JP2002118046A

JP2002118046A - 露光装置およびマイクロデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2002118046A
Application number: JP2000306005A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nagayama; 匡長山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変動などに起因する基準マーク板の変形
を良好に抑えて、高精度な同時ベースライン計測を行う
ことのできる露光装置。【解決手段】マスク（Ｍ）のパターン像を感光性基板
（Ｗ）上に形成するための投影光学系（ＰＬ）と、感光
性基板を保持して移動するための基板ステージ（ＷＳ
Ｔ）とを備えた露光装置。基板ステージに取り付けられ
て、第１基準マーク（ＦＭ１）および第２基準マーク
（ＦＭ２）を有する基準板（ＦＭＰ）と、第１基準マー
クを検出するための第１検出系（１１）と、投影光学系
を介して第２基準マークを検出するための第２検出系
（１２ａ，１２ｂ）とを備えている。基準板は、０．１
ｐｐｍ／°Ｃ以下の線膨張係数を有する材料で形成され
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、露光装置およびマ
イクロデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子、撮
像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデ
バイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、いわゆるオフ・アクシス・アライ
メント系（投影光学系の外側に配置された位置検出系）
を備えた露光装置では、特開昭５３−５６９７５号公
報、特開昭５６−１３４７３７号公報等に開示されてい
るように、ウェハのような感光性基板を保持して二次元
的に移動する基板ステージ上に、基準となるマーク板が
設けられている。そして、この基準マーク板を用いて、
オフ・アクシス・アライメント系と投影光学系との間の
距離、いわゆるベースライン量を管理していた。

【０００３】特開昭５３−５６９７５号公報等に開示さ
れた従来技術では、後に詳述するように、オフ・アクシ
ス・アライメント系の検出中心点とマスクマークの投影
光学系による投影点との間の位置関係（ベースライン
量）の計測に際して、ウェハステージを移動させ、レー
ザ干渉計でウェハステージの移動量を求めている。この
ため、ウェハステージの移動精度の誤差、レーザ干渉計
のレーザビーム光路の空気ゆらぎ等の必然的に避けるこ
とのできない要因によって、ベースライン計測の精度向
上には自ずと限界があった。

【０００４】また、ＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のア
ライメント系の検出領域内に基準マークを位置決めする
ためのウェハステージの移動と、オフ・アクシス・アラ
イメント系の検出中心点に基準マークを位置決めするた
めのウェハステージの移動とが必要であり、ベースライ
ン計測の処理速度を高めることにも自ずと限界があっ
た。そこで、本出願人は、たとえば特開平５−２１３１
４号公報において、１つの基準マーク板上に形成された
第１基準マークおよび第２基準マークを、オフ・アクシ
ス・アライメント系およびＴＴＬ方式のマスクアライメ
ント系で同時に検出してベースライン計測を行う技術を
開示している。

【０００５】すなわち、特開平５−２１３１４号公報に
開示された従来技術では、オフ・アクシス・アライメン
ト系の検出中心点とアライメントすべき第１基準マー
ク、およびＴＴＬ方式のマスクアライメント系を介して
マスクマークとアライメントすべき第２基準マークを形
成した基準マーク板をウェハステージ上に設けている。
そして、ベースライン計測時には、オフ・アクシス・ア
ライメント系の検出中心点と第１基準マークとの位置ず
れ量を求めると同時に、ウェハステージを静止させた状
態でマスクマークと第２基準マークとの位置ずれ量を求
める。

【０００６】また、露光装置では、投影光学系の最終的
な光学性能の調整のために、レジスト像の良否を確認す
る必要がある。そして、レジスト像の良否を判定するた
めには、レジストを塗布したウェハにパターンを焼き付
けて現像処理を行い、さらに電子顕微鏡によりレジスト
像を観察するという、非常に煩わしさが伴う工程が必要
であった。一方、近年のシミュレーション技術の進歩に
より、マスクパターンの空間像の強度分布に基づいて、
実際の露光で形成されるレジスト像の良否をある程度高
い精度で予想することができるようになった。また、空
間像の強度分布の測定は非常に簡単であるため、投影露
光装置に搭載可能な強度分布測定装置への要求が高まっ
ていた。

【０００７】そこで、本出願人は、特開平９−２３７７
５４号公報、特開平９−２３７７５５号公報、特開平９
−２９３６７７号公報等において、投影光学系を介して
形成されるマスクパターンの空間像の強度分布を随時検
出する機能を備えた露光装置を開示している。すなわ
ち、これらの公報に開示された露光装置では、ウェハス
テージ上に設けられたステージ基準板に形成されたナイ
フエッジパターンとマスクパターンの空間像とを所定の
方向に沿って相対移動させることにより、マスクパター
ンの空間像の強度分布を検出する。

【０００８】また、従来、露光装置に好適な面位置検出
装置として、本出願人による特開昭５６−４２２０５号
公報に開示された斜め入射型の面位置検出装置が知られ
ている。この面位置検出装置では、投影光学系によって
マスクパターンが転写される位置に配置されたウェハに
対して、斜め方向から検出光を照射する。さらに具体的
には、ウェハの表面を被検面として、この被検面にスリ
ット状のパターンをその長手方向が入射面（入射光と反
射光とで張る平面）と垂直になるように投射する。そし
て、その反射光を集光することによりパターン像を光電
変換素子からなる検出手段の検出面上に再結像させ、検
出面上のパターン像の形成位置を検出する。

【０００９】この面位置検出装置の構成では、被検面と
なるウェハ表面が上下方向に変位する（投影光学系の光
軸に沿って変位する）と、その上下方向の変位に対応し
て検出手段に入射するスリット反射光がその幅方向（短
手方向）に横ずれすることを利用し、その横ずれ量に基
づいてウェハ表面の上下位置を検出する。こうして、検
出結果に基づいて、ウェハ表面が投影光学系の合焦基準
位置（投影像面）に一致しているか否か、すなわち投影
光学系によって投影されるマスクパターン面の共役面に
一致しているか否かが判定される。

【００１０】また、本出願人による特開平６−９７０４
５号公報には、上述の斜め入射型の面位置検出装置に関
する改良例として、被検面の広い領域で位置検出が可能
な面位置検出装置すなわち二次元多点ＡＦ（オートフォ
ーカス）系が開示されている。この二次元多点ＡＦ系
は、第１面に形成された所定パターンの像を被検面であ
るウェハ表面に投射する投射光学系と、被検面で反射さ
れた光束を集光して所定パターンの像を受光スリットの
形成された第２面上に形成する集光光学系とを備えてい
る。そして、第１面と被検面とが投射光学系に関してシ
ャインプルーフの条件を満足し、且つ被検面と第２面と
が集光光学系に関してシャインプルーフの条件を満足す
るように構成されている。

【００１１】また、この二次元多点ＡＦ系では、投射光
学系および集光光学系がそれぞれ両側テレセントリック
に構成されており、第１面上の各点と被検面上の各共役
点とが面内全域で同倍率となり、且つ被検面の各点と第
２面上の各共役点とが面内全域で同倍率となることが保
証されている。これらの構成により、第２面上に形成さ
れる所定パターンの像と受光スリットとを相対的に走査
させ、光変調信号を同期検波する光電顕微鏡の原理に基
づく検出方式により、被検面の検出領域の全体に亘って
同じ検出精度が得られる。

【００１２】なお、本出願人による特開２０００−２１
７１１号公報には、ウェハステージ上においてウェハの
露光面とほぼ同じ高さ位置に平面基準板を設け、この平
面基準板を利用して二次元多点ＡＦ系のキャリブレーシ
ョン（校正）を行う技術が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、特開平
５−２１３１４号公報に開示された従来技術では、ウェ
ハステージ上に設けられた基準マーク板に形成された２
つの基準マークを、オフ・アクシス・アライメント系お
よびＴＴＬ方式のマスクアライメント系で同時に検出す
ることにより、いわゆる同時ベースライン計測を行って
いる。この場合、基準マーク板の寸法が、ひいては２つ
の基準マークの間隔が温度変動などに起因して変化する
と、ベースラインの計測精度が低下してしまう。

