JP3381740B2

JP3381740B2 - 露光方法及び投影露光装置

Info

Publication number: JP3381740B2
Application number: JP33118993A
Authority: JP
Inventors: 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH07192987A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばフォトマスク又
はレチクルのパターンを投影光学系を介して感光基板上
に投影露光する投影露光装置に関し、特に感光基板の露
光面のフォーカス位置又は傾斜角を検出する機構を備え
ると共に液晶表示素子製造用に使用される投影露光装置
に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下、一例として「レチクル」を使用する）の
パターン像を投影光学系を介してフォトレジストが塗布
された基板（半導体ウエハ又はガラスプレート等）上の
各ショット領域に露光する投影露光装置が使用されてい
る。斯かる投影露光装置においては、基板上にレチクル
のパターン像を常に高い解像度で投影するため、投影光
学系の像面に対して基板の露光面の所定の計測点の高さ
（フォーカス位置）を合わせ込むためのオートフォーカ
ス機構、及びその露光面の傾斜角をその像面の傾斜角に
合わせ込むためのオートレベリング機構が備えられてい
る。これらオートフォーカス機構及びオートレベリング
機構には、それぞれ斜入射方式のフォーカス位置検出系
及び傾斜角検出系が備えられている。

【０００３】図８は、液晶表示素子製造用の投影露光装
置（液晶用露光装置）に備えられた斜入射方式のフォー
カス位置検出系を示し、この図８において、図示省略さ
れたレチクルのパターンの像が露光光のもとで、投影光
学系１００を介してフォトレジストが塗布されたガラス
基板１０２上に投影露光される。投影光学系１００の側
面部に配置されたフォーカス位置検出系において、発光
ダイオード（ＬＥＤ）等の光源１から射出された光がコ
ンデンサーレンズ２を介して送光スリット板３上に照射
され、送光スリット板３のスリット部を通過した光が送
光系対物レンズ７Ａを介して、投影光学系１００の光軸
に対して斜めにガラス基板１０２上に照射され、ガラス
基板１０２上にスリットパターン像が投影される。

【０００４】そのガラス基板１０２からの反射光が、受
光系対物レンズ７Ｂを介してフォトダイオード等からな
る光電検出器１３の受光面に集光され、光電検出器１３
の受光面にスリットパターン像が再結像される。この場
合、投影光学系１００の光軸に平行にＺ軸を取り、ガラ
ス基板１０２がＺ方向に変位すると、光電検出器１３の
受光面に再結像されたスリットパターン像の位置が横方
向に変位する。光電検出器１３の光電変換信号を処理す
ることにより、その横方向の変位に応じたフォーカス信
号が生成される。予めガラス基板１０２の表面が投影光
学系１００の像面に合致する状態でそのフォーカス信号
が０になるようにキャリブレーションを行っておき、以
後はそのフォーカス信号が０になるようにガラス基板１
０２のＺ方向の位置調整を行うことにより、オートフォ
ーカスが行われる。

【０００５】また、斜入射方式の傾斜角検出系は、図８
のようにガラス基板１０２上にスリットパターン像を投
影する代わりに平行光束を照射し、その反射光の集光点
の横ずれ量からガラス基板１０２の表面の傾斜角の変化
を検出するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、液晶用露光装
置では、半導体素子用の投影露光装置（半導体用露光装
置）に比べて要求される解像力が小さいため、投影光学
系としては等倍で口径の大きなものが使用されている。
しかも、近年液晶パネルの大型化に伴い、液晶用露光装
置では露光フィールドが更に拡大される傾向にあり、投
影光学系もより大型化する傾向にある。その一方で、露
光装置の高さ的な制約から、投影光学系とガラス基板と
の間の作動距離は長くできないため、液晶用露光装置で
は、投影光学系とガラス基板との間に斜入射方式のフォ
ーカス位置検出系（又はこの一部）を設置することが困
難になりつつある。

【０００７】また、仮に斜入射方式のフォーカス位置検
出系（又はこの一部）を設置できたとしても、そのフォ
ーカス位置検出系からの光のガラス基板に対する入射角
が大きくなり、フォーカス位置の検出範囲が狭くなり、
必要な検出範囲を確保できなくなるという不都合があ
る。また、通常、液晶用露光装置においては、露光され
るガラス基板の上部の投影光学系１００の近傍には、パ
ターンの位置合わせのために用いるオフ・アクシス方式
のアライメント光学系が配置され、更に、ガラス基板の
搬送系等が投影光学系とガラス基板１０２との間の空間
に出入りすることになる。そのため、大型化した投影光
学系のガラス基板側の近傍に、更に搬送系等の空間を確
保し、アライメント光学系の配置を避けて斜入射方式の
フォーカス位置検出系を配置すると、装置全体が益々大
型化してしまうという不都合がある。

