JP3248240B2

JP3248240B2 - アライメント装置の調整方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP3248240B2
Application number: JP14636892A
Authority: JP
Inventors: 憲昭徳田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH05315214A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレチクル（マス
ク）上に形成されたパターンをウエハ上に転写する投影
光学系を備えた投影露光装置のアライメント系の調整方
法に適用して好適な調整方法に関し、特に、レチクルの
パターンをウエハ上に転写するための露光光とは異なる
波長帯のアライメント光を用いて、レチクルとウエハと
の相対的な位置合わせを行うアライメント装置の調整方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクルの
パターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する投影
露光装置が使用されている。一般に、半導体素子等はウ
エハ上に多数層の回路パターンを形成して製造されるた
め、既にパターンが形成されたウエハに新たなレチクル
のパターンを転写する工程では、今回転写するパターン
と既に形成されたパターンとの位置合わせ、即ちレチク
ルとウエハとのアライメントを正確に行う必要がある。
近時、転写するパターンの微細度が一層向上するにつれ
て、そのアライメントの精度をより向上することと、投
影光学系の結像性能を向上させることが最も重要な課題
となっている。

【０００３】前者のアライメント精度の向上のために
は、投影光学系を介してアライメントを行う所謂ＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式が、最も原理的に高い精度
を達成できるものとして期待されている。また、ＴＴＬ
方式に含まれるものであるが、レチクル及び投影光学系
の両方を介してウエハのアライメントを行うＴＴＲ（ス
ルー・ザ・レチクル）方式も高い精度を達成できるもの
として期待されている。このように投影光学系を介して
ウエハ上のアライメントマークを検出することによりレ
チクルとウエハとのアライメントを行う方式において
は、露光光と異なる波長帯のアライメント光を用いるこ
とにより、ウエハ上に塗布されたレジストが感光しない
ような配慮がなされている。

【０００４】しかしながら、露光光とは異なる波長帯の
アライメント光に基づいてアライメントを行う場合に
は、投影光学系によりアライメント光に対して軸上色収
差及び倍率色収差が発生する問題がある。なお、本願で
言う倍率色収差とは横方向の色収差の事であり、これ
は、投影光学系を通過することによってガウス像面上で
結像する露光光と同じ波長の軸外光と、投影光学系を通
過することによって上記ガウス像面又はこれの前後で結
像する露光光とは別波長のアライメント光との双方の主
光線が、上記ガウス像面上で交差する際の各交差位置間
のずれを定義するものである。

【０００５】そして、倍率色収差量（横の色収差量）Δ
Ｔとは、投影光学系を通過することによってガウス像面
上で結像する露光光と同じ波長の軸外光における主光線
が上記ガウス像面で交差する交差位置から上記ガウス像
面上での投影光学系の光軸位置までの距離をδ１、投影
光学系を通過することによって上記ガウス像面又はこれ
の前後で結像する露光光とは別波長のアライメント光に
おける主光線が上記ガウス像面で交差する交差位置から
上記ガウス像面上での投影光学系の光軸位置までの距離
をδ２とするとき、ΔＴ＝｜δ２−δ１｜で定義される
ものである。

【０００６】本出願人は特願平３−１２９５６３号にお
いて、アライメント光に対する投影光学系による軸上色
収差及び倍率色収差を補償したアライメント装置を提案
している。図７は、その特願平３−１２９５６３号にお
いて開示されたアライメント装置を示し、この図７にお
いて、レチクル６のパターン面とウエハ９の露光面とは
露光光の下で両側又は片側テレセントリックの投影光学
系２１に対して共役に配置されている。投影光学系２１
は、例えばエキシマレーザー光よりなる露光光に対して
良好に色収差が補正されている。また、レチクル６上に
はアライメント用の回折格子状のレチクルマークＲＭが
形成され、ウエハ９の上にもアライメント用の回折格子
状のウエハマーク１０が形成されている。ウエハ９は、
水平面内でＸ方向及びＹ方向に移動でき、水平面内で回
転できると共に、投影光学系２１の光軸に平行なＺ方向
に移動できる図示省略したウエハステージ上に吸着され
ており、レチクル６の上方には図示省略した露光光用の
照明光学系が配置されている。

【０００７】図７のアライメント系において、３１は露
光光とは異なる波長帯のアライメント光を発生するアラ
イメント用の光源を示し、アライメント光としては例え
ば波長が６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光が使用され
る。光源３１から射出された光束は半透過鏡３２により
第１の光束４ａと第２の光束４ｂとに分割され、第１の
光束４ａは第１の音響光学変調素子３４ａを経て半透過
鏡３５に向かい、第２の光束４ｂは折り曲げミラー３３
及び第２の音響光学変調素子３４ｂを経て半透過鏡３５
に向かう。音響光学変調素子３４ａ及び３４ｂはそれぞ
れ周波数ｆ１及びｆ２（ｆ２＝ｆ１−Δｆ）の高周波信
号で駆動され、音響光学変調素子３４ａ及び３４ｂをそ
れぞれ通過した光束４ａ及び４ｂの周波数はΔｆだけ異
なっている。この場合、ｆ１≫Δｆ、ｆ２≫Δｆである
ことが望ましく、Δｆの上限は後述のアライメント用の
光電検出器４１ａ〜４１ｃの応答性によって決まる。

