JPS5974625A - 投影型露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、実績回路（ＩＣ）等のパターンを光学的に転
写するための露光装置に関し、ｔｐにマスク又はレチク
ルと、被露光物としてのウェハとの位置合わせを正確に
行なえるようにした投影型露光装置に関する。 近年、大規模実績回路（ＬＳＩ）のパターンの微細化が
急速に進行しているが、微細化に対する要求を満足し、
かつ生産性を高くすることのできる回路パターン焼付は
装置として、縮小投影型露光装置が普及してきている、
この装置では、シリコン等のウェハ上に転写さｎるべき
回路パターンの何倍（例えば１０倍）かの回路パターン
が描画されたマスク（レチクル）を用いて、投影レンズ
によってマスク（レチクル）のパターンを縮小してウェ
ハ上に投影している。このため、１回の露光で１暁付け
られるのは、ウェハ上でたがだが１０ＸＩＤ＋ｎｍ程度
の正方形の領域である。従って直径１２５−程度のウェ
ハ全面に回路パターンを焼付けるには、ウェー・を載置
するステージを一定距離ずつ二次元に移動させては露光
を行なうことを繰返す、いわゆるステップ・アンド・リ
ピート方式が採用されている。このため、この種の露光
装置をステッパーと呼ぶこともある、 さらに、ＬＳＩの製造においては数層以上のパターンを
重ねて焼付けるが、この際、層間の重ね合わせ誤差を一
定値以下にしておかねばならず、例えば１μｍの最小線
幅のパターンに対しては、せいぜい０．２μｍ程度の重
ね合わせ誤差しが＃！Ｆ　餐されない。このような高精
度の位置合わせ（アライメント）を達成するために、従
来よりオン・アクシス（（Ｊｎ　Ａｘｉｓ　）方式とオ
フ・アクシス（０ｆｆＡｘｉｓ）方式との２つの方法が
ある。 このうちオン・アクシス方式は、投影レンズを介してマ
スク（レチクル）とウェハとのアライメントマークを同
時に観察したりするので、スルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ
）方式とも呼ばれ、撮影レンズを介さないオフ・アクシ
ス方式に比べて一般にアライメント精度が向上するとい
う特徴がある。 ところで１、サブミクロン−までの解像を要求される投
影レンズにおいては、焼付けに用いる光の波長に対して
色収差が最も小さくなるように設計されている。このた
め、焼付けに用いる光（焼付は光）とは異なる波長の元
をアライメントマークの検出に用いると、強い色収差の
ために結像位置が太きくずれることになる。−例として
焼付は元の波長を４６６謔とし、アライメントマーク検
出用の光の波長を６３３−とじた場合を考えてみる。 ２つの光に対してウェハ側の同一平面上にｆ象を結ばせ
ようとすれは、マスクまたはレチクル（物体面）を投影
レンズの焦点深度の２００倍程程度光軸方向に動かさな
ければならない。そこでＴＴＬ力式によりマスク（レチ
クル）とウェー・とを同時に観察するためには、焼付は
光、又はそれに近い波長の光を用いて観察するのが最も
よい。ところが、このような観察においては、ウェハ上
に前段階で形成された回路パターンの凹凸の段差が投影
像の焦点深度を越えたシ、ウェハに向う焼付は光とウェ
ハ表面からの反射光とによる干渉効果により％　（＄状
態が悪化したりするという欠点ｉｉ生じた。 そこで、ウェー・表面に厚い第１の層を設けて表面］を
滑らかにし、その上に焼付は光を吸１区する色素を含む
第２の層を設け、さら４Ｃその上に感うｔレジストを第
６の層とし一〇形成するような多層レジスト法が考えら
れている。しかしｉｌｒ”−らこの方法においても、ア
ライメント等の１現察に焼１寸は光又はその波長に近似
した波長の光を用いると、第２の層の色素によってその
丁１１１１１にある９勿体（ｆすえはアライメントマー
ク）の観察７５ヌ困難となシ、精密な位置合わせができ
なくなるという男１］の欠点力ｉ生じた６また、焼付は
光とは異なる波長の元を用いてＴＴＬ刀式で観察すれば
第２の層の色素による吸収は起らないが、前述のように
投影レンズの強い色収差のため、そのままでは正確な位
置合わせができない欠点も指摘された。 そこで本発明は、被露光物としてのウェー・とマスク（
レチクル）との相対的な位置を合わ・するために、投影
光学系によって逆投影されたウェー・上のアライメント
マークの１象とマスク（レチクル）上ノアライメントマ
ークとを重ね合わせて同時に！４４せすとも、ウェハを
載置するステージとマスク（レチクル）との高精度の対
応付けを可能とした投影型露光装置を提供することを目
的とするものである。 さらに本発明は投影光学系に焼付は光と位置合わせのた
めのアライメント光との波長の差による色収差が存在し
ても、自動的にかつ高精度に位置合わせ可能な露光装置
を提供することを目的とするものである。 すなわち不発明では、被露光物を載置して２次元移動可
能なステージと；マークが描かれたマスク（レチクル）
を所定の露光波長の光で照明する照明手段と；該蜀明さ
れたマスク（レチクル）の像を被露光物上に投影するた
めの投影光学系とを有する露光装置において、前記ステ
ージとマスク（レチクル）との相対的な位置を対応付け
るために、前記投影光学系を介して前記露光波長と実質
的に等しい波長の光で投影されたマスク〔レチクル〕の
マーク像を検出する光電検出器を前記ステ−ジに設けた
ものであり、ひとつの態様においては、前記ステージは
光の透過部と反射部とから成る基準マークを有し、前記
光電検出器は該基準マークの透過部を通ったマスク（レ
