JPH11251233A

JPH11251233A - 投影露光装置、アライメント装置およびアライメント方法

Info

Publication number: JPH11251233A
Application number: JP10069353A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Okumura; 正彦奥村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】投影光学系の物体面側に配置される第１部材
（マスク）と系の像面側に配置される第２部材（感光性
基板）とを高精度、高スループットで位置合わせができ
る投影露光装置、アラインメント装置と方法を提供す
る。【解決手段】投影露光装置３０は投影光学系１３の物体
面側配置されるレチクル１１と、系の像面側に配置され
るウエハ１４との光学的位置合わせ用のアライメント
（整合）装置を有している。この装置はレチクル側に配
置されるレチクル整合マークＲＭに、第１照明光ＡＬ１
としての露光用照明光を照射する第１照明系１と、ウエ
ハ１４側に配置されるウエハ整合マークＷＭに、第１照
明光より波長幅が広い第２照明光ＡＬ２を照射する第２
照明系と、レチクル整合マーク及びウエハ整合マークか
らそれぞれ発生する光を受光して、レチクル整合マーク
ＲＭとウエハ整合マークＷＭの相対位置関係に応じた信
号を出力する検出装置とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置、ア
ライメント装置およびアライメント方法に係り、さらに
詳しくは、投影光学系の物体面側に配置される第１部材
（たとえばマスク）と、投影光学系の像面側に配置され
る第２部材（たとえば感光性基板）とを光学的に高精度
で且つ高スループットで位置合わせすることができる投
影露光装置、アライメント装置およびアライメント方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶表示装置などの製造に
際して、マスクまたはレチクルなどの原版に描かれたパ
ターンを、レジストが塗布された半導体ウエハや透明基
板などの感光性基板上に転写するために、投影露光装置
が用いられる。

【０００３】一般に、半導体素子の製造では、数層から
十数層の回路パターンを絶縁層を介して積層するため、
ウエハ上に既に形成された回路パターンと、次に露光す
べき回路パターンまたはコンタクトホールパターンとを
正確に重ね合わせる必要がある。そのために投影露光装
置にはアライメント装置が具備してある。

【０００４】従来のアライメント装置付き投影露光装置
の例を図５に示す。図５に示すように、レチクル１１の
像は投影光学系１３によって、ウエハ１４上に投影露光
される。ウエハＷは、投影光学系１３の像面とほぼ平行
なＸＹ平面内を移動することができるウエハ・ステージ
２８に搭載してある。ウエハ・ステージ２８は、干渉計
２２Ｘ，２２Ｙによって位置を管理されている。

【０００５】ウエハ・ステージ２８の上方には、オフア
クシス（Off-Axis）方式のウエハ・アライメント・セン
サ４２が投影光学系１３に固定してあり、ウエハ１４上
に形成されたウエハ・アライメント・マークＷＭや、ウ
エハ・ステージ２８に搭載された基準パターン板４０に
形成してある基準マーク４１の位置を計測できるように
なっている。なお、図示しないが、ウエハ・アライメン
ト・センサ４２の内部には、アライメント・マークを計
測する際の基準となる指標が設けてある。

【０００６】レチクル１１上には、ＴＴＲ（Through Th
e Reticle）方式のレクチル・アライメント・センサ４
３Ａ，４３Ｂによって観察可能なレクチル・アライメン
ト・マークＲＭＡ，ＲＭＢが形成してある。これらとウ
エハ・ステージ２８上のレクチル・アライメント指標Ｆ
ＭＡ，ＦＭＢとを同時に観察することで、レチクルＲの
レクチル・アライメント・マークＲＭＡ，ＲＭＢと、ウ
エハ・ステージ２８上のレクチル・アライメント指標Ｆ
ＭＡ，ＦＭＢとの位置合わせを行うことができる。

【０００７】ウエハ・ステージ２８上の基準パターン板
４０に形成してあるレクチル・アライメント指標ＦＭ
Ａ，ＦＭＢと、ウエハ・アライメント・センサ用の基準
マーク４１との距離は、予め正確に計測してある。

【０００８】このような従来の構成の装置において、重
ね合わせ露光は、ベースライン計測、ウエハ・アライメ
ント計測、露光という手順を踏んでいた。次にその手順
について説明する。

【０００９】まず、ベースラインの計測について説明す
る。このベースラインとは、レクチル・アライメント・
マークＲＭＡ，ＲＭＢで代表されるレチクル１１の位置
から、ウエハ・アライメント・センサ４２内部の指標ま
での距離のことである。この計測は、次のようにして行
う。すなわち、レクチル・アライメント・センサ４３
Ａ，４３Ｂでレクチル・アライメント・マークＲＭＡお
よびＲＭＢから、それぞれレクチル・アライメント指標
ＦＭＡ，ＦＭＢまでの相対変位Ｌ１を計測する。同時
に、ウエハ・アライメント・センサ４２でウエハ・ステ
ージ２８上の基準マーク４１とウエハ・アライメント・
センサ４２内部の指標との距離Ｌ２を測定する。そし
て、これらの相対変位Ｌ１と距離Ｌ２とを用いて演算す
ることにより、ベースラインを求める。

