JPH0875415A

JPH0875415A - アライメント装置

Info

Publication number: JPH0875415A
Application number: JP6212684A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nagayama; 匡長山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】露光光がパルス光である場合に、レチクルの
レチクルステージに対する位置、及びレチクルとウエハ
ステージとの位置の関係を高精度に計測する。【構成】ハロゲンランプ４２Ａからの連続照明光ＡＬ
が、光ガイド４４Ａ、視野絞り４６Ａ、第２対物レンズ
４８Ａ、第１対物レンズ５１Ａ等を介してレチクル１の
レチクルマーク１０Ａを照明し、レチクルマーク１０Ａ
からの反射光が、第１対物レンズ５１Ａ、第２対物レン
ズ４８Ａ等を介して光電顕微鏡２２Ａ上にレチクルマー
ク像を形成する。ウエハステージからの露光光と同じパ
ルス照明光が、レチクルマーク１０Ａの周囲を透過した
後、第１対物レンズ５１Ａ、ダイクロイックミラー５０
Ａ、第２対物レンズ４４Ａ等を介して２次元撮像素子２
１Ａ上に基準マーク、及びレチクルマークの像を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に使用
される投影露光装置に備えられ、レチクルのアライメン
トを行うための装置に適用して好適なアライメント装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等を製造す
る際に、レチクル（又はフォトマスク等）を露光光で照
明し、そ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エハ（又はガラスプレート
等）上に結像投影する投影露光装置が使用されている。
従来、その露光光としては、水銀ランプの輝線（ｇ線，
ｉ線等）のように連続発光される光が主に使用されてい
た。斯かる投影露光装置においては、露光に際してレチ
クル及びウエハを正確に位置合わせする必要があるが、
そのために先ずレチクルアライメント系の計測結果を用
いて、レチクルをレチクルステージに対して位置合わせ
する。

【０００３】更に、このレチクルアライメントの終了後
に、ウエハが載置されるウエハステージを基準としてレ
チクルの位置を計測し、この計測結果に基づいて例えば
ウエハ側の位置合わせが行われる。このようにウエハス
テージに対するレチクルの位置関係を計測するために
は、所謂ステージ発光型のレチクル位置検出系が使用さ
れることがある。

【０００４】図６は従来のステージ発光型のレチクルア
ライメント系及びレチクル位置検出系を備えた投影露光
装置の要部を示し、この図６において、レチクル１はレ
チクルステージ２上に保持され、連続的に発光される不
図示の露光光（例えばｉ線、ｇ線）のもとでレチクル１
のパターンが投影光学系３を介して、ウエハ４上の各シ
ョット領域に投影露光される。この場合、投影光学系３
の光軸ＡＸに平行にＺ軸が取られ、光軸ＡＸに垂直な平
面内で図６の紙面に平行な方向及び垂直な方向にそれぞ
れＸ軸及びＹ軸が取られている。また、レチクル１のパ
ターン領域のＸ方向の両端部に十字型のレチクルマーク
１０Ａ及び１０Ｂが形成され、レチクルマーク１０Ａ及
び１０Ｂの上方にはそれぞれレチクルアライメント系１
５Ａ及び１５Ｂが配置されている。

【０００５】また、ウエハ４はウエハホルダ５を介して
ウエハステージ６上に載置され、ウエハステージ６はＸ
Ｙ平面内でウエハ４の位置決めを行うＸＹステージ、及
びＺ方向にウエハ４の位置決めを行うＺステージ、及び
ウエハ４の傾斜角の補正を行うレベリングステージ等か
ら構成されている。ウエハステージ６のＸ座標及びＹ座
標は常時それぞれ不図示のレーザ干渉計により計測され
ている。そして、ウエハステージ６上のウエハホルダ５
の近傍に光透過性のステージ基板７が取り付けられ、ス
テージ基板７の上面の遮光膜中に、図８に示すように、
Ｘ軸に沿って例えば中心対称な２箇所の領域にそれぞれ
矩形開口よりなる１対の基準マーク８Ａ及び９Ａと、１
対の基準マーク８Ｂ及び９Ｂとが形成されている。

【０００６】図６に戻り、レチクルアライメント時に
は、基準マーク８Ａ，９Ａ及び８Ｂ，９Ｂがステージ発
光型の照明系により底面側から照明され、基準マーク８
Ａ及び８Ｂを通過した照明光がそれぞれ投影光学系３を
介してレチクル１の下面のレチクルマーク１０Ａ及び１
０Ｂを照明する。更に、使用される投影光学系の投影領
域の仕様によっては、例えば内側のレチクルマーク（こ
れをレチクルマーク１１Ａ及び１１Ｂとする）を使用す
る場合がある。このため、基準マーク９Ａ及び９Ｂを通
過した照明光がそれぞれ投影光学系３を介してレチクル
マーク１１Ａ及び１１Ｂを照明するようになっている。
即ち、ステージ基板７の中心を光軸ＡＸに合わせた状態
で、基準マーク８Ａ，８Ｂはレチクルマーク１０Ａ，１
０Ｂとほぼ共役な位置にあり、基準マーク９Ａ，９Ｂは
レチクルマーク１１Ａ，１１Ｂとほぼ共役な位置にあ
る。