チクル〕のマーク隊を検出するように、前記ステージに
埋設されてなるものである。 本発明によれば、マスク（レチクル）に設けられたマー
クの投影像をステージに設けられた光電検出器によって
直接検出するので、マークの投影像を投影光学系を介し
て反射像として検出する光学系を必要とせず、このため
その検出光学系のＯＴ　Ｆ　（０ｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　）の影響や設計土埃わ
れないフレア等の影響を受けることｌく、極めて正確に
マスク（レチクル〕とステージの位置の対応付けができ
、マスク（レチクル）と被露光物との相対的な位置合わ
せが極めて精密にできるものである。 本発明を実施例図面と共に説明すれば以下の通りである
。 第１図は本発明の第１の実施例による露う゛自装置を示
す模式図である。 第１図において光源１からの焼付は光（本実施例ではｇ
線光とする）はコンデンサレンズ２を通り、シャッター
６を介して露光用照明光学系４に達する。露光用照明光
学系４から射出した焼付は光はレチクル５を全面一様に
照明する。レチクル５の下面にはクロム等による回路パ
ターンが形成されており、この回路パターン面（物体面
）は縮小投影レンズ６（以下単に投影レンズ６とする）
によって被転写物としてのウェハ７上に結像される。 この投影レンズ６は像側（射出側）のみテレセントリッ
クな光学系を有する。 ウェハ７け２次元的な移動、すなわち図中左右力向（Ｘ
方向）と、紙面表裏に向う前後方向（ｙ方向〕とに移動
可能なステージ８上に載置される。 またステージ８の２次元的な位置（座標値）は、レーザ
干渉計９によって逐次計測されている。尚、第１図では
Ｘ方向のレーザ干渉計９のみを示すが、ｙ″５向にも同
様にレーザ干渉計が設けられている。 寸だレチクル５の回路パターン面とウェー７の表面とは
投影レンズ乙に関して共役になるように配置されている
が、この共役関係はあく壕でも焼付は光０ｇ線）、又は
その近似波長の光、すなわち波長λｌの元に対してのみ
成立するものとする。 さて焼付は光以外の波長の光でアライメントを行なうた
めに、レチクル５と投影レンズ６との間には、レチクル
５とほぼ同じ大きさのダイクロイックミラー１０が、投
影レンズ乙の光軸に対して垂直に配置されている。この
ダイクロイックミラー１０は、アライメント光としての
赤色光、例えばヘリウム・ネオンレーザ光（波長λ２の
光）は反射し、焼付は光〔ｇ線〕は透過するような分光
特性を有している。そしてダイクロイックミラー１０を
介してＴＴＬ力式でアライメントするために、レーザ光
の光源１１、レーザ光束のビーム径を拡げるビームエク
スパンダ−１２、レーザ光束を単振動的に偏向する振動
鏡１３、ビームスプリッタ１４、集束レンズ１５、平行
平板ガラス１６（バーピングガラス）、及び反射ミラー
１７とが設けられている。 従って、光源１１からのレーザ光束はビームエクスパン
ダ−１２によってビーム径の太い平行光束にされた後、
振動鏡１６によって紙面と平行な面内で偏向され、ビー
ムスプリッタ１４を通って、集束レンズ１５によυ微小
なスポットに集束される。そしてこのスポット光は平行
平板ガラス１６を介して反射ミラー１７でダイクロイッ
クミラー１０の下側面に向けて反射される。 ダイクロイックミラー１０は、ヘリウム・ネオンレーザ
光を反射するので、反射ミラー１７からのスポット光は
投影レンズ乙に入射する。このとき、集束レンズ１５に
よって集束したスポット光は反射ミラー１７の位置に結
像するものとし、また１、このスポット光は投影レンズ
乙によってウェー・７の表面に再結像されるものとする
。 ここで前記のように投影レンズ６には強い色収差が存在
するので、レチクル５から投影レンズ６の入射瞳までの
ｇ線光に対する光路長と、集束レンズ１５によるスポッ
ト光の結像位置（反射ミラ−１７）から投影レンズ乙の
入射瞳までのレーザ光に対する光路長とを異ならせ、投
影レンズ乙の射出瞳側では同一面上にレチクル５のパタ
ーン像とレーザのスポット光とが結ｆ象されるように定
められている。 尚、ビームスプリッタ１４は投影レンズ６を逆入射して
戻ってきた元情報を取り出すものである。 そしてビームスプリッタ１４で反射された光情報は正反
射光（１０次元〕をカットする空間フィルタ１８によっ
て１次元以上の成分にされ・し′ズ１９を通って光電素
子２０に達する。 この光電素子２０は主にウェハ７上のアライメントマー
クを検出する為に設けられている。尚、空間フィルタ１
８上には投影レンズ乙の射出瞳像が結像され、光電素子
２０にはレンズ１９によって高次回折光が集光される。 またレチクル５には、アライメントの為にスリット状の
光透過部を形成したマーク２１が設けられている。 ランプ２２は焼付は光と同一、又は近似波長の光を発生
し、その光はハーフミラ−２３、シャッター２４、レン
ズ２５を通って反射ミラー２６で折曲げられて、マーク
２１を含む局所的な領域を照明゛する。尚、ランプ２２
の替シに、光源１の光をオプチカル・ファイバーによっ
て導くようにしてもよい。 さて、ステージ８上には投影レンズ乙によって投影され
たマーク２１の像、あるいはレーザのスポット光を検出
するために、後述するような基準マーク２７が設けられ
ている。 コ（７）　基準７−り２７はガラス板にクロム等（７）
遮光材を蒸着し、その一部に光を透過する微小なスリッ
ト開口、又は格子状開口を設けたものである。 そして基準マーク２７の下側には、スリットや格子を透
過してきた光を受光する光電素子２８が埋設されている
