JP3084773B2

JP3084773B2 - 走査露光装置

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Publication number: JP3084773B2
Application number: JP03071789A
Authority: JP
Inventors: 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH04307720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマスク上のパターンを感
光基板上に投影露光する際、マスクと感光基板とを投影
光学系に対して同時に走査する投影式走査露光装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】
従来の走査露光装置として、等倍
の反射投影光学系を備え、マスクを保持するマスクステ
ージと感光基板（ウェハ）を保持する基板ステージとを
共通の移動コラムに結合して、同一速度で走査露光する
方式が知られている。この等倍の反射投影光学系は、屈
折素子（レンズ）を用いないために広い露光波長域に渡
って色収差が良好であり、光源（水銀ランプ）からの輝
線スペクトルの２本以上（例えばｇ線とｈ線等）を同時
に使って露光強度を高め、高速な走査露光を可能として
いる。しかしながら反射投影系では、Ｓ（サジタル）像
面とＭ（メリジオナル）像面の双方の非点収差をともに
零にする点が、反射投影系の光軸から一定距離の像高位
置近傍に制限されるため、マスクを照明する露光光の形
状は幅の狭い輪帯の一部分、いわゆる円弧スリット状に
なっている。

【０００３】このような等倍の走査露光装置（ミラープ
ロジェクションアライナー）では、ウェハ上に投影され
るマスクのパターン像が鏡像関係にならないようにする
と、マスクとウェハとを一体の移動コラム上にアライメ
ントした状態で保持させた後は移動コラムが円弧状スリ
ット照明光の幅方向に一次元走査を行なうことで露光が
完了する。

【０００４】当然のことながら、ウェハ上に投影された
マスクパターン像が鏡像関係になるような等倍投影系で
は、マスクステージとウェハステージとを互いに逆方向
に同一速度で移動させる必要がある。さらに従来の走査
露光方式として、屈折素子を組み込んで投影倍率を拡
大、又は縮小にした状態でマスクステージと感光基板の
ステージとの両方を倍率に応じた速度比で相対走査する
ことも知られている。

【０００５】この場合、投影光学系は反射素子と屈折素
子とを組み合せたもの、あるいは屈折素子のみで構成さ
れたものが使われ、反射素子と屈折素子とを組み合せた
縮小投影光学系の一例としては、特開昭６３−１６３３
１９号公報に開示されたものがある。そしてこの投影光
学系を用いた走査露光装置がパーキン・エルマー社から
ステップ＆スキャン方式のアライナー（商品名Micrasca
n １system）として発表されている。

【０００６】また、フルフィールド投影が可能な縮小投
影光学系を用いて、ステップ＆スキャン露光を行なう１
つの方法も、特開平２−２２９４２３号に開示されてい
る。以上のようなスキャン方式の露光装置のうち、投影
倍率が等倍以外の装置では、マスクステージとウェハス
テージとを倍率に応じた速度比で精密に走査移動させる
必要があるとともに、走査中に生ずるマスクパターンと
ウェハ上のパターンとの整合状態からのずれも許容範囲
内に押え込んでおく必要がある。許容できる整合ずれ
は、ウェハ上の最小パターン線幅から概略的に規定され
るが、例えば0.８μｍ程度の線幅のパターンをウェハ上
に作るとなると、その１／５〜１／１０以下のずれ量し
か許容されない。

【０００７】従って、走査露光中においては、マスクと
ウェハとの相対的な位置ずれを常にモニターできること
が望ましい。その１つの従来例として、特開昭６３−４
１０２３号公報に開示されたように、マスク（レチク
ル）に形成されたハの字状の複数のレチクルマークと、
ウェハに形成されたハの字状の複数のウェハターゲット
とを、走査露光の直前、もしくは走査露光中に次々と検
出して、レチクルとウェハとの相対位置関係（倍率エラ
ーや回転エラーも含む）を補正する方式が知られてい
る。

【０００８】上記、特開昭６３−４１０２３号公報に開
示された方式は、図１に簡単に示したように、レチクル
Ｒの周辺に形成された複数のハの字マーク群ＲＭ₁、Ｒ
Ｍ₂、ＲＭ₃と、ウエハＷ上のショット領域ＳＡの周辺
に形成された複数のハの字マーク群ＷＭ₁、ＷＭ₂、Ｗ
Ｍ₃とを、ハの字に配置したスリット状の照明光束ＡＩ
Ｌの照射のもとで、次々に相対走査する。図１において
投影光学系ＰＬは説明を簡単にするため等倍で図示し、
レチクルＲとウェハＷとは矢印のように互いに逆方向に
走査移動する。このとき、照明光束ＡＩＬの照射によっ
てレチクルマークＲＭ₁、ＲＭ₂、ＲＭ₃とウェハマー
クＷＭ₁、ＷＭ₂、ＷＭ₃から反射された正反射光、も
しくは散乱光の光量変化は図２に示すように、時間軸上
で規定される。

【０００９】図２（Ａ）はレチクルマークからの反射光
を光電検出して得られる信号波形の一例を表し、図２
（Ｂ）はウェハマークからの散乱光を光電検出して得ら
れる信号波形の一例を表す。レチクルＲとウェハＷのア
ライメントは、レチクル信号波形中のパルスＰ₁がウェ
ハ信号波形中の１対のパルスＰ₂、Ｐ₃と時間的に整合
し、引き続きレチクル信号波形中のパルスＰ₄、Ｐ₇が
それぞれウェハ信号波形中の１対のパルスＰ₅、Ｐ₆、
及びパルスＰ₈、Ｐ₉と時間的に整合するように、レチ
クルＲ、ウェハＷの走査速度と相対位置を調整すること
によって達成される。ただし、実際に走査露光を行なっ
ている間に各マークを始めて検出するとなると、走査露
光の開始時点では精密なアライメントが達成されていな
いことになる。そこで実際の露光開始前に図１に示した
ように予備走査を行ない、レチクル信号波形中の各パル
スＰ₁、Ｐ₄、Ｐ₇の各位置を平均した位置と、ウェハ
信号波形中の各パルスＰ₂、Ｐ₃、Ｐ₅、Ｐ₆、Ｐ₈、
Ｐ₉の各位置を平均した位置とを求め、両平均位置の差
から走査露光方向のアライメント誤差ΔＸがわかる。ま
たパルスＰ₁〜Ｐ₆の各位置から次式を算出すると、走
査方向と直交する方向のアライメント誤差ΔＹがわか
る。

【００１０】 ΔＹ＝（（Ｐ₅＋Ｐ₆）−（Ｐ₂＋Ｐ₃））−（Ｐ₄−Ｐ₁）

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
非常に細いスリット状の照明光束ＡＩＬが各アライメン
トマークを横切った時だけ、各信号波形が得られるた
め、高いアライメント精度を得るには複数個のマークの
位置を検出して、その平均値を求める等の処理が不可欠
になる。従って予備的なアライメントのための走査を行
なった後、露光用の本走査を行なうことになる。これで
はスループットが犠牲になってしまうという問題をさけ
られない。また上記従来のマーク形状では、例え１ケ所
のマーク検出での精度が十分であっても、マークの大き
さは走査方向に関して極めて狭い幅寸法しか有していな
いため、アライメント信号波形中の各パルスは時間的に
断続的なものになり、信号波形中でパルスが発生しない
期間では、実質的にアライメント誤差の検出を行なって
いないことになる。

