JP2535889C

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Publication number: JP2535889C
Authority: JP
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Publication date: 1999-03-10

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ等の製造におけるリソグラフィー工程のマイクロパターン転写に用いられる(投影光学系)装置に関するものである。【従来の技術】従来、最先端の微細化したＬＳＩのパターン転写を量産時に行なうには超高圧
水銀ランプのｇ線スペクトル（波長４３３ｎｍ）で投射する縮小投影型露光装置
（ステッパー）が最も広く用られてきたが、今後さらに微細なパターン転写を高
いスループットで行なう装置としてＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレー
ザを光源とするステッパーが注目されている。エキシマレーザ光で結像する投影
レンズ系には月刊ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ１９８６年８月号
Ｐ６９〜に開示されているように、エキシマレーザを自然発振させた広いスペク
トル幅（例えば０．４ｎｍ程度）の光に対して色収差補正された広帯域レンズと
、発振スペクトル幅が０．０１ｎｍ程度以下のエキシマレーザ光に対応した狭帯
域レンズがある。広帯域レンズは石英とホタル石で構成され、広いスペクトル幅
のコヒーレンスの悪いエキシマレーザ光を用いることができるのでスペックルの
でる心配もなく、またレジストの非感光スペタトルの光に対しても収差補正が可
能なのでスルーザレンズアライメント（ＴＴＬ）のできる可能性が強いが、ＬＳ
Ｉの量産に需要の多いウェハ上で直径２２ｍｍ以上の転写領域を持ち、ＮＡ(開
口数)０．３５以上のレンズを作るのは現状のレンズ製造技術では困難である。これに対して狭帯域レンズは全て石英で構成され、製造技術も現状の最先端の
ものをもってすれば十分であるので早期に実用化されるものと期待されている。【発明が解決しようとする問題点】このような狭帯域レンズでは直径２２ｍｍ程度の領域で０．５μｍ以下の分解
能が得られたとしても、スルーザレンズアライメントを行なう良い技術がなかっ
た。その１つの理由は狭帯域レンズでは露光焼付用のエキシマレーザ光のスペク
トルでしか色消しされておらず、非感光光でアライメントしようとしても収差捕
正ができない為ウェハ面のパターンを高分解に観測できないことであり、他の理
由は露光焼付用のエキシマレーザ光をアライメントのための照明光に用いてアラ
イメントの位置ずれ計測をしようとしても、用いられるフォトレジストの吸収が
大きい場合がほとんどであり、レジストを通したウェハ面の観察ができないこと
である。本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、焼付光に対
して吸収の激しいレジストを用いてもＴＴＬアライメントを可能とし、良好な露
光位置合わせ精度が得られる投影光学装置を得ることを目的とする。【問題点を解決する為の手段】上記問題の解決の為に本発明では、投影レンズの瞳の部分からアライメント用
の非感光光（第２波長）を分岐して投影レンズ外に射出する構成とし、焼付露光
光（第１波長）のみが通過する投影レンズの部分（例えば瞳からレチクル側）は
、石英のみを用い、焼付露光光とアライメント光が通過する投影レンズの部分（
例えば瞳からウェハ側）は焼付露光光とアライメント用の別波長光に対して収差
補正されるように、例えば石英と螢石を用いて光学系を構成し、投影レンズ外部
のアライメント光専用の光学系はアライメント光のみに対して収差補正するよう
にした。【作用】本発明においては焼付光のみの通過する部分は、例えば狭帯域レーザのスペク
トル幅のみに対して収差補正すればよいので、レンズの製造が容易であり、瞳を
分割して光分岐要素（反射手段）を設けても焼付光の結像性能に対して悪影響を
与えず、アライメント光に対しても収差補正がなされ、アライメント光を非感光
光とすることで焼付光に対して吸収の激しいレジストを用いてもウェハ上のアラ
イメントマークを高い解像力で観察することができる。【実施例】図１は本発明の第１の実施例による投影光学装置の主な光学系の概略的な構成を示す斜視図であり、図２は本装置の全体構成を示す図である。図１において、回路パターン領域５０とアライメント用のマーク領域ＲＭＡ，
ＲＭＢとを有するレチクルＲは、レンズ群（前群）Ｌ₁とレンズ群（後群）Ｌ₂で
構成される投影レンズの光軸ＡＸに対して位置決めして保持される。前群Ｌ₁と
後群Ｌ₂との間には瞳ＥＰが空間中に位置し、瞳ＥＰの中心には瞳ＥＰの径より
も小さな寸法で反射ミラーＭが適宜の保持法により斜設される。レチクルＲの各
パターンは投影レンズにより感光基板としてのウェハＷ上に投影される。ウェハ
Ｗ上には予め複数のショット領域ＣＰがマトリックス状に形成されおり、その１
つのショット領域にレチクルＲのパターン領域５０の投影像５０’が重ね合わせ
て転写される。ウェハＷ上の各ショット領域にはレチクルＲのマーク領域ＲＭＡ
，ＲＭＢの各投影位置に対応して予めアライメント用のマーク領域ＷＭＡ，ＷＭ
Ｂが形成されている。さて、投影レンズ内の反射ミラーＭを通り、光軸ＡＸと直交する光軸ＡＸ’に
沿って、色フィルターＦＬ、検出光学系Ｌ₃、及びアライメント用の対物レンズ
系４０Ａ，４０Ｂが配置される。そして検出光学系Ｌ₃、反射ミラーＭ、後群Ｌ₂
との合成系は、ウェハＷの表面と共役な像面ＩＶを作り出す。この像面ＩＶ内の
位置ＡＰＡ，ＡＰＢには、ウェハＷ上のマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢの像が、ショ
ット領域のＣＰの像ＣＰ’を挟んで結像される。さらに像面ＩＶには、レチクル
Ｒのパターン領域５０とマーク領域ＲＭＡ，ＲＭＢのウェハＷ上、特に感光層（
レジスト）上に形成された投影像に関する光情報も結像することになる。従って
像面ＩＶの位置ＡＰＡには、レチクルＲのマーク領域ＲＭＡとウェハＷ上のマー
ク領域ＷＭＡとの重ね合わせに関する像が形成され、それは対物レンズ系４０Ａ
により観察又は検出される。同様にレチクルＲのマーク領域ＲＭＢとウェハＷの
マーク領域ＷＭＢとの重ね合わせに関する像は、対物レンズ系４０Ｂにより観察
、又は検出される。以上、図１に示した概略構成で、投影レンズの前群Ｌ₁はエキシマレーザ光等
