JPH0950959A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストによる干渉の影響やオフセットドリ
フトの発生を抑えて、マスクとウエハとの高精度なアラ
イメントが可能な投影露光装置を提供すること。 【解決手段】 投影露光装置において、アライメント系
が、投影光学系を介することなく広帯域波長の第１検出
光を基板マークに照明し、基板マークからの第１検出光
を投影光学系を介することなく受光することにより、基
板マークを検出するための基板マーク検出光学系と、第
２検出光で投影光学系を介してマスクマークを照明し、
マスクマークからの光を受光することにより、マスクマ
ークを検出するためのマスクマーク検出光学系とを備え
ている。

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
または液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラ
フィ工程で使用される投影露光装置に関し、特にマスク
と感光基板との位置合わせを行なうためのアライメント
系を備えた縮小投影型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実用化されている逐次露光型の投影
露光装置の多くには、マスクとしてのレチクルと感光性
基板としてのウエハ（またはガラスプレート等）とを光
学的に位置合わせするためのアライメント系が組み込ま
れている。このようなアライメント系では、種々のアラ
イメント方式が用いられている。これら種々のアライメ
ント方式のうちで高精度なアライメント方式として、レ
チクルの回路パターン周辺に形成されたアライメントマ
ーク（レチクルマーク）と、ウエハ上の各ショット領域
に形成されたアライメントマーク（ウエハマーク）とを
投影光学系を介して同時に検出するＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式が知られている。

【０００３】ＴＴＲ方式のアライメント系では、レチク
ルの上方に配置されたアライメント系によってレチクル
マークとウエハマークとの相対的な位置ずれ量が計測さ
れ、この位置ずれ量が所定の関係に維持されるようにレ
チクルおよびウエハの少なくとも一方の位置または回転
角が微調整される。ところで、ＴＴＲ方式のアライメン
ト系にも種々のタイプがある。

【０００４】たとえば、特開平３−３２２４号公報に開
示のアライメント系では、アライメント光に対する軸上
色収差補正用の補正レンズが投影光学系内に設けられ、
アライメント光に対する倍率色収差補正用の補正光学系
がレチクルの近傍に設けられている。この場合、色収差
補正を容易に行うため、アライメント光としてレーザー
光などの単色光を使っている。また、本出願人の出願に
よる特開平５−１６０００１号公報に開示のアライメン
ト系では、アライメント光に対して軸上色収差を補正す
るとともに倍率色収差を制御するための補正光学素子
（ＰＧＣ）をレチクルとマスクとの間に配置している。

【０００５】一方、ＴＴＲ方式以外のアライメント系と
して、いわゆるオフアクシス方式のアライメント系が知
られている。オフアクシス方式のアライメント系では、
ウエハ観察系によりウエハマークを、ウエハ観察系とは
別のレチクル観察系によりレチクルマークを、それぞれ
投影光学系を介することなく観察する。このように、オ
フアクシス方式では、ウエハ観察系の光軸およびレチク
ル観察系の光軸がそれぞれ投影光学系の光軸から大きく
離間している。換言すれば、ウエハ観察系の観察視野と
ウエハ上の露光領域、およびレチクル観察系の観察視野
とレチクル上の転写対象領域とが互いに大きく離間して
いる。

【０００６】ところで、半導体素子の大集積化の要望は
年々高くなっており、要求される回路パターンのパター
ンルール（線幅）はますます小さくなっている。投影光
学系が解像することのできる線幅は波長に比例して小さ
くなることが知られており、より小さなパターンルール
の回路パターンを露光するためには露光に使用する光の
波長を短くすれば良い。最近では、たとえばＡｒＦを媒
体としたエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）やＫｒＦ
を媒体としたエキシマレーザ光（波長２４９ｎｍ）を使
った投影露光装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなエキシマ
レーザ光（波長１９３ｎｍまたは２４８ｎｍなど）で露
光を行う投影露光装置において、投影光学系は露光光で
あるエキシマレーザ光に対して良好に収差補正されてい
る。したがって、ウエハ上に塗布されたレジストの感光
を避けるためにアライメント光としてたとえば赤色光
（波長６００ｎｍ〜８００ｎｍ）を使用する場合、投影
光学系においてアライメント光に対して大きな色収差
（軸上色収差、倍率色収差等）が発生する。

【０００８】そこで、特開平３−３２２４号公報に開示
のアライメント系では、アライメント光として単色光を
使用し、投影光学系内に設けられた補正レンズによって
アライメント単色光に対する軸上色収差を補正してい
る。また、特開平５−１６０００１号公報に開示のアラ
イメント系では、アライメント光としてレーザ光のよう
な単色光を使用し、たとえば位相グレーティングのよう
な補正光学素子（ＰＧＣ）を用いてアライメント単色光
に対する色収差補正を行っている。

【０００９】このように、従来のＴＴＲ方式によるアラ
イメント系では、投影光学系において発生する色収差の
影響を抑えるために単色光のような狭い波長幅を有する
アライメント光を用いる必要がある。その結果、ウエハ
上に塗布されたレジストによる干渉の影響などに起因し
て検出精度が悪化するという不都合があった。