【００１０】次に、ウエハ・アライメント計測の工程で
は、ウエハ１４上に予め形成されているアライメント・
マークＷＭのうちいくつかを選び、ウエハ・ステージ２
８を駆動して、それらの位置をオフアクシス方式のウエ
ハ・アライメント・センサ４２でアライメント計測す
る。こうしてウエハ１４上に形成されているショット配
列を求めることができる。

【００１１】最後に、上記のベースラインの計測結果
と、ウエハ・アライメントの計測結果とに基づいて、レ
チクル１１のパターン領域とウエハ１４上のショット領
域とを正確に重ね合わせるように、ウエハ・ステージ２
８を駆動して露光する。

【００１２】なお、ＴＴＲ（Through The Reticle）方
式のレクチル・アライメント・センサ４３Ａ，４３Ｂを
用いて、レチクル１１上のレクチル・アライメント・マ
ークＲＭＡ，ＲＭＢとウエハ１４上のアライメント・マ
ークＷＭとを直接位置合わせしないのは、次の理由によ
る。すなわち、投影光学系１３は、コヒーレントなレー
ザビームや水銀ランプのｇ線またはｉ線などの単色光な
どの露光用照明光に対して最も収差が小さくなるように
設計してある。ところが、このような露光用照明光と同
じ光をアライメント用照明光として用いると、ウエハ上
のレジストが感光してしまうことから、使用することは
できない。また、露光用照明光と異なる光をアライメン
ト用照明光として用いると、投影光学系１３における色
収差などの収差が大きくなり、正確なアライメントが困
難になる。したがって、前述したような方法を採用して
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の投影
露光装置の構成では、ベースラインの計測と、ウエハ・
アライメントの計測が時間的に同時ではなく、この時間
差の間に、レチクル１１からウエハ・アライメント・セ
ンサ４２までの相対変位であるベースラインがドリフト
することがあった。この場合に、露光結果に重ね合わせ
誤差が発生するという問題があった。なお、ドリフトの
原因としては、雰囲気温度の変化や機械的要因などが考
えられる。

【００１４】また、従来の投影露光装置の構成では、ア
ライメントセンサによりベースライン計測を必ず行う必
要があったため、その分だけスループットが低下するこ
とは避けられなかった。

【００１５】以上では、投影露光装置に関するアライメ
ントについての課題について説明したが、投影露光装置
以外でも、投影光学系を介して、投影光学系の物体面側
に配置される第１部材と、投影光学系の像面側に配置さ
れる第２部材とを光学的に位置合わせしたい場合には、
同様な課題が存在する。

【００１６】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、投影光学系の物体面側に配置される第１部材（たと
えばマスク）と、投影光学系の像面側に配置される第２
部材（たとえば感光性基板）とを光学的に高精度で且つ
高スループットで位置合わせすることができる投影露光
装置、アライメント装置およびアライメント方法を提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものでは
ない。また、本発明において、マスクとは、レチクル
（１１）を含む概念で用いる。

【００１８】さらに、本発明において、投影露光装置と
しては、特に限定されず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線
（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レー
ザ（１５７ｎｍ）、またはＹＡＧレーザなどの高調波を
露光用光源として用いる露光装置などを例示することが
できる。また、露光方式の分類による露光装置のタイプ
も特に限定されず、いわゆるステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置でも、いわゆるステップ・アンド・ス
キャン方式の露光装置でも良い。いわゆるステップ・ア
ンド・スキャン方式の露光装置は、レチクルなどのマス
ク上のパターンの一部を投影光学系を介して感光性基板
上に縮小投影露光した状態で、マスクと感光性基板と
を、投影光学系に対して同期移動させることにより、マ
スク上のパターンの縮小像を逐次感光性基板の各ショッ
ト領域に転写する方式の露光装置である。この方式の露
光装置は、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の
露光装置に比較して、投影光学系に対する負担を増大さ
せることなく、転写対象パターンを大面積化することが
できるという利点がある。

【００１９】請求項１本発明に係る露光装置（請求項１に対応）は、投影光学
系（１３）を介してマスク（１１）のパターンを感光性
基板（１４）上に転写する投影露光装置において、前記
投影光学系（１３）の物体面側と像面側の一方に配置さ
れる第１マーク（ＲＭ）に、第１照明光（ＡＬ１）を照
射する第１照明系（１）と、前記投影光学系（１３）の
物体面側と像面側の他方に配置される第２マーク（Ｗ
Ｍ）に、前記第１照明光（ＡＬ１）より波長幅が広い第
２照明光（ＡＬ２）を照射する第２照明系（６４）と、
前記第１マーク（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）から
それぞれ発生する光を受光して、前記第１マーク（Ｒ
Ｍ）および第２マーク（ＷＭ）の相対位置関係に応じた
信号を出力する検出装置（５０）とを備えたことを特徴
とする。

【００２０】この投影露光装置では、第１マーク（Ｒ
Ｍ）と第２マーク（ＷＭ）との相対位置関係を直接計測
することができるので、ベースライン計測を行う必要が
なく、ベースラインのドリフトの影響を受けることな
く、安定的に高い重ね合わせ精度を維持することが可能
となる。