の紫外域の露光光に対して吸収の少ない石英で構成され、後群Ｌ₂、ミラーＭ、
検出光学系Ｌ₃を含む合成系は、感光光（エキシマレーザ光）とは異なる特定波
長成分の光（アライメント用の照明光）に対して色収差が捕正される。本実施例では、後群Ｌ₂に石英以外にホタル石等が使われ、この後群Ｌ₂のみによって色収
差がある程度補正されるように構成される。また本実施例ではアライメント用の
照明光（別波長）は対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂを介してウェハＷへ送光される
。したがって本実施例ではウェハＷ上で生じたマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢとＲＭ
Ａ，ＲＭＢとの重ね合わせ（アライメント）状態を、瞳ＥＰから取り出して観察
することになる。尚、前群Ｌ₁と後群Ｌ₂から成る投影レンズは少なくとも像側（ウェハＷ側）が
テレセントリック系であればよく、後群Ｌ₂、ミラーＭ、検出光学系Ｌ₃から成る
合成系は両側（ウェハＷと像面ＩＶ）でテレセントリックとなるように構成され
る。次に本実施例の詳細な構成を図２を参照して説明する。尚、図２においては説
明の関係上、レチクルＲ上のマーク位置に対応した対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂ
の配置関係及びミラーＭの方向は図１に示したものと異なる。実際の装置化にお
いては図１に示すように２本の対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂの各光軸を含む平面
を水平にすることが望ましい。さて、ウェハＷに塗布されたレジスト層を感光させる波長域の発振スペクトル
を有するエキシマレーザ発振器１の内部には、射出するレーザ光の波長幅（スペ
クトル幅）を狭帯域するためのエタロン等が設けられている。発振されたレーザ
光（スペクトル幅０．０１ｎｍ以下）はビームスプリッタ３で一部反射され、ミ
ラー２ａ，２ｂで折り返された後、光量制御器４に入射する。光量制御器４はシ
ャッター、又は可変アテニュエータ等で構成され、レーザ光の光量を連続、又は
段階的に調整する。光量調整されたレーザ光は、エクスパンダ又はシリンドリカ
ルビームエクスパンダ等のビーム形状寸法変換器５、ミラー６，７，８を通った
後、照明強度の一様化を行なうフライアイ・レンズ９、フィールドルンズ１０、
反射率が透過率よも小さなビームスプリッタ１１を介して第１コンデンサレンズ
１２に入射する。第１コンデンサレンズ１２はレチクルＲへの照明領域を可変と
する開口形状・寸法可変のブラインド１３へ均一にレーザ光を入射させる。ブラ
インド１３を通過したレーザ光は第１コンデンサレンズ１４、ミラー１５、及び
メインコンデンサ１６を介してレチクルＲを一様の照度で照明する。ブラインド１３の開口像は第１コンデンサレンズ１４、メインコンデンサレンズ１６によっ
てレチクルＲ下面のパターン面（クロム層形成面）に結像され、ブラインド１３
の形状を変えることにより、レチクルＲのパターン面を選択的に照明することが
できる。さて、ビームスプリッタ１１は表面コートなしの石英平板、又は反射防止コー
トを行なった石英平板等で構成され、その表面反射を利用して、レーザ光の一部
をレンズ系３４を介してエネルギーモニター（光電素子等）３５に導びく。エネ
ルギーモニター３５はレンズ系３４で集光された一部のレーザ光の光量を検出し
て、ウェハＷに達するエネルギー量をモニターするために使われる。またビーム
スプリッタ３は上述した露光用照明系へレーザ光を送るとともに、レチクルＲの
マーク領域ＲＭＡ，ＲＭＢのみに部分的にレーザ光を送るために設けられが、通
常の半透過鏡以外に表面が鏡仕上げされた金属性メッシュ型のものでも同様に利
用できる。さらにビームスプリッタ３は光量損失のない点で全反射鏡に置き換え
て、必要に応じて光路に出し入れするようにしてもよい。ミラー６，７，９はレ
ーザ光の空間コヒーレンズが良く、スペックルが発生する場合、フライアイレン
ズ９に入射するレーザ光（ビーム）の角度を、エキシマレーザ光のパルス発光毎
に変える走査ミラーと置換することもできる。この場合１回のショット領域の露
光にあたって複数のパルス発光が必要であるが、ウェハＷ上におけるスペックル
の影響を小さくすることができる。さて、レチクルＲのマーク領域ＲＭＡ，ＲＭＢの上方には小さな全反射ミラー
ＭＡ，ＭＢが斜設され、駆動部ＭＡＤ，ＭＢＤにより、レチクルＲのパターン領
域５０に対する露光照明の妨害とならないように脱着駆動される。マーク領域Ｒ
ＭＡ，ＲＭＢに対する部分的なレーザ光の照射は、コンデンサーレンズ２１Ａ，
２１Ｂと視野絞り２０Ａ，２０Ｂを介して行なわれる。そのためビームスプリッ
タ３２で１：１の割合で分割され、一方はミラー３３を介して視野絞り２０Ａを
ほぼ均一に照明し、他方は不図示のミラーを介して視野絞り２０Ｂをほぼ均一に
照明する。そしてコンデンサーレンズ（対物レンズ）２１Ａ，２１Ｂの働きでレ
チクルＲのパターン面のマーク領域ＲＭＡ，ＲＭＢの夫々には視野絞り２０Ａ，
２０Ｂの開口像が投影される。また本実施例では投影レンズ（前群Ｌ₁，後群Ｌ ₂ ）を両側テレセントリックとするため、コンデンサーレンズ２１Ａ，２１Ｂの
各光軸は投影レンズの瞳ＥＰの中心を通り主光線と一致するように定められる。上記ミラーＭＡ，ＭＢ、視野絞り２０Ａ，２０Ｂ及びコンデンサーレンズ２１
Ａ，２１Ｂによって、露光光（エキシマレーザ光）を使ったアライメントのため
の照明系が構成される。これら照明系（ミラーＭＡ、視野絞り２０Ａ、コンデン
サーレンズ２１Ａ）はレチクルＲ上のマーク領域ＲＭＡの位置（すなわちパター
ン領域５０のサイズ）に応じて一体に可動に構成される。ミラーＭＢ、視野絞り
２０Ｂ、コンデンサーレンズ２１Ａから成る照明系も同様に構成される。さて、レチクルＲは駆動部ＲＤにより２次元的に可動なレチクルステージＲＳ
に保持され、レチクルＲを装置に対して位置決めするとき等は、不図示のレチク
ルアライメントセンサーでレチクルＲ上のマークを検出してレチクルステージＲ
Ｓをｘ，ｙ方向に並進移動させるとともに、ｘｙ平面内て回転移動させる。ところで、エキシマレーザ光の波長のもとでレチクルＲと共役に配置されたウ
ェハＷは、真空吸着により平面度を矯正して保持するウェハホルダーＷＨに載置
され、このホルダーＷＨはウェハステージＷＳ上に取り付けられる。ウェハステ
ージＷＳは水平面（ｘ，ｙ平面）内で２次元的に移動するＸＹステージと、その
上に光軸ＡＸに沿って上下動するＺステージとで構成され、そのＺステージの上
にはウェハホルダーＷＨを微小回転させるθステージが設けられている。これら