【００１４】一方、特開平９−２３７７５４号公報等に
開示された従来技術では、ウェハステージ上に設けられ
たステージ基準板に形成されたナイフエッジパターンと
マスクパターンの空間像とを相対移動させることによ
り、マスクパターンの空間像の強度分布を検出してい
る。また、特開２０００−２１７１１号公報に開示され
た従来技術では、ウェハステージ上に設けられた平面基
準板を利用して、二次元多点ＡＦ系のキャリブレーショ
ンを行っている。従来、空間像の強度分布の検出に際し
て用いられるステージ基準板と、二次元多点ＡＦ系のキ
ャリブレーションに際して用いられる平面基準板とは別
体に構成されていた。

【００１５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、温度変動などに起因する基準マーク板の変形
を良好に抑えて、高精度な同時ベースライン計測を行う
ことのできる露光装置を提供することを目的とする。ま
た、基板ステージ上に設けられた単一の基準平面板を用
いて空間像の強度分布の検出および二次元多点ＡＦ系の
キャリブレーションを行うことができ、ひいては装置の
小型化を図ることのできる露光装置を提供することを目
的とする。さらに、本発明の露光装置を用いて、良好な
露光条件のもとで良好なマイクロデバイスを製造するこ
とのできる、マイクロデバイスの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、マスクのパターン像を感光
性基板上に形成するための投影光学系と、前記感光性基
板を保持して移動するための基板ステージとを備えた露
光装置において、前記基板ステージに取り付けられて、
第１基準マークおよび第２基準マークを有する基準板
と、前記第１基準マークを検出するための第１検出系
と、前記投影光学系を介して前記第２基準マークを検出
するための第２検出系とを備え、前記基準板は、０．１
ｐｐｍ／°Ｃ以下の線膨張係数を有する材料で形成され
ていることを特徴とする露光装置を提供する。

【００１７】第１発明の好ましい態様によれば、前記基
準板は、前記第１基準マークおよび前記第２基準マーク
の形成された中央部と、該中央部よりも実質的に小さい
厚さを有する周辺部とを有し、前記基準板は、前記周辺
部を介して前記基板ステージに締結されている。また、
前記第１基準マークおよび前記第２基準マークの形成さ
れた前記基準板の表面は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長
をλとするとき、３λ以下のＰＶ値（peak to valley v
alue)を有する面精度で形成されていることが好まし
い。

【００１８】本発明の第２発明では、マスクのパターン
像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記
感光性基板を保持して移動するための基板ステージとを
備えた露光装置において、前記基板ステージに取り付け
られて、所定パターンが形成されたパターン領域と反射
領域とを有する基準板と、前記投影光学系および前記パ
ターン領域を介した光束を検出するための第１検出系
と、前記反射領域に斜め方向から光束を投射し、前記反
射領域で反射された光束に基づいて前記反射領域の面位
置を検出するための第２検出系とを備え、前記基準板の
反射領域は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長をλとすると
き、λ／２０以下のＰＶ値（peak to valley value)を
有する面精度で形成されていることを特徴とする露光装
置を提供する。

【００１９】第２発明の好ましい態様によれば、前記反
射領域は、前記パターン領域を包囲するように形成され
ている。また、前記反射領域は、反射層と、該反射層の
上に形成された保護層とを有することが好ましい。この
場合、前記保護層の厚さは、前記反射層の厚さの１０％
以下であることが好ましい。

【００２０】本発明の第３発明では、第１発明または第
２発明の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記
感光性基板上に露光する露光工程と、該露光工程により
露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含む
ことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず、非同時ベースライン計測の
原理を説明し、次いで同時ベースライン計測の原理につ
いて説明する。図１は、従来技術にしたがう非同時ベー
スライン計測の原理を模式的に示す図である。図１にお
いて、照明系の主コンデンサーレンズＩＣＬを介して均
一照明されるマスクＭは、マスクステージＭＳＴに保持
されている。ベースライン計測に際して、マスクステー
ジＭＳＴは、マスクＭの中心ＣＣが投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸと合致するように位置決めされる。

【００２２】一方、ウェハ（図１では不図示）を保持す
るためのウェハステージＷＳＴ上には、ウェハ表面に形
成されたアライメントマークすなわちウェハマークと同
等の基準マークＦＭが設けられている。ウェハステージ
ＷＳＴは、基準マークＦＭが投影光学系ＰＬの投影視野
内の所定位置にくるように位置決めされる。この状態
で、マスクＭの上方に設けられたＴＴＬ（スルーザレン
ズ）方式のアライメント系ＤＤＡによって、マスクＭに
形成されたアライメントマークすなわちマスクマークＭ
Ｍと基準マークＦＭとが同時に検出される。

【００２３】マスクマークＭＭとマスクＭの中心ＣＣと
の距離Ｌａは、設計上予め定まった値である。したがっ
て、投影光学系ＰＬの像面側（ウェハ側）におけるマス
クマークＭＭの投影点と中心ＣＣの投影点との距離は、
Ｌａ／ｍとなる。ここで、ｍはウェハ側からマスク側を
見たときの投影光学系ＰＬの倍率であり、投影倍率が１
／５倍の縮小投影光学系の場合はｍ＝５である。

【００２４】また、投影光学系ＰＬの外側（投影視野
外）には、オフ・アクシス方式のウェハアライメント系
ＯＷＡが設けられている。ウェハアライメント系ＯＷＡ
の光軸は、投影像面（投影光学系ＰＬの像面：ウェハ面
または基準マークＦＭの面）側では投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸと平行である。そして、ウェハアライメント系Ｏ
ＷＡの内部には、ウェハマークまたは基準マークＦＭを
位置検出する際の基準となる視標マークＴＭがガラス板
に設けられている。すなわち、視標マークＴＭは、投影
像面であるウェハ面または基準マークＦＭの面と光学的
にほぼ共役に配置されている。

【００２５】ベースライン量ＢＬは、図１に示すよう
に、マスクマークＭＭと基準マークＦＭとがアライメン
ト（光学的に位置合わせ）されたときのウェハステージ
ＷＳＴの位置Ｘ１と、指標マークＴＭと基準マークＦＭ
とがアライメントされたときのウェハステージＷＳＴの
位置Ｘ２とをレーザ干渉計等で計測し、２つの位置の差
（Ｘ１−Ｘ２）を計算することにより求められる。ベー
スライン量ＢＬは、その後にウェハマークをウェハアラ
イメント系ＯＷＡで位置検出して投影光学系ＰＬの投影
視野内の所定位置に位置決めするときの基準量となるも
のである。

【００２６】すなわち、ウェハ上のある露光領域の中心
と対応するウェハマークとの間隔をＸＰとし、ウェハマ
ークと指標マークＴＭとが合致したときのウェハステー
ジＷＳＴの位置をＸ３とすると、ウェハ上のある露光領
域の中心とマスクＭの中心ＣＣとをアライメントするに
は、位置Ｘ３とベースライン量ＢＬと間隔ＸＰとに依存
する量だけウェハステージＷＳＴを移動させればよい。
このように、オフ・アクシス方式のウェハアライメント
系ＯＷＡを用いてウェハマークを位置検出した後、ウェ
ハステージＷＳＴを所定量だけ移動させるだけで、マス
クＭのパターンをウェハ上の露光領域に対して正確に重
ね合わせて露光することができる。実際には、ウェハ上
に多数の露光パターンが焼き付けられているので、各パ
ターン毎に計測してベースライン量分移動させるのでは
なく、複数の露光パターン上にあるアライメントマーク
を計測し、ウェハ全体の位置ずれ回転を求め、ベースラ
イン量分差し引いた投影光学系光軸下で焼き付けをステ
ップ・アンド・リピートで行う。