。また基準マーク２７の開口部以外の所は反射率が高く
なるように表面処理が行なわれている。 また、基準マーク２７の表面はステージ８に載置したウ
ェハ７の表面と高さが一致するように定められている。 さらに基卓マーク２７と光電素子２８との間には、Ｈｅ
−Ｎ６レーザ光（赤色光〕をカントして焼付は元又は近
似波長の光を通ず色ガラスフィルタ２９が設けられてい
る。この色ガラスフィルタ２９は簡単にはダイク

【ゴイ
ソクミラー１０と同一のものでよい。 尚、上述のレーザ走査光学系（振動鏡１３、ビームスブ
リック１４、集束レンズ１５、平行平板ガラス１６及び
反射ミラー１７）Ｉま、スポット光のＸ方向の走査を行
ない、検出系（フィルタ１８、レンズ１９及び光電素子
２０）は投影レンズ６から逆入射してきた高次回折光を
検出するものであり、実際にはｙ方向の走香と検出とを
竹なうために、第１図の紙面の表裏方向にも図示しない
同様のレーザ走査光学系と検出系とが設けられている。 さらに、マーク２１もレチクル５の一ケ所だけではすく
、レチクル５のＸ方向とｙ方向との位置決めが可能なよ
うに、紙面と垂直な方向の周辺にもマーク２１と同様の
マークが設けられている。 後述する如くランプ２２、ハーフミラ−２６、シャッタ
ー２４、レンズ２５及び反射ミラー２６で構成された観
察用照明光学系もそれぞれのマークを照明するように設
けられている。−１：たステージ８に対してウェー・７
はその平ｌ１ｉｉ上で微小回転可能であり、かつ投影レ
ンズ６の合焦状態を保つために上下動もする。尚、基準
マーク２７、色ガラスフィルタ２９、及び光電素子２８
は、一体となってウェハ７と共に上−ト動する。 第２図は第１図に示したレチクル５の平面図であり、周
辺の斜線部はクロム等による遮光部分を表わし、内部の
矩形状の領域は回路パターンが描画された露光領域５ａ
を表わす。前述のマーク２１（Ｘ方向用）とマーク２１
’（ｙ方向用）はレチクル５の露光領域５ａ０）縁端部
に沿って細長く延びたスリット開口として遮光部分中に
設けられている０尚、マーク２１．２１’はレチクル５
の中心から放射状に細長く延びたものでもよ・い。いず
れにしろ、レチクル５上の互いに離れた少なくとも２ケ
所にマークが設けられる。 また第６図は基準マーク２７を詳しく表わした拡大部分
図であシ、第６図（ａ）は平面図、第６図（ｂＪは第３
図（ａｌのＡ　−Ａ’矢視断ｉｈ図である。第６図（ａ
）（ｂ）において基準マーク２７は、透明なガラス板２
７′の全面に形成されたクロム層２７〃の一部に、微細
な矩形格子要素を規則的に並べたＸマーク２７ａどＹマ
ーク２７ｂとによって形成されている。 このＸマーク２７ａとＹマーク２７ｂとは格子要素の配
列方向が直交するように定められ、かつその配列方向が
夫々ステージ８のｘｙ移移動内向一致するように定めら
れている。さらに、レチクル５のマーク２１を投影レン
ズ６を介して基準マーク２７上に縮小投影したとき、マ
ーク２１の像がＸマーク２７ａとほぼ同じ大きさ２．形
状になるように各マークのサイズが定められている。も
ちろんマーク２１′の像とＹマーク２７ｂのサイズも同
様に定められている。 第４図は本実施例による露光装置を制御する装置のブロ
ック図である。装置全体はマイクロプロセッサ等のＣＰ
Ｕ１００によって統括制御される。 ＣＰＵ１００　はインターフェース（以下ＩＦＩＵ１と
する）１０１を介して、レチクルアライメント制御系（
以下ＲＡＣとする）１ｏ２、第１図で示したシャッター
３及び２４、光電素子２ｏを含むＸ軸アライメント系（
以下Ｘ−７−ＡＬＧとする）１０３、Ｙ軸アライメント
系（以下、Ｙ−ＡＬＧとする）ｉｆ］４、ステージ８を
Ｘ方向に駆動するＸ＠駆動部（以下、Ｘ−ＡＣＴとする
〕１０５、同様にステージ８をｙ方向に駆動するＹ軸駆
動部（以下、Ｙ−ＡＣＴとする）１０６、ウニ７．７を
ステージ８に対して微小回転するθ回転駆動部（以下、
０ｗ　Ａ　ＣＴとする）１０７、ウェハ７及び基準マー
ク２７をステージ８に対して上下動させるｚ軸し’ＥＩ
ｒＭ（Ｊｙ下Ｚ−ＡＣＴとする）１０Ｂ、投影レンズ乙
の焦点がウェハ７上に結ぶようにするために、焦点位置
を検出する焦点検出系（以下ＡＦとする）１０９、ステ
ージ８のＸ方向の位置を開側するＸ軸干渉計１１０（第
１図のレーザ干渉計９と同一）、ｙ方向の位置を計測す
るＹ軸干渉計１１１、及びステージ８に埋設された光電
素子２８、との間で、各種検出情報及び制御情報のやり
取りを行なう。尚、Ｘ−ＡＬＧｌ［］３とＹ−ＡＬＧ１
０４とは、各々前述したようなレーーリ４スポット光の
走をブｒ、学系と検出系とで構成さノＬる。 丑ブζ、第５し１は第１（ン１に７Ｊクシた平イ■平板
）ｊラス１６の傾きを制御して、レーザ光束の振動１］
Ｉひを偏位させるための制御系を示すプロ・ツク図であ
る。 もちろんこの制御系もＩ　Ｉｉ”　’＋　０１を弁し７
てＣＰ　Ｕｉｏｏのもとに動作する。発振器（ＪＲ，−
ト、ＯＳ　Ｃとする）３００の交流出力信号は、振動鏡
１３を駆ｇ＋する駆動回路３０１に入力されると共に、
同期検波回路（以下ＰＳＤとする）　３　Ｌｌ　２　’
ｔｃ人ノコされる。−カ、ブ、電累子２０の出力信号も
１）　Ｓ　１）３０２に入力され、ｐ３１）３０２の検
波信号に基づいてサーボ回路３０３を作動する。サー月
り゛回路３０３は検波信号が零になるように平イ１平板
ガラス１６を仰ける。 次に本実施例の動作を前述の各図を参照して説明する。 ｏ＞第１に投影レンズ６の色収差に対してアライメント
糸の校正を行なう、 第２図に示したようなレチクル５をＲＡ　ｃ１口２によ
って露光時の所定位置に設定する。その後、ＡＦ１０９