【０００８】半透過鏡３５で反射された光束４ａ及び４
ｂは、集光レンズ３６によって図７の紙面に平行な方向
に所定ピッチで形成された参照用の基準の回折格子３７
上に集光される。相対的な周波数差がΔｆの２つの光束
４ａ及び４ｂにより、回折格子３７上には流れる干渉縞
が形成され、回折格子３７を通過した回折光が光電検出
器３８に入射する。光電検出器３８から出力される参照
信号は、回折格子３７上に形成された流れる干渉縞の明
暗変化の周期に応じた正弦波状の交流信号（光ビート信
号）となる。

【０００９】一方、半透過鏡３５を透過した２つの光束
４ａ及び４ｂは、アライメント系の対物レンズ３９及び
ミラー４０を経てレチクル６の露光領域外に設けられた
レチクルマークＲＭ上に集光される。このとき、レチク
ルマークＲＭ上には光束４ａ及び４ｂの周波数の差Δｆ
で流れるように変化する干渉縞が形成される。レチクル
マークＲＭは図７の紙面に平行な方向に所定ピッチで形
成された回折格子より形成され、そのレチクルマークＲ
Ｍに隣接した位置にアライメント光を透過させるための
レチクル窓ＲＷが形成されている。

【００１０】アライメント系の対物レンズ３９によって
レチクル６上に集光される光束４ａ及び４ｂは、レチク
ルマークＲＭのみならず、レチクル窓ＲＷをも同時にカ
バーするように所定の交差角でレチクル６を２方向から
照明する。そして、一方の光束４ａがレチクルマークＲ
Ｍを斜めに照射すると、他方の光束４ｂの光路を逆に辿
る方向（正反射方向）に０次光が反射され、光束４ａの
光路を逆に辿る方向に＋１次回折光が発生する。同様
に、他方の光束４ｂがレチクルマークＲＭを斜めに照射
すると、一方の光束４ａの光路を逆に辿る方向に０次光
が反射され、光束４ｂの光路を逆に辿る方向に−１次回
折光が発生する。

【００１１】この場合、レチクルマークに入射する光束
４ａ及び４ｂは図７の紙面に平行な面内に存在し、光束
４ａ及び４ｂのレチクルマークに対する入射角をθ_R 及
び−θ_R として、レチクルマークの図７の紙面に平行な
方向のピッチをＰ_R 、光束４ａ及び４ｂの波長をλとす
ると（ただし、厳密にはλから僅かにずれている）、ｓ
ｉｎ２θ_R ＝λ／Ｐ_R の関係を満足するように、入射角
及びピッチが設定されている。

【００１２】従って、レチクルマークＲＭからの一方の
光束４ａの＋１次光と他方の光束４ｂの０次光とは、互
いに平行にミラー４０及び対物レンズ３９を経て半透過
鏡３５に戻り、この半透過鏡３５で反射されて対物レン
ズ３９の瞳と共役な位置に配置された光電検出器４１ａ
に入射する。同様に、レチクルマークＲＭからの一方の
光束４ａの０次光と他方の光束４ｂの−１次光とは、互
いに平行にミラー４０及び対物レンズ３９を経て半透過
鏡３５に戻り、この半透過鏡３５で反射されて対物レン
ズ３９の瞳と共役な位置に配置された光電検出器４１ｂ
に入射する。これら光電検出器４１ａ及び４１ｂにおい
て、レチクルマークＲＭの位置に対応する光ビート信号
が検出される。

【００１３】次に、レチクルマークＲＭに隣接したレチ
クル窓ＲＷを所定の交差角（２θ_R）で２方向から照明
した光束４ａ及び４ｂは、レチクル窓ＲＷをそのまま通
過し、投影光学系２１に対して軸外から入射する。投影
光学系２１は露光光に対して十分に色収差補正されてい
るものの、露光光と異なる波長帯のアライメント光に対
しては色収差補正されていない。そこで、投影光学系２
１の瞳面には透明部材５が配置され、この透明部材５上
に投影光学系２１の光軸の中心を通る計測方向であるＸ
方向に沿って、それぞれ互いに異なるピッチを有する位
相型の回折格子よりなる３個の補正光学素子１ａ〜１ｃ
が配置されている。そして、補正光学素子１ｃは、投影
光学系２１の光軸上に、補正光学素子１ａ及び１ｂは投
影光学系２１の光軸に対して左右対称にそれぞれ配置さ
れている。また、各補正光学素子１ａ〜１ｃは、補正光
学素子１ｂ，１ｃ，１ａの順に回折格子のピッチが密と
なるようにＸ方向に沿って配列されている。

【００１４】図７において、投影光学系２１に対して軸
外から入射して、投影光学系２１の瞳（入射瞳）に入射
した光束４ａ及び４ｂは、それぞれ補正光学素子１ｂ及
び１ａにより、各々の補正角θ１及びθ２だけ補正され
るように偏向（回折）されて、ウエハ９上に形成されて
いるウエハマーク１０を所定の交差角で２方向から照射
する。ウエハマーク１０上にも２光束の差の周波数Δｆ
で流れるように変化する干渉縞が形成される。ウエハマ
ーク１０は、各ショット領域外のストリートライン上に
おいて、計測方向であるＸ方向に所定ピッチで形成され
た回折格子より構成されている。