【０００７】そのステージ発光型の照明系において、不
図示の露光用光源より光ガイドで導かれた露光光と同じ
波長帯の連続発光される照明光は、その光ガイドの射出
端１２ａ及び１２ｂからウエハステージ６の内部に射出
される。射出端１２ａから射出された照明光は、ミラー
１３Ａで垂直上方に反射された後、コンデンサーレンズ
１４Ａを経て基準マーク８Ａ及び９Ａを照明する。同様
に、射出端１２ｂから射出された照明光は、ミラー１３
Ｂ及びコンデンサーレンズ１４Ｂを経て基準マーク８Ｂ
及び９Ｂを照明する。この際に、ステージ基板７の中心
を光軸ＡＸに合わせると、照明光は露光光と同じ波長帯
であるため、レチクルマーク１０Ａ，１０Ｂ等を囲むよ
うにそれぞれ基準マーク８Ａ，８Ｂ等の像が結像され、
これらの像によりレチクルマークの照明が行われる。ス
テージ発光型の照明系は以上のように構成されている。

【０００８】図７は、図６中のレチクルアライメント系
の平面図であり、この図７の右側のレチクルアライメン
ト系１５Ａにおいて、レチクル１上のレチクルマーク１
０Ａ（又は１１Ａ）の周囲を透過した照明光が、光路偏
向用のミラー１６Ａで反射された後、第１対物レンズ１
７Ａ、ミラー１８Ａ、及び第２対物レンズ１９Ａを介し
てハーフミラー２０Ａに入射する。そして、ハーフミラ
ー２０Ａで反射された光が、２次元ＣＣＤ等からなる２
次元撮像素子２１Ａの撮像面に基準マーク８Ａとレチク
ルマーク１０Ａとの合成像を結像する。２次元撮像素子
２１Ａからの２次元画像データより、例えば目視観察に
より基準マーク８Ａを指標マークとしてレチクルマーク
１０Ａの位置ずれが検出される。更に、その２次元画像
データに画像処理を施すことより、その位置ずれがウエ
ハステージ上のＸ座標、及びＹ座標での位置ずれとして
検出される。

【０００９】また、ハーフミラー２０Ａを透過した光
は、２次元の光電顕微鏡２２Ａ中の振動スリット２３Ａ
上に、基準マーク８Ａの像を照明視野（照野）とする照
明光により透過照明されたレチクルマーク１０Ａの像を
結像する。２次元の光電顕微鏡２２Ａの内のＹ軸用の光
電顕微鏡は、レチクルマーク１０Ａの像面上でＹ方向に
対応する方向に振動する振動スリット２３Ａ、及びこの
振動スリットの直後のフォトマルチプライア等の光電検
出器２４Ａより構成されている。光電検出器２４Ａの出
力信号を振動スリット２３Ａの駆動信号で同期整流する
ことにより、レチクルステージ２に対して固定された所
定の基準位置に対するレチクルマーク１０ＡのＹ方向へ
の位置ずれ量に対応した信号を得ることができる。ま
た、光電顕微鏡２２Ａ内には、図示省略するも、レチク
ルマーク１０Ａの像面上でＸ方向に対応する方向に振動
する振動スリット及びこの振動スリットの直後の光電検
出器より構成されるＸ軸用の光電顕微鏡も含まれ、この
Ｘ軸用の光電顕微鏡により、レチクルマーク１０Ａの所
定の基準位置からＸ方向への位置ずれ量が検出できる。

【００１０】左側のレチクルアライメント系１５Ｂも、
右側のアライメント系と対称にミラー１６Ｂ〜２次元の
光電顕微鏡２２Ｂより構成されている。そして、このレ
チクルアライメント系１５Ｂの２次元撮像素子２１Ｂに
より、他方の基準マーク８Ｂを指標マークとして、レチ
クルマーク１０Ｂの位置ずれ量が検出できると共に、光
電顕微鏡２２Ｂにより、所定の基準位置からのレチクル
マーク１０ＢのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量が検出
できる。

【００１１】この結果、２つの２次元撮像素子２１Ａ及
び２１Ｂの撮像信号の処理により、レチクル１のウエハ
ステージ６に対する位置関係（２次元的な位置ずれ量、
及び回転角）が求められる。更に、２つの光電顕微鏡２
２Ａ及び２２Ｂにより２つのレチクルマーク１０Ａ，１
０Ｂの２次元的な位置ずれ量が検出できるため、レチク
ル１のレチクルステージ２に対するＸ方向、Ｙ方向への
位置ずれ量、及び回転角を求めることができる。それら
Ｘ方向、Ｙ方向への位置ずれ量、及び回転角をそれぞれ
許容範囲内に収めることにより、レチクルアライメント
が終了する。

【００１２】次に、例えば使用される投影光学系３の投
影領域に応じて、レチクル１の内側のレチクルマーク１
１Ａ，１１Ｂを使用する場合には、第１対物レンズ１７
Ａ及びミラー１６Ａを一体として−Ｘ方向に移動させる
と共に、第１対物レンズ１７Ｂ及びミラー１６Ｂを一体
として＋Ｘ方向に移動させて、ミラー１６Ａ及び１６Ｂ
をそれぞれレチクルマーク１１Ａ及び１１Ｂの上方に位
置させればよい。