【００２７】前述したように、上述の従来技術では、オ
フ・アクシス方式のアライメント系ＯＷＡの検出中心点
（指標マークＴＭの中心）と、マスクマークＭＭの投影
光学系ＰＬによる投影点との間の位置関係（ベースライ
ン量ＢＬ）の計測に際して、ウェハステージＷＳＴを移
動させ、レーザ干渉計でウェハステージＷＳＴの移動量
を求めている。このため、ウェハステージＷＳＴの移動
精度の誤差、レーザ干渉計のレーザビーム光路の空気ゆ
らぎ等の必然的に避けることのできない要因によって、
ベースライン計測の精度向上には自ずと限界があった。

【００２８】また、ＴＴＬ方式のアライメント系ＤＤＡ
の検出領域内に基準マークＦＭを位置決めするためのウ
ェハステージＷＳＴの移動と、オフ・アクシス・アライ
メント系ＯＷＡの検出中心点に基準マークＦＭを位置決
めするためのウェハステージＷＳＴの移動とが必要であ
り、ベースライン計測の処理速度を高めることにも自ず
と限界があった。

【００２９】そこで、前述したように、本出願人は、特
開平５−２１３１４号公報において、１つの基準マーク
板上に形成された第１基準マークおよび第２基準マーク
を、オフ・アクシス・アライメント系およびＴＴＬ方式
のマスクアライメント系で同時に検出して同時ベースラ
イン計測を行う技術を開示している。図２は、図１に対
応する図であって、本発明において用いられる同時ベー
スライン計測の原理を模式的に示す図である。図２にお
いて、オフ・アクシス・アライメント系ＯＷＡの検出中
心点とアライメントすべき第１基準マークＦＭ１、およ
びＴＴＬ方式のマスクアライメント系ＤＤＡを介してマ
スクマークＭＭとアライメントすべき第２基準マークＦ
Ｍ２を形成した基準マーク板ＦＭＰが、ウェハステージ
ＷＳＴ上に設けられている。

【００３０】そして、同時ベースライン計測時には、オ
フ・アクシス・アライメント系ＯＷＡの検出中心点と第
１基準マークＦＭ１との位置ずれ量ΔＤ１を求めると同
時に、ウェハステージＷＳＴを静止させた状態でマスク
マークＭＭと第２基準マークＦＭ２との位置ずれ量ΔＤ
２を求める。なお、基準マーク板ＦＭＰ上において、第
１基準マークＦＭ１と第２基準マークＦＭ２との間隔Ｂ
Ｌ０は、ベースライン量ＢＬの設計値とほぼ同じ値に設
定されている。こうして、ウェハステージＷＳＴを静止
させた状態で同時に計測した２つの位置ずれ量ΔＤ１お
よびΔＤ２と、既定値である間隔ＢＬ０との基づいて、
ベースライン量ＢＬを高精度に計測することができる。

【００３１】本発明の第１発明では、第１基準マークお
よび第２基準マークを有する基準板すなわち基準マーク
板が、基板ステージ（上述のウェハステージに対応）に
取り付けられている。ここで、第１基準マークは、上述
したオフ・アクシス・アライメント系のような第１検出
系によって検出される。また、第２基準マークは、上述
したＴＴＬ方式のマスクアライメント系のような第２検
出系により、投影光学系を介して検出される。具体的に
は、第１検出系としてのオフ・アクシス・アライメント
系が第１基準マークを検出している基準マーク板の静止
状態において、第２検出系としてのマスクアライメント
系は、マスクに形成されたマスクマークを検出するとと
もに、投影光学系を介して第２基準マークを検出する。

【００３２】そして、基準マーク板は、０．１ｐｐｍ／
°Ｃ以下の線膨張係数を有する材料、すなわち低膨張ガ
ラスや低膨張セラミックスのような低膨張材で形成され
ている。したがって、ある程度の範囲に亘って温度変動
が起こっても、基準マーク板の寸法が変化しにくく、ひ
いては第１基準マークと第２基準マークとの間隔が変化
しにくく、ベースラインの計測を高精度に行うことがで
きる。換言すると、第１発明では、温度変動などに起因
する基準マーク板の変形を良好に抑えて、高精度な同時
ベースライン計測を行うことができる。

【００３３】また、第１発明では、基準マーク板は、第
１基準マークおよび第２基準マークの形成された中央部
と、この中央部よりも実質的に小さい厚さを有する周辺
部とを有する。そして、基準マーク板は、周辺部を介し
て基板ステージに締結されている。このように、中央部
よりも実質的に小さい厚さを有する周辺部を介して基板
ステージに基準マーク板を締結する構成により、締結に
伴って発生する応力が中央部に影響を及ぼしにくくな
る。その結果、中央部が変形しにくくなり、ひいては第
１基準マークと第２基準マークとの間隔が変化しにくく
なり、ベースラインの計測を高精度に行うことができ
る。

【００３４】また、本発明の第２発明では、ナイフエッ
ジパターンのような所定パターンが形成されたパターン
領域と反射領域とを有する基準板すなわち基準平面板
が、基板ステージに取り付けられている。さらに、空間
像検出系のような第１検出系と、二次元多点ＡＦ系のよ
うな第２検出系とを備えている。ここで、第１検出系
は、投影光学系およびパターン領域を介して検出した光
束に基づいて、投影光学系による空間像の強度分布を検
出する。また、第２検出系は、反射領域に斜め方向から
光束を投射し、この反射領域で反射された光束に基づい
て、反射領域の面位置を検出する。

【００３５】そして、基準平面板の反射領域は、Ｈｅ−
Ｎｅレーザー光の波長をλ（＝６３３ｎｍ）とすると
き、λ／２０以下のＰＶ値（peak to valley value)を
有する面精度で形成されている。こうして、第２発明で
は、従来のステージ基準板と平面基準板とを単一の基準
平面板に一体化しているので、基板ステージ上に設けら
れた単一の基準平面板を用いて空間像の強度分布の検出
および二次元多点ＡＦ系のキャリブレーションを行うこ
とができ、ひいては装置の小型化を図ることができる。

【００３６】なお、従来のステージ基準板と平面基準板
とを単一の基準平面板に一体化して装置の小型化を図る
場合、ナイフエッジパターンの良好なパターンニング
と、二次元多点ＡＦ系のキャリブレーション用の反射領
域における高い平坦度の確保との両立が困難である。第
２発明では、小さなパターン領域を包囲するように反射
領域を形成している。そして、この反射領域を、たとえ
ばＡｌ（アルミニウム）からなる反射層と、この反射層
の上に形成されたＳｉＯ₂からなる保護層とで構成して
いる。

【００３７】この構成により、従来技術にしたがうＣｒ
（クロム）からなる反射層に比して反射層の膜応力の発
生を小さく抑えるとともに、膜応力による反射層の面変
化を保護層の作用によって良好に抑え、反射領域の面精
度を高く形成することができる。その結果、第２発明で
は、良好にパターンニング（形成）されたナイフエッジ
パターンと平坦度の高い反射領域とを有する基準平面板
を用いて、空間像の強度分布の検出および二次元多点Ａ
Ｆ系のキャリブレーションを高精度に行うことができ
る。

【００３８】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる露光装置
の構成を概略的に示す図であって、露光装置に搭載され
たオフ・アクシス・アライメント系（ＦＩＡ系）とマス
クアライメント系とでベースライン計測をしている状態
を示している。図３において、感光性基板であるウェハ
Ｗの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図３
の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図３
の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

【００３９】図３の露光装置は、露光光（照明光）を供
給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍ（Ｋｒ
Ｆ）または１９３ｎｍ（ＡｒＦ）の波長の光を供給する
エキシマレーザー光源を備えている。光源１から射出さ
れたほぼ平行光束は、ビーム整形光学系（ビームエキス
パンダー）２を介して所定断面の光束に整形された後、
干渉性低減部３に入射する。干渉性低減部３は、被照射
面であるマスクＭ上（ひいてはウェハＷ上）での干渉パ
ターンの発生を低減する機能を有する。干渉性低減部３
の詳細については、たとえば特開昭５９−２２６３１７
号公報に開示されている。

