JP2001338867A

JP2001338867A - 照明装置、位置計測装置、並びに露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JP2001338867A
Application number: JP2000160904A
Authority: JP
Inventors: Sayaka Ishibashi; さやか石橋; Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】主として基板マーク及びマスクマークの位置
情報を高精度に計測することができる位置計測装置を提
供し、更にマスクに形成されたパターンを基板の所定位
置に精度良く転写することができる露光装置及び露光方
法を提供する。【解決手段】反射プリズム４３、４６を有する部分投
影光学系９ａを介してプレート１０に形成された基板マ
ーク１１の位置情報を計測する位置計測装置において、
光源部６１から射出された照明光の偏光状態を偏光板６
３によって可変して照明光の反射プリズム４３、４６に
おける反射率を高く設定し、この照明光を部分投影光学
系９ａ中の反射プリズム４３、４６に対して斜入射とな
るように導き、基板マーク１１からのビームを部分投影
光学系９ａを介して撮像装置６８で撮像し、撮像装置６
８の結果に対して画像処理部６９によって画像処理を施
し、基板マーク１１の位置情報を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明装置、位置計測
装置、並びに露光装置及び露光方法に係り、特に半導体
素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等
のデバイスをリソグラフィー工程で製造する際に用いら
れる照明装置、位置計測装置、並びに露光装置及び露光
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワードプロセッサ、パーソナルコ
ンピュータ、テレビ等の表示素子として、液晶表示パネ
ルが多用されるようになっている。特に、携帯性が重視
されるノート型のワードプロセッサやノート型のパーソ
ナルコンピュータでは表示素子として液晶表示パネルが
必須となっている。また、近年においては、２０インチ
を越える液晶表示パネルが実用化されているが、液晶表
示パネルは設置場所をさほど必要としないため、一般家
庭用のテレビとして用いる機会も多くなっている。液晶
表示パネルは、ガラス基板上に透明薄膜電極をフォトリ
ソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして製造
される。

【０００３】近年、液晶表示パネルの大面積化が要求さ
れており、それに伴ってフォトリソグラフィ工程におい
て用いられる投影露光装置においても露光領域の拡大が
望まれている。露光領域の拡大化を図った露光装置とし
てマスクと感光基板（ガラス基板）とを投影光学系に対
して相対的に移動させつつマスクに形成されたパターン
の像を感光基板上に転写させた後、走査方向に対して直
交する方向にマスクと感光基板とを所定距離移動して再
度走査露光を行う、所謂ステップ・アンド・スキャン方
式の露光装置が案出されている。この露光装置では、更
なる露光領域の拡大を図るため、複数の投影レンズによ
り投影光学系を構成した所謂マルチレンズ方式の投影光
学系を備える露光装置も案出されている。

【０００４】一般に、この種の露光装置では、１枚の感
光基板に対して所定のプロセス処理を施しながら、何層
にもわたってマスクのパターンの露光を繰り返す。この
とき、各層のパターン同士を所望の位置に重ね合わせな
がら露光を行う必要がある。よって、所期の機能を発揮
し得る液晶表示パネルを製造するためにはマスクと感光
基板との位置合わせを正確に行う必要があるが、この位
置合わせを正確に行うためには、まず感光基板の位置と
マスクの位置とを正確に計測しなければならない。この
ため従来の露光装置はマスク及び感光基板の位置情報を
計測するアライメントセンサを備える。ステップ・アン
ド・スキャン方式の露光装置は、投影光学系を介して感
光基板上の基板マークの位置情報を検出するＴＴＬ（ス
ルー・ザ・レンズ）方式又は投影光学系を介して感光基
板上の基板マークとマスク上のマスクマークとを同時に
観察し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＭ（スルー
・ザ・マスク）方式のアライメントセンサを備えること
が多い。

【０００５】ここで、ＴＴＭ方式のアライメントセンサ
について概説する。図１２は、従来のＴＴＭ方式のアラ
イメントセンサの構成の概略を説明するための図であ
り、（ａ）は屈折型の投影光学系を備える露光装置に適
用したアライメントセンサを説明する図であり、（ｂ）
は反射屈折型の投影光学系を備える露光装置に適用した
アライメントセンサを説明する図である。まず、図１２
（ａ）において、照明光源１００から射出された照明光
はコンデンサレンズ１０１を介してハーフミラー１０２
で反射され、対物レンズ１０３及びミラー１０４を介し
た後、マスク１０５に形成されたマスクマーク（図示省
略）を落射照明する。マスク１０５を透過した照明光は
色収差補正光学系１０６に入射する。

【０００６】この色収差補正光学系１０６はアライメン
トセンサが備える照明光源１００から射出される照明光
が投影光学系１０７を通過する際に生ずる色収差を補正
するために設けられる。通常、アライメントセンサが備
える照明光源１００から射出される照明光の波長域と露
光時に用いられる露光光の波長域とは異なる波長域に設
定される。これは、アライメントセンサにより感光基板
１０８の位置情報を計測している際に、照明光により感
光基板１０８が感光されるのを防止するためである。ま
た、投影光学系１０７は露光光に対して各種の収差が小
さくなるように設計されており、アライメントセンサが
備える照明光源１００から射出される照明光に対する色
収差補正は余り考慮されていない。よって、照明光が投
影光学系１０７を通過する際に生ずる色収差を補正する
ために、アライメントセンサが位置情報の計測を行うと
きには色収差補正光学系１０６をマスク１０５と投影光
学系１０７との間に配置している。

【０００７】色収差補正光学系１０６を通過して投影光
学系１０７を介した照明光は感光基板１０８上に形成さ
れた基板マーク（図示省略）を落射照明する。この照明
により生じたビームは投影光学系１０７及び色収差補正
光学系１０６を順に介してマスク１０５に至る。このビ
ームがマスク１０５を透過する際に、照明光がマスク１
０５を落射照明することにより生ずるビームと重畳さ
れ、重畳されたビームがミラー１０４、対物レンズ１０
３、ハーフミラー１０２、レンズ１０９を順に介してＣ
ＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像装置１１０に
入射する。撮像装置１１０から出力される検出結果に対
して画像処理等の各種処理を施すことによってマスクマ
ークと基板マークとの相対位置関係、つまり、マスク１
０５と感光基板１０８との相対位置関係が計測される。
このように、屈折型の投影光学系１０７を備える露光装
置に設けられるアライメントセンサは色収差補正光学系
１０６によって照明光が投影光学系１０７を通過する際
に生ずる色収差を補正してマスク１０５及び感光基板１
０８の位置情報を計測している。

【０００８】次に、図１２（ｂ）に示した反射屈折型の
投影光学系１２０を備える露光装置に適用したアライメ
ントセンサについて説明する。尚、図１２（ｂ）におい
て図１２（ａ）と同一の部材には同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。反射屈折型の投影光学系１２０は、
プリズムミラー１２１、レンズ１２２、及び凹面鏡１２
３から構成される。この投影光学系１２０も露光光に対
して各種の収差が小さくなるように設計されているが、
照明光源１００から射出される照明光の波長域に対して
も色収差は屈折型の投影光学系１０７により生ずる色収
差程は大きくない。よって、反射屈折型の投影光学系１
２０を備える露光装置に設けられるアライメントセンサ
には、図１２（ａ）に示した色収差補正光学系１０６が
設けられていない。マスク１０５と感光基板１０８との
位置情報の計測を行う場合には、マスク１０５と感光基
板１０８との双方がアライメントセンサの焦点深度内に
入るように構成し、図１２（ａ）の場合と同様に、照明
光を感光基板１０８に照射した場合に生ずるビームと、
照明光をマスク１０５に照射した場合に生ずるビームと
を撮像装置１１０によって同時に撮像する。

【０００９】次に、アライメントセンサが備える照明光
源１００について説明する。照明光源１００は照明光の
波長を単一波長とした場合に多重干渉の影響による計測
精度の悪化を防止するため、波長域の広い照明光を射出
する。波長域の広い照明光を得るため、照明光源はハロ
ゲンランプ等のランプを備えている。露光装置の構成
上、ランプの配置位置に制限がある場合には、光ファイ
バ等のライトガイドを用いて例えば図１２に示したコン
デンサレンズ１０１に照明光を導き、ライトガイドの端
面を光源としてケーラー照明を行う。照明光源１００内
においては、ランプの発光体（例えば、フィラメント）
から発せられる光をレンズ系を用いて結像させている
が、この結像位置にライトガイドの入射端を配置してい
る。

【００１０】このとき、レンズ系の結像倍率はライトガ
イドの入射端面の大きさを考慮して決定される。レンズ
系によって結像される発光体の像の大きさとライトガイ
ドの有効径とをほぼ等しくすれば結合係数、つまりレン
ズ系によって集光される光の内、ライトガイド内に導か
れる光の割合を大きくすることができる。しかしなが
ら、実際はランプの取り付け誤差による発光体位置のず
れを考慮してレンズ系の倍率を高く設定し、ライトガイ
ドの入射端面における発光体の像の大きさをライトガイ
ドの有効径よりも大きくなるようにしている。レンズ系
の倍率を上記のように高く設定することにより、例えば
ランプ交換を行って発光体の位置がずれた場合であって
も、レンズ系により集光された光がライトガイドの入射
端の有効径全面を照明するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２
（ｂ）に示した露光装置は、露光光の損失を低減するた
め、反射屈折型の投影光学系１２０が備えるプリズムミ
ラー１２１に形成された反射膜及び凹面鏡１２３に形成
された反射膜は、露光光の波長域に対して高い反射率を
有するよう設計され、レンズ１２２に形成される反射防
止膜は露光光の波長域に対して高い透過率を有するよう
設計されている。近年のステップ・アンド・スキャン方
式の露光装置では、露光時のマスク１０５及び感光基板
１０８の走査速度を速く設定して高スループット化、つ
まり単位時間内における感光基板の処理枚数の向上を図
っている。マスク１０５及び感光基板１０８の走査速度
を速くすると、単位時間に感光基板１０８上に照射され
る露光光の光量が不足するため、露光光源の高輝度化や
露光波長の広帯域化を図る必要がある。

【００１２】露光光源の広帯域化を図った場合には、プ
リズムミラー１２１に形成された反射膜の反射特性を露
光光の波長域全てに亘って高い反射率を有する特性に設
計することは困難となり、またレンズ１２２に形成され
た反射防止膜の透過特性を露光光の波長域全てに亘って
高い透過率を有する特性に設計することは困難となる。
かかる状況下において、アライメントセンサが備える照
明光源１００から射出される照明光に対する反射率及び
透過率も高くするようにすると、反射膜及び反射防止膜
の設計は困難を極める。露光光の波長域及び照明光の波
長域全てに亘ってある程度の反射率を有する反射膜を設
計し、ある程度の透過率を有する反射防止膜を設計する
ことは不可能ではないが、その反射膜及び反射防止膜の
製造において歩留まりが悪くなり、その結果コストが高
くなる虞がある。

【００１３】そこで、通常はプリズムミラー１２１及び
凹面鏡１２３に形成される反射膜の反射特性を露光光の
波長域に対して最適化し、レンズ１２２に形成される反
射防止膜の透過特性を露光光の波長域に対して最適化す
ることが一般的である。投影光学系１２０内に設けられ
た各部材の反射特性及び透過特性がこのように設定され
る場合には照明光に対する反射率及び透過率は犠牲にせ
ざるを得ない。ＴＴＭ方式のアライメントセンサは前述
したように、照明光をマスクマークに照射して得られる
ビームと、照明光を基板マークに照射して得られるビー
ムとを重畳させて撮像装置１１０によって検出し、この
検出結果に対して画像処理等の各種処理を施すことによ
りマスク１０５と感光基板１０８との相対位置関係を計
測している。