【００１３】この際に、特開昭５７−１４２６１２号公
報で開示されているように、レチクル１の下面（パター
ン面）は、ミラー１６Ａ及び１６Ｂを介してそれぞれ第
１対物レンズ１７Ａ及び１７Ｂの焦点面に位置してお
り、ミラー１６Ａ，１６Ｂと第１対物レンズ１７Ａ，１
７Ｂとがレチクル１に沿ってＸ方向に移動しても、常に
レチクル１の下面が第１対物レンズ１７Ａ，１７Ｂの焦
点面に合致している。このような構成によると、第１対
物レンズ１７Ａ（又は１７Ｂ）と第２対物レンズ１９Ａ
（又は１９Ｂ）との間は常に平行系となり、前記移動に
よってもレチクル１のパターン面と２次元撮像素子、及
び２次元光電顕微鏡の振動スリットとの共役関係及び倍
率は維持される。従って、レチクルマーク１１Ａ，１１
Ｂ、及び基準マーク９Ａ，９Ｂを使用する場合でも、レ
チクルアライメント系１５Ａ及び１５Ｂにより対応でき
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のレ
チクルアライメント系では、露光光と同じ波長帯の連続
発光される照明光を用いたステージ発光型の照明系によ
り、基準マーク及びレチクルマークが照明されていたた
め、２次元撮像素子２１Ａ，２１Ｂ、及び光電顕微鏡２
２Ａ，２２Ｂの両方で正確に位置検出が行われていた。

【００１５】これに対して、最近は、半導体素子等の集
積度の一層の向上に対応するため、露光光を短波長化し
て解像度を向上させた投影露光装置も使用されるように
なっている。現状の遠紫外域のような短波長の露光光と
しては、例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎ
ｍ）、若しくはＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ）のようなエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光、又
はＹＡＧレーザの高調波のようにパルス発光される光が
主に使用されている。

【００１６】しかしながら、パルス発光される露光光か
ら分岐したパルス発光される照明光を用いて、ステージ
発光方式で基準マーク、及びレチクルマークを照明した
場合、光電顕微鏡２２Ａ，２２Ｂにおいて検出信号を振
動スリットの駆動信号で同期整流したときに良質な信号
が得られず、光電顕微鏡２２Ａ，２２Ｂによるレチクル
アライメントが正確に行われないという不都合があっ
た。

【００１７】本発明は斯かる点に鑑み、露光光としてパ
ルス発光される光を使用する場合であっても、レチクル
（マスク）のレチクルステージに対する位置関係、及び
レチクルとウエハステージとの位置関係を高精度に計測
できるアライメント装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト装置は、例えば図１及び図２に示すように、パルス発
光される露光光（ＩＬ）で転写用のパターンが形成され
たマスク（１）を照明する照明光学系（３１，３２，３
４〜３９）と、その露光光のもとでマスク（１）のパタ
ーンの像を感光性の基板（４）上に投影する投影光学系
（３）と、基板（４）を保持してその投影光学系の光軸
（ＡＸ）に垂直な平面上でその基板を位置決めする基板
ステージ（６）とを有する投影露光装置に備えられ、マ
スク（１）上に形成されたアライメントマーク（１０
Ａ）と基板ステージ（６）上に配置された基準マーク
（８Ａ）とを用いてそのマスクの位置検出を行う装置に
関する。

【００１９】そして、本発明は、その露光光と異なる波
長域の連続的に発光される連続照明光（ＡＬ）でマスク
（１）上のアライメントマーク（１０Ａ）を照明する第
１のアライメント用照明系（４２Ａ〜５２Ａ）と、その
パルス発光される露光光を分岐して得られるパルス照明
光（ＢＬ）でアライメントマーク（１０Ａ）、及び基板
ステージ（６）上の基準マーク（８Ａ）を照明する第２
のアライメント用照明系（３３，４０，１２，１３Ａ，
１４Ａ）と、アライメントマーク（１０Ａ）からの連続
照明光（ＡＬ）、並びにアライメントマーク（１０Ａ）
からのパルス照明光（ＢＬ）、及び基準マーク（８Ａ）
からの投影光学系（３）を介したパルス照明光（ＢＬ）
を集光する第１対物光学系（５２Ａ，５１Ａ）と、この
第１対物光学系により集光される光束を連続照明光（Ａ
Ｌ）による光束とパルス照明光（ＢＬ）による光束とに
分割する波長選択光学系（５０Ａ）と、この波長選択光
学系により分割されるその連続照明光による光束よりア
ライメントマーク（１０Ａ）の像を形成する第２対物光
学系（４８Ａ）と、光電検出手段（２３Ａ，２４Ａ）を
備え、その連続照明光によるそのアライメントマークの
像とその光電検出手段とを相対的に振動させてそのアラ
イメントマークの像の位置を検出する像位置検出手段
（２２Ａ）と、を有する。

【００２０】更に、本発明は、波長選択光学系（５０
Ａ）により分割されるそのパルス照明光による光束より
アライメントマーク（１０Ａ）及び基準マーク（８Ａ）
の像を形成する第３対物光学系（５３Ａ，５４Ａ）と、
そのパルス照明光によるアライメントマーク（１０Ａ）
及び基準マーク（８Ａ）の像を撮像する撮像手段（２１
Ａ）と、を有し、像位置検出手段（２２Ａ）の検出結果
に基づいてその像位置検出手段に対するマスク（１）の
位置関係を検出し、撮像手段（２１Ａ）の検出結果に基
づいてアライメントマーク（１０Ａ）と基準マーク（８
Ａ）との位置ずれ量を検出するものである。