【０００８】同様に、斜入射方式の傾斜角検出系に関し
ても、投影光学系が大型化するのに伴い、配置するのが
困難になりつつある。本発明は斯かる点に鑑み、投影光
学系が大型化した場合でも、投影光学系の感光基板側の
近傍に複雑な光学系を配置することなく、その感光基板
の露光面のフォーカス位置又は傾斜角を広い検出範囲で
検出できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１に示すように、マスク（１０１）上に
形成された転写用のパターンの像を投影光学系（１０
０）を介して感光基板（１０２）上に投影する際に、感
光基板（１０２）の露光面の面位置（フォーカス位置又
は傾斜角）を検出する投影露光装置において、投影光学
系（１００）のそのマスク側の入射面に感光基板（１０
２）に対して非感光性の変位検出用の光（ＡＬ）を入射
させる送光系（１〜８Ａ）と、投影光学系（１００）の
その感光基板側の射出面から射出される変位検出用の光
を偏向させて、変位検出用の光を投影光学系（１００）
の光軸に対して斜めに感光基板（１０２）の露光面上に
照射する第１の光路偏向部材（９Ａ）と、その感光基板
の露光面からの変位検出用の光の反射光を投影光学系
（１００）の射出面に戻す第２の光路偏向部材（９Ｂ）
と、第２の光路偏向部材（９Ｂ）及び投影光学系（１０
０）を介して投影光学系（１００）の入射面に戻された
変位検出用の光を集光する受光系（８Ｂ〜１２）と、こ
の受光系により集光された光の位置を検出する集光位置
検出系（１３）と、を有し、この集光位置検出系により
検出された位置より感光基板（１０２）の露光面の面位
置を検出するようにしたものである。

【００１０】この場合、送光系（１〜８Ａ）、投影光学
系（１００）及び第１の光路偏向部材（９Ａ）により、
感光基板（１０２）の露光面上に投影光学系（１００）
の光軸に対して斜めに所定形状のパターンの像を投影
し、第２の光路偏向部材（９Ｂ）、投影光学系（１０
０）及び受光系（８Ｂ〜１２）によりその所定形状のパ
ターンの像を再結像し、集光位置検出系（１３）により
検出された位置より感光基板（１０２）の露光面の投影
光学系（１００）の光軸方向の位置（フォーカス位置）
検出を行うようにしてもよい。

【００１１】また、例えば図６に示すように、一般に投
影光学系（１００）の有効投影フィールド２０１は円形
であり、実際にマスクパターン像が露光される露光領域
２０２は矩形であり、両者の間には所定の隙間があるた
め、その隙間の空間に第１及び第２の光路偏向部材（９
Ａ，９Ｂ）を配置することが望ましい。このような配置
により、第１及び第２の光路偏向部材（９Ａ，９Ｂ）に
より露光領域２０２が制限されることがなくなる。次
に、本発明による露光方法は、フォーカス位置検出装置
を用いて感光性基板の露光面の位置を検出する工程と、
結像特性補正機構を用いて投影光学系の投影倍率を調整
する工程と、その投影光学系を用いてマスクに形成され
たパターン像を感光性基板の露光面に投影する工程とを
有し、その露光面の位置を検出する工程は、送光系を用
いてその投影光学系のマスク側の入射面から非感光性の
変位検出用の光を入射させる工程と、その投影光学系の
その感光性基板側の射出面から射出するその変位検出用
の光をその感光性基板の露光面に向けてその投影光学系
の光軸に対して斜め方向に照射させる工程と、その感光
性基板の露光面からのその変位検出用の光の反射光をそ
の投影光学系の入射面へ戻す工程と、受光系を用いてそ
の投影光学系の入射面へ戻されたその変位検出用の光を
集光する工程と、検出系を用いてその集光されたその変
位検出用の光を検出する工程と、その結像特性補正機構
にてその投影光学系の投影倍率を調整した際にその変位
検出用の光に関するその投影光学系の倍率の変化を調整
する工程とを有するものである。

【００１２】

【作用】斯かる本発明によれば、送光系（１〜８Ａ）、
投影光学系（１００）及び第１の光路偏向部材（９Ａ）
を介して、感光基板（１０２）上に例えば所定形状のパ
ターン像（例えばスリットパターン像）を投影し、第２
の光路偏向部材（９Ｂ）、投影光学系（１００）、及び
受光系（８Ｂ〜１２）を介してその所定形状のパターン
像を集光位置検出系（１３）の受光面に再結像する。こ
の再結像された像の横ずれ量から、感光基板（１０２）
の露光面のフォーカス位置が検出される。