ＸＹステージ、Ｚステージ、θステージは不図示ではあるが駆動部ＳＤにより適
宜所定の動きをするように各々独立に駆動される。図２ではＸ，Ｙ，Ｚ，θの独
立した駆動機能を１つの駆動部ＳＤに代表して示してある。またＺステージはウ
ェハＷを上下動させて、投影レンズによるレチクルＲのパターン（又はマーク）
像をウェハＷのレジスト層に結像させるためのものであり、例えば公知のフォー
カスセンサーＡＦ₁，ＡＦ₂とともに働く。フォーカスセンサーＡＦ₁，ＡＦ₂はウ
ェハ表面の位置がレチクルＲの投影像面からどれだけずれているのかを光学式に
計測するもので、ウェハＷ上の投影領域内にレジスト層を感光させない波長成分
の光を斜入射させる方式のものである。またウェハＷの２次元的な位置、すなわちウェハステージＷＳの座標位置はレーザ光波干渉式測長器（干渉計）１８により検出される。図２では干渉計１８が
一次元方向にしか示していないが、ｘ方向とｙ方向との夫々について独立に干渉
計が設けられる。一方、先に説明したエネルギーモニター３５からの出力信号は露光量制御部３
６に入力する。この制御部３６はレーザ光のパルス発光が行なわれる毎に、その
パルスの光量を積算して予め設定された適正露光量が得られるように、エキシマ
レーザ発振器１に対してトリガ信号を出力するとともに光量制御器４に所定の制
御信号を出力する。次に、本実施例の特徴的な部分であるアライメント光学系について説明する。
図１にも示したように前群Ｌ₁と後群Ｌ₂の間の瞳ＥＰの位置には小ミラーＭが配
置され、光軸ＡＸ’に沿って色フィルターＦＬ、検出光学系Ｌ₃、アライメント
用対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂが設けられる。本実施例では前群Ｌ₁と後群Ｌ₂に
よる投影レンズの全系はエキシマレーザ光の波長スペクトルに対して良好に収差
補正される。この際、前群Ｌ₁は石英のみによってレンズ素子が構成され、後群
Ｌ₂は石英とホタル石とによってレンズ素子が構成される。そして後群Ｌ₂と検出
光学系Ｌ₃による合成系は、レジスト層に対して非感光の波長成分、例えば水銀
ランプの緑、黄、橙、赤色のスペクトル領域にある発光スペクトル（輝線）の少
なくとも１つ、又はＣＷ（連続発振）レーザ光の発振スペクトルに対して収差が
補正される。もちろん完全に収差補正されることが望ましいが、露光用のレーザ
光波長とアライメントに使う照明光波長との組み合わせによっては、必らずしも
完全に補正されるとは限らない。この補正の程度はアライメントに支障のない程
度で、ウェハＷ上のパターン（マーク）が像面ＩＶ上で十分解像できていればよ
い。さて、色フィルターＦＬはウェハＷからの光情報のうち露光用のレーザ光の波
長成分をカットし、アライメント用の光の波長域を通過させるものであり、紫外
域の光によって検出光学系Ｌ₃や対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂ等のガラス材料が
変質することを防ぐ働きもある。このフィルターＦＬ自体が紫外域の光により変
質する場合は、フィルターＦＬのみを交換可能にしておけばよい。別波長のアラ
イメント用照射光は、光ファイバー４３Ａ，４３Ｂによって所定の光源３から導びかれ、コンデンサーレンズ４２Ａ，４２Ｂ、ビームスプリッタ４１Ａ，４１Ｂ
をそれぞれ介して対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂに入射し、検出光学系Ｌ₃を通っ
てミラーＭに達し、ここで瞳ＥＰの中心部に相当する領域に照明光が通るように
反射されて後群Ｌ₂に入射する。別波長の照明光はウェハＷ上のマーク領域ＷＭ
Ａ，ＷＭＢの夫々を含む局所領域を照射する。そしてマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢ
からの光情報（反射光、又はレジスト層から発生する螢光等）は再び後群Ｌ₂、
小ミラーＭ、検出光学系Ｌ₃を介して像面ＩＶに結像する。これら像は対物レン
ズ系４０Ａ，４０Ｂによりビームスプリッタ４１Ａ，４１Ｂ介して撮像素子４４
Ａ，４４Ｂの各受光面に再結像される。この撮像素子４４Ａ（４４Ｂ）はウュハ
Ｗ上のマーク領域ＷＭＡ（ＷＭＢ）に形成されたアライメントマークの像を、光
ファイバー４３Ａ（４３Ｂ）からの照明光のもとで検出するとともに、マーク領
域ＷＭＡ（ＷＭＢ）の上に塗布されたレジスト層から発生する螢光による像も検
出することができる。レジスト層からの螢光の発生は、本実施例ではレチクルＲ
のマーク領域ＲＭＡ，ＲＭＢをエキシマレーザ光で照明して投影レンズによりレ
ジスト層にマーク像を投影したときに起きる。すなわち本実施例では、レジスト
層に投影露光されたレチクルＲのマークパターンの螢光像と、レジスト層の下地
に形成されているマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢとをミラーＭ、検出光学系Ｌ₃、対
物レンズ系４０Ａ，４０Ｂ及び撮像素子４４Ａ，４４Ｂ等から成るアライメント
光学系で検出することにより、レチクルＲのパターン領域５０とウェハＷ上の１
つのショット領域ＣＰとを位置合わせするように構成した。さて、このアライメント光学系は、レチクルＲ上のマーク領域とウェハＷ上の
マーク領域との位置が回路パターンのサイズや種類によって異なるため、像面Ｉ
Ｖ上での観察位置が変えられるようになっている。具体的には対物レンズ系４０
Ａ（４０Ｂ）、ビームスプリッタ４１Ａ（４１Ｂ）、コンデンサーレンズ４２Ａ
（４２Ｂ）、光ファイバー４３Ａ（４３Ｂ）及び撮像素子４４Ａ（４４Ｂ）が一
体になって、像面ＩＶに平行な面内で２次元的に移動、固定できるようにする。またレジスト層から発生する螢光のスペクトルのうち、アライメントの際の結
像の使われるスペクトルは、光ファイバー４３Ａ，４３Ｂから射出される別波長
照明光のスペクトルと一致させるようにした方が色収差補正の点からは望ましい。そのために、ミラーＭから撮像素子４４Ａ，４４Ｂまでの光路中に光学的なバ
ンドパスフィルター等を挿入する。光ファイバー４３Ａ，４３Ｂの他端に位置す
る光源は図示されてはいないが、必要に応じて光を断続できるような構成（シャ
ッター等）になっている。そして撮像素子４４Ａ，４４Ｂとしてはフォトダイオ
ードアレー、ＩＴＶカメラ（撮像管、ＣＣＤ）、又は走査スリットと光検知器の
組み合わせ等を用いることができる。尚、撮像素子は２次元の他に１次元のもの
でも利用でき、この場合は撮像光路を２つに分け、各光路に１次元の撮像素子を
互いに直交する方向（ｘ，ｙ）に伸びるように位置し、該２方向について独立に