【００４０】干渉性低減部３からの光束は、第１フライ
アイレンズ４を介して、その後側焦点面に多数の光源を
形成する。これらの多数の光源からの光は、振動ミラー
５で偏向された後、リレー光学系６を介して第２フライ
アイレンズ７を重畳的に照明する。ここで、振動ミラー
５は、Ｘ軸周りに回動する折り曲げミラーであって、被
照射面での干渉パターンの発生を低減する機能を有す
る。こうして、第２フライアイレンズ７の後側焦点面に
は、多数の光源からなる二次光源が形成される。この二
次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８
により制限された後、コンデンサー光学系９を介して、
下側面に所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的
に均一照明する。

【００４１】マスクＭのパターンを透過した光束は、投
影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上に
マスクパターンの像を形成する。マスクＭは、マスクホ
ルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳＴに載置
されている。なお、マスクステージＭＳＴは、主制御系
（不図示）からの指令に基づき、マスクステージ制御部
（不図示）によって駆動される。このとき、マスクステ
ージＭＳＴの移動は、マスク干渉計（不図示）とマスク
ステージＭＳＴに設けられた移動鏡（不図示）とにより
計測される。

【００４２】一方、ウェハＷは、ウェハステージＷＳＴ
上のウェハホルダＷＨに真空チャックされている。ウェ
ハステージＷＳＴは、主制御系（不図示）からの指令に
基づき、ウェハステージ制御部（不図示）によって駆動
される。このとき、ウェハステージＷＳＴの移動は、ウ
ェハ干渉計ＷＩＦとウェハステージＷＳＴに設けられた
移動鏡ＷＭＲとにより計測される。こうして、ウェハス
テージＷＳＴは、Ｘ方向の移動機能、Ｙ方向の移動機
能、Ｚ方向の移動機能、Ｚ軸周りの回転機能、Ｘ軸周り
のチルト機能、およびＹ軸周りのチルト機能を有し、ウ
ェハ干渉計ＷＩＦとウェハステージ制御部とによりナノ
オーダで位置制御される。

【００４３】なお、ウェハステージＷＳＴ上には、ウェ
ハＷの露光面とほぼ同じ高さ位置に表面を有する基準マ
ーク板ＦＭＰが設けられている。図４は、ウェハステー
ジ上に設けられた基準マーク板の表面の構成を示す図で
ある。図４に示すように、基準マーク板ＦＭＰの表面に
は、たとえばクロム膜からなる反射部（図中斜線で示
す）が全体的に形成され、この反射部中に１つの第１基
準マークＦＭ１と一対の第２基準マークＦＭ２ａおよび
ＦＭ２ｂとが形成されている。

【００４４】第１基準マークＦＭ１は、ウェハＷに形成
されたアライメントマークすなわちウェハマーク（不図
示）と同等の基準マークであって、所定のピッチで縦横
に間隔を隔てて形成された複数の矩形状の微小反射部か
ら構成されている。一方、第２基準マークＦＭ２ａおよ
びＦＭ２ｂは、後述するようにマスクＭに形成されたア
ライメントマークすなわちマスクマークＭＭ（図６参
照）と重ねて検出される基準マークであって、二重四角
形状に配置された８つのスリット状の微小反射部から構
成されている。上述の第１基準マークＦＭ１および第２
基準マークＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂを構成する微小反射
部は、クロム膜からなる残しパターンである。

【００４５】そして、一対の第２基準マークＦＭ２ａお
よびＦＭ２ｂは、Ｘ方向に沿って配置されている。ま
た、Ｘ方向に沿った一対の第２基準マークＦＭ２ａの中
心点とＦＭ２ｂの中心点との中間点と、第１基準マーク
ＦＭ１の中心点とがＹ方向に沿って配置されている。さ
らに、一対の第２基準マークＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂの
中心点と第１基準マークＦＭ１の中心点とのＹ方向に沿
った距離は、ベースライン量の設計値と同じ値に設定さ
れている。なお、基準マーク板ＦＭＰのさらに詳細な構
成については、後述する。

【００４６】また、図３の露光装置は、基準マーク板Ｆ
ＭＰ上に形成された第１基準マークＦＭ１またはウェハ
Ｗに形成されたウェハマークを検出するための検出系と
して、オフ・アクシス・アライメント系すなわちＦＩＡ
（Field Image Alignment）系１１を備えている。図５
は、図３の露光装置に搭載されたＦＩＡ系の構成を概略
的に示す図である。図５を参照すると、ＦＩＡ系１１
は、波長帯域幅の広い照明光を供給するための光源５０
を備えている。光源５０として、たとえばハロゲンラン
プのような光源を使用することができる。光源５０から
の照明光は、図示を省略したリレー光学系を介して、た
とえば光ファイバーのようなライトガイド５１に入射
し、その内部を伝搬する。ライトガイド５１の射出端か
ら射出された照明光は、たとえば円形の開口部を有する
照明開口絞り５２を介して制限された後、コンデンサー
レンズ５３に入射する。

【００４７】コンデンサーレンズ５３を介した光は、照
明視野絞り（不図示）を介して照明リレーレンズ５４に
入射する。照明リレーレンズ５４を介した光は、ハーフ
プリズム５５を透過した後、第１対物レンズ５６に入射
する。第１対物レンズ５６を介した光は、反射プリズム
５７の反射面で図中下方に反射された後、基準マーク板
ＦＭＰ上に形成された第１基準マークＦＭ１（またはウ
ェハＷ上に形成されたウェハマーク）を落射照明する。
照明された第１基準マークＦＭ１（またはウェハマー
ク）からの反射光（回折光を含む）は、反射プリズム５
７および第１対物レンズ５６を介して、ハーフプリズム
５５に入射する。

【００４８】ハーフプリズム５５で図中上方に反射され
た光は、第２対物レンズ５８を介して、指標板５９上に
第１基準マークＦＭ１の像（またはウェハマークの像）
を形成する。第１基準マークＦＭ１の像（またはウェハ
マークの像）からの光は、リレーレンズ系６０およびそ
の光路中において照明開口絞り５２と光学的にほぼ共役
な位置に配置された結像開口絞り６１を介して、ＸＹ分
岐ハーフプリズム６２に入射する。そして、ＸＹ分岐ハ
ーフプリズム６２で反射された光はＹ方向用ＣＣＤ６３
に、ＸＹ分岐ハーフプリズム６２を透過した光はＸ方向
用ＣＣＤ６４に入射する。

【００４９】こうして、Ｙ方向用ＣＣＤ６３およびＸ方
向用ＣＣＤ６４の撮像面には、第１基準マーク像（また
はウェハマーク像）が指標板５９の指標パターン像とと
もに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ６３およびＸ方向用Ｃ
ＣＤ６４からの出力信号は、信号処理系６５に供給され
る。信号処理系６５では、信号処理（波形処理）により
第１基準マークＦＭ１（またはウェハマーク）の位置情
報が得られる。そして、得られた第１基準マークＦＭ１
（またはウェハマーク）の位置情報に基づいて、ベース
ラインの計測（またはウェハＷのＸＹ平面に沿ったアラ
イメント）を行うことができる。特に、ベースライン計
測時には、第１基準マークＦＭ１の位置情報として、指
標パターン像の中心点すなわちＦＩＡ系１１の検出中心
点に対する第１基準マークＦＭ１の位置ずれΔＤ１が得
られる。

【００５０】さらに、図３の露光装置は、マスクＭ上に
形成されたマスクマークＭＭを検出するとともに、投影
光学系ＰＬを介して基準マーク板ＦＭＰ上に形成された
第２基準マークＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂを検出するため
の検出系として、一対のＴＴＬ方式のマスクアライメン
ト系１２ａおよび１２ｂを備えている。なお、一対のマ
スクアライメント系１２ａおよび１２ｂは、互いに同じ
構成を有し、ＹＺ平面に関して対称に配置されている。

【００５１】図６は、図３の露光装置に搭載されたマス
クアライメント系の構成を概略的に示す図である。ま
た、図７は、マスクに形成されたマスクマークの構成を
概略的に示す図である。図７に示すように、マスクＭの
パターン領域ＰＡの外側において、一対の十字型のマス
クマークＭＭａおよびＭＭｂがＸ方向に沿って形成され
ている。なお、一対のマスクマークＭＭａおよびＭＭｂ
は、十字型のマーク部が光を遮光するように構成され
た、いわゆる残しパターンである。