【００１２】本発明は走査露光時のレチクルとウェハの
同期移動の制御を簡素化することを目的としている。

【００１３】さらに本発明は走査露光時にレチクルとウ
ェハの両方を別々に速度制御せず、一方のみを速度制御
するようにし、他方はそれにトラッキングして走査移動
させることで、制御を簡素化することも目的としてい
る。

【００１４】

【課題を達成する為の手段】上記目的を達成するために
本発明は、例えば、原画パターン（ＰＡ）が形成された
マスク（Ｒ）を保持して、その原画パターンの面に沿っ
た少なくとも第１方向（Ｘ方向）に移動するマスクステ
ージ（６）と、その原画パターンを転写すべき感光基板
（Ｗ）を保持して、少なくとも第１方向（Ｘ方向）に移
動する基板ステージ（９）とを備え、マスクステージ
（６）と基板ステージ（９）とを同期移動させることに
よって、原画パターン（ＰＡ）を感光基板（Ｗ）上に走
査露光する装置において、マスク（Ｒ）上で第１方向
（Ｘ方向）に沿って配置されるマスクマーク（ＲＭａ，
ＲＭｂ）と、感光基板（Ｗ）上で第１方向（Ｘ方向）に
沿って配置される基板マーク（ＷＭａ，ＷＭｂ）との第
１方向（Ｘ方向）に関する相対位置ずれ量を光電的に検
出する位置ずれ検出手段（２０〜２７）と、その走査露
光時に、マスクステージ（６）と基板ステージ（９）と
の一方を一定の速度で第１方向に駆動する第１駆動制御
手段（例えば、１２）と、その一方のステージの移動に
伴ってその位置ずれ検出手段で検出されるその相対位置
ずれ量が所定の値に維持されるように、マスクステージ
（６）と基板ステージ（９）との他方をその第１方向に
駆動する第２駆動制御手段（例えば、２８）とを備える
ようにしたものである。

【００１５】また上記目的を達成するために本発明は、
例えば、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（６）
と、感光基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（９）とを
備え、マスクステージ（６）と基板ステージ（９）とを
同期移動させることによって、マスク（Ｒ）の原画パタ
ーン（ＰＡ）を感光基板（Ｗ）上に走査露光する装置に
おいて、マスク（Ｒ）に照明光を照射するとともに、マ
スク（Ｒ）上における照明光の照射領域を、投影光学系
（ＰＬ）の光軸を含み、かつその長手方向がその同期移
動の方向と直交する方向（Ｙ方向）と一致するように規
定する照明光学系（１〜５）と、その走査露光中、マス
ク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とのその同期移動の方向（X
方向）に関する相対位置ずれ量を検出する検出手段（２
０〜２７）と、その走査露光時にマスクステージ（６）
と基板ステージ（９）との一方を一定の速度で駆動する
第１駆動制御手段（例えば１２）と、その走査露光時に
その検出手段で検出される相対位置ずれ量が所定値とな
るように、マスクステージ（６）と基板ステージ（９）
との他方を駆動する第２駆動制御手段（例えば２８）と
を備えるようにしたものである。

【００１６】また上記目的を達成するために本発明は、
例えば、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（６）
と、感光基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（９）とを
備え、マスクステージ（６）と基板ステージ（９）とを
同期移動させることによって、マスク（Ｒ）の原画パタ
ーン（ＰＡ）を感光基板（Ｗ）上に走査露光する装置に
おいて、マスク（Ｒ）に照明光を照射するとともに、マ
スク（Ｒ）上における照明光の照射領域を、投影光学系
（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）を含み、その長手方向がその同
期移動の方向と直交する方向（Ｙ方向）とほぼ一致する
ように規定する照明光学系（１〜５）と、基板ステージ
（９）の位置情報及び速度情報を計測するための干渉計
（１１）と、その走査露光時に、干渉計（１１）で計測
される情報に基づいて基板ステージ（９）を一定の速度
で駆動する第１駆動制御手段（１２）と、その走査露光
時に、マスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）との位置ずれ量が
所定値となるようにマスクステージ（６）を駆動する第
２駆動制御手段（２８）とを備えるようにしたものであ
る。

【００１７】

【作用】本発明では、走査露光方式において、例えばウ
ェハステージの方は定速制御させ、マスクステージの方
は、アライメント誤差が常に所定値になるようにサーボ
制御するようにしたため、定速性の制御は一方のステー
ジのみでよく、他方のステージは一方のステージにトラ
ッキングさせるだけでよい。

【００１８】したがって、マスクと基板とを同期移動す
るための制御が簡素化できる。また、速度制御モードで
走査される一方側に仮りに速度むらが生じたとしても、
他方側がトラッキング制御されているので、マスクと基
板の位置ずれを許容誤差内に抑えることができる。

【００１９】

【実施例】図３は本発明の第１の実施例によるステップ
＆スキャン露光装置の構成を示し、図４はスキャン露光
時の様子を模式的に示した斜視図である。図３におい
て、投影光学系ＰＬは、一例として従来の屈折素子のみ
で構成されたフルフィールドタイプの１／５縮小投影レ
ンズであり、レチクルＲ側とウェハＷ側がともにテレセ
ントリックになっている。

【００２０】さて、露光用光源からの照明光は、フライ
アイレンズ等によって均一な照度分布になって照明視野
絞りとしてのレチクルブラインド１を照射する。ブライ
ンド１には、レチクルＲ上をスリット状に照明するため
のスリット開口が設けられる。このスリット開口の長手
方向はレチクルＲ、ウェハＷの走査方向、例えばＸ方向
と直交したＹ方向に一致している。ブラインド１のスリ
ット開口を通った照明光は、レンズ系２、ミラー３、コ
ンデンサーレンズ４、及びダイクロイックミラー（又は
ビームスプリッター）５を介してレチクルＲに達する。
ここでブラインド１はレンズ系２、コンデンサーレンズ
４の合成系に関してレチクルＲのパターン面（投影レン
ズＰＬと対向した面）と共役に配置され、レチクルＲに
はスリット開口の像が結像される。

【００２１】またスリット開口の中心は投影レンズＰ
Ｌ、及び照明光学系（レンズ系２、コンデンサーレンズ
４等）の光軸ＡＸに一致しているものとする。さて、レ
チクルＲは少なくともＸ方向に大きく移動可能なレチク
ルステージ６上に吸着保持される。レチクルステージ６
はコラム７上をモータ８によってＸ方向に走査移動す
る。もちろん、レチクルＲのアライメントのためにはＹ
方向とθ方向の微動機構も必要であるが、ここではその
図示、及び説明を省略する。レチクルＲのスリット照明
領域内に存在するパターンの像は投影レンズＰＬによっ
てウェハＷ上に結像投影される。ウェハＷは２次元
（Ｘ、Ｙ方向）に大きく移動するウェハステージ９上に
載置され、このステージ９はモータ１０によって駆動さ
れる。レーザ干渉計１１はウェハステージ９の座標位置
の変化を遂次計測するとともに、ウェハステージ９のＸ
方向、及びＹ方向の移動速度に関するスピード信号も出
力する。駆動制御部１２はレーザ干渉計１１からの位置
情報やスピード信号に基づいてモータ１０を最適な駆動
パターンで制御する。本実施例ではウェハステージ９の
Ｘ方向の移動によって走査露光を行ない、Ｙ方向の移動
をステッピングに使うものとするが、その逆であっても
よいことは言うまでもない。