【００２１】また、ベースライン計測を行う必要がない
ことから、露光工程のスループットの向上に寄与する。

【００２２】請求項２および３本発明に係る投影露光装置において、前記第１照明系
（１）は、前記マスク（１１）に照射される露光用照明
光とほぼ同一波長の照明光を射出し、前記検出装置（５
０）は、前記第１マーク（ＲＭ）から発生して前記投影
光学系（１３）を通過する光を受光することが好ましい
（請求項２に対応）。

【００２３】本発明に係る露光装置において、前記第１
マーク（ＲＭ）は前記投影光学系（１３）の物体面側に
配置され、前記第１照明系（１）は、前記露光用照明系
を前記マスク（１１）に照射する露光用照明系で兼用さ
れることが好ましい（請求項３に対応）。

【００２４】投影光学系（１３）は、コヒーレントなレ
ーザビームや水銀ランプのｇ線またはｉ線などの単色光
などの露光用照明光に対して最も収差が小さくなるよう
に設計してあるからである。

【００２５】請求項４本発明に係る露光装置において、前記第２照明系（６
４）は、前記第１照明光（ＡＬ１）と波長が異なる広帯
域光を射出し、前記検出装置（５０）は、前記投影光学
系（１３）を介することなく前記第２マーク（ＷＭ）か
ら発生する光を受光することことが好ましい（請求項４
に対応）。

【００２６】広帯域光としては、特に限定されないが、
たとえば２００ｎｍ程度の帯域幅を持つブロードな波長
分布の光である。このような広帯域光を用いることで、
単色光を用いる場合と異なり、感光性基板（１４）上の
レジスト層などによる光の多重干渉などが原因で生じる
検出精度の劣化を防止できるので好ましい。また、広帯
域光は、投影光学系（１３）を介した場合には、収差に
よる影響のために、位置合わせの精度が低下することか
ら、投影光学系（１３）を介さない方が好ましい。

【００２７】なお、このような広帯域光としては、感光
性基板（１４）を感光させない波長域幅であることが好
ましい。

【００２８】請求項５本発明に係る露光装置において、前記検出装置（５０）
は、前記第１マーク（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）
からそれぞれ発生する光を同一の撮像素子（６０）に導
く対物光学系（５８）を有することが好ましい（請求項
５に対応）。

【００２９】同一の撮像素子（６０）を用いることで、
前記第１マーク（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）の相
対位置関係に応じた信号を出力することが容易になると
共に、部品の共通化および部品点数の削減に寄与する。

【００３０】請求項６本発明に係る露光装置において、前記検出装置（５０）
は、前記投影光学系（１３）に対して前記第２マーク
（ＷＭ）側に配置され、前記第１マーク（ＲＭ）から発
生して前記投影光学系（１３）を通過する光と、前記第
２マーク（ＷＭ）から発生する光とをそれぞれ前記対物
光学系（５８）に入射させる光学部材（５４，５６）を
有することが好ましい（請求項６に対応）。

【００３１】このような光学部材（５４，５６）として
は、たとえばハーフミラーおよび／またはビームスプリ
ッタなどを含む光学部材を例示することができる。

【００３２】このような光学部材（５４，５６）を用い
ることで、前記第１マーク（ＲＭ）および第２マーク
（ＷＭ）からそれぞれ発生する光を同一の撮像素子（６
０）に導くことが容易になる。

【００３３】請求項７本発明に係る露光装置において、前記検出装置（５０）
は、前記第１マーク（ＲＭ）から発生する光を、前記撮
像素子（６０）で検出可能な光に変換する光変換素子
（５６）を有することもできる（請求項７に対応）。

【００３４】前記第１マーク（ＲＭ）から発生する光
は、露光用照明光またはそれに類するものである場合で
あって、第２マーク（ＷＭ）から発生する光が、それと
異なる場合に、光変換素子（５６）で変換することによ
り、同一の撮像素子（６０）でこれらの光を検出するこ
とが容易になる。

【００３５】請求項８また、本発明に係る露光装置（請求項８に対応）は、前
記第２マーク（ＷＭ）は前記感光性基板（１４）上に形
成され、前記第２照明光（ＡＬ２）の波長は、前記感光
性基板（１４）を感光させる波長域と異なることが好ま
しい。

【００３６】第２マーク（ＷＭ）が感光性基板（１４）
上に形成される場合であって、それを照射する第２照明
光（ＡＬ２）の波長が、前記感光性基板（１４）を感光
させる波長域と同じである場合には、感光性基板（１
４）を感光してしまうおそれがあるからである。

【００３７】請求項９本発明に係る露光装置において、前記第１マーク（Ｒ
Ｍ）は前記マスク（１１）上に形成され、前記検出装置
（５０）から出力される信号は前記マスク（１１）と前
記感光性基板（１４）とのアライメントに利用されるこ
とが好ましい（請求項９に対応）。

【００３８】高精度のアライメントを実現でき、正確な
位置に露光することができるからである。

【００３９】請求項１０および１１本発明に係るアライメント装置（５０）は、投影光学系
（１３）の物体面側に配置される第１部材（１１）と、
投影光学系（１３）の像面側に配置される第２部材（１
４）とを光学的に位置合わせするためのアライメント装
置であって、前記第１部材（１１）側に配置される第１
マーク（ＲＭ）に、第１照明光（ＡＬ１）を照射する第
１照明系（１）と、前記第２部材（１４）側に配置され
る第２マーク（ＷＭ）に、前記第１照明光（ＡＬ１）よ
り波長幅が広い第２照明光（ＡＬ２）を照射する第２照
明系（６４）と、前記第１マーク（ＲＭ）および第２マ
ーク（ＷＭ）からそれぞれ発生する光を受光して、前記
第１マーク（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）の相対位
置関係に応じた信号を出力する検出装置（５０）とを備
えたことを特徴とする（請求項１０に対応）。