【００１３】一方、所定形状のパターン像を投影する代
わりに、感光基板（１０２）の露光面に平行光束を照射
し、集光位置検出系（１３）の受光面にその平行光束を
集光し、その集光点の横ずれ量を検出することにより、
感光基板（１０２）の露光面の傾斜角が検出される。但
し、このように平行光束を感光基板（１０２）上に照射
する方式以外に、多点のフォーカス位置を検出すること
によっても、感光基板（１０２）の表面の傾斜角を検出
できる。このように多点のフォーカス位置を検出するに
は、投影光学系（１００）と感光基板（１０２）との間
に、例えば図７に示すように、第１の光路偏向部材（９
Ｃ，９Ｊ，９Ｆ，９Ｇ）及び第２の光路偏向部材（９
Ｄ，９Ｉ，９Ｅ，９Ｈ）を複数対配置し、各対の光路偏
向部材により対応する感光基板上の計測点のフォーカス
位置を検出すればよい。

【００１４】本発明によれば、投影光学系（１００）と
感光基板（１０２）との間には、第１及び第２の光路偏
向部材（９Ａ，９Ｂ）が配置されるのみで、検出用光学
系の殆どはスペース的に余裕のあるマスク（１０１）と
投影光学系（１００）との間に配置される。従って、そ
の他の例えばアライメント光学系、又は感光基板（１０
２）用の搬送系等との機械的な干渉を最小限にすること
ができる。また、投影光学系の有効投影フィールドにほ
ぼ内接する位置に設置される第１の光路偏向部材（９
Ａ）により反射された光が、斜めに感光基板（１０２）
上に入射するため、その光の入射角は、従来例のように
投影光学系（１００）と感光基板（１０２）との間に配
置された光学系から感光基板（１０２）上に光を照射す
る場合に比べて小さくできる。従って、フォーカス位置
又は傾斜角の検出範囲が広くなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。図１は本実施例の投影露光装置の投影光学
系付近の構成を示し、この図１において、図示省略され
た照明光学系から供給される露光光ＩＬのもとで、レチ
クル１０１上のパターンの像が投影光学系１００を介し
て、フォトレジストが塗布されたガラス基板１０２上に
投影露光される。投影光学系１００は少なくともガラス
基板１０２側に（又は両側）テレセントリックであり、
投影倍率は例えば等倍である。ガラス基板１０２は、基
板ステージ１０３上に保持され、基板ステージ１０３
は、投影光学系１００の光軸ＡＸに平行なＺ方向にガラ
ス基板１０２を位置決めするＺステージ、Ｚ軸に垂直な
ＸＹ平面内でガラス基板１０２の位置決めを行うＸＹス
テージ、及びガラス基板１０２の傾斜角を調整するレベ
リングステージ等から構成されている。

【００１６】本実施例の投影光学系１００のレチクル１
０１側の近傍には、フォーカス位置検出系の送光系２０
及び受光系２１が配置されている。先ず、送光系２０に
おいて、ハロゲンランプよりなる光源１から射出された
検出光ＡＬは、コンデンサーレンズ２によって送光スリ
ット板３上に集光される。検出光ＡＬは、ガラス基板１
０２上のフォトレジストに対して非感光性の波長帯の光
である。光源１としては発光ダイオード（ＬＥＤ）等も
使用できる。送光スリット板３のスリットを通過した検
出光ＡＬは、平行平板ガラス（ハービング）４、シリン
ドリカルレンズ５Ａ、光路折り曲げ用のミラー６Ａ、及
び送光系対物レンズ７Ａを介して、投影光学系１００と
レチクル１０１との間に配置された光路折り曲げ用のミ
ラー８Ａに入射する。

【００１７】ミラー８Ａは、投影光学系１００の光軸Ａ
Ｘに平行な軸に対してほぼ４５°傾斜して外側を向いて
固定され、ミラー８Ａにより反射された検出光ＡＬが投
影光学系１００に入射する。送光系対物レンズ７Ａによ
り、ミラー８Ａと投影光学系１００との間の中間結像点
Ｐ１に送光スリット板３のスリットの像が結像される。
この場合、本実施例の投影光学系１００には、例えばこ
の投影光学系１００を構成する一部のレンズを光軸ＡＸ
方向に移動させるか、又は投影光学系１００を構成する
所定のレンズの間の空気室内の空気の圧力を調整するこ
とにより、投影光学系１００の投影倍率を調整する結像
特性補正機構が備えられている。例えば大気圧が変動し
て投影光学系１００の投影倍率が変動した場合には、そ
の結像特性補正機構を介して投影光学系１００の投影倍
率を補正したり、また基板等の伸縮が生じた場合には、
結像特性補正機構を介して投影光学系１００の投影倍率
を積極的に変化させて補正する。

【００１８】ところが、投影光学系１００は露光光ＩＬ
に関して結像特性が規定されており、検出光ＡＬに関し
ては露光光ＩＬに対する波長の違いにより倍率誤差が発
生する恐れがあり、結像特性補正機構により投影倍率を
補正すると、検出光ＡＬの倍率が変化する恐れがある。
そこで、予め投影光学系１００の投影倍率を補正した場
合の検出光ＡＬに対する倍率の変化量を求めておき、平
行平板ガラス４の傾斜角を調整して、その倍率の変化量
の分だけ中間結像点Ｐ１の位置を横方向にずらすように
する。また、投影光学系１００の投影倍率を積極的に変
化させる場合も、倍率が変化する前後で検出光ＡＬが被
検出点に常に入射するように、平行平面ガラス４の傾斜
角を調整する。なお、シリンドリカルレンズ５Ａは、投
影光学系１００により検出光ＡＬに対して発生する非点
収差を補正するためのものである。