【００１４】ここで、マスクマークはＣｒ（クロム）等
の金属が蒸着されたガラス基板に対してエッチング処理
を施して形成したものである。一方、基板マークはレジ
ストにより形成されていたり、種々のプロセスを経るこ
とによってエッジの形状が鈍ることがある。また、基板
マークの下地の材料がプロセス毎に異なっていたり、そ
の上面にレジストが塗布されることがある。よって、光
量が同一の照明光をマスクマーク及び基板マークに照射
しても、得られるビームの光量はマスクマークを照射し
た場合に得られるビームの方が大となることが普通であ
る。かかる状況下において、照明光の波長域において照
明光学系１２０における損失が大となると、感光基板１
０８を照射する照明光の照度自体が低下するとともに、
照明光を感光基板１０８に照射して得られるビームが投
影光学系１０７を通過する際にも減衰されてしまう。そ
の結果、マスク１０５の位置において、投影光学系１０
７を介したビームの光量と照明光をマスク１０５に照射
して得られるビームの光量との差が更に大となる。

【００１５】２つのビームの光量差が大である場合に、
マスクマークを照射して得られるビームに合わせて撮像
装置１１０を設定すると基板マークを照射して得られる
ビームを検出することができず、逆に基板マークから得
られるビームに合わせて撮像装置１１０を設定するとマ
スクマークを照射して得られるビームの信号が飽和して
しまう。よって、投影光学系１０７を介したビームの光
量と照明光をマスク１０５に照射して得られるビームの
光量との差が大である場合には、マスクマークの位置情
報と基板マークの位置情報とを共に高精度に検出するこ
とができないという問題があった。

【００１６】図１２（ｂ）に示した投影光学系１２０が
備える光学部材の内、プリズムミラー１２１は照明光及
び感光基板１０８を照射して得られるビームの入射角が
レンズ１２２に対する入射角及び凹面鏡１２３に対する
入射角よりも大であるため、偏光方向による反射率差も
１０〜１５％程度生じ、その結果平均の反射率が低下す
る。例えば、境界面における一般的な反射透過特性を考
えるとＳ偏光の光の方がＰ偏光の光の場合に比べて反射
率が高い。ここで、プリズムミラー１２１のＳ偏光の光
に対する反射率が９５％であり、Ｐ偏光の反射率が８０
〜８５％であると仮定すると平均反射率は９０％程度と
なり、入射した光の１０％程度が損失することになる。
プリズムミラー１２１において１０％程度の光が損失す
ると、図１２（ｂ）に示した投影光学系１２０を照明光
が往復する場合には、他の光学部材の損失が無いと仮定
しても約６５％の光量となる。図１２（ｂ）に示した露
光装置では、投影光学系１２０にプリズムミラー１２１
が１つのみ設けられているが、プリズムミラー１２１を
複数備える場合には投影光学系１２０を往復した後の光
量が更に減少してしまう。よって、マスクマークの位置
情報と基板マークの位置情報とを共に高精度に検出する
ためには、照明光に対するプリズムミラー１２１の反射
率をできる限り高く設定することが極めて重要であると
考えられる。

【００１７】また、前述したアライメントセンサが備え
る照明光源１００は、ライトガイドの入射端の有効径全
面を照明するようにレンズの倍率を設定している。光フ
ァイバ等のライトガイドは、一般的に入射端面の開口数
が保存され、入射端の開口数が射出端の開口数と等しく
なる性質を有する。ここでいう開口数はライトガイドに
入射する有効光束又はライトガイドから射出される有効
光束のなす最大角を意味する。ここで、ライトガイドの
開口数をＮ．Ａ．（ｆｉｂ）、ランプとライトガイドの
入射端との間に配置されたレンズ系のランプ側における
開口数をＮ．Ａ．（ｌｅｎ）、レンズ系の倍率をβとす
ると、以下の（１）式に示した関係が成立する。Ｎ．Ａ．（ｆｉｂ）＝Ｎ．Ａ．（ｌｅｎ）／β ……（１）

【００１８】上記（１）式からレンズ系の倍率βを高く
設定してライトガイドの入射端面における発光体の像の
大きさをライトガイドの有効径よりも大きくなるように
すると、ライトガイドの入射端における開口数及び射出
端における開口数が小さくなり、図１２に示したコンデ
ンサレンズ１０１、ハーフミラー１０２、対物レンズ１
０３、及びミラー１０４を含んで構成される照明系で必
要な開口数が得られないという不都合が生ずる。

【００１９】この不都合を避けるためには、レンズ系の
倍率βを低く設定し、レンズ系によって結像される発光
体の像の大きさとライトガイドの有効径とを同程度と
し、ランプ設置時に発光体の位置又はライトガイドの入
射端の位置の調整を精密に行えばよい。また、上記
（１）式から分かるように、レンズ系の開口数Ｎ．Ａ．
（ｌｅｎ）を大きく設定すれば、ライトガイドの開口数
を大きくすることができる。しかしながら、レンズ系に
よって結像される発光体の像の大きさとライトガイドの
有効径とを同程度に設定した場合には、ランプを交換す
る度に発光体の位置又はライトガイドの入射端の位置の
精密な調整が必要となり、メンテナンスが極めて面倒で
あるという問題がある。一方、レンズ系の開口数Ｎ．
Ａ．（ｌｅｎ）を大きく設定した場合には、必要となる
レンズの数が増加したり、レンズの径が大きくなったり
するため、照明光源１００が大型化するなどコストが上
昇するという問題がある。