【００１５】このように光束４ａ及び４ｂがウエハマー
ク１０を所定の交差角で照射することにより、一方の光
束４ａの−１次光と他方の光束４ｂの＋１次光とが、ウ
エハ９の露光面に対し法線方向（投影光学系２１の光軸
と平行な方向）に発生する。この場合、ウエハマーク１
０のピッチをＰ_W 、アライメント光の波長をλ、光束４
ａ及び４ｂの交差角を２θ_W とするとき、ｓｉｎθ_W ＝
λ／Ｐ_W の関係を満足するようにピッチ及び交差角が設
定されている。

【００１６】ウエハマーク１０の法線方向に発生する光
束４ａの−１次光及び光束４ｂの＋１次光は、互いに平
行にビート干渉光４ｃとして投影光学系２１の主光線の
光路を進行し、投影光学系２１の瞳の中心に設けられた
補正光学素子１ｃにより補正角θ３だけ偏向（回折）さ
れた後、再びレチクル６のレチクル窓ＲＷ、ミラー４
０、対物レンズ３９及び半透過鏡３５を経て対物レンズ
３９の瞳と共役な位置に配置された光電検出器４１ｃに
入射する。この光電検出器４１ｃでは、ウエハマーク１
０の位置に対応する光ビート信号が検出される。上述の
光電検出器４１ａ及び４１ｂから出力されるレチクルマ
ークＲＭの位置情報を含む信号とその光電検出器４１ｃ
から出力されるウエハマーク１０の位置情報を含む信号
とより、レチクル６とウエハ９との相対的な位置関係を
正確に検出することができる。

【００１７】この検出方式は所謂光ヘテロダイン方式と
呼ばれ、レチクル６とウエハ９との基準状態からの位置
ずれが、レチクルマークＲＭの１ピッチ以内且つウエハ
マーク１０の１／２ピッチ以内であれば、静止状態であ
っても高分解能で正確にその位置ずれ量を検出すること
ができる。従って、レチクル６のパターンをウエハ９の
レジストへ露光している間に、微小な位置ずれが生じな
いようにクローズド・ループ方式の位置サーボをかける
場合の位置信号として用いるのに好適である。この検出
方式では、レチクルマークＲＭからの光ビート信号の位
相とウエハマーク１０からの光ビート信号の位相とが所
定の値になるようにレチクル６又はウエハ９を移動させ
てアライメントを完了させた後、引続きそのアライメン
ト位置でレチクル６とウエハ９とが相対移動しないよう
にサーボ・ロックをかけることができる。

【００１８】このように図７のアライメント装置におい
ては、投影光学系２１のほぼ瞳位置に設けられた透明部
材５上に配置された補正光学素子１ａ，１ｂ，１ｃによ
って、アライメントの為の照射光（光束４ａ，４ｂ）と
検出光（ビート干渉光４ｃ）との投影光学系２１による
軸上色収差及び倍率色収差を補正するようになってい
る。なお、位相型の回折格子よりなる補正光学素子１ａ
〜１ｃの代わりに、偏角プリズム等の補正光学素子を使
用することができる。

【００１９】これらの位相型の回折格子（位相格子）等
の補正光学素子においては、その特願平３−１２５９６
３号でも述べているように、露光光の波面に影響を与え
その結果投影光学系２１の結像性能に悪影響を及ぼすこ
とがないような工夫がなされている。例えば、位相格子
の場合には、位相格子のエッチングの深さを露光光の波
長の整数倍にするか、又は位相格子上に露光光を反射さ
せてアライメント光を透過させる波長選択機能を有する
薄膜を蒸着等により形成するなどの工夫がなされてい
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】図７の装置において、
投影光学系２１の瞳面に置かれた補正光学素子１ａ〜１
ｃは、位相格子よりなり入射する光束の向きによって光
束を曲げる方向が変わるといった方向性を持つ素子であ
る。従って、これらを配置した透明部材５の投影光学系
２１の光軸に垂直な平面内での取付角度等の精度は、ア
ライメントそれ自体に要求されている精度やアライメン
トマークの大きさなどから計算するとかなり小さな値に
なり、例えば取付角度はアライメント光学系に対して数
分の精度で合わせる必要がある。また、同じくその平面
内でのＸ方向及びＹ方向の位置決めについても、アライ
メント光はＨｅ−Ｎｅレーザー等の細いビームであるた
め、その光路に対して数分の１ｍｍ程度の精度で合わせ
る必要がある。

【００２１】しかしながら、投影光学系を構成する個々
のレンズは、露光光の光軸に対して回転対称性を持つも
のであり、従来は一般に投影光学系にはその組立後にそ
の中の一枚のレンズを回したり、水平方向にずらしたり
するような機構は設けられていない。また、仮にこのよ
うな機構が設けられていたにしても、位相回折格子のよ
うな本来透明なものを投影光学系の中で、目視あるいは
テレビカメラ等で観察しながら位置調整することは困難
である。従って、先に述べたように補正光学素子が配置
された透明部材５の位置決め調整を正確に行うには、特
別な位置決め装置及び調整方法を使用する必要がある。

