JPH09326343A - 露光方法及び装置 - Google Patents
露光方法及び装置Info
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- JPH09326343A JPH09326343A JP8141318A JP14131896A JPH09326343A JP H09326343 A JPH09326343 A JP H09326343A JP 8141318 A JP8141318 A JP 8141318A JP 14131896 A JP14131896 A JP 14131896A JP H09326343 A JPH09326343 A JP H09326343A
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- light
- exposure
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光用照明光の波長を短くすることなく、焦
点深度のマージンに関する条件を満たした上でより解像
度を向上させる。 【解決手段】 光源１からの照明光ＩＬのもとで、レチ
クルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投影露光する。フォーカス制御精度、下地パター
ンの段差（マーク段差）、及びフォトレジストに所定係
数を乗じて得られる幅の和が焦点深度より小さいという
焦点深度のマージンに関する条件を満たすために、マー
ク段差が低くフォトレジストが薄いときに投影光学系Ｐ
Ｌの開口数を大きくして解像度を高め、マーク段差が高
くフォトレジストが厚いときにその開口数を小さくす
る。投影光学系ＰＬの開口数が大きいときには通常の照
明法を使用し、その開口数が小さいときには解像度を高
めるために変形照明法を使用する。
点深度のマージンに関する条件を満たした上でより解像
度を向上させる。 【解決手段】 光源１からの照明光ＩＬのもとで、レチ
クルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投影露光する。フォーカス制御精度、下地パター
ンの段差（マーク段差）、及びフォトレジストに所定係
数を乗じて得られる幅の和が焦点深度より小さいという
焦点深度のマージンに関する条件を満たすために、マー
ク段差が低くフォトレジストが薄いときに投影光学系Ｐ
Ｌの開口数を大きくして解像度を高め、マーク段差が高
くフォトレジストが厚いときにその開口数を小さくす
る。投影光学系ＰＬの開口数が大きいときには通常の照
明法を使用し、その開口数が小さいときには解像度を高
めるために変形照明法を使用する。
Description
【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の露光
方法及び露光装置に関する。
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の露光
方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、露光用の
照明光のもとでマスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して感光基板としてのフォトレジスト
が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写
する露光装置が使用されている。従来、露光装置として
は、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置が主
に使用されていたが、最近は投影光学系に過度の負担を
かけることなく大面積のパターンを転写するために、レ
チクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査するス
テップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投
影露光装置も注目されている。
照明光のもとでマスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して感光基板としてのフォトレジスト
が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写
する露光装置が使用されている。従来、露光装置として
は、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置が主
に使用されていたが、最近は投影光学系に過度の負担を
かけることなく大面積のパターンを転写するために、レ
チクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査するス
テップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投
影露光装置も注目されている。
【０００３】図１３は従来の投影露光装置の一例の概略
構成を示し、この図１３において、照明光学系１０１か
らの露光用の照明光がレチクルＲのパターン形成面（下
面）のパターン形成領域を照明している。その照明光の
もとで、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系
１０２を介して所定倍率で縮小した投影像が、ウエハＷ
上に塗布されたフォトレジストを露光している。投影光
学系１０２の開口数は開口絞り１０３によって規定され
ている。その後、そのフォトレジストを現像することに
よって、その投影像が凹凸のレジストパターンとして現
れる。
構成を示し、この図１３において、照明光学系１０１か
らの露光用の照明光がレチクルＲのパターン形成面（下
面）のパターン形成領域を照明している。その照明光の
もとで、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系
１０２を介して所定倍率で縮小した投影像が、ウエハＷ
上に塗布されたフォトレジストを露光している。投影光
学系１０２の開口数は開口絞り１０３によって規定され
ている。その後、そのフォトレジストを現像することに
よって、その投影像が凹凸のレジストパターンとして現
れる。
【０００４】そのようにウエハＷ上に結像投影されるレ
チクルＲのパターンの像の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄはそ
れぞれ次式で表される。 Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１） Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （２） 但し、ｋ1 及びｋ2 はそれぞれプロセス係数（以下、
「ｋファクタ」と呼ぶ）、λは露光用照明光の波長、Ｎ
Ａは投影光学系１０２の開口数である。図１３に示すよ
うに、投影光学系１０２のウエハ側（像側）の結像光束
の開口半角をθPL 2 として、周囲の気体を空気であると
すると、開口数ＮＡはsin θPL2 で表される。また、レ
チクルＲからウエハＷに対する投影光学系１０２の投影
倍率をβ（βは１／５、又は１／４等）、投影光学系１
０２による結像光束のレチクル側（物側）の開口半角を
θPL1 とすると、開口半角θPL2 とθPL1 との間には次
の関係がある。このとき、レチクルＲからの回折光の内
で、回折角がθPL1 以下である回折光がレチクルＲのパ
ターンの投影像の結像に寄与することになる。
チクルＲのパターンの像の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄはそ
れぞれ次式で表される。 Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１） Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （２） 但し、ｋ1 及びｋ2 はそれぞれプロセス係数（以下、
「ｋファクタ」と呼ぶ）、λは露光用照明光の波長、Ｎ
Ａは投影光学系１０２の開口数である。図１３に示すよ
うに、投影光学系１０２のウエハ側（像側）の結像光束
の開口半角をθPL 2 として、周囲の気体を空気であると
すると、開口数ＮＡはsin θPL2 で表される。また、レ
チクルＲからウエハＷに対する投影光学系１０２の投影
倍率をβ（βは１／５、又は１／４等）、投影光学系１
０２による結像光束のレチクル側（物側）の開口半角を
θPL1 とすると、開口半角θPL2 とθPL1 との間には次
の関係がある。このとき、レチクルＲからの回折光の内
で、回折角がθPL1 以下である回折光がレチクルＲのパ
ターンの投影像の結像に寄与することになる。
【０００５】 sin θPL1 ＝β・sin θPL2 ＝β・ＮＡ （３） 更に、照明光学系１０１からの露光用の照明光のレチク
ルＲに対する開口半角をθILとして、照明光学系１０１
のコヒーレンスファクタ、即ち照明光学系１０１の射出
側の開口数（＝sin θIL）の投影光学系１０２の入射側
の開口数（＝sin θPL1)に対する比の値をσ（σ値）と
すると、照明光の開口半角θILは（３）式を用いて次の
ように表される。また、そのσ値の範囲は、０≦σ＜１
である。
ルＲに対する開口半角をθILとして、照明光学系１０１
のコヒーレンスファクタ、即ち照明光学系１０１の射出
側の開口数（＝sin θIL）の投影光学系１０２の入射側
の開口数（＝sin θPL1)に対する比の値をσ（σ値）と
すると、照明光の開口半角θILは（３）式を用いて次の
ように表される。また、そのσ値の範囲は、０≦σ＜１
である。
【０００６】 sin θIL＝σ・sin θPL1 ＝σ・β・ＮＡ （４） そして、上記の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄを決定するｋフ
ァクタｋ1 及びｋ2 の値は、先ずコヒーレンスファクタ
であるσ値によって変化する。更に、ｋファクタｋ1 及
びｋ2 の値は、照明光学系１０１を２次光源の形状が円
形である通常の照明法から、２次光源の形状が光軸から
偏心した複数の光源や輪帯状の光源よりなる所謂変形照
明法に切り換えることによっても変化すると共に、投影
光学系１０２の瞳面（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）に所定の光学フィルタ（所
謂瞳フィルタ）を配置することによっても変化する。更
に、ｋファクタｋ1 及びｋ2 の値は、レチクルＲとし
て、周期的なパターン中に所定位相差を付与する所謂位
相シフトレチクルや、周期的なパターン中に所定の透過
率分布を付与する所謂ハーフトーンレチクル等を使用す
る際にも変化する。以上のような種々の条件によって、
ｋファクタｋ1 及びＫ2 の値はほぼ以下の範囲で変化す
る。
ァクタｋ1 及びｋ2 の値は、先ずコヒーレンスファクタ
であるσ値によって変化する。更に、ｋファクタｋ1 及
びｋ2 の値は、照明光学系１０１を２次光源の形状が円
形である通常の照明法から、２次光源の形状が光軸から
偏心した複数の光源や輪帯状の光源よりなる所謂変形照
明法に切り換えることによっても変化すると共に、投影
光学系１０２の瞳面（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）に所定の光学フィルタ（所
謂瞳フィルタ）を配置することによっても変化する。更
に、ｋファクタｋ1 及びｋ2 の値は、レチクルＲとし
て、周期的なパターン中に所定位相差を付与する所謂位
相シフトレチクルや、周期的なパターン中に所定の透過
率分布を付与する所謂ハーフトーンレチクル等を使用す
る際にも変化する。以上のような種々の条件によって、
ｋファクタｋ1 及びＫ2 の値はほぼ以下の範囲で変化す
る。
【０００７】 ０．４５≦ｋ1 ≦０．６，０．７≦ｋ2 ≦２．０ （５） そのため従来は、以上の種々の条件を駆使することによ
って、焦点深度Ｄが深く、且つ解像度Ｒが高い露光条件
を露光対象のデバイスに応じて使い分けていた。また、
焦点深度Ｄは（２）式で表されるが、投影露光装置でウ
エハをオートフォーカス方式で合焦させる際の精度であ
るフォーカス制御精度をＣF 、ウエハ上の下地パターン
の段差（以下、アライメントマークの段差で代表させる
ために「マーク段差」と呼ぶ）をＤM とすると、焦点深
度Ｄからフォーカス制御精度ＣF、及びマーク段差ＤM
を差し引いて得られる幅（＝Ｄ−ＣF −ＤM)が、この投
影露光装置の運用者側で使用できる実質的な焦点深度の
幅、即ち使用可能な焦点深度となる。
って、焦点深度Ｄが深く、且つ解像度Ｒが高い露光条件
を露光対象のデバイスに応じて使い分けていた。また、
焦点深度Ｄは（２）式で表されるが、投影露光装置でウ
エハをオートフォーカス方式で合焦させる際の精度であ
るフォーカス制御精度をＣF 、ウエハ上の下地パターン
の段差（以下、アライメントマークの段差で代表させる
ために「マーク段差」と呼ぶ）をＤM とすると、焦点深
度Ｄからフォーカス制御精度ＣF、及びマーク段差ＤM
を差し引いて得られる幅（＝Ｄ−ＣF −ＤM)が、この投
影露光装置の運用者側で使用できる実質的な焦点深度の
幅、即ち使用可能な焦点深度となる。
【０００８】実際には、ウエハ上のフォトレジストの厚
さ（レジスト厚）をＴR とすると、そのフォトレジスト
の現像後に良好なレジストパターンを得るためには、そ
のレジスト厚ＴR に所定の１以下の係数ＫUDを乗じて得
られる幅（フォトレジストの露光に必要な焦点深度幅）
が、その使用可能な焦点深度の幅内に収まっていればよ
い。そこで、以下ではそのレジスト厚ＴR に係数ＫUDを
乗じて得られる幅ＴR・ＫUDを、使用可能な焦点深度ＵＤ
ＯＦ（Usable Depth Of Focus ）と呼ぶ。以上より、
（２）式の焦点深度Ｄは次式のように、フォーカス制御
精度ＣF 、マーク段差ＤM 、及び使用可能な焦点深度Ｕ
ＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）の和よりも広い必要がある。以下
の（６）式の条件を「焦点深度のマージンに関する条
件」と呼ぶ。
さ（レジスト厚）をＴR とすると、そのフォトレジスト
の現像後に良好なレジストパターンを得るためには、そ
のレジスト厚ＴR に所定の１以下の係数ＫUDを乗じて得
られる幅（フォトレジストの露光に必要な焦点深度幅）
が、その使用可能な焦点深度の幅内に収まっていればよ
い。そこで、以下ではそのレジスト厚ＴR に係数ＫUDを
乗じて得られる幅ＴR・ＫUDを、使用可能な焦点深度ＵＤ
ＯＦ（Usable Depth Of Focus ）と呼ぶ。以上より、
（２）式の焦点深度Ｄは次式のように、フォーカス制御
精度ＣF 、マーク段差ＤM 、及び使用可能な焦点深度Ｕ
ＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）の和よりも広い必要がある。以下
の（６）式の条件を「焦点深度のマージンに関する条
件」と呼ぶ。
【０００９】 ＣF ＋ＤM ＋ＴR・ＫUD≦Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （６） 一般的な例を挙げると、露光用照明光に水銀ランプのｉ
線（λ＝３６５ｎｍ）を使用し、ｋファクタｋ1 を０．
５５として、ウエハ上に６４ＭビットＤＲＡＭのパター
ンに相当する線幅０．４μｍのライン・アンド・スペー
スパターン（Ｌ／Ｓパターン）の像を投影する、即ち解
像度Ｒを０．４μｍとするための投影光学系の開口数Ｎ
ＡをＮＡ1 とすると、開口数ＮＡ1 は、（１）式より次
のようになる。
線（λ＝３６５ｎｍ）を使用し、ｋファクタｋ1 を０．
５５として、ウエハ上に６４ＭビットＤＲＡＭのパター
ンに相当する線幅０．４μｍのライン・アンド・スペー
スパターン（Ｌ／Ｓパターン）の像を投影する、即ち解
像度Ｒを０．４μｍとするための投影光学系の開口数Ｎ
ＡをＮＡ1 とすると、開口数ＮＡ1 は、（１）式より次
のようになる。
【００１０】 ０．４＝０．５５・０．３６５／ＮＡ1 ， ＮＡ1 ≒０．５０ （７） 更に、ウエハ上のマーク段差ＤM を０．８μｍ、レジス
ト厚ＴR を１μｍ、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定め
る係数ＫUDを０．７として、ｋファクタｋ2 を２．０と
したときに、（６）式の焦点深度のマージンに関する条
件を満たす投影光学系の開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、
開口数ＮＡ2 は次のようになる。
ト厚ＴR を１μｍ、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定め
る係数ＫUDを０．７として、ｋファクタｋ2 を２．０と
したときに、（６）式の焦点深度のマージンに関する条
件を満たす投影光学系の開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、
開口数ＮＡ2 は次のようになる。
【００１１】 ０．５＋０．８＋１×０．７≦２．０×０．３６５／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．６０ （８） （７）式及び（８）式より、水銀ランプのｉ線を用いて
６４ＭビットＤＲＡＭのパターンを製造するための投影
光学系の開口数ＮＡの条件は、０．５≦ＮＡ≦０．６と
なる。また、ｋファクタｋ1 及びｋ2 を上述のような値
に設定するためには、コヒーレンスファクタであるσ値
を、０．７≦σ＜０．８ 程度に設定することが望まし
い。更に、従来より周期的なパターンに対しては、照明
光学系の２次光源の形状を光軸から偏心した複数の光源
や輪帯状光源（輪帯照明法）とする変形照明法を適用す
ることによって、焦点深度を狭くすることなく解像度を
向上できることが知られており、より解像度を高めるた
めにその変形照明法を併用することも試みられている。
なお、変形照明法とは、狭い意味では２次光源の形状を
光軸から偏心した複数の光源より構成する照明法に限定
されることもあるが、本明細書では変形照明法には輪帯
照明法も含めるものとする。
６４ＭビットＤＲＡＭのパターンを製造するための投影
光学系の開口数ＮＡの条件は、０．５≦ＮＡ≦０．６と
なる。また、ｋファクタｋ1 及びｋ2 を上述のような値
に設定するためには、コヒーレンスファクタであるσ値
を、０．７≦σ＜０．８ 程度に設定することが望まし
い。更に、従来より周期的なパターンに対しては、照明
光学系の２次光源の形状を光軸から偏心した複数の光源
や輪帯状光源（輪帯照明法）とする変形照明法を適用す
ることによって、焦点深度を狭くすることなく解像度を
向上できることが知られており、より解像度を高めるた
めにその変形照明法を併用することも試みられている。
なお、変形照明法とは、狭い意味では２次光源の形状を
光軸から偏心した複数の光源より構成する照明法に限定
されることもあるが、本明細書では変形照明法には輪帯
照明法も含めるものとする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、水銀ラン
プのｉ線を露光用の照明光として使用し、投影光学系の
開口数ＮＡを０．５≦ＮＡ≦０．６ 程度に設定するこ
とによって、６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パター
ン、即ち解像度Ｒが０．４μｍ程度のパターンの像をウ
エハ上に高精度に転写することができる。更に、最近は
次世代の半導体デバイスである２５６ＭビットＤＲＡＭ
の製造が開始されようとしており、そのためには解像度
Ｒを０．２５μｍ程度に高める必要がある。そのように
解像度Ｒを高めるためには、（１）式より露光用照明光
の波長λを短くするか、又は投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすればよい。
プのｉ線を露光用の照明光として使用し、投影光学系の
開口数ＮＡを０．５≦ＮＡ≦０．６ 程度に設定するこ
とによって、６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パター
ン、即ち解像度Ｒが０．４μｍ程度のパターンの像をウ
エハ上に高精度に転写することができる。更に、最近は
次世代の半導体デバイスである２５６ＭビットＤＲＡＭ
の製造が開始されようとしており、そのためには解像度
Ｒを０．２５μｍ程度に高める必要がある。そのように
解像度Ｒを高めるためには、（１）式より露光用照明光
の波長λを短くするか、又は投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすればよい。
【００１３】しかしながら、単に波長λを短くするか、
開口数ＮＡを大きくすると、（２）式の焦点深度Ｄが狭
くなって、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件
が満たされなくなる。特に、（２）式より分かるよう
に、焦点深度Ｄは開口数ＮＡの２乗に反比例して小さく
なるため、従来は開口数ＮＡを更に大きくすることは考
えられていなかった。そこで、従来は、露光光源として
ＫｒＦエキシマレーザ光源（露光用波長λ＝２４８ｎ
ｍ）を使用して、０．２５μｍの解像度Ｒを得ると共
に、（イ）ウエハ平坦化技術の導入、及び（ロ）フォー
カス制御技術の向上によって（６）式の焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たすようにしていた。
開口数ＮＡを大きくすると、（２）式の焦点深度Ｄが狭
くなって、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件
が満たされなくなる。特に、（２）式より分かるよう
に、焦点深度Ｄは開口数ＮＡの２乗に反比例して小さく
なるため、従来は開口数ＮＡを更に大きくすることは考
えられていなかった。そこで、従来は、露光光源として
ＫｒＦエキシマレーザ光源（露光用波長λ＝２４８ｎ
ｍ）を使用して、０．２５μｍの解像度Ｒを得ると共
に、（イ）ウエハ平坦化技術の導入、及び（ロ）フォー
カス制御技術の向上によって（６）式の焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たすようにしていた。
【００１４】その（イ）のウエハ平坦化技術とは、ウエ
ハの反りや回路パターンの段差を小さくするために露光
前に物理的、又は化学的にウエハの表面の平面度を高め
る技術であり、これによってマーク段差ＤM は、従来の
０．８μｍから０．１μｍ程度に小さくなる。また、
（ロ）のフォーカス制御技術の向上によって、フォーカ
ス制御精度ＣF は従来の０．５μｍから０．４μｍ程度
に改善されている。この露光条件での投影光学系の開口
数ＮＡを見積もると、先ずｋファクタｋ1 を０．５５と
して、（１）を満たす開口数ＮＡ1 は次のようになる。
ハの反りや回路パターンの段差を小さくするために露光
前に物理的、又は化学的にウエハの表面の平面度を高め
る技術であり、これによってマーク段差ＤM は、従来の
０．８μｍから０．１μｍ程度に小さくなる。また、
（ロ）のフォーカス制御技術の向上によって、フォーカ
ス制御精度ＣF は従来の０．５μｍから０．４μｍ程度
に改善されている。この露光条件での投影光学系の開口
数ＮＡを見積もると、先ずｋファクタｋ1 を０．５５と
して、（１）を満たす開口数ＮＡ1 は次のようになる。
【００１５】 ０．２５＝０．５５×０．２４８／ＮＡ1 ， ＮＡ1 ≒０．５５ （９） また、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件を満
たす開口数ＮＡ2 は次のようになる。なお、線幅が細く
なったためｋファクタｋ2 は１．７となっており、使用
可能な焦点深度ＵＤＯＦを定める係数ＫUDは０．７のま
まである。
たす開口数ＮＡ2 は次のようになる。なお、線幅が細く
なったためｋファクタｋ2 は１．７となっており、使用
可能な焦点深度ＵＤＯＦを定める係数ＫUDは０．７のま
まである。
【００１６】 ０．４＋０．１＋１×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．５９ （１０） 即ち、この露光条件では開口数ＮＡの範囲は、０．５５
≦ＮＡ≦０．６ 程度となる。また、焦点深度を狭くす
ることなく更に解像度を向上するために、変形照明法や
ハーフトーンレチクルを併用することも検討されてい
る。
≦ＮＡ≦０．６ 程度となる。また、焦点深度を狭くす
ることなく更に解像度を向上するために、変形照明法や
ハーフトーンレチクルを併用することも検討されてい
る。
【００１７】しかしながら、２５６ＭビットＤＲＡＭ相
当の半導体デバイスを製造するために、露光光源を水銀
ランプからＫｒＦエキシマレーザ光源に変更すると、投
影露光装置自体が高価となり、投資に見合う利益を享受
し難い、即ちコスト・パフォーマンスが悪いという不都
合があった。更に現状では、その次世代の半導体デバイ
スである１ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを形成
するための投影露光装置として、露光光源としてＡｒＦ
エキシマレーザ光源（波長λが１９３ｎｍ）を使用した
装置の開発が計画されており、その次の４ＧビットＤＲ
ＡＭ相当の回路パターンを形成するための投影露光装置
として、現状ではより短波長の露光用照明光である例え
ばＸ線を使用した装置の開発も計画されている。即ち、
現状では次世代の半導体デバイスを製造するためには、
露光用照明光をより短波長化して対応するという考え方
が主流である。しかしながら、露光用照明光を短波長化
するために露光光源を切り換えると、投影露光装置の製
造コストが大幅に上昇し、コスト・パフォーマンスが益
々悪化するという不都合がある。
当の半導体デバイスを製造するために、露光光源を水銀
ランプからＫｒＦエキシマレーザ光源に変更すると、投
影露光装置自体が高価となり、投資に見合う利益を享受
し難い、即ちコスト・パフォーマンスが悪いという不都
合があった。更に現状では、その次世代の半導体デバイ
スである１ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを形成
するための投影露光装置として、露光光源としてＡｒＦ
エキシマレーザ光源（波長λが１９３ｎｍ）を使用した
装置の開発が計画されており、その次の４ＧビットＤＲ
ＡＭ相当の回路パターンを形成するための投影露光装置
として、現状ではより短波長の露光用照明光である例え
ばＸ線を使用した装置の開発も計画されている。即ち、
現状では次世代の半導体デバイスを製造するためには、
露光用照明光をより短波長化して対応するという考え方
が主流である。しかしながら、露光用照明光を短波長化
するために露光光源を切り換えると、投影露光装置の製
造コストが大幅に上昇し、コスト・パフォーマンスが益
々悪化するという不都合がある。
【００１８】本発明は斯かる点に鑑み、露光用照明光の
波長を短くすることなく、より解像度を向上できると共
に、焦点深度のマージンに関する条件をも満たすことが
できる露光方法を提供することを目的とする。言い換え
ると本発明は、露光用照明光として水銀ランプのｉ線を
使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパター
ンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用して１Ｇ
ビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキ
シマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるような露光方法を提供することを目的
とするものである。
波長を短くすることなく、より解像度を向上できると共
に、焦点深度のマージンに関する条件をも満たすことが
できる露光方法を提供することを目的とする。言い換え
ると本発明は、露光用照明光として水銀ランプのｉ線を
使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパター
ンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用して１Ｇ
ビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキ
シマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるような露光方法を提供することを目的
とするものである。
【００１９】更に本発明は、そのような露光方法が実施
できる露光装置を提供することをも目的とする。
できる露光装置を提供することをも目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、照明光学系（１〜４，５Ａ，１０〜１２）から
の露光用の照明光（ＩＬ）でマスク（Ｒ）に形成された
転写用のパターンを照明し、その照明光のもとでマスク
（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感
光基板（Ｗ）上に転写露光する露光方法において、その
照明光学系内のマスク（Ｒ）のパターン面に対する光学
的フーリエ変換面である照明系瞳面（１５の配置面）で
の光量分布が光軸（ＡＸ）を含む第１の領域（７５Ａ，
７５Ｂ）にある通常の照明条件と、その照明系瞳面での
光量分布が光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域（７５
Ｃ，７５Ｄ）にある変形の照明条件とを切り換え自在に
備え、投影光学系（ＰＬ）の開口数に応じてその照明光
学系をその通常及び変形の照明条件の何れかに切り換え
るものである。
方法は、照明光学系（１〜４，５Ａ，１０〜１２）から
の露光用の照明光（ＩＬ）でマスク（Ｒ）に形成された
転写用のパターンを照明し、その照明光のもとでマスク
（Ｒ）のパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感
光基板（Ｗ）上に転写露光する露光方法において、その
照明光学系内のマスク（Ｒ）のパターン面に対する光学
的フーリエ変換面である照明系瞳面（１５の配置面）で
の光量分布が光軸（ＡＸ）を含む第１の領域（７５Ａ，
７５Ｂ）にある通常の照明条件と、その照明系瞳面での
光量分布が光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域（７５
Ｃ，７５Ｄ）にある変形の照明条件とを切り換え自在に
備え、投影光学系（ＰＬ）の開口数に応じてその照明光
学系をその通常及び変形の照明条件の何れかに切り換え
るものである。
【００２１】斯かる本発明では、転写される像の解像度
を向上するために、露光用照明光の波長λを短くするの
ではなく、（１）式における投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすることを想定する。ところが、単に開口数ＮＡ
を大きくすると、（２）式より焦点深度Ｄがその２乗に
反比例して狭くなって、（６）式の焦点深度のマージン
に関する条件が満たされなくなる。そこで、本発明では
その焦点深度のマージンに関する条件を満たすために、
（６）式における感光材料（フォトレジスト）の厚さＴ
R が薄く、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）
が狭いと共に、基板の平坦化技術を使用して下地パター
ンの段差であるマーク段差ＤM が小さくなっている露光
条件下で、その開口数ＮＡを大きくする。このように開
口数ＮＡを大きくすると、解像度Ｒを向上できる（微細
化できる）ため、その照明光学系は通常の照明条件でよ
い、即ちその照明系瞳面での光量分布は光軸（ＡＸ）を
含む第１の領域（７５Ａ，７５Ｂ）にあればよい。これ
によって、露光用照明光の波長λを短くすることなく、
例えば１世代上の半導体デバイスに相当するパターンを
高精度に転写できるようになる。
を向上するために、露光用照明光の波長λを短くするの
ではなく、（１）式における投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすることを想定する。ところが、単に開口数ＮＡ
を大きくすると、（２）式より焦点深度Ｄがその２乗に
反比例して狭くなって、（６）式の焦点深度のマージン
に関する条件が満たされなくなる。そこで、本発明では
その焦点深度のマージンに関する条件を満たすために、
（６）式における感光材料（フォトレジスト）の厚さＴ
R が薄く、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）
が狭いと共に、基板の平坦化技術を使用して下地パター
ンの段差であるマーク段差ＤM が小さくなっている露光
条件下で、その開口数ＮＡを大きくする。このように開
口数ＮＡを大きくすると、解像度Ｒを向上できる（微細
化できる）ため、その照明光学系は通常の照明条件でよ
い、即ちその照明系瞳面での光量分布は光軸（ＡＸ）を
含む第１の領域（７５Ａ，７５Ｂ）にあればよい。これ
によって、露光用照明光の波長λを短くすることなく、
例えば１世代上の半導体デバイスに相当するパターンを
高精度に転写できるようになる。
【００２２】一方、感光材料の厚さＴR が厚く、且つマ
ーク段差ＤM も大きいような露光条件下では、その焦点
深度のマージンに関する条件を満たすためにその開口数
ＮＡを小さくする。このように開口数ＮＡを小さくした
場合には、そのままでは解像度Ｒが十分でないことがあ
る。そこで、より解像度Ｒを高めたいときには、焦点深
度Ｄを浅くすることなく解像度Ｒを向上するためにその
照明光学系を変形の照明条件とする、即ちその照明系瞳
面での光量分布を光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域
（７５Ｃ，７５Ｄ）に設定する。以上をまとめると本発
明では、種々の露光条件下で焦点深度のマージンの条件
を満たす範囲で投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡを大き
く設定して解像度Ｒを向上する一方、その開口数ＮＡを
大きく設定できないときにはその照明光学系を変形照明
として解像度を向上させることになる。このように投影
光学系の開口数を切り換えることによって、１台の露光
装置で例えば２世代分の半導体デバイスに相当するパタ
ーンを転写できるようになる。
ーク段差ＤM も大きいような露光条件下では、その焦点
深度のマージンに関する条件を満たすためにその開口数
ＮＡを小さくする。このように開口数ＮＡを小さくした
場合には、そのままでは解像度Ｒが十分でないことがあ
る。そこで、より解像度Ｒを高めたいときには、焦点深
度Ｄを浅くすることなく解像度Ｒを向上するためにその
照明光学系を変形の照明条件とする、即ちその照明系瞳
面での光量分布を光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域
（７５Ｃ，７５Ｄ）に設定する。以上をまとめると本発
明では、種々の露光条件下で焦点深度のマージンの条件
を満たす範囲で投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡを大き
く設定して解像度Ｒを向上する一方、その開口数ＮＡを
大きく設定できないときにはその照明光学系を変形照明
として解像度を向上させることになる。このように投影
光学系の開口数を切り換えることによって、１台の露光
装置で例えば２世代分の半導体デバイスに相当するパタ
ーンを転写できるようになる。
【００２３】次に、本発明による露光装置は、露光用の
照明光でマスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンを
照明する照明光学系（１〜４，５Ａ，１０〜１２）と、
その照明光のもとでマスク（Ｒ）のパターンの像を感光
基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、を備え
た露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の開口数を切
り換える投影条件変更手段（４２，４３）と、その照明
光学系の照明条件をその照明光学系内のマスク（Ｒ）の
パターン面に対する光学的フーリエ変換面である照明系
瞳面での光量分布が光軸（ＡＸ）を含む第１の領域（７
５Ａ，７５Ｂ）にある通常の照明条件と、その照明系瞳
面での光量分布が光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域
（７５Ｃ，７５Ｄ）にある変形の照明条件とを含む複数
の照明条件に切り換える照明条件変更手段（５Ａ，５
Ｂ，８，１２〜１５，３２）と、を備え、この照明条件
変更手段は、投影光学系（ＰＬ）の開口数が０．６８以
上に設定されるときにその照明光学系をその通常の照明
条件に設定し、投影光学系（ＰＬ）の開口数が０．６以
下に設定されるときにその照明光学系をその変形の照明
条件に設定するものである。
照明光でマスク（Ｒ）に形成された転写用のパターンを
照明する照明光学系（１〜４，５Ａ，１０〜１２）と、
その照明光のもとでマスク（Ｒ）のパターンの像を感光
基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、を備え
た露光装置において、投影光学系（ＰＬ）の開口数を切
り換える投影条件変更手段（４２，４３）と、その照明
光学系の照明条件をその照明光学系内のマスク（Ｒ）の
パターン面に対する光学的フーリエ変換面である照明系
瞳面での光量分布が光軸（ＡＸ）を含む第１の領域（７
５Ａ，７５Ｂ）にある通常の照明条件と、その照明系瞳
面での光量分布が光軸（ＡＸ）を含まない第２の領域
（７５Ｃ，７５Ｄ）にある変形の照明条件とを含む複数
の照明条件に切り換える照明条件変更手段（５Ａ，５
Ｂ，８，１２〜１５，３２）と、を備え、この照明条件
変更手段は、投影光学系（ＰＬ）の開口数が０．６８以
上に設定されるときにその照明光学系をその通常の照明
条件に設定し、投影光学系（ＰＬ）の開口数が０．６以
下に設定されるときにその照明光学系をその変形の照明
条件に設定するものである。
【００２４】斯かる本発明の露光装置によれば、上述の
本発明の第１の露光方法が実施できる。また、基板の平
坦化を行うことによってマーク段差ＤM を０．１μｍ以
下程度にでき、且つ感光材料の厚さＴR を０．５μｍ以
下程度に設定できるような露光条件下では投影光学系
（ＰＬ）の開口数ＮＡを０．６８以上で０．８程度の範
囲に設定しても（６）式の焦点深度のマージンに関する
条件をほぼ満たすことができる。このような開口数ＮＡ
の範囲では解像度Ｒは微細であるため、その照明光学系
はその通常の照明条件でよい。一方、従来のようにマー
ク段差ＤM が０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さＴ
R が１μｍ程度のときには、焦点深度のマージンに関す
る条件を満たすために投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡ
を０．６以下程度に設定する必要がある。このままでは
解像度Ｒが粗いという用途では、その照明光学系をその
変形の照明条件に設定することによって解像度を向上で
きる。
本発明の第１の露光方法が実施できる。また、基板の平
坦化を行うことによってマーク段差ＤM を０．１μｍ以
下程度にでき、且つ感光材料の厚さＴR を０．５μｍ以
下程度に設定できるような露光条件下では投影光学系
（ＰＬ）の開口数ＮＡを０．６８以上で０．８程度の範
囲に設定しても（６）式の焦点深度のマージンに関する
条件をほぼ満たすことができる。このような開口数ＮＡ
の範囲では解像度Ｒは微細であるため、その照明光学系
はその通常の照明条件でよい。一方、従来のようにマー
ク段差ＤM が０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さＴ
R が１μｍ程度のときには、焦点深度のマージンに関す
る条件を満たすために投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡ
を０．６以下程度に設定する必要がある。このままでは
解像度Ｒが粗いという用途では、その照明光学系をその
変形の照明条件に設定することによって解像度を向上で
きる。
【００２５】この場合、その照明条件変更手段の一例
は、例えば図５に示すように、その露光用の照明光を第
１及び第２の光束（ＩＬＰ，ＩＬＳ）に分割する光束分
割系（６６，６７）と、その第１の光束の断面形状を輪
帯状に広げる第１の光束拡大系（６８）と、その第２の
光束の光量分布を内側と外型とで反転させた状態で断面
形状を輪帯状に広げる第２の光束拡大系（７１）と、こ
れら第１及び第２の光束拡大系（６８，７１）からの光
束をその照明系瞳面より前に合成する光束合成系（７
０，７３）と、を有するものであり、このとき、その変
形の照明条件の設定を行う際に、その照明条件変更手段
は、光束合成系（７０，７３）で合成された光束（Ｉ
Ｌ’）をその照明系瞳面に導いて輪帯照明を行うことが
望ましい。
は、例えば図５に示すように、その露光用の照明光を第
１及び第２の光束（ＩＬＰ，ＩＬＳ）に分割する光束分
割系（６６，６７）と、その第１の光束の断面形状を輪
帯状に広げる第１の光束拡大系（６８）と、その第２の
光束の光量分布を内側と外型とで反転させた状態で断面
形状を輪帯状に広げる第２の光束拡大系（７１）と、こ
れら第１及び第２の光束拡大系（６８，７１）からの光
束をその照明系瞳面より前に合成する光束合成系（７
０，７３）と、を有するものであり、このとき、その変
形の照明条件の設定を行う際に、その照明条件変更手段
は、光束合成系（７０，７３）で合成された光束（Ｉ
Ｌ’）をその照明系瞳面に導いて輪帯照明を行うことが
望ましい。
【００２６】このとき、光束分割系（６６，６７）の入
射面での照明光の照度分布を、図６（ａ）に示すように
光軸から半径方向に単調に減少する分布（例えばガウス
分布）であるとすると、第１の光束拡大系（６８）から
射出される光束の照度分布は、図６（ｂ）に示すように
輪帯状で半径方向に単調に減少する分布となり、第２の
光束拡大系（７１）から射出される光束の照度分布は、
図６（ｃ）に示すように輪帯状で半径方向に単調に増加
する分布となり、光束合成系（７０，７３）から射出さ
れる合成光の照度分布は、図６（ｄ）に示すように平坦
な輪帯状となる。この合成光を用いて輪帯照明を行うこ
とによって、その照明系瞳面で輪帯状の２次光源の部分
のみが一様な照度分布で照明されるため、照明光の利用
効率が高くなり、且つマスク（Ｒ）上での照度分布も一
様となる。
射面での照明光の照度分布を、図６（ａ）に示すように
光軸から半径方向に単調に減少する分布（例えばガウス
分布）であるとすると、第１の光束拡大系（６８）から
射出される光束の照度分布は、図６（ｂ）に示すように
輪帯状で半径方向に単調に減少する分布となり、第２の
光束拡大系（７１）から射出される光束の照度分布は、
図６（ｃ）に示すように輪帯状で半径方向に単調に増加
する分布となり、光束合成系（７０，７３）から射出さ
れる合成光の照度分布は、図６（ｄ）に示すように平坦
な輪帯状となる。この合成光を用いて輪帯照明を行うこ
とによって、その照明系瞳面で輪帯状の２次光源の部分
のみが一様な照度分布で照明されるため、照明光の利用
効率が高くなり、且つマスク（Ｒ）上での照度分布も一
様となる。
【００２７】次に、本発明による第２の露光方法は、例
えば図１及び図１１に示すように、アライメント用の照
明光（ＡＬＡ）のもとでアライメント光学系（ＯＢＬ，
１６２，１６４）を介して感光基板（Ｗ）上の位置合わ
せ用マーク（１６５）の像を検出し、この検出結果に基
づいて感光基板（Ｗ）の位置合わせを行い、露光用の照
明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成されたパター
ンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上
に転写露光する露光方法において、そのアライメント光
学系内の感光基板（Ｗ）の表面に対する光学的フーリエ
変換面であるアライメント系瞳面（ＨＦ２）上で均一
（１６７Ａ）に結像光束を通過させる通常の検出条件
と、アライメント系瞳面（ＨＦ２）上で結像光束を所定
の分布（１６７Ｂ，１６７Ｃ）で通過させて輪郭強調を
行う輪郭強調用の検出条件とを切り換え自在に備え、投
影光学系（ＰＬ）の開口数に応じてそのアライメント光
学系をそれら２つの検出条件の何れかに切り換えるもの
である。
えば図１及び図１１に示すように、アライメント用の照
明光（ＡＬＡ）のもとでアライメント光学系（ＯＢＬ，
１６２，１６４）を介して感光基板（Ｗ）上の位置合わ
せ用マーク（１６５）の像を検出し、この検出結果に基
づいて感光基板（Ｗ）の位置合わせを行い、露光用の照
明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）に形成されたパター
ンの像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上
に転写露光する露光方法において、そのアライメント光
学系内の感光基板（Ｗ）の表面に対する光学的フーリエ
変換面であるアライメント系瞳面（ＨＦ２）上で均一
（１６７Ａ）に結像光束を通過させる通常の検出条件
と、アライメント系瞳面（ＨＦ２）上で結像光束を所定
の分布（１６７Ｂ，１６７Ｃ）で通過させて輪郭強調を
行う輪郭強調用の検出条件とを切り換え自在に備え、投
影光学系（ＰＬ）の開口数に応じてそのアライメント光
学系をそれら２つの検出条件の何れかに切り換えるもの
である。
【００２８】斯かる本発明によれば、感光材料の厚さＴ
R が薄く、基板の平坦化技術を使用して下地パターンの
段差であるマーク段差ＤM が小さくなっている露光条件
下では、焦点深度のマージンに関する条件が満たせる範
囲で投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡを大きくして解像
度Ｒを高める。しかしながら、このようにマーク段差Ｄ
M が小さいときには、通常の検出条件ではそのアライメ
ント光学系を介して感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マ
ークのコントラストの良い像を得ることが困難である。
そこで、マーク段差ＤM が小さく、投影光学系の開口数
ＮＡを大きくしたときには、その輪郭強調用の検出条件
に設定することによって、その段差の低い位置合わせ用
マークの像のコントラストを高めて、この位置合わせ用
マークの位置を高精度に検出する。
R が薄く、基板の平坦化技術を使用して下地パターンの
段差であるマーク段差ＤM が小さくなっている露光条件
下では、焦点深度のマージンに関する条件が満たせる範
囲で投影光学系（ＰＬ）の開口数ＮＡを大きくして解像
度Ｒを高める。しかしながら、このようにマーク段差Ｄ
M が小さいときには、通常の検出条件ではそのアライメ
ント光学系を介して感光基板（Ｗ）上の位置合わせ用マ
ークのコントラストの良い像を得ることが困難である。
そこで、マーク段差ＤM が小さく、投影光学系の開口数
ＮＡを大きくしたときには、その輪郭強調用の検出条件
に設定することによって、その段差の低い位置合わせ用
マークの像のコントラストを高めて、この位置合わせ用
マークの位置を高精度に検出する。
【００２９】また、感光材料の厚さＴR が厚く、マーク
段差ＤM が大きい露光条件下では、焦点深度のマージン
に関する条件を満たすために投影光学系（ＰＬ）の開口
数ＮＡを小さくし、且つそのアライメント光学系をその
通常の検出条件に設定する。このときには、マーク段差
ＤM が大きいため、その通常の検出条件で十分にコント
ラストの良好な位置合わせ用マーク像が得られる。
段差ＤM が大きい露光条件下では、焦点深度のマージン
に関する条件を満たすために投影光学系（ＰＬ）の開口
数ＮＡを小さくし、且つそのアライメント光学系をその
通常の検出条件に設定する。このときには、マーク段差
ＤM が大きいため、その通常の検出条件で十分にコント
ラストの良好な位置合わせ用マーク像が得られる。
【００３０】この場合、投影光学系（ＰＬ）の開口数が
０．６８以上に設定されるときにそのアライメント光学
系をその輪郭強調用の検出条件に設定し、投影光学系
（ＰＬ）の開口数が０．６以下に設定されるときにその
アライメント光学系をその通常の検出条件に設定するこ
とが望ましい。上述のように、投影光学系（ＰＬ）の開
口数ＮＡを０．６８以上に設定できるのは、マーク段差
ＤM を０．１μｍ以下程度にして、且つ感光材料の厚さ
ＴR を０．５μｍ以下程度にする場合であるが、このよ
うにマーク段差ＤM が低いときには、コントラストの良
好な位置合わせ用マーク像を得るためにその輪郭強調用
の検出条件が必要である。一方、投影光学系（ＰＬ）の
開口数が０．６以下に設定されるのは、マーク段差ＤM
が０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さＴR が１μｍ
程度の場合であるが、このようにマーク段差ＤM が高い
ときには、通常の検出条件で十分にコントラストの良好
な位置合わせ用マーク像を得ることができる。
０．６８以上に設定されるときにそのアライメント光学
系をその輪郭強調用の検出条件に設定し、投影光学系
（ＰＬ）の開口数が０．６以下に設定されるときにその
アライメント光学系をその通常の検出条件に設定するこ
とが望ましい。上述のように、投影光学系（ＰＬ）の開
口数ＮＡを０．６８以上に設定できるのは、マーク段差
ＤM を０．１μｍ以下程度にして、且つ感光材料の厚さ
ＴR を０．５μｍ以下程度にする場合であるが、このよ
うにマーク段差ＤM が低いときには、コントラストの良
好な位置合わせ用マーク像を得るためにその輪郭強調用
の検出条件が必要である。一方、投影光学系（ＰＬ）の
開口数が０．６以下に設定されるのは、マーク段差ＤM
が０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さＴR が１μｍ
程度の場合であるが、このようにマーク段差ＤM が高い
ときには、通常の検出条件で十分にコントラストの良好
な位置合わせ用マーク像を得ることができる。
【００３１】なお、この第２の露光方法では、そのアラ
イメント光学系は位置合わせ用マークの像を得ている
が、そのアライメント光学系として、通常の検出条件で
使用される撮像方式（ＦＩＡ方式）のような高段差マー
ク用のアライメントセンサと、回折格子状の位置合わせ
用マークに２光束を照射してそのマークから同一方向に
発生する回折光よりなる干渉光の位相を検出する２光束
干渉方式（ＬＩＡ方式）のような低段差マーク用のアラ
イメントセンサとを用意し、マーク段差に応じてアライ
メントセンサを切り換えてもよい。
イメント光学系は位置合わせ用マークの像を得ている
が、そのアライメント光学系として、通常の検出条件で
使用される撮像方式（ＦＩＡ方式）のような高段差マー
ク用のアライメントセンサと、回折格子状の位置合わせ
用マークに２光束を照射してそのマークから同一方向に
発生する回折光よりなる干渉光の位相を検出する２光束
干渉方式（ＬＩＡ方式）のような低段差マーク用のアラ
イメントセンサとを用意し、マーク段差に応じてアライ
メントセンサを切り換えてもよい。
【００３２】また、上述の発明では、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の開口数ＮＡに応じて露光用の照明光学系、又はア
ライメント用の光学系の条件を切り換えているが、その
投影光学系の開口数ＮＡは、例えば感光材料の厚さＴR
が薄いときには大きく設定され、感光材料の厚さＴR が
厚いときには小さく設定される。そのため、その感光材
料の厚さに応じて、その露光用の照明光学系を通常又は
変形の何れかの照明条件に設定するようにしてもよい。
また、その感光材料の厚さに応じて、そのアライメント
用の光学系を通常、又は輪郭強調用の何れかの検出条件
に設定するようにしてもよい。更に、その感光材料の厚
さに応じて、そのアライメント用の光学系を高段差マー
ク用のアライメントセンサ、又は低段差マーク用のアラ
イメントセンサの何れかに切り換えるようにしてもよ
い。
Ｌ）の開口数ＮＡに応じて露光用の照明光学系、又はア
ライメント用の光学系の条件を切り換えているが、その
投影光学系の開口数ＮＡは、例えば感光材料の厚さＴR
が薄いときには大きく設定され、感光材料の厚さＴR が
厚いときには小さく設定される。そのため、その感光材
料の厚さに応じて、その露光用の照明光学系を通常又は
変形の何れかの照明条件に設定するようにしてもよい。
また、その感光材料の厚さに応じて、そのアライメント
用の光学系を通常、又は輪郭強調用の何れかの検出条件
に設定するようにしてもよい。更に、その感光材料の厚
さに応じて、そのアライメント用の光学系を高段差マー
ク用のアライメントセンサ、又は低段差マーク用のアラ
イメントセンサの何れかに切り換えるようにしてもよ
い。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明による露光方法及び
装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明す
る。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものであ
る。図１は、本例の投影露光装置を示す概略構成図であ
り、この図１において、露光光源としてのＫｒＦエキシ
マレーザ光源１よりパルス発光された波長２４８ｎｍの
レーザビームよりなる照明光ＩＬは、減光ユニット２で
所定の減光率で減光された後、第１レンズ３、偏向ミラ
ー４及び第２レンズ６よりなるビームエキスパンダを介
して、１段目のフライアイレンズ７に入射する。第２レ
ンズ６及びフライアイレンズ７より、通常照明用のイン
プット光学系５Ａが構成され、このインプット光学系５
Ａは交換装置８を介して、後述の輪帯照明用のインプッ
ト光学系５Ｂと交換できるように構成されている。
装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明す
る。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものであ
る。図１は、本例の投影露光装置を示す概略構成図であ
り、この図１において、露光光源としてのＫｒＦエキシ
マレーザ光源１よりパルス発光された波長２４８ｎｍの
レーザビームよりなる照明光ＩＬは、減光ユニット２で
所定の減光率で減光された後、第１レンズ３、偏向ミラ
ー４及び第２レンズ６よりなるビームエキスパンダを介
して、１段目のフライアイレンズ７に入射する。第２レ
ンズ６及びフライアイレンズ７より、通常照明用のイン
プット光学系５Ａが構成され、このインプット光学系５
Ａは交換装置８を介して、後述の輪帯照明用のインプッ
ト光学系５Ｂと交換できるように構成されている。
【００３４】１段目のフライアイレンズ７で照度分布が
均一化された照明光ＩＬは、照明光の方向による照度分
布のむらを補正するための平行平板ガラスよりなる照度
分布補正板９、リレーレンズ１０、及び偏向ミラー１１
を介して、２段目の通常照明用のフライアイレンズ１２
の入射面に入射する。１段目のフライアイレンズ７の入
射面は２段目のフライアイレンズ１２の入射面と共役で
あり、後者のフライアイレンズ１２の入射面では、前者
のフライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの
入射面の拡大像が重畳される。また、フライアイレンズ
１２は交換装置１４を介して、後述の２段目の輪帯照明
用のフライアイレンズ１３と交換できるように構成され
ている。以下、２段目のフライアイレンズ１２以降の照
明光学系、及び投影光学系ＰＬの光軸を光軸ＡＸとし
て、光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な面内で
図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸を
取って説明する。
均一化された照明光ＩＬは、照明光の方向による照度分
布のむらを補正するための平行平板ガラスよりなる照度
分布補正板９、リレーレンズ１０、及び偏向ミラー１１