【００２１】この場合、第１対物光学系（５２Ａ，５１
Ａ）がマスク（１）上のアライメントマークの位置に対
応して移動自在に配置され、波長選択光学系（５０Ａ）
と第２対物光学系（４８Ａ）との間、又は波長選択光学
系（５０Ａ）と第３対物光学系（５３Ａ，５４Ａ）との
間に補正光学系（４９Ａ）が配置され、この補正光学系
は、その第１対物光学系と連動してその第１対物光学系
からの光束を平行光束に変換することが望ましい。

【００２２】更に、その第１のアライメント用照明系
は、マスク（１）の上方からアライメントマーク（１０
Ａ）を落射照明するものである場合に、マスク（１）と
投影光学系（３）との間に挿脱自在に、マスク（１）を
透過したその連続照明光をアライメントマーク（１０
Ａ）側に反射する可動ミラー（５６Ａ）が配置されるこ
とが望ましい。

【００２３】この際に、その第１のアライメント用照明
系内で、可動ミラー（５６Ａ）の配置面と共役な面に視
野絞り（４６Ａ）が配置されることが望ましい。

【００２４】

【作用】斯かる本発明によれば、露光光を分岐して得ら
れるパルス照明光を用いて第２のアライメント用照明系
によりマスク（１）上のアライメントマーク（１０Ａ）
及び基板ステージ側の基準マーク（８Ａ）が照明され、
２つのマークの像が撮像手段（２１Ａ）により撮像され
るため、それにより得られる画像に基づいて基板ステー
ジ（６）に対するマスク（１）の位置関係が計測され
る。この際に、パルス照明光は露光光と同じ波長である
ため、投影光学系（３）における色収差がなく、撮像手
段（２１Ａ）の撮像面に２つのマークが鮮明に結像され
る。

【００２５】また、アライメントマーク（１０Ａ）の像
と光電検出手段（２３Ａ，２４Ａ）とを相対的に振動さ
せてアライメントマークの像の位置検出を行う、例えば
光電顕微鏡のような像位置検出手段（２２Ａ）では、連
続照明光が使用されるため、高精度にマスク（１）の像
位置検出手段に対する位置検出が行われる。次に、第１
対物光学系（５２Ａ，５１Ａ）がマスク（１）上のアラ
イメントマークの位置に対応して移動自在に配置されて
いる場合、異なる位置のアライメントマーク（１１Ａ）
を検出対象とするときには、それに応じてその第１対物
光学系をマスク（１）に沿って移動させればよい。とこ
ろが、パルス発光される露光光は一般に遠紫外域であ
り、使用可能な硝材が限られるため、パルス照明光と連
続照明光とで共通にその第１対物光学系からの光束を平
行光束にするのは困難である。そこで、例えばパルス照
明光側を平行系にしたときには、波長選択光学系（５０
Ａ）と第２対物光学系（４８Ａ）との間に補正光学系
（４９Ａ）を配置し、この補正光学系が第１対物光学系
と連動してその第１対物光学系からの光束を平行光束に
変換する。これにより、その第１対物光学系がマスク
（１）上を移動しても正確に位置検出が行われる。

【００２６】また、その第１のアライメント用照明系
が、マスク（１）の上方からアライメントマーク（１０
Ａ）を落射照明するものである場合に、マスク（１）上
のアライメントマーク（１０Ａ）と投影光学系（３）と
の間に可動ミラー（５６Ａ）を挿入すると、可動ミラー
（５６Ａ）からの反射光によりアライメントマーク（１
０Ａ）が透過照明される。従って、そのアライメントマ
ークの反射率が低いときでも、正確に位置検出が行われ
る。

【００２７】この際に、その第１のアライメント用照明
系内で、可動ミラー（５６Ａ）の配置面と共役な面に視
野絞り（４６Ａ）を配置したときには、可動ミラーがな
い場合でも有る場合でもアライメントマーク（１０Ａ）
での照度分布が同様になる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の一実
施例につき図１〜図５を参照して説明する。本実施例
は、露光光としてパルス発光される遠紫外光を使用する
投影露光装置のレチクルアライメント系に本発明を適用
したものである。また、図１及び図２において図６〜図
８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。

【００２９】図２は、本実施例の投影露光装置を示し、
この図２において、例えばＫｒＦエキシマレーザ光源よ
りなるパルス光源３１から、遠紫外域（例えば波長２４
８．４ｎｍ）の露光光がパルス的に射出される。このパ
ルス的に射出される露光光（パルス露光光）はビームエ
クスパンダ３２により断面形状が拡大されて、フライア
イレンズ３４に入射する。但し、本実施例では、ビーム
エクスパンダ３２とフライアイレンズ３４との間に光軸
に対して４５°傾斜した状態で挿脱自在に光路切り換え
用のミラー３３が備えられ、露光時にはミラー３３は位
置３３Ａに退避しているが、レチクルアライメント時に
はミラー３３は露光光の光路中に設定される。