【００２０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、プリズムミラー等の反射部材を含む投影光学系
を介して基板に形成された基板マークの位置情報を高精
度に検出することができ、更に基板マークとマスクに形
成されたマスクマークとを同時に計測する場合であって
もマスクマークの位置情報と基板マークの位置情報とを
共に高精度に検出することができる位置計測装置を提供
することを第１の目的とする。また、本発明は、ライト
ガイド等の導波手段によってランプから射出された光を
所定位置に導く際に、ランプ交換時におけるメンテナン
スが容易であり、更にコスト上昇を抑えつつ、必要とな
る開口数を確保することができる照明装置を提供するこ
とを第２の目的とする。更に、本発明は、上記位置計測
装置によって高精度で検出された位置情報に基づいてマ
スクと基板との位置合わせを精度良く行うことができ、
その結果マスクに形成されたパターンを基板の所定位置
に精度良く転写することができる露光装置及び露光方法
を提供することを第３の目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の発明特定事項に実施
形態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、
本発明の構成又は各発明特定事項は、これら参照符号に
よって拘束されるものに限定されない。上記課題を解決
するために、本発明の第１の観点による照明装置は、発
光部（７３）を有する光源（７２）と、該光源（７２）
の前記発光部（７３）から射出された光を集光して前記
発光部（７３）の像（Ｉｍ１）を形成する光学系（７
４、７８）と、前記発光部（７３）の像（Ｉｍ１）が形
成される位置の近傍に入射端（７９ａ）が位置決めされ
た光導波手段（７９）とを備え、該光導波手段（７９）
の射出端（７９ｂ）からの光を照明光とする照明装置で
あって、前記発光部（７３）からの光を反射して前記光
学系（７４、７８）へ導く凹面鏡（８０）を備え、前記
凹面鏡（８０）からの反射光に基づいて、前記発光部
（７３）の像（Ｉｍ１）が形成される位置に前記発光部
（７３）のフーリエ変換像を形成することを特徴として
いる。この発明によれば、光導波手段の入射端に発光部
の像を形成するとともに、凹面鏡によって発光部のフー
リエ変換像を形成しているため、光源の取り付け位置が
ずれて発光部の位置がずれることにより光導波手段の入
射端における発光部の像の結像位置がずれたとしても、
凹面鏡により形成されるフーリエ変換像が入射端を照明
する。このように、発光体の位置がずれたとしても装置
構成を大幅に変更せずに必要となる照明光の光量を得る
ことができる。また、例えば光源を交換する際における
発光部の精密な位置合わせを行う必要がなくメンテナン
スが容易である。ここで、本発明の第１の観点による照
明装置は、前記凹面鏡（８０）の焦点位置が前記発光部
（７３）の位置、又はその近傍の位置に設定されること
が好適であり、また前記凹面鏡（８０）は、光透過性部
材（８１）と、該光透過性部材（８１）の前記発光部
（７３）側の光学面（８０ａ）とは反対側の光学面（８
０ｂ）上に設けられた光反射性膜（８２）とを有し、前
記光透過性部材（８１）は、前記発光部（７３）からの
光のうちの熱線を吸収する材料で形成されることが好ま
しい。本発明の第２の観点による照明装置は、発光部
（７３）を有する光源（７２）と、該発光部（７３）か
らの光を反射する凹面鏡（８０）とを備えた照明装置で
あって、前記凹面鏡（８０）は、光透過性部材（８１）
と、該光透過性部材（８１）の前記発光部（７３）側の
光学面（８０ａ）とは反対側の光学面（８０ｂ）上に設
けられた光反射性膜（８２）とを有し、前記光透過性部
材（８１）は、前記発光部（７３）からの光のうちの熱
線を吸収する材料で形成されることを特徴としている。
この発明によれば、発光部から射出された光束の内、一
部を反射させて照明光として有効に利用する照明装置に
おいて、発光部から射出された光束の一部を反射する凹
面鏡の機能として光束を反射させるのみならず、発光部
からの熱線を吸収して照明光として不必要な熱線を反射
しない機能を有している。よって、発光部から射出され
た光束の内、一部を反射させて照明光として用いる構成
の照明装置において照明光の中に大量の熱線が含まれる
ことはなくなり、熱線を遮断するための大規模なフィル
タを設ける必要はなく、その結果照明装置の大型化及び
高コスト化を防止することができる。また、本発明の第
２の観点による照明装置は、前記光源（７２）の前記発
光部（７３）から射出された光を集光して前記発光部
（７３）の像（Ｉｍ１）を形成する光学系（７４、７
８）と、前記発光部（７３）の像（Ｉｍ１）が形成され
る位置の近傍に入射端（７９ａ）が位置決めされた光導
波手段（７９）とを更に備え、前記光学系（７４、７
８）は、該凹面鏡（８０）からの反射光に基づいて、前
記発光部（７３）の像（Ｉｍ１）が形成される位置に前
記発光部（７３）のフーリエ変換像を形成することを特
徴としている。この発明によれば、前述した第１の観点
による照明装置と同様に、発光体の位置がずれたとして
も装置構成を大幅に変更せずに必要となる照明光の光量
を得ることができ、また、例えば光源を交換する際にお
ける発光部の精密な位置合わせを行う必要がなくメンテ
ナンスが容易である。この本発明の第２の観点による照
明装置においては、前記フーリエ変換像は、前記光導波
手段（７９）の入射端（７９ａ）の有効領域を包含する
ことが好ましい。ここで、光導波手段（７９）の入射端
（７９ａ）の有効領域とは、光導波手段（７９）の入射
端（７９ａ）において光を伝達することができる領域を
指す。また、この有効領域の対角長又は直径を有効径と
する。また、本発明の第２の観点による照明装置は、前
記光反射性膜（８２）は、前記発光部（７３）からの光
のうち所定波長の光のみを反射させることが好ましい。
また、本発明の第１及び第２の観点による照明装置は、
前記凹面鏡（８０）からの反射光の前記発光部（７３）
の位置における光束断面（Ｚ１）は、前記発光部（７
３）を包含するように定められることが好適である。更
に、前記光学系（７４、７８）の光源（７２）側の開口
数は、前記光源（７２）の前記発光部（７３）の外形寸
法を前記凹面鏡（８０）の焦点距離の２倍で除算した値
と同程度以下に設定されることを特徴としている。この
発明によれば、光学系の光源側の開口数を光源の外形寸
法と凹面鏡の焦点距離とによって規定している。光学系
の光源側の開口数は、光導波手段の入射端における開口
数に関連し、光導波手段の入射端における開口数は光導
波手段の射出端に関連する。よって、光学系の光源側の
開口数を上記のように規定しているので、光導波手段の
射出端側において必要となる開口数を確保することがで
きる。また、本発明の第１及び第２の観点による照明装
置は、前記光学系（７４、７８）の倍率が、前記発光部
（７３）の像（Ｉｍ１）の対角線長（ｄ３）と前記光導
波手段（７９）の有効径（ｄ２）とがほぼ等しくなるよ
うに設定されることを特徴としている。この発明によれ
ば、光学系の倍率が必要最小限、つまり発光部の像が光
導波手段の有効径を照明する倍率に設定されており、光
学系の倍率を高くすることなく光導波手段の射出端にお
いて確保しなければならない開口数を確保することがで
きる。仮に倍率を高く設定した場合には、光導波手段の
射出端において確保しなければならない開口数を確保す
るために光学系の光源側における開口数を高くするた
め、光学系の構成を大型化しなければならない。しかし
ながら、本発明は光学系の倍率を必要最小限に設定し、
光導波手段の射出端において確保しなければならない開
口数を確保しているため、光学系の大型化を招くことは
ない。また、本発明の第１及び第２の観点による照明装
置は、前記光源（７２）と前記光導波手段（７９）との
間の光路中に所定波長域の光を選択する光選択手段（７
５、７６、７７）を設けることが好ましく、前記光導波
手段（７９）が、前記射出端（７９ｂ）における光強度
分布の均一性を入射端（７９ａ）における光強度分布の
均一性よりも向上させることが好適である。本発明の位
置計測装置は、少なくとも１つの反射部材（４３、４
６）を有する投影光学系（９）を介して基板（１０）上
に形成された所定の基板マーク（１１）の位置情報を計
測する位置計測装置において、前記投影光学系（９）中
の前記反射部材（４３、４６）に対して斜入射となるよ
うに照明光を前記投影光学系（９）へ入射させ、該照明
光を前記基板マーク（１１）へ導く照明手段（６１、６
２、６４、６５、８ａ、８ｂ）と、前記基板マーク（１
１）からのビームを前記投影光学系（９）を介して受光
する受光手段（６８）と、前記受光手段（６８）の受光
結果に基づいて前記基板マーク（１１）の位置情報を計
測する計測手段（６９）と、前記照明手段（６１、６
２、６４、６５、８ａ、８ｂ）から射出される前記照明
光の偏光状態を可変にする照明偏光設定手段（６３）と
を備えることを特徴としている。この発明によれば照明
手段から射出される照明光の偏光状態を可変にする照明
変更設定手段を備えており、照明光の偏光状態を変える
ことにより投影光学系内に設けられた反射部材における
照明光の反射率及び基板マークに照明して得られるビー
ムの反射率を高く設定することにより投影光学系内にお
ける照明光及びビームの損失を少なくすることができる
ため基板マークの位置情報を高精度に検出することがで
きる。ここで、本発明の位置計測装置は、前記照明偏光
設定手段（６３）が、前記受光手段（６８）が受光する
前記ビームの光量が最大となるように前記偏光状態を設
定することが好ましく、前記照明偏光設定手段（６３）
が、前記反射部材（４３、４６）に入射する照明光を前
記反射部材（４３、４６）に対してＳ偏光に設定するこ
とが好適である。また、本発明の位置計測装置は、前記
照明手段（６１、６２、６４、６５、８ａ、８ｂ）はマ
スク（２）上に形成されたマスクマーク（３）に前記照
明光を導き、前記受光手段（６８）は、前記マスクマー
ク（３）を介したビームを、前記基板マーク（１１）を
介したビームと共に受光することを特徴としている。こ
の発明によれば、照明光の偏光状態を変化させてもマス
クマークを介したビームの光強度は一定であるが、照明
光の偏光状態を変化させると基板を介したビームの光強
度は変化する。よって、基板マークとマスクマークとを
同時に計測する場合であっても、照明光の偏光状態を変
化させることにより基板マークを介したビームの光強度
を可変とすることができる結果、マスクマークを介した
ビームの光強度と基板を介したビームの光強度との差を
小さくすることができるため、マスクマークの位置情報
と基板マークの位置情報とを共に高精度に検出すること
ができる。また、本発明の位置計測装置は、前記照明偏
光設定手段（６３）の偏光方向を制御して前記基板マー
ク（１１）を介したビームと前記マスクマーク（３）を
介したビームとの強度差を制御する制御手段（７０）を
具備することを特徴としている。また、本発明の位置計
測装置は、前記受光手段（６８）によって受光されるビ
ームの偏光状態を設定するビーム偏光設定手段（６６）
を具備することを特徴とし、ここで、前記ビーム偏光設
定手段（６６）の偏光方向を制御して、前記基板マーク
（１１）を介したビームと前記マスクマーク（３）を介
したビームとの強度差を制御する制御手段（７０）を具
備することを特徴としている。更に、本発明の位置計測
装置は、前記照明手段（６１、６２、６４、６５、８
ａ、８ｂ）は、上述した第１又は第２の観点による照明
装置であり、前記照明偏光設定手段（６３）は前記光導
波手段（７９）の射出端（７９ｂ）と前記投影光学系
（９）との間の光路中に配置されることを特徴としてい
る。本発明の露光装置は、露光光を射出する露光光源
（１）と、前記基板（１０）を載置した状態で移動可能
な基板ステージ（１２）と、上記位置計測装置の計測結
果に基づいて前記基板ステージ（１２）を移動させ、マ
スク（２）と前記基板（１０）との相対的な位置合わせ
を行う位置合わせ手段（１６）とを具備し、前記露光光
を前記マスク（２）に照射し、前記投影光学系（９）を
介して前記マスク（２）に形成されたパターン（ＰＡ）
の像を前記基板（１０）に転写することを特徴としてい
る。また、本発明の露光装置は、前記マスク（２）を載
置した状態で移動可能なマスクステージ（４）と、前記
基板ステージ（１２）及び前記マスクステージ（４）を
制御して前記マスク（２）及び前記基板（１０）の位置
をそれぞれ移動させつつ前記マスク（２）に形成された
パターン（ＰＡ）の像を前記基板（１０）に転写する制
御手段（１６）とを具備することを特徴としている。こ
れらの発明によれば、上記位置計測装置によって高精度
で検出された位置情報に基づいてマスクと基板との位置
合わせを精度良く行うことができ、その結果マスクに形
成されたパターンを基板の所定位置に精度良く転写する
ことができることができる。本発明の露光方法は、上記
位置計測装置を用いて前記基板（１０）及び前記マスク
（２）に形成されたマーク（３、１１）の位置情報を計
測するステップと、前記マスク（２）と前記基板（１
０）との相対的な位置合わせを行うステップと、前記マ
スク（２）に露光光を照射し、前記マスク（２）に形成
されたパターン（ＰＡ）の像を前記投影光学系（９）を
介して前記基板（１０）に転写するステップとを有する
ことを特徴としている。また、本発明の露光方法は、前
記マスク（２）及び前記基板（１０）を移動させつつ、
前記パターン（ＰＡ）の像を前記基板（１０）に転写す
るステップを更に有することを特徴としている。これら
の発明によれば、上記露光装置と同様に、上記位置計測
装置によって高精度で検出された位置情報に基づいてマ
スクと基板との位置合わせを精度良く行うことができ、
その結果マスクに形成されたパターンを基板の所定位置
に精度良く転写することができることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態による照明装置、位置計測装置、並びに露光装
置及び露光方法について詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施形態による露光装置の構成を示す斜視図であ
る。尚、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹ
Ｚ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照し
つつ各部材の位置関係について説明する。図１に示した
ＸＹＺ直交座標系では、所定のパターン領域ＰＡが形成
されたマスク２と、ガラス基板上にレジストが塗布され
たプレート１０とが搬送される方向（走査方向）をＸ軸
方向、マスク２の平面内でＸ軸と直交する方向をＹ軸方
向、マスク２の法線方向をＺ軸方法に設定してある。図
１中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平
行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

【００２３】図１において、照明光学系１はほぼ均一の
照度を有する露光光を射出して図中ＸＹ平面内のマスク
２を均一に照明する。この照明光学系１としては、例え
ば図２に示す構成のものが好適である。図２は、図１に
示した照明光学系１の具体的な構成の一例を示す図であ
る。図２において、楕円鏡３０の内部には、例えばｇ線
（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給
する水銀ランプ等の光源が設けられており、この光源か
らの露光光は、楕円鏡３０により集光される。楕円鏡３
０で集光された露光光は、シャッタ３０ａを介して、ラ
イトガイド３１の入射端に光源像を形成する。ここで、
シャッタ３０ａは、開状態の場合には、露光光を透過す
るが、閉状態の場合には、露光光を遮断してマスク２に
対する照明を停止させる。ライトガイド３１は、その射
出端３１ａ，３１ｂに均一な光強度分布の２次光源面を
形成する。尚、ライトガイド３１は、ランダムに束ねら
れた光ファイバーで構成されることが望ましい。

【００２４】ライトガイド３１から射出した光束は、リ
レーレンズ３２ａ，３２ｂをそれぞれ介して、フライア
イレンズ３３ａ，３３ｂに達する。これらのフライアイ
レンズ３３ａ，３３ｂの射出面側には、複数の２次光源
が形成される。複数の２次光源からの光は、２次光源形
成位置に前側焦点が位置するように設けられたコンデン
サレンズ３４ａ，３４ｂを介して、矩形状の開口部３５
ａ，３５ｂを有する視野絞り３５を均一に照明する。視
野絞り３５を介した露光光は、それぞれレンズ３６ａ，
３６ｂを介して、ミラー３７ａ，３７ｂによって光路が
９０度偏向され、レンズ３８ａ，３８ｂに達する。ここ
で、レンズ３６ａとレンズ３８ａ及びレンズ３６ｂとレ
ンズ３８ｂは、視野絞り３５とマスク２とを共役にする
リレー光学系であり、レンズ３８ａ，３８ｂを介した露
光光は、視野絞り３５の開口部３５ａ，３５ｂの像であ
る照明領域３９ａ，３９ｂを形成する。

【００２５】尚、視野絞り３５の開口部３５ａ，３５ｂ
の形状は、矩形状に限ることはない。この照明領域の形
状としては、投影光学系の視野の形状に可能な限り相似
であることが望ましい。また、図２においては説明を簡
単にするために、照明領域３９ｃ〜３９ｅを形成する照
明光学系は、その光軸のみを示している。尚、図２では
図示を省略しているが、ライトガイド３１の射出端は、
照明領域の数に対応して設けられており、これらの照明
領域３９ｃ〜３９ｅには、図示省略したライトガイド３
１の射出端からの露光光が供給される。また、前述した
シャッタ３０ａを省略し、照明領域３９ａ〜３９ｅを形
成する照明光学系各々の光路の途中（例えば、視野絞り
３５とレンズ３６ａ，３６ｂとの間）にシャッタを設
け、各照明領域３９ａ〜３９ｅに照明される照明光を選
択的に停止させるようにしても良い。また、図２に示す
ように、１つの光源では光量不足になる場合、複数の光
源を設けた構成としても良い。