【００２２】尚、図３には示してないが、レチクルステ
ージ６はレーザ干渉計によって座標位置、回転（ヨーイ
ング）誤差等が計測されているものとする。次に図４を
参照して、レチクルＲとウェハＷに形成されたアライメ
ントマークの配置の一例を説明する。図４に示したよう
に、レチクルＲとウェハＷはＸ方向に沿って互いに逆方
向に走査移動されることから、レチクルＲ上のパターン
領域ＰＡの周辺のＸ方向に伸びたストリートライン領域
内に、複数の格子要素をＸ方向に一定ピッチで走査範囲
に渡って配列した格子マークＲＭａ、ＲＭｂが設けられ
る。格子マークＲＭａ、ＲＭｂはパターン領域ＰＡを挾
んでＹ方向に離して設けられるが、その格子ピッチのＸ
方向の位置関係は一致しているものとする。

【００２３】一方、ウェハＷ上には複数のパターン（シ
ョット）領域ＳＡが形成され、各ショット領域ＳＡの周
辺には、レチクルＲの格子マークＲＭａと対応したスト
リートライン領域の位置に、同様の格子マークＷＭａが
形成され、格子マークＲＭｂと対応したストリートライ
ン領域の位置に同様の格子マークＷＭｂが形成される。

【００２４】レチクルＲの格子マークＲＭａとウェハＷ
の格子マークＷＭａとのＸ方向の相対位置ずれは、光軸
ＡＸａを有するアライメント光学系を介して検出され、
レチクルＲの格子マークＲＭｂとウェハＷの格子マーク
ＷＭｂとのＸ方向の相対位置ずれは、光軸ＡＸｂを有す
るアライメント光学系を介して検出される。これら光軸
ＡＸａ、ＡＸｂはいずれも投影レンズＰＬの瞳面ＥＰの
中心で光軸ＡＸと交差する。

【００２５】ここで再び図３を参照してアライメント
系、及び制御系について説明する。本実施例では、レチ
クルＲ、ウェハＷの各格子マークのピッチ方向の位置ず
れを検出するのに好適な干渉縞アライメント法を採用す
る。この干渉縞アライメント法の一例は、例えば特開昭
６３−２８３１２９号公報、特開平２−２２７６０２号
公報等に開示されているので、ここでは簡単に説明す
る。

【００２６】Ｎｅ−Ｎｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、又はＡｒイオン
等のレーザ光源２０からのコヒーレントな直線偏光レー
ザは、２光束化周波数シフタ部２１に入射し、周波数差
Δｆを有する２つのビームＢＬ₁、ＢＬ₂が作られる。
周波数差Δｆは、アライメントマークからの光を受光す
る光電検出器の周波数応答性によって上限が決まり、半
導体センサーでは実用的には１００ｋHz以下、例えば５
０ｋHz程度がよい。ただし、光電子増倍管（フォトマル
チプライヤ）を使う場合等は比較的高い周波数にするこ
とができる。

【００２７】さて２つのビームＢＬ₁、ＢＬ₂は送光光
学系２２を介して複数のアライメント光学系へ分配され
る。図３では１つのアライメント光学系を構成する対物
レンズ２３と先端ミラー２４とを示す。そして対物レン
ズ２３の光軸が図４に示した光軸ＡＸａ、ＡＸｂのいず
れか一方に相当する。２つのビームＢＬ₁、ＢＬ₂は対
物レンズ２３の光軸から対称に偏心して対物レンズ２３
に入射し、ミラー２４とダイクロイックミラー５を介し
て対物レンズ２３の焦点位置に存在するレチクルＲのパ
ターン面で互いに平行光束となって交差する。この交差
によってレチクルＲの格子マークＲＭａ、又はＲＭｂ上
に１次元の干渉縞が作られる。そしてレチクルＲの透明
部を透過した２本のビームは投影レンズＰＬを介してウ
ェハＷ上の格子マークＷＭａ、又はＷＭｂ上で交差して
１次元の干渉縞が作られる。

【００２８】これら干渉縞は２本の送光ビーム間にΔｆ
の周波数差があることから、Δｆに比列した速度で干渉
縞のピッチ方向に流れる。各格子マークのピッチ方向と
干渉縞のピッチ方向とが一致するように、２本の送光ビ
ームの入射方向を決定し、かつ格子マークのピッチと干
渉縞のピッチとが所定の関係（例えば整数比）になるよ
うに、２本の送光ビームの交差角を決定すると、各格子
マークからは、垂直方向に周波数差Δｆと同じビート周
波数をもった干渉光が発生する。この干渉光はビート周
波数Δｆで常時明暗を繰り返しており、格子マークと２
本の送光ビームの交差領域の相対位置がＸ方向に微少偏
位した状態にあったとしても、そのビート周波数Δｆは
変化しない。

【００２９】これら格子マークからの干渉光はミラー
５、２３、対物レンズ２３を介して、光電検出ユニット
２５に導びかれ、正弦波状の検出信号ＳＲ、ＳＷが作ら
れる。信号ＳＲはレチクルＲの格子マークＲＭａ、又は
ＲＭｂからの干渉光を光電検出して得られ、信号ＳＷは
ウェハＷの格子マークＷＭａ、又はＷＭｂからの干渉光
を光電検出して得られたもので、レチクルＲとウェハＷ
とが静止した状態では、どちらの信号の周波数もΔｆで
ある。ただしレチクルＲの格子マークとウェハＷの格子
マークとが、そのピッチ方向にずれているときは、２つ
の信号ＳＲ、ＳＷの間に位相差Δφが生じる。この位相
差Δφは位相差計測部２７によって検出され、検出され
た位相差に対応した位置ずれ量が算出される。検出可能
な位相差は、通常±１８０°の範囲であり、これは格子
マークのピッチをＰｇ（μｍ）とすると、位置ずれ量と
して±Ｐｇ／２（μｍ）、又は±Ｐｇ／４（μｍ）に相
当する。

【００３０】主制御部３０は、この位置ずれ量の値を入
力し、ウェハステージ９の駆動制御部１２、又はレチク
ルステージ６の駆動制御部２８に遂次補正値を出力す
る。先に述べた従来の干渉縞アライメント法では、主制
御系３０は単にその位相差が所定値になるまでモータ
８、又は１０を駆動してレチクルステージ６、又はウェ
ハステージ９のいずれか一方を微動させるだけでよかっ
た。しかしなから本実施例のように、レチクルＲとウェ
ハＷの両方が高速移動するスキャン露光中にも、２つの
信号ＳＲとＳＷの位相差を求めるとなると、別の問題が
生じてくる。それは、スキャン露光によって格子マーク
が２本の送光ビームの交差領域に対してピッチ方向に速
度ｖ（mm／ｓ）で移動し続けることによって、光電検出
すべき格子マークからの干渉光がドップラー効果を受
け、検出信号ＳＲ、ＳＷの周波数がΔｆから大きく変動
してしまうことである。信号ＳＲ、ＳＷの周波数ｆ
_s（ｋHz）は、格子マーク（ピッチＰｇ）の移動速度を
ｖ（mm／ｓ）として次式で表わされる。