【００２２】更に透明部材５の位置精度は、投影光学系
の初期調整時だけでなくその後も保ち続ける必要がある
ため、その位置決め装置及び調整方法は投影光学系を露
光装置に組み込んだ後も容易に随時利用できるものでな
ければならない。本発明は斯かる点に鑑み、色収差を補
償するための補正光学素子が形成された部材を用いるア
ライメント装置に対して、その補正光学素子が形成され
た部材の位置決めを容易且つ高精度に行うことができる
調整方法を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、アライメントマーク及び転写用のパターンが形成さ
れたマスク（６）上のパターンを、露光光のもとで投影
光学系（２１）を介して、ステージ（１９）上に載置さ
れアライメントマークが形成された感光基板（９）上に
転写する露光装置に設けられ、露光光とは異なる波長帯
のアライメント光（４ａ，４ｂ）を投影光学系を介して
感光基板のアライメントマークに照射する照射手段（４
３）と、基板上のアライメントマークからのアライメン
ト光を投影光学系を介して検出して受光信号を発生する
検出手段（４３）と、投影光学系のほぼ瞳面内に配置さ
れた保持基板（５）上に形成され、アライメント光に対
して投影光学系により発生する色収差（軸上色収差及び
倍率色収差）を補償する補正光学素子（１）とを有し、
マスク及び感光基板上に形成されたアライメントマーク
をアライメント光で照明することによりマスクと感光基
板との相対的な位置合わせを行うアライメント装置にお
ける保持基板の位置決め状態の調整方法であって、露光
光として、瞳面内で複数の領域に分割された照明２次光
源を生成する照明（２３ｂ）を使用し、該瞳面内（図
３）における補正光学素子の配置位置を、該複数の領域
に分割された照明２次光源のフーリエ変換像が形成され
る領域（３ａ〜３ｄ）とは重ならない領域とするととも
に、検出手段から発生される受光信号が最も良好な状態
となるように、保持基板の位置決めを行うこととした。
また、請求項８に記載の発明では、アライメントマーク
及び転写用のパターンが形成されたマスク（６）上のパ
ターンを、露光光のもとで投影光学系（２１）を介し
て、ステージ（１９）上に載置されアライメントマーク
が形成された感光基板（９）上に転写する露光装置にお
いて、露光光とは異なる波長帯のアライメント光（４
ａ、４ｂ）を投影光学系を介して感光基板のアライメン
トマークに照射する照射手段（４３）と、基板上のアラ
イメントマークからのアライメント光を投影光学系を介
して検出して受光信号を発生する検出手段（４３）と、
投影光学系のほぼ瞳面内に配置された保持基板（５）上
に形成され、アライメント光に対して投影光学系により
発生する色収差（軸上色収差及び倍率色収差）を補償す
る補正光学素子（１）と、露光光として、瞳面内におい
て複数の領域に分割された照明２次光源を生成する照明
（２３ｂ）を使用し、瞳面内（図３）における補正光学
素子の配置位置を、複数の領域に分割された照明２次光
源のフーリエ変換像が形成される領域（３ａ〜３ｄ）と
は重ならない領域とするとともに、検出手段から発生さ
れる受光信号が最も良好な状態となるように、保持基板
の位置決めを行う位置決め手段（１５，１６，２６，４
６）と、を有することとした。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】請求項１、８に記載の発明によれば、露光用の
照明系として、複数領域に分割された照明２次光源を生
成する照明２次光源系を使用しても、アライメント装置
は投影光学系にとって最適の補正光学素子の配置を保つ
ことができる。また、その補正光学素子の瞳面内での配
置状態を調整できるようになっているため、最も良好な
アライメント信号が得られる位置に補正光学素子を配置
するように調整すれば、良好なアライメントが実現でき
る。更に、上記請求項に記載の発明によれば、例えば、
補正手段の位置決め状態を定期的に検査して調整するこ
とにより、経年変化等による補正手段の位置ずれに起因
するアライメントのミスを防止することもでき、長期間
に亘って安定的にアライメントを行うことが可能とな
る。更にまた、上記請求項に記載の発明によれば、補正
光学素子を目視またはテレビカメラ等で観察するのでは
無く、検出手段で得られた受光信号、即ちアライメント
用の信号に基づいて、このアライメント信号が最も良好
な状態となるように補正光学素子の配置状態を調整する
（例えば受光信号の強度が最大になるように調整する）
ので、保持基板の位置決めを容易且つ高精度に行うこと
ができる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の調整
方法の一実施例につき図１〜図５を参照して説明する。
本実施例は、投影露光装置に本発明を適用したものであ
り、図１〜図４において図７に対応する部分には同一符
号を付してその詳細説明を省略する。

【００３０】図１は本実施例の投影光学系２１の内部を
示し、この図１において、１１は鏡筒である。投影光学
系２１のほぼ瞳面の近傍でその鏡筒１１の内面に４箇所
に爪部を有する保持リング１２を固定し、保持リング１
２の内部に調整用のマージンに相当する余裕を持って且
つ脱落しないように押え環１３を収め、この押え環１３
の内側に平行平板ガラス等よりなる透明部材５を保持す
る。この透明部材５上に位相格子よりなる補正光学素子
１が形成されている。また、その押え環１３を鏡筒１１
の側面部の開口部１４を通る駆動軸１５を介して投影光
学系２１の外部に設けられた駆動装置１６に接続する。

【００３１】図２は図１の投影光学系２１の断面図であ
り、この図２に示すように、透明部材５を止め環１８に
より押え環１３の端部に押え込む。また、鏡筒１１の内
側において、保持リング１２の前後にはリング状のスペ
ーサ１７ａ及び１７ｂが装着されている。それらスペー
サ１７ａ及び１７ｂは、投影光学系２１を構成するレン
ズを鏡筒１１の内側で光軸方向（Ｚ方向）に位置決めし
て固定するために使用されるスペーサの一部である。