一次元の像検出できるように構成する。撮像素子４４Ａ，４４Ｂからの各画像信
号は信号処理部４５に入力し、検出した像の位置情報に変換される。さて、中央制御部４６は装置全体を総括制御し、アライメントシーケンスや露
光シーケンスも管理する。中央制御部４６は干渉系１８からの座標情報信号処理
部４５からの位置情報等の入力に基づいて、ウェハステージＷＳのＸＹステージ
の移動（アライメントのための微動やステップアンドリピート露光時のステッピ
ング）を指令するとともに、フォーカスセンサーＡＦ₁，ＡＦ₂からの位置ずれ情
報の入力に基づいてウェハステージＷＳ内のＺステージの移動を指令する。さら
に中央制御部４６は露光量制御部３６に露光開始指令や適正露光量情報等を送る
とともに、露光量制御部３６からは露光状態の情報を受け取る。また中央制御部
４６はレチクルＲのマーク領域のみを照明するエキシマレーザ光に対するシャッ
ター３１に開閉指令を出力するとともに、レチクルＲのアライメント時には駆動
部ＲＤに駆動指令を出力する。図３は、本実施例の装置に装着されるレチクルＲのパターン配置を示す平面図
である。図３において矩形のパターン領域５０の中心には光軸ＡＸが通るように
設定され、この中心を原点としてｘｙ座標軸を定めたとき、マーク領域ＲＭＡ，
ＲＭＢはパターン領域５０の両脇のＸ軸上に設けられる。マーク領域ＲＭＡ内に
はアライメント用のマークＲＸＡ，ＲＹＡが設けられ、マークＲＸＡはｙ方向に
伸びた複数のスリットをｘ方向に配列したもので、マークＲＹＡはｘ方向に伸び
た複数のスリットをｙ方向に配列したものである。マーク領域ＲＭＢ内にも同様
のマークＲＸＢ，ＲＹＢが設けられる。これらマークＲＸＡ，ＲＸＢはＸ方向のアライメント（又は位置ずれ）検出に使われ、マークＲＹＡ，ＲＹＢはｙ方向の
アライメント（又は位置ずれ）検出に使われる。図４は上記マークＲＸＡ，ＲＸＢ，ＲＹＡ，ＲＹＢのうちマークＲＸＡ，ＲＸ
Ｂを拡大した様子を示す平面図であり、本実施例では５本のスリットパターンＲ
Ｘ₁，ＲＸ₂，……ＲＸ₅で構成され、このスリットパターン部のみが光透過性に
なっている。スリットパターンＲＸ₁，ＲＸ₂，……ＲＸ₅の各々の幅と長さは同
一に定められ、一定の間隔ｄ_sで並んでいるものとする。図５はウェハＷ上にステップアンドリピート露光により形成されたショット領
域ＣＰとマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢの配列を示す平面図であり、各ショット領域
ＣＰの両脇のストリート（スクライブ）線上にマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢが形成
される。これらショット領域ＣＰとマーク領域ＷＭＡ，ＷＭＢとは例えば第１層
の露光時に同時に転写されるものである。各マーク領域ＷＭＡにはｘ方向の位置
ずれを検出するためのマークＷＸＡとｙ方向の位置ずれを検出するためのマーク
ＷＹＡとが形成され、マークＷＭＡはｙ方向に伸びたスリットパターンをｘ方向
に複数本配列したものであり、マークＷＹＡはｘ方向に伸びたスリットパターン
をｙ方向に複数本配列したものである。各マーク領域ＷＭＢについても同様のマ
ークＷＸＢ，ＷＹＢが形成される。図６はウェハＷ上のマークＷＸＡ，ＷＹＡ，ＷＸＢ，ＷＹＢのうちマークＷＸ
Ａ，ＷＸＢの形状を拡大して示す平面図である。マークＷＸは４本のスリット状
のパターンＷＸ₁，ＷＸ₂，ＷＸ₃，ＷＸ₄で構成され、各パターンＷＸ₁〜ＷＸ₄は
ともに同一の幅、長さに定められ、そのピッチも一定に定められる。このパター
ンＷＸ₁〜ＷＸ₄の夫々のｘ方向の幅は、レチクルＲ上の寸法に換算したときマー
クＲＸのスリットパターンＲＸ₁〜ＲＸ₅の間隔ｄ_sよりも小さくなるように設定
され、かつパターンＷＸ₁〜ＷＸ₄はレチクルＲとウェハＷとがアライメントされ
たとき、スリットパターンＲＸ₁〜ＲＸ₅の各スリットの間の遮光部によって完全
に遮へいされるように設計されている。またマークＷＹＡ，ＷＹＢの構成につい
ても全く同様である。尚、図６の下はマークＷＸの断面形状を表わし、ここでは
凸状のスリットパターンＷＸ₁〜ＷＸ₄が形成されているものとする。以上、本実施例の構成を説明したが、上記構成において、アライメント時には
レチクルＲのマークＲＸＡ，ＲＹＡ，ＲＸＢ，ＲＹＢのみがエキシマレーザ光で
照明されるように、シャッター３１が開かれるとともに光量制御器４は露光用の
エキシマレーザ光を遮断する。そしてパターン領域５０のウェハｗへの露光時に
はアライメントマークＲＸＡ，ＲＹＡ，ＲＸＢ，ＲＹＢにエキシマレーザ光が照
射されないようにシャッター３１が閉じられるとともにブラインド１３がマーク
領域ＲＭＡ，ＲＭＢを遮へいするように開口形状寸法が設定される。またアライ
メント時の位置ずれの補正は、ウェハステージＷＳの駆動部ＳＤ、又はレチクル
ステージＲＳの駆動部ＲＤにより行なわれる。この位置ずれ補正がｘ方向とｙ方
向の平行移動だけでよい場合は、投影レンズが雨側テレセントリックであること
を前提として、前群Ｌ₁中のレチクルＲ側に位置するフィールドレンズをｘ，ｙ
方向に微動させるような構成にしても微動なアライメント動作が可能となる。ま
た回転方向のずれ補正についてはショット領域ＣＰの両脇に付随した２つのマー
クＷＹＡ，ＷYＢを用いたそれぞれのｙ方向のずれ量の差により回転誤差量を検
出して、ウェハステージＷＳ内のθステージの駆動、又はレチクルステージＲＳ
の回転駆動を行なえばよい。また投影レンズの瞳ＥＰの中心にミラーＭがあるた
め、露光時においてはこのミラーＭによって一部のエキシマレーザ光がけられる
ことになり、投影レンズの解像力や像質に影響を及ぼすことになる。しかしなが
ら、瞳ＥＰ内にしめるミラーＭの面積をある程度よりも小さくすると、実用上は
ほとんど無視できるようになる。これは光学系のＯＴＦ特性の設計シミュレーシ
ョンによっても容易に確認することができる。次に、本実施例におけるアライメント（レチクルＲとウェハＷとのＴＴＬアラ
イメント）手法を図７、図８、図９を参照して説明する。図７はレジスト層で塗布されたウエハＷ上のマークＷＸに別波長のアライメン
ト用照明光のみを照射したときに撮像素子４４Ａ、又は４４Ｂで検出されるマー
クＷＸの像のｘ方向の強度分布を示し、これはｘ方向の走査線ＳＬ（図６参照）
に応じた画像信号の波形にも対応している。図７の波形６０のように、ウェハＷ
上のマークのスリットパターンＷＸ₁〜ＷＸ₄に対応する部分の強度が変化し、ボ
トム波形６２，６３，６４，６５のようになる。特にマークＷＸ₁〜ＷＸ₄の各々の段差エッジ部では散乱光が多く発生し、瞳ＥＰ内のミラーＭに戻ってくる
反射光量が極端に低下する。そこで一定のスライスレベル６１と波形６０とを比