【００３１】ｆｓ＝Δｆ＋２ｖ／Ｐｇ（ただしビート周
波数Δｆは５０ｋHz）例えば速度ｖが−１００mm／ｓであると、信号ＳＲ、Ｓ
Ｗの周波数ｆ_sはＰｇ＝８μｍとして、２５ｋHzになっ
てしまい、速度ｖが＋１００mm／ｓであると、周波数ｆ
_sは７５ｋHzになる。そのため、レチクルステージ６、
ウェハステージ９の走査速度にはある程度が伴う。例え
は、周波数ｆ_sとして位相差計測上で問題とならない値
が確保できるように走査速度ｖを低めに設定しておけば
よい。また周波数ｆ_sが低くなるような走査方向（−Ｘ
方向）はさけて、常に＋Ｘ方向のみに限定して走査露光
を行なうようにしておけばよい。

【００３２】以上のことをふまえて、本実施例の主制御
部３０は、より簡単な走査中アライメント実現のため
に、まずウェハステージ９を制御された一定速度で駆動
するための速度及び位置のコントロール部３００と、レ
チクルステージ６を制御された一定速度で駆動するため
の速度及び位置のコントロール部３０２と、トラッキン
グ走査コントロール部３０４とを有する。

【００３３】通常のレチクル単体の位置決め、いわゆる
レチクルアライメントや、ウェハ単体の位置合せ、いわ
ゆるウェハグローバルアライメント（又はＥＧＡ）の場
合、コントローラ部３００、３０２は相互に関連するこ
となく、従来通りの機能を達成する。そしてスキャン露
光時には、コントローラ部３００、３０２は相互に協調
してレチクルステージ６とウェハステージ９の相対位
置、及び速度を制御する。

【００３４】この協調制御に関しては、図１に示した従
来の装置においても同様に実施されている。本実施例で
は、さらにトラッキング走査コントロール部３０４を設
け、通常の協調制御とトラッキング制御とを切り替えら
れるようにした。このトラッキング制御は、位相差計測
部２７から遂次出力される位置ずれ量が常に一定の値に
なるように、レチクルステージ６の駆動制御部２８をサ
ーボ制御するとともに、ウェハステージ９は単に一定速
度で制御するというものである。もちろん、レチクルス
テージ６を定速制御とし、ウェハステージ９をトラッキ
ング制御としてもよい。

【００３５】すなわち本実施例では、走査露光中に連続
して信号ＳＲ、ＳＷが出力されること、換言するとレチ
クルＲとウェハＷとの相対位置ずれ量の変化が遂次検出
されることに着目して、レチクルとウェハのいずれか一
方は定速度で走査し、他方はその走査移動に追従するよ
うに制御したのである。尚、図３において基準検出系２
６は２本のビームＢＬ₁、ＢＬ₂のビート周波数Δｆを
検出するもので、この検出信号は、周波数Δｆの正弦波
状の基準信号ＳＦとして位相差計測部２７に入力する。

【００３６】位相差計測部２７は基準信号ＳＦと検出信
号ＳＲとの位相差から、レチクルＲの初期位置のずれを
求めたり、基準信号ＳＦと検出信号ＳＷとの位相差か
ら、ウェハＷの初期位置のずれを求めたりすることがで
きる。さらに位相差計測部２７には、周波数変化を検出
する回路が組み込まれており、基準信号ＳＦに対する検
出信号ＳＲ、又はＳＷの周波数変化を定量化することに
よって、レチクルステージ６、又はウェハステージ９の
速度変化を格子マークの移動から直接検出することが可
能となっている。

【００３７】さて、本実施例では図４に示すように、２
組のアライメント系（光軸ＡＸａとＡＸｂ）が、パター
ン領域ＰＡの両脇の格子マークＲＭａ、ＲＭｂ、及びシ
ョット領域ＳＡの両脇の格子マークＷＭａ、ＷＭｂを検
出しているため、光軸ＡＸａを有するアライメント系の
ユニット（以後アライメントユニットＸＡとする）から
得られる位置ずれ量ΔＸａと、光軸ＡＸｂを有するアラ
イメント系のユニット（以後、アライメントユニットＸ
Ｂとする）から得られる位置ずれ量ΔＸｂとの差を、例
えばハードウェアによるデジタル減算回路で遂次算出す
るようにすれば、レチクルＲとウェハＷ（１つのショッ
ト領域ＳＡ）との相対回転誤差の変化が走査露光中にた
だちに求まる。

【００３８】相対回転誤差も、パターン領域ＰＡ、又は
ショット領域ＳＡのサイズや、最小線幅の値によって、
ある許容量が定められ、許容量を越える回転誤差が生じ
得るときは、レチクルステージ６を微小回転させるΔθ
機構にフィードバックして、走査露光中にリアルタイム
に回転誤差を補正していくことが望しい。この場合、Δ
θ機構の回転中心は、レチクルＲ上に投影されたブライ
ンド１のスリット開口像の中心と一致していることが好
しい。

【００３９】ここで、図３に示した装置中の送光光学系
２２と光電検出ユニット２５の具体的な一例を、図５を
参照して説明する。図５において、２本の送光ビームＢ
Ｌ₁、ＢＬ₂は照明視野絞り４０上で交差するととも
に、所定の大きさの照明領域に制限される。制限された
２本の送光ビームはレンズ系４１、偏光ビームスプリッ
タ４２、及び１／４波長板４３を介して対物レンズ２３
に入射する。この図５から明らかなように、絞り４０と
レチクルＲの格子マークＲＭａとは、レンズ系４１と対
物レンズ２３との合成系に関して互いに共役に配置され
る。そして２本の送光ビームＢＬ₁、ＢＬ₂は、レンズ
系４１と対物レンズ２３との間のフーリエ空間中のフー
リエ変換面（投影レンズＰＬの瞳ＥＰと共役な面）でそ
れぞれビームウェストとなって収れんするとともに、送
光ビームＢＬ₁、ＢＬ₂の各主光線はフーリエ空間内で
光軸ＡＸａと平行に、かつ対称になる。

【００４０】さて、２本の送光ビームＢＬ₁、ＢＬ₂は
偏光ビームスプリッタ４２をほぼ１００％透過した後、
１／４波長板４３で同一方向に回転する円偏光に変換さ
れ、対物レンズ２３を介して再び平行な２本のビームと
なってマークＲＭａの位置で交差する。マークＲＭａの
配置については図４に示したが、実際にはウェハ側のマ
ークＷＭａに対して非計測方向（格子ピッチ方向と直交
する方向）に横ずれした関係にしておく。

【００４１】図６はレチクルＲ側でみた格子マークＲＭ
ａ、ＷＭａの関係を示し、矩形の領域ＡＬｘは絞り４０
の開口像である。ここで格子マークＲＭａ、ＷＭａはラ
イン・アンド・スペースが１：１（デューティ５０％）
であり、投影レンズＰＬの倍率を１／Ｍとすると、マー
クＲＭａのレチクルＲ上でのピッチＧＰｒと、マークＷ
ＭａのウェハＷ上でのピッチＧＰｗとは、ＧＰｒ＝Ｍ・
ＧＰｗの関係に定められる。スキャン露光時には、領域
ＡＬｘに対してマークＲＭａ、ＷＭａがレチクル面上で
同一方向（図６では＋Ｘ方向）に同一速度ｖで移動す
る。図６に示すように格子マークＲＭａとＷＭａは、非
計測方向（ここではＹ方向）にアライメントが達成され
ているときに、一定の間隔ＤＳを保つように予め横ずれ
して配置される。この間隔ＤＳはＹ方向のアライメント
精度に依存して決められる。