【００３２】次に、図３を参照して本実施例の補正光学
素子の配置について説明する。図３は、本例の投影光学
系２１のほぼ瞳面に配置された透明部材５上に形成され
た補正光学素子の配置を示し、この図３において、領域
２が投影光学系２１のほぼ瞳面内で、且つ開口絞りによ
り制限されている領域である。領域２の内部において、
２点鎖線で囲まれて斜線が施されそれぞれ独立した矩形
の４個の領域３ａ〜３ｄが、照明２次光源の直接像（フ
ーリエ変換像）が形成される領域である。その照明２次
光源の直接像が形成される領域は、転写対象とするレチ
クルのパターン等に応じて例えば破線で示す領域に移動
することができるが、光軸の周囲の領域には照明２次光
源の直接像は形成されていない。また、１は１２個のそ
れぞれ位相型の回折格子よりなる補正光学素子をまとめ
て示し、それら１２個の補正光学素子１を照明２次光源
の直接像が形成される４個の領域３ａ〜３ｄの内側の領
域に配置する。

【００３３】本実施例において、これら１２個の補正光
学素子１は、領域３ａ〜３ｄに囲まれた領域内で、直交
する２辺に沿って軸対称に配列されている。また、これ
ら１２個の補正光学素子１は、その直交する２辺の交点
付近の１個の補正光学素子とその２辺の内の１辺の両側
の２個の補正光学素子との３個ずつにグループ分けされ
ており、同じ図形で示された３個の補正光学素子がそれ
ぞれ同一のグループに属する。例えば黒丸で示された３
個の補正光学素子１ａ〜１ｃは同一のグループに属して
いる。

【００３４】図１に戻り、本例の駆動装置１６は駆動軸
１５を投影光学系２１の光軸に平行なＺ方向、投影光学
系２１の光軸に垂直なＸ方向及びＹ方向、投影光学系２
１の光軸に垂直な面内での回転の方向（θ方向、図３参
照）並びにチルト方向（φ方向）に所望の量だけ移動又
は回転した状態で、その駆動軸１５を固定することがで
きるように構成されている。従って、その駆動軸１５に
接続された押え環１３の内部の透明部材５も、Ｚ方向、
Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向及びφ方向に位置決めして固定
することができる。

【００３５】本実施例の投影光学系２１を組み立てる場
合には、先ず保持リング１２と一体的に透明部材５を収
納した押え環１３を投影光学系２１の鏡筒１１の内面に
組み込む。しかる後、鏡筒１１の側面に穿たれた開口部
１４を介して駆動装置１６から出ている駆動軸１５を押
さえ環１３に接続する。これにより、透明部材５が可動
で且つ位置決め自在に支持される。

【００３６】図４を参照して本実施例におけるアライメ
ント系の調整時の構成例につき説明する。図４に簡略化
して示すように、投影光学系２１の瞳面には１２個の補
正光学素子が形成された透明部材５が配置され、この透
明部材５は駆動軸１５を介して駆動装置１６に接続され
ているとみなすことができる。また、レチクル６の露光
エリアを囲む４辺の各辺に隣接して、それぞれレチクル
マーク及び窓部よりなるアライメントマークが形成され
ている。また、１９はウエハステージを示し、このウエ
ハステージ１９上のウエハ（図示省略）の近傍に基準部
材２０を設け、この基準部材２０の表面に基準マーク４
２を形成する。この基準マーク４２は、ウエハの各ショ
ット領域の近傍に形成されている回折格子よりなるウエ
ハマークと同じものである。

【００３７】図４において、レチクル６の露光エリアを
囲む各辺に隣接する４個のアライメントマークに対して
それぞれ１個（合計で４個）のアライメント用顕微鏡４
３が用意されている。そのレチクル６の露光エリアを囲
む４辺の内の１辺に隣接する領域のレチクルマークＲＭ
及び窓部ＲＷを用いてアライメント系の調整を行う。そ
れらレチクルマークＲＭ及び窓部ＲＷに対しては、透明
部材５上の黒丸で示す３個の補正光学素子１ａ〜１ｃが
使用される。

【００３８】この場合、先ずレチクル６の位置決めを行
う。その後、ウエハステージ１９側の基準部材２０上の
基準マーク４２を、投影露光装置に設けられた図示省略
した別種のアライメント装置（オフアクシスアライメン
ト装置等）により予めレチクル６上のレチクルマークＲ
Ｍに対して位置決めしておく。この状態でアライメント
用の光束４ａ及び４ｂをアライメント用の顕微鏡４３か
ら照射すると、補正光学素子１が正確に位置決めされて
いる場合には、光束４ａ及び４ｂはそれぞれ補正光学素
子１ａ及び１ｂにより偏向されて基準マーク４２を照明
する。その基準マーク４２から戻されるビート干渉光４
ｃは補正光学素子１ｃにより偏向されてアライメント用
の顕微鏡４３に戻り、良好なアライメント信号を得るこ
とができる。