【００１０】なお、上述したオフアクシス方式のアライ
メント系では、比較的広い波長幅の光を用いてウエハの
観察を行うので、レジストによる干渉の影響を低減する
ことができる。しかしながら、露光領域とウエハ観察視
野とが大きく離れているため、アライメントに際してウ
エハマークを二次元的に大きく移動させる必要がある。
その結果、レチクル観察系とウエハ観察系とでオフセッ
トドリフトが発生し、精度が低下するという不都合があ
った。

【００１１】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、レジストによる干渉の影響やオフセットドリ
フトの発生を抑えて、マスクとウエハとの高精度なアラ
イメントが可能な投影露光装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定のパターンが形成されたマ
スクに対して露光用光束を照明するための露光用照明光
学系と、前記マスクパターンを感光性の基板上に投影す
るための投影光学系と、前記基板上に形成された基板マ
ークと前記マスク上に形成されたマスクマークとに基づ
いて前記基板と前記マスクとの相対位置を検出するため
のアライメント系とを備えた投影露光装置において、前
記アライメント系は、前記投影光学系を介することなく
広帯域波長の第１検出光を前記基板マークに照明し、前
記基板マークからの第１検出光を前記投影光学系を介す
ることなく受光することにより、前記基板マークを検出
するための基板マーク検出光学系と、第２検出光で前記
投影光学系を介して前記マスクマークを照明し、前記マ
スクマークからの光を受光することにより、前記マスク
マークを検出するためのマスクマーク検出光学系と、を
備えていることを特徴とする投影露光装置を提供する。

【００１３】本発明の好ましい態様によれば、前記基板
マーク検出光学系は、前記広帯域波長を有する前記第１
検出光を供給するための基板マーク照明用光源手段と、
前記投影光学系と前記基板との間に配置され、前記基板
マーク照明用光源手段からの前記第１検出光を偏向して
前記基板マークを落射照明するための偏向手段と、前記
基板マークからの第１検出光に基づいて前記基板マーク
の像を検出するための像検出光学系と、を備えている。

【００１４】また、前記マスクマーク検出光学系は、前
記露光用光束とは異なる波長を有する第２検出光を前記
偏向手段を介して前記基板に照明し、前記基板において
反射された前記第２検出光を前記マスクマークへ導くた
めのマスクマーク照明用光源手段と、前記マスクマーク
照明用光源手段により照明された前記マスクマークから
の前記第２検出光を受光するための受光手段と、前記基
板において反射された前記第２検出光に対する前記投影
光学系の色収差を補正するために前記マスクと前記基板
との間に配置された補正手段と、を備えているのが好ま
しい。

【００１５】また、本発明の別の局面によれば、所定の
パターンが形成されたマスクに対して露光用光束を照明
するための露光用照明光学系と、前記マスクパターンを
感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記基
板上に形成された基板マークと前記マスク上に形成され
たマスクマークとに基づいて前記基板と前記マスクとの
相対位置を検出するためのアライメント系とを備えた投
影露光装置において、前記アライメント系は、前記投影
光学系を介することなく広帯域波長の第１検出光を前記
基板マークに照明し、前記基板マークからの第１検出光
を前記投影光学系を介することなく受光することによ
り、前記基板マークを検出するための基板マーク検出光
学系と、第２検出光で前記マスクマークを照明し、前記
投影光学系を介して前記マスクマークからの光を受光す
ることにより、前記マスクマークを検出するためのマス
クマーク検出光学系と、を備えていることを特徴とする
投影露光装置を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明では、投影光学系を介する
ことなく広帯域波長の第１検出光を基板マークに照明
し、基板マークからの第１検出光を投影光学系を介する
ことなく受光することにより基板マークを検出する。ま
た、投影光学系を介することなく第２検出光を基板に照
明し、基板からの第２検出光を投影光学系およびマスク
マークを介して受光することによりマスクマークを検出
する。

【００１７】このように、本発明では、広帯域波長の第
１検出光を用いて投影光学系を介することなく基板マー
クを検出するので、レジストによる干渉の影響を低減す
ることができる。また、上述の本発明の構成では、基板
上の露光領域（照明領域）の近傍において基板マークを
検出する構成も可能である。この場合、基板マークの検
出に際して基板を移動する必要がないので、従来のオフ
アクシス方式におけるようなオフセットドリフトの発生
を回避することができる。したがって、本発明の投影露
光装置では、マスクと基板との高精度なアライメントが
可能となる。

【００１８】また、上述の本発明の構成では、基板マー
ク検出光学系とマスクマーク検出光学系とをほぼ同軸に
構成することも可能になる。その結果、各検出光学系の
光軸の変動の影響を取り除くことができ、ドリフトのな
い安定したアライメントが可能になる。なお、具体的に
は、基板マーク検出光学系は、投影光学系と前記基板と
の間に配置された偏向手段によって第１検出光を偏向し
て、基板マークを落射照明する。そして、第１検出光に
対する基板マークからの反射光に基づいて、基板マーク
の像を検出する。この場合、基板での投影光学系の有効
視野の内部で且つ基板での露光用照明光学系の照明領域
の外部の領域において、基板マークの像を検出すること
が好ましい。

