JP3553572B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子の製造用露光装置等におけるのＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式やＴＴＭ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｍａｓｋ） 方式によるアライメント（相対位置合わせ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７および図８は、従来の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
図７に示すように、投影光学系７１がある程度の色収差を有するような場合には、マスク（またはレチクル）Ｍと投影光学系７１との間にアライメント光（非露光光）用の色収差補正光学系７２を設けている。そして、光源７３からのアライメント光は色収差補正光学系７２および投影光学系７１を介し、露光光は投影光学系７１のみを介してウエハＷに達するように構成している。こうして、露光光とアライメント光との色収差を補正した状態で、マスクＭとウエハＷとのアライメントを行う。
【０００３】
一方、図８に示すように、たとえばダイソン型の投影光学系８１を用いた露光装置では、露光光とアライメント光との色収差が少ないので、アライメント光（非露光光）用の色収差補正光学系を設ける必要はない。そして、マスクＭおよびウエハ（またはプレート）Ｗの双方がアライメント光学系の焦点深度内に入るように構成し、マスクＭとウエハＷとのアライメントを同時に行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すような色収差補正光学系を設けた従来の露光装置では、マスク上およびウエハ上において投影光学系のある像高での光軸方向の色収差は一定である。しかしながら、光軸方向の色収差ばかりでなく、非露光光であるアライメント光に対して、波長の違いによる倍率色収差、波長の違いによる像面湾曲、非点収差等が発生する。しかも、これらの諸収差量は、投影光学系の像高に依存して変化する。
【０００５】
アライメントに際しては、所定の像高において収差補正されたアライメント光学系を用いて、ウエハ上の露光マークとマスクマークとの位置合わせを行う。この場合、露光光が収差補正用光学系で遮られないようにする必要がある。このため、投影光学系の露光フィールドより外の領域でアライメントするように、ウエハステージによりウエハマークを露光フィールドより外の領域に移動させてから位置合わせを行っている。
【０００６】
このように、色収差補正光学系を設けた従来の露光装置では、投影光学系の所定像高においてのみ収差補正がなされている。このため、二次元的に移動可能なウエハステージが不可欠であるとともに、ウエハステージの頻繁な移動に伴って位置ずれが発生するという不都合があった。
【０００７】
また、図８に示すようなダイソン型の投影光学系を用いた従来の露光装置では、前述したように収差量そのものは少ない。しかしながら、非露光光であるアライメント光に対して、光軸方向の収差がある程度発生するとともに、テレセントリック性の崩れが発生する。その結果、マスクとウエハとを同時に位置合わせすると、上述の光軸方向の収差およびテレセントリック性の崩れに起因して位置ずれが発生するという不都合があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、投影光学系のすべての像高において高精度なアライメントが可能な露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光装置において、前記投影光学系に対して相対的に移動可能に設けられ、前記投影光学系で投影露光する際の露光光とは異なる波長のアライメント光を用いてアライメントを行うアライメント光学系を備え、前記アライメント光学系は、前記第１の基板の任意の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置に形成された第２マークとに対してアライメント光を供給すると共に、前記第１および第２マークからの光に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検出し、さらに前記第１および第２マークの位置における第１および第２の基板の前記アライメント光学系に対する前記第１及び第２の基板の面と直交する方向における合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を有し、前記合焦情報に基づいて、前記アライメント光学系を前記第１および第２マークに合焦させた上で該第１および第２マークを検出し、該投影光学系の像高における前記露光光と前記アライメント光との波長の違いによる倍率色収差を補正して、前記第１および第２のマークの位置合わせすることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、前記合焦情報検出手段は、前記アライメント光に基づいて前記第１の基板上に走査ビームを形成するための走査ビーム形成光学系と、前記第１の基板上に形成された走査ビームを光学的に走査するための走査手段と、前記第１の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第１マークからの光および前記投影光学系を介して前記第２の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第２マークからの光をそれぞれ光電検出するための光電検出手段とを備え、前記光電検出手段において得られた電気信号に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライメント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出し、位置合わせする。