【００４０】本発明に係るアライメント方法は、投影光
学系（１３）の物体面側に配置される第１部材（１１）
と、投影光学系（１３）の像面側に配置される第２部材
（１４）とを光学的に位置合わせするためのアライメン
ト方法であって、前記第１部材（１１）側に配置される
第１マーク（ＲＭ）に、第１照明光（ＡＬ１）を照射す
るステップと、前記第２部材（１４）側に配置される第
２マーク（ＷＭ）に、前記第１照明光（ＡＬ１）より波
長幅が広い第２照明光（ＡＬ２）を照射するステップ
と、前記第１マーク（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）
からそれぞれ発生する光を受光して、前記第１マーク
（ＲＭ）および第２マーク（ＷＭ）の相対位置関係に応
じた信号を出力するステップとを有する（請求項１１に
対応）。

【００４１】このアライメント装置（５０）およびアラ
イメント方法では、第１マーク（ＲＭ）と第２マーク
（ＷＭ）との相対位置関係を直接計測することができる
ので、ベースライン計測を行う必要がなく、ベースライ
ンのドリフトの影響を受けることなく、安定的に高い重
ね合わせ精度を維持することが可能となる。

【００４２】また、ベースライン計測を行う必要がない
ことから、位置合わせ工程のスループットの向上に寄与
する。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００４４】図１は本発明の１実施形態に係る投影露光
装置の概略図、図２は図１に示すアライメントセンサの
概略構成図、図３（Ａ），（Ｂ）はレチクル・アライメ
ント・マークとウエハ・アライメント・マークとの関係
を示す概略図、図４は投影露光装置の全体構成図であ
る。

【００４５】図１および図４に示すように、本発明の１
実施形態に係る露光装置３０は、いわゆるステップ・ア
ンド・スキャン方式の露光装置であり、マスクとしての
レチクル１１上のパターンの一部を投影光学系１３を介
して感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ１
４上に縮小投影露光した状態で、レチクル１１とウエハ
１４とを、投影光学系１３に対して同期移動させること
により、レチクル１１上のパターンの縮小像を逐次ウエ
ハ１４の各ショット領域に転写するようになっている。

【００４６】まず、本実施形態に係る露光装置３０の全
体構成について、図４に基づき説明する。

【００４７】図４に示すように、本実施形態の露光装置
３０は、露光用光源１としてＫｒＦエキシマレーザ（発
振波長２４８ｎｍ）を有する。なお、露光用光源１とし
ては、特に限定されず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３
６５ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ
₂レーザ（１５７ｎｍ）、または金属蒸気レーザ光源や
ＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルス光源を使用し
ても良い。

【００４８】露光用光源１からパルス発光されたレーザ
ビームＬＢは、ビーム整形・変調光学系２へ入射するよ
うになっている。本実施形態では、ビーム整形・変調光
学系２は、ビーム整形光学系２ａと、エネルギー変調器
２ｂとから成る。ビーム整形光学系２ａは、シリンダレ
ンズやビームエキスパンダ等で構成してあり、これらに
より、後続のフライアイレンズ５に効率よく入射するよ
うにビームの断面形状が整形される。

【００４９】図４に示すエネルギー変調器２ｂは、エネ
ルギー粗調器およびエネルギー微調器などで構成してあ
り、エネルギー粗調器は、回転自在なレボルバ上に透過
率（＝（１−減光率）×１００（％））の異なる複数個
のＮＤフィルタを配置したものであり、そのレボルバを
回転することにより、入射するレーザビームＬＢに対す
る透過率を１００％から複数段階で切り換えることがで
きるようになっている。なお、そのレボルバと同様のレ
ボルバを２段配置し、２組のＮＤフィルタの組み合わせ
によってより細かく透過率を調整できるようにしてもよ
い。一方、エネルギー微調器は、ダブル・グレーティン
グ方式、または傾斜角可変の２枚の平行平板ガラスを組
み合わせた方式等で、所定範囲内でレーザビームＬＢに
対する透過率を連続的に微調整するものである。ただ
し、このエネルギー微調器を使用する代わりに、エキシ
マレーザ光源１の出力変調によってレーザビームＬＢの
エネルギーを微調整してもよい。

【００５０】図４において、ビーム整形・変調光学系２
から射出されたレーザビームＬＢは、光路折り曲げ用の
ミラーＭを介してフライアイレンズ５に入射する。

【００５１】フライアイレンズ５は、後続のレチクル１
１を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源を
形成する。図４に示すように、フライアイレンズ５の射
出面には照明系の開口絞り（いわゆるσ絞り）６が配置
してあり、その開口絞り６内の２次光源から射出される
レーザビーム（以下、「パルス照明光ＩＬ」と呼ぶ）
は、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ７
に入射し、ビームスプリッタ７を透過した露光用照明光
としてのパルス照明光ＩＬは、リレーレンズ８を介して
コンデンサレンズ１０へ入射するようになっている。