較してボトム波形６２，６３，６４，６５との交点（ＸＷ１Ａ，ＸＷ１Ｂ）を求
め、その交点の中点から各ボトム波形の中心座標値ＸＷ１Ｃ，ＸＷ２Ｃ，ＸＷ３
Ｃ，ＸＷ４Ｃを求める。この値がウェハＷ上のマークＷＸの各スリットパターン
の位置である。図８は、レチクルＲのマーク領域のマークＲＸにエキシマレーザ光を照射し、
マークＲＸ内のスリットパターンＲＸ₁〜ＲＸ₅の像を励起光としてレジスト層に
投影露光したときに生じる螢光像のｘ方向の強度分布を示す波形図である。この
強度分布は撮像素子４４Ａ，４４Ｂにて検出された画像信号にも対応し、マーク
ＲＸのスリットパターンＲＸ₁〜ＲＸ₅の夫々は、波形上のピーク６７，６８，６
９，７０，７１に対応する。そこでその画像信号に基づいて所定のスライスレベ
ル６７と比較し、各ピークの中心点の座標値ＸＲ₁，ＸＲ₂，ＸＲ₃，ＸＲ₄，ＸＲ
₅を求める。図９はレジストＲのマークＲＸとウェハＷのマークＷＸとが正確にアライメン
トされたときに、マークＲＸにエキシマレーザ光を照射して螢光像を形成した場
合のウエハＷのｘ方向の断面を示す図である。ウェハＷの下地基板７９にはマー
クＷＸのスリットパターンＷＸ₁，ＷＸ₂，ＷＸ₃，ＷＸ₄が凸状に形成され、その
上に第１のレジスト層８０が形成され、さらにその上に第２のレジスト層８１が
形成される。図９に示したレジスト層は所謂多層レジスト構造と呼ばれるもので
ある。レチクルＲ上のマークＲＸのエキシマレーザ光による像がウェハ上に投影
されると、この像は第２レジスト層８１上で明るいスリット状の螢光発生部ＬＸ
₁，ＬＸ₂，ＬＸ₃，ＬＸ₄，ＬＸ₅となる。この図９のようにレチクルＲとウェハ
Ｗが理想的に重ね合わされた時に、レチクルＲのスリットパターンＲＸ₁〜ＲＸ₅
の間のスペース部（遮光部）の中点にウェハＷのスリットパターンＷＸ₁〜ＷＸ₄
の各々が位置するように設計されているものとすると、ウェハＷのマークＷＸの
撮像中心位置ＸＷｃとレチクルＲのマークＲＸの螢光像中心位置ＸＲｃはそれぞ
れ次の（１）、（２）式によって算出される。そして、螢光像を作るためにレチクルＲのマークにエキシマレーザ光を照射し
たときに、レチクルＲとウェハＷとに相対的なずれがあると、そのずれ量ΔＸは
（３）式により求められる。 ΔＸ＝ＸＷｃ−ＸＲｃ ………（３）このずれ量ΔＸはレチクルＲとウェハＷに対して共通の撮像素子４４Ａ，４４Ｂ
により検出されたものであり、また螢光発光部とマークＷＸとが同じウェハＷ上
にあることから、システム上のオフセットは全く含まれない。しかしながら螢光
の波長スペクトルとマークＷＸを検出するための別波長の照明光スペクトルとの
わずかなちがいによるディストーション誤差、特に倍率色収差が含まれることが
ある。本実施例ではこのディストーション誤差を極力小さくするように光学系の
色収差を捕正するため、実用上はあまり問題にはならない。それはマーク領域Ｒ
ＭＡとＲＭＢ及びマーク領域ＷＭＡとＷＭＢがアライメント時に投影レンズの光
軸ＡＸに対して点対称に配置されることにもよる。また瞳ＥＰの径に対して小さ
な面積のミラーＭを介してウェハ面を観察するため、後群Ｌ₂はウェハＷ側の最
大のＮ．Ａ．（開口数）よりもかなり小さなＮ．Ａ．に制限して使われることに
なり、見かけ上の焦点深度が大きくなることにもよる。次に、本実施例による装置の全体的な動作について図１０のフローチャート図
を参照して説明する。このフローチャート図は主にアライメント露光の動作を表
わし，中央制御部４６によって実行されるものである。尚、ウェハＷ上には図５
に示したようにアライメントマークが形成されているものとする。まずステップ１００でウェハＷをその外形を基準としてプリアライメントした
後ウェハステージＷＳ上にローディングし、ステップ１０１でオフアキレス系の
アライメントセンサー（不図示）を使用してウェハＷのグローバルアライメント
を行ない、ステップ１０２ではウェハＷ内の最初の露光位置（第１ショット位置
）へウェハステージＷＳを移動させるべく指示を出し、ステップ１０３ではウェハアライメントの別波長の照明光（光ファイバー４３からの光）を点灯する。ス
テップ１０４ではウェハステージＷＳ用の干渉計１８から出力される座標計測値
に基いて所定の露光位置（ショット位置）にウェハステージＷＳが来ているかど
うかを一定の許容誤差をもって判定し、許容誤差内に入っていなければステップ
１０５で続けてウェハステージＷＳの駆動を行なう。ウェハステージＷＳが許容誤差内に入ると、ステップ１０６ではウェハＷのア
ライメントマークの画像信号を信号処理部４５を介して撮像素子４４Ａ，４４Ｂ
の出力から取り込み、信号波形の特徴からマークＷＸ，ＷＹが検出されたかどう
かをステップ１０７で判定する。アライメントマークＷＸ，ＷＹが見つからない
場合は、ステップ１０８でウェハ内の最初の露光ショット位置かどうか判定し、
最初のショット位置ならばステップ１０１に戻ってグローバルアライメントから
やり直す。そのウェハＷ上に第２ショット以降ならばステップ１０９において撮
像素子４４Ａ，４４Ｂの信号電送系の増幅度又は、信号有無の判定レベル又はア
ライメント光の照明強度等のアライメント条件を変えてステップ１０６に戻る。
ステップ１０７でウェハアライメントマークが検出されたことがわかればステッ
プ１１０でレチクルアライメントマークＲＸ，ＲＹの照明用のミラーＭＡ，ＭＢ
の繰り返し、シャッター３１を開けて、ＴＴＲ（スルーザレチクル）照明系を設
定する。そしてステップ１１１でウェハアライメントマークＷＸ，ＷＹの画像信
号を再度、撮像素子４４Ａ，４４Ｂより取り込んだ次の瞬間に、ステップ１１２
でエキシマレーザ発振器１のトリガ（発光）と干渉計１８からの座標値のラッチ
を同時に行なう。そしてレチクルアライメントマークＲＸ，ＲＹのレジスト層上
の螢光像（ＬＸ₁〜ＬＸ₅）に対応した画像信号を撮像素子４４Ａ，４４Ｂより取
り込む。エキシマレーザの発光のパルス数は１発で十分な検出信号が得られれば
よいが、十分でなければ続けて複数パルス発光させる。ステップ１１３で信号処
理部４５の働きにより各アライメントマーク間の位置ずれ量を式（１）、（２）
、（３）に基づいて計算して中央制御部４６に出力し、ステップ１１４でウェハ
Ｗ又はレチクルＲの実際に動かすべき変位量に変換される。ステップ１１５では
計算された変位量と先にラッチした座標値とに基き、ウェハＷ又はレチクルＲを
移動させる。ステップ１１６では中央制御部４６により指示された変位量だけ、ウェハＷ又はレチクルＲが移動したかどうかを、例えばウエハＷを動かす場合
には干渉計１８の出力する座標計測値により判定する。この判定により許容誤差
に入っていなければ再度ファイバー４３の照明光を点灯してステップ１１１へ戻