によってレチクル５上のマーク２１又はマーク２１′の
投影レンズ乙による投影像の焦点位置を検出して、その
像が基準マーク２７上に結像するようにＺ−ＡＣＴ１０
８を作動する。 次にシャッター２４を開き、マーク２１をランプ２２の
光で照明し、マーク２１の投影像がＸマーク２７ａ上に
重なるようにＸ−ＡＣＴ１０５やｙ−ＡＣＴ１０６を作
動して、ステージ８を移動する。この際、ステージ８を
Ｘ方向に定速度で送り、Ｘマーク２７ａを透過した光を
光電素子２８で検出して、マーク２１の投影像の光強度
分布を測定する。この強度分布は例えば第６図（ａ）の
ような波形となる。 第６図（ａ）はステージ８のＸ方向の位置に対する光電
素子２８の光電信号■の大きさを表わしたものである。 そこでステージ８をχ方向に送シつつ、Ｘ軸干渉計１１
０でｘ７５向の位置を計測し、光電信号Ｉが所定のレベ
ルＩｒと交わった時の位置Ｘｉとｘ２を求める。そして
、ＣＰＵＩＤ０はこの位置ｘ１とＸ２の中心の位置ＸＯ
％すなわち光電信号１のピーク位置を演算し、その位置
叉。にステージ８が停止するようにＸ−ＡＣＴ１０５を
制御する。これによってマーク２１の投影位置とステー
ジ８のＸ方向の位置とが対応付けられる。 位置ｘ。にステージ８が停止した後、Ｘ−ＡＬＧ１０３
のレーザスポット光の振動中心をＸマーク２７ａに合わ
せる。この場合、第１図に示すようにＸ−ＡＬＧ１０６
の反射ミラー１７から射出するレーザ光束は、ダイクロ
イックミラー１０で投影レンズ乙の刀へ反射され、ウェ
ー・７の表面又は基準マーク２７０表面にスポット光と
して集束される。このスポット光は振動鏡１６によって
Ｘマーク２７ａの延長方向と直交する方向に走査される
。 そこで、第５図に示した同期検波によるサーボ制御系に
よって、平行平版ガラス１６を傾ける。 この時、スポット光がＸマーク２７ａを照射すると、格
子要素から回折光が生じ、光電素子２０は高次回折光の
みを受光することになる。尚、基準マーク２７上のスポ
ット光の太きさはＸマーク２７ａ（又はＹマーク２７ｂ
）の幅とほぼ等しくなるように定められている。このと
き、第５図のＰＳＤ３０２の検波信月Ｓは第６図（ｂ）
のような波形を取り得る。そこで検波信号Ｓが零点Ｐに
なるようにすれば、レチクル５のマーク２１０ｇ線又は
近似波長の光による投影像と、ＴＴＬ力式のレーザ光に
よるアライメント系、すなわちＸ−ＡＬＧ１０６の検出
中心との位置対応が完全に校正（調整）されたことにな
る。そして、検波信号Ｓが零点Ｐになったときに、平行
平板ガラス１６の傾斜を固定する。眉、上の動作によっ
て、Ｘ方向をアライメントするレチクル５のマーク２１
と、レーザ走査光学系の振動中心とは光学的に共役な位
置に合わされる、 一刀、ｙ７ｉ向の校正についても、レチクル５のマーク
２１′と基準マーク２７中のＹマーク２７ｂとを用いて
全く同様に行なわれる。この場合、ステージ８はｙ方向
に移動する。以上によｐｘ−ＡＬＧ１０３、Ｙ−ＡＬＧ
１０４の校正〃５糸冬了１−る。 （２）　　次に、ウニｌ〜７をレブークル５ｖこ交すし
てフ′ライメントする場合を述゛〈る。 尚、この段階でウエノヘ７は例えは図示しないオフ・ア
クシスカ式によるθ軸アライメント系によりステージ８
に対する回転誤差７５玉検出され、その回転誤差は０−
ＡＣＴｌ（：１７によって補正されているものとする。 さらにウニＬ）へ７上には第７図に示すように、前工程
で形成された回路ノくターン惰頁域７ａ以外に、Ｘマー
ク２７　ａ　＋　Ｙ　マーク２フｂと同様に、格子要素
の集合として設けられたマーク３［］　、３１が印され
ているものとする。マーク３０は回路パターン領域７ａ
の右（ｌ１１１１縁立′ｆｎ部に？行ってｙ１５向に格
子要素か配列され、Ｘ力１司のアライメントに用いられ
る。マーク３１は回路）くターン領域７ａの下側縁端部
に？ｅってＸ方向に格子要素が配列され、ｙ方向のアラ
イメントに用いられる。 また、ウエノ・７の表面にはフォトレジスト力に塗布さ
れており、そのフォトレジストを７ｆｆｉ光させないた
めに、シャ・ツタ−６と２４は共に（りじている。 さて、レチクル５とウエノＳ７上の回路／くターン領域
７ａとをアライメントするには、まず基準マーク２７か
ら露光すべき回路）（ターン領域７ａまでの距離に基づ
いてステージ８を移動する。この場合、ウニ〜づの基準
マーク２７に対する位置は、はぼ一定に再現されるもの
とする。そこでレーザ走査光学系の振動中心を校正した
とき、ＣＰＵ１００がステージ８の位置をＸおよびｙ７
ｊ向についてＸ軸干渉！ｔｌ′ｉｉｏとＹ軸干渉計１１
１によって計測しておけは、その位置から露光すべき回
路パターン領域７ａまでの距離は容易に求められる。 それは、ウエノ・７の基準マーク２７に対する位置、及
びウニ・・７上の回路）くターン領域の配夕１１−／）
Ｓ予じめわかつているからである。 このようにステージ８を送ると、投影レンズ乙による回
路パターン像と、ウニノー７上の回路ノ（ターン領域７
＆とは数十μｍ以下の誤差で重なシ合うことになる。 次に、レーザ走査光学系によるＸ−ＡＬＧｌ［１３、Ｙ
−ＡＬＧ１０４を作動し、ウニノー７上の２つのマーク
６０と６１との各々について、第５図に示したＰＳＤ３
［Ｊ２の検波信号Ｓがら、零点Ｐがらのずれを求め、レ
チクル５０回路パターン領域、ウェハ７とのブライメン
ｌ−誤差を測定する。ｔなわちレチクル５とウェハ７の
相対的な位置ずれを検知する。このとき、Ｘ−ＡＬＧ１
０３のレーザスポット光はマーク３ｏをｘ５向に往復走
査し、Ｙ−ＡＬＧ　１０４のレーザスポット光はマーク