【００１１】
【作用】
本発明では、マスクのような第１の基板とプレートのような第２の基板との相対的な位置を検出するためのアライメント光学系自体が、アライメント位置におけるマスクおよびプレートのベストフォーカス位置（最良合焦位置）を合焦情報として求めることができる。したがって、まずアライメント光学系に対するマスクおよびプレートの合焦情報としてベストフォーカス位置を求め、そのベストフォーカス位置において、マスクとプレートとの相対位置合わせ（アライメント）を行う。そして、マスクとプレートとの相対位置合わせ終了後に、露光光に対するベストフォーカス位置にマスクおよびプレートを移動させて露光を行うことができる。
【００１２】
すなわち、本発明では、アライメント光と露光光との波長の違いによる像面湾曲、非点収差、軸上色収差等が発生するような投影光学系であっても、アライメント光に対してピントの合った状態でマスクとプレートとの相対位置合わせを高精度に行うことができる。
また、例えばダイソン型光学系またはオフナー型光学系からなる投影光学系のように露光光とアライメント光との軸上色収差がでほとんど無い場合も、波長の違いによるテレセントリック性の崩れが発生する。この場合、アライメント光に対してベストフォーカス位置に合わせることにより、テレセントリック性の崩れに起因する位置合わせ誤差を回避することができる。
【００１３】
また、本発明では、アライメント位置においてベストフォーカス位置を求めることができるので、アライメント光学系を投影光学系に対して相対移動させて、視野領域および露光領域内の任意のアライメント位置においてマスクおよびプレートをベストフォーカス位置に位置決めする構成が可能になる。換言すれば、投影光学系の特定の像高に限定されることなくすべての像高において高精度なアライメントが可能である。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図１の装置では、所定の回路パターンが形成されたマスク１と、ガラス基板上にレジストが塗布されたプレート２とが一体的に移動される方向をｙ方向とし、マスク１の面内でｙ方向と直交する方向をｘ方向とし、マスク１の面に対する法線方向をｚ方向としている。
【００１５】
図１において、照明光学系１００からの露光光は、マスク１を均一に照明する。そして、投影光学系内に設けられた視野絞りＳａ〜Ｓｃによって規定されたマスク１の視野領域４ａ〜４ｃに形成されたパターンは、それぞれ等倍正立の投影光学系３ａ〜３ｃを介してプレート２上の各露光領域に転写される。したがって、各投影光学系３ａ〜３ｃに対してマスク１とプレート２とを一体的にｙ方向に相対移動させつつ露光することにより、一回の走査露光でマスクのパターン領域全体をプレートの露光領域全体に転写することができる。
【００１６】
なお、図示のように、各投影光学系３ａ〜３ｃは、２つのダイソン型光学系をｚ方向に直列的に接続した構成を有する。
また、図１の装置は、マスク１とプレート２とのｘｙ平面内における二次元アライメントを行うためのアライメント光学系を備えている。アライメント光学系では、走査方向と直交する方向（走査直交方向すなわちｘ方向）において両端に位置決めされた投影光学系３ａおよび３ｃを介して、マスクマークとプレートマークとの相対位置検出を行う。
【００１７】
図１では、視野領域４ｃ（および投影光学系３ｃ）に対応する第１アライメント光学系の構成を全体的に示し、視野領域４ａ（および投影光学系３ａ）に対応する第２アライメント光学系の構成についてはその一部だけを破線で示している。なお、２つのアライメント光学系はともに同じ構成を有するので、以下、第１アライメント光学系の構成について説明する。
【００１８】
図示のアライメント光学系は、マスクマークおよびプレートマークを観察するための観察光学系を備えている。観察光学系では、たとえば水銀ランプやハロゲンランプやＬＥＤ等からなる非感光性の観察用光源１０から射出された光が、照明コンデンサーレンズ１１を介した後ミラーＭ１によって反射され、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１で反射された光は、ダイクロイックミラーＤ１で反射され、第１対物レンズ１２に入射する。第１対物レンズ１２を介した光は、落射ミラーＭ２で反射され、マスク１上の視野領域４ｃ内にあるマスクマークを照明する。照明光は、さらに投影光学系３ｃを介してプレート２上のプレートマークを照明する。
【００１９】
照明光に対するプレートマークからの光は、再び投影光学系３ｃを介してマスク１に戻る。さらに、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１を介した後、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１を透過した光は、観察用第２対物レンズ１３を介してＣＣＤのような撮像素子１４上に結像する。