【００１９】一方、マスクマーク検出光学系では、露光
光とは異なる波長を有する第２検出光を上述の偏向手段
を介して基板に照明する。この第２検出光は、単色の
光、たとえばレーザー光であることが好ましい。基板上
で正反射された第２検出光は、投影光学系を介してマス
クマークに達する。その際、たとえば投影光学系内に設
けられた補正手段により、第２検出光に対する投影光学
系の色収差を補正する。その際、単色であれば補正が容
易である。そして、第２検出光に対するマスクマークか
らの検出光を受光することによって、マスクマークを検
出する。マスクマークは、クロムなどをエッチングした
もので、レジストに覆われたウエハマークとは異なり、
単色光で検出しても誤差を生じない。上述の補正手段
は、たとえば透明基板に形成された回折格子であって、
第２検出光を偏向してマスクマークに導くことが好まし
い。

【００２０】上述の偏向手段は、たとえば第１検出光お
よび第２検出光を基板に向かって反射するための反射面
を有する。そして、この反射面には、基板上で正反射し
た第２検出光を投影光学系に向かって透過させるための
光透過部が形成されていることが好ましい。この場合、
上述の反射面を全反射面に形成することにより、各検出
光の光量損失を最小限に抑えることができ、検出精度が
向上する。

【００２１】さらに、偏向手段は、投影光学系と基板と
の間の光路に配置され、投影光学系を介した露光光を透
過させるための平行平面板と、上述の反射面を有するプ
リズム部材とを有し、平行平面板とプリズム部材とが一
体的に形成されているのが好ましい。この場合、平行平
面板により反射面の安定した保持が可能になるととも
に、第２検出光がプリズム部材の外部の大気に露出され
る領域が小さくなるので空気の揺らぎの影響を受けにく
くなり、検出精度が向上する。

【００２２】本発明の別の局面によれば、第２検出光で
マスクを照明し、マスクからの第２検出光を投影光学系
を介して受光することによりマスクマークを検出するこ
ともできる。この場合、マスクマーク検出光学系では、
露光光とは異なる波長を有する第２検出光でマスクを直
接照明する。マスクを透過した第２検出光は、投影光学
系を介して基板表面に達する。その際、投影光学系内に
設けられた補正手段により、第２検出光に対する投影光
学系の色収差を補正する。そして、基板表面で反射され
た第２検出光を上述の偏向手段を介して受光することに
よって、マスクマークを検出する。

【００２３】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる投影露光
装置の構成を概略的に示す図である。なお、本実施例
は、投影光学系に対してマスクおよびウエハをそれぞれ
相対的に移動させながら露光を行う、いわゆるレンズス
キャン方式の投影露光装置に本発明を適用した例であ
る。図１では、投影光学系の光軸に対して平行にｚ軸
が、光軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方
向にｘ軸が、ｚ軸およびｘ軸に垂直な方向にｙ軸がそれ
ぞれ設定されている。

【００２４】図示の投影露光装置は、たとえばＫｒＦま
たはＡｒＦを媒体としたエキシマレーザ光（波長２４９
ｎｍまたは１９３ｎｍ）のような露光光でマスク４を均
一に照明するための照明光学系１１を備えている。マス
ク４はマスクステージ１２上に支持されており、マスク
ステージ１２は投影光学系３の光軸に対して垂直なｘｙ
平面内において二次元的に移動可能である。なお、マス
クステージ１２ひいてはマスク４のｘ方向移動量および
ｙ方向移動量は、レーザ干渉計１０によって常時計測さ
れている。レーザ干渉計１０の出力は、制御系１３に供
給される。

【００２５】たとえば回路パターンが形成されたマスク
４を透過した光は、投影光学系３を介して感光基板であ
るウエハ５に達し、ウエハ５上にはマスク４のパターン
像が形成される。なお、ウエハ５は、図示を省略したウ
エハホルダを介してウエハステージ６上に支持されてい
る。ウエハステージ６は、投影光学系３の光軸に対して
垂直なｘｙ平面内において二次元的に駆動されるように
なっている。そして、ウエハステージ６ひいてはウエハ
５のｘ方向移動量およびｙ方向移動量は、レーザ干渉計
７により常時計測されている。レーザ干渉計７の出力
は、制御系１３に供給される。

【００２６】こうして、投影光学系３に対してマスク４
およびウエハ５をｘ方向に沿ってそれぞれ相対的に移動
させながらスキャン露光を行うことにより、マスク４の
パターンをウエハ５上の１つの露光領域に転写すること
ができる。そして、ウエハ５をｘｙ平面内において二次
元的に逐次駆動しながら上述のスキャン露光を繰り返す
ことにより、マスク４のパターンをウエハ５の各露光領
域に逐次転写することができる。