【００３０】露光時には、フライアイレンズ３４の後側
（レチクル側）焦点面に形成される２次光源からのパル
ス露光光ＩＬが、ミラー３５で反射された後、第１リレ
ーレンズ３６、可変視野絞り（レチクルブラインド）３
７、第２リレーレンズ３８、及びメインコンデンサーレ
ンズ３９を経て、レチクル１の下面（パターン面）のパ
ターン領域を均一な照度分布で照明する。そのパルス露
光光ＩＬのもとで、レチクル１のパターンの像が投影光
学系３を介してウエハステージ６上のウエハ４の各ショ
ット領域に投影露光される。

【００３１】一方、レチクルアライメント時には、ミラ
ー３３がパルス露光光の光路中に設定され、ミラー３３
により反射された光（以下、「パルス照明光」と呼ぶ）
が、ビーム径を縮小するビームエクスパンダ４０を介し
て光ガイド１２の入射端１２ｃに供給される。光ガイド
１２の２つの射出端１２ａ及び１２ｂがウエハステージ
６内に差し込まれ、それらの射出端１２ａ及び１２ｂか
ら射出されたパルス照明光ＢＬが、ミラー１３Ａ，１３
Ｂ及びコンデンサーレンズ１４Ａ，１４Ｂを経てそれぞ
れステージ基板７の上面に形成された矩形開口よりなる
基準マーク８Ａ，９Ａ及び８Ｂ，９Ｂを照明する。ステ
ージ基板７の中心が投影光学系３の光軸ＡＸにほぼ合致
している状態では、基準マーク８Ａ，９Ａ及び８Ｂ，９
Ｂを通過したパルス照明光ＢＬは、投影光学系３を介し
てレチクル１のパターン面のレチクルマーク１０Ａ，１
１Ａ及び１０Ｂ，１１Ｂの近傍に各基準マークの像を形
成する。図２では、レチクルマーク１０Ａ及び１０Ｂ上
にそれぞれレチクルアライメント系４１Ａ及び４１Ｂが
配置されている。

【００３２】図１は、本実施例のレチクルアライメント
系を示す平面図であり、この図１の右側のレチクルアラ
イメント系４１Ａにおいて、ハロゲンランプ４２Ａから
連続的に射出される光より、不図示の光学フィルタによ
りパルス露光光ＩＬとは異なる波長域（例えば赤色、又
は近赤外光）の連続光（以下、「連続照明光」と呼ぶ）
ＡＬが選択される。なお、ハロゲンランプ４２Ａの代わ
りに、発光ダイオード等も使用できる。その連続照明光
ＡＬは、点線で示すようにコンデンサーレンズ４３Ａ、
光ガイド４４Ａ、及びコンデンサーレンズ４６Ａを介し
て視野絞り４６Ａの開口上に照射される。

【００３３】視野絞り４６Ａの開口を通過した連続照明
光ＡＬは、ハーフミラー４７Ａで反射された後、第２対
物レンズ４８Ａ、補正レンズ４９Ａを経てダイクロイッ
クミラー５０Ａに入射する。ダイクロイックミラー５０
Ａは、パルス照明光ＢＬを反射させて、連続照明光ＡＬ
を透過させる波長選択性を有する。従って、連続照明光
ＡＬは、ダイクロイックミラー５０Ａを透過した後、第
１対物レンズ５１Ａ及びミラー５２Ａを経てレチクルマ
ーク１０Ａを照明する。

【００３４】図２において、レチクルステージ２の底面
側に可動ミラー５６Ａ及び５６Ｂが配置され、可動ミラ
ー５６Ａ，５６Ｂはレチクル１の下面に沿って移動でき
るように支持されている。レチクルマーク１０Ａ及び１
０Ｂの反射率が低いような場合には、レチクルマーク１
０Ａ及び１０Ｂの下方にそれぞれ可動ミラー５６Ａ及び
５６Ｂが設置される。この際に、可動ミラー５６Ａは図
１の視野絞り４６Ａの配置面と共役な面に設置されてい
る。この理由については後に詳細に説明する。

【００３５】レチクルマーク１０Ａで反射された連続照
明光ＡＬ、及び可動ミラー５６Ａが設置されているとき
に可動ミラー５６Ａで反射された後レチクルマーク１０
Ａの周囲を通過した連続照明光ＡＬ、並びにレチクルマ
ーク１０Ａの周囲を通過したパルス照明光ＢＬは、ミラ
ー５２Ａ及び第１対物レンズ５１Ａを経てダイクロイッ
クミラー５０Ａに向かう。図２に戻り、パルス照明光Ｂ
Ｌは、ダイクロイックミラー５０Ａで反射された後、ミ
ラー５３Ａ及び第２対物レンズ５４Ａを介して２次元Ｃ
ＣＤ等からなる２次元撮像素子２１Ａの撮像面に、基準
マーク８Ａ及びレチクルマーク１０Ａの像を形成する。
一方、連続照明光ＡＬは、ダイクロイックミラー５０Ａ
を透過した後、補正レンズ４９Ａ、第２対物レンズ４８
Ａ及びハーフミラー４７Ａを経て２次元の光電顕微鏡２
２Ａの振動スリット２３Ａ上にレチクルマーク１０Ａの
像を形成する。不図示であるが、光電顕微鏡２２Ａに
は、振動スリット２３Ａと振動方向が直交する振動スリ
ット、及びその直後の光電検出器も含まれている。