６１をｙ７３向に往復走査する。 さて、測定されたアラ（Ｊ　ｙ　）誤差に基づい′て・
Ｘ−ＡＣＴ１０５とＹ−ＡＣＴ１０６を駆動し、この誤
差がな（なるようにステージ８を微動する。 そして、その位置でシャッターろが一定時間開き、レチ
クル５の回路パターン像は、ウェハ７上の回路パターン
領域７ａと一致した状態でフォトレジストへ転写される
。 次いでＸ軸干渉計１１０とＹ軸干渉計１１１の位置計測
に従って次に露光すべきウェハ７上の位置までステージ
８を移動する。ここでも同様に、Ｘ−ＡＬＧ１０３、Ｙ
−ＡＬＧＩＣＪ４を用イテアライメント誤差を測定し、
ステージ８を微動してアライメントする。このようにし
て、次々に１回の露光領域毎にアライメントしてウニハ
フ全面について焼付けを完了する。 尚、ウェハ７の表面がテーパをもっている場合は、適宜
、ＡＦ１０９．Ｚ−ＡＣＴ１０８を用いて焦点調整を行
なえばよい。 このように本実施例によれば、ステージ８に設けられた
基準マーク２７（Ｘマーク２７ａ　、Ｙマーク２７ｂ）
を、ウェハ７上のマーク３０．３１と同様に格子要素の
集合体とし、かつ基準マーク２７を透過しれ光を検出す
る光電素子２８を埋設したので、ｇ線光又は近似波長の
光を用いたレチクルのマーク像は光電素子２８によって
正確に検知され、レチクル５とステージ８の相対的な位
置は正確に対応付けられる。またレーザ光のスポットを
用いた検知も高次回折光から正確に行なわれる。このた
め、投影レ−）：乙の色収差による縦倍率、横倍率の変
化が存在しているにもかがわ゛らずｇ線光による投影位
置とレーザ光を用いたアライメント中心すなわち光ビー
ムの照射位置としての振動中心との対応かたたちに調整
できる利点がある、尚、本実施例において、レチクル５
のマーク２１　、２１’を第８図（ａ）のように、レチ
クル５の中心から放射状に細長く延設した場合は、ウェ
ハ７上の１つの回路パターン領域７ａの周辺に設けるマ
ーク３０．３１も第８図（ｂ）のように放射状に配置す
るとよい。 また、第１図において、シャッター２４が開いている間
、ハーフミラ−２６を介してレチクル５のマーク２１　
（２１’）と、基準マーク２７のＸマーク２７ａ（Ｙマ
ーク２７ｂ）とを同時に観察することもできる。これに
よって、レーザスポット光の振動中心を校正する際、顕
微鏡やテレビカメラ等を用いて肉眼で確認できると共に
、手動による微調整が行なえるようになる。 本発明の第２の実施例を以下に説明する。第２の実施例
による露光装置の全体構成は第１図とほぼ同じであるが
、レチクル５のマーク２０　（２１’）のみを照明する
光学系（第１図のランプ２２、ハーフミラ−２３、シャ
ッター２４、レンズ２５、及び反射ミラー２６〕を全て
取シ除く。そして、露光用照明光学系４によってレチク
ル５のマーク２１　（２１’）を含む領域を同時に照明
するように構成する。さらにステージ８上に固定された
基準マーク２７の形状も第９図のようにする。 第９図において、斜線部分は遮光部を示し、第１の実施
例と同様にＸ方向とｙ力向とに格子要素が配列されたＸ
マーク２７ａとＹマーク２７ｂの他に、】【方向とｙ力
向に細長く延びたスリット状のマーク２７ｃとマーク２
７ｄとが設けられている。マーク２７ｃ、２７ｄは共に
レチクル５上のマーク２１，２１／の投影像とほぼ同じ
大きさに定められ、マーク２７ｃはマーク２１の投影像
のＸ方向の位置を検知し、マーク２７ｄはマーク２１／
の投影像のｙ力向の位置を検知する。 尚、Ｘマーク２７ａのｙ″５向に延びる中心線（幅の中
心）はマーク２７ｃのｙ７ｊ向に延びる中心線と一致し
、Ｙマーク２７ｂのＸ方向に延びる中心線も、マーク２
７ｄＯＸ力向に延びる中心線また、露光用照明光学系４
を用いてレチクル５のマーク２１．２１’を照明するの
で、マーク２１゜２１′は、実際には第８図（ａ）に示
しだ位置よシも内側１、すなわち露光領域５ａ中の周辺
に位置する。 さて、この基準マーク２７を用いてレーザ走査光学系の
撮動中心とマーク２１．２１’との対応を正しくする手
続は次のようにする。 基準マーク２７が投影レンズ乙の直下にくるようにステ
ージ８を移動し、シャッター６を開いてレチクル５を照
明する。そしてレチクル５のマーク２１の投影像がマー
ク２７ｃを一定速度で走査するようにステージ８を送る
。その後筒１の実施例と同様に光電素子２８の出力信号
に基づいて、投影像の中心とマーク２７ｃの中心とが一
致するようにステージ８を動かして、その位置に停止さ
せる。次いで、第４図に示したＸ−ＡＬＧ１０３による
レーザスポット光がＸマーク２７ａをＸ方向に走査する
ように照射し、スポット光の振動中心がＸマーク２７ａ
の中心と一致するように第５図のザーボ制御系を作動す
る。これによってＸ−ＡＬＧ１０３のスポット光の振動
中心ばＸ方向について校正される１、 またＹ−、ＡＬＧ１０４のスポット光の振動中心も、レ
チクル５のマーク２１’、Ｙマーク２７ｂ、及びマーク
２７ｄを用いて、同様の手順によってＸ方向に関して校
正される。 以上の動作により校正が終わると、第１の実施例と同様
にステップ・アンド・リピート方式による焼付けが行な
われる。この場合、ウェハ７上の各回路パターン領域７
ａの周辺には、第８図（ｂ）に示すような放射状のマー
ク３０．３１がすでに設けられており、このマーク３０
．ろ１をレーザスポット光で走査してアライメントを行
なう。 このように、第２の実施例によれば、レチクル５のマー
ク２１．２１’の投影像は、スリット状のマーク２７ｃ
、２７ｄを介して光電検出されるから、第１の実施例と
比較して、光電信号のＳ／Ｎ比が向上し、アライメント