【００２７】さらに、図１の投影露光装置は、ウエハ５
上に形成されたウエハマークとマスク４上に形成された
マスクマークとに基づいてウエハ５とマスク４との相対
位置を検出するためのアライメント系を備えている。ア
ライメント系は、投影光学系３を介することなく広帯域
波長のウエハマーク検出光（第１検出光）すなわち照明
光を用いてウエハマークを検出するとともに、マスクマ
ークを検出するためのマスクマーク検出光（第２検出
光）すなわちアライメント光を射出するアライメント同
軸光学系１を備えている。

【００２８】なお、本実施例では、マスクマークの検出
に際して、２光束干渉方式すなわちＬＩＡ（Laser Inte
rferometric Alignment ）方式を用いている。２光束干
渉方式のアライメントでは、露光光とは異なる波長を有
するコヒーレント（可干渉）な２光束（レーザビーム
等）を回折格子状のマスクマークに対して所定の２方向
から照射して１次元の干渉縞を形成し、この干渉縞を観
測してマスクマークの位置を特定する。

【００２９】図２は、図１におけるアライメント同軸光
学系１の構成を概略的に示す図である。図２において、
アライメント同軸光学系１は、露光光とは異なる波長を
有するアライメント光を供給する光源としてレーザ光源
２０を備えている。レーザ光源２０として、たとえば波
長６３３ｎｍの光を発するＨｅ−Ｎｅレーザを使用する
ことができる。レーザ光源２０から射出されたビーム
は、ハーフミラー２１により２つのビームに分割され
る。

【００３０】すなわち、ハーフミラー２１を透過したビ
ームＬ１は、第１音響光学素子２２に入射する。一方、
ハーフミラー２１で反射されたビームＬ２は、ハーフミ
ラー２３を介して第２音響光学素子２４に入射する。こ
こで、第１音響光学素子２２は周波数ｆ１の高周波信号
でドライブされ、第２音響光学素子２４は周波数ｆ２
（ｆ２＝ｆ１−Δｆ）の高周波信号でドライブされる。
なお、周波数差Δｆの上限は、後述するマスクマーク検
出用の光電検出器９の応答性によって規定される。この
ように、レーザ光源２０、ハーフミラー２１、ハーフミ
ラー２３、第１音響光学素子２２および第２音響光学素
子２４は、コヒーレントな一対の光束を生成する２光束
生成手段を構成している。

【００３１】第１音響光学素子２２および第２音響光学
素子２４をそれぞれ介したビームＬ１およびＬ２は、図
中破線で示すように、ハーフミラー２５を透過し、ハー
フミラー２６で反射された後、集光レンズ２７に入射す
る。一対のビームＬ１およびＬ２は、集光レンズ２７で
集光された後、リレーレンズ系２８を介して、投影光学
系３とウエハ５との間の光路中に配置されたプリズム組
立体２の反射面２ａに入射する。反射面２ａで反射され
た一対のビームＬ１およびＬ２は、ウエハ５上において
交差する。そして、ウエハ５上で正反射された一対のビ
ームＬ１およびＬ２は、後述するように、反射面２ａを
透過してマスク４に向かう。このように、上述の２光束
生成手段、ハーフミラー２５、ハーフミラー２６、集光
レンズ２７、リレーレンズ系２８、およびプリズム組立
体２の反射面２ａは、マスクマーク検出光学系の一部を
構成している。

【００３２】また、アライメント同軸光学系１は、ウエ
ハマーク検出光として広帯域波長（たとえば５００ｎｍ
〜８５０ｎｍ）を有する照明光を供給する照明用光源３
０を備えている。照明用光源３０からの照明光は、コリ
メートレンズ３１により平行光束となった後、ハーフミ
ラー２５に入射する。ハーフミラー２５で反射された照
明光は、ハーフミラー２６、集光レンズ２７、リレーレ
ンズ系２８を介してプリズム組立体２の反射面２ａに入
射する。反射面２ａで反射された照明光は、ウエハ５上
に形成されたウエハマークＷＭを落射照明する。

【００３３】照明光に対するウエハ５からの反射光は、
反射面２ａ、リレーレンズ系２８および集光レンズ２７
を介して、ハーフミラー２６に入射する。ハーフミラー
２６を透過した光は、結像レンズ３２を介して、たとえ
ばＣＣＤのような撮像素子３３の撮像面上に結像する。
撮像素子３３の出力は、制御系１３に供給される。ちな
みに、ハーフミラー２６を偏光ビームスプリッターで置
換してもよい。良く知られているように、偏光ビームス
プリッターを１／４波長板と組み合わせると光量損失が
少なくなるので、光量が少ない場合にはこの構成をとっ
てもよい。なお、集光レンズ２７のウエハ側焦点面に
は、指標板３４が位置決めされている。指標板３４に
は、ウエハマーク観察のための一対の指標マーク３４ａ
および３４ｂとともに、マスクマーク検出のための基準
格子状マーク３４ｃが形成されている。