【００４２】図７は格子マークＲＭａ、又はＷＭａがピ
ッチ方向に速度＋ｖ、又は−ｖで移動したときの様子を
示し、各格子マーク上に作られる干渉縞ＩＦは速度＋Ｖ
ｆで流れているものとする。図７のように、格子マーク
が速度＋ｖで移動するときは、干渉縞ＩＦの流れる方向
と一致しているため、格子マークから垂直に発生する±
１次回折光の干渉光ＢＴのビート周波数はΔｆよりも低
くなり、格子マークが速度−ｖで移動するときは干渉縞
ＩＦの流れる方向と逆方向になるため、ビート周波数は
Δｆよりも高くなる。

【００４３】ここで格子マークＲＭａについて考えてみ
ると、２つの送光ビームＢＬ₁、ＢＬ₂の入射角θを光
軸ＡＸａに関して対称に定めるとして次式の関係に設定
する。 sin θ＝λ／ＧＰｒこうすると、格子マークＲＭａからの±１次回折光は垂
直方向に発生する。またこの条件のもとで、干渉縞ＩＦ
のピッチＰ_if Ｐ_if＝１／２・ＧＰｒの関係になる。

【００４４】このことから、送光ビームＢＬ₁、ＢＬ₂
の差周波数Δｆ（ｋHz）と格子マークの速度ｖ（mm／
ｓ）との関係及びドップラー効果により、干渉光ＢＴの
明暗変化の周波数ｆ_s（ｋHz）は、先に説明した通り、
ｆ_s＝Δｆ＋２ｖ／ＧＰｒになる。さて、図５に示すよ
うにレチクルの格子マークＲＭａからの干渉光ＢＴｒ
と、ウェハの格子マークＷＭａからの干渉光ＢＴｗと
は、対物レンズ２３、１／４波長板４３、偏光ビームス
プリッタ４２を介して光軸ＡＸａ上を戻り、レンズ系４
４に入射する。このレンズ系４４は逆フーリエ変換レン
ズとして作用し、格子マークＲＭａ、又はＷＭａと共役
な面が作られる。レンズ系４４からの干渉光ＢＴｒ、Ｂ
Ｔｗはハーフミラー４５で２つに分割され、遮光板４６
Ｒ、４６Ｗに達する。この遮光板４６Ｒは、格子マーク
ＲＭａと共役な位置に配置され、マークＲＭａからの干
渉光ＢＴｒのみを通して、他の干渉光ＢＴｗを遮光する
ような配置の開口ＡＰＲを有する。同様に、遮光板４６
Ｗは格子マークＷＭａと共役な位置に配置され、マーク
ＷＭａからの干渉光ＢＴｗのみを通して、他の干渉光Ｂ
Ｔｒを遮光するような配置の開口ＡＰＷを有する。

【００４５】光電センサー（フェトダイオード、フォト
マル等４７Ｒは開口ＡＰＲからの干渉光ＢＴｒを受光し
て信号ＳＲを出力し、光電センサー４７Ｗは開口ＡＰＷ
からの干渉光ＢＴｗを受光して信号ＳＷを出力する。こ
れら信号ＳＲ、ＳＷの処理については図３で説明した通
りである。以上、本実施例ではウェハステージ９を走査
露光中に定速制御するようにしたが、これは走査速度の
変動がショット領域ＳＡ内の露光量むらとなるからであ
る。またブラインド１は必ずしも、スリット開口に限ら
れず、投影レンズＰＬの円形のイメージフィールド内に
内包される正六角形、矩形、ひし形、又は円弧状等の開
口であってもよい。

【００４６】正六角形の開口を有するブラインドを用い
たステップ＆スキャン方式の装置は、特開平２−２２９
４２３号公報に開示されており、そこに開示された装置
に本実施例のアライメント制御方式を組み込んでもよ
い。次に本発明の第２の実施例について説明するが、こ
こでは第１の実施例をそのまま使うとともに、さらに走
査露光中の２次元（Ｘ、Ｙ方向）のアライメントを可能
とするものである。

【００４７】走査露光をＸ方向とすると、それと直交す
るＹ方向についても同様の干渉縞アライメント法が利用
できるように、レチクルＲ上とウェハＷ上の格子マーク
の配置と構造を若干偏光する。本実施例では、図３、図
５に示したＴＴＲ方式のアライメント系をＸ方向用とＹ
方向用とに２軸設けるようにし、レチクルとウェハの各
ストリートライン上にＸ方向用、Ｙ方向用の格子マーク
を設ける。

【００４８】図８は、レチクルＲ上の各マーク配置とア
ライメント系の対物レンズの配置を示し、ここでもＸ方
向を走査露光方向とすると、レチクルＲのパターン領域
ＰＡの両脇でＸ方向に伸びるストリートライン領域内
に、Ｙ方向用の格子マークＲＭＹａ、ＲＭＹｂとＸ方向
用の格子マークＲＭＸａ、ＲＭＸｂとを設ける。これら
格子マークは一例として図９に拡大して示すように配置
され、Ｙ方向用の格子マークＲＭＹａは数本のラインア
ンドスペースパターンをＸ方向に延設したもので、その
隣りにＸ方向用の格子マークＲＭＸａが設けられる。こ
のレチクルＲ上の格子マークＲＭＹａとＲＭＸａの両側
は透明部となっていて、対応するウェハＷ上のＹ方向用
の格子マークＷＭＹａとＸ方向用の格子マークＷＭＸａ
とが位置する。

【００４９】本実施例では、これら格子マークのうちＸ
方向用の格子マークＲＭＸａ（ＷＭＸａ）とＲＭＸｂ
（ＷＭＸｂ）は、第１の実施例と同様にＸ方向用のアラ
イメント系の対物レンズ２３Ｘａ、２３Ｘｂを介して検
出され、Ｙ方向用の格子マークＲＭＹａ（ＷＭＹａ）と
マークＲＭＹｂ（ＷＭＹｂ）は、Ｙ方向用のアライメン
ト系の対物レンズ２３Ｙａ、２３Ｙｂを介して検出され
る。

【００５０】Ｙ方向用のアライメント系は、基本的にＸ
方向用のアライメント系と同一の構成であり、異なる点
は２本のビームＢＬ₁、ＢＬ₂のレチクルＲ（又はウェ
ハＷ）に対する入射角がＹ−Ｚ平面内で傾いていること
である。また、Ｘ方向用のアライメント系の内部の開口
絞り（４６Ｒ、４６Ｗ）はＹ方向用の格子マークＲＭＹ
ａ、ＷＭＹａ（ＲＭＹｂ、ＷＭＹｂ）からの干渉光をも
遮光するように設定され、Ｙ方向用のアライメント系の
内部の開口絞りはＸ方向用の格子マークＲＭＸａ、ＷＭ
Ｘａ（ＲＭＸｂ、ＷＭＸｂ）からの干渉光をも遮光する
ように設定される。