一方、照明光に対するマスクマークからの光は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１を介した後、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１を透過した光は、観察用第２対物レンズ１３を介してＣＣＤ１４上に結像する。
こうして、観察光学系により、マスクマークおよびプレートマークの双方の像を同時に観察し、画像処理に基づいてマスクマークとプレートマークとの相対的な位置を検出することができる。
【００２０】
アライメント光学系はまた、マスクマークおよびプレートマークを線状ビームで二次元的に走査するための走査光学系を備えている。走査光学系において、たとえばＨｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ等のレーザ光源Ｌからｙ方向に射出されたアライメント光は、シリンドリカルレンズ２０を介してｚ方向に延びた線状ビームとなる。シリンドリカルレンズ２０を介したビームは、２つのレーザミラーＬＭ１およびＬＭ２を介して、たとえば直角プリズムからなる移動ミラーＩＭに入射する。
【００２１】
移動ミラーＩＭに入射したビームは、互いに直交する２つの反射面により１８０度偏向された後、入射ビームに対して平行に射出する。なお、移動ミラーＩＭは、たとえばｘｙ平面と平行なテーブル（不図示）上に固定され、テーブルは図中矢印で示すようにｘ方向に往復移動することができるように構成されている。
【００２２】
こうして、移動ミラーＩＭを射出したビームは、上述のシリンドリカルレンズ２０の集光作用により線状ビームとして結像する。なお、テーブルのｘ方向移動すなわち移動ミラーＩＭのｘ方向移動に応じて、線状ビームもｘ方向に移動（すなわち平行変位）する。
線状ビームからの光は、分割プリズムＬＰ１に入射して２つのビームに分離される。すなわち、分割プリズムＬＰ１を透過した第１ビームは、レーザミラーＬＭ５、分割プリズムＬＰ３およびレーザミラーＬＭ６を介して、長手方向がｘ方向（シリンドリカルレンズ２０の屈折力の方向）に延びた線状ビーム９ｘとして結像する。
【００２３】
また、分割プリズムＬＰ１で反射された第２ビームは、レーザミラーＬＭ３、分割プリズムＬＰ２およびレーザミラーＬＭ４を介して、長手方向がｚ方向に延びた線状ビーム９ｙとして結像する。
図示のように、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙは、長手方向が互いに直交し且つ空間的に分離されている。すなわち、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙの中心は、後述する第２対物レンズ２１の光軸からそれぞれ偏心している。
【００２４】
２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙからの光は、それぞれ第２対物レンズ２１、ダイクロイックミラーＤ１、第１対物レンズ１２、および落射ミラーＭ２を介し、マスク１面上においてそれぞれｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームとして結像する。
ｘ方向用走査ビームは長手方向がｘ方向に延び、ｙ方向用走査ビームは長手方向がｙ方向に延びた線状ビームである。そして、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴って、ｘ方向用走査ビームはｙ方向に移動してｘ方向マスクマークを走査し、ｙ方向用走査ビームはｘ方向に移動してｙ方向マスクマークを走査するようになっている。
【００２５】
一方、ｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームからの光は、さらに投影光学系３ｃを介してプレート２面上にそれぞれｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームとして結像する。
前述したように、投影光学系３ｃはマスクパターンの等倍正立像をプレート２上に形成するように構成されている。したがって、プレート２上においても、ｘ方向用走査ビームは長手方向がｘ方向に延び、ｙ方向用走査ビームは長手方向がｙ方向に延びた線状ビームである。そして、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴って、ｘ方向用走査ビームはｙ方向に移動してｘ方向プレートマークを走査し、ｙ方向用走査ビームはｘ方向に移動してｙ方向プレートマークを走査するようになっている。また、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴うマスク１上の走査ビームの移動量と、プレート２上の走査ビームの移動量とは等しい。
【００２６】
ｘ方向走査ビームに対するｘ方向マスクマークからの第１回折光（または散乱光）は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ６を介した後、分割プリズムＬＰ３に入射する。
また、ｙ方向走査ビームに対するｙ方向マスクマークからの第２回折光（または散乱光）は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ４を介した後、分割プリズムＬＰ２に入射する。
【００２７】