【００５２】リレーレンズ８は、第１リレーレンズ８Ａ
と、第２リレーレンズ８Ｂと、これらレンズ８Ａ，８Ｂ
間に配置される固定照明視野絞り（固定レチクルブライ
ンド）９Ａおよび可動照明視野絞り９Ｂとを有する。固
定照明視野絞り９Ａは、矩形の開口部を有し、ビームス
プリッタ７を透過したパルス照明光ＩＬは、第１リレー
レンズ８Ａを経て固定照明視野絞り９Ａの矩形の開口部
を通過するようになっている。また、この固定照明視野
絞り９Ａは、レチクルのパターン面に対する共役面の近
傍に配置してある。可動照明視野絞り９Ｂは、走査方向
の位置および幅が可変の開口部を有し、固定照明視野絞
り９Ａの近くに配置してあり、走査露光の開始時および
終了時にその可動照明視野絞り９Ｂを介して照明視野フ
ィールドをさらに制限することによって、不要な部分
（レクチルパターンが転写されるウエハ上のショット領
域以外）の露光が防止されるようになっている。なお、
図１では、これらの固定照明視野絞り９Ａおよび可動照
明視野絞り９Ｂの図示を省略してある。

【００５３】図４に示すように、固定照明視野絞り９Ａ
および可動照明視野絞り９Ｂを通過したパルス照明光Ｉ
Ｌは、第２リレーレンズ８Ｂおよびコンデンサレンズ１
０を経て、レチクルステージ１５上に保持されたレチク
ル１１上の矩形の照明領域１２Ｒを均一な照度分布で照
明する。レチクル１１上の照明領域１２Ｒ内のパターン
を投影光学系１３を介して投影倍率α（αは例えば１／
４，１／５等）で縮小した像が、フォトレジストが塗布
されたウエハ（感光性基板）１４上の照明視野フィール
ド１２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系１３の光
軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な平面
内で照明領域１２Ｒに対するレチクル１１の走査方向
（即ち、図４の紙面に平行な方向）をＹ方向、その走査
方向に垂直な非走査方向をＸ方向として説明する。

【００５４】このとき、レチクルステージ１５はレチク
ルステージ駆動部１８によりＹ方向に走査される。外部
のレーザ干渉計１６により計測されるレチクルステージ
１５のＹ座標がステージコントローラ１７に供給され、
ステージコントローラ１７は供給された座標に基づいて
レチクルステージ駆動部１８を介して、レチクルステー
ジ１５の位置および速度を制御する。

【００５５】一方、ウエハ１４は、不図示のウエハホル
ダを介してウエハステージ２８上に載置される。ウエハ
ステージ２８は、Ｚチルトステージ１９と、Ｚチルトス
テージ１９が載置されるＸＹステージ２０とを有する。
ＸＹステージ２０は、Ｘ方向およびＹ方向にウエハ１４
の位置決めを行うと共に、Ｙ方向にウエハ１４を走査す
る。また、Ｚチルトステージ１９は、ウエハ１４のＺ方
向の位置（フォーカス位置）を調整すると共に、ＸＹ平
面に対するウエハ１４の傾斜角を調整する機能を有す
る。Ｚチルトステージ１９上に固定された移動鏡、およ
び外部のレーザ干渉計２２により計測されるＸＹステー
ジ２０（ウエハ１４）のＸ座標、およびＹ座標がステー
ジコントローラ１７に供給され、ステージコントローラ
１７は、供給された座標に基づいてウエハステージ駆動
部２３を介してＸＹステージ２０の位置および速度を制
御する。

【００５６】また、ステージコントローラ１７の動作
は、不図示の装置全体を統轄制御する主制御系によって
制御されている。そして、走査露光時には、レチクル１
１がレチクルステージ１５を介して＋Ｙ方向（または−
Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走査されるのに同期して、ＸＹス
テージ２０を介してウエハ１４は照明視野フィールド１
２Ｗに対して−Ｙ方向（または＋Ｙ方向）に速度α・Ｖ
_R（αはレチクル１１からウエハ１４に対する投影倍
率）で走査される。

【００５７】また、Ｚチルトステージ１９上のウエハ１
４の近傍に光電変換素子からなる照度むらセンサ２１が
常設され、照度むらセンサ２１の受光面はウエハ１４の
表面と同じ高さに設定されている。照度むらセンサ２１
としては、遠紫外で感度があり、且つパルス照明光を検
出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォト
ダイオード等が使用できる。照度むらセンサ２１の検出
信号が不図示のピークホールド回路、およびアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ２
６に供給されている。

【００５８】なお、図４に示すビームスプリッタ７で反
射されたパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を介して
光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５で受光
され、インテグレータセンサ２５の光電変換信号が、不
図示のピークホールド回路およびＡ／Ｄ変換器を介して
出力ＤＳとして露光コントローラ２６に供給される。イ
ンテグレータセンサ２５の出力ＤＳと、ウエハ１４の表
面上でのパルス照明光ＩＬの照度（露光量）との相関係
数は予め求められて露光コントローラ２６内に記憶され
ている。露光コントローラ２６は、制御情報ＴＳを露光
用光源１に供給することによって、露光用光源１の発光
タイミング、および発光パワー等を制御する。露光コン
トローラ２６は、さらにエネルギー変調器３での減光率
を制御し、ステージコントローラ１７はステージ系の動
作情報に同期して可動照明視野絞り９Ｂの開閉動作を制
御する。