【００５１】ここでレチクルＲとウェハＷが相対的にＸ
方向に走査されると、レチクルＲ上のＹ方向用の格子マ
ークＲＭＹａからの干渉光（ビート光）と、ウェハＷ上
のＹ方向用の格子マークＷＭＹａからの干渉光（ビート
光）とを光電検出して得られる２つの信号の周波数は、
レチクルＲ、ウェハＷのＸ方向の走査速度とは無関係
に、ほぼ一定（Δｆとなる。ただし、Ｙ方向のアライメ
ント誤差量が時間的に急峻に変化するときは、それに応
じて進行の周波数も変化し得るか、この変化はほとんど
無視し得る程度のもので、ほとんどの場合、Ｙ方向のア
ライメント誤差量は、２つの信号の位相差を検出するだ
けでよい。このＹ方向の場合についても、アライメント
誤差量は遂次出力されるから、その誤差量が常に一定値
になるように、レチクルステージ６、又はウェハステー
ジ９をＹ方向に微動させる。あるいは、走査露光中に、
Ｙ方向のアライメント誤差信号に基づいて、レチクルス
テージ６、又はウェハステージ９のＹ方向用の駆動系を
サーボ（フィードバック）制御するようにしてもよい。

【００５２】本実施例では、走査露光方向にＸ方向用と
Ｙ方向用の各アライメント系を並置したが、単一の対物
レンズを介してＸ方向とＹ方向のアライメントが可能な
ように、４本のビームを同時に入射するようにしてもよ
い。ところで、図３に示した装置では図示を省略した
が、レチクルＲの上方には、露光光と同一波長の照明光
のもとでレチクルＲ上の格子マークとウェハステージ９
上の基準マークとを観察するＴＴＲ方式のアライメント
系が設けられている。これは、図３、図５に示したアラ
イメント系が露光光と異なる波長のビームＢＬ ₁、ＢＬ
₂を使ったときのベースライン管理のために必要とな
る。

【００５３】この、露光光と同一波長を使うＴＴＲアラ
イメント系は、例えば図１０のように配置される。図１
０において、対物レンズ２３、ミラー２４は図３中のも
のと同一のものであり、これらの他に光ファイバー６
２、ビームスプリッタ６１、対物レンズ６０、及び撮像
素子６３等から成るＴＴＲアライメント系が設けられ、
ウェハステージ９上には基準マーク板ＦＭが固定され
る。光ファイバー６２は露光光と同一波長の照明光を射
出し、ビームスプリッタ６１で反射した照明光は対物レ
ンズ６０を介してレチクルＲ上の格子マークを照明す
る。レチクルＲを透過した照明光は、投影レンズＰＬを
介して基準マーク板ＦＭ上の格子マークを照射する。こ
の基準マーク板ＦＭ上には、図１０に示すように対物レ
ンズ２３を介して同時に検出可能な位置に格子マークが
設けられている。

【００５４】撮像素子６３は、レチクルＲの格子マーク
と基準マーク板ＦＭの格子マークとの各像を撮像して、
両マークの位置ずれ量（ΔＸｅ、ΔＹｅ）を求めるため
に使われる。このとき同時に対物レンズ２３を介して干
渉縞方式のアライメント系を作動させて、レチクルＲの
格子マークと基準マーク板ＦＭの格子マークとの相対位
置ずれ量（ΔＸａ、ΔＹａ）を求める。

【００５５】これによって、ベースライン量は（ΔＸａ
−ΔＸｅ、ΔＹａ−ΔＹｅ）としてもとめられる。ただ
し、この場合、ウェハステージ９（基準マーク板ＦＭ）
を静止させておく必要があるので、一般的にはレーザ干
渉計１１の計測値が一定値になるように、ウェハステー
ジ９をフィードバック制御しておく。ところが、レーザ
干渉計１１のレーザ光路は、大気中に開放された状態に
あるので、わずかな空気ゆらぎによって計測値が微妙に
変動する。このため、上記のようなベースライン計測に
あたって、レーザ干渉計１１の計測値でウェハステージ
９を静止させようとしても、空気ゆらぎによるドリフト
が生じることになる。

【００５６】ところが、図３、図５に示した干渉縞方式
のアライメント系はレチクルＲと投影レンズＰＬの間、
及び投影レンズＰＬとウェハＷの間では空気中に露出し
ているビーム部分がわずかであることから、たとえ空気
ゆらぎが生じても、それによる計測誤差はほとんど無視
できる。そこで、干渉縞方式のアライメント系を使っ
て、レチクルＲと基準マーク板ＦＭとをアライメントす
るように、レチクルステージ６、又はウェハステージ９
をフィードバック制御する。これによってレチクルＲと
基準マーク板ＦＭとの相対的な位置ずれは、別波長のア
ライメント系（対物レンズ２３）のもとでほぼ零に追い
込まれる。そして、その状態で撮像素子６３を使ってレ
チクルＲの格子マークと基準マーク板ＦＭの格子マーク
との位置ずれ量を求める。これによって求められたずれ
量がベースライン量（ΔＸＢ、ΔＹＢ）となる。このベ
ースライン量（ΔＸＢ、ΔＹＢ）は、投影レンズＰＬの
色収差によって生じる固有値であって、レチクルＲ上の
格子マークの検出位置（投影レンズの像高点）が変わる
たびにチェックされる。

【００５７】このベースライン量（ΔＸＢ、ΔＹＢ）は
対物レンズ２３を介して検出されるレチクルＲとウェハ
Ｗとの相対位置ずれ量にオフセットとして加えられ、真
の重ね合わせ位置への補正として使われる。尚、対物レ
ンズ６０を介して観察する位置は、レチクルＲ上の露光
用照明光の照射領域（スリット状）からはずれた位置に
なるため、厳密に言えば、そのずれによって固有の誤差
が生じ得る。その誤差とは、主に投影レンズＰＬの露光
波長に起因して生じるディストーションによるものであ
る。しかしながら、投影レンズＰＬの投影視野内の各点
におけるディストーション量は、予め求めておくことが
できるため、対物レンズ６０の観察位置でのディストー
ション量を装置固有のオフセット量として記憶してお
き、ベースライン計測値を、さらに補正するようにして
おくとよい。

【００５８】図１１は本発明の第３の実施例による格子
マーク配置を示し、特にウェハＷのストリートライン内
に形成する格子マークを２次元格子にすることで省スペ
ース化をはかるものである。図１１において、レチクル
Ｒ上にはＹ方向用の格子マークＲＭＹａとＸ方向用の格
子マークＲＭＸａとがＹ方向に一定の間隔をあけて設け
られ、この間隔部分（透明部分）にはウェハＷ上の２次
元格子ＷＭｘｙが位置するように設定される。２次元格
子ＷＭｘｙは微小な矩形ドットパターンをＸ方向とＹ方
向の両方に所定のピッチで配列したものである。実際の
アライメント時には、図８に示したようにＸ方向用のア
ライメント系とＹ方向用のアライメント系とで位置を分
離しておく方がよい。

【００５９】ただし、Ｘ方向アライメント用の２本のビ
ームとＹ方向アライメント用の２本のビームとを互いに
相補的な偏光状態にしておけば、２次元格子ＷＭｘｙか
ら垂直に発生する干渉光を偏光特性で分離することがで
きるので、同一の対物レンズ２３を介して４本のビーム
（Ｘ方向用の２本とＹ方向用の２本）を同時に格子マー
クへ照射することも可能である。