ってアライメントマークの画像信号の取り込みを行なう。許容誤差内ならばステ
ップ１１７へ進み別波長の照明光が消灯され、レチクルアライメントマーク照明
用のミラーＭＡ及びＭＢが退避し、シャッター３１が閉成されてＴＴＲ照明系が
退避する。そしてステップ１１８でエキシマレーザ発振器１を発光させて、露光
量制御部３６の働きで、必要とされる露光エネルギーが、レチクルＲを通してウ
ェハＷ上のレジスト層に与えられる。ステップ１１９ではウェハＷ内のショット
領域のうちの最後のショットであったかどうか判定し、最後のショットでなけれ
ば、ステップ１２０でウェハステージＷＳが次の露光位置へ進むよう指示（ステ
ッピング）を出してステップ１０３に戻り、最後のショットであればステップ１
２１でウェハＷをウェハステージＷＳからアンロードする。ステップ１２２では
アンロードしたウェハＷが連続して露光する一連のウェハの最後のウェハであっ
たかどうかを判定し、最後のウェハであれば露光は終了し、そうでなければステ
ップ１００へ戻る。以上のシーケンスの中でステップ１０３ではウェハアライメント用の別波長の
照明光を点灯状態にしているが、フォトダイオードアレー等の蓄積型の撮像素子
を用い、かつアライメント用の別波長照明光のスペクトルでレジストに対する感
光効果が非常に弱ければ、別波長照明光をはじめから点灯し続けていてもよい。
具体的にはステップ１１１でウェハ上のマークＷＸ，ＷＹの画像信号を取り込ん
だ時にエキシマレーザ発振器１を発光させて、即座に画像信号の取り込みを行な
うようにすれば、ウェハＷとレチクルＲの機械的な相対変位が生ずる前に、マー
クＷＸ，ＷＹと螢光像との両方の画像信号をほぼ同時に取り込むことができる。また以上の第１の実施例の中で図１、図２の対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂから
撮像素子４４Ａ，４４Ｂに至る部分はアライメントマークの検出、計測に用いる
ものとしたが、回路パターンをエキシマレーザ光によって転写中であっても、瞳
ＥＰの中心には小ミラーＭが配置されたままなので転写されているパターンの螢
光像を観測するのに使用することもできる。このためウェハＷ上の下地のパターンと螢光像との相対位置ずれすなわち実際の重ね合わせ状態を観測するのに用い
ることもできる。また、図４にレチクルアライメントマークＲＸの例を示したが、このようなマ
ークによると図９に示すようにウェハＷ上に投影されるマークＲＸのスリットパ
ターンの像をウェハＷ上のアライメントマークＷＸのスリットパターン部分と重
ならないようにできる。このため異なるレイヤー（焼き付け層）に対するレチク
ルアライメントマークＲＸ中のスリットパターンの幅を、後で焼付けるレイヤー
のレチクル程太くしていけばウェハＷ上のマークＷＸをレイヤー毎に移し替える
必要がないのでよい。また図１、図２におけるミラーＭは瞳中心にあって小さいものとしたが、ウェ
ハ上の像の観測に対しては解像度の高い光学系が望まれる為、ミラーＭの外径を
大きくし、中心部の投影レンズＮＡにして例えば０．３５に相当する瞳上の部分
はエキシマレーザ光の投影結像の為に穴を開けて中空とし、その周辺部の例えば
ＮＡ０．３５〜０．４５に相当する瞳上の部分をウェハＷ上の像観測に用いるも
のとしてもよい。このためミラーＭは瞳ＥＰの位置に斜設した輪帯状の反射面を
もつとともに、投影レンズのウェハ側のＮＡはもともとＮＡ０．４５程度が必要
となる。また上記シーケンス中のステップ１１２においで、エキシマレーザ光で
レチクルマークＲＸ，ＲＹの像をレジスト層に転写したとき、レジスト像からの
螢光はごく短時間に消えてしまう。このため、撮像素子４４Ａ，４４Ｂによる螢
光像の取り込みは早いタイミングで行なわれる。また別波長の照明光スペクトル
と螢光のスペクトルとが近いか一致していると、螢光像を検出するときウェハＷ
上のマークＷＸ，ＷＹの像も重畳して検出されることになるが、螢光像は自ら発
光するものであり、マークＷＸ，ＷＹの像はレジスト層の下地からの反射で作ら
れるものであることから、撮像したとき両者にはコントラストができる。尚、そのコントラストが弱い場合は、螢光像検出時に別波長照明光を消灯して
おけばよい。また上記シーケンス中には焦点合わせの説明が省かれているが、ウェハＷと投
影レンズ後群Ｌ₂との間隔はギャップセンサーでも均一され、ギャップが一定に
なるように制御されている。【第２の実施例】第２の実施例においては図１１に示すように前群Ｌ₁の瞳ＥＰ側から見て凹面
になっているレンズＬ₁₀の片側の凹面Ｍ₁₀上に、エキシマレーザ光に対しては反
射防止（高透過率）となるが、アライメント用の別波長の光に対しては部分的反
射を行なうような波長選択性の薄膜が形成される。そしてウェハＷ上のパターン
（又はマーク）をアライメント光（別波長照明光）で観測する際に結像する光は
、後群Ｌ₂を上向きに進み、瞳ＥＰ全面のうちミラーＭの外側を通り、凹面Ｍ₁₀
により下向きにミラーＭに向けて反射収束され、ミラーＭで反射して、検出光学
系Ｌ₃に入って結像面ＩＶ上にウェハ上のパターン（マーク）像を結ぶようにな
っている。従って、別波長照明光、又はレジスト層からの螢光のスペクトルに対
する収差補正は、前群Ｌ₁中の凹面Ｍ₁₀以下のレンズ部分Ｌ₁₁と、検出光学系Ｌ₃
を用いてでき、かつ、ウェハＷ上のパターン（マーク、螢光像）観測時に利用さ
れる投影レンズのＮＡは、エキシマレーザ光でパターン投影露光する時のＮＡと
同じとなって、第１の実施例に対して高解像の観察ができ、従って高精度のアラ
イメント（マーク検出）ができるという特徴がある。また別波長照明光や螢光の
スペクトルに対する収差補正を前群Ｌ₁の一部のレンズ（Ｌ₁₀，Ｌ₁₁）を使用し
て行なうことができ、場合によっては、前群Ｌ₁のうちの凹面Ｍ₁₀以下の部分（
例えばＬ₁₀，Ｌ₁₁）に石英以外の光学材料、例えば螢石を用いて収差を良好に補
正することができる。第２の実施例においてもアライメントマークの形状や配置、装置の動作シーケ
ンスは第１の実施例と同じであるので説明を省略する。尚、第２の実施例におい
て、ファイバー４３Ａ，４３Ｂから射出した別波長照明光もミラーＭを介して凹
面Ｍ₁₀で下向きに反射されてウェハＷに達する。本実施例では、ミラーＭ以外に凹面Ｍ₁₀に形成された波長選択性の薄膜も、本
発明の反射手段に相当し、後群Ｌ₂、前群Ｌ₁のレンズ部（Ｌ₁₀，Ｌ₁₁）反射面Ｍ
₁₀、ミラーＭ及び検出光学系Ｌ₃との合成系において、別波長照明光や螢光の各
スペクトルに対する収差補正がなされる。【第３の実施例】第１、第２の実施例においては、レチクルアライメントマークの投影像はウェハＷの上にあるレジスト層で生じる螢光像に変換しで観測するものとしたが、第
