JPH09283402A

JPH09283402A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09283402A
Application number: JP8087825A
Authority: JP
Inventors: Jiro Inoue; 次郎井上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルの周辺にアライメント用の光学部材
を必要とせず、且つアライメント光の引き回しの自由度
の大きいアライメント系を搭載した投影露光装置を提供
する。【解決手段】レーザ光源９からのレーザビームＬＢを
ウエハＷ上のウエハマーク３Ｙに導くために、レチクル
Ｒのパターン形成面に対する光学的フーリエ変換面ＦＴ
Ｐの近傍の所定の設置面上に配置された平行平板ガラス
５上に光導波路７Ｙｂとカップリング・グレーティング
８Ｙｂとを設ける。ウエハマーク３Ｙから戻される干渉
光ＤＳを投影光学系ＰＬの外部に取り出す部材である光
導波路７Ｙｃと、カップリング・グレーティング８Ｙｃ
とを平行平板ガラス５上に設ける。取り出された干渉光
ＤＳを光電検出器６で受光し、ヘテロダイン方式でウエ
ハＷ上のウエハマーク３Ｙの位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用
される投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等を製造するため
のフォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォト
マスク等）に形成された転写用のパターンの像を、投影
光学系を介してフォトレジスト等の感光材料が塗布され
たウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するステッ
パー等の投影露光装置が使用されている。このような投
影露光装置においては、露光に先立ってレチクルのパタ
ーンとウエハの各ショット領域との位置合わせ（アライ
メント）を高精度に行う必要がある。そのため、ウエハ
上の各ショット領域にはそれ以前の工程で位置検出マー
ク（ウエハマーク）が形成されており、ウエハマークの
位置検出を高精度に行うことによって高精度な重ね合わ
せ露光が可能となる。

【０００３】近年、ウエハマークの位置検出方法として
は、例えば１次元、又は２次元の回折格子形状にしたウ
エハマーク上に、その格子のピッチ方向の２つの対称な
回折次数（例えば±１次のような）の方向からレーザビ
ーム等からなるコヒーレントな光束を入射させ、ウエハ
マークから同一方向に発生する２つの回折光の成分を干
渉させてそのウエハマークのピッチ方向の位置ずれを検
出する、所謂格子アライメント法が知られている。格子
アライメント法はＬＩＡ（Laser Interferometric Alig
nment)方式とも呼ばれている。この方法は、２つの対称
的なコヒーレントな光束の周波数を同一にしたホモダイ
ン方式と、一定の周波数差を持たせたヘテロダイン方式
とに分けられる。このうちヘテロダイン方式では、２つ
の送光用の所定の周波数差を有する光束間の干渉光の光
電変換信号を基準信号とし、ウエハマークから発生した
２つの回折光成分の干渉光（ビート光）を光電検出した
信号と、その基準信号との位相差を計測し、それをウエ
ハマークのピッチ方向に関する基準点からの位置ずれ量
として検出している。また、アライメント系としては、
スリット状のレーザビームとドット列状のウエハマーク
とを相対走査して回折光を検出するＬＳＡ（Laser Step
Alignment）方式も知られている。

【０００４】従来より、ヘテロダイン方式のアライメン
ト系は、投影露光装置のＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式、又はＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のア
ライメント系として適用されている。同様に、ＬＳＡ方
式のアライメント系はＴＴＬ方式として適用されてい
る。ＴＴＬ方式のアライメント系は、アライメント光で
あるレーザビームをレチクルと投影光学系との間に置か
れたミラーで下方に折り曲げて投影光学系の上方から入
射させて、投影光学系内を通過させてウエハ上の格子形
状又はドット列状のウエハマークを有したウエハマーク
まで送光している。そして、ウエハマークで発生した回
折光を再び投影光学系内を通過させて、投影光学系の上
方まで導き、ミラーで光電検出器に導入して得られる信
号を観測する方法である。

【０００５】一方、ＴＴＲ方式のアライメント系は、Ｔ
ＴＬ方式のアライメント系においてレチクルと投影光学
系との間に置かれていた光路折り曲げミラーをレチクル
上方に置くことで、レチクル内に設けられた格子形状の
レチクルマークとウエハ上の格子形状のウエハマークと
を同時に検出できるようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに提案されたＴＴＲ方式やＴＴＬ方式のアライメント
系では、どちらの場合においてもレチクル周辺の空間
に、アライメント光を投影光学系に入射させるための光
路折り曲げミラー等の光学系の設置が必要となってい
た。これは投影露光装置を設計する上でレチクル付近の
構成の小型化の妨げとなり、且つアライメント光の引き
回しの自由度も低くなるという不都合があった。