【００６０】このように、２次元格子ＷＭｘｙをウェハ
上のショット領域に沿った走査方向全体に設けること
で、かなりの省スペース化がはかれるとともに、走査露
光中の２次元のアライメント補正が可能になる。ちなみ
にウェハ上の一般的なストリートライン領域は幅（図１
１のＹ方向の寸法）が７０μｍ程度確保されている。２
次元格子ＷＭｘｙの矩形ドットの寸法を４μｍ角（すな
わちピッチ８μｍ）とすると、Ｙ方向には８個の矩形ド
ットが形成でき、これは実用上、ほぼ十分な計測精度が
期待できる。また図１１中のレチクル側の格子マークＲ
ＭＹａ、ＲＭＸａもウェハ側と同様の２次元格子にする
ことも可能である。

【００６１】図１２は、本発明の第４の実施例による格
子マーク配置を示し、レチクルＲのパターン領域ＰＡの
外側の走査露光方向に延びたストリートライン領域内に
１次元、又は２次元の格子マークＲＭＬ₁〜ＲＭＬ₄、
ＲＭＲ₁〜ＲＭＲ₃をＸ方向に飛び飛びに設ける。ウェ
ハＷ上にもそれらと対応した位置に１次元、又は２次元
の格子マークをＸ方向に飛び飛びに設ける。

【００６２】これらマークＲＭＬ₁〜ＲＭＬ₄とマーク
ＲＭＲ₁〜ＲＭＲ₃とは、互いに入れ子状態で配置さ
れ、アライメント系の２本の対物レンズ２３Ｒ、２３Ｌ
がＹ方向に離れて並んでいるものとすると、Ｘ方向の走
査露光のときに対物レンズ２３Ｒ、２３Ｌのいずれか一
方が常に格子マークからの干渉光を入射できるように設
定されている。例えば図１２の位置からレチクルＲが左
右に移動すると、対物レンズ２３Ｌを介して格子マーク
ＲＭＬ₁と、これに対応したウェハ上の格子マークとが
アライメントされ、対物レンズ２３Ｌからの２本（又は
４本）の送光ビームの照射領域が格子マークＲＭＬ₁か
らはずれる直前に、格子マークＲＭＲ₁が対物レンズ２
３Ｒからの送光ビームの照射点に達する。従って次のサ
イクルでは、格子マークＲＭＲ₁と、これに対応したウ
ェハ上の格子マークとが対物レンズ２３Ｒを介してアラ
イメントされる。以下同様にして、走査露光の信号に伴
って対物レンズ２３Ｒ、２３Ｌを交互に切り換えてアラ
イメントしていく。本実施例では、格子マークＲＭＬ₁
からＲＭＲ₁への切り換えの際、対物レコンズ２３でを
介して得られる干渉ビート光と、対物レンズ２３Ｒを介
して得られる干渉ビート光とが、時間的にわずかの間だ
け同時に存在するように各マークを配置してある。

【００６３】この実施例のように格子マークを配置する
と、Ｘ方向に関する格子マークと格子マークとの間に他
のマーク、例えばウェハのグローバルアライメント（Ｅ
ＧＡ）用のマークを配置することができる。図１３は、
本発明の第５の実施例による投影露光装置の構成を示
し、図３の構成と異なる点はレチクルＲ（及びウェハ
Ｗ）の走査方向に複数のアライメント系の対物レンズ２
３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄを並べたことにある。レ
チクルＲ、及びウェハＷ上の格子マークの配置は、先の
図４、図８、図１１、図１２のいずれの方法でかまわな
い。

【００６４】この図１３の場合、４つの対物レンズ２３
Ａ〜２３Ｄはそれぞれ格子マーク上の異なる位置で発生
する干渉ビート光を入射して、レチクルＲとウェハＷの
走査移動中のアライメントを行なうが、走査位置によっ
ては、両脇の対物レンズ２３Ａ、２３Ｄのいずれか一方
のみしか使えないこともある。そこで１つのアライメン
トシーケンスとして、例えばレチクルＲが図１３中の左
側から右側へ走査される場合は、レチクルＲの走査位置
に応じて対物レンズ２３Ａ、対物レンズ２３Ｂ…の順で
使用するアライメント系の数や位置を変えることもでき
る。また、図１３のように複数のアライメント系が同時
に使えるときは、図１２に示した格子マークＲＭＬ₁〜
ＲＭＬ₄と格子マークＲＭＲ₁〜ＲＭＲ ₃とを入れ子の
関係にしなくても、ほぼ連続的にアライメントのための
信号を得ることができる。

【００６５】そのためには、例えは対物レンズ２３Ａ〜
２３Ｄの走査方向（Ｘ方向）の間隔と、格子マークＲＭ
Ｌ1 〜ＲＭＬ4 のＸ方向の間隔とを異ならせておけばよ
い。以上、上述の実施例によれば、レチクル（マスク）
とウェハ（感光基板）との相対的な位置ずれ量をアライ
メントセンサーで常時検出しながら、レチクルとウェハ
の一方を速度制御モードで走査し、他方はアライメント
センサーで得られる位置ずれ量が所定値になるようにサ
ーボ（トラッキング）制御モードで走査するため、速度
制御モードで走査される側に仮りに速度むらが生じたと
しても、走査方向の倍率誤差（走査方向の転写像寸法の
伸び縮み）はアライメントセンサーで決まる計測精度程
度に押え込むことが可能である。このため、ウェハ上の
１つのショット領域そのものが、ウェハプロセスの影
響、又はそのショット露光時の走査むら等によって走査
露光方向に非線形に伸縮していたとしても、常にアライ
メントセンサーからの計測信号を基準としてトラッキン
グ走査する限り、その１つのショット領域内の全面で極
めて高い、重合わせ精度を得ることができる。また図１
２に示す実施例のように、格子マークを走査方向に飛び
石状に配置すれば、何層にも及ぶＩＣ製造工程におい
て、マークの打ち替えを行なったときのスペースを省く
ことができる。飛び石状の格子マークの間隔をあまり広
くしなければ、１つの格子マークの検出終了から次の格
子マークの検出開始までの間にデッドタイムが生じたと
しても、そのデッドタイムをレーザ干渉計の空気揺らぎ
の周期よりも短くすることが可能となり、格子マークを
走査露光の範囲に渡って連続して設けたのと同等の精度
が得られる。すなわち、いずれの格子マークからも干渉
ビート光が得られないデットタイムの間は、ウェハステ
ージ用のレーザ干渉計、もしくはレチクルステージ用の
レーザ干渉計にもとづいて各ステージを移動させても、
従来の装置ほど空気揺らぎに影響されないといった利点
がある。さらに図１３に示した実施例のように、複数の
アライメントセンサーを走査露光方向に配置して、格子
マークを走査方向に飛び石状に設ける場合でも、各アラ
イメントセンサーの間隔と格子マークの間隔とを異なる
値に設定すれば、常にどれかのアライメントセンサーが
位置ずれ量を検出するか、もしくはいずれのアライメン
トセンサーもマークを検出しないデットタイムを極めて
短くすることができ、従来の方式よりもアライメント精
度、重ね合わせ精度を向上させることができる。尚、上
述実施例による走査露光中アライメント方式は、従来の
ステップ＆スキャン方式の露光装置にもそのまま応用で
きるものである。