を介して、２段目の通常照明用のフライアイレンズ１２
の入射面に入射する。１段目のフライアイレンズ７の入
射面は２段目のフライアイレンズ１２の入射面と共役で
あり、後者のフライアイレンズ１２の入射面では、前者
のフライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの
入射面の拡大像が重畳される。また、フライアイレンズ
１２は交換装置１４を介して、後述の２段目の輪帯照明
用のフライアイレンズ１３と交換できるように構成され
ている。以下、２段目のフライアイレンズ１２以降の照
明光学系、及び投影光学系ＰＬの光軸を光軸ＡＸとし
て、光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な面内で
図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸を
取って説明する。
【００３５】このとき、２段目のフライアイレンズ１２
の射出面はレチクルＲのパターン形成面に対して光学的
なフーリエ変換面（瞳面）となっており、この射出面に
複数の照明系開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が設
けられたσ絞りユニット１５が配置されている。図７
（ａ）は、そのσ絞りユニット１５を示し、この図７
（ａ）において、駆動軸１５ａの周りに回転自在な円板
よりなるσ絞りユニット１５上には、等角度間隔で大き
なσ値用のσ絞り７５Ａ、小さいσ値用のσ絞り７５
Ｂ、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ、及び第２の輪帯
照明用のσ絞り７５Ｄが形成されている。σ絞り７５Ａ
〜７５Ｄの形状の詳細については後述する。
の射出面はレチクルＲのパターン形成面に対して光学的
なフーリエ変換面（瞳面）となっており、この射出面に
複数の照明系開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が設
けられたσ絞りユニット１５が配置されている。図７
（ａ）は、そのσ絞りユニット１５を示し、この図７
（ａ）において、駆動軸１５ａの周りに回転自在な円板
よりなるσ絞りユニット１５上には、等角度間隔で大き
なσ値用のσ絞り７５Ａ、小さいσ値用のσ絞り７５
Ｂ、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ、及び第２の輪帯
照明用のσ絞り７５Ｄが形成されている。σ絞り７５Ａ
〜７５Ｄの形状の詳細については後述する。
【００３６】図１に戻り、装置全体の動作を統轄制御す
る主制御装置２９が照明系制御系３２に対して露光条件
等を指示するのに応じて、照明系制御系３２ではσ絞り
ユニット１５を回転させて所定のσ絞りをフライアイレ
ンズ１２の射出面に設定する。その動作と同時に照明系
制御系３２では、必要に応じて交換装置８を介して２つ
のインプット光学系５Ａ，５Ｂの交換を行うと共に、交
換装置１４を介して２つのフライアイレンズ１２及び１
３の交換をも行う。
る主制御装置２９が照明系制御系３２に対して露光条件
等を指示するのに応じて、照明系制御系３２ではσ絞り
ユニット１５を回転させて所定のσ絞りをフライアイレ
ンズ１２の射出面に設定する。その動作と同時に照明系
制御系３２では、必要に応じて交換装置８を介して２つ
のインプット光学系５Ａ，５Ｂの交換を行うと共に、交
換装置１４を介して２つのフライアイレンズ１２及び１
３の交換をも行う。
【００３７】フライアイレンズ１２から射出されてσ絞
りユニット１５中の所定のσ絞りを通過した照明光ＩＬ
は、分割プリズム板１６及び第１リレーレンズ１７を経
て、順次Ｚチルト方向に駆動される固定視野絞り（固定
レチクルブラインド）１８、及びＸＹ方向に駆動される
可動視野絞り２０に入射する。本例では可動視野絞り２
０は、レチクルＲのパターン形成面との共役面に配置さ
れ、固定視野絞り１８はその共役面から僅かにデフォー
カスした面に配置されている。そして、固定視野絞り１
８にはレチクルＲ上のスリット状の照明領域を規定する
ための矩形の固定の開口が形成され、且つ固定視野絞り
１８のＺ方向の位置及び傾斜角（チルト角）は、照明系
制御系３２が駆動装置１９を介して微調整できるように
構成されている。
りユニット１５中の所定のσ絞りを通過した照明光ＩＬ
は、分割プリズム板１６及び第１リレーレンズ１７を経
て、順次Ｚチルト方向に駆動される固定視野絞り（固定
レチクルブラインド）１８、及びＸＹ方向に駆動される
可動視野絞り２０に入射する。本例では可動視野絞り２
０は、レチクルＲのパターン形成面との共役面に配置さ
れ、固定視野絞り１８はその共役面から僅かにデフォー
カスした面に配置されている。そして、固定視野絞り１
８にはレチクルＲ上のスリット状の照明領域を規定する
ための矩形の固定の開口が形成され、且つ固定視野絞り
１８のＺ方向の位置及び傾斜角（チルト角）は、照明系
制御系３２が駆動装置１９を介して微調整できるように
構成されている。
【００３８】一方、可動視野絞り２０はＹ方向にそれぞ
れ独立に移動できる１対の可動ブレード２０ａ，２０ｂ
と、Ｘ方向にそれぞれ独立に駆動できる不図示の１対の
可動ブレードとから構成され、可動ブレード２０ａ，２
０ｂ等の動作は駆動装置２１を介して照明系制御系３２
によって制御される。ウエハＷ上の各ショット領域に対
して走査露光を行う場合、固定視野絞り１８のみでは走
査露光の開始直後、及び終了直前にレチクルＲ上のパタ
ーン領域以外の領域にも照明光ＩＬが照射されることが
ある。そこで、可動視野絞り２０は、走査露光の開始直
後、及び終了直前等に、固定視野絞り１８で規定される
レチクルＲ上の照明領域を更に制限する役割を果たして
いる。
れ独立に移動できる１対の可動ブレード２０ａ，２０ｂ
と、Ｘ方向にそれぞれ独立に駆動できる不図示の１対の
可動ブレードとから構成され、可動ブレード２０ａ，２
０ｂ等の動作は駆動装置２１を介して照明系制御系３２
によって制御される。ウエハＷ上の各ショット領域に対
して走査露光を行う場合、固定視野絞り１８のみでは走
査露光の開始直後、及び終了直前にレチクルＲ上のパタ
ーン領域以外の領域にも照明光ＩＬが照射されることが
ある。そこで、可動視野絞り２０は、走査露光の開始直
後、及び終了直前等に、固定視野絞り１８で規定される
レチクルＲ上の照明領域を更に制限する役割を果たして
いる。
【００３９】固定視野絞り１８、及び可動視野絞り２０
の開口を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ２
２、及びコンデンサレンズ２３を介して、レチクルＲの
パターン形成面（下面）のスリット状の照明領域２４を
均一な照度分布で照明する。本例の照明領域２４は、Ｘ
方向を長手方向とする矩形領域であり、走査露光時のレ
チクルＲの走査方向は図１の紙面に平行なＹ方向となっ
ている。その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲ上の照明
領域２４内のパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍
率β（βは１／４，１／５等）で縮小されて、フォトレ
ジストが塗布されたウエハＷの表面のスリット状の露光
領域３３に結像投影される。投影光学系ＰＬ内の瞳面
（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）には、例えば虹彩絞り状の可変開口絞り４２が
設置され、主制御装置２９が駆動装置４３を介して可変
開口絞り４２の開口径を切り換えることによって、投影
光学系ＰＬの開口数ＮＡが例えば０．５〜０．８の間で
切り換えられるようになっている。
の開口を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ２
２、及びコンデンサレンズ２３を介して、レチクルＲの
パターン形成面（下面）のスリット状の照明領域２４を
均一な照度分布で照明する。本例の照明領域２４は、Ｘ
方向を長手方向とする矩形領域であり、走査露光時のレ
チクルＲの走査方向は図１の紙面に平行なＹ方向となっ
ている。その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲ上の照明
領域２４内のパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍
率β（βは１／４，１／５等）で縮小されて、フォトレ
ジストが塗布されたウエハＷの表面のスリット状の露光
領域３３に結像投影される。投影光学系ＰＬ内の瞳面
（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）には、例えば虹彩絞り状の可変開口絞り４２が
設置され、主制御装置２９が駆動装置４３を介して可変
開口絞り４２の開口径を切り換えることによって、投影
光学系ＰＬの開口数ＮＡが例えば０．５〜０．８の間で
切り換えられるようになっている。
【００４０】レチクルＲは、レチクルステージ２５上に
真空吸着で保持され、レチクルステージ２５は、不図示
のコラム上に設けられたレチクルベース２６上をＹ方向
に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び
回転方向に微動できるように構成されている。レチクル
ステージ２５の端部に移動鏡２７が固定され、移動鏡２
７及びこれに対向するように配置されたレーザ干渉計２
８によってレチクルステージ２５のＸ座標、Ｙ座標、及
び回転角が常時計測され、計測結果が主制御装置２９に
供給され、主制御装置２９ではその計測結果に基づいて
レチクルステージ駆動系３０を介してレチクルステージ
２５の動作を制御する。
真空吸着で保持され、レチクルステージ２５は、不図示
のコラム上に設けられたレチクルベース２６上をＹ方向
に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び
回転方向に微動できるように構成されている。レチクル
ステージ２５の端部に移動鏡２７が固定され、移動鏡２
７及びこれに対向するように配置されたレーザ干渉計２
８によってレチクルステージ２５のＸ座標、Ｙ座標、及
び回転角が常時計測され、計測結果が主制御装置２９に
供給され、主制御装置２９ではその計測結果に基づいて
レチクルステージ駆動系３０を介してレチクルステージ
２５の動作を制御する。
【００４１】一方、ウエハＷは真空吸着を行うウエハホ
ルダ３４を介してＺチルトθステージ３５上に保持さ
れ、Ｚチルトθステージ３５は３個のそれぞれＺ方向に
突没自在の支点３６Ａ〜３６Ｃを介してＸＹステージ３
７上に載置されている。この場合、ＸＹステージ３７内
の駆動部を介して３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを並行に突
没させることによって、Ｚチルトθステージ３５をＺ方
向に移動でき、それら３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを独立
に突没させることによってＺチルトθステージ３５のＸ
軸の周りの傾斜角、及びＹ軸の周りの傾斜角を制御で
き、且つＺチルトθステージ３５は所定範囲内でＺ軸の
周りに回転できるように構成されている。また、ＸＹス
テージ３７は、Ｚチルトθステージ３５をＹ方向に一定
速度で移動するか、又はステップ移動できると共に、Ｘ
方向にステップ移動できるように構成されている。ウエ
ハホルダ３４、Ｚチルトθステージ３５、支点３６Ａ〜
３６Ｃ、及びＸＹステージ３７よりウエハステージが構
成されている。
ルダ３４を介してＺチルトθステージ３５上に保持さ
れ、Ｚチルトθステージ３５は３個のそれぞれＺ方向に
突没自在の支点３６Ａ〜３６Ｃを介してＸＹステージ３
７上に載置されている。この場合、ＸＹステージ３７内
の駆動部を介して３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを並行に突
没させることによって、Ｚチルトθステージ３５をＺ方
向に移動でき、それら３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを独立
に突没させることによってＺチルトθステージ３５のＸ
軸の周りの傾斜角、及びＹ軸の周りの傾斜角を制御で
き、且つＺチルトθステージ３５は所定範囲内でＺ軸の
周りに回転できるように構成されている。また、ＸＹス
テージ３７は、Ｚチルトθステージ３５をＹ方向に一定
速度で移動するか、又はステップ移動できると共に、Ｘ
方向にステップ移動できるように構成されている。ウエ
ハホルダ３４、Ｚチルトθステージ３５、支点３６Ａ〜
３６Ｃ、及びＸＹステージ３７よりウエハステージが構
成されている。
【００４２】また、Ｚチルトθステージ３５の端部に移
動鏡３９が固定され、移動鏡３９とこれに対向して配置
されたレーザ干渉計４０とによってＺチルトθステージ
３５（ウエハＷ）のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が常時
計測され、計測結果が主制御装置２９に供給され、主制
御装置３９は供給された計測値に基づいてウエハステー
ジ制御系４１を介してＸＹステージ３７、及びＺチルト
θステージ３５の動作を制御する。
動鏡３９が固定され、移動鏡３９とこれに対向して配置
されたレーザ干渉計４０とによってＺチルトθステージ
３５（ウエハＷ）のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が常時
計測され、計測結果が主制御装置２９に供給され、主制
御装置３９は供給された計測値に基づいてウエハステー
ジ制御系４１を介してＸＹステージ３７、及びＺチルト
θステージ３５の動作を制御する。
【００４３】更に、投影光学系ＰＬの側面にオートフォ
ーカス及びオートレベリング用の斜入射方式の多点の焦
点位置検出系４８が設置されている。本例では後述のよ
うにウエハＷ上に塗布されているフォトレジストの厚さ
が従来に比べて薄いこともあり、従来よりも高いフォー
カス制御精度が要求される。そこで、本例では例えば特
開平６−２８３４０３号公報で開示されているように、
先読み方式も併用した方式でウエハＷの表面の複数の計
測点での焦点位置（Ｚ方向の位置）を計測する。即ち、
本例の焦点位置検出系４８は、ウエハＷ上のスリット状
の露光領域３３、及びこの露光領域３３に対して走査方
向に先行する先読み領域内の複数（例えば１０個程度）
の計測点にスリット像を投影する照射光学系と、それら
スリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を
再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に
対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系と
から構成され、それら複数のフォーカス信号がフォーカ
ス信号処理系４９に供給されている。
ーカス及びオートレベリング用の斜入射方式の多点の焦
点位置検出系４８が設置されている。本例では後述のよ
うにウエハＷ上に塗布されているフォトレジストの厚さ
が従来に比べて薄いこともあり、従来よりも高いフォー
カス制御精度が要求される。そこで、本例では例えば特
開平６−２８３４０３号公報で開示されているように、
先読み方式も併用した方式でウエハＷの表面の複数の計
測点での焦点位置（Ｚ方向の位置）を計測する。即ち、
本例の焦点位置検出系４８は、ウエハＷ上のスリット状
の露光領域３３、及びこの露光領域３３に対して走査方
向に先行する先読み領域内の複数（例えば１０個程度）
の計測点にスリット像を投影する照射光学系と、それら
スリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を
再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に
対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系と
から構成され、それら複数のフォーカス信号がフォーカ
ス信号処理系４９に供給されている。
【００４４】フォーカス信号処理系４９では、一例とし
てそれら複数のフォーカス信号よりウエハＷの表面の露
光領域３３の平均的な面の焦点位置Ｚ1 、及びＹ軸の周
りでの傾斜角θY1を算出し、同様に露光領域３３に対す
る先読み領域での平均的な面の焦点位置Ｚ2 、及びＹ軸
の周りでの傾斜角θY2を算出し、算出結果を主制御装置
２９に供給する。主制御装置２９では、ウエハＷの走査
速度、及びオートフォーカス及びオートレベリング機構
の応答速度を考慮して、例えば露光領域３３及び先読み
領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の加重平均より制御対象の焦点
位置Ｚ3 を算出する。更に、主制御装置２９では、露光
領域３３及び先読み領域の傾斜角θY1，θY2の加重平均
より制御対象のＹ軸の周りの傾斜角θY3を算出すると共
に、露光領域３３及び先読み領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の
差分より制御対象のＸ軸の周りの傾斜角θX3を算出し、
これらの制御対象の焦点位置Ｚ3 及び傾斜角θY3，θX3
に基づいてオートフォーカス及びオートレベリング制御
を行う。
てそれら複数のフォーカス信号よりウエハＷの表面の露
光領域３３の平均的な面の焦点位置Ｚ1 、及びＹ軸の周
りでの傾斜角θY1を算出し、同様に露光領域３３に対す
る先読み領域での平均的な面の焦点位置Ｚ2 、及びＹ軸
の周りでの傾斜角θY2を算出し、算出結果を主制御装置
２９に供給する。主制御装置２９では、ウエハＷの走査
速度、及びオートフォーカス及びオートレベリング機構
の応答速度を考慮して、例えば露光領域３３及び先読み
領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の加重平均より制御対象の焦点
位置Ｚ3 を算出する。更に、主制御装置２９では、露光
領域３３及び先読み領域の傾斜角θY1，θY2の加重平均
より制御対象のＹ軸の周りの傾斜角θY3を算出すると共
に、露光領域３３及び先読み領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の
差分より制御対象のＸ軸の周りの傾斜角θX3を算出し、
これらの制御対象の焦点位置Ｚ3 及び傾斜角θY3，θX3
に基づいてオートフォーカス及びオートレベリング制御
を行う。
【００４５】走査露光時には、主制御装置２９は後述の
露光量制御系３１を介してＫｒＦエキシマレーザ光源１
のパルス発光を開始すると共に、レーザ干渉計２８及び
４０の計測値に基づいて、レチクルステージ２５を−Ｙ
方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度ＶＲで走査するのと同
期して、ウエハ側のＸＹステージ３７を＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査す
る。更に、主制御装置２９では、フォーカス信号処理系
４９から供給される露光領域３３及び先読み領域に対応
する複数のフォーカス信号に基づいて、所定周期で上述
のように制御対象の焦点位置Ｚ3 、及び傾斜角θY3，θ
X3を逐次算出し、ウエハステージ駆動系４１を介して支
点３６Ａ〜３６Ｃを駆動することによって、その焦点位
置Ｚ3 が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点位置に収束
するようにオートフォーカス方式でウエハＷの焦点位置
を制御すると共に、それら傾斜角θY3，θX3が露光領域
３３の最良結像面の傾斜角に収束するようにオートレベ
リング方式でウエハＷの傾斜角を制御する。これによっ
て、ウエハＷ上の転写対象のショット領域にレチクルＲ
のパターンの像が高い解像度で逐次転写される。なお、
そのようにＫｒＦエキシマレーザ光源１のパルス発光に
同期してレチクルステージ２５、及びウエハ側のＸＹス
テージ３７を駆動する露光方法は、例えば特開平６−１
３２１９１号公報に開示されている。
露光量制御系３１を介してＫｒＦエキシマレーザ光源１
のパルス発光を開始すると共に、レーザ干渉計２８及び
４０の計測値に基づいて、レチクルステージ２５を−Ｙ
方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度ＶＲで走査するのと同
期して、ウエハ側のＸＹステージ３７を＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査す
る。更に、主制御装置２９では、フォーカス信号処理系
４９から供給される露光領域３３及び先読み領域に対応
する複数のフォーカス信号に基づいて、所定周期で上述
のように制御対象の焦点位置Ｚ3 、及び傾斜角θY3，θ
X3を逐次算出し、ウエハステージ駆動系４１を介して支
点３６Ａ〜３６Ｃを駆動することによって、その焦点位
置Ｚ3 が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点位置に収束
するようにオートフォーカス方式でウエハＷの焦点位置
を制御すると共に、それら傾斜角θY3，θX3が露光領域
３３の最良結像面の傾斜角に収束するようにオートレベ
リング方式でウエハＷの傾斜角を制御する。これによっ
て、ウエハＷ上の転写対象のショット領域にレチクルＲ
のパターンの像が高い解像度で逐次転写される。なお、
そのようにＫｒＦエキシマレーザ光源１のパルス発光に
同期してレチクルステージ２５、及びウエハ側のＸＹス
テージ３７を駆動する露光方法は、例えば特開平６−１
３２１９１号公報に開示されている。
【００４６】また、本例はステップ・アンド・スキャン
方式であるため、ウエハＷ上の露光領域３３の走査方向
の幅は一括露光方式に比べて狭く、且つ走査露光中に連
続的にウエハＷの合焦が行われている。そのため、仮に
ウエハＷの表面が走査方向に緩やかにうねっているよう
な場合でも、各時点でウエハＷの露光領域３３を高精度
に最良結像面に合わせ込むことができ、ウエハＷ上の転
写対象のショット領域内の各点での露光時における焦点
位置のずれの平均値、即ちフォーカス制御精度はステッ
パーのような一括露光方式（ステップ・アンド・リピー
ト方式）に比べて高くなっている。但し、予めウエハＷ
の表面のうねりが小さいことが分かっているような場合
には、一括露光方式の投影露光装置でも十分に高いフォ
ーカス制御精度を得ることができる。
方式であるため、ウエハＷ上の露光領域３３の走査方向
の幅は一括露光方式に比べて狭く、且つ走査露光中に連
続的にウエハＷの合焦が行われている。そのため、仮に
ウエハＷの表面が走査方向に緩やかにうねっているよう
な場合でも、各時点でウエハＷの露光領域３３を高精度
に最良結像面に合わせ込むことができ、ウエハＷ上の転
写対象のショット領域内の各点での露光時における焦点
位置のずれの平均値、即ちフォーカス制御精度はステッ
パーのような一括露光方式（ステップ・アンド・リピー
ト方式）に比べて高くなっている。但し、予めウエハＷ
の表面のうねりが小さいことが分かっているような場合
には、一括露光方式の投影露光装置でも十分に高いフォ
ーカス制御精度を得ることができる。
【００４７】次に、本例の投影露光装置における露光量
制御方式につき説明する。先ず、Ｚチルトθステージ３
５上のウエハホルダ３４の近傍に、受光面がウエハＷの
表面と同じ高さになるように光電変換素子よりなる照射
量モニタ３８が設置されている。ウエハＷの表面での照
明光ＩＬの照度を直接検出する際には、照射量モニタ３
８の受光面が露光領域３３内に設置され、照射量モニタ
３８の検出信号がウエハＷの各ショット領域に対する積
算露光量の制御を行う露光量制御系３１に供給される。
制御方式につき説明する。先ず、Ｚチルトθステージ３
５上のウエハホルダ３４の近傍に、受光面がウエハＷの
表面と同じ高さになるように光電変換素子よりなる照射
量モニタ３８が設置されている。ウエハＷの表面での照
明光ＩＬの照度を直接検出する際には、照射量モニタ３
８の受光面が露光領域３３内に設置され、照射量モニタ
３８の検出信号がウエハＷの各ショット領域に対する積
算露光量の制御を行う露光量制御系３１に供給される。
【００４８】但し、実際にウエハＷへの露光を行ってい
る際には、ウエハＷ上での露光量を直接には計測できな
いため、図１のσ絞りユニット１５中の所定のσ絞りを
通過した照明光ＩＬの一部を分離してその光量を検出す
ることによって、間接的にウエハＷ上での露光量を計測
している。そのため、図１のσ絞りユニット１５と第１
リレーレンズ１７との間には分割プリズム板１６が配置
されている。即ち、分割プリズム板１６は照明光学系の
瞳面近傍に配置されている。
る際には、ウエハＷ上での露光量を直接には計測できな
いため、図１のσ絞りユニット１５中の所定のσ絞りを
通過した照明光ＩＬの一部を分離してその光量を検出す
ることによって、間接的にウエハＷ上での露光量を計測
している。そのため、図１のσ絞りユニット１５と第１
リレーレンズ１７との間には分割プリズム板１６が配置
されている。即ち、分割プリズム板１６は照明光学系の
瞳面近傍に配置されている。
【００４９】図２（ａ）は分割プリズム板１６をフライ
アイレンズ１２側から見た平面図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）の右側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の分割
プリズム板１６を左右に２分割したときのＡＡ線に沿う
断面図である。図２（ａ）に示すように、分割プリズム
板１６は所定の厚さの照明光ＩＬを透過するガラス基板
よりなり、その中央部及び右端部にそれぞれ照明光ＩＬ
の一部を取り出すためのプリズム型のビームスプリッタ
５３Ａ及び５３Ｂが埋め込まれている。ビームスプリッ
タ５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ照明光ＩＬに対する透過率
が９５％で反射率が５％程度となっている。
アイレンズ１２側から見た平面図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）の右側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の分割
プリズム板１６を左右に２分割したときのＡＡ線に沿う
断面図である。図２（ａ）に示すように、分割プリズム
板１６は所定の厚さの照明光ＩＬを透過するガラス基板
よりなり、その中央部及び右端部にそれぞれ照明光ＩＬ
の一部を取り出すためのプリズム型のビームスプリッタ
５３Ａ及び５３Ｂが埋め込まれている。ビームスプリッ
タ５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ照明光ＩＬに対する透過率
が９５％で反射率が５％程度となっている。
【００５０】そして、図２（ｂ）に示すように、分割プ
リズム板１６の端部でフライアイレンズ１２側から入射
した照明光の内で、ビームスプリッタ５３Ｂによって反
射された照明光ＩＬＦは、リレーレンズ系５７Ｂを介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ５８Ｂに
入射し、インテグレータセンサ５８Ｂの出力信号が図１
の積算露光量演算部５６に供給されている。また、図１
において投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に照射され
た露光用の照明光ＩＬの内で、ウエハＷによって反射さ
れた反射光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図
２（ｂ）のビームスプリッタ５３Ｂに戻り、ビームスプ
リッタ５３Ｂで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレン
ズ系５４Ｂを介して光電変換素子よりなる反射率モニタ
５５Ｂに入射し、反射率モニタ５５Ｂの出力信号が図１
の結像特性変動量算出部５９に供給されている。この反
射率モニタ５５Ｂの出力信号より、結像特性変動量算出