【０００７】また、アライメント光が空気中を通過する
ため、周辺の空気の温度変化等による外乱を受けやす
く、これはアライメント精度の低下の一因となる。更
に、光路折り曲げミラー等の光学系の設置による調整箇
所の増加は、投影露光装置の稼働率の低下を招く。本発
明は斯かる点に鑑み、レチクルの周辺にアライメント用
の光学部材を必要とせず、且つアライメント光の引き回
しの自由度の大きいアライメント系を搭載した投影露光
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、露光用の照明光のもとでマスク（Ｒ）に形成され
たパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板
（Ｗ）上に転写するに際して、その感光基板（Ｗ）上の
位置合わせ用マーク（３Ｙ）の位置に基づいてその感光
基板（Ｗ）の位置合わせが行われる投影露光装置におい
て、位置検出用の光束（ＬＢ）を発生する光源系（９）
と、その投影光学系（ＰＬ）内のそのマスク（Ｒ）のパ
ターン形成面に対する光学的フーリエ変換面（ＦＴＰ）
の近傍の所定の設置面上に配置され、光源系（９）から
の位置検出用の光束（ＬＢ）をその感光基板（Ｗ）上の
その位置合わせ用マーク（３Ｙ）に導く光束導入部材
（７Ｙａ，７Ｙｂ，８Ｙａ，８Ｙｂ）と、その投影光学
系（ＰＬ）内のその所定の設置面上に配置され、その位
置合わせ用マーク（３Ｙ）から戻されるその位置検出用
の光束（ＤＳ）をその投影光学系（ＰＬ）の外部に取り
出す光束取り出し部材（８Ｙｃ，７Ｙｃ）と、この光束
取り出し部材によって取り出されたその位置検出用の光
束（ＤＳ）を受光する受光系（６）とを有し、この受光
系の検出信号に基づいてその感光基板（Ｗ）上のその位
置合わせ用マーク（３Ｙ）の位置を検出するものであ
る。

【０００９】斯かる本発明によれば、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の側面部より感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マー
ク（３Ｙ）に対する位置検出用の光束の出し入れが行わ
れる。従って、マスク（Ｒ）の周辺に位置合わせ用の光
学部材を設ける必要がない。この場合、一例としてその
光束導入部材は、その所定の設置面（ＦＴＰ）上に配置
されてその露光用の照明光を透過する透過基板（５）上
に形成された第１の光導波路（７Ｙａ，７Ｙｂ）と、こ
の第１の光導波路を介して導かれたその位置検出用の光
束（ＬＢ）をその感光基板（Ｗ）側に偏向する第１の方
向制御部材（８Ｙａ，８Ｙｂ）とを有し、その光束取り
出し部材は、その透過基板（５）上でその位置検出用マ
ーク（３Ｙ）から戻されるその位置検出用の光束（Ｄ
Ｓ）をその透過基板（５）に沿った方向に偏向する第２
の方向制御部材（８Ｙｃ）と、その透過基板（５）上に
形成されその第２の方向制御部材（８Ｙｃ）からのその
位置検出用の光束（ＬＢ）を外側に導く第２の光導波路
（７Ｙｃ）とを有するものである。それらの光導波路
や、例えば回折格子よりなる方向制御部材は、露光用の
照明光に影響を及ぼすことなく、位置検出用の光束の光
路を制御できる。

【００１０】また、その光源系（９）は、その光束導入
部材にその位置検出用の光束（ＬＢ）を導く第１の光ガ
イド（３２Ｙ，３３Ｙ）を有し、その受光系（６）は、
その光束取り出し部材からのその位置検出用の光束（Ｌ
Ｂ）を取り込む第２の光ガイド（３４）を有することが
望ましい。このとき、光ガイド（３２Ｙ，３３Ｙ，３
４）は可撓性を有するため、位置検出用の光束（ＬＢ）
の引き回しの自由度が大きくなる。

【００１１】また、その感光基板（Ｗ）上のその位置合
わせ用マーク（３Ｙ）として、格子状マークが使用さ
れ、その光束取り出し部材は、その格子状マークからの
回折光（ＤＳ）をその受光系（６）に導き、その格子状
マークからの回折光（ＤＳ）に基づいてその格子状マー
クの位置検出が行われることが望ましい。これによっ
て、格子アライメント法、又はＬＳＡ方式等で位置検出
が行われる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
の第１の実施の形態につき図１を参照して説明する。図
１は本例のステッパー型の投影露光装置を示し、この図
１において、超高圧水銀ランプ、又はエキシマレーザ等
の光源、整形レンズ、及びオプティカル・インテグレー
タ等からなる露光用光源系１から発生した照明光は、レ
チクルブラインド、メインコンデンサーレンズ等を含む
照明光学系２を介して、レチクルＲのパターン領域をほ
ぼ均一な照度分布で照明する。レチクルＲのパターン領
域を通過した照明光は、両側、又は片側テレセントリッ
クな投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬにより例
えば１／５に縮小されたレチクルＲのパターン像が、表
面にフォトレジスト層が塗布され、その表面が投影光学
系ＰＬの最良結像面とほぼ一致するように保持されたウ
エハＷ上の１つのショット領域に投影露光される。

【００１３】以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な
方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に
平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を
取って説明を行う。このとき、レチクルＲは不図示のレ
チクルステージ上に保持され、ウエハＷは不図示のウエ
ハホルダを介してウエハステージ４上に保持されてい
る。ウエハステージ４はステップ・アンド・リピート方
式でＸ方向及びＹ方向に、且つオートフォーカス方式で
Ｚ方向にウエハＷを位置決めする。ウエハステージ４の
動作は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系１００
がステージ駆動系１０２を介して制御する。