【００２６】図１に戻り、マスク２に設けられたパター
ン領域ＰＡの周囲には、基板としてのプレート１０との
位置合わせを行う際に指標として用いるマスクマーク３
が複数設けられている。このマスク２は図中ＸＹ平面内
において平行移動可能なマスクステージ４上に載置され
ている。このマスクステージ４には、マスクステージ４
のＸ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計５ＸとＹ軸方
向の位置を計測するレーザ干渉計５Ｙとが設けられ、こ
れらのレーザ干渉計５Ｘ，５Ｙの計測結果は後述する主
制御系１６へ出力される。主制御系１６はレーザ干渉計
５Ｘ，５Ｙから出力される計測結果に応じた駆動信号を
駆動系６Ｘ，６Ｙに出力してＸＹ平面内においてマスク
ステージ４を移動する。また、マスクステージ４の上方
には、マスク２に形成されたマスクマーク３と、プレー
ト１０に形成された基板マーク１１との相対的な位置を
検出するＴＴＭ（スルー・ザ・マスク）方式のアライメ
ントセンサ７ａ，７ｂを備える。このアライメントセン
サ７ａ，７ｂは本発明の一実施形態による位置計測装置
の一部をなす。

【００２７】アライメントセンサ７ａ，７ｂは照明光を
射出する。この照明光はミラー８ａ，８ｂによって各々
反射され、マスク２のマスクマーク３が形成された領域
を落射照明する。アライメントセンサ７ａ，７ｂによっ
て位置計測を行う場合には、投影光学系９の一部をなす
部分投影光学系９ａ，９ｃの上方にミラー８ａ，８ｂを
配置するとともに、マスクマーク３及び基板マーク１１
の双方を部分投影光学系９ａ，９ｃの視野内に配置す
る。このように配置された状態で、マスク２を透過した
照明光は投影光学系９の一部をなす部分投影光学系９
ａ，９ｃそれぞれを透過した後、プレート１０の基板マ
ーク１１が形成された部分を落射照明する。照明光が基
板マーク１１を照射して生ずるビームは部分投影光学系
９ａ，９ｂを再び介してマスク４に至り、照明光をマス
クマーク３に照射して生ずるビームと重畳されてアライ
メントセンサ７ａ，７ｂに戻る。アライメントセンサ７
ａ，７ｂはこのビームを受光して検出結果を出力し、画
像処理部（図示省略）において画像処理等の各種処理を
施してマスク４及びプレート１０の位置情報を計測す
る。

【００２８】次に、本発明の一実施形態による露光装置
が備える投影光学系９について説明する。尚、投影光学
系９は、部分投影光学系９ａ〜９ｅからなり、各部分投
影光学系９ａ〜９ｅは、それぞれ同じ構成を有するた
め、説明を簡単にするために部分投影光学系９ａのみに
ついて述べる。図３は、部分投影光学系９ａの構成を示
す断面図である。この部分投影光学系９ａは、反射プリ
ズム、正の屈折力を有するレンズ系、及び凹面鏡を組み
合わせて構成された第１光学系４０と第２光学系４１と
からなるものである。第１光学系４０と第２光学系４２
との間には視野絞り４１が配置される。図３に示した第
１光学系４０及び第２光学系４２はいわゆるインミラー
光学系あるいは反射屈折型光学系と称されるものであ
る。

【００２９】第１光学系４０は、反射プリズム４３、レ
ンズ系４４、及び凹面鏡４５から構成される。反射プリ
ズム４３はマスク２の面に対して４５度の傾斜であっ
て、各々が９０度の角度をもって配置された反射面４３
ａ，４３ｂを有する。よって、反射面４３ａ，４３ｂに
対する露光光の入射角は４５度である。これらの反射面
４３ａ，４３ｂには、照明光学系１から射出される露光
光の波長域に対して高い反射率を有するよう設計された
誘電体多層膜が形成されている。レンズ系４４は、反射
プリズム４３の反射面４３ａによって反射された照明光
を凹面鏡４５の鏡面に結像させ、凹面鏡４５の鏡面で反
射された露光光を反射プリズム４３の反射面４３ｂに対
して４５度の角度をもって入射させる。

【００３０】また、レンズ系４４の屈折面には、照明光
学系１から射出される露光光の波長域に対して透過率が
低くなるよう設計された反射防止膜が形成されている。
更に、凹面鏡４５の鏡面には反射プリズム４３の反射面
４３ａ，４３ｂと同様に、照明光学系１から射出される
露光光の波長域に対して高い反射率を有するよう設計さ
れた誘電体多層膜が形成されている。第２光学系４２
は、反射プリズム４６、レンズ系４７、及び凹面鏡４８
から構成される。これらは、第１光学系４０が備える反
射プリズム４３、レンズ系４４、及び凹面鏡４５それぞ
れと同様の光学特性を有する。尚、レンズ系４４，４７
の硝材は露光光の波長に合わせて適切なものが選択され
る。

【００３１】かかる構成の部分投影光学系９ａにおい
て、マスク２を介した照明光学系１からの照明光は、反
射プリズム４３の反射面４３ａによって光路が９０度偏
向され、レンズ系４４に入射する。レンズ系４４に入射
した照明光は凹面鏡４５の鏡面に結像されて反射され
る。凹面鏡４５からの反射光は再びレンズ系４４に入射
し、屈折されて、反射プリズム４３の反射面４３ｂに入
射する。反射面４３ｂに入射した照明光は光路が９０度
偏向されて反射プリズム４３の射出面側に、マスク２の
１次像を形成する。ここで、第１光学系４０が形成する
マスク２の１次像は、Ｘ軸方向（光軸方向）の横倍率が
正であり、かつＹ軸方向の横倍率が負となる等倍像であ
る。１次像からの光は、第２光学系４２を介して、マス
ク２の２次像をプレート１０上に形成する。この第２光
学系４２は、第１光学系４０と同じく、Ｘ軸方向が正か
つＹ軸方向が負となる横倍率の等倍像を形成する。よっ
て、プレート１０上に形成される２次像は、マスク２の
等倍の正立像（上下左右方向の横倍率が正となる像）と
なる。ここで、部分投影光学系９ａ（第１光学系４０及
び第２光学系４２）は、両側テレセントリック光学系で
ある。

【００３２】以上、インミラー光学系を組み合わせて構
成した部分投影光学系９ａについて説明したが、部分投
影光学系９ａは図４に示した構成であっても良い。図４
は部分投影光学系９ａの変形例を示す図である。図４に
示した部分投影光学系は図３に示した部分投影光学系９
ａと同様に第１の光学系５０、視野絞り５１、及び第２
光学系５２からなる。第１光学系５０は、マスク２の面
に対して４５度の傾斜で配置された反射面を持つ直角プ
リズム５３と、マスク２の面内方向に沿った光軸を有
し、凸面を直角プリズム５３の反対側に向けた平凸レン
ズ成分５４と、全体としてメニスカス形状であって凹面
を平凸レンズ成分５４側に向けた反射面を有するレンズ
成分５５と、直角プリズム５３の反射面と直交しかつマ
スク２面に対して４５度の傾斜で配置された反射面を持
つ直角プリズム５６とを有する。尚、直角プリズム５
３，５６の反射面及びレンズ成分５５の凸面５５ａには
照明光学系１から射出された露光光の波長域に対して高
い反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。

【００３３】また、第２光学系５２は、直角プリズム５
７、レンズ成分５８、レンズ成分５９、及び直角プリズ
ム６０を有する。これらは、各々第１光学系５０が備え
る直角プリズム５３、レンズ成分５４、レンズ成分５
５、及び直角プリズム５６と同様の光学特性を有する。
以上の第１光学系５０、視野絞り５１、及び第２光学系
５２からなる部分投影光学系は、平凸レンズ成分５４，
５８と、反射面５５，５９との間の光路中を硝材で埋め
る構成となっているので、平凸レンズ成分５４，５８と
反射面５５，５９ａとの偏心が生じない利点がある。

【００３４】さて、図３（ａ）に示した部分投影光学系
９ａにおいては、第１光学系４０が形成する１次像の位
置に、視野絞り４１を配置している。図５は、視野絞り
４１の例を示す図である。視野絞り４１は、例えば、図
５（ａ）に示すように、台形状の開口部４１ａを有す
る。この視野絞り４１により、プレート１０上の露光領
域が台形状に規定される。ここで、図５（ｂ）に破線で
示すように、本実施形態におけるインミラー光学系にお
いて、レンズ系４４、４７の断面（ＹＺ平面）形状が円
形であるため、取り得る最大の視野の領域がほぼ半円形
状となる。このとき、視野絞り４１にて規定される台形
状の視野領域は、一対の平行辺のうちの短辺が半円状の
領域（最大の視野の領域）の円弧側を向くことが好まし
い。これにより、インミラー光学系の取り得る最大の視
野領域に対して、視野領域の走査方向（Ｘ軸方向）の幅
を最大とすることができ、走査速度を向上させることが
可能となる。また、視野絞り４１としては、図５（ｃ）
に示すように、六角形状の開口部４１ｂを有する構成
であっても良い。このとき、図５（ｄ）に示すように、
六角形状の開口部の大きさは、図中破線で示される最大
視野領域の範囲内となる。尚、図５（ｂ）及び図５
（ｄ）に破線にて示す最大視野領域は、第１光学系４０
及び第２光学系４２をケラれなく通過する軸外光束のう
ち、最も外側を通過する光束がマスク２上で通過する点
を囲む領域である。

【００３５】図１に戻り、プレート１０は図中ＸＹ平面
内で平行移動可能な基板ステージ１２上に載置されてい
る。この基板ステージ１２上には、マスクステージ４と
基板ステージ１２との相対的な位置合わせを行う基準マ
ーク１３ａ，１３ｂが設けられている。また、基板ステ
ージ１２には、基板ステージ１２のＸ軸方向の位置を計
測するレーザ干渉計１４ＸとＹ軸方向の位置を計測する
レーザ干渉計１４Ｙとが設けられ、これらのレーザ干渉
計１４Ｘ，１４Ｙの計測結果は後述する主制御系１６へ
出力される。主制御系１６はレーザ干渉計１４Ｘ，１４
Ｙから出力される計測結果に応じた駆動信号を駆動系１
５Ｘ，１５Ｙに出力してＸＹ平面内において基板ステー
ジ１２を移動する。

【００３６】尚、主制御系１６は露光処理を行うにあた
って、まず前述したレーザ干渉計５Ｘ，５Ｙの計測結果
及びレーザ干渉計１４Ｘ，１４Ｙの計測結果に基づいて
マスクステージ４及び基板ステージ１２の移動を行って
マスク２とプレート１０とのおおよその位置合わせを行
う。次に、アライメントセンサ７ａ，７ｂを用いてマス
ク２に形成されたマスクマーク３とプレート１０に形成
された基板マーク１１とを同時に計測し、計測結果から
マスク２とプレート１０との相対的な位置ずれを検出す
る。検出された位置ずれは主制御系１６へ出力され、主
制御系１６はこの位置ずれに基づいてマスクステージ４
又は基板ステージ１２を移動して、マスク２とプレート
１０との相対的な位置合わせを行う。その後、マスクス
テージ４と基板ステージ１２とを投影光学系９に対して
図１中のＸ軸方向に沿って一定の速度で走査し、マスク
２のパターン領域ＰＡに形成されたパターンの像を順次
プレート１０上に転写する。プレート１０のＹ軸方向に
未転写の部分がある場合には、主制御系１６はマスクス
テージ４及び基板ステージ１２をＹ軸方向にステッピン
グ駆動する。その後再びマスクステージ４と基板ステー
ジ１２とを投影光学系９に対しＸ軸方向に沿って一定の
速度で走査し、マスク２のパターン領域ＰＡに形成され
たパターンの像を順次プレート１０上に転写する。