部５９ではウエハＷ上での照明光ＩＬに対する反射率を
求めることができる。
リズム板１６の端部でフライアイレンズ１２側から入射
した照明光の内で、ビームスプリッタ５３Ｂによって反
射された照明光ＩＬＦは、リレーレンズ系５７Ｂを介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ５８Ｂに
入射し、インテグレータセンサ５８Ｂの出力信号が図１
の積算露光量演算部５６に供給されている。また、図１
において投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に照射され
た露光用の照明光ＩＬの内で、ウエハＷによって反射さ
れた反射光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図
２（ｂ）のビームスプリッタ５３Ｂに戻り、ビームスプ
リッタ５３Ｂで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレン
ズ系５４Ｂを介して光電変換素子よりなる反射率モニタ
５５Ｂに入射し、反射率モニタ５５Ｂの出力信号が図１
の結像特性変動量算出部５９に供給されている。この反
射率モニタ５５Ｂの出力信号より、結像特性変動量算出
部５９ではウエハＷ上での照明光ＩＬに対する反射率を
求めることができる。
【００５１】また、図２（ａ）に示すように、円板状の
分割プリズム板１６の端部において、ビームスプリッタ
５３Ｂとリレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂとの間の部分１
６ａは矩形の平板状となっており、ビームスプリッタ５
３Ｂで反射された光束が効率的にリレーレンズ系５７
Ｂ，５４Ｂに導かれるようになっている。同様に、図２
（ｃ）に示すように、分割プリズム板１６の中央部にフ
ライアイレンズ１２側から入射した照明光の内で、ビー
ムスプリッタ５３Ａによって反射された照明光ＩＬＦ
は、リレーレンズ系５７Ａを介してインテグレータセン
サ５８Ａに入射する。また、図１のウエハＷからの反射
光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図２（ｃ）
のビームスプリッタ５３Ａに戻り、ビームスプリッタ５
３Ａで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレンズ系５４
Ａを介して反射率モニタ５５Ａに入射する。そして、イ
ンテグレータセンサ５８Ａ、及び反射率モニタ５５Ａの
出力信号がそれぞれ図１の積算露光量演算部５６、及び
結像特性変動量算出部５９に供給されている。なお、図
１における分割プリズム板１６は側面図で表されている
ため、図１ではリレーレンズ系５４Ｂ，５７Ｂ、インテ
グレータセンサ５８Ｂ、及び反射率モニタ５５Ｂのみが
現れている。
分割プリズム板１６の端部において、ビームスプリッタ
５３Ｂとリレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂとの間の部分１
６ａは矩形の平板状となっており、ビームスプリッタ５
３Ｂで反射された光束が効率的にリレーレンズ系５７
Ｂ，５４Ｂに導かれるようになっている。同様に、図２
（ｃ）に示すように、分割プリズム板１６の中央部にフ
ライアイレンズ１２側から入射した照明光の内で、ビー
ムスプリッタ５３Ａによって反射された照明光ＩＬＦ
は、リレーレンズ系５７Ａを介してインテグレータセン
サ５８Ａに入射する。また、図１のウエハＷからの反射
光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図２（ｃ）
のビームスプリッタ５３Ａに戻り、ビームスプリッタ５
３Ａで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレンズ系５４
Ａを介して反射率モニタ５５Ａに入射する。そして、イ
ンテグレータセンサ５８Ａ、及び反射率モニタ５５Ａの
出力信号がそれぞれ図１の積算露光量演算部５６、及び
結像特性変動量算出部５９に供給されている。なお、図
１における分割プリズム板１６は側面図で表されている
ため、図１ではリレーレンズ系５４Ｂ，５７Ｂ、インテ
グレータセンサ５８Ｂ、及び反射率モニタ５５Ｂのみが
現れている。
【００５２】本例ではこのように分割プリズム板１６中
の中央部及び端部の２箇所にビームスプリッタ５３Ａ，
５３Ｂを配置しているため、例えば中央の領域６０Ａ内
を通過する照明光を用いてコヒーレンスファクタ（σ
値）の小さい照明を行うときには、中央部のビームスプ
リッタ５３Ａでの反射光を使用し、周辺の輪帯状の領域
６０Ｂを通過する照明光を用いて輪帯照明を行うときに
は、端部のビームスプリッタ５３Ｂでの反射光を使用す
るものとする。このように２箇所に配置されたビームス
プリッタを使い分けることによって、σ値の小さい照明
法、又は輪帯照明法の何れでも正確に照明光の計測を行
うことができる。
の中央部及び端部の２箇所にビームスプリッタ５３Ａ，
５３Ｂを配置しているため、例えば中央の領域６０Ａ内
を通過する照明光を用いてコヒーレンスファクタ（σ
値）の小さい照明を行うときには、中央部のビームスプ
リッタ５３Ａでの反射光を使用し、周辺の輪帯状の領域
６０Ｂを通過する照明光を用いて輪帯照明を行うときに
は、端部のビームスプリッタ５３Ｂでの反射光を使用す
るものとする。このように２箇所に配置されたビームス
プリッタを使い分けることによって、σ値の小さい照明
法、又は輪帯照明法の何れでも正確に照明光の計測を行
うことができる。
【００５３】また、例えば光軸から偏心した４つの開口
からなるσ絞りを用いる変形照明を行う場合には、分割
プリズム板１６中でそれら４つの開口の１つからの照明
光の光路上に別のビームスプリッタを配置し、このビー
ムスプリッタで反射された光束を受光するためのリレー
レンズ系及び光電変換素子を設けるようにしてもよい。
これによって、全ての照明条件において確実にフライア
イレンズ１２又は１３からの照明光、及びウエハからの
反射光を検出することができる。
からなるσ絞りを用いる変形照明を行う場合には、分割
プリズム板１６中でそれら４つの開口の１つからの照明
光の光路上に別のビームスプリッタを配置し、このビー
ムスプリッタで反射された光束を受光するためのリレー
レンズ系及び光電変換素子を設けるようにしてもよい。
これによって、全ての照明条件において確実にフライア
イレンズ１２又は１３からの照明光、及びウエハからの
反射光を検出することができる。
【００５４】図１に戻り、本例の分割プリズム板１６
は、一部にビームスプリッタ５３Ａ，５３Ｂを配置した
ものであるため、極めて薄くできている。これに対して
従来は、例えばσ絞りの直後に光軸に対してほぼ４５°
の傾斜角で大きな１枚のビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタの反射光を検出していたため、この
ビームスプリッタを配置するために広い空間を必要とし
ていた。本例によれば、薄い分割プリズム板１６を配置
するのみでよいため、照明光学系が小型化できると共
に、照明光学系の設計が容易になっている。
は、一部にビームスプリッタ５３Ａ，５３Ｂを配置した
ものであるため、極めて薄くできている。これに対して
従来は、例えばσ絞りの直後に光軸に対してほぼ４５°
の傾斜角で大きな１枚のビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタの反射光を検出していたため、この
ビームスプリッタを配置するために広い空間を必要とし
ていた。本例によれば、薄い分割プリズム板１６を配置
するのみでよいため、照明光学系が小型化できると共
に、照明光学系の設計が容易になっている。
【００５５】この場合、本例では、予め照射量モニタ３
８の出力信号とインテグレータセンサ５８Ａ，５８Ｂの
出力信号とを比較することによって、インテグレータセ
ンサ５８Ａ，５８Ｂの出力信号よりウエハＷ上での露光
量を求めるための変換係数が求められ、この変換係数が
露光量制御系３１内に記憶されている。そして、走査露
光時に照明光ＩＬのパルス発光が開始されると、積算露
光量演算部５６では、ウエハＷ上の各点に対する露光パ
ルス数をＮとして、インテグレータセンサ５８Ｂ（又は
５８Ａ）からの出力信号をそれまでのＮパルス分ずつ積
算して得られる積算信号を逐次露光量制御系３１に供給
する。露光量制御系３１では、その積算信号に上述の変
換係数を乗じてウエハＷ上の各点での積算露光量を求
め、この積算露光量が目標値に収束されるように露光量
を制御する。
８の出力信号とインテグレータセンサ５８Ａ，５８Ｂの
出力信号とを比較することによって、インテグレータセ
ンサ５８Ａ，５８Ｂの出力信号よりウエハＷ上での露光
量を求めるための変換係数が求められ、この変換係数が
露光量制御系３１内に記憶されている。そして、走査露
光時に照明光ＩＬのパルス発光が開始されると、積算露
光量演算部５６では、ウエハＷ上の各点に対する露光パ
ルス数をＮとして、インテグレータセンサ５８Ｂ（又は
５８Ａ）からの出力信号をそれまでのＮパルス分ずつ積
算して得られる積算信号を逐次露光量制御系３１に供給
する。露光量制御系３１では、その積算信号に上述の変
換係数を乗じてウエハＷ上の各点での積算露光量を求
め、この積算露光量が目標値に収束されるように露光量
を制御する。
【００５６】本例ではウエハＷ上のフォトレジスト層が
薄い場合があるが、このようにレジスト厚が薄いと、そ
の積算露光量の目標値は従来例よりも少なくなる。この
ように積算露光量の目標値が低いときには、走査露光方
式では例えば先ずステージ系の走査速度を速くすること
によって、ウエハＷ上の各点に対する露光時間を短縮す
る。しかしながら、ステージ系の走査速度には上限があ
るため、ステージ系の走査速度が上限に達したときには
照明光ＩＬの照度を低下させる必要がある。このように
照明光ＩＬの照度を低くするために、露光量制御系３１
は図１の減光ユニット２での減光率の制御を行う。ま
た、ウエハ上の各点に対する露光パルス数を所定の値に
設定するため、又はウエハ上の各ショット領域への露光
中のＫｒＦエキシマレーザ光源１の出力変動等に対応す
るためにも、減光ユニット２での減光率の制御を行う場
合がある。
薄い場合があるが、このようにレジスト厚が薄いと、そ
の積算露光量の目標値は従来例よりも少なくなる。この
ように積算露光量の目標値が低いときには、走査露光方
式では例えば先ずステージ系の走査速度を速くすること
によって、ウエハＷ上の各点に対する露光時間を短縮す
る。しかしながら、ステージ系の走査速度には上限があ
るため、ステージ系の走査速度が上限に達したときには
照明光ＩＬの照度を低下させる必要がある。このように
照明光ＩＬの照度を低くするために、露光量制御系３１
は図１の減光ユニット２での減光率の制御を行う。ま
た、ウエハ上の各点に対する露光パルス数を所定の値に
設定するため、又はウエハ上の各ショット領域への露光
中のＫｒＦエキシマレーザ光源１の出力変動等に対応す
るためにも、減光ユニット２での減光率の制御を行う場
合がある。
【００５７】図３は、本例の減光ユニット２の概略構成
を示し、この図３において、照明光ＩＬの光路上に対称
な傾斜角δで傾斜して２枚のガラス板６１Ａ及び６１Ｂ
が設置され、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光をそ
れぞれ遮光するための遮光板６２Ａ及び６２Ｂが配置さ
れている。それらガラス板６１Ａ及び６１Ｂは、不図示
の駆動装置によって対称に傾斜した状態を維持して傾斜
角δが可変となっている。この場合、その傾斜角δが変
化すると、照明光ＩＬに対するガラス板６１Ａ及び６１
Ｂでの透過率（＝１−減光率）が変化することを利用し
て、その傾斜角δを制御することによってその照明光Ｉ
Ｌに対する所望の減光率を得ている。このように２枚の
ガラス板６１Ａ，６１Ｂを対称に傾斜させているため、
照明光ＩＬの光路は、減光ユニット２への入射時と射出
時とで横ずれしないため、減光率を切り換えた場合でも
他の光学系の調整を要しない。更に、遮光板６２Ａ及び
６２Ｂによって、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光
が減光ユニット２の外に漏れないようになっている。
を示し、この図３において、照明光ＩＬの光路上に対称
な傾斜角δで傾斜して２枚のガラス板６１Ａ及び６１Ｂ
が設置され、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光をそ
れぞれ遮光するための遮光板６２Ａ及び６２Ｂが配置さ
れている。それらガラス板６１Ａ及び６１Ｂは、不図示
の駆動装置によって対称に傾斜した状態を維持して傾斜
角δが可変となっている。この場合、その傾斜角δが変
化すると、照明光ＩＬに対するガラス板６１Ａ及び６１
Ｂでの透過率（＝１−減光率）が変化することを利用し
て、その傾斜角δを制御することによってその照明光Ｉ
Ｌに対する所望の減光率を得ている。このように２枚の
ガラス板６１Ａ，６１Ｂを対称に傾斜させているため、
照明光ＩＬの光路は、減光ユニット２への入射時と射出
時とで横ずれしないため、減光率を切り換えた場合でも
他の光学系の調整を要しない。更に、遮光板６２Ａ及び
６２Ｂによって、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光
が減光ユニット２の外に漏れないようになっている。
【００５８】図３の減光ユニット２では照明光ＩＬに対
する減光率を所定範囲で連続的に切り換えることができ
るが、更に照明光ＩＬに対する減光率を大まかに複数段
階で切り換えたい場合には、その減光ユニット２の前後
に例えば円板上に透過率の異なる複数のＮＤフィルタを
配置してなるエネルギー粗調ユニットを配置してもよ
い。この場合、その円板を回転することによって、照明
光ＩＬに対する減光率を大まかに切り換えることがで
き、このエネルギー粗調ユニットと図３の減光ユニット
２とを組み合わせることによって、照明光ＩＬに対する
減光率を広い範囲で連続的に切り換えることができる。
する減光率を所定範囲で連続的に切り換えることができ
るが、更に照明光ＩＬに対する減光率を大まかに複数段
階で切り換えたい場合には、その減光ユニット２の前後
に例えば円板上に透過率の異なる複数のＮＤフィルタを
配置してなるエネルギー粗調ユニットを配置してもよ
い。この場合、その円板を回転することによって、照明
光ＩＬに対する減光率を大まかに切り換えることがで
き、このエネルギー粗調ユニットと図３の減光ユニット
２とを組み合わせることによって、照明光ＩＬに対する
減光率を広い範囲で連続的に切り換えることができる。
【００５９】次に、本例の投影露光装置に設けられてい
る投影光学系ＰＬの結像特性の補正機構につき説明す
る。即ち、パルス発光される照明光ＩＬの照射によっ
て、投影光学系ＰＬは次第に加熱され、更にウエハＷか
らの戻り光の内で投影光学系ＰＬを再透過する光束によ
っても投影光学系ＰＬは加熱されて、投影倍率βや最良
結像面の位置等の結像特性が変化する。また、大気圧や
環境温度の変化によっても投影光学系ＰＬの結像特性が
変化する。その結像特性の変化を補正するため、本例で
は図１の結像特性変動量算出部５９に対して、主制御装
置２９より照明光ＩＬの照度及びこれまでの露光時間等
の情報を供給する。更に、図２を参照して説明したよう
に結像特性変動量算出部５９には、ウエハＷからの反射
光の一部を光電変換した信号である、反射率モニタ５５
Ｂ及び５５Ａの出力信号も供給されている。また、結像
特性変動量算出部５９には不図示の大気圧及び温度セン
サからの計測値も供給されている。
る投影光学系ＰＬの結像特性の補正機構につき説明す
る。即ち、パルス発光される照明光ＩＬの照射によっ
て、投影光学系ＰＬは次第に加熱され、更にウエハＷか
らの戻り光の内で投影光学系ＰＬを再透過する光束によ
っても投影光学系ＰＬは加熱されて、投影倍率βや最良
結像面の位置等の結像特性が変化する。また、大気圧や
環境温度の変化によっても投影光学系ＰＬの結像特性が
変化する。その結像特性の変化を補正するため、本例で
は図１の結像特性変動量算出部５９に対して、主制御装
置２９より照明光ＩＬの照度及びこれまでの露光時間等
の情報を供給する。更に、図２を参照して説明したよう
に結像特性変動量算出部５９には、ウエハＷからの反射
光の一部を光電変換した信号である、反射率モニタ５５
Ｂ及び５５Ａの出力信号も供給されている。また、結像
特性変動量算出部５９には不図示の大気圧及び温度セン
サからの計測値も供給されている。
【００６０】結像特性変動量算出部５９では、反射率モ
ニタ５５Ｂ，５５Ａの出力信号の積分値、及びその他の
情報に基づいて投影光学系ＰＬの投影倍率βの変化量、
像面湾曲の変化量、最良結像面の焦点位置やその傾斜角
の変化量を予測し、これらの予測結果を主制御装置２９
に知らせる。また、投影光学系ＰＬにはその一部のレン
ズエレメントを光軸ＡＸ方向に駆動すると共に、その光
軸ＡＸに垂直な平面に対して傾斜させるレンズ駆動機構
４４が設けられ、主制御装置２９がレンズ駆動制御系４
５を介してそのレンズ駆動機構４４の動作を制御できる
ように構成されている。
ニタ５５Ｂ，５５Ａの出力信号の積分値、及びその他の
情報に基づいて投影光学系ＰＬの投影倍率βの変化量、
像面湾曲の変化量、最良結像面の焦点位置やその傾斜角
の変化量を予測し、これらの予測結果を主制御装置２９
に知らせる。また、投影光学系ＰＬにはその一部のレン
ズエレメントを光軸ＡＸ方向に駆動すると共に、その光
軸ＡＸに垂直な平面に対して傾斜させるレンズ駆動機構
４４が設けられ、主制御装置２９がレンズ駆動制御系４
５を介してそのレンズ駆動機構４４の動作を制御できる
ように構成されている。
【００６１】そして、結像特性変動量算出部５９から結
像特性の変化量の予測値が主制御装置２９に供給される
と、主制御装置２９では、先ず投影倍率βの変化量や像
面湾曲の変化量を補正するために、レンズ駆動機構４４
を介して投影光学系ＰＬの一部のレンズエレメントを駆
動する。更に、最良結像面の焦点位置及び傾斜角の変化
量に合わせるように、主制御装置２９では、ウエハステ
ージ駆動系４１を介して支点３６Ａ〜３６Ｃを駆動する
ことによって、Ｚチルトθステージ３５（ウエハＷ）の
高さ及び傾斜角を補正する。これによって、投影光学系
ＰＬの結像特性が変化しても、ウエハＷの表面が投影光
学系ＰＬの最良結像面に合致した状態が維持される。
像特性の変化量の予測値が主制御装置２９に供給される
と、主制御装置２９では、先ず投影倍率βの変化量や像
面湾曲の変化量を補正するために、レンズ駆動機構４４
を介して投影光学系ＰＬの一部のレンズエレメントを駆
動する。更に、最良結像面の焦点位置及び傾斜角の変化
量に合わせるように、主制御装置２９では、ウエハステ
ージ駆動系４１を介して支点３６Ａ〜３６Ｃを駆動する
ことによって、Ｚチルトθステージ３５（ウエハＷ）の
高さ及び傾斜角を補正する。これによって、投影光学系
ＰＬの結像特性が変化しても、ウエハＷの表面が投影光
学系ＰＬの最良結像面に合致した状態が維持される。
【００６２】次に、本例の照明光学系につき説明する。
本例の照明光学系は、σ絞りの開口が円形の通常の照明
法と、変形照明法の一例の輪帯照明法とを切り換えられ
るように構成されている。そのため、図１の２段目のフ
ライアイレンズとしては、通常のフライアイレンズ１２
と輪帯照明用のフライアイレンズ１３とが交換自在に設
けられている。この輪帯照明用のフライアイレンズ１３
は、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定
し、且つ輪帯照明を行う場合に使用される。
本例の照明光学系は、σ絞りの開口が円形の通常の照明
法と、変形照明法の一例の輪帯照明法とを切り換えられ
るように構成されている。そのため、図１の２段目のフ
ライアイレンズとしては、通常のフライアイレンズ１２
と輪帯照明用のフライアイレンズ１３とが交換自在に設
けられている。この輪帯照明用のフライアイレンズ１３
は、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定
し、且つ輪帯照明を行う場合に使用される。
【００６３】図４（ａ）は、その輪帯照明用のフライア
イレンズ１３の側面図、図４（ｂ）はフライアイレンズ
１３の平面図であり、図４（ｂ）に示すように、フライ
アイレンズ１３は、断面形状が十字型の金属部材６３の
周囲に断面形状が矩形のレンズエレメントを束ねたもの
である。この場合、フライアイレンズ１３の射出面には
図７のσ絞りユニット１５中の輪帯のσ絞り７５Ｃ，７
５Ｄの何れかが配置されるが、図４（ｂ）のフライアイ
レンズ１３のレンズエレメント部を通過する最大の断面
積を有する輪帯状の光束をＩＬＣとすると、それらのσ
絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口はその光束ＩＬＣ内に収まる
ように構成されている。従って、フライアイレンズ１３
の十字型の部分を金属部材とし、レンズエレメントの個
数を少なくすることで製造コストを下げることができる
と共に、σ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の全面を照明でき
る利点がある。
イレンズ１３の側面図、図４（ｂ）はフライアイレンズ
１３の平面図であり、図４（ｂ）に示すように、フライ
アイレンズ１３は、断面形状が十字型の金属部材６３の
周囲に断面形状が矩形のレンズエレメントを束ねたもの
である。この場合、フライアイレンズ１３の射出面には
図７のσ絞りユニット１５中の輪帯のσ絞り７５Ｃ，７
５Ｄの何れかが配置されるが、図４（ｂ）のフライアイ
レンズ１３のレンズエレメント部を通過する最大の断面
積を有する輪帯状の光束をＩＬＣとすると、それらのσ
絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口はその光束ＩＬＣ内に収まる
ように構成されている。従って、フライアイレンズ１３
の十字型の部分を金属部材とし、レンズエレメントの個
数を少なくすることで製造コストを下げることができる
と共に、σ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の全面を照明でき
る利点がある。
【００６４】また、そのように輪帯照明用のフライアイ
レンズ１３を使用する際には、フライアイレンズ１３の
入射面での照明光ＩＬの分布を輪帯状とした方が照明効
率が良い。そこで、輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を使用する際には、図１の照明系制御系３２は交換装置
８を介して、偏向ミラー４と照度分布補正板９との間に
輪帯照明用のインプット光学系５Ｂを配置する。
レンズ１３を使用する際には、フライアイレンズ１３の
入射面での照明光ＩＬの分布を輪帯状とした方が照明効
率が良い。そこで、輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を使用する際には、図１の照明系制御系３２は交換装置
８を介して、偏向ミラー４と照度分布補正板９との間に
輪帯照明用のインプット光学系５Ｂを配置する。
【００６５】図５はそのインプット光学系５Ｂを示し、
この図５において、図１の偏向ミラー４からの照明光Ｉ
Ｌは直線偏光であるとする。その照明光ＩＬはレンズ６
４によってほぼ平行光束となった後、１／４波長板６５
により円偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ６６に
入射し、偏光ビームスプリッタ６６においてＰ偏光成分
ＩＬＰとＳ偏光成分ＩＬＳとに分割される。なお、図１
において、インプット光学系５Ａ内にも１／４波長板
（不図示）が配置され、フライアイレンズ７に入射する
照明光ＩＬは円偏光に変換されている。
この図５において、図１の偏向ミラー４からの照明光Ｉ
Ｌは直線偏光であるとする。その照明光ＩＬはレンズ６
４によってほぼ平行光束となった後、１／４波長板６５
により円偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ６６に
入射し、偏光ビームスプリッタ６６においてＰ偏光成分
ＩＬＰとＳ偏光成分ＩＬＳとに分割される。なお、図１
において、インプット光学系５Ａ内にも１／４波長板
（不図示）が配置され、フライアイレンズ７に入射する
照明光ＩＬは円偏光に変換されている。
【００６６】図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の各部におけ
る照明光の断面の照度分布を示し、図６（ａ）〜（ｄ）
の横軸は照明光学系の光軸ＡＸを基準としたその光軸Ａ
Ｘに垂直な方向の位置ｒを示し、縦軸はその位置ｒでの
照度を示している。先ず、図５の偏光ビームスプリッタ
６６に入射する照明光ＩＬの照度分布ＥIN（ｒ）は、図
６（ａ）に示すように光軸ＡＸを中心とした正規分布と
なっている。その照度分布ＥIN（ｒ）は、所定の比例係
数を除いて偏光ビームスプリッタ６６で分離された直後
のＰ偏光成分ＩＬＰ及びＳ偏光成分ＩＬＳの照度分布で
もある。
る照明光の断面の照度分布を示し、図６（ａ）〜（ｄ）
の横軸は照明光学系の光軸ＡＸを基準としたその光軸Ａ
Ｘに垂直な方向の位置ｒを示し、縦軸はその位置ｒでの
照度を示している。先ず、図５の偏光ビームスプリッタ
６６に入射する照明光ＩＬの照度分布ＥIN（ｒ）は、図
６（ａ）に示すように光軸ＡＸを中心とした正規分布と
なっている。その照度分布ＥIN（ｒ）は、所定の比例係
数を除いて偏光ビームスプリッタ６６で分離された直後
のＰ偏光成分ＩＬＰ及びＳ偏光成分ＩＬＳの照度分布で
もある。
【００６７】図５において、偏光ビームスプリッタ６６
を透過したＰ偏光成分ＩＬＰは、円柱の上下の部分７１
ａ，７１ｂを円錐状に加工した形状の光学部材７１を透
過する。この光学部材７１によって、Ｐ偏光成分ＩＬＰ
の照度分布はそのほぼ中心で分離され、且つ内側と外側
とが反転して再び平行光となるため、光学部材７１から
射出された直後のＰ偏光成分ＩＬＰの照度分布Ｅ２
（ｒ）は、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の分布
を光軸ＡＸを中心として反転して広げたような分布とな
る。
を透過したＰ偏光成分ＩＬＰは、円柱の上下の部分７１
ａ，７１ｂを円錐状に加工した形状の光学部材７１を透
過する。この光学部材７１によって、Ｐ偏光成分ＩＬＰ
の照度分布はそのほぼ中心で分離され、且つ内側と外側
とが反転して再び平行光となるため、光学部材７１から
射出された直後のＰ偏光成分ＩＬＰの照度分布Ｅ２
（ｒ）は、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の分布
を光軸ＡＸを中心として反転して広げたような分布とな
る。
【００６８】一方、図５の偏光ビームスプリッタ６６で
反射されたＳ偏光成分ＩＬＳは、ミラー６７で反射され
て、円柱の上方の部分６８ａを円錐状に切り取り、下方
の部分６８ｂを円錐状に加工した形状の光学部材６８を
透過する。この光学部材６８によって、Ｓ偏光成分ＩＬ
Ｓの照度分布はそのほぼ中心で分離されて再び平行光と
なるため、光学部材６８から射出された直後のＳ偏光成
分ＩＬＳの照度分布Ｅ１（ｒ）は、図６（ｂ）に示すよ
うに、図６（ａ）の分布を光軸ＡＸを中心として広げた
ような分布となる。
反射されたＳ偏光成分ＩＬＳは、ミラー６７で反射され
て、円柱の上方の部分６８ａを円錐状に切り取り、下方
の部分６８ｂを円錐状に加工した形状の光学部材６８を
透過する。この光学部材６８によって、Ｓ偏光成分ＩＬ
Ｓの照度分布はそのほぼ中心で分離されて再び平行光と
なるため、光学部材６８から射出された直後のＳ偏光成
分ＩＬＳの照度分布Ｅ１（ｒ）は、図６（ｂ）に示すよ
うに、図６（ａ）の分布を光軸ＡＸを中心として広げた
ような分布となる。
【００６９】そして、光学部材７１から射出されたＰ偏
光成分ＩＬＰは、１／２波長板７２によってＳ偏光に変
換された後、ミラー７３で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ７０に入射して反射される。一方、光学部材６８か
ら射出されたＳ偏光成分ＩＬＳは、１／２波長板６９に
よってＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ７
０を透過し、偏光ビームスプリッタ７０からは光学部材
６８及び７１から射出された偏光成分を合成した光束が
射出され、この光束は１／４波長板７４を介して円偏光
の照明光ＩＬ’に変換されて、この照明光ＩＬ’が図１
の照度分布補正板９に入射する。このように合成された
照明光ＩＬ’の照度分布ＥOUT(ｒ）は、図６（ｄ）に示
すように平坦な輪帯状となっている。即ち、本例のイン
プット光学系５Ｂによって、図１の１段目のフライアイ
レンズ７を使用する場合と同様に照度分布の均一化が行
われている。更に、本例では照明光ＩＬ’の断面形状が
輪帯状に整形されているため、輪帯照明を行う場合に照
明光の利用効率が高くなっている。
光成分ＩＬＰは、１／２波長板７２によってＳ偏光に変
換された後、ミラー７３で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ７０に入射して反射される。一方、光学部材６８か
ら射出されたＳ偏光成分ＩＬＳは、１／２波長板６９に
よってＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ７
０を透過し、偏光ビームスプリッタ７０からは光学部材
６８及び７１から射出された偏光成分を合成した光束が
射出され、この光束は１／４波長板７４を介して円偏光
の照明光ＩＬ’に変換されて、この照明光ＩＬ’が図１
の照度分布補正板９に入射する。このように合成された
照明光ＩＬ’の照度分布ＥOUT(ｒ）は、図６（ｄ）に示
すように平坦な輪帯状となっている。即ち、本例のイン
プット光学系５Ｂによって、図１の１段目のフライアイ
レンズ７を使用する場合と同様に照度分布の均一化が行
われている。更に、本例では照明光ＩＬ’の断面形状が
輪帯状に整形されているため、輪帯照明を行う場合に照
明光の利用効率が高くなっている。
【００７０】また、不図示であるが、図５の偏光ビーム
スプリッタ７０の射出面にはリレーレンズが配置され、
このリレーレンズと図１のリレーレンズ１０とによっ
て、偏光ビームスプリッタ７０の射出面と図４の輪帯照
明用のフライアイレンズ１３の入射面とがほぼ共役とな
っている。そして、図５の照明光ＩＬ’の図４（ｂ）の
フライアイレンズ１３の入射面での断面形状は、ほぼフ
ライアイレンズ１３を通過する最大断面積の輪帯状の光
束ＩＬＣを僅かに広げた形状となっている。これによっ
て輪帯照明を行う場合の、照明光の損失が小さくなって
いる。
スプリッタ７０の射出面にはリレーレンズが配置され、
このリレーレンズと図１のリレーレンズ１０とによっ
て、偏光ビームスプリッタ７０の射出面と図４の輪帯照
明用のフライアイレンズ１３の入射面とがほぼ共役とな
っている。そして、図５の照明光ＩＬ’の図４（ｂ）の
フライアイレンズ１３の入射面での断面形状は、ほぼフ
ライアイレンズ１３を通過する最大断面積の輪帯状の光
束ＩＬＣを僅かに広げた形状となっている。これによっ
て輪帯照明を行う場合の、照明光の損失が小さくなって
いる。
【００７１】次に、既に説明したように図１において、
本例ではσ絞りユニット１５を回転することによって照
明系の開口絞り（σ絞り）を切り換えており、そのσ絞
りは図７（ａ）に示す４種類のσ絞り７５Ａ〜７５Ｄ中
から選択される。図７（ａ）において、大きなσ値（コ
ヒーレンスファクタ）用のσ絞り７５Ａの開口の半径を
ｒα、小さいσ値用のσ絞り７５Ｂの開口の半径をｒα
１、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃの輪帯状開口の外
半径及び内半径をそれぞれｒβ及びｒβ２として、第２
の輪帯照明用のσ絞り７５Ｄの輪帯状開口の外半径及び
内半径をそれぞれｒβ及びｒβ１とする。
本例ではσ絞りユニット１５を回転することによって照
明系の開口絞り（σ絞り）を切り換えており、そのσ絞
りは図７（ａ）に示す４種類のσ絞り７５Ａ〜７５Ｄ中
から選択される。図７（ａ）において、大きなσ値（コ
ヒーレンスファクタ）用のσ絞り７５Ａの開口の半径を
ｒα、小さいσ値用のσ絞り７５Ｂの開口の半径をｒα
１、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃの輪帯状開口の外
半径及び内半径をそれぞれｒβ及びｒβ２として、第２
の輪帯照明用のσ絞り７５Ｄの輪帯状開口の外半径及び
内半径をそれぞれｒβ及びｒβ１とする。
【００７２】そして、本例では基本的に図１の投影光学
系ＰＬの開口数ＮＡが０．５〜０．６の範囲では輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用し、開口数ＮＡが
０．６８〜０．８の範囲では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用する。また、照明光学系のσ値は、通常は
０．６〜０．８に設定し、コンタクトホールパターンを
転写する際には例えば０．３〜０．４程度に小さく設定
する。そのため、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いる
と、開口数ＮＡが０．６以下のときに使用される輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の外半径ｒβは、開
口数を単位として、次のように設定される。
系ＰＬの開口数ＮＡが０．５〜０．６の範囲では輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用し、開口数ＮＡが
０．６８〜０．８の範囲では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用する。また、照明光学系のσ値は、通常は
０．６〜０．８に設定し、コンタクトホールパターンを
転写する際には例えば０．３〜０．４程度に小さく設定
する。そのため、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いる
と、開口数ＮＡが０．６以下のときに使用される輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の外半径ｒβは、開
口数を単位として、次のように設定される。
【００７３】 β・０．６×０．６≦ｒβ＜β・０．８×０．６ （１１） また、σ絞り７５Ｄ（２／３輪帯）の開口の内半径ｒβ
１は（２／３）ｒβに設定され、σ絞り７５Ｃ（１／２
輪帯）の開口の内半径ｒβ２は（１／２）ｒβに設定さ
れている。そして、輪帯状のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの使
い分けについては、例えば転写対象のレチクルを用いて
予めテストプリントを行ってレジストパターンの解像度
を測定し、より高い解像度が得られる方のσ絞りを使用
するようにしてもよい。
１は（２／３）ｒβに設定され、σ絞り７５Ｃ（１／２
輪帯）の開口の内半径ｒβ２は（１／２）ｒβに設定さ
れている。そして、輪帯状のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの使
い分けについては、例えば転写対象のレチクルを用いて
予めテストプリントを行ってレジストパターンの解像度
を測定し、より高い解像度が得られる方のσ絞りを使用
するようにしてもよい。
【００７４】一方、開口数ＮＡが０．６８以上で使用さ
れるσ絞り７５Ａの半径ｒαは、開口数を単位として次
のように設定される。なお、開口数０．６８の代わり
に、近似的な開口数０．７を使用している。 β・０．６×０．７≦ｒα＜β・０．８×０．７ （１２） 更に、図７（ｂ）に示すように、輪帯照明用の開口の半
径ｒβは、大きなσ値用の開口の半径ｒαに比べて小さ
くなるように、例えば０．６／０．７分の１程度となる
ように設定されている。また、小さいσ値用のσ絞り７
５Ｂの半径ｒα１はその半径ｒαの１／２程度に設定さ
れており、コンタクトホールパターンを転写する際には
そのσ絞り７５Ｂが使用される。
れるσ絞り７５Ａの半径ｒαは、開口数を単位として次
のように設定される。なお、開口数０．６８の代わり
に、近似的な開口数０．７を使用している。 β・０．６×０．７≦ｒα＜β・０．８×０．７ （１２） 更に、図７（ｂ）に示すように、輪帯照明用の開口の半
径ｒβは、大きなσ値用の開口の半径ｒαに比べて小さ
くなるように、例えば０．６／０．７分の１程度となる
ように設定されている。また、小さいσ値用のσ絞り７
５Ｂの半径ｒα１はその半径ｒαの１／２程度に設定さ
れており、コンタクトホールパターンを転写する際には
そのσ絞り７５Ｂが使用される。
【００７５】図１に戻り、本例の投影露光装置では、主
制御装置２９によって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが
０．５〜０．６に設定されると、照明系制御系３２は交
換装置１４を介して輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を選択すると共に、σ絞りユニット１５を駆動して輪帯
照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの何れかをそのフライア
イレンズ１３の射出面に設定する。更に、照明系制御系
３２は交換装置８を介してインプット光学系５Ｂを選択
する。
制御装置２９によって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが
０．５〜０．６に設定されると、照明系制御系３２は交
換装置１４を介して輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を選択すると共に、σ絞りユニット１５を駆動して輪帯
照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの何れかをそのフライア
イレンズ１３の射出面に設定する。更に、照明系制御系
３２は交換装置８を介してインプット光学系５Ｂを選択
する。
【００７６】また、主制御装置２９が投影光学系ＰＬの
開口数ＮＡを０．６８〜０．８に設定したときには、照
明系制御系３２によって、通常のフライアイレンズ１２
が選択され、円形のσ絞り７５Ａ，７５Ｂの何れかがそ
のフライアイレンズ１２の射出面に設定され、且つイン
プット光学系５Ａが選択される。これによって、常に最
適なσ値のもとで、且つ照明光ＩＬの利用効率を低下さ
せることなくレチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写
される。
開口数ＮＡを０．６８〜０．８に設定したときには、照
明系制御系３２によって、通常のフライアイレンズ１２
が選択され、円形のσ絞り７５Ａ，７５Ｂの何れかがそ
のフライアイレンズ１２の射出面に設定され、且つイン
プット光学系５Ａが選択される。これによって、常に最
適なσ値のもとで、且つ照明光ＩＬの利用効率を低下さ
せることなくレチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写
される。
【００７７】次に、本例の投影露光装置でレチクルＲの
パターンをウエハＷ上に転写露光する際に得られる解像
度等について説明する。先ず、本例においても、投影光
学系ＰＬによる投影像の解像度Ｒは、露光用の照明光Ｉ
Ｌの波長λ、ｋファクタｋ1 、及び投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを用いて、（１）式と同じく次式で表される。
パターンをウエハＷ上に転写露光する際に得られる解像
度等について説明する。先ず、本例においても、投影光
学系ＰＬによる投影像の解像度Ｒは、露光用の照明光Ｉ
Ｌの波長λ、ｋファクタｋ1 、及び投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを用いて、（１）式と同じく次式で表される。
【００７８】Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１３） また、投影光学系ＰＬの投影像の焦点深度をＤとする
と、ｋファクタｋ2 を用いて焦点深度は（２）式で表さ
れる。更に、フォーカス制御精度ＣF 、マーク段差（下
地パターンの段差）ＤM 、レジスト厚ＴR 、運用者側で
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
用いると、本例でも（６）式と同じ次式よりなる「焦点
深度のマージンに関する条件」を満たす必要がある。
と、ｋファクタｋ2 を用いて焦点深度は（２）式で表さ
れる。更に、フォーカス制御精度ＣF 、マーク段差（下
地パターンの段差）ＤM 、レジスト厚ＴR 、運用者側で
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
用いると、本例でも（６）式と同じ次式よりなる「焦点
深度のマージンに関する条件」を満たす必要がある。
【００７９】 ＣF ＋ＤM ＋ＴR・ＫUD≦Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （１４） また、本例においても、（イ）ウエハ平坦化技術の導入
によってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ（更には０．
０５μｍ）程度以下に小さくすると共に、（ロ）フォー
カス制御技術の向上によってフォーカス制御精度ＣF を
０．４μｍ程度にしている。更に本例では、投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを大きくして焦点深度Ｄが狭くなった
場合でも、（１４）式の焦点深度のマージンに関する条
件が満たせるようにレジスト厚ＴR を０．２μｍ程度
（従来例では１μｍ以上）にまで薄くするものとする。
また、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数
ＫUDを０．７として、線幅が狭くなるのを考慮してｋフ
ァクタｋ2 を１．７とする。
によってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ（更には０．
０５μｍ）程度以下に小さくすると共に、（ロ）フォー
カス制御技術の向上によってフォーカス制御精度ＣF を
０．４μｍ程度にしている。更に本例では、投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを大きくして焦点深度Ｄが狭くなった
場合でも、（１４）式の焦点深度のマージンに関する条
件が満たせるようにレジスト厚ＴR を０．２μｍ程度
（従来例では１μｍ以上）にまで薄くするものとする。
また、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数
ＫUDを０．７として、線幅が狭くなるのを考慮してｋフ
ァクタｋ2 を１．７とする。
【００８０】これらの条件のもとで、（１４）式を満た
す開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、波長λは２４８ｎｍで
あるため、開口数ＮＡ2 は次のようになる。 ０．４＋０．１＋０．２×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．８１ （１５） 即ち、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．８１まで大き
くしても焦点深度のマージンに関する条件が満たされる
ことになる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７８と
して、この値を（１３）式に代入することによって、解
像度Ｒは次のようになる。但し、ｋファクタｋ1 を０．
５５としている。
す開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、波長λは２４８ｎｍで
あるため、開口数ＮＡ2 は次のようになる。 ０．４＋０．１＋０．２×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．８１ （１５） 即ち、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．８１まで大き
くしても焦点深度のマージンに関する条件が満たされる
ことになる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７８と
して、この値を（１３）式に代入することによって、解
像度Ｒは次のようになる。但し、ｋファクタｋ1 を０．
５５としている。
【００８１】 Ｒ＝０．５５×０．２４８／０．７８≒０．１８（μｍ） （１６） この解像度０．１８μｍは１ＧビットＤＲＡＭ相当の回
路パターンの解像度である。但し、解像度Ｒがそのよう
に小さくなると、最適化後のｋファクタｋ2 の値は更に
１．４程度に小さくなるため、（１４）式のｋファクタ
ｋ2 に１．４を代入することによって、焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たす開口数ＮＡの上限は０．７４
となる。また、余裕を見て（１３）式の開口数ＮＡとし
て０．７を代入することによって、解像度Ｒはほぼ０．
１９μｍとなる。従って、本例の投影露光装置におい
て、露光用照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光
（波長２４８ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジス
トの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系Ｐ
Ｌの開口数ＮＡを０．７〜０．７４程度に設定すること
によって、焦点深度のマージンに関する条件を満たした
上で、１ＧビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイスの回路
パターンを高精度にウエハ上に転写できることになる。
路パターンの解像度である。但し、解像度Ｒがそのよう
に小さくなると、最適化後のｋファクタｋ2 の値は更に
１．４程度に小さくなるため、（１４）式のｋファクタ
ｋ2 に１．４を代入することによって、焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たす開口数ＮＡの上限は０．７４
となる。また、余裕を見て（１３）式の開口数ＮＡとし
て０．７を代入することによって、解像度Ｒはほぼ０．
１９μｍとなる。従って、本例の投影露光装置におい
て、露光用照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光
（波長２４８ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジス
トの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系Ｐ
Ｌの開口数ＮＡを０．７〜０．７４程度に設定すること
によって、焦点深度のマージンに関する条件を満たした
上で、１ＧビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイスの回路
パターンを高精度にウエハ上に転写できることになる。
【００８２】なお、実際にはレジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ程度に設定する場合もあり、この場合に（１４）式の
焦点深度のマージンに関する条件を満たす投影光学系の
開口数ＮＡの上限は０．７程度（ｋ2 を１．７として）
となるが、余裕を見て開口数ＮＡを０．６８程度に設定
することができる。従って、レジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ以下に設定したときには、開口数ＮＡをほぼ０．６８
以上に設定しても焦点深度のマージンに関する条件を満
たすことができる。
ｍ程度に設定する場合もあり、この場合に（１４）式の
焦点深度のマージンに関する条件を満たす投影光学系の
開口数ＮＡの上限は０．７程度（ｋ2 を１．７として）
となるが、余裕を見て開口数ＮＡを０．６８程度に設定
することができる。従って、レジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ以下に設定したときには、開口数ＮＡをほぼ０．６８
以上に設定しても焦点深度のマージンに関する条件を満
たすことができる。
【００８３】また、本例において、投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを０．５〜０．６の範囲内、例えば０．５５に
設定する場合には、既に示した（９）式、（１０）式よ
り分かるようにフォトレジストの厚さを１μｍ程度とし
た場合でも、焦点深度のマージンに関する条件を満たし
た上で、２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイス
の回路パターンを転写できる。また、更に輪帯照明を行
うことによって、より確実に２５６ＭビットＤＲＡＭ相
当の解像度が得られる。即ち、本例の投影露光装置によ
れば、投影光学系の開口数の切り換えによって２世代の
半導体デバイスの回路パターンを形成することができ
る。言い換えると、本例の投影露光装置によれば、線幅
が狭いクリティカルレイヤでも、線幅が広いラフレイヤ
でも投影光学系の開口数の切り換えで対応できることに
なる。
口数ＮＡを０．５〜０．６の範囲内、例えば０．５５に
設定する場合には、既に示した（９）式、（１０）式よ
り分かるようにフォトレジストの厚さを１μｍ程度とし
た場合でも、焦点深度のマージンに関する条件を満たし
た上で、２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイス
の回路パターンを転写できる。また、更に輪帯照明を行
うことによって、より確実に２５６ＭビットＤＲＡＭ相
当の解像度が得られる。即ち、本例の投影露光装置によ
れば、投影光学系の開口数の切り換えによって２世代の
半導体デバイスの回路パターンを形成することができ
る。言い換えると、本例の投影露光装置によれば、線幅
が狭いクリティカルレイヤでも、線幅が広いラフレイヤ
でも投影光学系の開口数の切り換えで対応できることに
なる。
【００８４】これに関して、従来はウエハ平坦化工程を
加えると露光工程全体としての時間が倍程度になること
もあり、そのようにウエハ平坦化を必要とするクリティ
カルレイヤへの露光を行う投影露光装置と、それ以外の
ラフレイヤへの露光を行う投影露光装置とは別体とされ
ていた。そして、１枚のウエハに対して、所謂ミックス
・アンド・マッチ方式でレイヤによって投影露光装置を
使い分けていたため、工程管理が複雑であった。ところ
が、本例では１台の投影露光装置で１枚のウエハのほぼ
全てのレイヤに露光を行うことができるため、製造ライ
ンを単純化でき工程管理も容易になる。
加えると露光工程全体としての時間が倍程度になること
もあり、そのようにウエハ平坦化を必要とするクリティ
カルレイヤへの露光を行う投影露光装置と、それ以外の
ラフレイヤへの露光を行う投影露光装置とは別体とされ
ていた。そして、１枚のウエハに対して、所謂ミックス
・アンド・マッチ方式でレイヤによって投影露光装置を
使い分けていたため、工程管理が複雑であった。ところ
が、本例では１台の投影露光装置で１枚のウエハのほぼ
全てのレイヤに露光を行うことができるため、製造ライ
ンを単純化でき工程管理も容易になる。
【００８５】なお、上述の実施の形態では露光用照明光
としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用しているが、更に
ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する
こともできる。そこで、ＡｒＦエキシマレーザ光を使用
した場合に得られる解像度等についても評価してみる。
なお、投影光学系ＰＬ等は波長１９３ｎｍで新たに最適
化するものとする。この場合にも、ウエハ平坦化技術に
よってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ程度に小さく
し、レジスト厚ＴR を０．２μｍ程度にまで薄くし、使
用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７とする。更にフォーカス制御技術を向上させるこ
とよって、フォーカス制御精度ＣF を０．２μｍ程度に
高めるものとする。また、線幅が狭くなるのを考慮して
ｋファクタｋ 2 を１．５とする。
としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用しているが、更に
ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する
こともできる。そこで、ＡｒＦエキシマレーザ光を使用
した場合に得られる解像度等についても評価してみる。
なお、投影光学系ＰＬ等は波長１９３ｎｍで新たに最適
化するものとする。この場合にも、ウエハ平坦化技術に
よってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ程度に小さく
し、レジスト厚ＴR を０．２μｍ程度にまで薄くし、使
用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７とする。更にフォーカス制御技術を向上させるこ
とよって、フォーカス制御精度ＣF を０．２μｍ程度に
高めるものとする。また、線幅が狭くなるのを考慮して
ｋファクタｋ 2 を１．５とする。
【００８６】これらの条件のもとで、（１４）式の焦点
深度のマージンに関する条件を満たす開口数ＮＡをＮＡ
2 とすると、波長λは１９３ｎｍであるため、開口数Ｎ
Ａ2は次のようになる。 ０．２＋０．１＋０．２×０．７≦１．５×０．１９３／ＮＡ2 2 ， ＮＡ2 ≦０．８１ （１７） 即ち、この場合にも投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．
８１まで大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たされる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７３
として、この値を（１３）式に代入することによって、
解像度Ｒは次のようになる。但し、線幅を考慮してｋフ
ァクタｋ1 を０．４５としている。
深度のマージンに関する条件を満たす開口数ＮＡをＮＡ
2 とすると、波長λは１９３ｎｍであるため、開口数Ｎ
Ａ2は次のようになる。 ０．２＋０．１＋０．２×０．７≦１．５×０．１９３／ＮＡ2 2 ， ＮＡ2 ≦０．８１ （１７） 即ち、この場合にも投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．
８１まで大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たされる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７３
として、この値を（１３）式に代入することによって、
解像度Ｒは次のようになる。但し、線幅を考慮してｋフ
ァクタｋ1 を０．４５としている。
【００８７】 Ｒ＝０．４５×０．１９３／０．７３≒０．１２（μｍ） （１８） この解像度０．１２μｍは４ＧビットＤＲＡＭ相当の回
路パターンの解像度である。従って、本例の投影露光装
置において、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ
光（波長１９３ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジ
ストの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．７３程度に設定することによっ
て、焦点深度のマージンに関する条件を満たした上で、
４ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高精度にウエ
ハ上に転写できることになる。
路パターンの解像度である。従って、本例の投影露光装
置において、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ
光（波長１９３ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジ
ストの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．７３程度に設定することによっ
て、焦点深度のマージンに関する条件を満たした上で、
４ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高精度にウエ
ハ上に転写できることになる。
【００８８】また、同様にＡｒＦエキシマレーザ光を使
用する場合にも、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．５
〜０．６の範囲内に設定することによって、フォトレジ
ストの厚さを１μｍ程度とした場合でも、焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たした上で、１ＧビットＤＲＡ
Ｍ相当の半導体デバイスの回路パターンを転写できる。
この場合も、更に輪帯照明を併用することによって、よ
り確実にその１ＧビットＤＲＡＭ相当の解像度が得られ
る。即ち、１台の投影露光装置で２世代の半導体デバイ
スの回路パターンを形成することができる。
用する場合にも、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．５
〜０．６の範囲内に設定することによって、フォトレジ
ストの厚さを１μｍ程度とした場合でも、焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たした上で、１ＧビットＤＲＡ
Ｍ相当の半導体デバイスの回路パターンを転写できる。
この場合も、更に輪帯照明を併用することによって、よ
り確実にその１ＧビットＤＲＡＭ相当の解像度が得られ
る。即ち、１台の投影露光装置で２世代の半導体デバイ
スの回路パターンを形成することができる。
【００８９】更に、本例の投影露光装置において、露光
用の照明光として水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）
を使用した場合には、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを
０．７〜０．８程度に設定してレジスト厚を０．２μｍ
程度に設定することによって、焦点深度のマージンに関
する条件を満たした上で２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の
回路パターンを高精度に転写できる。一方、既に説明し
たように、開口数ＮＡを０．５〜０．６程度に設定した
場合には６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高
精度に転写できる。この際にも、輪帯照明の併用でより
確実に６４ＭビットＤＲＡＭ相当の解像度が得られる。
その結果、２世代の半導体デバイスの回路パターンを形
成できることになる。
用の照明光として水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）
を使用した場合には、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを
０．７〜０．８程度に設定してレジスト厚を０．２μｍ
程度に設定することによって、焦点深度のマージンに関
する条件を満たした上で２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の
回路パターンを高精度に転写できる。一方、既に説明し
たように、開口数ＮＡを０．５〜０．６程度に設定した
場合には６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高
精度に転写できる。この際にも、輪帯照明の併用でより
確実に６４ＭビットＤＲＡＭ相当の解像度が得られる。
その結果、２世代の半導体デバイスの回路パターンを形
成できることになる。
【００９０】なお、露光用照明光として、金属蒸気レー
ザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は他の輝線等を使用し
てもよく、これらの場合にもフォトレジストを薄くして
投影光学系の開口数を大きくすることによって、焦点深
度のマージンに関する条件を満たして解像度を高めるこ
とができる。更に、将来的に平坦化技術の進展によって
マーク段差ＤM が小さくなり、且つレジスト厚ＴR をよ
り薄くできれば、投影光学系の開口数ＮＡを０．７より
更に大きくしても（１４）式の焦点深度のマージンに関
する条件が容易に満たされるため、解像度Ｒをより高め
ることができる。
ザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は他の輝線等を使用し
てもよく、これらの場合にもフォトレジストを薄くして
投影光学系の開口数を大きくすることによって、焦点深
度のマージンに関する条件を満たして解像度を高めるこ
とができる。更に、将来的に平坦化技術の進展によって
マーク段差ＤM が小さくなり、且つレジスト厚ＴR をよ
り薄くできれば、投影光学系の開口数ＮＡを０．７より
更に大きくしても（１４）式の焦点深度のマージンに関
する条件が容易に満たされるため、解像度Ｒをより高め
ることができる。
【００９１】次に、本例では（１４）式の焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たすための１つの手法として、
上述のようにウエハ平坦化技術を使用している。このよ
うにウエハの平坦化を行うと、ウエハＷ上に形成されて
いる回路パターンの段差であるマーク段差ＤM が例えば
５０ｎｍ以下程度に小さくなり、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域に付設されているアライメント用のウエハマーク
の段差も小さくなる。そのため、本例ではそれら各ショ
ット領域のアライメントを行うためのアライメントセン
サとして、特に低段差マークの検出が可能なセンサを備
えている。
ージンに関する条件を満たすための１つの手法として、
上述のようにウエハ平坦化技術を使用している。このよ
うにウエハの平坦化を行うと、ウエハＷ上に形成されて
いる回路パターンの段差であるマーク段差ＤM が例えば
５０ｎｍ以下程度に小さくなり、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域に付設されているアライメント用のウエハマーク
の段差も小さくなる。そのため、本例ではそれら各ショ
ット領域のアライメントを行うためのアライメントセン
サとして、特に低段差マークの検出が可能なセンサを備
えている。
【００９２】図１において、投影光学系ＰＬの側面部に
は、アライメントセンサ５０が配置されている。なお、
このアライメントセンサ５０は、特開平５−２１７８３
５号公報に開示されているアライメントセンサと同様な
構成である。図８はそのアライメントセンサ５０の全体
の構成を模式的に示す斜視図であり、この図８におい
て、ウエハ上に形成された格子状のウエハマーク（不図
示）からの反射光は、ミラーＭ１で反射されて対物レン
ズＯＢＬに入射した後、ビームスプリッタＢＳ１で分割
される。ビームスプリッタＢＳ１で反射された光束は、
ミラーＭ２で反射されてアライメントセンサ５０の上段
部に配置された、撮像方式、即ちＦＩＡ（Field Image
Alignment ）方式の検出系（以下、「ＦＩＡ系」と呼
ぶ）５１Ａに入射する。一方、ビームスプリッタＢＳ１
を透過した光束は、下段部に配置された２光束干渉方
式、即ちＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）
方式の検出系（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）５１Ｂに入
射する。
は、アライメントセンサ５０が配置されている。なお、
このアライメントセンサ５０は、特開平５−２１７８３
５号公報に開示されているアライメントセンサと同様な
構成である。図８はそのアライメントセンサ５０の全体
の構成を模式的に示す斜視図であり、この図８におい
て、ウエハ上に形成された格子状のウエハマーク（不図
示）からの反射光は、ミラーＭ１で反射されて対物レン
ズＯＢＬに入射した後、ビームスプリッタＢＳ１で分割
される。ビームスプリッタＢＳ１で反射された光束は、
ミラーＭ２で反射されてアライメントセンサ５０の上段
部に配置された、撮像方式、即ちＦＩＡ（Field Image
Alignment ）方式の検出系（以下、「ＦＩＡ系」と呼
ぶ）５１Ａに入射する。一方、ビームスプリッタＢＳ１
を透過した光束は、下段部に配置された２光束干渉方
式、即ちＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）
方式の検出系（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）５１Ｂに入
射する。
【００９３】図９はＦＩＡ系５１Ａの構成を示し、この
図９において、光ファイバ１１６Ａからはウエハ上のフ
ォトレジストに対して非感光性のブロードバンド（帯域
２７０ｎｍ以上）の照明光ＡＬＡが射出され、この照明
光ＡＬＡはコンデンサレンズ１２０Ａを介して、ウエハ
用照明視野絞り１２１Ａを均一な照度で照明する。視野
絞り１２１Ａで制限された照明光はミラー１２２Ａで反
射され、レンズ系１２３Ａを経て照明系開口絞り板１６
１に入射する。照明系開口絞り板１６１には、後述のよ
うに複数種類の開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が
配置され、照明系開口絞り板１６１をスライドさせるこ
とによって所望のσ絞りを選択できるように構成されて
いる。
図９において、光ファイバ１１６Ａからはウエハ上のフ
ォトレジストに対して非感光性のブロードバンド（帯域
２７０ｎｍ以上）の照明光ＡＬＡが射出され、この照明
光ＡＬＡはコンデンサレンズ１２０Ａを介して、ウエハ
用照明視野絞り１２１Ａを均一な照度で照明する。視野
絞り１２１Ａで制限された照明光はミラー１２２Ａで反
射され、レンズ系１２３Ａを経て照明系開口絞り板１６
１に入射する。照明系開口絞り板１６１には、後述のよ
うに複数種類の開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が
配置され、照明系開口絞り板１６１をスライドさせるこ
とによって所望のσ絞りを選択できるように構成されて
いる。
【００９４】照明系開口絞り板１６１中の所定のσ絞り
を通過した照明光ＡＬＡは、ビームスプリッタＢＳ２に
入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射された照明光Ａ
ＬＡは、ミラーＭ２で反射されてビームスプリッタＢＳ
１に入射する。その後、照明光ＡＬＡは光軸ＡＸａに沿
って、対物レンズＯＢＬ、ミラーＭ１を介してウエハ上
のウエハマークを照明する。このウエハ用の照明送光路
において、視野絞り板１２１Ａはレンズ系１２３Ａと対
物レンズＯＢＬとの合成系に関してウエハと共役であ
り、ＦＩＡ系５１Ａによるウエハに対する照明領域は、
視野絞り板１２１Ａに形成された開口によって一義的に
決定される。
を通過した照明光ＡＬＡは、ビームスプリッタＢＳ２に
入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射された照明光Ａ
ＬＡは、ミラーＭ２で反射されてビームスプリッタＢＳ
１に入射する。その後、照明光ＡＬＡは光軸ＡＸａに沿
って、対物レンズＯＢＬ、ミラーＭ１を介してウエハ上
のウエハマークを照明する。このウエハ用の照明送光路
において、視野絞り板１２１Ａはレンズ系１２３Ａと対
物レンズＯＢＬとの合成系に関してウエハと共役であ
り、ＦＩＡ系５１Ａによるウエハに対する照明領域は、
視野絞り板１２１Ａに形成された開口によって一義的に
決定される。
【００９５】そして、光ファイバ１１６Ａからの照明光
ＡＬＡによって照射されたウエハからは反射光が発生
し、この反射光はミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、ビー
ムスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２を介してビームスプリ
ッタＢＳ２に入射し、その反射光の約１／２がビームス
プリッタＢＳ２を透過して検出光学系に入射する。この
検出光学系は、開口絞り板１６３、レンズ系１２４、ミ
ラー１２５、指標マークが形成された指標板１２６、撮
像用の第１リレーレンズ系１２７、ミラー１２８、干渉
フィルタ１２９、第２リレーレンズ系１３１、及びビー
ムスプリッタＢＳ３より構成されている。開口絞り板１
６３にも複数種類の開口絞りが配置され、開口絞り板１
６３をスライドさせることによって所望の開口絞りを選
択できるように構成されている。
ＡＬＡによって照射されたウエハからは反射光が発生
し、この反射光はミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、ビー
ムスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２を介してビームスプリ
ッタＢＳ２に入射し、その反射光の約１／２がビームス
プリッタＢＳ２を透過して検出光学系に入射する。この
検出光学系は、開口絞り板１６３、レンズ系１２４、ミ
ラー１２５、指標マークが形成された指標板１２６、撮
像用の第１リレーレンズ系１２７、ミラー１２８、干渉
フィルタ１２９、第２リレーレンズ系１３１、及びビー
ムスプリッタＢＳ３より構成されている。開口絞り板１
６３にも複数種類の開口絞りが配置され、開口絞り板１
６３をスライドさせることによって所望の開口絞りを選
択できるように構成されている。
【００９６】開口絞り板１６３中の所定の開口絞りを通
過したウエハからの戻り光は、レンズ系１２４等を経て
ビームスプリッタＢＳ３に入射し、ビームスプリッタＢ
Ｓ３で分割されたウエハからの戻り光は、２次元ＣＣＤ
よりなるＸ方向検出用の撮像素子１０８Ｘと、Ｙ方向検
出用の撮像素子１０８Ｙとに入射し、各撮像素子１０８
Ｘ，１０８Ｙの撮像面上にウエハ表面のウエハマークの
像及び指標マークの像を形成する。
過したウエハからの戻り光は、レンズ系１２４等を経て
ビームスプリッタＢＳ３に入射し、ビームスプリッタＢ
Ｓ３で分割されたウエハからの戻り光は、２次元ＣＣＤ
よりなるＸ方向検出用の撮像素子１０８Ｘと、Ｙ方向検
出用の撮像素子１０８Ｙとに入射し、各撮像素子１０８
Ｘ，１０８Ｙの撮像面上にウエハ表面のウエハマークの
像及び指標マークの像を形成する。
【００９７】即ち、対物レンズＯＢＬ及びレンズ系１２
４の合成系に関してウエハ表面と指標板１２６とは共役
であり、リレーレンズ系１２７及び１３１に関して指標
板１２６とそれらの撮像面とは共役である。また、その
ウエハマーク及び指標板の像の倍率を変更できるよう
に、干渉フィルタ１２９の近傍に変倍光学系１３０が挿
入できるように構成されている。また、干渉フィルタ１
２９は、後述のＬＩＡ系５１Ｂで使用される強いレーザ
光を遮光する役割も果たしている。
４の合成系に関してウエハ表面と指標板１２６とは共役
であり、リレーレンズ系１２７及び１３１に関して指標
板１２６とそれらの撮像面とは共役である。また、その
ウエハマーク及び指標板の像の倍率を変更できるよう
に、干渉フィルタ１２９の近傍に変倍光学系１３０が挿
入できるように構成されている。また、干渉フィルタ１
２９は、後述のＬＩＡ系５１Ｂで使用される強いレーザ
光を遮光する役割も果たしている。
【００９８】更に、図９においては、指標板１２６を独
立に照明するための照明系が設けられている。この照明
系は、光ファイバ１１６Ｂ、コンデンサレンズ１２０
Ｂ、照明視野絞り板１２１Ｂ、ミラー１２２Ｂ、及びレ
ンズ系１２３Ｂより構成されている。そして、光ファイ
バ１１６Ｂから射出された照明光ＡＬＢは、コンデンサ
レンズ１２０Ｂ〜レンズ系１２３Ｂを経て、ウエハ用の
照明光ＡＬＡの光路と反対側からビームスプリッタＢＳ
２に入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射されてその
指標板１２６を照明している。
立に照明するための照明系が設けられている。この照明
系は、光ファイバ１１６Ｂ、コンデンサレンズ１２０
Ｂ、照明視野絞り板１２１Ｂ、ミラー１２２Ｂ、及びレ
ンズ系１２３Ｂより構成されている。そして、光ファイ
バ１１６Ｂから射出された照明光ＡＬＢは、コンデンサ
レンズ１２０Ｂ〜レンズ系１２３Ｂを経て、ウエハ用の
照明光ＡＬＡの光路と反対側からビームスプリッタＢＳ
２に入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射されてその
指標板１２６を照明している。
【００９９】また、撮像素子１０８Ｘ，１０８Ｙの撮像
信号が図１のアライメント信号処理系５２に供給され、
アライメント信号処理系５２ではそれらの撮像信号を画
像処理することにより、検出対象のウエハマークの位置
を検出し、この検出結果を主制御装置２９に供給する。
主制御装置２９では、各ウエハマークの位置に基づいて
ウエハＷのアライメントを行う。
信号が図１のアライメント信号処理系５２に供給され、
アライメント信号処理系５２ではそれらの撮像信号を画
像処理することにより、検出対象のウエハマークの位置
を検出し、この検出結果を主制御装置２９に供給する。
主制御装置２９では、各ウエハマークの位置に基づいて
ウエハＷのアライメントを行う。
【０１００】次に、図１０はＬＩＡ系５１Ｂの構成を示
し、この図１０において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０６
からのレーザビームをシャッタ１４０を介してビームス
プリッタＢＳ８で２分割する。ビームスプリッタＢＳ８
を透過したレーザビームＬＢは、Ｘ方向のＬＩＡ系にお
いて複数の折り返しミラーを介してヘテロダイン２光束
化ユニット１４１Ｘに入射する。このヘテロダイン２光
束化ユニット１４１Ｘ内には、１対の駆動周波数の異な
る周波数シフタ（音響光学素子）と、この１対の周波数
シフタから射出される２本の周波数変調を受けたレーザ
ビームを光軸に対して平行に合成する合成系とが設けら
れている。その合成系から射出された２本のレーザビー
ムＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、レンズ系１４２Ｘに入射し
て、レンズ系１４２Ｘの後側焦点面に配置されたアパー
チャ板１４３Ｘを一様に照射する。従って、アパーチャ
板１４３Ｘ上には、２本のレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ
２ｘの交差によって一次元の干渉縞が形成される。しか
もヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｘ内の１対の周
波数シフタの駆動周波数が互いに異なることから、その
一次元の干渉縞は、その周波数差に応じた速度でピッチ
方向に流れている。
し、この図１０において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０６
からのレーザビームをシャッタ１４０を介してビームス
プリッタＢＳ８で２分割する。ビームスプリッタＢＳ８
を透過したレーザビームＬＢは、Ｘ方向のＬＩＡ系にお
いて複数の折り返しミラーを介してヘテロダイン２光束
化ユニット１４１Ｘに入射する。このヘテロダイン２光
束化ユニット１４１Ｘ内には、１対の駆動周波数の異な
る周波数シフタ（音響光学素子）と、この１対の周波数
シフタから射出される２本の周波数変調を受けたレーザ
ビームを光軸に対して平行に合成する合成系とが設けら
れている。その合成系から射出された２本のレーザビー
ムＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、レンズ系１４２Ｘに入射し
て、レンズ系１４２Ｘの後側焦点面に配置されたアパー
チャ板１４３Ｘを一様に照射する。従って、アパーチャ
板１４３Ｘ上には、２本のレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ
２ｘの交差によって一次元の干渉縞が形成される。しか
もヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｘ内の１対の周
波数シフタの駆動周波数が互いに異なることから、その
一次元の干渉縞は、その周波数差に応じた速度でピッチ
方向に流れている。
【０１０１】さて、アパーチャ板１４３Ｘによって制限
された２本のレーザビームは、ビームスプリッタＢＳ６
で一部反射され、レンズ系１４４Ｘ、ビームスプリッタ
ＢＳ４，ＢＳ１を通った後、対物レンズＯＢＬ及びミラ
ーＭ１を経て、ウエハ上に達する。２本のレーザビーム
ＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、Ｘ方向に関して対称に傾いてい
るため、ウエハ上に設けられた格子状のＸ軸のウエハマ
ークに照射されると、そのウエハマークより垂直に±１
次回折光が発生する。この２本の±１次回折光は、偏光
方向が同一なので互いに干渉すると共に、１対の周波数
シフタの周波数差、即ちビート周波数で周期的に干渉強
度が変化している。
された２本のレーザビームは、ビームスプリッタＢＳ６
で一部反射され、レンズ系１４４Ｘ、ビームスプリッタ
ＢＳ４，ＢＳ１を通った後、対物レンズＯＢＬ及びミラ
ーＭ１を経て、ウエハ上に達する。２本のレーザビーム
ＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、Ｘ方向に関して対称に傾いてい
るため、ウエハ上に設けられた格子状のＸ軸のウエハマ
ークに照射されると、そのウエハマークより垂直に±１
次回折光が発生する。この２本の±１次回折光は、偏光
方向が同一なので互いに干渉すると共に、１対の周波数
シフタの周波数差、即ちビート周波数で周期的に干渉強
度が変化している。
【０１０２】この干渉ビート光は、ミラーＭ１、対物レ
ンズＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ４、レンズ
系１４４Ｘを介して、ビームスプリッタＢＳ６に入射
し、このビームスプリッタＢＳ６を透過した干渉ビート
光が受光用アパーチャ板１４５Ｘに達する。受光用アパ
ーチャ板１４５Ｘは、レンズ系１４４Ｘと対物レンズＯ
ＢＬとの合成系に関してウエハと共役な位置に配置さ
れ、干渉ビート光のみを通過させるような開口を有す
る。アパーチャ板１４５Ｘを通過した干渉ビート光は、
ミラー１４６Ｘ、レンズ系１４７Ｘを介して光電センサ
１４８Ｘに達し、光電センサ１４８Ｘよりビート信号が
出力される。
ンズＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ４、レンズ
系１４４Ｘを介して、ビームスプリッタＢＳ６に入射
し、このビームスプリッタＢＳ６を透過した干渉ビート
光が受光用アパーチャ板１４５Ｘに達する。受光用アパ
ーチャ板１４５Ｘは、レンズ系１４４Ｘと対物レンズＯ
ＢＬとの合成系に関してウエハと共役な位置に配置さ
れ、干渉ビート光のみを通過させるような開口を有す
る。アパーチャ板１４５Ｘを通過した干渉ビート光は、
ミラー１４６Ｘ、レンズ系１４７Ｘを介して光電センサ
１４８Ｘに達し、光電センサ１４８Ｘよりビート信号が
出力される。
【０１０３】また、ビームスプリッタＢＳ８で反射され
たレーザビームは、ミラーを経てＹ方向用のＬＩＡ系に
入射している。このＹ方向用のＬＩＡ系は、Ｘ方向のＬ
ＩＡ系とほぼ対称に、ヘテロダイン２光束化ユニット１
４１Ｙ、レンズ系１４２Ｙ、アパーチャ板１４３Ｙ、ビ
ームスプリッタＢＳ５、レンズ系１４４Ｙ、受光用アパ
ーチャ板１４５Ｙ、ミラー１４６Ｙ、レンズ系１４７
Ｙ、光電センサ１４８Ｙより構成されている。但し、ヘ
テロダイン２光束化ユニット１４１Ｙはヘテロダイン２
光束化ユニット１４１Ｘに対し９０゜回転させて配置さ
れ、ヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｙからの２本
のレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙは、ウエハ上のＹ軸
のウエハマークに対してＹ方向に交差するように照射さ
れる。そして、光電センサ１４８ＹよりそのＹ軸のウエ
ハマークに対応するビート信号が出力される。
たレーザビームは、ミラーを経てＹ方向用のＬＩＡ系に
入射している。このＹ方向用のＬＩＡ系は、Ｘ方向のＬ
ＩＡ系とほぼ対称に、ヘテロダイン２光束化ユニット１
４１Ｙ、レンズ系１４２Ｙ、アパーチャ板１４３Ｙ、ビ
ームスプリッタＢＳ５、レンズ系１４４Ｙ、受光用アパ
ーチャ板１４５Ｙ、ミラー１４６Ｙ、レンズ系１４７
Ｙ、光電センサ１４８Ｙより構成されている。但し、ヘ
テロダイン２光束化ユニット１４１Ｙはヘテロダイン２
光束化ユニット１４１Ｘに対し９０゜回転させて配置さ
れ、ヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｙからの２本
のレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙは、ウエハ上のＹ軸
のウエハマークに対してＹ方向に交差するように照射さ
れる。そして、光電センサ１４８ＹよりそのＹ軸のウエ
ハマークに対応するビート信号が出力される。
【０１０４】また、光電センサ１４８Ｘ，１４８Ｙから
のビート信号の参照信号を得るために、レーザビームＬ
Ｂ１ｘ，ＬＢ２ｘの内でビームスプリッタＢＳ４を透過
したレーザビーム、及びレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２
ｙの内でビームスプリッタＢＳ４で反射されたレーザビ
ームを、レンズ系１５０及びミラー１５１を介してビー
ムスプリッタＢＳ７に入射させている。そして、ビーム
スプリッタＢＳ７で反射されたレーザビームは、ミラー
１５２を介して透過型回折格子板１５３Ｘに入射する。
透過型回折格子板１５３Ｘは、Ｘ軸の受光用アパーチャ
板１４５Ｘの開口部と共役な位置に回折格子を形成し、
それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子に対
してレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘのみが入射し、そ
の回折格子から発生する±１次回折光よりなる干渉ビー
ト光がフーリエ変換用のレンズ系１５４Ｘを介して光電
センサ１５５Ｘに入射し、光電センサ１５５ＸよりＸ軸
用の参照ビート信号が出力される。
のビート信号の参照信号を得るために、レーザビームＬ
Ｂ１ｘ，ＬＢ２ｘの内でビームスプリッタＢＳ４を透過
したレーザビーム、及びレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２
ｙの内でビームスプリッタＢＳ４で反射されたレーザビ
ームを、レンズ系１５０及びミラー１５１を介してビー
ムスプリッタＢＳ７に入射させている。そして、ビーム
スプリッタＢＳ７で反射されたレーザビームは、ミラー
１５２を介して透過型回折格子板１５３Ｘに入射する。
透過型回折格子板１５３Ｘは、Ｘ軸の受光用アパーチャ
板１４５Ｘの開口部と共役な位置に回折格子を形成し、
それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子に対
してレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘのみが入射し、そ
の回折格子から発生する±１次回折光よりなる干渉ビー
ト光がフーリエ変換用のレンズ系１５４Ｘを介して光電