【００５２】マスクアライメント系１２ａおよび１２ｂ
の使用に際して、図１のビーム整形光学系２と干渉性低
減部３との間の光路中に切り換えミラー（脱着ミラー：
不図示）が挿入位置決めされ、光源１からの露光光がマ
スクアライメント系１２ａおよび１２ｂの光路へ導かれ
る。以下、図１において手前に配置された（＋Ｘ側に配
置された）一方のマスクアライメント系１２ａに着目し
て、その構成を説明する。

【００５３】切り換えミラーを介してマスクアライメン
ト系１２ａの光路へ導かれた光源１からの光は、図示を
省略したリレー光学系を介して、たとえば光ファイバー
のようなライトガイド７１に入射し、その内部を伝搬す
る。ライトガイド７１の射出端から射出された照明光
は、たとえば円形の開口部を有する照明開口絞り（不図
示）を介して制限された後、コンデンサーレンズ７２に
入射する。コンデンサーレンズ７２を介した光は、マス
クＭのパターン面と光学的に共役に配置された照明視野
絞り７３を介して、照明リレーレンズ７４に入射する。

【００５４】照明リレーレンズ７４を介した光は、ハー
フミラー７５を透過した後、第１対物レンズ７６に入射
する。第１対物レンズ７６を介した光は、アフォーカル
レンズ７７を介して、抜き差しミラー７８に入射する。
抜き差しミラー７８で図中下方に反射された光は、マス
クＭ上に形成されたマスクマークＭＭａを落射照明す
る。なお、抜き差しミラー７８は、マスクアライメント
系１２の使用に際して光路中に挿入される脱着ミラーで
あって、露光中にはマスクアライメント系１２ａの光路
から退避するように構成されている。

【００５５】マスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬ
を介して、基準マーク板ＦＭＰ上に形成された一方の第
２基準マークＦＭａを照明する。ここで、マスクアライ
メント系１２ａの照明光は露光光と同じ波長を有する。
したがって、第２基準マークＦＭａの上には、対応する
マスクマークＭＭａの像が重なって形成される。すなわ
ち、マスクマークＭＭａの像により、対応する第２基準
マークＦＭａの照明が行われる。

【００５６】照明された第２基準マークＦＭａからの反
射光は、投影光学系ＰＬおよびマスクＭを介して、抜き
差しミラー７８に入射する。抜き差しミラー７８で反射
された光は、アフォーカルレンズ７７および第１対物レ
ンズ７６を介して、ハーフミラー７５に入射する。ハー
フミラー７５で反射された光は、アフォーカル系７９を
介してハーフミラー８０に入射する。ハーフミラー８０
を透過した光は、結像レンズ８１を介して低倍モニター
用ＣＣＤ８２に入射する。低倍モニター用ＣＣＤ８２の
出力は、図示を省略したモニターに供給される。

【００５７】一方、ハーフミラー８０で反射された光
は、第２対物レンズ８３を介して、ＸＹ分岐ハーフミラ
ー８４に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフミラー８４
を透過した光はＸ方向一次元アレイセンサ８５に、ＸＹ
分岐ハーフミラー８４で反射された光はＹ方向一次元ア
レイセンサ８６に入射する。こうして、低倍モニター用
ＣＣＤ８２、Ｘ方向一次元アレイセンサ８５およびＹ方
向一次元アレイセンサ８６の撮像面には、マスクマーク
ＭＭａと第２基準マーク像ＦＭ２ａとの合成像が形成さ
れる。

【００５８】なお、一般的に、投影光学系ＰＬのマスク
側のテレセントリシティが完全ではないため、マスクの
厚さが変わるとデフォーカスが生じ各撮像面に形成され
るマスクマークと基準マーク像ＦＭ２ａに微妙な位置ず
れが発生してしまう。このようなことが起こる理由は、
基準マーク側のテレセントリシティは投影光学系光軸に
平行であるが、マスクマーク側の光軸は平行ではない。
よって、基準マークからの反射光束とマスクマークから
の反射光束とは角度が異なるためである。ピント位置検
出方法として、マスクマーク像のコントラストが最も良
くなるような位置を探して行う方法、またマークのエッ
ジの倒れが最も少ない位置を探す方法がある。これら
は、撮像したマーク像を画像処理することにより容易に
実現できる。この場合、アフォーカルレンズ７７を光軸
方向に沿って微動させフォーカスを合わせることによ
り、マスクの厚さが変化しても前記相対位置ずれが発生
せず良好な位置ずれ量検出をすることができる。こうし
て、一方のマスクアライメント系１２ａによりマスクマ
ークＭＭａおよび第２基準マーク像ＦＭ２ａが検出さ
れ、他方のマスクアライメント系１２ｂによりマスクマ
ークＭＭｂおよび第２基準マーク像ＦＭ２ｂが検出され
る。

【００５９】そして、ベースライン計測に先立って、一
対のマスクマークＭＭａおよびＭＭｂの位置情報に基づ
いて、マスクＭの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合
致するようにマスクステージＭＳＴを微動させる。この
とき、低倍モニター用ＣＣＤ８２を介してモニターに表
示された画像に基づいて、マスクＭを投影光学系ＰＬに
対して粗精度でプリアライメントする。次いで、Ｘ方向
一次元アレイセンサ８５およびＹ方向一次元アレイセン
サ８６を介して得られた一対のマスクマークＭＭａおよ
びＭＭｂの位置情報に基づいて、マスクＭを投影光学系
ＰＬに対して細精度でファイナルアライメントする。

【００６０】次いで、ＦＩＡ系１１の検出中心点と第１
基準マークＦＭ１との位置ずれ量ΔＤ１を求めた状態か
らウェハステージＷＳＴを移動させることなく静止させ
た状態で、Ｘ方向一次元アレイセンサ８５およびＹ方向
一次元アレイセンサ８６の出力信号に基づいて、マスク
マークＭＭａと第２基準マークＦＭ２ａとの位置ずれ量
ΔＤ２ａおよびマスクマークＭＭｂと第２基準マークＦ
Ｍ２ｂとの位置ずれ量ΔＤ２ｂを求める。すなわち、検
出系としてのＦＩＡ系１１が第１基準マークＦＭ１を検
出している基準マーク板ＦＭＰの静止状態において、検
出系としてのマスクアライメント系１２ａおよび１２ｂ
は、マスクＭに形成されたマスクマークＭＭａおよびＭ
Ｍｂをそれぞれ検出するとともに、投影光学系ＰＬを介
して第２基準マークＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂをそれぞれ
検出する。

【００６１】ここで、前述したように、基準マーク板Ｆ
ＭＰ上において、一対の第２基準マークＦＭ２ａおよび
ＦＭ２ｂの中心点と第１基準マークＦＭ１の中心点との
Ｙ方向に沿った距離ＢＬ０は、ベースライン量ＢＬの設
計値と同じ値に設定されている。こうして、ウェハステ
ージＷＳＴを静止させた状態で同時に計測した位置ずれ
量ΔＤ１、ΔＤ２ａおよびΔＤ２ｂと、既定値である間
隔ＢＬ０との基づいて、ベースライン量ＢＬが高精度に
計測される。

【００６２】本実施形態では、基準マーク板ＦＭＰが、
０．１ｐｐｍ／°Ｃ以下の線膨張係数を有する材料、す
なわち低膨張ガラスや低膨張セラミックスのような低膨
張材で形成されている。具体的には、たとえば、低熱膨
張ガラスとして、チタン珪酸ガラス（例えば米国ニュー
ヨーク州コーニング市のコーニングインコーポレイテッ
ド(Corning Incorporated)から入手可能なＵＬＥ（商
標））、同じくコーニングインコーポレイテッドから入
手可能なゼロデュア（商標）、神奈川県相模原市の株式
会社オハラから入手可能なクリアセラムＺ(CLIARCERA
M Z)（商標）等が挙げられる。ここで、ＵＬＥの熱膨張
係数は＋０．０５ｐｐｍ／Ｋであり、ゼロデュアの熱膨
張係数は−０．０３ｐｐｍ／Ｋであり、クリアセラムＺ
の熱膨張係数は０．０８ｐｐｍ／Ｋである。