【００１４】また、ウエハＷ上の各ショット領域には、
それぞれアライメント用のウエハマークが付設されてい
る。図７にウエハＷ上の１つのショット領域５１におけ
るＸ軸のウエハマーク３Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク３
Ｙを示し、この図７において、ウエハマーク３ＸはＸ方
向に所定ピッチで形成された回折格子状マークであり、
ウエハマーク３Ｙはウエハマーク３Ｘを９０°回転した
形の回折格子状マークである。以上の投影露光装置は、
アライメント時と露光時とにおける寸法の精度の安定を
目的として、恒温、恒湿となるように制御されたチャン
バ４１内に設置されている。

【００１５】次に、アライメント系の説明を行うが、本
例では、Ｘ方向、及びＹ方向でアライメントの原理とし
ては同じであるため、Ｙ方向のアライメント系のみを説
明することとする。先ず、アライメント光束としてのレ
ーザビームＬＢを供給するレーザ光源９は、投影露光装
置が納められたチャンバ４１の外に設けられた別のチャ
ンバ４２の内部に設置されている。チャンバ４２も投影
露光装置の設置されたチャンバ４１と同様に、恒温、恒
湿となるように制御されている。チャンバ４２におい
て、レーザ光源９から射出されたレーザビームＬＢは、
結合光学系１０を介して光ファイバ３１の端部１１に導
入される。光ファイバ３１のもう一方の端部１３はチャ
ンバ４１の内部にあり、レーザビームＬＢは光ファイバ
３１を介してチャンバ４２の内部からチャンバ４１の内
部へと伝達される。端部１１及び１３は所謂屈折率分布
型の集光レンズである。このように、チャンバ４２から
チャンバ４１へレーザビームＬＢが伝達される際には、
光ファイバ３１の内部を通過するために、チャンバ４
１，４２が設定されている温湿度の管理幅の大きいクリ
ーンルーム内の空気による外乱等の影響を受けにくい。

【００１６】次に、チャンバ４１において、光ファイバ
３１の端部１３を出たレーザビームＬＢはレンズ１４に
よって平行光に変換された後、周波数の異なるヘテロダ
インビームを生成するための音響光学素子（以下「ＡＯ
Ｍ」という）１５に入射する。なお、現在のところＡＯ
Ｍは駆動周波数が高く、通常は２個のＡＯＭを所定の周
波数差を有する高周波信号で駆動してヘテロダインビー
ムを生成するが、それは周知であるため、以下では簡単
のために１個のＡＯＭを用いるものとして説明する。Ａ
ＯＭ１５はアライメント処理系１０１によって周波数ｆ
ｄで駆動されており、ＡＯＭ１５によって回折された各
次数の回折光の周波数は、周波数ｆｄの次数倍だけ変調
を受ける。即ち、レーザビームＬＢはＡＯＭ１５を介す
ることで複数の回折ビームとなる。ここでは簡略化のた
め±１次回折光のみについて考えることとし、＋１次回
折光、−１次回折光をそれぞれＤ⁺¹，Ｄ^-1とする。±１
次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ^-1は入射時のレーザビームＬＢに対し
てそれぞれ＋ｆｄ，−ｆｄの周波数変調を受けている。
これらの回折光はレンズ１６によって互いに平行な光束
とされ、それぞれレンズ１７，１８を介して光ファイバ
３２Ｙ，３３Ｙの端部１９，２０に導かれる。光ファイ
バ３２Ｙ，３３Ｙのもう一方の端部は、それぞれ投影光
学系ＰＬのレチクルＲのパターン面に対する光学的フー
リエ変換面（瞳面、以下「フーリエ変換面」という）Ｆ
ＴＰに挿入されている平行平板ガラス５上に設けられた
光導波路７Ｙａ，７Ｙｂ（図２参照）に接合されてお
り、端部１９，２０からそれぞれ光ファイバ３２Ｙ，３
３Ｙに導入された±１次回折光Ｄ ⁺¹，Ｄ^-1は光導波路７
Ｙａ，７Ｙｂ内に導入される。

【００１７】以上のように、厳密に温湿度管理されたチ
ャンバ４１内においても、レーザビームＬＢは各光学部
材により変調、偏向されるとき以外は、光ファイバ３２
Ｙ，３３Ｙにより伝達されることとなり、外部からの熱
の影響や空気の外乱等を極力避けることができる構成と
なっている。平行平板ガラス５上には光導波路７Ｙａ〜
７Ｙｃ、及びそれぞれに対応して光路折り曲げ部材とし
てのカップリング・グレーティング８Ｙａ〜８Ｙｃが形
成されている。