【００３７】以上、本発明の一実施形態による露光装置
及び露光方法について説明したが、次に、本発明の一実
施形態による露光装置が備える位置計測装置について詳
細に説明する。図６は、本発明の一実施形態による位置
計測装置の構成を説明するための図である。尚、図６に
おいて、図１、図３に示した部材と同一の部材には同一
の符号を付してある。尚、図１中のアライメントセンサ
７ａ、７ｂは部分投影光学系９ａ、９ｃに対して照明光
を透過させてプレート１０に形成された基板マーク１１
の位置情報を計測する。図６では説明の簡単化のために
アライメントセンサ７ａが部分投影光学系９ａに対して
照明光を透過させて基板マーク１１の位置情報を計測す
る場合について説明する。

【００３８】図６において、６１は本発明の一実施形態
による照明装置としての光源部であり、マーク検出用の
照明光を射出する。この光源部６１から射出される照明
光の波長域は、プレート１０を感光しないよう図１に示
した照明光学系１から射出される露光光の波長域よりも
長波長側の波長域に設定され、例えばハロゲンランプか
ら射出される５００〜８００ｎｍの波長の光が用いられ
る。光源部６１から射出された照明光はコンデンサレン
ズ６２により平行光に変換され、偏光板６３に入射す
る。偏光板６３は照明光の偏光方向を設定するために設
けられる。これは、主として部分投影光学系９ａが備え
る反射プリズム４３，４６の反射面４３ａ、４３ｂ、４
６ａ、４６ｂにおける照明光の反射率を向上させるため
である。偏光板６３を通過した照明光はハーフミラー６
４で反射され、対物レンズ６５及びミラー８ａを介した
後、マスク２に形成されたマスクマーク３を落射照明す
る。マスク２を透過した照明光は反射プリズム４３の反
射面４３ａに入射して反射された後、レンズ系４４で屈
折され凹面鏡４５に入射し反射される。

【００３９】凹面鏡４５で反射された照明光は再びレン
ズ系４４を介して反射プリズム４３の反射面４３ｂで反
射され、開口絞り４１を介して反射プリズム４６の反射
面４６ａに入射する。反射面４６ａに入射した照明光は
同様に、レンズ系４７、凹面鏡４８、レンズ系４７を順
に介して反射プリズム４６の反射面４６ｂに至り、反射
されてプレート１０を落射照明する。照明光がプレート
１０を落射照明した場合に生ずるビームは、照明光の送
光路を逆に進み、第２光学系４２、開口絞り４１、及び
第１光学系４０を順に介してマスク２に至る。マスク２
に至ったビームがマスク２を透過する際に、照明光がマ
スク２を落射照明することにより生ずるビームと重畳さ
れ、重畳されたビームがミラー８ａ、対物レンズ６５、
ハーフミラー６４を順に介して偏光板６６に至る。この
偏光板６６は部分投影光学系９ａを介したビームとマス
ク３を落射照明して得られるビームとの強度差を調整す
るために設けられる。

【００４０】つまり、光源部６１から射出される照明光
の偏光方向を設定する偏光板６３を設け、反射プリズム
６３の反射面４３ａ，４３ｂ及び反射プリズム４６の反
射面４６ａ，４６ｂにおける反射率が高くなるように設
定して、光源部６１から射出された照明光の部分投影光
学系９ａ内における損失及びプレート１０を落射照明し
て生ずるビームの部分投影光学系９ａ内における損失を
共に抑えるようにしている。一方、照明光がマスク２を
落射照明した場合に生ずるビームの損失は殆ど無いので
依然としてこれらのビームの間の強度差が生ずる。

【００４１】ところで、マスク２を落射照明した場合に
生ずるビームの偏光方向は照明光の偏光方向と同一であ
る。即ち、照明光の偏光方向が例えばＳ偏光であれば、
ビームの偏光方向もＳ偏光であり、例えばＰ偏光であれ
ばビームの偏光方向もＰ偏光であり、例えば楕円偏光で
あればビームの偏光方向も楕円偏光である。一方、照明
光又は照明光がプレート１０を落射照明した場合に生ず
るビームは、照明光の偏光方向がＳ偏光以外及びＰ偏光
以外であれば、反射プリズム４３、４６によって反射さ
れるときに位相ずれが生ずるため偏光板６６に至るビー
ムは楕円偏光となる。つまり、照明光がＳ偏光の直線偏
光であっても、部分投影光学系９ａを通過する際による
位相ずれによって偏光板６６に至るビームは楕円偏光と
なる。よって、偏光板６６に至るビームは、偏光板６３
による偏光状態が保存されるビーム（マスク２を落射照
明して得られるビーム）と、部分投影光学系９ａを通過
して得られる楕円偏光のビーム（プレート１０を落射照
明して得られるビーム）とが存在することになる。従っ
て、前者の透過量を制限し、後者の位相ずれにより生じ
た偏光成分を通過させる方向に偏光板６６を偏光方向を
設定すれば、両者の光強度の差を小さくすることができ
る。

【００４２】偏光板６６を通過したビームはレンズ６７
によって集光され、ＣＣＤ（ChargeCoupled Device）等
の撮像装置６８の撮像面に結像する。撮像装置６８は撮
像面に結像された光学像に応じた撮像信号を出力するも
のであり、撮像信号を画像処理部６９及び偏光制御部７
０へ出力する。画像処理部６９は撮像装置６８から出力
される撮像信号に対して画像画像処理等の各種処理を施
すことによってマスクマーク３と基板マーク１１との相
対位置関係、つまり、マスク２とプレート１０との相対
位置関係を計測する。画像処理部６９によって計測され
た計測情報は、主制御系１６（図１参照）へ出力され
る。偏光制御部７０は撮像装置６８から出力される撮像
信号に基づいてその強度及びコントラストが最も高くな
るように偏光板６３及び偏光板６６の偏光方向を制御す
る。

【００４３】以上、本発明の一実施形態による位置計測
装置の構成について説明したが、次に、本発明の一実施
形態による照明装置としての光源部６１の構成について
説明する。図７は、本発明の一実施形態による照明装置
としての光源部６１の内部構成を説明するための図であ
る。尚、図７において図６に示した部材と同一の部材に
は同一の符号を付してある。図７に示した光源部６１は
ランプハウス７１を有しており、ランプハウス７１内に
光源としてのハロゲンランプ７２を収容する。ハロゲン
ランプ７２は発光体としての略直方体状のフィラメント
７３を有し、フィラメント７３に電流が通れることによ
り光束を射出する。この光束の主な波長域は５００ｎｍ
〜７００ｎｍ程度である。フィラメント７３から射出さ
れた光束は空間内のあらゆる領域に射出されるが、その
強度分布は一様ではなく光軸ＡＸに沿った方向の強度が
高くなる分布である。

【００４４】フィラメント７３から射出された光束はコ
レクタレンズ７４によって平行光に変換される。コレク
タレンズ７４により平行光に変換された光束は順次赤外
線吸収フィルタ７５、短波長カットフィルタ７６、及び
長波長カットフィルタ７７からなる光選択手段としての
波長選択フィルタを透過して照明光として必要となる波
長域の光が選択される。波長選択フィルタを通過した光
束はコンデンサレンズ７８により集光される。コンデン
サレンズ７８の結像位置近傍には複数の光ファイバ素線
を有する光導波手段としてのライトガイド７９の入射端
面７９ａが位置決めされている。よって、コンデンサレ
ンズ７８はフィラメント７３の像をライトガイド７９の
入射端面７９ａに結像する。コンデンサレンズ７８の倍
率は、ライトガイド７９の入射端面７９ａ位置に結像さ
れるフィラメント７３の像の対角線長と入射端面７９ａ
の有効径とがほぼ等しくなるように設定される。

【００４５】ここで、本実施形態におけるライトガイド
７９は複数の光ファイバ素線を断面が円形形状となるよ
う束ねて構成されたものであり、束ねられた光ファイバ
素線の周囲は被覆材が設けられている。よって、ライト
ガイド７９の有効径とは、光ファイバ素線が束ねられて
いる領域（有効領域）の直径を意味する。図８は、ライ
トガイド７９の入射端面７９ａにフィラメント７３の像
が結像される様子を示す図である。図８において、符号
ｄ１を付して示した径は被覆材を含めたライトガイド７
９の入射端面７９ａの径であり、符号ｄ２を付して示し
た径はライトガイド７９の有効径を示す。図８に示した
ように、コンデンサレンズ７８によって結像されるフィ
ラメント７３の像Ｉｍ１の対角線長ｄ３がライトガイド
７９の有効径ｄ２とほぼ等しく設定されている。尚、ラ
イトガイド７９を１本の光ファイバで構成する場合に
は、その有効径は光ファイバを形成するコアの径とほぼ
等しい径に設定される。

【００４６】また、図７に示したようにライトガイド７
９の射出端面７９ｂは、コンデンサレンズ６２の焦点位
置に配置される。よって、ライトガイド７９の射出端面
７９ｂがアライメントセンサ７ａの光源となって照明光
をケーラー照明する。ここで、本実施形態におけるライ
トガイド７９は上述したように複数の光ファイバ素線を
束ねて構成したものであるが、入射端面７９ａ内におけ
る各光ファイバ素線の配列と射出端面７９ｂ内における
各光ファイバ素線の配列とがランダムに設定される。よ
って、入射端面７９ａから入射した光束が光強度分布の
ムラを有していても、射出端面７９ｂにおいて一様の強
度分布に変換される。尚、本実施形態においては複数の
光ファイバの素線を束ねて構成されたライトガイド７９
を例に挙げて説明しているが、内面反射型インテグレー
タ、光パイプ、又は光トンネルとも称されるいわゆるロ
ット型インテグレータをライトガイド７９として用いて
も良い。

【００４７】また、図７において、８０は、光軸ＡＸ上
であってハロゲンランプ７２に対してコレクタレンズ７
４が配置された側とは反対側に配置され凹面鏡である。
この凹面鏡８０はその焦点位置がフィラメント７３の位
置に設定され、フィラメント７３から発せられた光束を
反射する。図９は、ハロゲンランプ７２及び凹面鏡８０
のみを拡大して示した図である。図９に示すように、凹
面鏡８０はフィラメント７３から発せられた光束の内、
赤外線等の熱線を吸収し、他の波長域の光束に対しては
透明な光透過性部材８１で形成されている、また、光透
過性部材８１のハロゲンランプ７２が設けられた側の光
学面８０ａとは反対側の光学面８０ｂ上にはフィラメン
ト７３から発せられる光束に対して高い反射率を有する
光反射膜８２が蒸着等により形成されている。尚、この
光反射膜８２は、フィラメント７３から発せられる光束
の波長域全てに対して高い反射特性を有するのではな
く、照明光として用いる５００〜７００ｎｍの波長域の
光束のみを反射するよう設計することが好ましい。ま
た、凹面鏡８０に代えて焦点位置をフィラメント７３の
位置に設定した放物面鏡を用いても良い。この場合にお
いて、放物面鏡の反射面の特性を赤外線を透過させる特
性にすることが好ましい。

【００４８】図９において、フィラメント７３から射出
された射出される光束の内、光軸ＡＸ上の点Ｐ１から射
出される光束は、凹面鏡８０の焦点位置がフィラメント
７３の位置に設定されているため、凹面鏡８０によって
光軸ＡＸに平行な平行光束に変換される。また、光軸Ａ
Ｘからずれた位置Ｐ２から射出される光束は凹面鏡８０
によって、光軸ＡＸに対してある角度をもった方向に反
射される。凹面鏡８０の径はフィラメント７３から射出
された光束の有効成分を反射しうる径に設定される。こ
こでいうフィラメント７３から射出された光束の有効成
分とは、フィラメント７３から射出される光束の内、照
明光として有効に用いることができる光束をいう。