【００３９】しかし、補正光学素子１が形成された透明
部材５は駆動装置１６に駆動軸１５を介して連結された
状態で機械的な設計及び組立の公差範囲で位置決めされ
ているが、一般にその精度はアライメント系が要求する
精度に比べると不足している。例えば補正光学素子１が
投影光学系２１の光軸に垂直な平面内で大きくずれてし
まっていると、そもそもアライメント用の光束４ａ，４
ｂは補正光学素子１ａ，１ｂを通らない。従って、投影
光学系２１の像面に達したアライメント用の光束は基準
マーク４２を照らすことがなく、アライメント信号は得
られない。

【００４０】このような場合には、駆動装置１６により
透明部材５を投影光学系２１のほぼ瞳面内で平行シフト
又は回転させるなどして良好なアライメント信号が得ら
れる状態を探す。この調整のときには、アライメント用
の光束の径を大きく（太く）しておけばサーチが容易に
なる。なお、投影光学系２１の瞳面における位置は像面
における角度に相当するから、同様のサーチはアライメ
ント用の光束の入射角（基準マーク４２に入射するアラ
イメント用の光束４ａ及び４ｂを含む平面がこの平面を
基準マークに対して垂直にした面となす角度）を振るこ
とによっても行うことができる。そこで、先ずアライメ
ント用の光束を傾ける方法によって補正光学素子１を探
し、その後に入射角を本来の設定値に戻すと共に透明部
材５の位置をその情報を基に補正しても良い。

【００４１】次に、駆動軸１５を介して透明部材５をＸ
方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ方向及びφ方向（図１参照）
に動かした場合の、基準マーク４２に対するアライメン
ト用の光束４ａ，４ｂの変動の状態について図５を参照
して説明する。この場合、図５（ａ）は基準マーク４２
上の同一の領域４４をアライメント用の光束４ａ及び４
ｂが照射している状態を示す。また、基準マーク４２は
Ｘ方向用のアライメントマークであり、Ｘ方向に所定ピ
ッチの回折格子より形成されている。この状態で、図４
の透明部材５をＸ方及びＹ方向に移動すると、光束４ａ
及び４ｂが合致して照明している領域４４はそれぞれＸ
方向及びＹ方向に移動する。

【００４２】また、透明部材５を投影光学系２１の光軸
の回りにθ方向に微小角度回転すると、図５（ａ）に示
すように、光束４ａ及び４ｂが合致して照明している領
域４４はＸ方向に基準マーク４２を横切るように移動す
る。なお、透明部材５をチルト方向であるφ方向で微小
回転しても、その領域４４はほとんど変化しない。次
に、透明部材５を投影光学系２１の光軸に平行なＺ方向
に平行移動すると、図５（ｂ）に示すように、基準マー
ク４２上でアライメント用の光束４ａ及び４ｂがそれぞ
れ照射する領域４５ａ及び４５ｂがＸ方向に次第に大き
く分離するようになる。この場合、領域４５ａと４５ｂ
とが重なった領域４５ｃでのみ有効なビート干渉光４ｃ
が発生する。なお、アライメント用の光束の波長を大幅
に（例えば１００ｎｍ以上）変えたような場合には、透
明部材５のＺ方向の位置を大幅に変える必要があり得
る。

【００４３】図５より基準マーク４２上でアライメント
用の光束４ａ及び４ｂが重なっている領域が最も広くな
ったときに、最も強いビート干渉光４ｃが得られ、図４
のアライメント用の顕微鏡４３では最も強度が強くＳＮ
比が高い良好なアライメント信号が得られることが分か
る。従って、透明部材５を平行シフト又は回転等により
微小変位させながらアライメント信号の強度をモニター
して、そのアライメント信号の強度が最大になるときの
状態を検出すれば、この状態で２本のアライメント用の
光束の基準マーク４２上での重なり量は極大になってお
り、透明部材５の補正光学素子１の位置決めが正確に行
われたことが分かる。なお、２本の光束の重なり量を最
大にする為には補正光学素子１の位置決めだけでなく、
アライメント用の顕微鏡４３の焦点出し等の光学調整も
実施する必要がある。しかしながら、これらの調整は補
正光学素子１の位置が既に最適化されているので、その
調整とは独立にその後に行えば良い。

【００４４】以上の説明では補正光学素子１の位置決め
調整は、１個のアライメント用の顕微鏡を４３使った方
法で示した。アライメント用の入射光束は２本あるので
これだけでも原理的には透明部材５の平面の位置及び回
転角を決定することが可能であり、面の傾きも光束のシ
フトを生ずるので確認可能である。しかし、複数個ある
別のアライメント用の顕微鏡のアライメント信号を併用
することにより、透明部材５の位置決め精度をより向上
させることができることは云うまでもない。

【００４５】また、以上述べてきた補正光学素子１が配
置された透明部材５の位置決めは、投影光学系２１の組
立調整時や補正光学素子１の交換に際して実施され、そ
の後は動かないように固定される。また、長期に亘って
透明部材５をそのままの状態で保持するためには、定期
的に投影光学系２１の露光領域内に基準部材２０の基準
マーク４２を移動させて、その基準マーク４２に対する
アライメント信号の強度等を駆動装置１６が自動的にチ
ェックして、補正光学素子１が正しい位置に保たれてい
るかどうかを確認する事が望ましい。その方法は先に述
べた初期調整時の位置決めの仕方と同じである。

【００４６】この様な確認の為の作業と再調整は定期的
に行っても良いし、或いは基準マーク４２に対するアラ
イメント信号の信号強度が初期値に対してある一定レベ
ルを下回るほど低下したときに行うようにしても良い。
いずれの場合にも投影露光装置の制御系に準備されたプ
ログラムにより自動的に行う事が可能であり、その方が
望ましい事も云うまでもない。

