照度均一性を向上させることができる。尚、図４
（ａ）に示した構成は一例にすぎず、例えばライトガイ
ド３１やくさび型プリズム３２の代わりにミラーやビー
ムスプリッター等の光学部材を用いても良い。

【００３９】なお、図２の例ではアライメント光はレチ
クル１７側から照明されているが、アライメント光がウ
ェハ２２が載置されたウェハステージ側から照明される
場合にも本発明は適用される。例えば、ウェハステージ
にレチクルアライメント用の基準マークが設けられてい
る場合には、レチクル１７側にも対応するアライメント
用のマークが形成されている。そして、ウェハステージ
内部に光ファイバー等で導かれたアライメント光でその
基準マークを底部から照明すると、投影光学系１９の内
部の回折格子等の偏向部材の作用により、その基準マー
クの像がレチクル１７のパターン形成面に結像されるの
で、この像とレチクル１７側のマークの位置関係とを観
察することにより、レチクル１７の位置を計測する事が
できる。この場合でも、露光光用の照明光学系中に露光
光を遮光する部材が配置されていれば、その投影光学系
１９の内部のアライメント光用の偏向部材の露光光によ
る損傷を防止する事ができる。

【００４０】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
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。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、投影光学系中に設け
た、第２の照明光用の色収差を補正するための偏向部材
に、露光用の第１の照明光が照射されるのが防止され
る。従って、第１の照明光の吸収によってその偏向部材
が破損することも、あるいはその偏向部材の発熱により
他の光学部材が発熱し、変形し、屈折率が変化すること
もない。従って、マスクパターン面にアライメント用の
マークを設け、基板上にもアライメント用のマークを形
成した場合には、アライメント光としての第２の照明光
によりそれら２個のマークの位置関係の直接且つ同時の
計測を行うことができる。このため高精度な位置合わせ
が実現できる利点がある。

【００４２】また、最近提案されている変形光源の使用
時又は通常の照明系と変形光源とを切り換えて使用する
場合にも、本発明では投影光学系内の偏向部材、即ちア
ライメント用の第２の照明光用の色収差補正部材に対す
る露光光の照射を防止することができる。

【００４３】また、第１の照明光学系中のマスクパター
ンの面に対する光学的フーリエ変換相当面に、第１の照
明光の光量分布を可変にする可変開口絞りを配置した場
合には、マスクパターン又は投影光学系の結像特性等に
応じて第１の照明光の照明状態を最適な状態に設定でき
る利点がある。

【００４４】また、露光用の第１の照明光がレーザー光
である場合、特にレーザー光が単位時間あたりのエネル
ギー密度の高いエキシマレーザー等のパルスレーザーで
ある場合には、上述の偏向部材等の破損も発生し易いた
め、本発明は特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の露光光
用の光学系を示す構成図である。

【図２】その実施例のアライメント光用の光学系を示す
構成図である。

【図３】開口絞りの種々の変形例の説明に供する線図で
ある。

【図４】（ａ）は図１のフライアイレンズ５の周辺の光
学系の変形例を示す構成図、（ｂ）及び（ｃ）は照明光
による２次光源の個数の変化の説明に供する線図であ
る。

【図５】投影光学系の中に配置された回折格子の作用の
説明に供する線図である。

【符号の説明】

１露光光の光源５フライアイレンズ６開口絞り１３透明基板１３ａ，１３ｂ遮光部材１７レチクル１８レチクルパターン１９投影光学系２１ａ，２１ｂ回折格子２２ウェハ２３アライメント光の光源２４対物レンズ２５撮像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクパターンを露光用の第１の照明光
で照明する第１の照明光学系と、該第１の照明光の下で前記マスクパターンの像を基板上
に露光する投影光学系と、前記第１の照明光とは波長帯の異なる第２の照明光で前
記マスクパターン又は前記基板を照明する第２の照明光
学系と、前記投影光学系中に配置され、前記第２の照明光を偏向
させることにより前記第２の照明光の下で前記投影光学
系に関して前記マスクパターンの配置面と前記基板の上
面とを共役にする１個又は複数個の偏向部材と、前記第１の照明光学系中の前記偏向部材と共役な位置に
配置されて前記第１の照明光を遮光する１個又は複数個
の遮光部材とを有する事を特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記第１の照明光学系中の前記マスクパ
ターンの面に対する光学的フーリエ変換相当面に、前記
第１の照明光の光量分布を可変にする可変開口絞りを配
置した事を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記露光用の第１の照明光はレーザー光
である事を特徴とする請求項１又は２記載の投影露光装
置。