の検出中心の調整が正確に達成される。またマーク２７
ｃ、２７ｄは単なるスリットであるから、微小なゴミが
つまった場合にも、Ｓ／Ｎ比はそれ１９ど低下すること
なく、マーク２１．２１’の投影像の位ｌｉ′：（検出
′７５＝できる。 もちろんマーク２１．２１’を独立に照明する光学系が
不要であるから、構成が簡単になる利点もある。反面、
１回の露光（ワン・ショク）ＮＪ７．に、レチクル５の
マーク２１，２１’が第１０図の如くウェハ７上の回路
パターン領域７ａ中に、マーク像３２．３３として転写
されてしまう。マーク像３２．３３は長さが数十マイク
ロメータ必要であり、レチクル５の露光領域５ａ中に、
回路パターンの形成を禁止する禁止頭載を設けなければ
ならない。 そこで、マーク像３２．３３が回路パターン領域７ａ中
に転写され々いようにするだめの第６の実施例を第１１
図により説明する。この場合、第９図に示した基準マー
ク２７中のＸマーク２７ａ。 Ｙマーク２７ｂ、マーク２７ｃ及びマーク２７ｄの配置
を第１１図のように変更する。このようにすると、レチ
クル５のマーク２１．２１’は第８図（ａ）のように露
光領域５ａの外周域に設けることができる。さて、第１
１図において、スリット状のマーク２７ｃ、２７ｄはそ
れぞれＸマーク２７ａ。 Ｙマーク２７ｂと平行に配置され、その開園は夫々ｘｄ
、ｘｙに定められている。レーザ走査光学系の振動中心
を校正する場合、ステージ８を動が１．７て、レチクル
５のマーク２１の投影像がマーク２７ｃと重なるように
する。そしてレーザスポット光がＸマーク２７ａをＸ方
向に往復走査して、その振動中心をＸマーク２７ａの中
心に合わせる。 これによりＸ方向の校正が完了する。Ｘ方向についても
、レチクル５のマーク２１′、マーク２７ａ及びＹマー
ク２７ｂを用いて同様に校正される。 さて、ステップ・アンド・リピート方式で焼付けるとき
、ｘ−ＡＬｃ１０３．Ｙ−ＡＬＧ１０４　ｔＤ各スポッ
ト光で、ウェハ７上の１つの回路パターン領域７ａに対
応したマーク３．０．３１を検出してアライメントする
。アライメントが終わ９露光を行なうと、レチクル５の
マーク２１．２１’の投影像６４．６ｓが第１２図に示
すように回路パターン領域７ａの外側に暁付けられる。 このため、つエバ７上には、マーク６０からＸ方向にｘ
ｄだけ離れたところに投影像３４のパターンが残り、マ
ーク３１からＸ方向にｙｄだけ離れたところに投影像３
５のパターンが残る１、 従って、レチクル５の露光領域５ａに対するマーク２１
　、２１’の配置が、ウェハ７の回路パターン領域７ａ
に対するマーク３０．３１の配置と相似であるとすれば
、Ｘ−ＡＬＧｌｏろ、Ｙ−ＡＩ、Ｇ１０４でアライメン
トしたウエノ・７の位置は、レチクル５の投影像の位置
にゾ・１して、ＸＸ方向に夫々ｘｄ　、　ｙｄだけずれ
ている。このため、ステージ８をｘｄ、ｙｄだけ送り込
んだのちに露光しなければならない。まだ、この送り込
み動作を不要としたければ、第８図（ａ）に示しだマー
ク２１をＸ方向にｘｄ−にだけずらし、マーク２１′を
Ｘ方向にｙｄ−にだけずらして設ければよい。ただしＫ
は投影レンズ乙の倍率の逆数（１０分の１縮小レンズの
場合、Ｋ＝１０　）である。 この第６の実施例によれば、アライメントのだめのレチ
クル５のマーク２１．２１’の像がウエノ飄７上の１つ
の回路パターン領域７ａ内に転写されることがなく、パ
ターン領域間の帯状領域、いわゆるストリートライン上
に転写されるから、レチクル５上において、回路パター
ンの禁止領域を確保する必要がないという利点がある。 寸だ上記各実施例で説明しだＸ−ＡＬＧ１０３やＹ−Ａ
ＬＧ１０４を用いて、ウェハ７上のアライメントマーク
３０．５１等を検出した後、その位置からステージ８を
ｘｙＸ方向一定距離ΔＸ、Δｙだけ移動した位置で露光
焼付けを行なうアライメント方式も実施できる。それに
は、レチクル５に設けられたマーク２１．２１’の撮影
像の位置をステージ８に固定された開口部（Ｘマーク２
７ａ、Ｙマーク２７ｂ等）付の光電素子２８を用いて検
知する。そして、その位置からステージ８を距離ΔＸ。 Δｙだけ移動した位置で、基準マーク２７を用いてＸ−
ＡＬσ１０ろ、Ｙ　−ＡＬＧ１０４　　の検出中心を調
整すればよい。このだめ、ウェハ上に設けるアライメン
トマークの位置は実質的に制限がなくなる。 まだ前述の第２の実施例において、第９図に示したスリ
ット状のマーク２７ｃとＸマーク′／！７　ａとのＸ方
向の中心ずれや、マーク２７ｄとＹマーク２７ｂのＸ方
向の中心ずれが生じていたり、第６の実施例において第
１１１＞Ｎのスリット状のマーク２７ｃとＸマーク２７
．との間隔がｘｄからずれていた沙、マーク２７ｄとＹ
マーク２７ｂとの１１１１隔がｙｄからずれていたり−
ｊ−る場合、そのずれ量（誤差）が予めわかっているも
のとして次のようにすればよい。すなわち、マーク２７
ｃ、２７ａによってレチクル５のマークの像位置を検ｌ
ｊ３１．　タ位置から、ステージ８をその誤差分だけ移
動補正した後、Ｘ−ＡＬＧ１０３．Ｙ−ＡＬＧＩ０４　
　の検出中心を調整する。このようにすれば基準マーク
２７の製作時に生じたＸマーク２７　ａ、Ｙマーク２７
ｂ。 マーク２７ｅ及びマーク２７ｄの自装置誤差もイ勇ら支
障とはならず、正確なアライメント７５玉達成される。 以北、本発明の各実施例においては、焼付は光として紫
色光又は紫外光を用い、ＴＴＬ方式のアライメント用に
、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いることに