【００５９】本実施形態では、このようなステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置３０において、図１
に示すように、レチクル１１の光源側にアライメント用
遮蔽板５２を設けてある。遮蔽板５２を設けることで、
アライメント時に、アライメント用第１照明光が、投影
光学系１３の物体面側であるレチクル１１に形成してあ
るレチクル・アライメント・マークＲＭ（主として第１
マーク）の領域のみを照射し、ショット領域を照射しな
いようにしてある。なお、アライメント用遮蔽板５２
は、必ずしも設けることなく、図４に示す照明視野絞り
９Ａ，９Ｂなどにより兼用することもできる。

【００６０】図１に示すように、本実施形態では、投影
光学系１３とウエハ・ステージ２８との間であって、ウ
エハ１４のショット領域に対する投影光学系１３を介し
ての露光に際して邪魔にならない位置に、検出装置とし
てのウエハ・アライメント・センサ５０が配置してあ
る。このセンサ５０は、投影光学系１３に対して固定し
てあることが好ましい。

【００６１】センサ５０は、図２に示すように、ハーフ
ミラー５４を有し、レチクル・アライメント・マークＲ
Ｍを照射して投影光学系１３を通過したアライメント用
第１照明光ＡＬ１が、このハーフミラー５４により反射
し、受光面５６にレチクル・アライメント・マークＲＭ
の像を結像するようになっている。受光面５６は、レチ
クル１１の面とウエハ１４の面との双方に対して、光学
的に共役な面である。

【００６２】本実施形態では、アライメント用第１照明
光ＡＬ１としては、図４に示す光源１から発せられる露
光用照明光を用いているので、露光用照明光に対して最
も収差が小さくなるように設計してある投影光学系１３
を通しても、問題なくレチクル・アライメント・マーク
ＲＭを受光面５６に結像させることが可能である。

【００６３】本実施形態では、受光面５６には、蛍光物
質の層が形成してあり、受光面５６に対して結像したレ
チクル・アライメント・マークＲＭのパターンに応じ
て、蛍光が発生する。この蛍光は、アライメント用第１
照明光ＡＬ１の波長とは異なっており、後述する撮像素
子６０で検出可能な光になっている。すなわち、蛍光物
質の層が形成してある受光面５６は、光変換素子として
機能する。

【００６４】受光面５６で発生した蛍光は、ハーフミラ
ー５４を通過し、対物光学系５８へと入射するようにな
っている。対物光学系５８は、単一または複数の対物レ
ンズを含み、受光面５６で発生した蛍光を、光学系５８
を挟んでハーフミラー５４と反対側のハーフミラー６２
を通して、撮像素子６０の受光面へ導き、そこで、レチ
クル・アライメント・マークＲＭの像を再結像するよう
になっている。撮像素子６０としては、特に限定されな
いが、一次元または二次元のＣＣＤカメラなどが用いら
れる。

【００６５】また、ハーフミラー６２に対して、撮像素
子６０と光学的に共役な位置には、アライメント用第２
照明光ＡＬ２を出射する第２光源６４の出射面が配置し
てある。第２光源６４は、本実施形態では、２００ｎｍ
程度のブロードな波長分布の広帯域光を出射するもので
あり、たとえばハロゲンランプ、コンデンサレンズ、光
ファイバー、フィルタ（レジスト層の感光波長域と赤外
線波長域とをカット）などを含む光学系である。なお、
センサ５０には、第２光源６４からの出射面のみが配置
してあれば良く、第２光源６４を構成する全ての部材が
含まれている必要はない。

【００６６】第２光源６４の出射面から出射するアライ
メント用第２照明光ＡＬ２は、ハーフミラー６２で反射
し、対物光学系５８を通して、反対側のハーフミラー５
４で反射し、ウエハ１４上のウエハ・アライメント・マ
ークＷＭを照明する。このウエハ・アライメント・マー
クＷＭからの反射光は、再度ハーフミラー５４で反射
し、対物光学系５８を通して、ハーフミラー６２へと向
かい、今度は、そのハーフミラー６２を通過し、撮像素
子６０の受光面に、ウエハ・アライメント・マークＷＭ
の像を結像する。

【００６７】すなわち、本実施形態では、撮像素子６０
の受光面には、レチクル・アライメント・マークＲＭの
像と、ウエハ・アライメント・マークＷＭの像とが同時
に結像する。これらマークＲＭ，ＷＭの具体的な形状は
特に限定されないが、二次元方向に位置ずれ量を検知す
ることができるようなマークの組み合わせであることが
好ましい。このような例を、たとえば図３（Ａ）および
図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）では、矩形状のレチクル
・アライメント・マークＲＭが、四方に配置されたスト
ライプ状のウエハ・アライメント・マークＷＭの内側に
配置される例である。また、図３（Ｂ）では、相互に垂
直なストライプが十字形に形成してあるウエハ・アライ
メント・マークＷＭが内側に配置してあり、その外側に
ストライプ状のレチクル・アライメント・マークＲＭが
四方に配置してある。