【００３６】２次元撮像素子２１Ａの撮像信号を処理す
ることにより、基準マーク８Ａに対するレチクルマーク
１０ＡのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量が計測され
る。また、２次元の光電顕微鏡２２Ａにより、光電顕微
鏡２２Ａ内の基準点（レチクルステージ２）に対するレ
チクルマーク１０ＡのＸ方向及びＹ方向への位置ずれ量
が計測される。また、補正レンズ４９Ａ〜ミラー５３Ａ
よりなる可動光学系５５ＡがＸ方向に移動自在に配置さ
れ、例えばレチクルマーク１１Ａの位置検出を行う場合
には、ミラー５２Ａがレチクルマーク１１Ａの上方に位
置するように可動光学系５５Ａが移動する。

【００３７】この際、パルス照明光ＢＬが、遠紫外域
（例えば波長２４８．８ｎｍ）でパルス発光するＫｒＦ
エキシマレーザ光源からの露光光を分岐した光束である
とすると、そのパルス照明光ＢＬに使用できる硝材は限
定されてしまう。そのため、従来の如くパルス照明光Ｂ
Ｌに対してレチクル１の下面を第１対物レンズ５１Ａの
焦点面に合わせると、それよりも波長の長い連続照明光
ＡＬに対してはレチクル１の下方に第１対物レンズ５１
Ａの焦点が合うようになってしまう。このままではパル
ス照明光ＢＬに対しては、第１対物レンズ５１Ａと第２
対物レンズ５４Ａとの間では平行系となるが、非露光光
である連続照明光ＡＬに対しては、第１対物レンズ５１
Ａと第２対物レンズ４８Ａとの間が発散系となってしま
う。

【００３８】それを避けるために、ダイクロイックミラ
ー５０Ａを透過した連続照明光ＡＬの光路上に、第１対
物レンズ５１Ａの連続照明光ＡＬに関する焦点位置をレ
チクル１の下面に補正する補正レンズ４９Ａが配置され
て、第１対物レンズ５１Ａと補正レンズ４９Ａとが一体
的に移動するようになっている。従って、補正レンズ４
９Ａと第２対物レンズ４８Ａとの間が平行系となり、図
１の点線で示すように、可動光学系５５ＡがＸ方向に移
動しても、レチクル１の下面と光電顕微鏡２２Ａの振動
スリットとの間の共役関係、及び結像倍率が初期状態に
維持され、位置の異なるレチクルマーク１１Ａに対して
も正確に位置計測が行われる。

【００３９】また、左側のレチクルアライメント系４１
Ｂも、右側のアライメント系と対称的にハロゲンランプ
４２Ｂ〜第２対物レンズ５４Ａ、２次元撮像素子２１
Ｂ、及び光電顕微鏡２２Ｂより構成されている。そのレ
チクルアライメント系４１Ｂにより、レチクルステージ
２に対するレチクルマーク１０Ｂ，１１Ｂの位置関係、
及び基準マーク８Ｂ，９Ｂに対するレチクルマーク１０
Ｂ，１１Ｂの位置関係が計測される。

【００４０】次に、図２の可動ミラー５６Ａの作用につ
き説明する。これに関して、本実施例のように連続照明
光ＡＬについて落射照明を用いた場合には、常にレチク
ルマーク１０Ａ，１１Ａの反射率が問題になってしまう
が、本実施例では以下のようにすることでその反射率に
起因する問題を解消した。通常レチクルマーク１０Ａ，
１１Ａとしては、ガラス基板に形成されたクロム膜をエ
ッチングし、例えば十字マーク状にクロム膜を残したパ
ターンが用いられるが、特に上面から入射した光に対す
る反射率が通常のパターン（反射率が４０％程度）に比
べて低いパターンがある。

【００４１】例えば、レチクル１のパターン領域の回路
パターンがこのように低反射である場合には、レチクル
マークのみの反射率を変えることはできないため、必然
的にレチクルマークも低反射となる。このような場合で
も、従来のアライメント系においては、ステージ発光の
みを用いていたため、レチクルマーク１０Ａ，１１Ａは
透過照明されて、検出精度は反射率には依存しなかっ
た。しかし、本実施例のレチクルアライメント系４１Ａ
では上方からの落射照明を行っているので、レチクルマ
ークの反射率が低い場合には得られる像の光強度が悪く
なり、最悪の場合レチクルマークの像が得られなくな
る。このような場合には、本実施例では、低反射のレチ
クルマークの下方に可動ミラー５６Ａを移動させて、レ
チクルマークを１回透過した落射照明光を反射させ、下
方より均一にレチクルマークを透過照明することができ
る。

【００４２】レチクル１の下方にレチクル１と平行な可
動ミラー５６Ａを必要時のみ挿入する場合の照明状態に
ついて、図３及び図４を参照して説明する。図３は、面
５７Ｃ上に均一な照度分布の照明視野（照野）を持つ連
続照明光ＡＬの光束を示す光路図であり、矩形の分布５
８Ｃは、光軸６１を中心とする面５７Ｃ上での照度分布
を表す。また、面５７Ｃから光軸６１方向に上方に（こ
れを−方向とする）面５７Ｂ，５７Ａと離れるに従っ
て、照明領域は次第に広がり、同様に、面５７Ｃから光
軸６１方向に下方に（＋方向に）面５７Ｄ，５７Ｅと離
れるに従って、照明視野は次第に広がっている。面５７
Ａ〜５７Ｅでの照度分布をそれぞれ右側の分布５８Ａ〜
５８Ｅに示す。これより、面５７Ｃを基準として、＋方
向又は−方向に離れるに従って、照度均一領域（照度分
布の平らな領域）が減少しているのが分かる。斜線を施
した領域６２が、照度均一領域を示している。