【００１８】図２（ａ）は、第１の実施の形態における
平行平板ガラス５を−Ｚ方向から見た底面図であり、こ
の図２（ａ）において、光導波路７Ｙａと７Ｙｂとは互
いにＸ軸に平行に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからの距
離が等しくなるように配置されている。光路折り曲げ部
材としてのカップリング・グレーティング８Ｙａ，８Ｙ
ｂは、光導波路７Ｙａ，７Ｙｂの先端部に配置した位相
型の所定ピッチの凹凸の回折格子である。また、カップ
リング・グレーティング８Ｙｃは、Ｙ方向にはカップリ
ング・グレーティング８Ｙａ，８Ｙｂの中間、Ｘ方向に
は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んだ対称の位置に配置
されている。また、同時にＸ方向の位置検出用の光導波
路７Ｘａ〜７Ｘｃ、及びそれぞれに対応してカップリン
グ・グレーティング８Ｘａ〜８Ｘｃも形成されている
が、これらの配置はＹ方向の位置検出用である光導波路
７Ｙａ〜７Ｙｃ、及びカップリング・グレーティング８
Ｙａ〜８Ｙｃの配置をＸＹ平面内で光軸ＡＸを中心とし
て９０゜回転させたものである。更に、光導波路７Ｙａ
〜７Ｙｃにもそれぞれ光ファイバ３２Ｘ，３３Ｘ，３４
Ｘが接続されている。投影光学系ＰＬのフーリエ変換面
ＦＴＰ上の平行平板ガラス５は、透明で低屈折性のガラ
スを用いて、露光光への影響を与えないように構成され
ている。また、平行平板ガラス５と同様に、平行平板ガ
ラス５上に設けられた光導波路７Ｙａ〜７Ｙｃ、７Ｘａ
〜７Ｘｃ及びそれぞれの先端に対応して設けられている
カップリング・グレーティング８Ｙａ〜８Ｙｃ，８Ｙａ
〜８Ｙｃも、露光光束に影響を与えない材料、形状とな
っている。

【００１９】図１に戻り、カップリング・グレーティン
グ８Ｙａ，８Ｙｂにより±１次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ^-1は、投
影光学系ＰＬ内で−Ｚ方向へ折り曲げられ、投影光学系
ＰＬ内の後群の光学系ＰＬａを通過し、ウエハＷ上に形
成された格子状のウエハマーク３Ｙに集光される。図１
上では光導波路７Ｙａ，７Ｙｂとカップリング・グレー
ティング８Ｙａ，８Ｙｂとが重なる位置にあるため、光
導波路７Ｙｂ及びカップリング・グレーティング８Ｙｂ
しか見えていない。ウエハマーク３ＹのＹ方向へのピッ
チは、±１次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ^-1の照射によってそれぞれ
ウエハマーク３Ｙから発生する±１次回折光よりなる干
渉光ＤＳが、光学系ＰＬａを介して受光用のカップリン
グ・グレーティング８Ｙｃに入射するように選ばれてい
る。また、＋１次回折光Ｄ⁺¹と−１次回折光Ｄ^-1とは互
いに２ｆｄの周波数差を持っているため、これらの照射
によってウエハマーク３Ｙから発生した干渉光ＤＳは周
波数２ｆｄのビート成分（うなり）を含んでいる。干渉
光ＤＳは投影光学系ＰＬ内の光学系ＰＬａを通過し、平
行平板ガラス５上のカップリング・グレーティング８Ｙ
ｃに到達する。カップリング・グレーティング８Ｙｃに
よって光導波路７ｃ内に折り曲げられた干渉光ＤＳは、
光導波路７Ｙｃを介して光ファイバ３４に導かれ、光フ
ァイバ３４を通ってフォトダイオード等からなる光電検
出器６に入射する。光電検出器６において干渉光ＤＳを
光電変換して得られる周波数２ｆｄのウエハビート信号
ＳＷがアライメント処理系１０１に供給され、アライメ
ント処理系１０１では、内部でＡＯＭ１５用の駆動信号
から生成した周波数２ｆｄの基準ビート信号とウエハビ
ート信号ＳＷとの位相差より、ウエハマーク３Ｙの位置
ずれ量を求めて主制御系１００に供給する。そして、主
制御系１００では例えばその位置ずれ量（位相差）を０
にするようにウエハステージ４を駆動して、このときの
ウエハステージ４のＹ座標を検出する。このＹ座標がウ
エハマーク３Ｙの位置となる。同様に、Ｘ軸のウエハマ
ーク３ＸのＸ座標も検出される。

【００２０】このように本例では、レーザビームＬＢを
ＡＯＭ１５に通して得られる±１次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ^-1の
ウエハマーク３Ｙへの導入と、ウエハマーク３Ｙによっ
て発生した干渉光ＤＳの取り出しとを投影光学系ＰＬの
フーリエ変換面ＦＴＰ近傍の平行平板ガラス５上に設け
られた各光学部材（光導波路７Ｙａ〜７Ｙｃ、及びそれ
ぞれの先端に設けられているカップリング・グレーティ
ング８Ｙａ〜８Ｙｃ）により行ったことで、従来のレチ
クルＲ、及び投影光学系ＰＬ周辺の光束の折り曲げ部材
の常設が不要となった訳である。