【００１９】中間結像点Ｐ１から発散する検出光ＡＬ
は、投影光学系１００を経て、投影光学系１００の底面
（ガラス基板１０２側の面）に近接して固定されたミラ
ー９Ａに反射されて、ガラス基板１０２上の計測点Ｑに
光軸ＡＸに対して斜めに集光される。これにより、計測
点Ｑ上に送光スリット板３のスリットの像が再結像され
る。計測点Ｑは光軸ＡＸ上に設定されている。また、ミ
ラー９Ａから計測点Ｑに集光される検出光ＡＬの主光線
のガラス基板１０２の表面への正射影に平行な方向をＲ
方向とする。

【００２０】この場合、投影光学系１００の底面に近接
して光軸ＡＸに関してミラー９Ａと対称にミラー９Ｂが
固定され、投影光学系１００とレチクル１０１との間に
光軸ＡＸに関して対称に、受光系２１側のミラー８Ｂが
固定されている。そして、計測点Ｑから反射された検出
光ＡＬは、ミラー９Ｂを経て投影光学系１００に戻り、
投影光学系１００を透過した検出光ＡＬにより、中間像
点Ｐ２にスリット像が再結像される。その中間像点Ｐ２
のスリット像から発散した検出光ＡＬが、受光系２１の
ミラー８Ｂに入射する。受光系２１において、ミラー８
Ｂにより反射された検出光ＡＬが、受光系対物レンズ７
Ｂ、ミラー６Ｂ、シリンドリカルレンズ５Ｂ、及び平行
平板ガラス（ハービング）１０を経て、受光スリット板
１１上にスリット像を再結像する。この受光スリット板
１１上のスリットを通った検出光を集光レンズ１２を介
して、フォトダイオード等からなる光電検出器１３の受
光面に集光させている。

【００２１】受光系２１にあるシリンドリカルレンズ５
Ｂは、送光系２０内のシリンドリカルレンズ５Ａと同様
に投影光学系１００により検出光ＡＬに対して発生する
非点収差を補正する役割を果たす。また、受光系２１内
の平行平板ガラス１０は、送光系２０内の平行平板ガラ
ス４と同様に、投影光学系１００による検出光ＡＬに対
する倍率色収差を補正するものである。但し、平行平板
ガラス１０単独で、倍率色収差の補正が完全にできる場
合には、送光系２０側の平行平板ガラス４は省略しても
構わない。

【００２２】また、投影光学系１００の瞳面（レチクル
１０１のパターン形成面に対するフーリエ変換面）に
は、開口絞り１０４が配置され、送光系２０のミラー８
Ａからミラー９Ａに向かう検出光ＡＬは、投影光学系１
００内の開口絞り１０４の中央部（光軸ＡＸを含む部
分）を通過し、ミラー９Ｂから受光系２１のミラー８Ｂ
に向かう検出光ＡＬは、その開口絞り１０４の中央部を
通過する。即ち、送光系２０からミラー９Ａに向かう検
出光ＡＬと、ミラー９Ｂから受光系２１に向かう検出光
ＡＬとは、投影光学系１００の瞳面の光軸ＡＸ付近で交
差している。このように投影光学系１００内を往復する
検出光ＡＬが瞳面付近で交差するように、且つ光軸ＡＸ
に関してほぼ軸対称な光路を通るようにすることによ
り、例えば大気圧変動等に基づく投影光学系１００の結
像特性の変動の影響がフォーカス位置検出系に及ばない
という利点がある。

【００２３】本実施例では、送光スリット板３内のスリ
ットの像が、中間結像点Ｐ１、ガラス基板１０２上の計
測点Ｑ、中間結像点Ｐ２、及び受光スリット板１１上に
それぞれ結像されている。そして、ガラス基板１０２の
表面がＺ方向に変位すると、受光スリット板１１上に結
像されるスリット像の位置が横ずれする。また、予めガ
ラス基板１０２の表面が投影光学系１００の像面に合致
している状態で、受光スリット板１１のスリットとその
再結像されるスリット像とが重なるようにキャリブレー
ションが行われている。従って、例えば光電検出器１３
から出力される光電変換信号が最大になるように、基板
ステージ１０３内のＺステージを介してガラス基板１０
２の表面のＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整する
ことにより、オートフォーカスが行われる。