【００４３】照度均一領域の直径をφ_Eとする。図３の
ように面５７Ｃ上の照野の上下で光束が対称である理想
的な場合を想定して、連続照明光ＡＬの開口半角θを小
さいとすると、開口数ＮＡ＝sin θ≒θと近似できる。
照野の径をφ、照野からの上下方向（Ｚ方向）への距離
をｄとすると、次の関係が成立する。

【００４４】

【数１】φ_E＝φ−２ｄθ このような性質を利用して低反射レチクルマークに対応
する。図４は、レチクルマーク１０Ａの下方に可動ミラ
ー５６Ａが設置された状態を示し、この図４において、
レチクル１の下方にＬだけ離れた位置にレチクル１と平
行に可動ミラー５６Ａが設置され、且つ連続照明光ＡＬ
による落射照明の照野が可動ミラー５６Ａのミラー面に
なっている。可動ミラー５６Ａの下方に２点鎖線で可動
ミラー５６Ａにより反射された光束とレチクル１Ｍを鏡
像で示す。通常のレチクル１の場合は可動ミラー５６Ａ
がなく、レチクルマーク１０Ａの照度分布は、周辺が鈍
っている分布６０Ａのようになっている。

【００４５】この場合、分布６０Ａ内の照度均一領域が
実際に観察される視野より大きければ、均一な照明が行
われたことになる。また、低反射レチクル使用時は、図
４のように可動ミラー５６Ａが挿入され、鏡像のレチク
ル１Ｍが照明される。つまり、レチクルマーク１０Ａの
鏡像であるレチクルマーク１０ＡＭが透過照明される。
このとき、実線で示した光束が実際のレチクルマーク１
０Ａによってケラレることにより、照度がどのように変
化するかを考慮しなければならない。

【００４６】図５は、図４中の鏡像のレチクルマーク１
０ＡＭとレチクルマーク１０Ａとを拡大して示し、この
図５において、レチクルマーク１０Ａの線幅をΔとする
と、ケラレがないとき、つまりΔ＝０のときのレチクル
１の下面での照度をＥ₀とする。そのときの実際の照度
Ｅは、図４に示すように、可動ミラー５６Ａとレチクル
１との間隔をＬとし、連続照明光ＡＬによる開口数ＮＡ
をsin θ≒θとすると、次の関係が成立する。

【００４７】

【数２】Ｅ≒Ｅ₀｛１−２Δ／（πＬθ）｝ここで、Ｅ≒Ｅ₀と考えられるように各変数が設定でき
れば、レチクルマーク１０Ａによるケラレで生じる照度
むらは考慮に値しなくなり、可動ミラー５６Ａからの反
射光での透過照明においても、分布６０Ａのような照度
分布が得られる。このときは、落射照明によるレチクル
マーク１０Ａの像はほとんど得られないため、可動ミラ
ー５６Ａからの反射光による透過照明での像でレチクル
アライメントを行うことができる。なお、Ｅ≒Ｅ₀と考
えられるような状態とは、（Ｅ−Ｅ₀）がＥ₀の数％程
度以下になる状態、即ち２Δ／（πＬθ）が数％程度以
下になる状態である。

【００４８】このように、本実施例では、簡単なミラー
移動機構を付加するだけで、全てのレチクルに対し従来
通りのレチクルアライメントを実行することができる。
また、通常のレチクルを使用する際には、可動ミラー５
６Ａ，５６Ｂを動かす必要がないため、スループット上
も有利である。なお、図示は省略するが、非露光光であ
る連続照明光ＡＬの照明系を可動ミラー５６Ａ，５６Ｂ
の代わりにレチクル１の下方に設置し、必要時のみ下方
より照明を行うようにしてもよい。これによると、どの
ような反射率のレチクルにも対応できるが、レチクル１
と投影光学系３との間に空間的な余地が必要となり、且
つ通常のレチクル使用時にもその照明系の出し入れが必
要となる。

【００４９】更に、レチクルの下方に可動ミラーを置く
場合に可動ミラー面に照野を置いたが、性能上問題なけ
れば多少位置がずれてもよい。また性能上問題がなけれ
ば、レチクルマーク位置での実視野が照度一定領域を若
干はみ出してもよい。また、可動ミラー５６Ａ，５６Ｂ
の代わりに、連続照明光ＡＬを反射させてパルス照明光
ＢＬ（露光光）を透過させるダイクロイックミラーを使
用してもよい。

【００５０】このように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。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、露光光がパルス発光さ
れても、アライメントマークの像と光電変検出手段とを
相対振動させる像位置検出手段（光電顕微鏡等）につい
ては連続照明光が使用されるため、マスクの像位置検出
手段に対する位置計測が高精度に行われる。更に、撮像
手段では、露光光と同じパルス照明光が使用されるた
め、投影光学系の色収差の影響を受けることなく、基準
マークに対するアライメントマークの位置関係が高精度
に検出される。従って、その結果に基づいてレチクルア
ライメントを正確に実行できる。