【００２１】更に、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面Ｆ
ＴＰ近傍は、露光光束が収束している領域であるため、
平行平板ガラス５、光導波路７Ｙａ〜７Ｙｃ，７Ｘａ〜
７Ｘｃ、及びカップリング・グレーティング８Ｙａ〜８
Ｙｃ，８Ｘａ〜８Ｘｃ等の光学部材の設置は、比較的容
易に行える。なお、図２（ａ）のカップリング・グレー
ティング８Ｙａ〜８Ｙｃの代わりに、図２（ｂ）に示す
ようなマイクロプリズム１０３を使用してもよい。即
ち、図２（ａ）において光ファイバ３３の射出端が平行
平板ガラス５上の光導波路７の入射端に接続され、光導
波路７の射出端に微小なプリズムを連ねた構造のマイク
ロプリズム１０３が設置されている。この変形例におい
ても、光ファイバ３３を介して導入された光束Ｄは、マ
イクロプリズム１０３によって所望の方向に偏向されて
射出される。

【００２２】次に、図３及び図４を参照して、本発明の
第２の実施の形態につき説明する。図３は本発明による
投影露光装置の第２の実施の形態を示す概略構成図であ
り、この図３において、図１と同様に説明の簡略のた
め、アライメント機構のＹ方向の検出系のみを示し、図
１に対応する部分は同一符号を付してその詳細説明を省
略する。また、本例における投影露光装置本体の構成
と、アライメント光であるレーザビームＬＢからＡＯＭ
１５で±１次回折光束Ｄ⁺¹，Ｄ^-1を発生させ光ファイバ
３２Ｙ，３３Ｙを介して光導波路７Ｙａ，７Ｙｂへ導
入する点と、基準ビート信号に対するウエハビート信号
の位相差を検出する方法とは第１の実施の形態と同様で
ある。しかし、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面ＦＴＰ
上の平行平板ガラス５上の光導波路７Ｙａ，７Ｙｂ及び
カップリング・グレーティング８Ｙａ，８Ｙｂの配置が
異なる。

【００２３】図４は、図３の平行平板ガラス５を−Ｚ方
向から見た底面図であり、この図４において、光導波路
７Ｙａとこの先端のカップリング・グレーティング８Ｙ
ａと、光導波路７Ｙｂとこの先端のカップリング・グレ
ーティング８Ｙｂとは、平行平板ガラス５上で光軸ＡＸ
を挟んで対称の配置になっている。図４にはＸ方向の位
置検出用である光導波路７Ｘａ，７Ｘｂ、及びカップリ
ング・グレーティング８Ｘａ，８Ｘｂの配置も示されて
いるが、これはＹ方向の位置検出用である光導波路７Ｙ
ａ，７Ｙｂ及びカップリング・グレーティング８Ｙａ，
８Ｙｂの配置をＸＹ平面内で光軸ＡＸを中心として９０
゜回転させたものである。また、±１次回折光よりなる
干渉光ＤＳの検出用であるカップリング・グレーティン
グ８２は、平行平板ガラス５の光軸ＡＸを中心とする領
域に形成されており、カップリング・グレーティング８
２と光ファイバ３５との間に斜めに光導波路７１が形成
されている。本例では、Ｘ、Ｙ両方向についてのそれぞ
れ±１次回折光よりなる２つの干渉光を１つのカップリ
ング・グレーティング８２と光導波路７１とで取り出す
ようになっている。当然のことながら、カップリング・
グレーティング８２と光導波路７１とにおいても、露光
光束に影響を与えない材料、形状となっている。

【００２４】図３に戻り、これらカップリング・グレー
ティング８Ｙａ，８Ｙｂにより、±１次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ
^-1は、投影光学系ＰＬ内で−Ｚ方向へ折り曲げられ、投
影光学系ＰＬ内を通過し、ウエハＷ上に形成された格子
状のウエハマーク３Ｙに集光される。ウエハマーク３Ｙ
のピッチは±１次回折光Ｄ⁺¹，Ｄ^-1の照射によってウエ
ハマーク３Ｙから発生する干渉光ＤＳが、カップリング
・グレーティング８２に入射するように、即ち垂直上方
に発生するように選ばれている。干渉光ＤＳは投影光学
系ＰＬ内を通過し、平行平板ガラス５上のカップリング
・グレーティング８２に到達する。カップリング・グレ
ーティング８２によって光導波路７１内に折り曲げられ
た干渉光ＤＳは、光導波路７１を介して光ファイバ３５
に導かれ、光ファイバ３５を通って光電検出器６へと導
入され、第１の実施の形態と同様な処理が行われる。

【００２５】ここで、第１の実施の形態と異なる点は、
光電検出器６に干渉光を伝達する平行平板ガラス５上の
光導波路７１とカップリング・グレーティング８２と
が、Ｘ方向、及びＹ方向で共有できることにより、平行
平板ガラス５上の光学部材数が少なくて済むことであ
る。次に、本発明の第３の実施の形態につき、図５及び
図６を参照して説明する。