センサ１５５Ｘに入射し、光電センサ１５５ＸよりＸ軸
用の参照ビート信号が出力される。
【０１０５】また、ビームスプリッタＢＳ７を透過した
レーザビームは、透過型回折格子板１５３Ｙに入射す
る。透過型回折格子板１５３Ｙは、Ｙ軸の受光用アパー
チャ板１４５Ｙの開口部と共役な位置に回折格子を形成
し、それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子
に対してレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙのみが入射
し、その回折格子から発生する±１次回折光よりなる干
渉ビート光がレンズ系１５４Ｙを介して光電センサ１５
５Ｙに入射し、光電センサ１５５ＹよりＹ軸用の参照ビ
ート信号が出力される。
レーザビームは、透過型回折格子板１５３Ｙに入射す
る。透過型回折格子板１５３Ｙは、Ｙ軸の受光用アパー
チャ板１４５Ｙの開口部と共役な位置に回折格子を形成
し、それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子
に対してレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙのみが入射
し、その回折格子から発生する±１次回折光よりなる干
渉ビート光がレンズ系１５４Ｙを介して光電センサ１５
５Ｙに入射し、光電センサ１５５ＹよりＹ軸用の参照ビ
ート信号が出力される。
【０１０６】光電センサ１４８Ｘ，１４８Ｙからのビー
ト信号、及び光電センサ１５５Ｘ，１５５Ｙからの参照
ビート信号はそれぞれ図１のアライメント信号処理系５
２に供給され、アライメント信号処理系５２ではそれら
のビート信号、及び参照ビート信号より検出対象のＸ軸
及びＹ軸のウエハマークの位置を検出し、この検出結果
を主制御装置２９に供給する。主制御装置２９では、各
ウエハマークの位置に基づいてウエハＷのアライメント
を行う。
ト信号、及び光電センサ１５５Ｘ，１５５Ｙからの参照
ビート信号はそれぞれ図１のアライメント信号処理系５
２に供給され、アライメント信号処理系５２ではそれら
のビート信号、及び参照ビート信号より検出対象のＸ軸
及びＹ軸のウエハマークの位置を検出し、この検出結果
を主制御装置２９に供給する。主制御装置２９では、各
ウエハマークの位置に基づいてウエハＷのアライメント
を行う。
【０１０７】上述のように本例のアライメントセンサ５
０は、ＦＩＡ系５１Ａ及びＬＩＡ系５１Ｂを備えてい
る。この場合、ＦＩＡ系５１Ａは１００ｎｍ（０．１μ
ｍ）以上の段差を有するウエハマークの検出を高いＳＮ
比で行うことができ、且つ、画像処理方式であるため非
対称性のあるウエハマークや、荒れた表面を持つウエハ
マークに対しても高精度に位置検出を行うことができ
る。これに対してＬＩＡ系５１Ｂは、低段差マーク（段
差５０ｎｍ程度以下）を高精度に検出することができ
る。そこで、高段差マークに対してはＦＩＡ系５１Ａを
用い、低段差マークに対してはＬＩＡ系５１Ｂを用いる
ことによって、あらゆる半導体デバイスに対応できる。
０は、ＦＩＡ系５１Ａ及びＬＩＡ系５１Ｂを備えてい
る。この場合、ＦＩＡ系５１Ａは１００ｎｍ（０．１μ
ｍ）以上の段差を有するウエハマークの検出を高いＳＮ
比で行うことができ、且つ、画像処理方式であるため非
対称性のあるウエハマークや、荒れた表面を持つウエハ
マークに対しても高精度に位置検出を行うことができ
る。これに対してＬＩＡ系５１Ｂは、低段差マーク（段
差５０ｎｍ程度以下）を高精度に検出することができ
る。そこで、高段差マークに対してはＦＩＡ系５１Ａを
用い、低段差マークに対してはＬＩＡ系５１Ｂを用いる
ことによって、あらゆる半導体デバイスに対応できる。
【０１０８】また、本例ではマーク段差ＤM が高いとき
には投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下として、
マーク段差ＤM が低いときにはその開口数ＮＡを０．６
８以上としている。そこで、言い換えると、本例では通
常は投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．６以下のときに
はＦＩＡ系５１Ａを使用し、開口数ＮＡが０．６８以上
のときにはＬＩＡ系５１Ｂを使用するようにアライメン
トセンサの切り換えが行われる。ところが、ウエハ上の
各ショット領域に付設されたウエハマークのピッチを例
えば８μｍとすると、ＬＩＡ系５１Ｂによる検出範囲
（キャプチャーレンジ）は±２μｍ以内となるため、Ｌ
ＩＡ系５１Ｂを用いて最終的なアライメント（ファイン
アライメント）を行う前に、そのウエハマークの大まか
な位置検出（サーチアライメント）を行う必要がある。
そこで、本例では以下のように、ＦＩＡ系５１Ａにも低
段差マークの検出が可能な機構を付加して、低段差マー
ク検出用に切り換えられたＦＩＡ系５１Ａを用いて、そ
の低段差のウエハマークのサーチアライメントを行うこ
ととする。
には投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下として、
マーク段差ＤM が低いときにはその開口数ＮＡを０．６
８以上としている。そこで、言い換えると、本例では通
常は投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．６以下のときに
はＦＩＡ系５１Ａを使用し、開口数ＮＡが０．６８以上
のときにはＬＩＡ系５１Ｂを使用するようにアライメン
トセンサの切り換えが行われる。ところが、ウエハ上の
各ショット領域に付設されたウエハマークのピッチを例
えば８μｍとすると、ＬＩＡ系５１Ｂによる検出範囲
（キャプチャーレンジ）は±２μｍ以内となるため、Ｌ
ＩＡ系５１Ｂを用いて最終的なアライメント（ファイン
アライメント）を行う前に、そのウエハマークの大まか
な位置検出（サーチアライメント）を行う必要がある。
そこで、本例では以下のように、ＦＩＡ系５１Ａにも低
段差マークの検出が可能な機構を付加して、低段差マー
ク検出用に切り換えられたＦＩＡ系５１Ａを用いて、そ
の低段差のウエハマークのサーチアライメントを行うこ
ととする。
【０１０９】以下では、ＦＩＡ系５１Ａによる低段差マ
ークの検出機構につき詳細に説明する。図１１（ａ）
は、図９のＦＩＡ系５１Ａからミラー等を省いて簡略化
した構成図であり、この図１１（ａ）において、光ファ
イバ１１６Ａから射出された照明光ＡＬＡは、光軸ＡＸ
ａに沿ってコンデンサレンズ１２０Ａ及びレンズ系１２
３Ａを経て照明系開口絞り板１６１に入射する。そし
て、照明系開口絞り板１６１の所定のσ絞りを通過した
照明光がビームスプリッタ１６２に入射し、ビームスプ
リッタ１６２を透過した照明光が対物レンズＯＢＬを介
してウエハＷ上のウエハマーク１６５を照明する。ま
た、図１１（ａ）の照明光ＡＬＡの実線の光路はウエハ
マークとの共役関係を示し、点線の光路は瞳の共役関係
を示している。即ち、照明系開口絞り板１６１は、ウエ
ハマーク１６５の形成面に対して光学的なフーリエ変換
面（照明系瞳面）ＨＦ１に配置されている。
ークの検出機構につき詳細に説明する。図１１（ａ）
は、図９のＦＩＡ系５１Ａからミラー等を省いて簡略化
した構成図であり、この図１１（ａ）において、光ファ
イバ１１６Ａから射出された照明光ＡＬＡは、光軸ＡＸ
ａに沿ってコンデンサレンズ１２０Ａ及びレンズ系１２
３Ａを経て照明系開口絞り板１６１に入射する。そし
て、照明系開口絞り板１６１の所定のσ絞りを通過した
照明光がビームスプリッタ１６２に入射し、ビームスプ
リッタ１６２を透過した照明光が対物レンズＯＢＬを介
してウエハＷ上のウエハマーク１６５を照明する。ま
た、図１１（ａ）の照明光ＡＬＡの実線の光路はウエハ
マークとの共役関係を示し、点線の光路は瞳の共役関係
を示している。即ち、照明系開口絞り板１６１は、ウエ
ハマーク１６５の形成面に対して光学的なフーリエ変換
面（照明系瞳面）ＨＦ１に配置されている。
【０１１０】図１１（ｂ）に示すように、照明系開口絞
り板１６１には、大きな円形開口よりなる通常のσ絞り
１６６Ａ、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ、及び光軸から偏心
した４個の円形開口よりなる狭義の変形σ絞り１６６Ｃ
が形成されている。そして、照明系開口絞り板１６１を
光軸ＡＸａに垂直な方向にスライドさせることによっ
て、それら３個のσ絞りの内の所望のσ絞りを照明光Ａ
ＬＡの光路上に設定できるように構成されている。本例
では、マーク段差ＤM が１００ｎｍ以上の高段差マーク
を検出する際には、通常のσ絞り１６６Ａを使用し、マ
ーク段差ＤM が１００ｎｍより低い低段差マークを検出
する際には、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ、又は変形σ絞り
１６６Ｃを使用する。即ち、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ及
び変形σ絞り１６６Ｃは、凹凸のある位相物体の位相
（段差）を強調するための照明系側の輪郭強調用のフィ
ルタとして使用される。
り板１６１には、大きな円形開口よりなる通常のσ絞り
１６６Ａ、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ、及び光軸から偏心
した４個の円形開口よりなる狭義の変形σ絞り１６６Ｃ
が形成されている。そして、照明系開口絞り板１６１を
光軸ＡＸａに垂直な方向にスライドさせることによっ
て、それら３個のσ絞りの内の所望のσ絞りを照明光Ａ
ＬＡの光路上に設定できるように構成されている。本例
では、マーク段差ＤM が１００ｎｍ以上の高段差マーク
を検出する際には、通常のσ絞り１６６Ａを使用し、マ
ーク段差ＤM が１００ｎｍより低い低段差マークを検出
する際には、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ、又は変形σ絞り
１６６Ｃを使用する。即ち、輪帯状のσ絞り１６６Ｂ及
び変形σ絞り１６６Ｃは、凹凸のある位相物体の位相
（段差）を強調するための照明系側の輪郭強調用のフィ
ルタとして使用される。
【０１１１】図１１（ａ）に戻り、ウエハマーク１６５
からの戻り光は、対物レンズＯＢＬを経てビームスプリ
ッタ１６２に戻り、ビームスプリッタ１６２で反射され
た戻り光は、光軸ＡＸｂに沿って開口絞り板１６３及び
結像レンズ１６４を経て撮像素子１０８Ｙの撮像面にウ
エハマークの像を形成する。開口絞り板１６３は、ウエ
ハマーク１６５の形成面に対して光学的なフーリエ変換
面（瞳面）ＨＦ２に配置されている。
からの戻り光は、対物レンズＯＢＬを経てビームスプリ
ッタ１６２に戻り、ビームスプリッタ１６２で反射され
た戻り光は、光軸ＡＸｂに沿って開口絞り板１６３及び
結像レンズ１６４を経て撮像素子１０８Ｙの撮像面にウ
エハマークの像を形成する。開口絞り板１６３は、ウエ
ハマーク１６５の形成面に対して光学的なフーリエ変換
面（瞳面）ＨＦ２に配置されている。
【０１１２】図１１（ｃ）に示すように、開口絞り板１
６３には、大きな円形開口よりなる通常の開口絞り１６
７Ａ、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ、及び光軸から偏心し
た４個の円形開口よりなる狭義の変形開口絞り１６７Ｃ
が形成されている。そして、開口絞り板１６３を光軸Ａ
Ｘｂに垂直な方向にスライドさせることによって、それ
ら３個の開口絞りの内の所望の開口絞りを戻り光の光路
上に設定できるように構成されている。本例では、マー
ク段差ＤM が１００ｎｍ以上の高段差マークを検出する
際には、通常の開口絞り１６７Ａを使用し、マーク段差
ＤM が１００ｎｍより低い低段差マークを検出する際に
は、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ、又は変形開口絞り１６
７Ｃを使用する。即ち、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ及び
変形開口絞り１６７Ｃは、位相（段差）を強調するため
の輪郭強調用のフィルタとして使用される。このように
本例では、低段差マークに対しては、σ絞り１６６Ｂ、
又は変形σ絞り１６６Ｃ及び開口絞り１６７Ｂ、又は変
形開口絞り１６７Ｃよりなる輪郭強調用のフィルタを使
用しているため、低段差マークの像も高いコントラスト
で検出できる。
６３には、大きな円形開口よりなる通常の開口絞り１６
７Ａ、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ、及び光軸から偏心し
た４個の円形開口よりなる狭義の変形開口絞り１６７Ｃ
が形成されている。そして、開口絞り板１６３を光軸Ａ
Ｘｂに垂直な方向にスライドさせることによって、それ
ら３個の開口絞りの内の所望の開口絞りを戻り光の光路
上に設定できるように構成されている。本例では、マー
ク段差ＤM が１００ｎｍ以上の高段差マークを検出する
際には、通常の開口絞り１６７Ａを使用し、マーク段差
ＤM が１００ｎｍより低い低段差マークを検出する際に
は、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ、又は変形開口絞り１６
７Ｃを使用する。即ち、輪帯状の開口絞り１６７Ｂ及び
変形開口絞り１６７Ｃは、位相（段差）を強調するため
の輪郭強調用のフィルタとして使用される。このように
本例では、低段差マークに対しては、σ絞り１６６Ｂ、
又は変形σ絞り１６６Ｃ及び開口絞り１６７Ｂ、又は変
形開口絞り１６７Ｃよりなる輪郭強調用のフィルタを使
用しているため、低段差マークの像も高いコントラスト
で検出できる。
【０１１３】これらのσ絞り及び開口絞りの切り換え
は、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．６８以上の場合
は無条件で輪帯状の絞り１６６Ｂ，１６７Ｂ又は変形絞
り１６６Ｃ，１６７Ｃとなる。一方、その開口数ＮＡが
０．６以下の場合、通常はマーク段差ＤM は高いが、マ
ーク段差ＤM が低くとも焦点深度のマージンに関する条
件は満たされるため、用途によっては開口数ＮＡが０．
６以下のときに低段差マークを扱うこともある。そこ
で、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定し
て１ロットのウエハに対する露光を行う場合、次のよう
にしてそのロットの先頭のウエハでウエハマークの段差
の高低の判別を行うようにしてもよい。
は、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．６８以上の場合
は無条件で輪帯状の絞り１６６Ｂ，１６７Ｂ又は変形絞
り１６６Ｃ，１６７Ｃとなる。一方、その開口数ＮＡが
０．６以下の場合、通常はマーク段差ＤM は高いが、マ
ーク段差ＤM が低くとも焦点深度のマージンに関する条
件は満たされるため、用途によっては開口数ＮＡが０．
６以下のときに低段差マークを扱うこともある。そこ
で、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定し
て１ロットのウエハに対する露光を行う場合、次のよう
にしてそのロットの先頭のウエハでウエハマークの段差
の高低の判別を行うようにしてもよい。
【０１１４】即ち、先ずそのロットの第１ウエハにて撮
像素子１０８Ｙからの撮像信号ＳＹを取り込む。ウエハ
マーク１６５としては、図１２（ａ）に示すように、Ｘ
方向及びＹ方向にそれぞれ３本の凸又は凹のマークが異
なった間隔で配置された２次元マーク（Ｘ軸用及びＹ軸
用を兼用するマーク）を想定する。そして、撮像素子１
０８Ｙから出力される撮像信号ＳＹを、図１２（ａ）の
ウエハマーク１６５を含む矩形の観察視野１６８内でＸ
方向に平均化した信号より、ウエハマーク１６５の他の
マークとの識別、及びＹ方向の位置検出を行うものとす
る。
像素子１０８Ｙからの撮像信号ＳＹを取り込む。ウエハ
マーク１６５としては、図１２（ａ）に示すように、Ｘ
方向及びＹ方向にそれぞれ３本の凸又は凹のマークが異
なった間隔で配置された２次元マーク（Ｘ軸用及びＹ軸
用を兼用するマーク）を想定する。そして、撮像素子１
０８Ｙから出力される撮像信号ＳＹを、図１２（ａ）の
ウエハマーク１６５を含む矩形の観察視野１６８内でＸ
方向に平均化した信号より、ウエハマーク１６５の他の
マークとの識別、及びＹ方向の位置検出を行うものとす
る。
【０１１５】このとき、図１２（ｂ）は、大きな円形の
σ絞り１６６Ａ及び開口絞り１６７Ａを使用した場合に
得られる撮像信号ＳＹを示し、図１２（ｃ）は、輪帯の
σ絞り１６６Ｂ及び開口絞り１６７Ｂ、又は変形σ絞り
１６６Ｃ及び変形開口絞り１６７Ｃを使用した場合に得
られる撮像信号ＳＹを示す。なお、撮像信号ＳＹは観察
視野１６８内のＹ座標の関数として表している。そし
て、図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹは、ウエハマーク１６
５のマーク段差が１００ｎｍ以上でもコントラストの高
い信号となり、ウエハマーク１６５の３本のマークのＹ
方向の位置ａ1 ，ｂ1 ，ｃ1 を高精度に検出できる。こ
れに対して、図１２（ｃ）の撮像信号ＳＹは、ウエハマ
ーク１６５のマーク段差が１００ｎｍ以下でも高いコン
トラストの信号となるため、そのマーク段差が１００ｎ
ｍ以下のときに３本のマークのＹ方向の位置ａ2 ，
ｂ2 ，ｃ2 を高精度に検出できる。言い換えると、マー
ク段差Ｄ M が１００ｎｍ程度から１０ｎｍ程度に低くな
るにつれて、図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹのコントラス
トは低下して凹凸がなくなるのに対して、照明条件を変
えて凹凸のマークの輪郭を強調した図１２（ｃ）の撮像
信号ＳＹは検出するのに十分なコントラストを保持して
いる。
σ絞り１６６Ａ及び開口絞り１６７Ａを使用した場合に
得られる撮像信号ＳＹを示し、図１２（ｃ）は、輪帯の
σ絞り１６６Ｂ及び開口絞り１６７Ｂ、又は変形σ絞り
１６６Ｃ及び変形開口絞り１６７Ｃを使用した場合に得
られる撮像信号ＳＹを示す。なお、撮像信号ＳＹは観察
視野１６８内のＹ座標の関数として表している。そし
て、図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹは、ウエハマーク１６
５のマーク段差が１００ｎｍ以上でもコントラストの高
い信号となり、ウエハマーク１６５の３本のマークのＹ
方向の位置ａ1 ，ｂ1 ，ｃ1 を高精度に検出できる。こ
れに対して、図１２（ｃ）の撮像信号ＳＹは、ウエハマ
ーク１６５のマーク段差が１００ｎｍ以下でも高いコン
トラストの信号となるため、そのマーク段差が１００ｎ
ｍ以下のときに３本のマークのＹ方向の位置ａ2 ，
ｂ2 ，ｃ2 を高精度に検出できる。言い換えると、マー
ク段差Ｄ M が１００ｎｍ程度から１０ｎｍ程度に低くな
るにつれて、図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹのコントラス
トは低下して凹凸がなくなるのに対して、照明条件を変
えて凹凸のマークの輪郭を強調した図１２（ｃ）の撮像
信号ＳＹは検出するのに十分なコントラストを保持して
いる。
【０１１６】投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下
として１ロットのウエハへの露光を行う場合、第１ウエ
ハに対して先ずＦＩＡ系５１Ａを用いて、且つ大きな円
形のσ絞り１６６Ａ、及び開口絞り１６７Ａを選択して
検出を行い、得られる図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹのコ
ントラストＣ１を求める。そして、このコントラストＣ
１が所定の基準値より小さいときには、照明系開口絞り
板１６１において輪帯のσ絞り１６６Ｂ、又は変形σ絞
り１６６Ｃを設定し、開口絞り板１６３において輪帯の
開口絞り１６７Ｂ、又は変形開口絞り１６７Ｃを設定し
て検出を行い、得られる図１２（ｃ）の撮像信号ＳＹの
コントラストＣ２を求める。その後、最初に得られたコ
ントラストＣ１と、次に得られたコントラストＣ２とを
比較し、より高いコントラストが得られる検出条件を選
択し、そのロットの第２ウエハ以降は、ＦＩＡ系５１Ａ
をそのように選択された検出条件に設定してウエハマー
クの検出を行うこととする。これによって、ウエハマー
クの段差が１００ｎｍより高いか低いか分からない場合
や、１００ｎｍ付近にある場合でも、コントラストの高
い検出条件で高精度にそのウエハマークを検出できる利
点がある。
として１ロットのウエハへの露光を行う場合、第１ウエ
ハに対して先ずＦＩＡ系５１Ａを用いて、且つ大きな円
形のσ絞り１６６Ａ、及び開口絞り１６７Ａを選択して
検出を行い、得られる図１２（ｂ）の撮像信号ＳＹのコ
ントラストＣ１を求める。そして、このコントラストＣ
１が所定の基準値より小さいときには、照明系開口絞り
板１６１において輪帯のσ絞り１６６Ｂ、又は変形σ絞
り１６６Ｃを設定し、開口絞り板１６３において輪帯の
開口絞り１６７Ｂ、又は変形開口絞り１６７Ｃを設定し
て検出を行い、得られる図１２（ｃ）の撮像信号ＳＹの
コントラストＣ２を求める。その後、最初に得られたコ
ントラストＣ１と、次に得られたコントラストＣ２とを
比較し、より高いコントラストが得られる検出条件を選
択し、そのロットの第２ウエハ以降は、ＦＩＡ系５１Ａ
をそのように選択された検出条件に設定してウエハマー
クの検出を行うこととする。これによって、ウエハマー
クの段差が１００ｎｍより高いか低いか分からない場合
や、１００ｎｍ付近にある場合でも、コントラストの高
い検出条件で高精度にそのウエハマークを検出できる利
点がある。
【０１１７】また、照明系開口絞り板１６１中の輪帯の
σ絞り１６６Ｂと変形σ絞り１６６Ｃとの使い分け、及
び開口絞り板１６３中の輪帯の開口絞り１６７Ｂと変形
開口絞り１６７Ｃとの使い分けについては、例えば絞り
１６６Ｂ，１６７Ｂ又は絞り１６６Ｃ，１６７Ｃに切り
換えた場合に得られる撮像信号ＳＹのコントラストを比
較し、コントラストの高い方の絞りを使用すればよい。
また、必ずしも輪帯のσ絞り１６６Ｂと輪帯の開口絞り
１６７Ｂとを組み合わせる必要はなく、得られる撮像信
号ＳＹのコントラストが高くなる組み合わせを使用して
もよい。更に、図１１の例では開口絞り１６７Ａ〜１６
７Ｃとしては、明暗（振幅分布）の絞りが使用されてい
るが、瞳面を通過する光束の位相分布を変化させる位相
フィルタを使用して低段差マークの輪郭強調を行っても
よい。
σ絞り１６６Ｂと変形σ絞り１６６Ｃとの使い分け、及
び開口絞り板１６３中の輪帯の開口絞り１６７Ｂと変形
開口絞り１６７Ｃとの使い分けについては、例えば絞り
１６６Ｂ，１６７Ｂ又は絞り１６６Ｃ，１６７Ｃに切り
換えた場合に得られる撮像信号ＳＹのコントラストを比
較し、コントラストの高い方の絞りを使用すればよい。
また、必ずしも輪帯のσ絞り１６６Ｂと輪帯の開口絞り
１６７Ｂとを組み合わせる必要はなく、得られる撮像信
号ＳＹのコントラストが高くなる組み合わせを使用して
もよい。更に、図１１の例では開口絞り１６７Ａ〜１６
７Ｃとしては、明暗（振幅分布）の絞りが使用されてい
るが、瞳面を通過する光束の位相分布を変化させる位相
フィルタを使用して低段差マークの輪郭強調を行っても
よい。
【０１１８】更に、ウエハ上のフォトレジストの厚さを
変えるときには、そのフォトレジストの種類（感光波
長）も変えることがある。具体的に、フォトレジストの
種類を変えてレジスト厚を薄くした場合には、ウエハ上
のフォトレジストの感光波長が短波長域に移行して、ウ
エハ上のフォトレジストに非感光な波長域が例えば５５
０〜８００ｎｍ程度から、３５０〜６００ｎｍ程度に移
行することがある。このような場合には、図１１（ａ）
のＦＩＡ系５１Ａにおいて、ウエハマークの検出用の照
明光ＡＬＡの波長域を５５０〜８００ｎｍ程度から、３
５０〜６００ｎｍ程度に短波長化させてもよい。このよ
うに照明光ＡＬＡを短波長化することによって、低段差
マークを撮像して得られる撮像信号のコントラストが向
上し、その低段差マークの検出精度を高めることができ
る。
変えるときには、そのフォトレジストの種類（感光波
長）も変えることがある。具体的に、フォトレジストの
種類を変えてレジスト厚を薄くした場合には、ウエハ上
のフォトレジストの感光波長が短波長域に移行して、ウ
エハ上のフォトレジストに非感光な波長域が例えば５５
０〜８００ｎｍ程度から、３５０〜６００ｎｍ程度に移
行することがある。このような場合には、図１１（ａ）
のＦＩＡ系５１Ａにおいて、ウエハマークの検出用の照
明光ＡＬＡの波長域を５５０〜８００ｎｍ程度から、３
５０〜６００ｎｍ程度に短波長化させてもよい。このよ
うに照明光ＡＬＡを短波長化することによって、低段差
マークを撮像して得られる撮像信号のコントラストが向
上し、その低段差マークの検出精度を高めることができ
る。
【０１１９】次に、本例ではウエハＷ上のフォトレジス
トの厚さ（レジスト厚）を従来例よりも薄くする場合が
あるが、フォトレジストが薄くなると、そのフォトレジ
ストに対する積算露光量の目標値はその厚さにほぼ比例
して少なくなる。具体的に従来はレジスト厚を１μｍ程
度以上にしており、レジスト厚のばらつきは０．０１〜
０．０２μｍ（１０〜２０ｎｍ）であるため、従来例で
はレジスト厚がばらついても積算露光量の目標値はほぼ
一定のままで済んでいた。それに対して、本例では上述
のようにレジスト厚を０．２μｍ程度にする場合があ
り、この場合には、レジスト厚のばらつきに応じてその
積算露光量の目標値を補正する必要がある。そのために
は、ウエハＷ上のレジスト厚を実際に計測する必要があ
るため、本例では図１に示すように、投影光学系ＰＬの
側面にレジスト厚測定装置４６が設けられている。この
レジスト厚測定装置４６は、例えばフォトレジスト層で
の等厚干渉縞の像を撮像する装置であり、その撮像信号
が膜厚計測演算装置４７に供給され、膜厚計測演算装置
４７ではその撮像信号よりそのフォトレジストの厚さを
算出し、この算出結果を主制御装置２９に供給する。そ
して、主制御装置２９では、その供給されたフォトレジ
ストの厚さに応じて積算露光量の目標値を補正する。こ
れによって、常に適正な積算露光量が得られる。
トの厚さ（レジスト厚）を従来例よりも薄くする場合が
あるが、フォトレジストが薄くなると、そのフォトレジ
ストに対する積算露光量の目標値はその厚さにほぼ比例
して少なくなる。具体的に従来はレジスト厚を１μｍ程
度以上にしており、レジスト厚のばらつきは０．０１〜
０．０２μｍ（１０〜２０ｎｍ）であるため、従来例で
はレジスト厚がばらついても積算露光量の目標値はほぼ
一定のままで済んでいた。それに対して、本例では上述
のようにレジスト厚を０．２μｍ程度にする場合があ
り、この場合には、レジスト厚のばらつきに応じてその
積算露光量の目標値を補正する必要がある。そのために
は、ウエハＷ上のレジスト厚を実際に計測する必要があ
るため、本例では図１に示すように、投影光学系ＰＬの
側面にレジスト厚測定装置４６が設けられている。この
レジスト厚測定装置４６は、例えばフォトレジスト層で
の等厚干渉縞の像を撮像する装置であり、その撮像信号
が膜厚計測演算装置４７に供給され、膜厚計測演算装置
４７ではその撮像信号よりそのフォトレジストの厚さを
算出し、この算出結果を主制御装置２９に供給する。そ
して、主制御装置２９では、その供給されたフォトレジ
ストの厚さに応じて積算露光量の目標値を補正する。こ
れによって、常に適正な積算露光量が得られる。
【０１２０】また、本例では基本的に上述のように、レ
ジスト厚ＴR が１μｍ程度以上では、図１の投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．５〜０．６程度として、照明光
学系では輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用する
と共に、高段差マーク用のアライメントセンサを使用し
ている。そして、レジスト厚ＴR が０．５μｍ程度以下
では、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６８〜０．８
程度として、照明光学系では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用すると共に、低段差マーク用のアライメン