【００２４】なお、単に光電検出器１３の光電変換信号
が最大になるように制御するのではなく、例えばミラー
６Ｂを所定周波数の駆動信号で振動させて、光電検出器
１３の光電変換信号をその駆動信号で同期整流してフォ
ーカス信号を生成してもよい。このようにして得られる
フォーカス信号は、ガラス基板１０２の表面が投影光学
系１００の像面に対して所定の範囲内で変位したとき
に、ほぼその変位に比例して変化する信号となり、その
フォーカス信号よりガラス基板１０２の表面のＺ方向の
位置が分かる。

【００２５】更に、受光スリット板１１の位置に１次元
又は２次元のＣＣＤ（電荷結合型撮像デバイス）等から
なる１次元又は２次元の撮像素子を設置し、この撮像素
子によりスリット像の位置を直接計測するようにしても
よい。このようにして計測されたスリット像の位置か
ら、ガラス基板１０２の表面のＺ方向の位置が求められ
る。

【００２６】なお、光源１が例えばハロゲンランプであ
り、検出光ＡＬが所定の幅の波長帯域を有するときは、
平行平板ガラス４及び１０を介して投影光学系１００に
おける倍率補正を行う前に、先ず送光系対物レンズ７Ａ
及び受光系対物レンズ７Ｂにより投影光学系１００の光
軸方向の色収差（軸上色収差）を補正する事が望まし
い。また、光源１が所定の波長帯域を有している場合に
は、特開平４−２２３３２６号公報に開示されているよ
うに、その波長帯域内で投影光学系１００によって生ず
る倍率の色収差を補正するために、受光系２０及び送光
系２１内に色補正プリズム等を入れる事が望ましい。

【００２７】ここで、図２及び図３を参照して、図１の
中間結像点Ｐ１，Ｐ２とガラス基板１０２の表面（被検
面）との関係につき説明する。中間結像点Ｐ１，Ｐ２の
位置はガラス基板１０２の表面への検出光ＡＬの入射角
等により決定される。図２は、ガラス基板１０２側の配
置を示し、この図２において、投影光学系１００から射
出された後、ミラー９Ａにより反射されてガラス基板１
０２上の計測点Ｑに集光される検出光ＡＬを、ミラー９
Ａに関して対称に折り返した光を破線の検出光ＡＬ１と
する。また、ミラー９Ａを透過してガラス基板１０２の
表面上で集光する光を検出光ＡＬ２とする。そして、計
測点Ｑに集光される検出光ＡＬの主光線のガラス基板１
０２に対する入射角をθ、検出光ＡＬ１の主光線の計測
点Ｑからの間隔をｘとすると、検出光ＡＬ１の集光点と
ガラス基板１０２の表面とのＺ方向の位置ずれ量Δは次
のようになる。

【００２８】

【数１】Δ＝ｘ（１／sin θ−１／tan θ）また、図３は、投影光学系１００付近の概念図であり、
この図３において、投影光学系１００のレチクル１０１
からガラス基板１０２への投影倍率をβとして、投影光
学系１００は両側テレセントリック光学系であるとす
る。この場合、ガラス基板１０２からΔだけ下方にずれ
た面２２と、投影光学系１００に関して共役な面２３上
に図１の中間結像点Ｐ１，Ｐ２が形成され、レチクル１
０１のパターン形成面からその面２３までの位置ずれ量
はΔ／β²である。実際には、露光光ＩＬの波長（露光
波長）とは異なる波長の検出光ＡＬを用いるために、そ
の中間結像点Ｐ１，Ｐ２が位置する面２３の位置が光軸
ＡＸ方向に若干動くことになるが、概ね検出光ＡＬがそ
の面２３上にスリット像を結像するように、その検出光
ＡＬを入射させればよい。

【００２９】また、図１に戻り、露光波長と検出光ＡＬ
の波長とが違うために、投影光学系１００からガラス基
板１０２側（被検面側）の検出光ＡＬがテレセントリッ
クにならない場合は、被検面側がテレセントリックにな
るように、例えば図１のミラー８Ａの設置角度を変えて
検出光ＡＬの投影光学系１００に対する入射角を調整す
れば良い。その他に、投影光学系１００とミラー９Ａと
の間に偏角プリズムを設け、この偏角プリズムにより検
出光ＡＬの進行方向を調節するようにしても良い。

【００３０】次に、図４は、実際にガラス基板１０２の
表面が投影光学系１００の像面（ベストフォーカス面）
からΔＺ１だけ低下した面（破線で示す面）に在るとき
の検出光ＡＬの光路を示し、この図４において、ガラス
基板１０２の表面がベストフォーカス面に在るときの検
出光ＡＬの反射光の主光線を実線の検出光１４Ａで示
し、その表面がΔＺ１だけ低下した面に在るときの検出
光ＡＬの反射光の主光線を破線の検出光１４Ｂで示す。
図４に示すように、ガラス基板１０２の表面がΔＺ１だ
け低下したときに、ミラー９Ｂにおいて、検出光１４Ａ
と検出光１４ＢとはＲ方向にΔＹ１だけ横ずれしてい
る。