【００６３】したがって、本実施形態では、ある程度の
範囲に亘って温度変動が起こっても、基準マーク板ＦＭ
Ｐの寸法が変化しにくく、ひいては一対の第２基準マー
クＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂの中心点と第１基準マークＦ
Ｍ１の中心点とのＹ方向に沿った距離ＢＬ０が変化しに
くく、ベースラインの計測を高精度に行うことができ
る。換言すると、本実施形態では、温度変動などに起因
する基準マーク板ＦＭＰの変形を良好に抑えて、高精度
な同時ベースライン計測を行うことができる。

【００６４】図８は、基準マーク板の全体的な形状およ
び基準マーク板のウェハステージへの取付け態様を示す
図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ
−Ａに沿った断面図を示している。図８に示すように、
基準マーク板ＦＭＰは、第１基準マークＦＭ１および第
２基準マークＦＭ２（ＦＭ２ａ，ＦＭ２ｂ）の形成され
た中央部８０と、この中央部８０よりも実質的に小さい
厚さを有する周辺部８１とを有する。周辺部８１には、
基準マーク板ＦＭＰの表面に沿って外側へ突出する複数
の突出部８２が設けられている。そして、基準マーク板
ＦＭＰは、周辺部８１の突出部８２を介して、たとえば
ビス８３のような締結手段によりウェハステージＷＳＴ
に取り付けられている。

【００６５】このように、本実施形態では、中央部８０
よりも実質的に小さい厚さを有する周辺部８１を介して
ウェハステージＷＳＴに基準マーク板ＦＭＰを締結する
構成により、締結に伴って発生する応力が中央部８０に
影響を及ぼしにくくなる。その結果、中央部８０が変形
しにくくなり、ひいては第１基準マークＦＭ１と第２基
準マークＦＭ２との間隔、すなわち一対の第２基準マー
クＦＭ２ａおよびＦＭ２ｂの中心点と第１基準マークＦ
Ｍ１の中心点とのＹ方向に沿った距離ＢＬ０が変化しに
くくなり、ベースラインの計測を高精度に行うことがで
きる。本実施形態では、Ｙ方向に沿った方向にベースラ
イン量が発生しているが、ＸＹ平面内のどの方向にどれ
だけ離れていても構わない。

【００６６】また、従来、基準マーク板は、ウェハステ
ージに取り付けられた台座に対して接着剤を介して固着
されていた。本実施形態では、従来技術とは異なり、接
着剤を用いることなく基準マーク板ＦＭＰをウェハステ
ージＷＳＴに取り付けているので、温度変動による接着
剤の比較的大きな変形の悪影響を回避することができ
る。さらに、接着剤を用いていないので、レーザー光の
照射による有害ガス（たとえばレンズ表面を曇らせてそ
の光透過率の低下を招くような有害ガス）の発生を回避
することができる。

【００６７】さらに、本実施形態では、第１基準マーク
ＦＭ１および第２基準マークＦＭ２の検出精度を高く確
保するために、これらのマークが形成された基準マーク
板ＦＭＰの表面が高い平坦度を有することが好ましい。
具体的には、基準マーク板ＦＭＰの表面は、面精度の通
常計測光であるＨｅ−Ｎｅレーザー光の波長をλ（＝６
３３ｎｍ）とするとき、３λ以下のＰＶ値（peak to va
lley value)を有する面精度で形成されていることが好
ましい。

【００６８】なお、上述の説明では、通常の反射率（た
とえば１５％〜３０％）を有する通常マスクを想定し
て、第２基準マークＦＭ２を残しパターンで形成してい
る。しかしながら、たとえば反射率が０％〜１５％程度
の低反射マスクや、ハーフトーンマスクを用いる場合に
は、第２基準マークＦＭ２の二重四角形状のマーク部を
非反射部として構成し、いわゆる抜きパターンで形成す
ることが好ましい。もちろん、通常マスクを用いる場合
であっても、必要に応じて、第２基準マークＦＭ２を抜
きパターンで形成することもできる。

【００６９】図９は、図３に対応する図であって、露光
装置に搭載された斜入射方式の二次元多点ＡＦ系のキャ
リブレーションおよび投影光学系による空間像の強度分
布の検出を行っている状態を示している。図９に示すよ
うに、ウェハステージＷＳＴ上には、ウェハＷの露光面
とほぼ同じ高さ位置に表面を有する基準平面板ＳＰが設
けられている。図１０は、ウェハステージ上に設けられ
た基準平面板の構成を示す図である。なお、基準平面板
ＳＰは、二次元多点ＡＦ系のキャリブレーションのため
の平面基準板と、投影光学系による空間像の強度分布の
検出のためのステージ基準板とを一体化した単一の基準
板である。

【００７０】基準平面板ＳＰは、図１０（ａ）に示すよ
うに、たとえば切り欠き円形状の石英ガラス板１１０か
らなり、その表面には円形状の小さなパターン領域１１
１と、このパターン領域１１１を包囲するように配置さ
れた矩形状の反射領域１１２とが形成されている。パタ
ーン領域１１１のほぼ全体は、たとえばクロム膜からな
る反射部（遮光部）１１１ａによって形成され、この反
射部１１１ａの中心に正方形状の光透過部１１１ｂが形
成されている。あるいは、反射部１１１ａの中央部に、
Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の第１光透過部１１
１ｃおよびＹ方向に沿って細長く延びた矩形状の第２光
透過部１１１ｄが形成されている。

【００７１】ここで、正方形状の光透過部１１１ｂ、あ
るいは矩形状の第１光透過部１１１ｃおよび第２光透過
部１１１ｄは、いわゆるナイフエッジパターンを構成し
ている。以下、パターン領域１１１には正方形状の光透
過部１１１ｂが形成されているものとして説明する。一
方、反射領域１１２は、図１０（ｂ）に示すように、た
とえばＡｌ（アルミニウム）からなる反射層１１２ａ
と、この反射層１１２ａの上に形成されたＳｉＯ₂から
なる保護層１１２ｂとから構成されている。ここで、反
射層１１２ａは約９５０オングストロームの厚さを有
し、保護層１１２ｂは約５０オングストロームの厚さを
有する。また、反射領域１１２のＹ方向に沿った両側に
は、一対の回転調整マーク１１３ａおよび１１３ｂが形
成されている。

【００７２】ところで、基準平面板ＳＰは複数の板バネ
によって台座（不図示）に取り付けられ、この台座は複
数の板バネによってウェハステージＷＳＴに取り付けら
れている。このとき、上述の一対の回転調整マーク１１
３ａおよび１１３ｂを用いることにより、パターン領域
１１１に形成された正方形状の光透過部１１１ｂの隣接
する２つの辺（エッジ）がそれぞれＸ方向およびＹ方向
に合致するように（あるいはパターン領域１１１に形成
された矩形状の第１光透過部１１１ｃの長手方向および
第２光透過部１１１ｄの長手方向がそれぞれＸ方向およ
びＹ方向に合致するように）、基準平面板ＳＰがウェハ
ステージＷＳＴに取り付けられる。

【００７３】また、図３の露光装置は、投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸの方向すなわちＺ方向に沿ったウェハＷの面
位置を検出するための検出系として、いわゆる斜入射方
式の二次元多点ＡＦ系（オートフォーカス系）１３を備
えている。この二次元多点ＡＦ系１３は、検出光として
波長幅の広い白色光を供給するための光源として、たと
えばハロゲンランプ（不図示）を備えている。光源から
の照明光はリレー光学系（不図示）を介して、ライトガ
イド９０に入射する。ライトガイド９０の内部を伝搬し
た光は、コンデンサーレンズ９１を介してほぼ平行光束
に変換された後、偏向プリズム９２に入射する。