【００６６】以上、本発明によれば、マスクと基板とを
同期移動するときの制御を簡素化できる。

【００６７】また、たとえば速度制御モードで走査され
る一方側に仮りに速度むらが生じたとしても、他方側が
トラッキング制御されているので、マスクと基板の位置
ずれを許容誤差内に抑えることができる。

【００６８】したがって、走査露光中のアライメント精
度を向上させることができる。

【００６９】また走査露光中の重ね合わせ精度を向上さ
せることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、従来のステップ＆スキャン露光装置におけ
るアライメント方式を説明する斜視図、

【図２】は、図１のアライメント方式で得られるアライ
メント用の信号波形を示す波形図、

【図３】は本発明の実施例による投影式走査露光装置の
構成を示す図、

【図４】は、図３の装置によるアライメント方式を説明
する斜視図、

【図５】は、図３の装置のアライメント系の構成を示す
図、

【図６】は、図３の装置で使用されるレチクルとウェハ
の各格子マークの配置を示す図、

【図７】は、図５のアライメント系の動作原理を説明す
る図、

【図８】は、第２の実施例によるマーク配置を有するレ
チクルの平面図、

【図９】は、図８のマーク配置を部分的に拡大して示す
平面図、

【図１０】は、ベースライン計測の方式を説明するため
の図、

【図１１】は、第３の実施例によるマーク配置を説明す
る図、

【図１２】は、第４の実施例にるマーク配置を説明する
図、

【図１３】は、第５の実施例による装置構成を説明する
図。

【符号の説明】Ｒレチクル、ＲＭａ、ＲＭｂ、ＲＭＸａ、ＲＭＹａ、ＲＭＸｂ、ＲＭ
Ｙｂレチクル格子マーク、ＷＭａ、ＷＭｂ、ＷＭＹａ、ＷＭＸａ、ＷＭｘｙウェ
ハ格子マーク、ＷウェハＰＬ投影光学系１レチクルブラインド６レチクルステージ８レチクルステージ駆動モータ９ウェハステージ１０ウェハステージ駆動モータ１１レーザ干渉計１２ウェハステージ駆動制御部２０レーザ光源２３アライメント用対物レンズ２７位置ずれ量検出部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原画パターンが形成されたマスクを保持し
て、前記原画パターンの面に沿った少なくとも第１方向
に移動するマスクステージと、前記原画パターンを転写
すべき感光基板を保持して、少なくとも前記第１方向に
移動する基板ステージとを備え、前記マスクステージと
前記基板ステージとを同期移動させることによって、前
記原画パターンを前記感光基板上に走査露光する装置に
おいて、前記マスク上で前記第１方向に沿って配置されるマスク
マークと、前記感光基板上で前記第１方向に沿って配置
される基板マークとの前記第１方向に関する相対位置ず
れ量を光電的に検出する位置ずれ検出手段と、前記走査露光時に、前記マスクステージと前記基板ステ
ージとの一方を一定の速度で前記第１方向に駆動する第
１駆動制御手段と、前記一方のステージの移動に伴って前記位置ずれ検出手
段で検出される前記相対位置ずれ量が所定の値に維持さ
れるように、前記マスクステージと前記基板ステージと
の他方を前記第１方向に駆動する第２駆動制御手段とを
備えたことを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】前記マスクマークと前記基板マークとはそ
れぞれ前記原画パターンの走査露光範囲のほぼ全域に渡
って形成されることを特徴とする請求項１に記載の走査
露光装置。
【請求項３】前記走査露光中、前記位置ずれ検出手段で
検出される前記第１方向と直交する第２方向に関する前
記マスクマークと前記基板マークとの相対位置ずれ量に
基づいて、前記マスクと前記感光基板とを前記第２方向
に相対移動する駆動手段を更に備えることを特徴とする
請求項１又は２に記載の走査露光装置。
【請求項４】前記マスクマークと前記基板マークとはそ
れぞれ前記第１方向と直交する第２方向に離れて一対ず
つ形成され、前記走査露光中、前記位置ずれ検出手段で
検出される前記第１方向に関する２つの相対位置ずれ量
に基づいて、前記マスクと前記基板とを相対回転させる
回転駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一項に記載の走査露光装置。
【請求項５】マスクを保持するマスクステージと、感光
基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクステ
ージと前記基板ステージとを同期移動させることによっ
て、前記マスクの原画パターンを前記感光基板上に走査
露光する装置において、前記マスクに照明光を照射するとともに、前記マスク上
における前記照明光の照射領域を、前記投影光学系の光
軸を含み、かつその長手方向が前記同期移動の方向と直
交する方向と一致するように規定する照明光学系と、前記走査露光中、前記マスクと前記感光基板との前記同
期移動の方向に関する相対位置ずれ量を検出する検出手
段と、前記走査露光時に前記マスクステージと前記基板ステー
ジとの一方を一定の速度で駆動する第１駆動制御手段
と、前記走査露光時に前記検出手段で検出される相対位置ず
れ量が所定値となるように、前記マスクステージと前記
基板ステージとの他方を駆動する第２駆動制御手段とを
備えたことを特徴とする走査露光装置。
【請求項６】マスクを保持するマスクステージと、感光
基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクステ
ージと前記基板ステージとを同期移動させることによっ
て、前記マスクの原画パターンを前記感光基板上に走査
露光する装置において、前記マスクに照明光を照射するとともに、前記マスク上
における前記照明光の照射領域を、前記投影光学系の光
軸を含み、その長手方向が前記同期移動の方向と直交す
る方向とほぼ一致するように規定する照明光学系と、前記基板ステージの位置情報及び速度情報を計測するた
めの干渉計と、前記走査露光時に、前記干渉計で計測される情報に基づ
いて前記基板ステージを一定の速度で駆動する第１駆動
制御手段と、前記走査露光時に、前記マスクと前記感光基板との位置
ずれ量が所定値となるように前記マスクステージを駆動
する第２駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする走査露光装置。
【請求項７】前記原画パターンの少なくとも一部の像を
所定の倍率で前記感光基板上に投影する投影光学系を更
に備え、前記照明光学系は、前記照射領域の中心を前記投影光学
系の光軸とほぼ一致させることを特徴とする請求項５ま
たは６に記載の走査露光装置。
【請求項８】前記走査露光中、前記マスクと前記感光基
板との相対回転量に応じて、前記マスクと前記感光基板
とを相対回転させる回転駆動手段を更に備えることを特
徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の走査露
光装置。
【請求項９】前記走査露光中、前記同期移動の方向と直
交する方向における前記マスクと前記感光基板との位置
ずれ量に応じて、前記同期移動の方向と直交する方向に
前記マスクと前記感光基板とを相対移動する駆動手段を
更に備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一
項に記載の走査露光装置。
【請求項１０】前記基板ステージ上に配置された基準マ
ーク板と、前記照明光と異なる波長のビームを使って前
記感光基板上のマーク及び前記基準マーク板上のマーク
を検出可能な前記第１マーク検出系と、前記照明光と同
一波長の光を用いて前記マスク上のマーク及び前記基準
マーク板上のマークを検出可能な第２マーク検出系とを
更に備え、前記基板ステージをほぼ静止させた状態で前
記第１及び第２マーク検出系の各々で前記基準マーク板
上のマークを検出することによって前記第１マーク検出
系のベースライン量を算出することを特徴とする請求項
５〜９のいずれか一項に記載の走査露光装置。