【００３１】そのため、投影光学系１００の上部のミラ
ー８Ｂにおいて、検出光１４Ｂの位置は、検出光１４Ａ
に対して逆方向にΔＹ２だけ横ずれし、検出光ＡＬのも
とでの投影光学系１００のレチクル１０１からガラス基
板１０２への投影倍率の近似値βを用いて、ΔＹ２≒Δ
Ｙ１／βが成立する。更に、ミラー８Ｂ上でΔＹ２だけ
横ずれした検出光１４Ｂは、受光系対物レンズ７Ｂ等を
介して受光スリット板１１上にはΔＹ３だけ横ずれして
入射する。即ち、本実施例によれば、ガラス基板１０２
の表面のＺ方向への変位ΔＺ１が、受光スリット板１１
上でΔＹ３の横ずれ量に変換される。

【００３２】図５は、ガラス基板１０２付近の光路図で
あり、この図５において、ガラス基板１０２の計測点Ｑ
からの検出光ＡＬの反射光の主光線を検出光１５Ａで示
す。このとき、ガラス基板１０２がΔＺだけ投影光学系
１００の光軸方向に変位すると、ガラス基板１０２上の
計測点はＱ’に横ずれし、計測点Ｑ’からの反射光の主
光線を破線の検出光１５Ｂで示すと、検出光１５Ａ及び
１５Ｂはそれぞれミラー９Ｂにより反射されて投影光学
系１００の光軸にほぼ平行になる。従って、検出光１５
Ａ及び１５Ｂのガラス基板１０２からの反射角をθとす
ると、ミラー９Ｂで反射された後の検出光１５Ａと１５
Ｂとの間隔ΔＹは、ほぼ次式で表される。

【００３３】

【数２】ΔＹ＝２・ΔＺ・sin θ 従って、反射角θ、即ちガラス基板１０２に対する検出
光ＡＬの主光線の入射角が大きくなる程横ずれ量ΔＹが
大きくなり、ガラス基板１０２のフォーカス位置のずれ
に対する検出感度が向上する。但し、反射角θが大きく
なると、フォーカス位置のずれに対する計測点Ｑの横ず
れ量も大きくなり、ガラス基板１０２上の所定の計測点
に関するフォーカス位置の検出範囲が狭くなる。その点
で、本実施例によれば、ミラー９Ａ及び９Ｂの傾斜角を
調整するだけで、投影光学系１００の口径に殆ど関係な
く、検出光ＡＬの入射角を所望の値に設定でき、検出感
度と検出感度とのバランスを取ることができる。

【００３４】特に、液晶表示素子製造時には、半導体素
子製造時に比べてフォーカス位置の検出精度は低くとも
よく、むしろ検出範囲を広くすることが望まれるため、
このような場合には、ミラー９Ａの角度を調整してガラ
ス基板１０２に入射する検出光の入射角を小さくすれば
よい。これに対して、図８の従来例では、投影光学系１
００の口径が大きくなる程、検出光のガラス基板１０２
に対する入射角を大きくする必要があり、フォーカス位
置の検出範囲が狭くなってしまう。

【００３５】次に、図６は、図１の投影光学系１００の
底面からガラス基板１０２側を見た平面図であり、この
図６において、外側の円形の輪郭２０３が図１の投影光
学系１００のガラス基板１０２側の口径に対応し、輪郭
２０３内で、破線の円形領域が投影光学系１００の有効
投影フィールド２０１である。そして、この有効投影フ
ィールド２０１に内接する実線の矩形の領域が、実際に
レチクル１０１のパターンが投影される露光フィールド
２０２である。その露光フィールド２０２は、Ｘ方向及
びＹ方向にそれぞれ所定幅を有する矩形領域であり、送
光系からの検出光を反射するミラー９Ａと、ガラス基板
１０２からの反射光を受光系に戻すためのミラー９Ｂと
は、それぞれ対向するように露光フィールド２０２の外
側で且つ有効投影フィールド２０１に内接する位置に固
定されている。

【００３６】また、ミラー９Ａとミラー９Ｂとを結ぶ直
線の方向は図１のＲ方向であり、Ｒ方向はＸ方向に対し
てほぼ４５°で交差している。その露光フィールド２０
２内の中央、即ちミラー９Ａとミラー９Ｂとの中間の計
測点Ｑ１（図１の計測点Ｑに対応する）に、ミラー９Ａ
を介してスリット像が投影されている。従って、本実施
例では、その露光フィールド２０２内の中央の計測点Ｑ
１でのフォーカス位置が検出される。しかも、露光フィ
ールド２０２に照射される露光光は、ミラー９Ａ及び９
Ｂには遮光されないため、計測点Ｑ１でのフォーカス位
置の検出と露光フィールド２０２に対するレチクル１０
１のパターン像の露光とを同時に行うことができる。即
ち、ガラス基板１０２のオートフォーカスを行いなが
ら、ガラス基板１０２上にレチクル１０１のパターン像
を露光できる。