【００７４】偏向プリズム９２は、コンデンサーレンズ
９１からのほぼ平行光束を、屈折作用により偏向させ
る。また、偏向プリズム９２の射出側には、Ｘ方向に延
びる細長い透過部とＸ方向に延びる細長い遮光部とが一
定のピッチで交互に設けられた透過型格子パターンが形
成されている。偏向プリズム９２の透過型格子パターン
を透過した光は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な光
軸に沿って配置された投射用集光レンズ９３に入射す
る。投射用集光レンズ９３を介した光束は、ミラー９４
および投射用対物レンズ９５を介して、所要の入射角で
基準平面板ＳＰまたはウェハＷに達する。

【００７５】すなわち、二次元多点ＡＦ系１３のキャリ
ブレーション時には、検出光が基準平面板ＳＰへ入射す
る。また、二次元多点ＡＦ系１３の計測時には、検出光
がウェハＷの表面へ入射する。こうして、基準平面板Ｓ
Ｐのパターン領域１１１上および反射領域１１２上（ま
たはウェハＷの露光面）には、二次元スリット投影パタ
ーンとしての格子パターンの一次像が形成される。基準
平面板ＳＰの表面（またはウェハＷの露光面）で反射さ
れた光は、受光用対物レンズ９６および振動ミラー９７
を介して、受光用集光レンズ９８に入射する。

【００７６】受光用集光レンズ９８を介した光は、上述
の偏向プリズム９２と同様の構成を有するアオリ補正プ
リズム９９に入射する。こうして、アオリ補正プリズム
９９の入射面には、格子パターンの二次像が形成され
る。なお、アオリ補正プリズム９９の入射面には、遮光
手段としての二次元受光スリットが設けられている。ア
オリ補正プリズム９９の射出面から射出された光は、一
対のレンズで構成されるリレー光学系１００に入射す
る。リレー光学系１００を介した光は、アオリ補正プリ
ズム９９の入射面上に形成された格子パターンの二次像
と受光スリットの開口部との共役像を、受光部１０１の
受光面上に形成する。

【００７７】受光部１０１の受光面には、受光スリット
の複数の開口部に光学的に対応するように、二次元受光
センサとしての複数のシリコン・フォト・ダイオードが
設けられている。なお、基準平面板ＳＰの表面が投影光
学系ＰＬの像面と一致する状態において、格子パターン
が形成された偏向プリズム９２の射出面と基準平面板Ｓ
Ｐの表面、および二次元受光スリットの形成されたアオ
リ補正プリズム９９の入射面と基準平面板ＳＰの表面と
がシャインプルーフの条件を満たした共役関係になって
いる。ここで、基準平面板ＳＰ（またはウェハＷ）が投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動する
と、アオリ補正プリズム９９の入射面上に形成される格
子パターンの二次像は、基準平面板ＳＰ（またはウェハ
Ｗ）の上下移動に対応してパターンのピッチ方向に横ず
れを起こす。

【００７８】こうして、光電顕微鏡の原理により、格子
パターンの二次像の横ずれ量を光電検出し、光電検出し
た横ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿っ
た基準平面板ＳＰ（またはウェハＷ）の面位置を検出す
る。また、二次元多点オートフォーカス方式にしたがっ
て投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った基準平面板ＳＰ
（またはウェハＷ）の面位置を二次元的に検出する。そ
して、たとえば後述する空間像検出系１４を用いて基準
平面板ＳＰの表面と投影光学系ＰＬの像面とを一致さ
せ、この状態において得られる受光部１０１の出力に基
づいて、二次元多点ＡＦ系１３のキャリブレーションが
行われる。

【００７９】また、二次元多点ＡＦ系１３の計測時に
は、キャリブレーション後の受光部１０１の出力に基づ
いて、ウェハステージＷＳＴをＺ方向に移動させたり、
Ｘ軸周りおよびＹ軸周りにチルトさせることにより、投
影光学系ＰＬのフォーカス方向にウェハＷの面位置を二
次元的にアライメントすることができる。なお、光電顕
微鏡の原理の詳細については、例えば特開昭５６−４２
２０５号公報に開示されている。また、二次元多点オー
トフォーカス方式の詳細については、例えば特開平６−
９７０４５号公報に開示されている。

【００８０】また、図３の露光装置は、投影光学系ＰＬ
による空間像の強度分布を検出するための検出系とし
て、いわゆる空間像検出系１４を備えている。図３を参
照すると、空間像検出系１４では、投影光学系ＰＬを介
して形成された空間像からの光または空間像に向かう光
が、基準平面板ＳＰのパターン領域１１１に形成された
正方形状の光透過部１１１ｂを通過し、受光用第１リレ
ーレンズ１０２に入射する。受光用第１リレーレンズ１
０２を介した光は、ミラー１０３で反射された後、受光
用第２リレーレンズ１０４を介してライトガイド１０５
の入射端に入射する。

【００８１】ライトガイド１０５の射出端から射出され
た光は、ミラー１０６で反射された後、送光用第１リレ
ーレンズ１０７を介してウェハステージＷＳＴの外部に
導き出される。ウェハステージＷＳＴの外部に導き出さ
れた光は、送光用第２リレーレンズ１０８を介して、た
とえばフォトマルのような受光センサ１０９によって受
光される。受光センサ１０９の出力は、不図示の処理系
の入力に接続されている。こうして、ウェハステージＷ
ＳＴを、ひいては光透過部１１１ｂをＸ方向およびＹ方
向に沿って移動させて得られる受光センサ１０９の出力
に基づいて、投影光学系ＰＬによる空間像の強度分布が
計測される。

【００８２】本実施形態では、石英ガラス板１１０から
なる基準平面板ＳＰの表面にクロム（Ｃｒ）を蒸着し、
たとえば電子ビーム露光技術を利用して、光透過部１１
１ｂ（あるいは光透過部１１１ｃおよび１１１ｄ）をパ
ターンニングする。次いで、レジストを塗布して、リフ
トアップ露光を行う。こうして、基準平面板ＳＰの表面
には、小さな円形状（たとえば直径４．５ｍｍ以下）の
パターン領域１１１が形成される。そして、パターン領
域１１１の周囲には、アルミニウムからなる反射層１１
２ａとＳｉＯ₂からなる保護層１１２ｂとが蒸着され
る。

【００８３】以上のように、本実施形態では、従来技術
と同様に、クロム膜をパターンニングすることにより、
光透過部１１１ｂ（あるいは光透過部１１１ｃおよび１
１１ｄ）を形成しているので、ナイフエッジパターンの
良好なパターンニングが可能である。また、クロム膜の
場合、形成後の膜応力により膜収縮が起こって面精度が
悪化するという不都合があるが、本実施形態ではクロム
膜からなるパターン領域１１１の大きさを非常に小さく
設定しているので、パターン領域１１１の反射部１１１
ａの面精度を高く形成することが可能である。

【００８４】一方、二次元多点ＡＦ系１３の基準反射面
の大部分を構成する反射領域１１２については、上述し
たように、アルミニウムからなる比較的厚い反射層１１
２ａの上に、ＳｉＯ₂からなる比較的薄い保護層１１２
ｂを形成している。この構成により、クロムからなる従
来の反射層に比してアルミニウムからなる反射層１１２
ａ反射層の膜応力の発生を小さく抑えるとともに、膜応
力による反射層１１２ａの面変化を保護層１１２ｂの作
用によって良好に抑え、反射領域１１２の面精度を高く
形成することが可能である。また、クロム、アルミニウ
ム、Ｓｉの代わりに、Ｔｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｂなどの物質、およびこ
れらの物質の酸化物あるいは窒化物も使用することが可
能である。また、本実施形態のクロム領域は、何ヶ所が
あっても構わない。

【００８５】具体的には、基準平面板ＳＰの反射領域１
１２を、面精度の通常計測光であるＨｅ−Ｎｅレーザー
光の波長をλ（＝６３３ｎｍ）とするとき、λ／２０以
下のＰＶ値（peak to valley value)を有する面精度で
形成することが可能である。また、非常に小さく設定さ
れたパターン領域１１１の反射部１１１ａも、反射領域
１１２と同等の面精度で形成することが可能である。