３の実施例においてはエキシマレーザ光によるアライメントマーク像がレジスト
層に作用して生じるアブレーション（薄減り）の像又は潜像を検出することによ
り行なうものである。光学系及び制御系は第１又は第２の実施例のものを共通に
使用できる。しかしアライメントと露光のシーケンスの一部が異なるので、その
部分について説明する。本実施例においては特にフローチャートを図示しないが
、第１の実施例におけるフローチャート（図１０）中のステップ１１１，１１２
，１１３が異なり、ステップ１１６が省略される。ステップ１１０までとステッ
プ１１７以降は図１０と同じであるから説明を省略する。ステップ１１０におい
てレチクルアライメントマーク照明用のミラーＭＡ，ＭＢが出て、シャッター３
１が開き、ＴＴＲ照明系の設定が終わると、ステップ１１１においてエキシマレ
ーザ発振器１を発光させてレチクルアライメントマークＲＸ，ＲＹのみを照明し
てウェハＷ上のレジスト層にマークＲＸ，ＲＹのアブレーション像又は潜像を形
成する。アブレーション像として形成する場合は、レチクルＲ上のマークＲＸ，
ＲＹの転写時のエキシマレーザ光の１パルス当りの露光エネルギーを大きくした
方が、レジストの膜減りが大きくなってレジスト上に残るレチクルアライメント
マーク像（レチクル層表面が段差となってエッジが形成される）を観測し易くな
る。ステップ１１２においてはウェハＷ上のアライメントマークＷＸ，ＷＹと、
レチクルアライメントマークＲＸ，ＲＹのアブレーション又は潜像の光情報に対
応した画像信号を撮像素子４４Ａ，４４Ｂにより取り込む。ステップ１１３にお
いては信号処理部４５の働きにより各アライメントマーク間の位置ずれ量を計算
して中央制御部４６に出力し、ステップ１１４でウェハＷ又はレチクルＲの実際
に動かすべき変位量に変換される。ステップ１１５では計算された変位量に基き
、ウェハＷ又はレチクルＲを移動させる。ステップ１１７ではレチクルアライメ
ントマーク照明用のミラーＭＡ及びＭＢが引込み、シャッター３１が閉じられて
ＴＴＲ照明系の退避が行なわれ、アライメント用の別波長照明光が消灯される。第３の実施例においては、レジスト上に一度レチクルアライメントマークの像
を焼付けてアブレーション像又は潜像としてしまうと、同一位置に再びレチクル
アライメントマークの像を形成できないので、アライメントが終了した位置でアライメント精度の最終確認を行なえない。しかし、レチクル上にパターンとして
残るので、ゆっくりとした撮像、例えばメカニカルなスリット走査による画像信
号の取り込みができ、また全方位に向けて放射される螢光を用いる第１、第２の
実施例と異なり照明のし方を工夫すればレチクルアライメントマーク像の計測も
コントラストを強調して行なうこともできる。また本実施例において、最終的な
アライメント動作をウェハステージＷＳを用いて行なうものとすれば、ステップ
１１２においてエキシマレーザ光を発光させる時のウェハＷのアライメントマー
ク又はレチクルアライメントマーク像の計測位置を記録し、ステップ１１５でウ
ェハＷを移動させる時は、ウェハアライメントマーク又はレチクルアライメント
マーク像を撮像素子４４Ａ，４４Ｂによって位置計測し続け、補正すべき位置ず
れ量だけウェハＷが移動したかどうかを計測し、判定できる。これに対し、第１
又は第２の実施例においては、エキシマレーザ光発光時のウェハアライメントマ
ーク位置を記憶し、その後のウェハアライメントマーク位置の移動を計測すれば
ウェハＷの実際の移動量が計測できる。このようにウェハＷ上のアライメントマ
ーク位置を画像信号に基づいて直接計測した方が、レーザ干渉計１８を用いるよ
りも、空気の屈折率揺らぎの影響を受けにくく、アライメント精度は良くなる。【第４の実施例】さて、第４の実施例においては図１２に示すようにウェハ上のマーク観測にお
いて、暗視野照明可能としたもので、基本的には図１１の光学系をベースにして
、別波長照明系２００を付加したものである。アライメント光照明用ファイバー
２０１Ａ，２０１Ｂからは第１〜第３の実施例と同様、レジストに対してある程
度の透過性を持ったスペクトルの光（非感光性が望ましい）が射出され、コンデ
ンサーレンズ２０２Ａ，２０２Ｂにより、ウェハＷ上のアライメントマーク位置
に対応する部分を照明する。レンズ系Ｌ₄を介して両面が反射面とされたミラー
Ｍに向かった照明光はミラーＭの下面で反射されて後群Ｌ₂に向かい、ウェハＷ
上のアライメントマーク領域を照明する。この照明系２００はウェハアライメン
トマーク又はレチクルアライメントマークの位置が変わると、それに合わせて照
明場所が変えられるように、ウェハＷと共役な像面１１に沿ってコンデンサーレ
ンズ２０２Ａ，２０２Ｂが移動する構成となっている。このように瞳ＥＰのミラーＭの下面の反射を用いるので、ウェハへ向う、照明光とウェハからの結像光と
は瞳上の場所が分離され、照明系２００を用いて撮像素子４４Ａ，４４Ｂで得ら
れた像は暗視野像となってマークエッジ部が強調され、アライメントマーク位置
の計測が容易になるという特徴がある。尚、本実施例では照明部分を可動とし、
２ケ所を選択的に照明したが、照明の光強度が十分とれ、フレアの問題が生じな
い場合には、ウェハＷのアライメントマークが存在し得る領域全体を照明しても
よい。その場合は照明部分をアライメントマーク位置に応じて移動させる必要が
なくなるという利点が生じる。以上の実施例のうち第２、第４の実施例によれば、ウェハＷ上で発生する螢光
を効率よく、しかも結像光学系の（後群Ｌ₂、検出光学系Ｌ₃等）光軸（主光線）
に対して対称な受光角で受光できるので、ウェハＷのアライメントマークとレチ
クルＲの像の合致度を直接測定するような場合、例えばＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｏｆＳＰＩＥＶｏｌ．５６５の６ページから１３ページに開示されたような
螢光検出に用いると良い精度が期待できる。また以上の全ての実施例において、アライメントマーク観測位置は投影レンズ
の視野内の２つの部分のみとして説明したがそれ以上の部分に対して観測するよ
うな構成も可能である。例えば、アライメント用の結像光学系（合成系）において収差の補正が完全に
補正できないような場合、露光領域の周辺の少なくとも３ケ所以上の点でサジタ
ル方向（光軸ＡＸに対して放射方向）にアライメントマークの位置ずれを検出す
るような構成にする必要がある。また本発明の各実施例においては、投影レンズの後群Ｌ₂とミラーＭ（又は反
射凹面Ｍ₁₀）と検出光学系Ｌ₃とによる合成系において、別波長の光に対して収
差補正されるとしたが、後群Ｌ₂のみに対して色収差捕正するようにしても、結