【００３７】次に、本発明の他の実施例につき、図７を
参照して説明する。本実施例は、図１の実施例において
送光系２０、ミラー９Ａ，９Ｂ、及び受光系２１からな
るフォーカス位置検出系を４組設け、オートフォーカス
のみならず、オートレベリングをも行えるようにしたも
のである。以下、図１の実施例に対応する部分には同一
符号を付して説明する。

【００３８】図７は、本実施例の投影光学系の底面から
露光対象のガラス基板側を見た平面図であり、この図７
において、図１の投影光学系１００の口径に対応する輪
郭２０３内で、投影光学系１００の円形の有効投影フィ
ールド２０１に内接するように、矩形の露光フィールド
２０２が設定されている。本実施例では、フォーカス位
置検出系の送光系からの検出光を反射するための１対の
ミラー９Ａ及び９Ｊと、別の１対のミラー９Ｆ及び９Ｇ
とが、それぞれ露光フィールド２０２のＹ方向の外側で
且つ有効投影フィールド２０１に内接する位置に固定さ
れ、ガラス基板からの反射光を受光系に戻すための１対
のミラー９Ｄ及び９Ｅと、別の１対のミラー９Ｉ及び９
Ｈとが、それぞれ露光フィールド２０２のＸ方向の外側
で且つ有効投影フィールド２０１に内接する位置に固定
されている。

【００３９】そして、ミラー９Ｃ及び９Ｊで反射された
検出光により、それぞれ露光フィールド２０２内の計測
点Ｑ２及びＱ５にスリット像が投影され、そのスリット
像からの反射光がミラー９Ｄ及び９Ｉにより投影光学系
１００に導かれ、ミラー９Ｆ及び９Ｇで反射された検出
光により、それぞれ露光フィールド２０２内の計測点Ｑ
３及びＱ４にスリット像が投影され、そのスリット像か
らの反射光がミラー９Ｅ及び９Ｈにより投影光学系１０
０に導かれる。ミラー９Ｃ及び９Ｈとそれぞれミラー９
Ｄ及び９Ｇとを結ぶ直線の方向はＲ１方向であり、ミラ
ー９Ｅ及び９Ｊとそれぞれミラー９Ｆ及び９Ｉとを結ぶ
直線の方向はＲ２方向であり、Ｒ１方向及びＲ２方向は
それぞれＸ方向に対してほぼ±４５°で交差している。

【００４０】本実施例では、計測点Ｑ２〜Ｑ５は、露光
フィールド２０２内の４隅に配置され、それら４個の計
測点Ｑ２〜Ｑ５でのフォーカス位置が検出される。例え
ばこれら４個のフォーカス位置の平均値をその露光フィ
ールド２０２の平均的なフォーカス位置として、これら
４個のフォーカス位置で定まる平均的な面の傾斜角をそ
の露光フィールド２０２の傾斜角とすることにより、そ
の露光フィールド２０２のフォーカス位置及び傾斜角が
検出される。これらフォーカス位置及び傾斜角をベスト
フォーカス面に合わせることにより、フォーカス合わせ
及びレベリングが行われる。しかも、露光フィールド２
０２に照射される露光光は、ミラー９Ｃ〜９Ｊには遮光
されないため、計測点Ｑ２〜Ｑ５でのフォーカス位置の
検出と露光フィールド２０２に対するレチクルのパター
ン像の露光とを同時に行うことができる。即ち、ガラス
基板のオートフォーカス及びオートレベリングを行いな
がら、ガラス基板上にレチクル１０１のパターン像を露
光できる。

【００４１】なお、上述実施例は、ガラス基板１０２上
にスリット像を投影しているため、その投影点（計測
点）でのフォーカス位置が検出されるが、ガラス基板１
０２上に平行光束を斜めに照射して、受光系２１ではそ
の平行光束の反射光の集光点の位置を検出するようにし
てもよい。これにより、その平行光束の照射領域の傾斜
角を検出できる。

【００４２】また、上述実施例は、液晶用露光装置に本
発明を適用したものであるが、例えば半導体用露光装置
であっても、露光フィールドが広い場合等には本発明の
ように投影光学系を介してウエハのフォーカス位置また
は傾斜角を検出することにより、ウエハに対する検出光
の入射角を小さくして検出範囲を広くすることができ
る。また、上述実施例では、送光系２０及び受光系２１
がレチクル１０１と投影光学系１００との間に配置され
ているが、送光系２０及び受光系２１をレチクル１０１
の上方に配置するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式
としてもよい。

【００４３】更に、本発明は、投影光学系が反射屈折系
であるような場合にも適用できるものである。このよう
に、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。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、フォーカス位置または
傾斜角の検出光を投影光学系を介して感光基板上に照射
しているため、被検面に対する検出光の入射角を、従来
のように投影光学系の外側の光学系から検出光を入射さ
せる場合よりも小さくでき、露光フィールド（投影光学
系）が拡大された場合でも検出範囲を大きく取れるとい
う利点がある。