トセンサを使用している。そこで、本例ではレジスト厚
ＴR に基づいて照明条件やアライメントセンサの切り換
えを行うことも可能となる。この場合には、レジスト厚
ＴR が１μｍ程度以上のときには、照明光学系で輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用して、高段差マーク
用のアライメントセンサを使用することになる。一方、
レジスト厚ＴR が０．５μｍ程度以下のときには、照明
光学系で円形開口のσ絞り７５Ａ，７５Ｂを使用し、低
段差マーク用のアライメントセンサを使用する。これに
よって、ウエハ上のフォトレジストの厚さに応じて照明
条件やアライメントセンサを最適化できる。
ジスト厚ＴR が１μｍ程度以上では、図１の投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．５〜０．６程度として、照明光
学系では輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用する
と共に、高段差マーク用のアライメントセンサを使用し
ている。そして、レジスト厚ＴR が０．５μｍ程度以下
では、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６８〜０．８
程度として、照明光学系では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用すると共に、低段差マーク用のアライメン
トセンサを使用している。そこで、本例ではレジスト厚
ＴR に基づいて照明条件やアライメントセンサの切り換
えを行うことも可能となる。この場合には、レジスト厚
ＴR が１μｍ程度以上のときには、照明光学系で輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用して、高段差マーク
用のアライメントセンサを使用することになる。一方、
レジスト厚ＴR が０．５μｍ程度以下のときには、照明
光学系で円形開口のσ絞り７５Ａ，７５Ｂを使用し、低
段差マーク用のアライメントセンサを使用する。これに
よって、ウエハ上のフォトレジストの厚さに応じて照明
条件やアライメントセンサを最適化できる。
【０１２１】なお、本発明はステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置で露光を行う場合に限らず、ステ
ッパーのような一括露光方式で露光を行う場合にも適用
できるのは言うまでもない。即ち、一括露光方式であっ
ても、投影光学系の開口数に応じて照明条件や、アライ
メントセンサの検出条件を切り換えることによって、解
像度を向上できると共に、アライメントマークを高精度
に検出できる。
ン方式の投影露光装置で露光を行う場合に限らず、ステ
ッパーのような一括露光方式で露光を行う場合にも適用
できるのは言うまでもない。即ち、一括露光方式であっ
ても、投影光学系の開口数に応じて照明条件や、アライ
メントセンサの検出条件を切り換えることによって、解
像度を向上できると共に、アライメントマークを高精度
に検出できる。
【０１２２】このように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。
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。
【０１２３】
【発明の効果】本発明の第１の露光方法によれば、例え
ばマーク段差が低く感光材料が薄いときには投影光学系
の開口数を高めることによって、露光用照明光の波長を
短くすることなく、より解像度を向上できると共に、焦
点深度のマージンに関する条件をも満たすことができる
利点がある。また、投影光学系の開口数が大きいときに
は照明条件を通常の照明条件としても十分に高い解像度
が得られる。
ばマーク段差が低く感光材料が薄いときには投影光学系
の開口数を高めることによって、露光用照明光の波長を
短くすることなく、より解像度を向上できると共に、焦
点深度のマージンに関する条件をも満たすことができる
利点がある。また、投影光学系の開口数が大きいときに
は照明条件を通常の照明条件としても十分に高い解像度
が得られる。
【０１２４】言い換えると本発明によって、露光用照明
光として水銀ランプのｉ線を使用したときには次世代の
２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光を使用したときには１ＧビットＤ
ＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキシマレー
ザ光を使用したときには４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるようになり、露光装置のコストパフォ
ーマンスが向上する。
光として水銀ランプのｉ線を使用したときには次世代の
２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光を使用したときには１ＧビットＤ
ＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキシマレー
ザ光を使用したときには４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるようになり、露光装置のコストパフォ
ーマンスが向上する。
【０１２５】一方、マーク段差が高く感光材料が厚いと
きには、投影光学系の開口数を小さくして焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たすと共に、変形の照明条件に
切り換えることで解像度も或る程度高めることができ
る。これによって、露光用照明光の波長を変えることな
く、１台の露光装置で２世代の半導体デバイスに相当す
るパターンを形成できるようになるため、従来別ライン
で行っていた露光装置のための工程管理が一台分で済む
ようになる。従って、工程管理も容易で、且つその工程
管理時間も短縮され、露光工程のスループットが向上す
る。
きには、投影光学系の開口数を小さくして焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たすと共に、変形の照明条件に
切り換えることで解像度も或る程度高めることができ
る。これによって、露光用照明光の波長を変えることな
く、１台の露光装置で２世代の半導体デバイスに相当す
るパターンを形成できるようになるため、従来別ライン
で行っていた露光装置のための工程管理が一台分で済む
ようになる。従って、工程管理も容易で、且つその工程
管理時間も短縮され、露光工程のスループットが向上す
る。
【０１２６】なお、本発明において投影光学系の開口数
を２段階に切り換えることによって例えば２世代の半導
体デバイスに相当するパターンを形成できるようになる
が、マーク段差や感光材料の厚さに応じて３段階以上に
その開口数を切り換えてもよい。これによって感光材料
の厚さ等に応じて焦点深度のマージンに関する条件を満
たした上で高い解像度が得られる。
を２段階に切り換えることによって例えば２世代の半導
体デバイスに相当するパターンを形成できるようになる
が、マーク段差や感光材料の厚さに応じて３段階以上に
その開口数を切り換えてもよい。これによって感光材料
の厚さ等に応じて焦点深度のマージンに関する条件を満
たした上で高い解像度が得られる。
【０１２７】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の第１の露光方法が実施できる。更に、照明条件変更手
段が、投影光学系の開口数が０．６８以上に設定される
ときに照明光学系を通常の照明条件に設定し、その投影
光学系の開口数が０．６以下に設定されるときにその照
明光学系を変形の照明条件に設定しているが、例えばマ
ーク段差が０．１μｍ程度以下で、感光材料の厚さが
０．５μｍ程度以下ではその開口数を０．６８以上に設
定し、マーク段差が０．８μｍ程度で感光材料の厚さが
１μｍ程度ではその開口数を０．６以下に設定すること
によって、感光材料の厚さに応じて焦点深度のマージン
に関する条件を満たして、且つ解像度を高めることがで
きる。
の第１の露光方法が実施できる。更に、照明条件変更手
段が、投影光学系の開口数が０．６８以上に設定される
ときに照明光学系を通常の照明条件に設定し、その投影
光学系の開口数が０．６以下に設定されるときにその照
明光学系を変形の照明条件に設定しているが、例えばマ
ーク段差が０．１μｍ程度以下で、感光材料の厚さが
０．５μｍ程度以下ではその開口数を０．６８以上に設
定し、マーク段差が０．８μｍ程度で感光材料の厚さが
１μｍ程度ではその開口数を０．６以下に設定すること
によって、感光材料の厚さに応じて焦点深度のマージン
に関する条件を満たして、且つ解像度を高めることがで
きる。
【０１２８】このとき、照明条件変更手段は、露光用の
照明光を第１及び第２の光束に分割する光束分割系と、
その第１の光束の断面形状を輪帯状に広げる第１の光束
拡大系と、その第２の光束の光量分布を内側と外型とで
反転させた状態で断面形状を輪帯状に広げる第２の光束
拡大系と、それら第１及び第２の光束拡大系からの光束
を照明系瞳面より前に合成する光束合成系と、を有し、
その変形の照明条件の設定を行う際に、その照明条件変
更手段が、その光束合成系で合成された光束をその照明
系瞳面に導いて輪帯照明を行う場合には、その照明系瞳
面で輪帯状の２次光源の部分のみが一様な照度分布で照
明される。従って、照明光の利用効率が高くなってマス
ク上で（感光基板上で）高い照度が得られ、且つマスク
上での照度分布も一様となる。
照明光を第１及び第２の光束に分割する光束分割系と、
その第１の光束の断面形状を輪帯状に広げる第１の光束
拡大系と、その第２の光束の光量分布を内側と外型とで
反転させた状態で断面形状を輪帯状に広げる第２の光束
拡大系と、それら第１及び第２の光束拡大系からの光束
を照明系瞳面より前に合成する光束合成系と、を有し、
その変形の照明条件の設定を行う際に、その照明条件変
更手段が、その光束合成系で合成された光束をその照明
系瞳面に導いて輪帯照明を行う場合には、その照明系瞳
面で輪帯状の２次光源の部分のみが一様な照度分布で照
明される。従って、照明光の利用効率が高くなってマス
ク上で（感光基板上で）高い照度が得られ、且つマスク
上での照度分布も一様となる。
【０１２９】次に、本発明の第２の露光方法によれば、
例えば位置合わせ用マークのマーク段差が低く感光材料
が薄いときには、投影光学系の開口数を高めることによ
って、露光用照明光の波長を短くすることなく、より解
像度を向上できると共に、焦点深度のマージンに関する
条件をも満たすことができる利点がある。また、マーク
段差が低いときにはアライメント光学系で輪郭強調用の
検出条件に切り換えることによって、高精度にその位置
合わせ用マークを検出できる。一方、そのマーク段差が
高く感光材料が厚いときには、投影光学系の開口数を小
さくして焦点深度のマージンに関する条件を満たすよう
にするが、マーク段差が高いためそのアライメント光学
系を通常の検出条件に設定しても高精度にその位置合わ
せ用マークを検出できる。これによって、マーク段差が
変化しても高精度に位置検出を行うことができ、重ね合
わせ精度を高く維持できる。
例えば位置合わせ用マークのマーク段差が低く感光材料
が薄いときには、投影光学系の開口数を高めることによ
って、露光用照明光の波長を短くすることなく、より解
像度を向上できると共に、焦点深度のマージンに関する
条件をも満たすことができる利点がある。また、マーク
段差が低いときにはアライメント光学系で輪郭強調用の
検出条件に切り換えることによって、高精度にその位置
合わせ用マークを検出できる。一方、そのマーク段差が
高く感光材料が厚いときには、投影光学系の開口数を小
さくして焦点深度のマージンに関する条件を満たすよう
にするが、マーク段差が高いためそのアライメント光学
系を通常の検出条件に設定しても高精度にその位置合わ
せ用マークを検出できる。これによって、マーク段差が
変化しても高精度に位置検出を行うことができ、重ね合
わせ精度を高く維持できる。
【０１３０】この場合、その投影光学系の開口数が０．
６８以上に設定されるときにそのアライメント光学系を
その輪郭強調用の検出条件に設定し、投影光学系の開口
数が０．６以下に設定されるときにそのアライメント光
学系をその通常の検出条件に設定するものとすると、上
述のように、投影光学系の開口数を０．６８以上に設定
できるのは、マーク段差を０．１μｍ以下程度にして、
且つ感光材料の厚さを０．５μｍ以下程度にする場合で
ある。このようにマーク段差が低いときには、コントラ
ストの良好な位置合わせ用マーク像を得るためにその輪
郭強調用の検出条件が必要である。一方、投影光学系の
開口数が０．６以下に設定されるのは、マーク段差が
０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さが１μｍ程度の
場合であるが、このようにマーク段差が高いときには、
通常の検出条件で十分にコントラストの良好な位置合わ
せ用マーク像を得ることができる。
６８以上に設定されるときにそのアライメント光学系を
その輪郭強調用の検出条件に設定し、投影光学系の開口
数が０．６以下に設定されるときにそのアライメント光
学系をその通常の検出条件に設定するものとすると、上
述のように、投影光学系の開口数を０．６８以上に設定
できるのは、マーク段差を０．１μｍ以下程度にして、
且つ感光材料の厚さを０．５μｍ以下程度にする場合で
ある。このようにマーク段差が低いときには、コントラ
ストの良好な位置合わせ用マーク像を得るためにその輪
郭強調用の検出条件が必要である。一方、投影光学系の
開口数が０．６以下に設定されるのは、マーク段差が
０．８μｍ程度で、且つ感光材料の厚さが１μｍ程度の
場合であるが、このようにマーク段差が高いときには、
通常の検出条件で十分にコントラストの良好な位置合わ
せ用マーク像を得ることができる。
【図１】本発明による露光方法及び装置の実施の形態の
一例で使用される投影露光装置を示す概略構成図であ
る。
一例で使用される投影露光装置を示す概略構成図であ
る。
【図２】（ａ）は図１中の分割プリズム板１６及び検出
系の構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）の右側面
図、（ｃ）は図２（ａ）のＡＡ線に沿う断面図である。
系の構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）の右側面
図、（ｃ）は図２（ａ）のＡＡ線に沿う断面図である。
【図３】図１中の減光ユニット２の構成を示す概略構成
図である。
図である。
【図４】（ａ）は図１中の輪帯照明用のフライアイレン
ズ１３を示す側面図、（ｂ）はそのフライアイレンズ１
３を示す平面図である。
ズ１３を示す側面図、（ｂ）はそのフライアイレンズ１
３を示す平面図である。
【図５】図１中の輪帯照明用のインプット光学系５Ｂの
構成を示す光路図である。
構成を示す光路図である。
【図６】図５のインプット光学系５Ｂの各点における照
明光の光量分布を示す図である。
明光の光量分布を示す図である。
【図７】図１中のσ絞りユニット１５の構成を示す図で
ある。
ある。
【図８】図１中のアライメントセンサ５０の概略構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図９】図８のＦＩＡ系５１Ａを示す斜視図である。
【図１０】図８のＬＩＡ系５１Ｂを示す斜視図である。
【図１１】（ａ）は図９のＦＩＡ系５１Ａを簡略化して
示す構成図、（ｂ）はそのＦＩＡ系５１Ａ中に配置され
る照明系開口絞り板１６１を示す平面図、（ｃ）はその
ＦＩＡ系５１Ａ中に配置される開口絞り板１６３を示す
平面図である。
示す構成図、（ｂ）はそのＦＩＡ系５１Ａ中に配置され
る照明系開口絞り板１６１を示す平面図、（ｃ）はその
ＦＩＡ系５１Ａ中に配置される開口絞り板１６３を示す
平面図である。
【図１２】（ａ）は図１１（ａ）のＦＩＡ系５１Ａで検
出対象となるウエハマークを示す拡大平面図、（ｂ）は
そのウエハマークを高段差マークとして撮像して得られ
た撮像信号を示す波形図、（ｃ）はそのウエハマークを
低段差マークとして撮像して得られた撮像信号を示す波
形図である。
出対象となるウエハマークを示す拡大平面図、（ｂ）は
そのウエハマークを高段差マークとして撮像して得られ
た撮像信号を示す波形図、（ｃ）はそのウエハマークを
低段差マークとして撮像して得られた撮像信号を示す波
形図である。
【図１３】従来の投影露光装置を示す概略構成図であ
る。
る。
Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ １ ＫｒＦエキシマレーザ光源 ２ 減光ユニット ５Ａ，５Ｂ インプット光学系 ７，１２ フライアイレンズ １３ 輪帯照明用のフライアイレンズ １５ σ絞りユニット １６ 分割プリズム板 １８ 固定視野絞り ２０ 可動視野絞り ２５ レチクルステージ ２９ 主制御装置 ３１ 露光量制御系 ３２ 照明系制御系 ３５ Ｚチルトθステージ ４２ 可変開口絞り ４４ レンズ駆動機構 ４６ レジスト厚測定装置 ４７ 膜厚計測演算装置 ４８ 焦点位置検出系 ５０ アライメントセンサ ５１Ａ ＦＩＡ系 ５１Ｂ ＬＩＡ系 ５３Ａ，５３Ｂ ビームスプリッタ ５５Ａ，５５Ｂ 反射率モニタ ５６ 積算露光量演算部 ５８Ａ，５８Ｂ インテグレータセンサ ５９ 結像特性変動量算出部 １６１ 照明系開口絞り板 １６３ 開口絞り板
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｌ ５２７
Claims (5)
- 【請求項１】 照明光学系からの露光用の照明光でマス
クに形成された転写用のパターンを照明し、前記照明光
のもとで前記マスクのパターンの像を投影光学系を介し
て感光基板上に転写露光する露光方法において、 前記照明光学系内の前記マスクのパターン面に対する光
学的フーリエ変換面である照明系瞳面での光量分布が光
軸を含む第１の領域にある通常の照明条件と、 前記照明系瞳面での光量分布が前記光軸を含まない第２
の領域にある変形の照明条件とを切り換え自在に備え、 前記投影光学系の開口数に応じて前記照明光学系を前記
通常及び変形の照明条件の何れかに切り換えることを特
徴とする露光方法。 - 【請求項２】 露光用の照明光でマスクに形成された転
写用のパターンを照明する照明光学系と、前記照明光の
もとで前記マスクのパターンの像を感光基板上に投影す
る投影光学系と、を備えた露光装置において、 前記投影光学系の開口数を切り換える投影条件変更手段
と、 前記照明光学系の照明条件を前記照明光学系内の前記マ
スクのパターン面に対する光学的フーリエ変換面である
照明系瞳面での光量分布が光軸を含む第１の領域にある
通常の照明条件と、前記照明系瞳面での光量分布が前記
光軸を含まない第２の領域にある変形の照明条件とを含
む複数の照明条件に切り換える照明条件変更手段と、を
備え、 該照明条件変更手段は、前記投影光学系の開口数が０．
６８以上に設定されるときに前記照明光学系を前記通常
の照明条件に設定し、前記投影光学系の開口数が０．６
以下に設定されるときに前記照明光学系を前記変形の照
明条件に設定することを特徴とする露光装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の露光装置であって、 前記照明条件変更手段は、前記露光用の照明光を第１及
び第２の光束に分割する光束分割系と、 前記第１の光束の断面形状を輪帯状に広げる第１の光束
拡大系と、 前記第２の光束の光量分布を内側と外型とで反転させた
状態で断面形状を輪帯状に広げる第２の光束拡大系と、 前記第１及び第２の光束拡大系からの光束を前記照明系
瞳面より前に合成する光束合成系と、を有し、 前記変形の照明条件の設定を行う際に、前記照明条件変
更手段は、前記光束合成系で合成された光束を前記照明
系瞳面に導いて輪帯照明を行うことを特徴とする露光装
置。 - 【請求項４】 アライメント用の照明光のもとでアライ
メント光学系を介して感光基板上の位置合わせ用マーク
の像を検出し、該検出結果に基づいて前記感光基板の位
置合わせを行い、 露光用の照明光のもとでマスクに形成されたパターンの
像を投影光学系を介して前記感光基板上に転写露光する
露光方法において、 前記アライメント光学系内の前記感光基板の表面に対す
る光学的フーリエ変換面であるアライメント系瞳面上で
均一に結像光束を通過させる通常の検出条件と、前記ア
ライメント系瞳面上で結像光束を所定の分布で通過させ
て輪郭強調を行う輪郭強調用の検出条件とを切り換え自
在に備え、 前記投影光学系の開口数に応じて前記アライメント光学
系を前記２つの検出条件の何れかに切り換えることを特
徴とする露光方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の露光方法であって、 前記投影光学系の開口数が０．６８以上に設定されると
きに前記アライメント光学系を前記輪郭強調用の検出条
件に設定し、前記投影光学系の開口数が０．６以下に設
定されるときに前記アライメント光学系を前記通常の検
出条件に設定することを特徴とする露光方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8141318A JPH09326343A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法及び装置 |
| KR1019970022926A KR980005334A (ko) | 1996-06-04 | 1997-06-03 | 노광 방법 및 노광 장치 |
| US08/867,901 US5994006A (en) | 1996-06-04 | 1997-06-03 | Projection exposure methods |
| DE69730903T DE69730903T2 (de) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Belichtungsverfahren und -apparat |
| EP97109060A EP0811881B1 (en) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Exposure method and apparatus |
| US09/410,740 US6396568B1 (en) | 1996-06-04 | 1999-10-01 | Exposure apparatus and method |
| US10/123,103 US6590637B2 (en) | 1996-06-04 | 2002-04-15 | Exposure apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8141318A JPH09326343A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326343A true JPH09326343A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15289132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8141318A Pending JPH09326343A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09326343A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6811939B2 (en) | 2001-08-09 | 2004-11-02 | Renesas Technology Corp. | Focus monitoring method, focus monitoring system, and device fabricating method |
| JP2006313879A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-11-16 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、集積回路、および液晶表示装置 |
| JP2013016710A (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Canon Inc | 決定方法、プログラム及び露光方法 |
| JP2013115317A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 転写装置、アライメント方法および転写方法 |
| US9327488B2 (en) | 2011-11-30 | 2016-05-03 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Alignment method, transfer method and transfer apparatus |
| JP2016518698A (ja) * | 2013-03-12 | 2016-06-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | レーザアニールシステムにおいてエッジプロファイルを制御するためのカスタマイズされた瞳ストップ形状 |
-
1996
- 1996-06-04 JP JP8141318A patent/JPH09326343A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006313879A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-11-16 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、集積回路、および液晶表示装置 |
| JP4654144B2 (ja) * | 2005-04-04 | 2011-03-16 | 株式会社 液晶先端技術開発センター | 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、集積回路、および液晶表示装置 |
| JP2013016710A (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Canon Inc | 決定方法、プログラム及び露光方法 |
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| US9327488B2 (en) | 2011-11-30 | 2016-05-03 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Alignment method, transfer method and transfer apparatus |
| JP2016518698A (ja) * | 2013-03-12 | 2016-06-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | レーザアニールシステムにおいてエッジプロファイルを制御するためのカスタマイズされた瞳ストップ形状 |
| US10444522B2 (en) | 2013-03-12 | 2019-10-15 | Applied Materials, Inc. | Customized pupil stop shape for control of edge profile in laser annealing systems |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041201 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060607 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061017 |