【００４９】図１０は、凹面鏡８０の径の設定方法を説
明するための図である。図１０（ａ）に示すように、フ
ィラメント７３から凹面鏡８０側に射出される光束の光
軸ＡＸとなす角をθとする。前述したように、フィラメ
ント７３から射出された光束は空間内のあらゆる領域に
射出されるが、その強度分布は一様ではなく光軸ＡＸに
沿った方向の強度が高くなる分布である。この分布の一
例を示すと図１０（ｂ）に示したように、角θが大きく
なるにつれ光強度が減少する分布となる。図１０（ｂ）
に示した分布をもって射出された光束の内、凹面鏡８０
の径を大きく設定してフィラメント７３から大きな角を
もって射出された光束を凹面鏡８０で集光しても余り意
味がない。そこで、例えば角θが０度から光軸ＡＸに沿
って射出された光束の光強度の１／ｅ（ｅは自然対数）
となる角度（図１０（ｂ）においては、角θ１）までの
光束を反射するように凹面鏡８０の径が設定される。

【００５０】フィラメント７３から射出された光束は凹
面鏡８０によってハロゲンランプ７２側に反射される訳
であるが、ここで凹面鏡８０の径がフィラメント７３か
ら射出された光束の有効成分を反射する径に設定されて
いるため、図１１に示すように、この反射光のフィラメ
ント７３の位置における光束断面Ｚ１は、フィラメント
７３を包含することになる。図１１は、フィラメント７
３の位置における光軸ＡＸに垂直な仮想面内における凹
面鏡８０による反射光の光束断面Ｚ１を示す図である。
フィラメント７３の仮想面内における形状は長方形状で
あるが、凹面鏡８０は光軸ＡＸに対して回転対称の形状
であり、かつ凹面鏡８０の径がフィラメント７３から射
出された光束の有効成分を反射する径に設定されている
ため反射光の光束断面Ｚ１はほぼ円形形状となる。この
ように、凹面鏡８０を設けて反射光のフィラメント７３
の位置における光束断面Ｚ１を、フィラメント７３を包
含するように設定しているので、実質的にフィラメント
７３の形状を大きくする効果が得られる。

【００５１】ここで、図７を参照してコレクタレンズ７
４のハロゲンランプ７２側の開口数について説明する。
ライトガイド７９の射出端面７９ｂから射出される照明
光は、コンデンサレンズ６２、対物レンズ６５等のアラ
イメントセンサ７ａが備える光学系に合わせた開口数を
確保する必要がある。本実施形態のライトガイド７９は
入射端面７９ａ側における開口数を保存し、射出端面７
９ｂ側の開口数と等くなる性質を有する。よって、ライ
トガイド７９の入射端面７９ａ側において、アライメン
トセンサ７ａが備える光学系に合わせた開口数を確保す
る必要がある。ライトガイド７９の入射端面７９ａ側に
おける開口数はコレクタレンズ７４のハロゲンランプ７
２側の開口数に依存する。本実施形態においては、凹面
鏡８０による反射光のフィラメント７３の位置における
光束断面Ｚ１がフィラメント７３を包含する関係（図１
１に示した関係）を保ちつつ上記の開口数を確保する必
要がある。このため、コレクタレンズ７４のハロゲンラ
ンプ７２側の開口数を、フィラメント７３の外形寸法を
凹面鏡８０の焦点距離の２倍で除算して得られる値と同
程度以下に設定している。

【００５２】凹面鏡８０の反射光は、コレクタレンズ７
４を通過した後、赤外線吸収フィルタ７５、短波長カッ
トフィルタ７６、長波長カットフィルタ７７からなる波
長選択フィルタ、及びコンデンサレンズ７８を順に通過
してライトガイド７９の入射端面７９ａに至る。図８に
おいて、符号Ｚ２を付した円がライトガイド７９の入射
端面７９ａにおけるフーリエ変換像である。凹面鏡８０
に関してフィラメント７３とライトガイド７９の入射端
面７９ａとは共役な関係となっていないため、ライトガ
イド７９の入射端面７９ａにはフィラメント７３のフー
リエ変換像が形成される。図８に示したように、このフ
ーリエ変換像Ｚ２はフィラメント７３の像Ｉｍ１よりも
大である。

【００５３】ここで、図７に示したコンデンサレンズ７
８の倍率はライトガイド７９の入射端面７９ａの位置に
結像されるフィラメント７３の像の対角線長ｄ３と入射
端面７９ａの有効径とがほぼ等しくなるように設定され
ており、図８を用いて説明したように、フィラメント７
３の像Ｉｍ１とライトガイド７９の入射端面７９ａとの
位置関係は図８に示した関係に配置される。よって、フ
ィラメント７３の位置が光軸からずれて配置されると、
ライトガイド７９の入射端面７９ａに対する位置もずれ
ることになり、フィラメント７３の位置を正確に合わせ
る必要がある。本実施形態では、凹面鏡８０を設けて凹
面鏡８０による反射光によってフィラメント７３を包含
して実質的にフィラメント７３の形状を大きくすること
により、ライトガイド７９の入射端面７９ａに形成され
るフィラメント７３の像Ｉｍ１よりもフーリエ変換像Ｚ
２を大としている。よって、フィラメント７３の交換等
によってフィラメント７３の位置がずれて配置されるこ
とによりフィラメント７３の像Ｉｍ１がライトガイド７
９の有効領域の位置からずれてもフーリエ変換像がＺ２
がライトガイド７９の有効領域内を照明しているので、
フィラメント７３の正確な位置調整が不要となる。

【００５４】尚、フーリエ変換像Ｚ２はライトガイド７
９の入射端面７９ａの位置において結像していない。よ
って、フィラメント７３の位置がずれている場合には、
ライトガイド７９の入射端面７９ａ内において光強度ム
ラが生ずる。しかしながら、前述したとおりライトガイ
ド７９は入射端面７９ａに照度ムラがある光が入射して
も、そのムラを射出端面７９ｂにおいて均一化するよう
に構成しているため、射出端面７９ｂからは均一な照度
分布の照明光が射出される。

【００５５】以上、本発明の一実施形態による照明装置
としての光源部６１の内部構成について説明した。次
に、以上説明した光源部６１から射出された照明光を用
いてマスク２及びプレート１０の位置計測を行う場合の
動作について説明する。本実施形態における露光装置が
備えるアライメントセンサ７ａ，７ｂはマスク２に形成
されたマスクマーク３とプレート１０に形成された基板
マーク１１とを同時に観察してその相対位置ズレを検出
するいわゆるＴＴＭ方式のアライメントセンサである。
しかしながら、本実施形態における位置計測装置は基板
マーク１１のみを観察し、基板マーク１１に対して照明
光を落射照明して得られるビームの光強度が最も高くな
るよう照明光の偏光方法を設定する処理（つまり、いわ
ゆるＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の計測）につい
ても適用可能である。以下、ＴＴＬ方式の計測方法を用
いて照明光をプレート１０に落射照明して得られるビー
ムの光強度を最も高くする場合の処理について図６を参
照して説明する。尚、ここでは説明を簡単化するため、
図６中の偏光板６６を光路から除いて説明する。

【００５６】まず、アライメントセンサ７ａ，７ｂ及び
ミラー８ａ，８ｂを移動させて、ミラー８ａ，８ｂを部
分投影光学系９ａ，９ｃ各々の上方に配置してアライメ
ントセンサ７ａ，７ｂから射出される照明光が部分投影
光学系９ａ，９ｃ各々を透過するように準備する。この
とき、パターンが全く形成されていない部分がミラー８
ａ，８ｂの下方に位置するようにマスクステージ４を移
動するか、又はマスクステージ４上にはマスク２を配置
せずにミラー８ａ，８ｂを介した照明光がマスクステー
ジ４に形成された開口（図示省略）を単に透過するよう
に設定する。

【００５７】以上の処理が終了すると光源部６１から照
明光を射出させる。射出された照明光は、コンデンサレ
ンズ６２を介して偏光板６３によりある方向の直線偏光
となり、ハーフミラー６４によって偏向された後、対物
レンズ６５を介してミラー８ａに至る。照明光はミラー
８ａによって偏向され、マスク２（マスク２がマスクス
テージ４上から除去されている場合にはマスクステージ
４に形成された開口部）を透過し、部分投影光学系９
ａ，９ｃを透過する。尚、照明光は反射プリズム４３，
４６で反射される度に位相ずれが生ずる。部分投影光学
系９ａ，９ｃを透過した照明光はプレート１０上に形成
された基板マーク１１を落射照明する。基板マーク１１
に照明光を落射照明して生ずるビームは照明光の光路を
逆送する。この場合においても、反射プリズム４６，４
３で反射される度に位相ズレが生ずる。

【００５８】部分投影光学系９ａ，９ｃを透過したビー
ムはマスク２又はマスクステージ４に形成された開口部
を透過し、対物レンズ６５、ハーフミラー６４、レンズ
６７を介して撮像装置６８に至る。撮像装置６８に至っ
たビームは例えば楕円偏光である。ビームを撮像して撮
像装置６８から出力された撮像信号は偏光制御部７０へ
入力される。偏光制御部７０は偏光板６３の偏光方向
と、その偏光方向に偏光板６３を設定したときに得られ
た撮像信号の信号強度の大きさ（これはビームの光強度
の強さを示す）とを対応づけて記憶する。次に、偏光制
御部７０は偏光板６３を回転させて再び撮像装置６８か
ら得られる撮像信号の信号強度の大きさを対応づけて記
憶する。この動作を繰り返し、初期状態から偏光板６３
を９０度まで回転させる間に得られた撮像信号の内、最
も大きな信号強度を有する撮像信号に対応づけられて記
憶されている偏光方向に偏光板６３の偏光方向を設定す
る。以上の処理によって照明光を基板マーク１１に落射
照明して得られるビームの光強度が最も高く設定され
る。尚、一般的に円偏光又は楕円偏光の光よりもＳ偏光
のみの光の方が反射率が高い。部分投影光学系９ａ，９
ｃ内に設けられる反射プリズム４３，４６が入射する光
に対して位相ズレを生じさせない特性を有するのであれ
ば、以上説明した処理を省略して、最初から偏光板６３
の偏光方向を反射プリズム４３，４６に対してＳ偏光の
照明光が入射するように設定することが好ましい。

【００５９】次に、マスク２に形成されたマスクマーク
３とプレート１０に形成された基板マーク１１とを同時
に観察してその相対位置ズレを計測する際の動作につい
て説明する。尚、計測を行うにあたって、アライメント
センサ７ａ，７ｂ及びミラー８ａ，８ｂを移動させて、
ミラー８ａ，８ｂを部分投影光学系９ａ，９ｃ各々の上
方に配置してアライメントセンサ７ａ，７ｂから射出さ
れる照明光が部分投影光学系９ａ，９ｃ各々を透過する
ように準備するのは、上記の動作の説明と同様である。
また、以下の説明においては、説明を簡単にするために
初期状態において偏光板６３の偏光方向が反射プリズム
４３，４６にＳ偏光の照明光が入射するように設定さ
れ、偏光板６６の偏光方向が偏光板６３の偏光方向に対
して直交する方向に設定されているとする。ここで、偏
光板６６の偏光方向を偏光板６３の偏光方向に対して直
交するよう設定するのは、マスクマーク３を落射照明し
て得られるビームを除去し、基板マーク１１を落射照明
して得られるビームのみを検出するためである。