【００５２】また、第１対物光学系がマスク上のアライ
メントマークの位置に対応して移動自在に配置され、波
長選択光学系と第２対物光学系との間、又は波長選択光
学系と第３対物光学系との間に補正光学系が配置され、
この補正光学系が、第１対物光学系と連動して第１対物
光学系からの光束を平行光束に変換する場合には、第２
対物光学系及び第３対物光学系に対して平行系を構成で
きる。従って、マスク上の異なる位置のアライメントマ
ークの位置計測を行う場合でも、同じ検出精度で計測を
行うことができる。

【００５３】また、第１のアライメント用照明系は、マ
スクの上方からアライメントマークを落射照明するもの
であり、マスクと投影光学系との間に挿脱自在に、マス
クを透過した連続照明光をアライメントマーク側に反射
する可動ミラーが配置される場合には、アライメントマ
ークの反射率が低い場合でも正確に位置検出を行うこと
ができる。

【００５４】更に、第１のアライメント用照明系内で、
その可動ミラーの配置面と共役な面に視野絞りが配置さ
れる場合には、可動ミラーを使用する場合でも、使用し
ない場合でもほぼ同じ照度分布でアライメントマークの
位置検出を行うことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント装置の一実施例が適
用された投影露光装置のレチクルアライメント系を示す
平面図である。

【図２】その実施例の投影露光装置を示す一部を切り欠
いた構成図である。

【図３】連続照明光による照度分布の変化の説明に供す
る図である。

【図４】可動ミラー５６Ａでレチクル１を透過照明する
際の説明図である。

【図５】図４中の鏡像のレチクルマークと実際のレチク
ルマークとの関係を示す拡大斜視図である。

【図６】従来の投影露光装置の要部を示す一部を切り欠
いた構成図である。

【図７】図６のレチクルアライメント系を示す平面図で
ある。

【図８】図６のステージ基板７下の基準マークを示す拡
大平面図である。

【符号の説明】

１レチクル３投影光学系４ウエハ６ウエハステージ７ステージ基板８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ基準マーク１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂレチクルマーク１２光ガイド３１パルス光源３３可動ミラー４１Ａ，４１Ｂレチクルアライメント系４２Ａ，４２Ｂハロゲンランプ４６Ａ，４６Ｂ視野絞り４８Ａ，５４Ａ第２対物レンズ４９Ａ補正レンズ５０Ａダイクロイックミラー５１Ａ第１対物レンズ５２Ａミラー５５Ａ，５５Ｂ可動光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス発光される露光光で転写用のパタ
ーンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記
露光光のもとで前記マスクのパターンの像を感光性の基
板上に投影する投影光学系と、前記基板を保持して前記
投影光学系の光軸に垂直な平面上で前記基板を位置決め
する基板ステージとを有する投影露光装置に備えられ、前記マスク上に形成されたアライメントマークと前記基
板ステージ上に配置された基準マークとを用いて前記マ
スクの位置検出を行う装置において、前記露光光と異なる波長域の連続的に発光される連続照
明光で前記マスク上のアライメントマークを照明する第
１のアライメント用照明系と；前記パルス発光される露
光光を分岐して得られるパルス照明光で前記アライメン
トマーク、及び前記基板ステージ上の基準マークを照明
する第２のアライメント用照明系と；前記アライメント
マークからの前記連続照明光、並びに前記アライメント
マークからの前記パルス照明光、及び前記基準マークか
らの前記投影光学系を介した前記パルス照明光を集光す
る第１対物光学系と；該第１対物光学系により集光され
る光束を前記連続照明光による光束と前記パルス照明光
による光束とに分割する波長選択光学系と；該波長選択
光学系により分割される前記連続照明光による光束より
前記アライメントマークの像を形成する第２対物光学系
と；光電検出手段を備え、前記連続照明光による前記ア
ライメントマークの像と前記光電検出手段とを相対的に
振動させて前記アライメントマークの像の位置を検出す
る像位置検出手段と；前記波長選択光学系により分割さ
れる前記パルス照明光による光束より前記アライメント
マーク及び前記基準マークの像を形成する第３対物光学
系と；前記パルス照明光による前記アライメントマーク
及び前記基準マークの像を撮像する撮像手段と；を有
し、前記像位置検出手段の検出結果に基づいて前記像位置検
出手段に対する前記マスクの位置関係を検出し、前記撮
像手段の検出結果に基づいて前記アライメントマークと
前記基準マークとの位置ずれ量を検出することを特徴と
するアライメント装置。
【請求項２】前記第１対物光学系が前記マスク上のア
ライメントマークの位置に対応して移動自在に配置さ
れ、前記波長選択光学系と前記第２対物光学系との間、
又は前記波長選択光学系と前記第３対物光学系との間に
補正光学系が配置され、該補正光学系は、前記第１対物
光学系と連動して前記第１対物光学系からの光束を平行
光束に変換することを特徴とする請求項１記載のアライ
メント装置。
【請求項３】前記第１のアライメント用照明系は、前
記マスクの上方から前記アライメントマークを落射照明
するものであり、前記マスクと前記投影光学系との間に挿脱自在に、前記
マスクを透過した前記連続照明光を前記アライメントマ
ーク側に反射する可動ミラーが配置されることを特徴と
する請求項１又は２記載のアライメント装置。
【請求項４】前記第１のアライメント用照明系内で、
前記可動ミラーの配置面と共役な面に視野絞りが配置さ
れることを特徴とする請求項３記載のアライメント装
置。