【００４５】また、検出系を比較的スペースに余裕のあ
るマスク側に配置でき、他のアライメント系等の配置に
制約を受けずに検出系を配置できるという利点もある。
その上、従来例では投影光学系を介していないため、投
影光学系の倍率補正制御の影響やその他の発熱等の影響
を受けるため、その影響を補正する機構が必要となる。
しかしながら、本発明によれば、投影光学系を介してい
るため、仮に投影光学系自身で何らかの倍率変動、フォ
ーカス位置変動等があっても、特に補正を行うことなく
その変動に追従してフォーカス位置又は傾斜角を検出で
きるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の要部を
示す光学系配置図である。

【図２】図１のガラス基板１０２付近の結像関係を示す
図である。

【図３】図１の中間結像点の位置の説明図である。

【図４】図１の実施例において、実際にガラス基板１０
２の表面（被検面）がＺ方向にずれたときの検出光の光
路のずれを示す光路図である。

【図５】図４のガラス基板１０２付近の光路を示す図で
ある。

【図６】図１において、投影光学系１００からガラス基
板１０２を見た平面図である。

【図７】本発明の他の実施例において、投影光学系から
ガラス基板を見た平面図である。

【図８】従来の斜入射方式のフォーカス位置検出系の要
部を示す構成図である。

【符号の説明】

１光源２コンデンサーレンズ３送光スリット板４，１０平行平板ガラス（ハービング）７Ａ送光系対物レンズ７Ｂ受光系対物レンズ８Ａ，８Ｂミラー９Ａ，９Ｂミラー１２集光レンズ１３光電検出器１００投影光学系１０１レチクル１０２ガラス基板２０１有効投影フィールド２０２露光フィールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上に形成された転写用のパターン
の像を投影光学系を介して感光基板上に投影する際に、
前記感光基板の露光面の面位置を検出する投影露光装置
において、前記投影光学系の前記マスク側の入射面に前記感光基板
に対して非感光性の変位検出用の光を入射させる送光系
と、前記投影光学系の前記感光基板側の射出面から射出され
る前記変位検出用の光を偏向させて、前記変位検出用の
光を前記投影光学系の光軸に対して斜めに前記感光基板
の露光面上に照射する第１の光路偏向部材と、前記感光基板の露光面からの前記変位検出用の光の反射
光を前記投影光学系の前記射出面に戻す第２の光路偏向
部材と、該第２の光路偏向部材及び前記投影光学系を介して前記
投影光学系の前記入射面に戻された前記変位検出用の光
を集光する受光系と、該受光系により集光された光の位置を検出する集光位置
検出系と、を有し、該集光位置検出系により検出された位置より前記感光基
板の露光面の面位置を検出するようにしたことを特徴と
する投影露光装置。
【請求項２】前記送光系、前記投影光学系及び前記第
１の光路偏向部材により、前記感光基板の露光面上に前
記投影光学系の光軸に対して斜めに所定形状のパターン
の像を投影し、前記第２の光路偏向部材、前記投影光学系及び前記受光
系により前記所定形状のパターンの像を再結像し、前記
集光位置検出系により検出された位置より前記感光基板
の露光面の前記投影光学系の光軸方向の位置検出を行う
ことを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の投影露光装置を
用いた露光方法において、前記投影光学系を用いてマスクに形成されたパターンの
像を感光基板の露光面に投影する工程を有することを特
徴とする露光方法。
【請求項４】フォーカス位置検出装置を用いて感光性
基板の露光面の位置を検出する工程と、結像特性補正機構を用いて投影光学系の投影倍率を調整
する工程と、前記投影光学系を用いてマスクに形成されたパターン像
を感光性基板の露光面に投影する工程とを有し、前記露光面の位置を検出する工程は、送光系を用いて前記投影光学系のマスク側の入射面から
非感光性の変位検出用の光を入射させる工程と、前記投影光学系の前記感光性基板側の射出面から射出す
る前記変位検出用の光を前記感光性基板の露光面に向け
て前記投影光学系の光軸に対して斜め方向に照射させる
工程と、前記感光性基板の露光面からの前記変位検出用の光の反
射光を前記投影光学系の入射面へ戻す工程と、受光系を用いて前記投影光学系の入射面へ戻された前記
変位検出用の光を集光する工程と、検出系を用いて前記集光された前記変位検出用の光を検
出する工程と、前記結像特性補正機構にて前記投影光学系の投影倍率を
調整した際に前記変位検出用の光に関する前記投影光学
系の倍率の変化を調整する工程とを有することを特徴と
する露光方法。
【請求項５】前記変位検出用の光に関する前記投影光
学系の倍率の変化を調整する工程は、フォーカス位置検
出装置内の平行平面ガラスの傾斜量を調整することを特
徴とする請求項４に記載の露光方法。