【００８６】したがって、本実施形態では、ウェハステ
ージＷＳＴ上に設けられた単一の基準平面板ＳＰを用い
て空間像の強度分布の検出および二次元多点ＡＦ系のキ
ャリブレーションを行うことができ、ひいては装置の小
型化を図ることができる。また、良好にパターンニング
（形成）されたナイフエッジパターン（光透過部１１１
ｂあるいは光透過部１１１ｃおよび１１１ｄ）と平坦度
の高い反射領域１１２とを有する基準平面板ＳＰを用い
て、空間像の強度分布の検出および二次元多点ＡＦ系の
キャリブレーションを高精度に行うことができる。

【００８７】本実施形態では、照明系によってマスクを
照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成
された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光
工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮
像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造する
ことができる。以下、図３および図９に示す本実施形態
の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定
の回路パターンを形成することによって、マイクロデバ
イスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につ
き図１１のフローチャートを参照して説明する。

【００８８】先ず、図１１のステップ３０１において、
１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０
３において、図３および図９に示す露光装置を用いて、
マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モ
ジュール）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショ
ット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０
４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジスト
の現像が行われた後、ステップ３０５において、その１
ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエ
ッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対
応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に
形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの
形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが
製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、
極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをス
ループット良く得ることができる。

【００８９】また、図３および図９に示す露光装置で
は、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路
パターン、電極パターン等）を形成することによって、
マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもで
きる。以下、図１２のフローチャートを参照して、この
ときの手法の一例につき説明する。図１２において、パ
ターン形成工程４０１では、各実施形態の露光装置を用
いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布さ
れたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフ
ィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によ
って、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パター
ンが形成される。その後、露光された基板は、現像工
程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経
ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、
次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

【００９０】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【００９１】その後、モジュール組み立て工程４０４に
て、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【００９２】なお、上述の実施形態では、エキシマレー
ザー光源を備えた露光装置に本発明を適用しているが、
これに限定されることなく、たとえば超高圧水銀ランプ
のような他の光源を有する露光装置に本発明を適用する
こともできる。また、スキャン型（走査型）の露光装置
にももちろん適用できる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、第１
基準マークおよび第２基準マークを有する基準マーク板
が基板ステージに取り付けられ、この基準マーク板は低
膨張ガラスや低膨張セラミックスのような低膨張材で形
成されている。したがって、ある程度の範囲に亘って温
度変動が起こっても、基準マーク板の寸法が変化しにく
く、ひいては第１基準マークと第２基準マークとの間隔
が変化しにくく、ベースラインの計測を高精度に行うこ
とができる。すなわち、温度変動などに起因する基準マ
ーク板の変形を良好に抑えて、高精度な同時ベースライ
ン計測を行うことができる。

【００９４】また、本発明では、ナイフエッジパターン
のような所定パターンが形成されたパターン領域と反射
領域とを有する基準平面板が基板ステージに取り付けら
れ、この基準平面板の反射領域は高い面精度で形成され
ている。具体的には、小さなパターン領域を包囲するよ
うに反射領域を形成し、この反射領域をアルミニウムか
らなる反射層とＳｉＯ₂からなる保護層とで構成してい
る。この構成により、反射層の膜応力の発生を小さく抑
えるとともに、膜応力による反射層の面変化を保護層の
作用によって良好に抑え、反射領域の面精度を高く形成
することが可能になる。

【００９５】こうして、本発明では、従来のステージ基
準板と平面基準板とを単一の基準平面板に一体化してい
るので、基板ステージ上に設けられた単一の基準平面板
を用いて空間像の強度分布の検出および二次元多点ＡＦ
系のキャリブレーションを行うことができ、ひいては装
置の小型化を図ることができる。また、良好にパターン
ニング（形成）されたナイフエッジパターンと平坦度の
高い反射領域とを有する基準平面板を用いて、空間像の
強度分布の検出および二次元多点ＡＦ系のキャリブレー
ションを高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術にしたがう非同時ベースライン計測の
原理を模式的に示す図である。

【図２】図１に対応する図であって、本発明において用
いられる同時ベースライン計測の原理を模式的に示す図
である。

【図３】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概
略的に示す図であって、露光装置に搭載されたオフ・ア
クシス・アライメント系（ＦＩＡ系）とマスクアライメ
ント系とでベースライン計測をしている状態を示してい
る。

【図４】ウェハステージ上に設けられた基準マーク板の
表面の構成を示す図である。

【図５】図３の露光装置に搭載されたＦＩＡ系の構成を
概略的に示す図である。

【図６】図３の露光装置に搭載されたマスクアライメン
ト系の構成を概略的に示す図である。

【図７】マスクに形成されたマスクマークの構成を概略
的に示す図である。

【図８】基準マーク板の全体的な形状および基準マーク
板のウェハステージへの取付け態様を示す図であって、
（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿った
断面図を示している。

【図９】図３に対応する図であって、露光装置に搭載さ
れた斜入射方式の二次元多点ＡＦ系のキャリブレーショ
ンおよび投影光学系による空間像の強度分布の検出を行
っている状態を示している。

【図１０】ウェハステージ上に設けられた基準平面板の
構成を示す図である。

【図１１】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを
得る際の手法のフローチャートである。

【図１２】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。

【符号の説明】

１光源２ビーム整形光学系３干渉性低減部４，７フライアイレンズ５振動ミラー６リレー光学系８開口絞り９コンデンサー光学系１１ＦＩＡ系１２マスクアライメント系１３二次元多点ＡＦ系１４空間像検出系ＦＭＰ基準マーク板ＳＰ基準平面板ＭマスクＭＳＴマスクステージＰＬ投影光学系ＷウェハＷＳＴウェハステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターン像を感光性基板上に形
成するための投影光学系と、前記感光性基板を保持して
移動するための基板ステージとを備えた露光装置におい
て、前記基板ステージに取り付けられて、第１基準マークお
よび第２基準マークを有する基準板と、前記第１基準マークを検出するための第１検出系と、前記投影光学系を介して前記第２基準マークを検出する
ための第２検出系とを備え、前記基準板は、０．１ｐｐｍ／°Ｃ以下の線膨張係数を
有する材料で形成されていることを特徴とする露光装
置。
【請求項２】前記基準板は、前記第１基準マークおよ
び前記第２基準マークの形成された中央部と、該中央部
よりも実質的に小さい厚さを有する周辺部とを有し、前記基準板は、前記周辺部を介して前記基板ステージに
締結されていることを特徴とする請求項１に記載の露光
装置。
【請求項３】前記第１基準マークおよび前記第２基準
マークの形成された前記基準板の表面は、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー光の波長をλとするとき、３λ以下のＰＶ値（pe
ak to valley value)を有する面精度で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】マスクのパターン像を感光性基板上に形
成するための投影光学系と、前記感光性基板を保持して
移動するための基板ステージとを備えた露光装置におい
て、前記基板ステージに取り付けられて、所定パターンが形
成されたパターン領域と反射領域とを有する基準板と、前記投影光学系および前記パターン領域を介した光束を
検出するための第１検出系と、前記反射領域に斜め方向から光束を投射し、前記反射領
域で反射された光束に基づいて前記反射領域の面位置を
検出するための第２検出系とを備え、前記基準板の反射領域は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長
をλとするとき、λ／２０以下のＰＶ値（peak to vall
ey value)を有する面精度で形成されていることを特徴
とする露光装置。
【請求項５】前記反射領域は、前記パターン領域を包
囲するように形成されていることを特徴とする請求項４
に記載の露光装置。
【請求項６】前記反射領域は、反射層と、該反射層の
上に形成された保護層とを有することを特徴とする請求
項４または５に記載の露光装置。
【請求項７】前記保護層の厚さは、前記反射層の厚さ
の１０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の
露光装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基
板上に露光する露光工程と、該露光工程により露光され
た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特
徴とするマイクロデバイスの製造方法。