【００６８】本実施形態では、図２に示す撮像素子６０
において、レチクル・アライメント・マークＲＭの像と
ウエハ・アライメント・マークＷＭの像とを同時に検出
することができ、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、二
次元方向に光電変換信号を検出することで、これらマー
クＲＭ，ＷＭの位置ずれ量を計測して出力することが可
能になっている。

【００６９】撮像素子６０にて検出されたマーク相互の
位置ずれ量データは、たとえば図４に示す露光装置３０
のステージコントローラ１７へと送られ、レチクル１１
とウエハ１４とが正確に位置合わせされた状態で露光が
行われるように、レチクル１１および／またはウエハ１
４の位置を制御する。

【００７０】このようなアライメント動作後に、前述し
たようなウエハ１４上の各ショット領域毎に、ステップ
・アンド・スキャン方式の露光を行う。

【００７１】本実施形態に係る投影露光装置３０では、
レチクル・アライメント・マークＲＭとウエハ・アライ
メント・マークＷＭとの相対位置関係を、撮像素子６０
を直接にしかも同時に計測することができるので、ベー
スライン計測を行う必要がなく、ベースラインのドリフ
トの影響を受けることなく、安定的に高い重ね合わせ精
度を維持することが可能となる。

【００７２】また、ベースライン計測を行う必要がない
ことから、アライメント工程および露光工程のスループ
ットの向上に寄与する。

【００７３】また、本実施形態では、アライメント用第
１照明光ＡＬ１として、露光用照明光を用いていること
から、アライメント用第１照明光を発生させるための光
源を必要とせず、部品点数の低減に寄与する。また、ア
ライメント用第１照明光ＡＬ１として、露光用照明光を
用いていることから、投影光学系１３を通しても、収差
の影響を最小限にすることができる。また、アライメン
ト専用の光を投影光学系１３に通す場合と比較して、投
影光学系の設計の自由度が高い。

【００７４】また、アライメント用第２照明光として
は、広帯域光を用いていることから、単色光を用いる場
合と異なり、ウエハ１４上に成膜してあるレジスト層な
どによる光の多重干渉などが原因で生じる検出精度の劣
化を防止できるので、この点でも検出精度が向上する。
また、ウエハ・アライメント・マークＷＭを照射する光
として、広帯域光を用いていることから、非対称なマー
クＷＭや荒れたマークＷＭに対してもロバストな計測を
行うことができるというメリットもある。

【００７５】また、広帯域光は、投影光学系１３を介し
た場合には、収差による影響のために、位置合わせの精
度が低下するおそれがあるが、本実施形態では、広帯域
光である第２照明光ＡＬ２については、投影光学系１３
を介さないので問題がない。

【００７６】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。

【００７７】たとえば、図２に示すウエハ・アライメン
ト・センサ５０受光面５６に蛍光物質の層を形成する代
わりに、この面５６を、撮像素子６０とは別の撮像素子
の受光面としても良い。または受光面５６に結像するレ
チクル・アライメント・マークＲＭの像を、光学部材を
介して、撮像素子６０とは別の撮像素子の受光面に導い
ても良い。これらの場合には、レチクル・アライメント
・マークＲＭの像は、ウエハ・アライメント・マークＷ
Ｍの像が結像する撮像素子６０とは別の撮像素子の受光
面で検出されることになる。したがって、これらの撮像
素子で別々に検出した電気信号を、別の回路で比較する
ことにより、これらマークの位置ずれ量を判断する必要
がある。

【００７８】また、上述した実施形態におけるアライメ
ント・センサ５０では、撮像素子６０とは別の位置に第
２光源６４を設けたが、撮像素子６０の内部に、第２光
源を装着しても良い。

【００７９】また、上述した実施形態では、レチクル・
アライメント・マークＲＭおよびウエハ・アライメント
・マークＷＭの像を撮像素子に結像させてマーク位置を
検出したが、本発明では、それに限らず、その他の位置
検出法を採用しても良い。たとえばレーザ光の干渉を利
用してマーク位置を検出するように構成しても良い。レ
ーザ光の干渉を利用してマーク位置を検出する方法とし
ては、回折格子状のマークに対して可干渉な二光束を照
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
る干渉光の位相に基づいて位置検出を行うレーザ干渉ア
ライメント法（ＬＩＡ）が知られている。

【００８０】また、上述した実施形態では、ステップ・
アンド・スキャン方式の縮小投影型走査露光装置（スキ
ャニング・ステッパー）についての説明したが、例えば
レチクル１１とウエハ１４とを静止させた状態でレチク
ルパターンの全面に露光用照明光を照射して、そのレチ
クルパターンが転写されるべきウエハ１４上の１つの区
画領域（ショット領域）を一括露光するステップ・アッ
プ・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）、さらにはミラープロジェクション方式やプロキシ
ミティ方式などの露光装置にも同様に本発明を適用する
ことができる。なお、投影光学系１３はその全ての光学
素子が屈折素子（レンズ）であるものとしたが、反射素
子（ミラーなど）のみからなる光学系であっても良い
し、あるいは屈折素子と反射素子（凹面鏡、ミラーな
ど）とからなるカタディオプトリック光学系であっても
よい。また、投影光学系１３は縮小光学系に限られるも
のではなく、等倍光学系や拡大光学系であっても良い。