【００６０】つまり、偏光板６３によってＳ偏光及びＰ
偏光以外の直線偏光に偏光された照明光がマスクマーク
３を落射照明しても、反射又は回折によって生ずるビー
ムの偏光状態は保持される。これに対し照明光及び基板
マーク１１を落射照明して得られるビームが部分照明光
学系９ａ，９ｃを通過する際には、反射プリズム４３，
４６によって位相ズレが生ずるため、偏光状態は楕円偏
光又は円偏光に変化する。楕円偏光又は円偏光は偏光板
の透過率が零になることはない。このように、マスクマ
ーク３を落射照明して得られるビームの影響を除去し、
基板マーク１１を落射照明して得られるビームのみの検
出を行うため、偏光板６６の偏光方向は偏光板６３の偏
光方向に対して直交する方向に設定される。

【００６１】計測を行う前に、図１中の主制御系１６は
マスクステージ４と基板ステージ１２とを移動させ、計
測対象のマスクマーク３と基板マーク１１との相対位置
を大まかに合わせる。以上の処理が終了すると光源部６
１から照明光を射出させる。射出された照明光は、コン
デンサレンズ６２を介して偏光板６３により所定の方向
の直線偏光となり、ハーフミラー６４によって偏向され
た後、対物レンズ６５を介してミラー８ａに至る。照明
光はミラー８ａによって偏向され、マスク２を落射照明
する。マスク２を落射照明した照明光の内、マスク２を
透過した照明光は部分投影光学系９ａ，９ｃを透過した
後、基板マーク１１を落射照明する。基板マーク１１に
照明光が落射照明されることによって発生したビームは
照明光の光路を逆送してマスク２に至る。

【００６２】部分投影光学系９ａ，９ｃを通過したビー
ムがマスク２を透過すると、マスクマーク３を落射照明
して得られるビームと重畳され、重畳されたビームがミ
ラー８ａ、対物レンズ６５、及びハーフミラー６４を介
して偏光板６６に至る。これらのビームの内、マスクマ
ーク３を落射照明して得られたビームは偏光方向が照明
光の偏光方向と同じ方向であるので、ほぼ全てが偏光板
６６によって遮断される。一方、基板マーク１１を落射
照明して得られたビームは部分投影光学系９ａ，９ｃを
通過する際に位相ズレが生じて偏光状態が楕円偏光とな
る。よって、基板マーク１１を落射照明して得られたビ
ームの一部のみが偏光板６６を透過してレンズ６７を介
して撮像装置６８の撮像面に結像する。撮像装置６８は
撮像面に結像したビームの像を画像信号に変換して偏光
制御部７０に出力する。

【００６３】偏光制御部７０は偏光板６３の偏光方向
と、その偏光方向に偏光板６３を設定したときに得られ
た撮像信号の信号強度の大きさとを対応づけて記憶す
る。次に、偏光制御部７０は偏光板６３の偏光方向と偏
光板６６の偏光方向がとが直交する関係を保ったまま偏
光板６３及び偏光板６６を共に回転させて再び撮像装置
６８から得られる撮像信号の信号強度の大きさを対応づ
けて記憶する。この動作を繰り返し、初期状態から偏光
板６３を９０度回転させる間に得られた撮像信号の内、
最も大きな撮像信号に対応づけられて記憶されている偏
光方向に偏光板６３の偏光方向を設定する。以上の処理
によって、基板マーク１１を落射照明して得られるビー
ムが強く現れる照明光の偏光方向を設定することができ
る。

【００６４】以上の処理によって偏光板６３の偏光方向
を設定した後、偏光制御部７０は偏光板６６の偏光方向
を回転させてマスクマーク３を落射照明して得られるビ
ームの透過量を徐々に増加させる。ここで、偏光板６６
の偏光方向を回転させるのは、マスクマーク３を落射照
明して得られるビームの光強度と基板マーク１１を落射
照明して得られるビームの光強度との差を小さくするた
めである。つまり、偏光板６３の偏光方向と偏光板６６
の偏光方向とが直交する関係を保ったまま基板マーク１
１を落射照明して得られるビームのみの計測を行うこと
により、基板マーク１１を落射照明して得られるビーム
のより強い光強度が得られる照明光の偏光方向を得るこ
とができた訳であるが、回転板６６を回転させてマスク
マーク３を落射照明して得られるビームの透過率を徐々
に高くすることによりこれらのビームの光強度の差を小
さくしている。尚、基板マーク１１を落射照明して得ら
れるビームは楕円偏光であるため、偏光板６６を回転さ
せることによりこのビームの透過率も変化する。しかし
ながら、本実施形態ではマスクマーク３と基板マーク１
１とを同時に精度良く計測することを目的としているた
め、マスクマーク３を落射照明して得られるビームの光
強度と基板マーク１１を落射照明して得られるビームの
光強度と絶対的な光強度が共に低くなることよりもこれ
らの差が小さくなる方が重要である。

【００６５】以上説明した処理によって、マスクマーク
３を落射照明して得られるビームの光強度と基板マーク
１１を落射照明して得られるビームの光強度との差を小
さく、好ましくは差を零に設定した後は、この状態にお
いて撮像装置６８から出力される撮像信号に対して画像
処理部６９は画像処理等の各種処理を施してマスクマー
ク３及び基板マーク１１の位置情報を計測する。画像処
理部６９において計測されたマスクマーク３の位置情報
及び基板マーク１１の位置情報は主制御系１６へ出力さ
れる。主制御系１６はこれらの位置情報に基づいてマス
クマーク３と基板マーク１１との相対的な位置ズレがあ
る場合には、マスクステージ４又は基板ステージ１２を
移動させてマスクマーク３と基板マーク１１との位置ズ
レ量を無くす。以上の処理によってマスク２とプレート
１０との相対的な位置合わせが終了すると、主制御系１
６は照明光学系１に対して露光光の射出を開始させると
ともに、マスクステージ４と基板ステージ１２とを同期
してＸ軸方向（図１参照）に投影光学系９に対して相対
的に移送させマスク２のパターン領域ＰＡに形成された
パターンの像をプレート１０上に転写する。

【００６６】以上、本発明の一実施形態による照明装
置、位置計測装置、並びに露光装置及び露光方法につい
て説明したが、本発明は上記実施形態に制限されること
はなく、本発明の範囲内において自由に変更が可能であ
る。例えば、上記実施形態においては、マスクマーク３
と基板マーク１１とを同時に観察する際に、偏光板６６
の偏光方向を変化させてマスクマーク３を落射して得ら
れるビームの光強度と基板マーク１１を落射して得られ
るビームの光強度との差を小さくする場合を例に挙げて
説明したが、偏光板６６の偏光方向は固定して偏光板６
３の偏光方向のみを変化させて光強度差を小さくするよ
うにしてもよい。この場合において、偏光板６６の偏光
方向は、偏光板６６の偏光方向と直交する方向以外の任
意の方向に設定される。

【００６７】また、本発明の露光装置はステップ・アン
ド・スキャン方式の露光装置に限定されず、例えばステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置以外
にミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、
コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能であ
る。さらに、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置
だけでなく、半導体素子、プラズマディスプレイ、薄膜
磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造にも用
いられる露光装置、及びレチクル、又はマスクを製造す
るために、ガラス基板、又はシリコンウエハなどに回路
パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく
適用可能である。

【００６８】尚、前述した本発明の一実施形態による露
光装置（図１）は、プレート１０を精度よく高速に位置
制御することができ、スループットを向上しつつ高い露
光精度で露光が可能となるように、照明光学系１、レチ
クルステージ４、レーザ干渉計５Ｘ，５Ｙ、駆動系６
Ｘ，６Ｙ、及びアライメントセンサ９ａ，９ｂを含むウ
ェハアライメント系、投影光学系９、及び基板ステージ
１２、レーザ干渉計１４Ｘ，１４Ｙ、及び駆動系１５
Ｘ，１５Ｙを含む基板アライメント系等の図１に示され
た各要素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み
上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）をす
ることにより製造される。尚、露光装置の製造は、温度
及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うこ
とが望ましい。

【００６９】尚、本実施形態の露光装置として、マスク
と基板とを同期移動してマスクのパターンを露光する走
査型の露光装置（USP5,473,410）にも適用することがで
きる。更に、本実施形態の露光装置として、投影光学系
を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクの
パターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用す
ることができる。また、露光装置の用途としては半導体
製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型
のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液
晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露
光装置にも広く適当できる。本実施形態の露光装置の光
源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）のみな
らず、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエ
キシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎ
ｍ）や、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることが
できる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃とし
て、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（Ｌａ
Ｂ₆）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。

【００７０】投影光学系の倍率は等倍のみならず縮小系
および拡大系のいずれでも良い。投影光学系としては、
エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材とし
て石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ
₂レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系
の光学系にし（マスクも反射型タイプのものを用い
る）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子
レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればい
い。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすること
はいうまでもない。

【００７１】ウェハステージやマスクステージにリニア
モータ（USP5、623,853又はUSP5、528、118参照）を用
いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型および
ローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型
のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに
沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガ
イドレスタイプでもいい。ステージの駆動装置として
は、２次元に磁石を配置した磁石ユニットと、２次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
よりステージを駆動する平面モ−タを用いてもいい。こ
の場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一
方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニット
との他方をステージの移動面側に設ければよい。

【００７２】ウェハステージの移動により発生する反力
は、特開平８−１６６４７５号公報（USP5、528、118）
に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的
に床（大地）に逃がしてもいい。マスクステージの移動
により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報
（US S／N 08/416,558）に記載されているように、フレ
ーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよ
い。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の観
点による照明装置によれば、光導波手段の入射端に発光
部の像を形成するとともに、凹面鏡によって発光部のフ
ーリエ変換像を形成しているため、光源の取り付け位置
がずれて発光部の位置がずれることにより光導波手段の
入射端における発光部の像の結像位置がずれたとして
も、凹面鏡により形成されるフーリエ変換像が入射端を
照明する。このように、発光体の位置がずれたとしても
装置構成を大幅に変更せずに必要となる照明光の光量を
得ることができるという効果がある。また、例えば光源
を交換する際における発光部の精密な位置合わせを行う
必要がなくメンテナンスが容易であるという効果があ
る。本発明の第２の観点による照明装置によれば、発光
部から射出された光束の内、一部を反射させて照明光と
して有効に利用する照明装置において、発光部から射出
された光束の一部を反射する凹面鏡の機能として光束を
反射させるのみならず、発光部からの熱線を吸収して照
明光として不必要な熱線を反射しない機能を有してい
る。よって、発光部から射出された光束の内、一部を反
射させて照明光として用いる構成の照明装置において照
明光の中に大量の熱線が含まれることはなくなり、熱線
を遮断するための大規模なフィルタを設ける必要はな
く、その結果照明装置の大型化及び高コスト化を防止す
ることができるという効果がある。また、本発明の第２
の観点による照明装置によれば、前述した第１の観点に
よる照明装置と同様に、発光体の位置がずれたとしても
装置構成を大幅に変更せずに必要となる照明光の光量を
得ることができ、また、例えば光源を交換する際におけ
る発光部の精密な位置合わせを行う必要がなくメンテナ
ンスが容易であるという効果がある。また、本発明の第
１及び第２の観点による照明装置によれば、光学系の光
源側の開口数を光源の外形寸法と凹面鏡の焦点距離とに
よって規定している。光学系の光源側の開口数は、光導
波手段の入射端における開口数に関連し、光導波手段の
入射端における開口数は光導波手段の射出端に関連す
る。よって、光学系の光源側の開口数を上記のように規
定しているので、光導波手段の射出端側において必要と
なる開口数を確保することができるという効果がある。
また、本発明の第１及び第２の観点による照明装置によ
れば、光学系の倍率が必要最小限、つまり発光部の像が
光導波手段の有効径を照明する倍率に設定されており、
光学系の倍率を高くすることなく、光導波手段の射出端
において確保しなければならない開口数を確保すること
ができるという効果がある。仮に倍率を高く設定した場
合には、光導波手段の射出端において確保しなければな
らない開口数を確保するために光学系の光源側における
開口数を高くするため、光学系の構成を大型化しなけれ
ばならない。しかしながら、本発明は光学系の倍率を必
要最小限に設定し、光導波手段の射出端において確保し
なければならない開口数を確保しているため、光学系の
大型化を招くことはないという効果がある。本発明の位
置計測装置によれば、照明手段から射出される照明光の
偏光状態を可変にする照明変更設定手段を備えており、
照明光の偏光状態を変えることにより投影光学系内に設
けられた反射部材における照明光の反射率及び基板マー
クに照明して得られるビームの反射率を高く設定するこ
とにより投影光学系内における照明光及びビームの損失
を少なくすることができるため基板マークの位置情報を
高精度に検出することができるという効果がある。ま
た、本発明の位置計測装置によれば、照明光の偏光状態
を変化させてもマスクマークを介したビームの光強度は
一定であるが、照明光の偏光状態を変化させると基板を
介したビームの光強度は変化する。よって、基板マーク
とマスクマークとを同時に計測する場合であっても、照
明光の偏光状態を変化させることにより基板マークを介
したビームの光強度を可変とすることができる結果、マ
スクマークを介したビームの光強度と基板を介したビー
ムの光強度との差を小さくすることができるため、マス
クマークの位置情報と基板マークの位置情報とを共に高
精度に検出することができるという効果がある。本発明
の露光装置及び露光方法によれば、上記位置計測装置に
よって高精度で検出された位置情報に基づいてマスクと
基板との位置合わせを精度良く行うことができ、その結
果マスクに形成されたパターンを基板の所定位置に精度
良く転写することができることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による露光装置の構成を
示す斜視図である。