限って説明したが、アライメントのために必ずしもレー
ザ光を使う必要は々く、強い光源を利用できさえすれば
よい。咬だ、そのアライメントのだめの波長も赤色に限
ることはなく、フォトレジストの感光しない波長であれ
ばイｕＪでもよく、例えば赤外域の半導体レータ“でも
よいまた、ステージ８に固定された基準マーク２７と光
電素子２８との間には色ガラスフィルター２９を設けた
が、Ｘ−Ａ’ＬＧ１０ろ、Ｙ−ＡＬＧ１０４のレーザ走
査光学系中にレーザ光を遮断するシャッターを設ければ
、必ずしも色ガラスフィルターを！外装としない。 さらに、焼付は光又は近似波長の光によるレチクル５の
マーク２１．２１’の投影像の中心検出は、光強度分布
の一定レベルと比較することによって行なった場合を例
にあげだが、他の方法、ｆｉｔえは像の強度分布の重心
を求める方法や、微分してピーク値を求める方法等を用
いても同様の効果力玉得られる。 アライメント光学系もグイクロイックミラー１０を用い
る方式に限る必要はなく、投影レンズ６との色収差を補
正する結像レンズ、プリズムあるいは光路長補正光学系
等を用いても全く同様である。 ウェハ上のレーザスポット光は単振動走査の場合で説明
しだが、等遠点線走査であってもよい−才た、スポット
光の形状は単なる円形とするよりも、Ｘマーク２７ａ、
Ｘマーク２７ｂ、マーク３０゜６１等の全体形状に合わ
せて、細長い帯状スポット光とした方が好ましく、それ
は光電素子２０．２８のＳ／Ｎ比を向上させ、分解能の
高いアライメントを達成できるからである。さらにレー
ザスポット光を振動スキャンさせる方式に限らず、スポ
ット光自体は振動させずにステージ８をスキャン（スイ
ープ）させることによってウェハ上のアライメントマー
クやＸマーク、Ｘマークを検出するようにしてもよく、
この場合、各マークの検出は光電素子２０の出力信号の
最大値の検出で果されよう。 尚、上記各実施例においては、レチクル５と投影レンズ
６との相対的な位置を不動なものとじて説明しである。 ところで、投影露光装置には、ウェハとレチクルとをア
ライメントする際、レチクルを投影レンズの光軸に対し
てｘｙ方向に微動して位置合わせする方式もある。この
ような方式の装置に本発明を適用した場合の実施例を以
下に第１３図と共に説明する。 第１６図は、レチクル５を可動ホルダ２０３にセットし
てこのホルダ２０６をサーボ回路２０４によりｔｌｉ制
御されるＸ方向駆動部２０２およびｙ方向駆動部２０１
でｘｙ方向に微動させ位置合わせするようにした実施例
を示す模式図で、これ以外の構成は第１図のものと同様
であシ、まだ制御系も第４図のものをその捷ま用いてい
る。第１３図においてインターフェース１０１は第４図
のインターフェース１０１と同じものであり、その光電
素子２８からの検出入力によシ前記サーボ回路２０４に
レチクルｘｙ駆動用の制御信号を与えている部分につい
てのみ図示しである。 この実施例においては先ずステージ８（ウエノ＼７）と
レチクル５をプリ・アライメントして、レチクル５の露
光領域５ａの投影像と、ウエノ・Ｚ上の各回路パターン
領域７ａとがほぼ位置合わせされた状態にする。 次いで第４図の制御系のＸ−ＡＬＧ１０３　（Ｙ−ＡＬ
Ｇ１０４　：）のレーザスポット光の振動中心が、基準
マーク２７としてのＸ−マーク２７ａ（Ｘマーク２７ｂ
）と一致するようにステージ８を移動する。そのときの
ステージ８の位ＩＷが基準位置となる。 基準マーク２７を第１の実施例のものとすると、レチク
ル５のマーク２１０投影レンズ乙による投影像とＸマー
ク２７ａとが一致するように、レチクル５を支持するホ
ルダをＸ方向に微動する。一致したら一旦ザーボ系を切
ってホルダ２０６のＸ方向位置を固定し２、次いで同様
にマーク２１′の像とＸマーク２７ｂとが一致するよう
にサーボ制御してｙ方向の位置を定める。 以上の手続によってアライメント手段としてのＸ−ＡＬ
ＧＩ０３とＹ−ＡＬＧ１０４のアライメント光（レーザ
スポット光）による検出中心と、レチクル５のマーク２
１．２１′の焼付は光又はその近似波長の光による投影
像との相対的な位置関係が調整される。しかる後、ステ
ージ８を移動し、ウェハ７上の各アライメントマークを
使ってレチクル５とウエノ・７の相対的な位置合わせを
して、ステップ・アンド・リピート方式による焼付けを
行なう。 このようにレチクル５を微動ジせて、レーザ光によるア
ライメントの検出中心を校正すれば、縮小投影方式であ
る限り、レチクル５のアクチュエータ及びそのサーボ系
の精度がそれ程、厳しく要求されない、という利点が得
られる。 以北、本発明の各実施例を要約すれば、ステージ８に設
けられ、露光波長（焼付は光の波長）又はそれと略等し
い波長の光（波長・１．）によシ投影光学系としての投
影レンズ６を介して投影されたマスク（レチクル５）の
マーク２１．２１’の像を検出する光電検出器（光電素
子２８）と；ステージ８に設けられた基準マーク２７（
Ｘマーク２７ａ、Ｘマーク２７ｂ）と； 波長λ、とは異なる波長λ２の１７−ザ・ビームを投影
レンズ６を介してつＪハフ（杉露光物）Ｊ：（７）ｖ−
り３０，３１（キーマーク）に照射し、・８亥マーク３
０．３１をアライメントのための（炙出中心、すなわち
レーザ・ビームの振（ｒｉＪ＋中心に合致させるための
アライメント手段（振動鏡１６．ビームスプリッタ１４
．収束レンズ１５．す行平板ガラス１６、反射ミラー１
７．フィルタ１８．レンズ１９゜及び光電素子２０を含
ｔｒ　Ｘ　−ＡＬＧ　１０３．　　Ｙ　−ＡＬＧ１０４
）と； 光電素子２８がマーク２１．２１’の像を検出したとき