果的には上記合成系において収差補正されているのと実質的に同一のことである
。さらに各実施例に示した検出光学系Ｌ₃（像面ＩＶを作りだすこと）は必ずし
も必要ではなく、対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂが瞳ＥＰのミラーＭを直接観察す
る瞳像抽出式のアライメント系の場合でも、本発明を同様に適用できる。この場
合は対物レンズ系４０Ａ，４０Ｂが本発明の検出光学系に相当し、投影レンズの後群Ｌ₂のみに関して別波長の光に対しても収差補正が行なわれる。このような
瞳像抽出式の場合は、マーク、又は螢光発光部を像として検出することはできな
いため、照明光をスポットにして走査するための走査手段等が必要となる。さらに本発明においては、アライメント用の別波長照明光としてＣＷレーザ等
の単色光だけでなく、ハロゲンランプ、水銀ランプ等のスペクトル幅の広い光も
用いることができるので、反射率が高くかつ粒子性のあるアルミニウム層で覆わ
れたウェハＷに対してアライメントマーク検出する場合、レジスト膜厚変化によ
る干渉や粒子性によるスペックルの影響を防止でき、従って精度のよいアライメ
ントマーク検出を行なうことができるという利点もある。また本発明によれば撮像素子としてのアライメント用に用いるものは紫外光用
のものは必要ではなく、可視用のものでよいので安価で感度が良く、経時変化や
紫外光による感度変動がない撮像素子（光電素子）を用いることができ、後群Ｌ
₂以外のアライメント光学系は可視域でも構成できるので、レンズ材料が多くの
種類から選択できて光学設計も容易で、光学系の調整も行ない易いという利点が
ある。尚、本発明は、紫外域のエキシマレーザ光を用いた投影結像式のアライメント
装置に対して最も効果を発揮するが、その他のスペクトル領域を用いた結像光学
系を組み込んだアライメント装置又は投影光学装置に対しても適用すれば良好な
アライメント精度を得ることができ有用である。【発明の効果】以上のように本発明によれば、パターン転写用の投影光学系の結像性能を下げ
ることなく、エキシマ等の第１波長の光に関して吸収の激しいレジスト層を透過
するスペクトルの第２波長の光に対して収差捕正された光学系を用いてアライメ
ントずれをスルーザレンズで高精度に計測できるので高いアライメント精度が達
成されるという効果がある。本発明はレチクルパターンの転写にあたってスペク
トル幅を狭帯域化したエキシマレーザ光（第１波長光）について収差補正された
投影光学を用いたスレーザレンズアライメントを可能としただけでなく、広帯域
で自然発振するエキシマレーザ光に対して色消し（収差補正）された投影光学系
を用いて、他のアライメント用スペクトル光（第２波長光）についても色消しされた光学系（合成系又は後群Ｌ₂）を設けるため高精度なアライメント手段とし
て適用できる。また本発明のアライメントマーク観測系を用いて、回路パターンの露光中にも
ウェハアライメントマーク位置を計測することができ、露光中にウェハＷが移動
しないかどうかのチェックできるだけでなく、ウェハアライメントマークの位置
信号をウェハステージＷＳやレチクルステージＲＳの駆動系のサーボ系にフィー
ドバックしてウェハＷの位置（レチクルＲの投影像とウェハＷとの相対的位置）
の安定化にも使用できるので、ウェハステージＷＳの移動によるアライメント精
度劣化や解像力低下も防ぐことができて有効である。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の第１の実施例による投影光学装置の主要な光学系の配置を示す斜視図
。【図２】第１実施例による投影光学装置の全体の構成を示す図。【図３】レチクル上のパターン、マークの配置を示す平面図。【図４】レチクル上のマークの拡大平面図。【図５】ウェハ上のショット領域とマークとの配置を示す平面図。【図６】ウェハ上のマークの拡大平面図。【図７】ウェハ上のマークを光電検出したときの波形図。【図８】レジストから生じるレチクルマーク転写像に対応した螢光像を光電検出したと
きの波形図。【図９】アライメント時におけるウェハ上のレジストの様子を示すウェハ断面図。【図１０】第１実施例の装置による動作シーケンスを示すフローチャート図。【図１１】本発明の第２の実施例による投影光学装置の光学配置を示す図。【図１２】本発明の第４の実施例による投影光学装置を示す図。【主要部分の符号の説明】Ｒ・・・レチクル、Ｗ・・・ウェハ、Ｌ₁・・・投影レンズの前群、Ｌ₂投影レン
ズの後群、ＥＰ・・・瞳、Ｍ・・・ミラー、Ｌ₃・・・検出光学系、ＩＶ・・・
像面、１・・・エキシマレーザ発振器、４３Ａ，４３Ｂ，２０１Ａ，２０１Ｂ・
・・別波長の照明光用のファイバー

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】所定の第１パターンを有する第１基板を投影用の第１照明光で
照射し、前記第１パターンの像を投影光学系を介して第２基板に投影するととも
に、前記第１基板と第２基板との位置合わせのために、前記第１照明光と異なる
波長成分の第２照明光で前記第２基板を照射する装置において、前記投影光学系のほぼ瞳位置に配置されて、前記第２照明光の照射により前記
第２基板に形成された第２パターンから発生して前記投影光学系に入射してきた
光情報を取り出す反射手段と、該取り出された光情報を入射して前記第２パターンを検出する検出光学系とを
有し、前記第１照明光はエキシマレーザであり、前記投影光学系は前記エキシマレー
ザの波長域に対して収差がほぼ補正されるとともに、前記投影光学系のうちで前
記反射手段から前記第２基板側に位置する光学系は前記第２照明光の波長成分に
対して収差がほぼ補正されていることを特徴とする投影光学装置。【請求項２】前記投影光学装置は、前記第２基板の表面に形成された感光層
に対して透過性を有する光を前記第２照明光として射出するアライメント用照明
系を有し、前記第２照明光は前記検出光学系と前記反射手段とを介して前記第２
基板に照射されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。【請求項３】前記投影光学装置は、前記第２基板に前記第１パターンの像を
投影するために、前記感光層を感光させ得る波長成分の光を前記第１照明光とし
て前記第１基板へ射出する投影用照明系を有し、前記感光層に投影された前記第
１パターンの潜像、アブレーション像、もしくは前記第１パターンの像に対応し
た蛍光像、リン光像を検出するとともに、該感光層の下地に形成された前記第２
パターンの像を検出することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装置。