【００４７】次に、本発明の他の実施例につき図６を参
照して説明する。本実施例は、単一領域よりなる照明２
次光源と複数の分割された照明２次光源とを切り換えて
使用することができる投影露光装置に本発明を適用した
ものである。図６は本例の投影露光装置を示し、この図
６において、光源２２から照明２次光源系２３ａ又は２
３ｂに露光光が供給される。これら照明２次光源系２３
ａ及び２３ｂはそれぞれ１個のフライアイレンズ及び偏
心した複数のフライアイレンズより構成され、２つの照
明２次光源系２３ａ及び２３ｂは駆動系２５により例え
ばターレット方式で切り換えられる。また、照明２次光
源系２３ａ及び２３ｂの射出側には可変開口絞り５０及
び２７が配置され、これら可変開口絞り５０及び２７の
開口部が照明２次光源となる。それら可変開口絞り５０
及び２７はレチクル６上に設けられた回路パターンと光
学的にフーリエ変換となる位置近傍に設けられている。

【００４８】そして、照明２次光源系２３ａ又は２３ｂ
の照明２次光源からの露光光が、コンデンサーレンズ系
２４により適度に集光されてレチクル６を照明し、レチ
クル６のパターンが投影光学系２１を介してウエハ９上
に転写される。また、投影光学系２１の瞳面には、駆動
系４６により多数の透明部材５ａ，５ｂ，‥‥，５ｘの
内の任意の１つの透明部材を配置することができるよう
に構成されている。この場合、第１の透明部材５ａには
図３の例と同じ配置で１２個の補正光学素子１が配置さ
れ、第２の透明部材５ｂには異なる配置で所定個数の補
正光学素子が配置され、他の透明部材にもそれぞれ異な
る配置で補正光学素子が配置されている。

【００４９】そして、単一の照明２次光源を生成する照
明２次光源系２３ａが光源２２とコンデンサーレンズ系
２４との間に配置された場合には、主制御系２６は、駆
動系４６を介して所定の透明部材を投影光学系２１の瞳
面に配置する。一方、複数の領域に分割された照明２次
光源を生成する照明２次光源系２３ｂが光源２２とコン
デンサーレンズ系２４との間に配置された場合には、主
制御系２６は、駆動系４６を介して図３の配列の第１の
透明部材５ａを投影光学系２１の瞳面に配置する。この
機構により、照明２次光源がどちらのタイプのものにな
ってもアライメント装置は投影光学系２１にとって最適
の補正光学素子の配置を保つことができる。

【００５０】更に、本実施例の駆動系４６は個々の透明
部材５ａ〜５ｘに関して最も良好なアライメント信号が
得られる位置決め状態を予め記憶しており、選択された
透明部材をそれぞれその記憶した状態に位置決めする。
この場合、最も良好なアライメント信号が得られる位置
決め状態は図１の実施例の調整方法により求めることが
できる。これにより、常に高精度なアライメントを行う
ことができる。

【００５１】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】請求項１、８に記載の発明によれば、露
光用の照明系として、複数の領域に分割された照明２次
光源を生成する照明２次光源系を使用しても、アライメ
ント装置は投影光学系にとって最適の補正光学素子の配
置を保つことができる。また、その補正光学素子の瞳面
内での配置状態を調整できるようになっているため、最
も良好なアライメント信号が得られる位置に補正光学素
子を配置するように調整すれば、良好なアライメントが
実現できる。更に、上記請求項に記載の発明によれば、
例えば、補正手段の位置決め状態を定期的に検査して調
整することにより、経年変化等による補正手段の位置ず
れに起因するアライメントのミスを防止することもで
き、長期間に亘って安定的にアライメントを行うことが
可能となる。更にまた、上記請求項に記載の発明によれ
ば、補正光学素子を目視またはテレビカメラ等で観察す
るのでは無く、検出手段で得られた受光信号、即ちアラ
イメント用の信号に基づいて、このアライメント信号が
最も良好な状態となるように補正光学素子の配置状態を
調整する（例えば受光信号の強度が最大になるように調
整する）ので、保持基板の位置決めを容易且つ高精度に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント装置の調整方法の一
実施例が適用される投影露光装置の投影光学系を示す一
部を切り欠いた斜視図である。

【図２】図１の投影光学系の瞳面の近傍の断面図であ
る。

【図３】図１の透明部材上の補正光学素子の配置を示す
平面図である。

【図４】図１の投影光学系を用いてアライメント系の調
整を行う場合の配置を示す要部の斜視図である。

【図５】透明部材５を動かした場合の基準マーク４２上
のアライメント用の光束の照射位置の変化の説明に供す
る線図である。

【図６】本発明の第２実施例の投影露光装置を示す構成
図である。

【図７】本出願人の先願に係るアライメント装置を備え
た投影露光装置の要部を示す構成図である。

【符号の説明】

１１２個の補正光学素子１ａ〜図１ｃ補正光学素子４ａ，４ｂアライメント用の光束４ｃ干渉ビーム５透明部材６レチクル１１鏡筒１２保持リング１３押え環１５駆動軸１６駆動装置１９ウエハステージ２０基準部材２１投影光学系４２基準マーク４３アライメント用の顕微鏡