【００２６】図５は本発明の投影露光装置の第３の実施
の形態を示した概略構成図であり、この図５において、
上述２つの実施の形態と同様にアライメント機構のＹ方
向の検出系のみを示し、図１に対応する部分は同一符号
を付してその詳細説明を省略する。第３の実施の形態
は、第２の実施の形態のアライメント光を多色化したも
のであるが、これはウエハマーク３Ｙに対し単一波長の
光束を照射した際に生じる、ウエハＷ上の特定レジスト
厚での回折効率の悪化によるアライメント精度の低下を
防止するために有効な手法である。このとき、光伝達に
用いる光ファイバや光導波路は、通常特定波長での伝達
効率を上げているため、伝達効率が十分に高い波長範囲
内で多波長にすることが必要である。また、広い波長範
囲にわたって伝達効率が高い光導波路等を用いることも
必要となる。

【００２７】投影露光装置本体の構成は第２実施例と同
様であるため、以下にはアライメント機構につき説明す
る。アライメント用のレーザ光源９ａ，９ｂは、投影光
学系ＰＬのフーリエ変換面ＦＴＰに挿入された平行平板
ガラス５上に形成されている光導波路７Ｙａ，７Ｙｂの
光伝達効率が十分に高い波長範囲内にある互いに異なる
波長λ１，λ２の発振波長を有し、投影露光装置が納め
られたチャンバ４１の外に設けられた別のチャンバ４２
の内部に設置されている。レーザ光源９ａ，９ｂから発
振されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれλ
１，λ２の波長を有し、別々の結合光学系１０ａ，１０
ｂを介して、チャンバ４２の内部にある光ファイバ３
６，３７のそれぞれの端部１１ａ，１１ｂに導入され
る。光ファイバ３６，３７のそれぞれのもう一方の端部
１３ａ，１３ｂはチャンバ４１の内部にあり、レーザビ
ームＬＢ１，ＬＢ２はチャンバ４２の内部からチャンバ
４１の内部へと伝達される。光ファイバ３６，３７の端
部１３ａ，１３ｂを出たレーザビームはそれぞれレンズ
１４ａ，１４ｂによって平行光に変換され、２光束を合
成する作用を有する光束合成系としてのダイクロイック
ミラー６１に導かれ、１本の光束に合成される。ＡＯＭ
１５は周波数ｆｄで駆動されており、ＡＯＭ１５によっ
て回折された各次数の回折光の周波数をｆｄだけ変調さ
せる作用を有している。

【００２８】ダイクロイックミラー６１から射出された
光束はＡＯＭ１５を介することでレーザビームＬＢ１，
ＬＢ２のそれぞれの波長λ１，λ２について複数の回折
ビームとなる。ここでは簡略化のため±１次回折光のみ
について考えることとし、±１次回折光を、λ１，λ２
それぞれの波長についてＤ１⁺¹，Ｄ１^-1及びＤ２⁺¹，Ｄ
２^-1とする。±１次回折光は０次回折光に対しそれぞれ
＋ｆｄ，−ｆｄの周波数の変化を受けている。これらの
回折光はレンズ１６によって互いに平行な光束とされる
が、波長の違いによるＡＯＭ内での回折角から、回折光
Ｄ１⁺¹，Ｄ２⁺¹、及びＤ１^-1，Ｄ２^-1は互いにその光軸
が異なっているため、光束合成器６２で波長λ１，λ２
の＋１次回折光であるＤ１⁺¹とＤ２⁺¹とを合成し、同様
に光束合成器６３で波長λ１，λ２の−１次回折光であ
るＤ１^-1とＤ２^-1とを合成し、合成された回折光の各々
をレンズ１７，１８を介して光ファイバ３２Ｙ，３３Ｙ
に導入する。光ファイバ３２Ｙ，３３Ｙの端部は投影光
学系ＰＬのフーリエ変換面ＦＴＰに挿入されている平行
平板ガラス５上に設けられた光導波路７Ｙａ，７Ｙｂに
接合されており、±１次回折光Ｄ１⁺¹，Ｄ２⁺¹，Ｄ
１^-1，Ｄ２^-1は光導波路７Ｙａ，７Ｙｂ内に導入され
る。

【００２９】図６は図５の平行平板ガラス５を−Ｚ方向
から見た底面図であり、この図６において、平行平板ガ
ラス５上にはそれぞれ２分割された光導波路７Ｙａ，７
Ｙｂと、４個の回折格子状のカップリング・グレーティ
ング８１Ｙａ〜８１Ｙｄとが形成されている。光導波路
７Ｙａ，７Ｙｂは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して対
称に配置されている。また、光導波路７Ｙａの端部及び
中央部にそれぞれ設けられたカップリング・グレーティ
ング８１Ｙａ及び８１Ｙｂと、光導波路７Ｙｂの端部及
び中央部にそれぞれ設けられたカップリング・グレーテ
ィング８１Ｙｃ及び８１Ｙｄとは、それぞれ光軸ＡＸに
対し対称に配置されると共に、カップリング・グレーテ
ィング８１Ｙａと８１Ｙｃとは等しいピッチであり、ま
たカップリング・グレーティング８１Ｙｂと８１Ｙｄと
においても互いに等しいピッチであり、それぞれ波長λ
１，λ２の±１次回折光を投影光学系ＰＬの下に置かれ
たウエハＷ上に形成されたウエハマーク３Ｙに到達させ
るように配置されている。