【００３４】こうして、制御系１３では、撮像素子３３
の出力に基づいて、ウエハマークＷＭと一対の指標マー
ク３４ａおよび３４ｂとからなる像情報を得ることがで
きる。そして、得られた像情報を画像処理することによ
り、ウエハマークＷＭの位置を検出することができる。
このように、照明用光源３０、コリメートレンズ３１、
ハーフミラー２５、ハーフミラー２６、集光レンズ２
７、リレーレンズ系２８、反射面２ａ、指標板３４、結
像レンズ３２および撮像素子３３は、ウエハマークを検
出するためのウエハマーク検出光学系を構成している。
そして、マスクマーク検出系とウエハマーク検出光学系
とは、ハーフミラー２５、ハーフミラー２６、集光レン
ズ２７およびリレーレンズ系２８を共有している。した
がって、マスクマーク検出系とウエハマーク検出光学系
とは、いわゆる同軸に構成されている。

【００３５】図１に示すように、プリズム組立体２は投
影光学系３とウエハ５との間に配置され、投影光学系３
を介したマスク４からの露光光に対しては平行平面板と
して機能する。また、上述したように、プリズム組立体
２には反射面２ａを有するプリズム部材が一体的に形成
され、この反射面２ａを介してウエハ５が落射照明され
るとともに、マスクマーク検出用の一対のビームＬＲ
（Ｌ１およびＬ２）がウエハ５上に導かれる。

【００３６】図３は、図１のプリズム組立体２の構成お
よび作用を説明する図である。図３に示すように、ウエ
ハ５上で正反射された一対のビームＬＲ（Ｌ１およびＬ
２）は、反射面２ａ上に形成された一対の微小な光透過
部２ｂをそれぞれ介して、投影光学系３に入射する。こ
のように、反射面２ａ上に一対の微小な光透過部２ｂを
形成することにより、照明光およびアライメント光を反
射面２ａで全反射するとともに、基板上で反射されたア
ライメント光を全透過することができる。なお、一部の
光を透過し残部の光を反射する半透過膜で反射面２ａを
形成することもできる。しかしながら、この場合、照明
光およびアライメント光の双方において光量損失が発生
するので、検出精度が低下する恐れがある。

【００３７】図４は、図１のウエハ上における投影光学
系の有効視野、露光領域およびウエハマークの配置を示
す図である。図４に示すように、ウエハ５上における投
影光学系３の有効視野Ａ１内において、ｙ方向に延びた
矩形状の露光領域（図中斜線部で示す）Ａ２が形成さ
れ、有効視野Ａ１内の図中左端にはウエハマークＭＷが
形成されている。このように、ウエハマークＭＷは露光
領域（すなわち照明光学系１１による照明領域）の外部
に形成されているが、有効視野Ａ１内には入っている。

【００３８】したがって、プリズム組立体２のうち反射
面２ａの部分は、投影光学系３を介してウエハ５上の露
光領域Ａ２に向かう露光光を遮光しないように配置され
ている。再び図１を参照すると、投影光学系３に入射し
た一対のビームＬＲは、投影光学系３の瞳面上に設けら
れた補正光学素子（ＰＧＣ）８に入射する。補正光学素
子８は、たとえば回折格子が所定位置に形成された透明
な基板である。

【００３９】上述したように、一対のビームＬＲはウエ
ハ５に一旦入射した後、投影光学系３を介してマスク４
に導かれる。したがって、ウエハ５上に塗布されたレジ
ストの感光を避けるために、一対のビームＬＲとして６
００ｎｍ以上の波長を有するレーザ光を使用している。
一方、投影光学系３は露光光であるエキシマレーザ光
（波長２４９ｎｍまたは１９３ｎｍ）に対して収差補正
されているので、一対のビームＬＲに対して大きな色収
差が発生する。そこで、上述の補正光学素子８は、通過
する一対のビームＬＲに対する投影光学系３の軸上色収
差を補正する。

【００４０】こうして、補正光学素子８を介した一対の
ビームＬＲは、マスク４上の所定位置に形成されたマス
クマークＭＭ上で交差（結像）する。図５は、図１のマ
スク上におけるパターン領域、投影光学系の有効視野、
転写対象領域およびマスクマークの配置を示す図であ
る。図５に示すように、マスク４上における投影光学系
３の有効視野Ａ３（図中破線で示す）内において、ｙ方
向に延びた矩形状の転写対象領域（図中斜線部で示す）
Ａ４が形成されている。転写対象領域（すなわち照明光
学系１１による照明領域）Ａ４はｙ方向に沿ってパター
ン領域ＰＡの全体に亘って延び、ｘ方向に沿ってパター
ン領域ＰＡの一部を占めている。したがって、スキャン
露光の際にマスク４をｘ方向に沿って移動することによ
り、転写対象領域Ａ４がパターン領域ＰＡの全体を走査
することになる。

【００４１】なお、マスク４上における一対のビームＬ
Ｒの共役位置は、転写対象領域Ａ４内の図中左端の点Ｐ
１、すなわちパターン領域ＰＡ内に位置することにな
る。しかしながら、パターン領域ＰＡ内にマスクマーク
を形成することはできないので、本実施例ではマスク４
の走査方向と直交する方向すなわちｙ方向に沿ってパタ
ーン領域ＰＡから外れた位置にマスクマークＭＭを形成
している。なお、マスクマークＭＭは、図示のように、
たとえばｘ方向（計測方向）に沿って所定のピッチを有
する回折格子状に形成されている。