のステージ８の位置を基準位置と１−２て、波長」２の
レーザ・ビームとフｉい（）・マーク２７とを相対的に
変位させて、アライメント用の検出中心（レーザ・ビー
ムの振動中心）を基準マーク２７に合致させる補正手段
としての平行平板ガラス１６の傾き制御系（駆動回路３
０１．ＰＳＤ３０２．サーボ回路６０６）とを設けて在
るものである。 これによって、波長λ１の光、すなわち焼付は光ないし
その近似波長の光で検出されたマーク２１゜２１′の像
の位置に対して、波長λ２の光、すなわちＩｃｅ　−Ｎ
ｅレーザ光のスポットで合致されたアライメント用の検
出中心（振動中心）が投影レンズ、６の色収差分を補正
して対応付けられる。 さらに、前記補正手段として、波長λ２のレーザ・ビー
ムと基準マーク２７（Ｘマーク２７ａ、Ｙマーク２７ｂ
）とを相対的に変位させて、基準マーク２７がアライメ
ント用の検出中心と合致したときのステージ８の位置を
基準位置として、光電素子２８がマーク２１．２１’の
像を検出するようにマスク（レチクル５）を微動させる
ようにしても、マーク２１．２１’の像の位置とアライ
メント用の検出中心とが投影レンズ６の色収差分を補旧
して対応付けられる。 以上に述べたように本発明によれば、マスクに設けられ
たマークの投影像をステージに設けられた光電検出器（
光電索子２８）によって直接検出しているので、マーク
の投影像を投影光学系を介して反射像として検出する光
学系を必要としない。 従ってその検出光学系のＯＴＦの影響や設計土埃われな
いフレア等の影響をづ・けることなく、極めて正確にマ
スクとステージの位置の対応付けができ、このためマス
クと被緋光物との相対的、な位置合わせが極めて精密に
できる効果をイアする。尚、本発明をオフ・アクシス方
式のアライメント手段を備えた投影型露光装置に利用し
ても同様の効果が得られることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系のイ１Ｎ成を示す模
式図、第２図はレチクルの一例を示す平面図、第５図（
ａ）　（ｂ）はステージ上の基準マーク部分を示す平面
図とその人−Ａ′矢視断面図、第４図は露光装置制御系
の一例を示すブロック図、第５図はター°ザ光振動制御
系のブロック図、第６図（ａ）　（ｂ）は光電素子の検
出特性線図、第７図はウェハ上のマークを示す拡大図、
第８図（ａ）はレチクルのマークの別の例を示す平面図
、第８図（ｂ）は前回のマークに対応するウニ／・上の
マークを示す拡大図、第９図はステージ上の基準マーク
の別の例を示す平面図、第１０図はウェハ上のマーク像
の結像の一例を示す拡大図、第１１図はステージ上の基
準マークのさらに別の例を示す平面図、第１２図はウェ
ハ上　、のマーク像の結像のもうひとつの例を示す拡大
図、第１６図は本発明のもうひとつの実施例を示す模式
図である。 １・・・光源、２・・・コンデンサレンズ、６・・・シ
ャッタ、４・・・露光用照明光学系、５・・・レチクル
、６・・・投影レンズ、７・・・ウェハ、８・・・ステ
ージ、９・・・レーザ干渉計、１０・・・グイクロイッ
クミラー、１１・・・ター−１’ｌ、１２・・・ビーム
エキスバフ　ター　、１３・・・振動鏡、１４・・・ビ
ームスプリッタ、１５・・・収束レンズ、１６・・・平
行平板ガラス、１７・・・反射ミラー、１８・・・空間
フィルター、１９・・・レンズ、２０・・・光電素子、
２１・・・マーク、２２・・・ランプ、２６・・・ハー
フミラ−１２４・・・シャッター、２５・・・レンズ、
２６・・・反射ミラー、２７・・・基準マーク、２８・
・・光電素子、２９・・・色ガラスフィルタ、１００・
・・マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、１０１・・・イン
ターフェース、１０２・・・レチクルアライメント制御
系、１０６・・・Ｙ軸アライメント系、１０４・・・Ｘ
軸イメント系、１０５・・Ｘ軸駆動部、１０６・・・Ｙ
軸、駆動部、１０７・・・θ回転駆動部、１０Ｂ・・・
Ｚ軸駆動部、１０９・・・焦点検出系、１１０・・・Ｘ
　１ｌｉｌｊ干渉計、１１１・・・Ｙ軸干渉計、２０１
・・・Ｘ軸駆動部、２０２・・・Ｘ軸駆動部、２０３・
・・Σ）くルダ、２０４・・・サーフ１ζ回路、５００
・・・発振器、７ＩＯ１・・・駆動回路、ろ０２・・・
同１１Ｊ］検波回路、ろ０６・・サーボ回路。 代理人　弁理士　　木　村　三　朗 第１　区 □２ 第２四 第３図 ／ｆ＝４図 、＋５図 １３ オ６図 オフ図 ｎ 、＋８図 オ９図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜１）　　Ｗ露光物を載置して２次元移動可能なステー
   ジと；マークが描かれたマスクを所定の露光波長の光で
   照明する照明手段と；該照明されたマスクの像を被露光
   物上に投影するための投影光学系とを有する露光装置に
   おいて、 前記ステージとマスクとの相対的な位置を対応付けるた
   めに、前記投影光学系を介して前記露光波長と実質的に
   等しい波長の光で投影されたマスクのマーク像を検出す
   る光電検出器を前記ステージに設けたことを特徴とする
   投影型露光装置。 （２）　　前記ステージは光の透過部と反射部とから成
   る基準マークを有し、前記光電検出器は普蒼葦該基準マ
   ークの透過部を通ったマスクのマーク像を検出するよう
   に、前記ステージに埋設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の投影型露光装置。