【００８１】さらに、光源として、軟Ｘ線領域に発振ス
ペクトルを有するＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａ
Ｖｉｏｌｅｔ）を発生するＳＯＲ、またはレーザプラ
ズマ光源等を用いた縮小投影型走査露光装置、プロキシ
ミティー方式のＸ線走査露光装置にも本発明を適用可能
である。

【００８２】さらにまた、本発明に係るアライメント装
置および方法は、投影露光装置に適用されるのみではな
く、その他の装置において、投影光学系の物体面側に配
置される第１部材と、投影光学系の像面側に配置される
第２部材とを光学的に高精度で且つ高スループットで位
置合わせしたい場合全てに対して適用が可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、投影光学系の物体面側に配置される第１部材（たと
えばマスク）と、投影光学系の像面側に配置される第２
部材（たとえば感光性基板）とを光学的に高精度で且つ
高スループットで位置合わせすることができる投影露光
装置、アライメント装置およびアライメント方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の１実施形態に係る投影露光装
置の概略図である。

【図２】図２は図１に示すアライメントセンサの概略
構成図である。

【図３】図３（Ａ），（Ｂ）はレチクル・アライメン
ト・マークとウエハ・アライメント・マークとの関係を
示す概略図である。

【図４】図４は投影露光装置の全体構成図である。

【図５】図５は従来例に係るアライメント装置を持つ
投影露光装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１… 露光用光源１１… レチクル（マスク）１３… 投影光学系１４… ウエハ（感光性基板）１７… ステージコントローラ３０… 投影露光装置５０… ウエハ・アライメント・センサ５２… 遮蔽板５４，６２… ハーフミラー５６… 受光面５８… 対物光学系６０… 撮像素子６４… 第２光源ＲＭ（ＲＭＡ、ＲＭＢ）… レチクル・アライメント・
マークＷＭ… ウエハ・アライメント・マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系を介してマスクのパターンを
感光性基板上に転写する投影露光装置において、前記投影光学系の物体面側と像面側の一方に配置される
第１マークに、第１照明光を照射する第１照明系と、前記投影光学系の物体面側と像面側の他方に配置される
第２マークに、前記第１照明光より波長幅が広い第２照
明光を照射する第２照明系と、前記第１マークおよび第２マークからそれぞれ発生する
光を受光して、前記第１マークおよび第２マークの相対
位置関係に応じた信号を出力する検出装置とを備えたこ
とを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記第１照明系は、前記マスクに照射さ
れる露光用照明光とほぼ同一波長の照明光を射出し、前
記検出装置は、前記第１マークから発生して前記投影光
学系を通過する光を受光することを特徴とする請求項１
に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記第１マークは前記投影光学系の物体
面側に配置され、前記第１照明系は、前記露光用照明系
を前記マスクに照射する露光用照明系で兼用されること
を特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記第２照明系は、前記第１照明光と波
長が異なる広帯域光を射出し、前記検出装置は、前記投
影光学系を介することなく前記第２マークから発生する
光を受光することを特徴とする請求項１または２に記載
の投影露光装置。
【請求項５】前記検出装置は、前記第１マークおよび
第２マークからそれぞれ発生する光を同一の撮像素子に
導く対物光学系を有することを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１に記載の投影露光装置。
【請求項６】前記検出装置は、前記投影光学系に対し
て前記第２マーク側に配置され、前記第１マークから発
生して前記投影光学系を通過する光と、前記第２マーク
から発生する光とをそれぞれ前記対物光学系に入射させ
る光学部材を有することを特徴とする請求項５に記載の
投影露光装置。
【請求項７】前記検出装置は、前記第１マークから発
生する光を、前記撮像素子で検出可能な光に変換する光
変換素子を有することを特徴とする請求項５または６に
記載の投影露光装置。
【請求項８】前記第２マークは前記感光性基板上に形
成され、前記第２照明光の波長は、前記感光性基板を感
光させる波長域と異なることを特徴とする請求項１〜７
のいずれか１に記載の投影露光装置。
【請求項９】前記第１マークは前記マスク上に形成さ
れ、前記検出装置から出力される信号は前記マスクと前
記感光性基板とのアライメントに利用されることを特徴
とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
【請求項１０】投影光学系の物体面側に配置される第
１部材と、投影光学系の像面側に配置される第２部材と
を光学的に位置合わせするためのアライメント装置であ
って、前記第１部材側に配置される第１マークに、第１照明光
を照射する第１照明系と、前記第２部材側に配置される第２マークに、前記第１照
明光より波長幅が広い第２照明光を照射する第２照明系
と、前記第１マークおよび第２マークからそれぞれ発生する
光を受光して、前記第１マークおよび第２マークの相対
位置関係に応じた信号を出力する検出装置とを備えたこ
とを特徴とするアライメント装置。
【請求項１１】投影光学系の物体面側に配置される第
１部材と、投影光学系の像面側に配置される第２部材と
を光学的に位置合わせするためのアライメント方法であ
って、前記第１部材側に配置される第１マークに、第１照明光
を照射するステップと、前記第２部材側に配置される第２マークに、前記第１照
明光より波長幅が広い第２照明光を照射するステップ
と、前記第１マークおよび第２マークからそれぞれ発生する
光を受光して、前記第１マークおよび第２マークの相対
位置関係に応じた信号を出力するステップとを有するア
ライメント方法。