【００４２】したがって、補正光学素子８は、一対のビ
ームＬＲに対する軸上色収差を補正するとともに、一対
のビームＬＲを偏向（回折）することにより一対のビー
ムＬＲをマスク４上のマスクマークＭＭ上で交差させ
る。再び図１を参照すると、マスクマークＭＭ上におい
て交差した一対のビームＬＲは回折格子でそれぞれ回折
され、マスク４の法線方向（ｚ方向）に２つの±１次透
過回折光が発生する。発生した２つの透過回折光は互い
に干渉し、ビート干渉光ＬＭが生成される。

【００４３】マスクマークＭＭからのビート干渉光ＬＭ
は、光電検出器９により光電変換され、その結果マスク
マーク信号が生成される。このマスクマーク信号は、位
相検出系を内蔵した制御系１３に供給される。一方、上
述した一対のビームＬＲとは別の１対のビームが参照ビ
ームとして指標板３４の基準回折格子３４ｃで干渉し、
この干渉によりビート干渉光が生成される。生成された
ビート干渉光は、アライメント同軸光学系１内の光電検
出器（不図示）により光電変換され、その結果参照信号
が生成される。この参照信号も制御系１３に供給され
る。

【００４４】こうして、制御系１３では、参照信号の位
相を基準として、マスクマーク信号との位相差を検出す
る。そして、検出した位相差に基づいてマスクマークＭ
Ｍの位置を検出することができる。こうして、得られた
ウエハマークの位置情報とマスクマークの位置情報とに
基づいて、ウエハ５とマスク４との相対位置を検出する
ことができる。

【００４５】上述したように、本実施例では、広帯域波
長を有する照明光を用いてウエハを観察することによっ
て、ウエハマークの検出を行う。したがって、ウエハに
塗布されたレジストによる干渉の影響を最小限に抑える
ことができ、高精度なウエハマーク検出が可能となる。
また、本実施例では、ウエハ上の露光領域（照明領域）
の外側近傍、たとえば投影光学系の有効視野内において
ウエハマークを検出する。したがって、ウエハマークの
検出に際してウエハを移動する必要がないので、従来の
オフアクシス方式におけるようなオフセットドリフトの
発生を回避することができ、検出精度が向上する。

【００４６】また、本実施例では、ウエハマークを検出
する光学系とマスクマークを検出する光学系とが一部の
光学系を共有し、いわゆる同軸に構成されている。した
がって、各検出光学系の光軸の変動の影響を取り除い
て、ドリフトのない安定した検出が可能となり、検出精
度が向上する。また、本実施例では、投影光学系とウエ
ハとの間にプリズム組立体が介在し、その一部が落射プ
リズム（反射面２ａを有するプリズム部材）として残部
が平行平面板として使用されている。その結果、ウエハ
マーク検出光学系と投影光学系との相対距離（ベースラ
イン量）を小さくするとともに、反射面２ａの安定した
保持が可能となる。また、マスクマーク検出用のビーム
がプリズム部材以外で大気に露出される部分が少なくな
るので、空気の揺らぎの影響をうけにくくなり、検出精
度が向上する。

【００４７】図６は、本発明の第２実施例にかかる投影
露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図７
は、図６のマスク上におけるパターン領域、投影光学系
の有効視野、転写対象領域およびマスクマークの配置を
示す図である。さらに、図８は、図６のプリズム組立体
２の構成および作用を説明する図である。第２実施例の
装置は第１実施例と類似の構成を有するが、マスクマー
ク検出系の構成だけが第１実施例と相違する。したがっ
て、図６において、第１実施例の構成要素と同様の機能
を有する要素には図１と同じ参照符号を付している。以
下、第１実施例との相違に着目して第２実施例を説明す
る。

【００４８】図６の投影露光装置は、露光光とは異なる
波長を有するアライメント光（非露光光）でマスク４上
の所定位置に形成されたマスクマークＭＭを照明するた
めの照明系９０を備えている。図７に示すように、第２
実施例では、ｘ方向に沿って所定のピッチを有する回折
格子状のマークおよびｙ方向に沿って所定のピッチを有
する回折格子状のマークが、マスクマークＭＭとして形
成されている。

【００４９】照明系９０からのアライメント光に対して
マスクマークＭＭで発生した回折透過光のうちの所定次
数の一対の回折光（たとえば±１次回折光）ＬＲは、投
影光学系３に入射する。投影光学系３に入射した一対の
ビームＬＲは、投影光学系３の内部に設けられた補正光
学素子８の偏向（回折）作用により、ウエハ５の表面上
で交差するように収差補正される。したがって、図８に
示すように、投影光学系３を介した一対のビームＬＲ
（Ｌ１およびＬ２）は、プリズム組立体２の反射面２ａ
上に形成された一対の微小な光透過部２ｂをそれぞれ介
して、ウエハ５の表面上で交差する。