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アライメントマーク及び転写用のパター
ンが形成されたマスク上の前記パターンを、露光光のも
とで投影光学系を介して、ステージ上に載置されアライ
メントマークが形成された感光基板上に転写する露光装
置に設けられ、前記露光光とは異なる波長帯のアライメント光を前記投
影光学系を介して前記感光基板のアライメントマークに
照射する照射手段と、前記基板上の前記アライメントマークからのアライメン
ト光を前記投影光学系を介して検出して受光信号を発生
する検出手段と、前記投影光学系のほぼ瞳面内に配置された保持基板上に
形成され、前記アライメント光に対して前記投影光学系
により発生する色収差を補償する補正光学素子とを有
し、前記マスク及び前記感光基板上に形成されたアライメン
トマークを前記アライメント光で照明することにより前
記マスクと前記感光基板との相対的な位置合わせを行う
アライメント装置における前記保持基板の位置決め状態
の調整方法であって、前記露光光として、前記瞳面内で複数の領域に分割され
た照明２次光源を生成する照明を使用し、該瞳面内にお
ける前記補正光学素子の配置位置を、該複数の領域に分
割された照明２次光源のフーリエ変換像が形成される領
域とは重ならない領域とするとともに、前記検出手段か
ら発生される前記受光信号が最も良好な状態となるよう
に、前記保持基板の位置決めを行うことを特徴とするア
ライメント装置の調整方法。
【請求項２】前記感光基板を載置するステージ上に基
準マークを形成し、該基準マークを前記投影光学系の露
光領域内の所定の位置に設定した状態で、前記基準マー
クを前記照射手段により前記アライメント光で前記投影
光学系を介して照明し、前記基準マークからのアライメ
ント光を前記投影光学系を介して前記検出手段で検出
し、該検出手段から発生される受光信号の強度が最大に
なるように、前記保持基板の位置決めを行うことを特徴
とする請求項１に記載のアライメント装置の調整方法。
【請求項３】前記保持基板は交換可能であり、前記保持基板の位置決めは、前記投影光学系の組立調整
時、または前記保持基板の交換時に行われることを特徴
とする請求項１または２に記載のアライメント装置の調
整方法。
【請求項４】前記位置決めされた前記保持基板の状態
を保持するために、前記検出手段から発生される受光信
号を定期的にチェックすることを特徴とする請求項１、
２、または３に記載のアライメント装置の調整方法。
【請求項５】前記アライメント装置に前記保持基板の
位置決めを行う位置決め手段を設け、前記検出手段の受光信号が前記最も良好な状態から外れ
たときには、前記位置決め手段により前記保持基板の再
位置決めを行うことを特徴とする請求項１または２に記
載のアライメント装置の調整方法。
【請求項６】前記保持基板の再位置決めは、前記検出
手段の受光信号の強度が初期値に対してある一定レベル
を下回るほど低下したときに行われることを特徴とする
請求項５に記載のアライメント装置の調整方法。
【請求項７】前記保持基板の位置決めは、前記保持基
板を、前記投影光学系の光軸方向と平行な方向、該光軸
に垂直な平面内の直交する２方向、該平面内での回転方
向、該平面に対するチルト方向のうちの少なくとも一方
向に駆動することにより行われることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか一項に記載のアライメント装置の調
整方法。
【請求項８】アライメントマーク及び転写用のパター
ンが形成されたマスク上の前記パターンを、露光光のも
とで投影光学系を介して、ステージ上に載置されアライ
メントマークが形成された感光基板上に転写する露光装
置において、前記露光光とは異なる波長帯のアライメント光を前記投
影光学系を介して前記感光基板のアライメントマークに
照射する照射手段と、前記基板上の前記アライメントマークからのアライメン
ト光を前記投影光学系を介して検出して受光信号を発生
する検出手段と、前記投影光学系のほぼ瞳面内に配置された保持基板上に
形成され、前記アライメント光に対して前記投影光学系
により発生する色収差を補償する補正光学素子と、前記露光光として、前記瞳面内において複数の領域に分
割された照明２次光源を生成する照明を使用し、前記瞳
面内における前記補正光学素子の配置位置を、前記複数
の領域に分割された前記照明２次光源のフーリエ変換像
が形成される領域とは重ならない領域とするとともに、
前記検出手段から発生される前記受光信号が最も良好な
状態となるように、前記保持基板の位置決めを行う位置
決め手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】前記位置決め手段は、前記検出手段から
発生される前記受光信号の強度が最大となるように、前
記保持基板の位置決めを行うことを特徴とする請求項８
に記載の露光装置。
【請求項１０】前記位置決め手段は、前記保持基板
を、前記投影光学系の光軸方向と平行な方向、該光軸に
垂直な平面内の直交する２方向、該平面内での回転方
向、該平面に対するチルト方向のうちの少なくとも一方
向に駆動することを特徴とする請求項８または９に記載
の露光装置。
【請求項１１】前記保持基板は透明部材で構成されて
おり、前記補正光学素子は、位相型の回折格子より構成されて
いることを特徴とする請求項８、９、または１０に記載
の露光装置。
【請求項１２】前記補正光学素子は、前記アライメン
トマークに照射されるアライメント光に対して作用する
第１の補正光学素子と、前記アライメントマークからの
アライメント光に対して作用する第２の補正光学素子と
を含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項
に記載の露光装置。