【図２】図１に示した照明光学系１の具体的な構成の
一例を示す図である。

【図３】部分投影光学系９ａの構成を示す断面図であ
る。

【図４】部分投影光学系９ａの変形例を示す図であ
る。

【図５】視野絞り４１の例を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態による位置計測装置の構
成を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施形態による照明装置としての
光源部６１の内部構成を説明するための図である。

【図８】ライトガイド７９の入射端面７９ａにフィラ
メント７３の像が結像される様子を示す図である。

【図９】ハロゲンランプ７２及び凹面鏡８０のみを拡
大して示した図である。

【図１０】凹面鏡８０の径の設定方法を説明するため
の図である。

【図１１】フィラメント７３の位置における光軸ＡＸ
に垂直な仮想面内における凹面鏡８０による反射光の光
束断面Ｚ１を示す図である。

【図１２】従来のＴＴＭ方式のアライメントセンサの
構成の概略を説明するための図であり、（ａ）は屈折型
の投影光学系を備える露光装置に適用したアライメント
センサを説明する図であり、（ｂ）は反射屈折型の投影
光学系を備える露光装置に適用したアライメントセンサ
を説明する図である。

【符号の説明】

１照明光学系（露光光源）２マスク３マスクマーク８ａミラー（照明手段）８ｂミラー（照明手段）９投影光学系１０プレート（基板）１１基板マーク１２基板ステージ１６主制御系（位置合わせ手段、制御手段）４３反射プリズム（反射部材）４６反射プリズム（反射部材）６１光源部（照明手段）６２コンデンサレンズ（照明手段）６３偏光板（照明偏光状態設定手段）６４ハーフミラー（照明手段）６５対物レンズ（照明手段）６６偏光板（ビーム偏光設定手段）６８撮像装置（受光手段）６９画像処理部（計測手段）７０偏光制御部（制御手段）７２ハロゲンランプ（光源）７３フィラメント（発光部）７４コレクタレンズ（光学系）７５赤外線吸収フィルタ（光選択手段）７６短波長カットフィルタ（光選択手段）７７長波長カットフィルタ（光選択手段）７８コンデンサレンズ（光学系）７９ライトガイド（光導波手段）７９ａ入射端面（入射端）７９ｂ射出端面（射出端）８０凹面鏡８０ａ光学面８０ｂ光学面８１光透過性部材８２光反射膜（光反射性膜）ｄ２有効径ｄ３対角線長Ｉｍ１像ＰＡパターン領域（パターン）Ｚ１光束断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｆ 7/22 Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ 9/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ５２５ＦＦターム(参考） 2F065 AA03 AA07 BB03 BB27 CC20 DD00 DD02 FF04 FF49 FF55 GG02 GG24 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL01 LL12 LL19 LL26 LL30 LL33 LL46 MM03 PP12 PP23 QQ31 2H042 DA01 DA12 DD05 DE04 2H097 AA03 AB09 BA10 EA01 KA03 KA12 KA13 KA20 KA29 LA10 LA12 5F046 BA05 CA02 CB02 CB03 CB04 CB05 CB06 CB07 CB10 CB12 CB22 CB25 EB01 EB02 ED01 FA03 FA10 FB08 FB10 FB12 FB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部を有する光源と、該光源の前記発
光部から射出された光を集光して前記発光部の像を形成
する光学系と、前記発光部の像が形成される位置の近傍
に入射端が位置決めされた光導波手段とを備え、該光導
波手段の射出端からの光を照明光とする照明装置であっ
て、前記発光部からの光を反射して前記光学系へ導く凹面鏡
を備え、前記凹面鏡からの反射光に基づいて、前記発光部の像が
形成される位置に前記発光部のフーリエ変換像を形成す
ることを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記凹面鏡の焦点位置は、前記発光部の
位置、又はその近傍の位置に設定されることを特徴とす
る請求項１記載の照明装置。
【請求項３】前記凹面鏡は、光透過性部材と、該光透
過性部材の前記発光部側の光学面とは反対側の光学面上
に設けられた光反射性膜とを有し、前記光透過性部材は、前記発光部からの光のうちの熱線
を吸収する材料で形成されることを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の照明装置。
【請求項４】発光部を有する光源と、該発光部からの
光を反射する凹面鏡とを備えた照明装置であって、前記凹面鏡は、光透過性部材と、該光透過性部材の前記
発光部側の光学面とは反対側の光学面上に設けられた光
反射性膜とを有し、前記光透過性部材は、前記発光部からの光のうちの熱線
を吸収する材料で形成されることを特徴とする照明装
置。
【請求項５】前記光源の前記発光部から射出された光
を集光して前記発光部の像を形成する光学系と、前記発
光部の像が形成される位置の近傍に入射端が位置決めさ
れた光導波手段とを更に備え、前記光学系は、該凹面鏡からの反射光に基づいて、前記
発光部の像が形成される位置に前記発光部のフーリエ変
換像を形成することを特徴とする請求項４記載の照明装
置。
【請求項６】前記フーリエ変換像は、前記光導波手段
の入射端の有効領域を包含することを特徴とする請求項
５記載の照明装置。
【請求項７】前記光反射性膜は、前記発光部からの光
のうち所定波長の光のみを反射させることを特徴とする
請求項３から請求項６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】前記凹面鏡からの反射光の前記発光部の
位置における光束断面は、前記発光部を包含するように
定められることを特徴とする請求項１から請求項７の何
れか一項に記載の照明装置。
【請求項９】前記光学系の光源側の開口数は、前記光
源の前記発光部の外形寸法を前記凹面鏡の焦点距離の２
倍で除算した値と同程度以下に設定されることを特徴と
する請求項１から請求項３、及び請求項５から請求項８
の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】前記光学系の倍率は、前記発光部の像
の対角線長と前記光導波手段の有効径とがほぼ等しくな
るように設定されることを特徴とする請求項１から請求
項３、及び請求項５から請求項９の何れか一項に記載の
照明装置。
【請求項１１】前記光源と前記光導波手段との間の光
路中に所定波長域の光を選択する光選択手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１から請求項３、及び請求項５か
ら請求項１０の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】前記光導波手段は、前記射出端におけ
る光強度分布の均一性を入射端における光強度分布の均
一性よりも向上させることを特徴とする請求項１から請
求項３、及び請求項５から請求項１１の何れか一項に記
載の照明装置。
【請求項１３】少なくとも１つの反射部材を有する投
影光学系を介して基板上に形成された所定の基板マーク
の位置情報を計測する位置計測装置において、前記投影光学系中の前記反射部材に対して斜入射となる
ように照明光を前記投影光学系へ入射させ、該照明光を
前記基板マークへ導く照明手段と、前記基板マークからのビームを前記投影光学系を介して
受光する受光手段と、前記受光手段の受光結果に基づいて前記基板マークの位
置情報を計測する計測手段と、前記照明手段から射出される前記照明光の偏光状態を可
変にする照明偏光設定手段とを備えることを特徴とする
位置計測装置。
【請求項１４】前記照明偏光設定手段は、前記受光手
段が受光する前記ビームの光量が最大となるように前記
偏光状態を設定することを特徴とする請求項１３記載の
位置計測装置。
【請求項１５】前記照明偏光設定手段は、前記反射部
材に入射する照明光を前記反射部材に対してＳ偏光に設
定することを特徴とする請求項１３又は請求項１４記載
の位置計測装置。
【請求項１６】前記照明手段はマスク上に形成された
マスクマークに前記照明光を導き、前記受光手段は、前記マスクマークを介したビームを、
前記基板マークを介したビームと共に受光することを特
徴とする請求項１３から請求項１５の何れか一項に記載
の位置計測装置。
【請求項１７】前記照明偏光設定手段の偏光方向を制
御して前記基板マークを介したビームと前記マスクマー
クを介したビームとの強度差を制御する制御手段を具備
することを特徴とする請求項１６記載の位置計測装置。
【請求項１８】前記受光手段によって受光されるビー
ムの偏光状態を設定するビーム偏光設定手段を具備する
ことを特徴とする請求項１３から請求項１７の何れか一
項に記載の位置計測装置。
【請求項１９】前記ビーム偏光設定手段の偏光方向を
制御して、前記基板マークを介したビームと前記マスク
マークを介したビームとの強度差を制御する制御手段を
具備することを特徴とする請求項１８記載の位置計測装
置。
【請求項２０】前記照明手段は、請求項１から請求項
３、及び請求項５から請求項１２の何れか一項に記載の
照明装置であり、前記照明偏光設定手段は前記光導波手
段の射出端と前記投影光学系との間の光路中に配置され
ることを特徴とする請求項１３から請求項１９の何れか
一項に記載の位置計測装置。
【請求項２１】露光光を射出する露光光源と、前記基板を載置した状態で移動可能な基板ステージと、請求項１３から請求項２０の何れか一項に記載の位置計
測装置の計測結果に基づいて前記基板ステージを移動さ
せ、マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行う位
置合わせ手段とを具備し、前記露光光を前記マスクに照射し、前記投影光学系を介
して前記マスクに形成されたパターンの像を前記基板に
転写することを特徴とする露光装置。
【請求項２２】前記マスクを載置した状態で移動可能
なマスクステージと、前記基板ステージ及び前記マスクステージを制御して前
記マスク及び前記基板の位置をそれぞれ移動させつつ前
記マスクに形成されたパターンの像を前記基板に転写す
る制御手段とを具備することを特徴とする請求項２１記
載の露光装置。
【請求項２３】請求項１３から請求項２０の何れか一
項に記載の位置計測装置を用いて前記基板及び前記マス
クに形成されたマークの位置情報を計測するステップ
と、前記マスクと前記基板との相対的な位置合わせを行うス
テップと、前記マスクに露光光を照射し、前記マスクに形成された
パターンの像を前記投影光学系を介して前記基板に転写
するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】前記マスク及び前記基板を移動させつ
つ、前記パターンの像を前記基板に転写するステップを
更に有することを特徴とする請求項２３記載の露光方
法。