【００５０】こうして、ウエハ５の表面上には、一対の
ビームＬ１とＬ２との干渉に基づくマスクマークＭＭの
像が形成される。マスクマーク像からの光は、プリズム
組立体２の反射面２ａで全反射された後、第２アライメ
ント同軸光学系１００に入射する。図９は、図６におけ
る第２アライメント同軸光学系１００の構成を概略的に
示す図である。第２実施例における第２アライメント同
軸光学系１００は、第１実施例におけるアライメント同
軸光学系１と類似の構成を有する。しかしながら、第２
アライメント同軸光学系１００では、第１実施例のアラ
イメント同軸光学系１における２光束生成手段（２０〜
２４）および指標板３４が存在しない。

【００５１】第２アライメント同軸光学系１００に入射
したマスクマーク像からの光は、図９中破線で示すよう
に、リレーレンズ系２８および集光レンズ２７を介し
て、ハーフミラー２６に入射する。ハーフミラー２６を
透過した光は、結像レンズ３２を介して、たとえばＣＣ
Ｄのような撮像素子３３の撮像面上に結像する。撮像素
子３３の出力は、制御系１３に供給される。こうして、
制御系１３では、撮像素子３３の出力に基づいて、マス
クマークＭＭを検出することができる。

【００５２】このように、第２実施例では、撮像素子３
３の撮像面上にウエハマークＷＭの像とともにマスクマ
ークＭＭの像が形成される。すなわち、同一視野内にお
いて、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとを同時に
検出することができるので、ウエハ５とマスク４との高
精度な位置合わせが可能となる。また、上述したよう
に、第２実施例では、第１実施例で用いられているヘテ
ロダイン光学系は不要である。したがって、第２アライ
メント同軸光学系において２光束生成手段（２０〜２
４）を省略することができ、系の構成の簡素化を図るこ
とができる。

【００５３】なお、上述の各実施例では、レンズスキャ
ン型の投影露光装置に本発明を適用した例を示したが、
他の一般的な投影露光装置に本発明を適用することがで
きることは明らかである。また、上述の各実施例では、
エキシマレーザ光を露光光とする投影露光装置に本発明
を適用した例を示したが、他の露光光を用いた一般的な
投影露光装置に本発明を適用することができることは明
らかである。

【００５４】

【効果】以上説明したように、本発明では、広帯域波長
の光を用いて投影光学系を介することなく基板マークを
検出するので、レジストによる干渉の影響を低減するこ
とができる。また、基板上の露光領域の近傍において基
板マークを検出するようにすれば、オフセットドリフト
の発生を回避することができる。したがって、本発明の
投影露光装置では、マスクとウエハとの高精度なアライ
メントが可能となる。また、基板マーク検出光学系とマ
スクマーク検出光学系とをいわゆる同軸に構成すること
ができる。この場合、各検出光学系の光軸の変動の影響
を取り除くことができ、ドリフトのない安定したアライ
メントが可能になるので、検出精度がさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる投影露光装置の構
成を概略的に示す図である。

【図２】図１におけるアライメント同軸光学系１の構成
を概略的に示す図である。

【図３】図１のプリズム組立体２の構成および作用を説
明する図である。

【図４】図１のウエハ上における投影光学系の有効視
野、露光領域およびウエハマークの配置を示す図であ
る。

【図５】図１のマスク上におけるパターン領域、投影光
学系の有効視野、転写対象領域およびマスクマークの配
置を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例にかかる投影露光装置の構
成を概略的に示す図である。

【図７】図６のマスク上におけるパターン領域、投影光
学系の有効視野、転写対象領域およびマスクマークの配
置を示す図である。

【図８】図６のプリズム組立体２の構成および作用を説
明する図である。

【図９】図６における第２アライメント同軸光学系１０
０の構成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ アライメント同軸光学系 ２ プリズム組立体 ３ 投影光学系 ４ マスク ５ ウエハ ６ ウエハステージ ７、１０ 干渉計 ８ 補正光学素子 ９ 光電検出器 １１ 照明光学系 １２ マスクステージ １３ 制御系 ２０ レーザ光源 ２２、２４ 音響光学素子 ３０ 照明用光源 ３１ コリメートレンズ ３２ 結像レンズ ３３ 撮像素子 ＷＭ ウエハマーク ＭＭ マスクマーク ９０ 照明系 １００ 第２アライメント同軸光学系