【００３０】図６にはＸ方向の検出用である光導波路７
Ｘａ，７Ｘｂ、及びカップリング・グレーティング８１
Ｘａ〜８１Ｘｄの配置も示されているが、これはＹ方向
の検出用である各々の光導波路７Ｙａ，７Ｙｂ、及びカ
ップリング・グレーティング８１Ｙａ〜８１Ｙｄの配置
をＸＹ平面内で光軸ＡＸを中心として９０゜回転させた
ものである。また、±１次回折光よりなる干渉光ＤＳ用
のカップリング・グレーティング８２は、平行平板ガラ
ス５上の光軸ＡＸを中心とする領域に形成されており、
Ｘ，Ｙ両方向についての干渉光を１つのカップリング・
グレーティング８２を介して光導波路７２で取り出すよ
うになっている。第１、第２の実施の形態と同様に、カ
ップリング・グレーティング８１Ｙａ〜８１Ｙｄ，８１
Ｘａ〜８１Ｘｄ，８２と、光導波路７２とにおいても、
露光光束に影響を与えない部材、形状のものとする。

【００３１】図５に戻り、カップリング・グレーティン
グ８１Ｙａと＋１次回折光Ｄ１⁺¹と、カップリング・グ
レーティング８１Ｙｃと＋１次回折光Ｄ２⁺¹とが対応
し、カップリング・グレーティング８１Ｙｂと−１次回
折光Ｄ１^-1と、カップリング・グレーティング８１Ｙｄ
と−１次回折光Ｄ２^-1とがそれぞれ対応するように投影
光学系ＰＬ内で−Ｚ方向へ折り曲げられる。その後、投
影光学系ＰＬ内を通過した回折光は、ウエハＷ上に形成
された格子状のウエハマーク３Ｙに集光される。ウエハ
マーク３Ｙのピッチは±１次回折光の照射によってウエ
ハマーク３Ｙから波長別にそれぞれ発生する±１次回折
光よりなる干渉光ＤＳが、カップリング・グレーティン
グ８２に射出されるように選ばれている。また、波長λ
１の＋１次回折光Ｄ１⁺¹及び−１次回折光Ｄ１^-1の間
と、波長λ２の＋１次回折光Ｄ２⁺¹及び−１次回折光Ｄ
２^-1の間とにおいて、それぞれ互いに２ｆｄの周波数差
を持っているため、これらの照射によってウエハマーク
３Ｙから発生した干渉光ＤＳには周波数２ｆｄのビート
成分が重畳されている。干渉光ＤＳは投影光学系ＰＬ内
を通過し、平行平板ガラス５上のカップリング・グレー
ティング８２に到達する。カップリング・グレーティン
グ８２によって光導波路７２内に折り曲げられた干渉光
ＤＳは、光導波路７２を介して光ファイバ３５に導か
れ、光電検出器６へと導入される。ここで、ウエハビー
ト信号ＳＷと基準ビート信号との位相差によってヘテロ
ダイン方式でウエハマーク３Ｙの位置が検出される。

【００３２】上述の第１、第２、及び第３の実施の形態
で述べたように、平行平板ガラス５上に設けられた光導
波路、回折光を偏向するカップリング・グレーティング
の数や配置、及びアライメント光束の数等の諸条件の組
み合わせにより、ウエハマークのピッチ、及び形状はさ
まざまなものが可能である。また、平行平板ガラス５、
光導波路７Ｙａ〜７Ｙｃ、及びカップリング・グレーテ
ィング８Ｙａ〜８Ｙｃは、アライメント光束であるレー
ザの回折光を投影光学系ＰＬ内のフーリエ変換面ＦＴＰ
近傍で折り曲げ、ウエハＷ上のウエハマーク３Ｙに照射
し、更にウエハマーク３Ｙからの戻り光を折り曲げ、投
影光学系ＰＬの外に導くのが目的であるので、アライメ
ント時のみミラーを投影光学系ＰＬのフーリエ変換面Ｆ
ＴＰ近傍に挿入させて回折光の折り曲げを行っても構わ
ない。

【００３３】また、上述の実施の形態は、格子アライメ
ント法中のヘテロダイン方式のアライメント系を使用す
る場合に本発明を適用したののであるが、本発明はアラ
イメント系として、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してウエハ
マークからの回折光を検出するＬＳＡ方式にも同様に適
用される。

【００３４】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。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、投影光学系内のマスク
のパターン形成面に対する光学的フーリエ変換面の近傍
の所定の設置面上に配置され、光源系からの位置検出用
の光束を感光基板上の位置合わせ用マークに導く光束導
入部材と、その所定の設置面上に配置され、位置合わせ
用マークから戻される位置検出用の光束を投影光学系の
外部に取り出す光束取り出し部材とを設けたため、ＴＴ
Ｌ方式、及びＴＴＲ方式で必要不可欠であったマスク
（レチクル）周辺の位置検出用の光束の折り曲げ用ミラ
ー等の光学部材が不要となるという利点がある。これに
より、投影光学系やマスク周辺の空間が空いたことで設
計上の制約が少なくなり、更に光学調整を必要とする個
所を削減することができる。また、位置検出用の光束
（アライメント光）は投影光学系の側面部から出し入れ
すればよいため、その引き回しの自由度が大きくなって
いる。