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンが形成されたマスクに対
   して露光用光束を照明するための露光用照明光学系と、
   前記マスクパターンを感光性の基板上に投影するための
   投影光学系と、前記基板上に形成された基板マークと前
   記マスク上に形成されたマスクマークとに基づいて前記
   基板と前記マスクとの相対位置を検出するためのアライ
   メント系とを備えた投影露光装置において、 前記アライメント系は、 前記投影光学系を介することなく広帯域波長の第１検出
   光を前記基板マークに照明し、前記基板マークからの第
   １検出光を前記投影光学系を介することなく受光するこ
   とにより、前記基板マークを検出するための基板マーク
   検出光学系と、 第２検出光で前記投影光学系を介して前記マスクマーク
   を照明し、前記マスクマークからの光を受光することに
   より、前記マスクマークを検出するためのマスクマーク
   検出光学系と、 を備えていることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記基板マーク検出光学系は、 前記広帯域波長を有する前記第１検出光を供給するため
   の基板マーク照明用光源手段と、 前記投影光学系と前記基板との間に配置され、前記基板
   マーク照明用光源手段からの前記第１検出光を偏向して
   前記基板マークを落射照明するための偏向手段と、 前記基板マークからの第１検出光に基づいて前記基板マ
   ークの像を検出するための像検出光学系と、 を備えていることを特徴とする請求項１に記載の投影露
   光装置。
3. 【請求項３】 前記露光用照明光学系は、前記基板での
   前記投影光学系の有効視野内において照明領域を形成
   し、 前記基板マーク検出光学系は、前記基板での前記投影光
   学系の前記照明領域の外部の領域に検出視野を有するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記マスクマーク検出光学系は、 前記露光用光束とは異なる波長を有する第２検出光を前
   記偏向手段を介して前記基板に照明し、前記基板におい
   て反射された前記第２検出光を前記マスクマークへ導く
   ためのマスクマーク照明用光源手段と、 前記マスクマーク照明用光源手段により照明された前記
   マスクマークからの前記第２検出光を受光するための受
   光手段と、 前記基板において反射された前記第２検出光に対する前
   記投影光学系の色収差を補正するために前記マスクと前
   記基板との間に配置された補正手段と、 を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載
   の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記マスクマークは、計測方向に沿って
   それぞれ所定ピッチで配列された回折格子であり、 前記マスクマーク照明用光源手段は、前記第２検出光を
   前記回折格子に対して所定の２方向から照射するため
   に、コヒーレントな一対の第２検出光を生成する２光束
   生成手段を有し、 前記受光手段は、前記コヒーレントな一対の第２検出光
   が所定の２方向から前記回折格子を照射することにより
   生成される回折光を受光することを特徴とする請求項４
   に記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記偏向手段は、前記第１検出光および
   前記第２検出光を前記基板に向けて反射させるための反
   射面を有し、該反射面には前記基板で正反射した前記第
   ２検出光を前記投影光学系に向けて透過させる光透過部
   が形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のい
   ずれか１項に記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】 前記偏向手段は、前記投影光学系と前記
   基板との間の光路中に配置された平行平面板と、前記反
   射面を有するプリズム部材とを有し、 前記平行平面板と前記プリズム部材とは一体的に構成さ
   れていることを特徴とする請求項６に記載の投影露光装
   置。
8. 【請求項８】 所定のパターンが形成されたマスクに対
   して露光用光束を照明するための露光用照明光学系と、
   前記マスクパターンを感光性の基板上に投影するための
   投影光学系と、前記基板上に形成された基板マークと前
   記マスク上に形成されたマスクマークとに基づいて前記
   基板と前記マスクとの相対位置を検出するためのアライ
   メント系とを備えた投影露光装置において、 前記アライメント系は、 前記投影光学系を介することなく広帯域波長の第１検出
   光を前記基板マークに照明し、前記基板マークからの第
   １検出光を前記投影光学系を介することなく受光するこ
   とにより、前記基板マークを検出するための基板マーク
   検出光学系と、 第２検出光で前記マスクマークを照明し、前記投影光学
   系を介して前記マスクマークからの光を受光することに
   より、前記マスクマークを検出するためのマスクマーク
   検出光学系と、 を備えていることを特徴とする投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記基板マーク検出光学系は、 前記広帯域波長を有する前記第１検出光を供給するため
   の基板マーク照明用光源手段と、 前記投影光学系と前記基板との間に配置され、前記基板
   マーク照明用光源手段からの前記第１検出光を偏向して
   前記基板マークを落射照明するための偏向手段と、 前記基板マークからの第１検出光に基づいて前記基板マ
   ークの像を検出するための基板マーク像検出光学系と、 を備えていることを特徴とする請求項８に記載の投影露
   光装置。
10. 【請求項１０】 前記マスクマーク検出光学系は、 前記露光用光束とは異なる波長を有する第２検出光で前
    記マスクマークを照明するためのマスクマーク照明手段
    と、 前記マスクマーク照明手段により照明された前記マスク
    マークからの前記第２検出光を前記投影光学系および前
    記偏向手段を介して受光し、受光した前記第２検出光に
    基づいて前記マスクマークの像を検出するためのマスク
    マーク像検出光学系と、 前記マスクマークからの前記第２検出光に対する前記投
    影光学系の色収差を補正するために前記マスクと前記基
    板との間に配置された補正手段と、 を備えていることを特徴とする請求項９に記載の投影露
    光装置。
11. 【請求項１１】 前記基板マーク像検出光学系と前記マ
    スクマーク像検出光学系とは、同一の撮像素子を有する
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の投影露光
    装置。