【００３６】また、光束導入部材は、所定の設置面上に
配置されて露光用の照明光を透過する透過基板上に形成
された第１の光導波路と、第１の光導波路を介して導か
れた位置検出用の光束を感光基板側に偏向する第１の方
向制御部材とを有し、光束取り出し部材は、透過基板上
で位置検出用マークから戻される位置検出用の光束を透
過基板に沿った方向に偏向する第２の方向制御部材と、
透過基板上に形成され第２の方向制御部材からの位置検
出用の光束を外側に導く第２の光導波路とを有する場合
は、位置検出用の光束が空気中を通過するのが感光基板
近辺のみとなったため、周囲の気温の変化や空気の外乱
等の影響を受けにくくなる利点がある。

【００３７】また、光束導入部材に位置検出用の光束を
導く第１の光ガイドを有し、受光系は、光束取り出し部
材からの位置検出用の光束を取り込む第２の光ガイドを
有する場合には、位置検出用の光束の引き回しの自由度
が更に大きくなったことで投影露光装置全体を小型化す
ることができるという利点がある。また、感光基板上の
位置合わせ用マークとして、格子状マークが使用され、
光束取り出し部材は、位置合わせ用マークによる格子状
マークからの回折光を受光系に導き、格子状マークから
の回折光に基づいて格子状マークの位置検出が行われる
場合には、格子アライメント法やＬＳＡ方式等による位
置合わせが可能となるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の第１の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図２】（ａ）は図１の投影光学系ＰＬの光学的フーリ
エ変換面ＦＴＰ近傍に設けられた平行平板ガラス５を示
す底面図、（ｂ）は方向制御部材の他の例を示す拡大図
である。

【図３】本発明による投影露光装置の第２の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図４】図３の投影光学系ＰＬの光学的フーリエ変換面
ＦＴＰ近傍に設けられた平行平板ガラス５を示す底面図
である。

【図５】本発明による投影露光装置の第３の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図６】図５の投影光学系ＰＬの光学的フーリエ変換面
ＦＴＰ近傍に設けられた平行平板ガラス５を示す底面図
である。

【図７】図１のウエハＷ上のウエハマーク３Ｘ，３Ｙを
示す拡大平面図である。

【符号の説明】

１露光用光源系２照明光学系３Ｙウエハマーク４ウエハステージ５平行平板ガラス６光電検出器７Ｙａ〜７Ｙｃ光導波路８Ｙａ〜８Ｙｃカップリング・グレーティング９レーザ光源１０結合光学系１１，１３，１９，２０光ファイバの端部１４，１６，１７，１８レンズ１５ＡＯＭ（音響光学素子）３２Ｙ，３３Ｙ，３４光ファイバ４１，４２チャンバＲレチクルＰＬ投影光学系ＦＴＰフーリエ変換面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の照明光のもとでマスクに形成さ
れたパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写す
るに際して、前記感光基板上の位置合わせ用マークの位
置に基づいて前記感光基板の位置合わせが行われる投影
露光装置において、位置検出用の光束を発生する光源系と、前記投影光学系内の前記マスクのパターン形成面に対す
る光学的フーリエ変換面の近傍の所定の設置面上に配置
され、前記光源系からの位置検出用の光束を前記感光基
板上の前記位置合わせ用マークに導く光束導入部材と、前記投影光学系内の前記所定の設置面上に配置され、前
記位置合わせ用マークから戻される前記位置検出用の光
束を前記投影光学系の外部に取り出す光束取り出し部材
と、該光束取り出し部材によって取り出された前記位置検出
用の光束を受光する受光系と、を有し、該受光系の検出信号に基づいて前記感光基板上の前記位
置合わせ用マークの位置を検出することを特徴とする投
影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、前記光束導入部材は、前記所定の設置面上に配置されて
前記露光用の照明光を透過する透過基板上に形成された
第１の光導波路と、該第１の光導波路を介して導かれた
前記位置検出用の光束を前記感光基板側に偏向する第１
の方向制御部材と、を有し、前記光束取り出し部材は、前記透過基板上で前記位置検
出用マークから戻される前記位置検出用の光束を前記透
過基板に沿った方向に偏向する第２の方向制御部材と、
前記透過基板上に形成され前記第２の方向制御部材から
の前記位置検出用の光束を外側に導く第２の光導波路
と、を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の投影露光装置であ
って、前記光源系は、前記光束導入部材に前記位置検出用の光
束を導く第１の光ガイドを有し、前記受光系は、前記光束取り出し部材からの前記位置検
出用の光束を取り込む第２の光ガイドを有することを特
徴とする投影露光装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の投影露光装
置であって、前記感光基板上の前記位置合わせ用マークとして、格子
状マークが使用され、前記光束取り出し部材は、前記格子状マークからの回折
光を前記受光系に導き、前記格子状マークからの回折光に基づいて位置検出が行
われることを特徴とする投影露光装置。