分割プリズムＬＰ３を透過した第１回折光は、瞳リレーレンズ２２ｂを介して、第１対物レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ｂに達して光電検出される。また、分割プリズムＬＰ２を透過した第２回折光は、瞳リレーレンズ２２ａを介して、第１対物レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出される。
【００２８】
一方、ｘ方向走査ビームに対するｘ方向プレートマークからの第３回折光（または散乱光）は、投影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ６を介した後、分割プリズムＬＰ３に入射する。
また、ｙ方向走査ビームに対するｙ方向プレートマークからの第４回折光（または散乱光）は、投影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ４を介した後、分割プリズムＬＰ２に入射する。
【００２９】
分割プリズムＬＰ３を透過した第３回折光は、瞳リレーレンズ２２ｂを介して、第１対物レンズ１２の瞳面および投影光学系３ｃの瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ｂに達して光電検出される。
また、分割プリズムＬＰ２を透過した第４回折光は、瞳リレーレンズ２２ａを介して、第１対物レンズ１２の瞳面および投影光学系３ｃの瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出される。
なお、アライメント光学系は投影光学系に対して相対的に移動可能であり、マスク１上の視野領域４ｃ内の任意の位置にアライメント光が入射可能に構成されているので、マスクマークの位置はその範囲において任意に選択可能である。
【００３０】
さらに、図１の装置は、移動ミラーＩＭのｘ方向移動量Δを計測するための計測手段（不図示）を備えている。計測手段として、たとえば干渉計やレーザスケールやエンコーダ等を用いることができる。
このように、移動ミラーＩＭのｘ方向移動量Δを計測することにより、この計測値に基づいて、移動ミラーＩＭによる線状ビームの平行変位量をひいては走査ビームの移動量を正確に求めることができる。すなわち、走査位置を正確に求めて、高精度なビーム走査を行うことができる。
【００３１】
ところで、通常、各投影光学系は露光波長に対して設計され、マスク１およびプレート２は露光光に対してベストフォーカスになるように構成されている。実際に、図１のようにいわゆる色収差の少ないダイソン型光学系を２組用いて投影光学系を構成した露光装置においても、アライメント光の波長にもよるが十数μｍ〜１００μｍ程度の軸上色収差が生じてしまう。
【００３２】
また、アライメント位置が露光フィールドを移動可能に構成しているので、軸上色収差ばかりでなく露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系の像面の変動も考慮する必要がある。
また、アライメント光に対するテレセントリック性の崩れも露光光に対するテレセントリック性の崩れとは異なる。そして、当然のことながら、その崩れ量もアライメント光に対する方が露光波長に対するより大きくなる。
以下、図２〜図４を参照して像面の変動およびテレセントリック性の崩れについて説明する。
【００３３】
図２は、波長の違いによる投影光学系の像面の変動を示す図である。なお、図２（ａ）中において、実線は露光光を破線はアライメント光をそれぞれ示している。
図２（ａ）では、アライメント光に対する投影光学系３による軸上色収差が△で、アライメント光に対する像面がＳ’で示されている。また、図２（ｂ）には、投影光学系３の像高Ｙに対するマスクと像面Ｓ’との距離（Δ＋δ）の変化を表わしている。
このように、アライメント位置に応じて軸上色収差△と像面差δとの総和分だけプレート２またはマスク１を投影光学系３の光軸方向に移動させて、アライメント光学系に対してプレート２およびマスク１をそれぞれベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００３４】
図３は、波長の違いによる投影光学系のテレセントリック性の崩れを示す図である。図３（ａ）中において、実線は露光光を破線はアライメント光をそれぞれ示している。また、図３（ｂ）では、投影光学系３の像高Ｙに対するテレセントリック性の崩れ量θの変化を表わしている。
図示のように、投影光学系３は、露光波長に対してマスク１側およびプレート２側の双方においてテレセントリックな、いわゆる両側テレセントック光学系である。露光光とアライメント光との波長の違いにより、投影光学系３の像高Ｙに依存してテレセントリック性の崩れ量θが変化していることがわかる。
【００３５】
図４は、投影光学系のテレセントリック性の崩れとアライメント位置におけるベストフォーカス位置の差との関係を示す図である。なお、図４には、図１のアライメント光学系の観察光学系と基本的に同じ構成を有する一対のアライメント系が示されている。
図４において、アライメント系の光源１０（１０’）からのアライメント照明光は、コンデンサーレンズ１１（１１’）、ミラーＭ（Ｍ’）、第１対物レンズ１２（１２’）、落射ミラーＭ２（Ｍ２’）を介してマスク１上を照明し、さらに投影光学系３を介してプレート２上を照明する。
【００３６】
この場合、図示のように、アライメント光に対して、プレート２上でテレセントリック性がθだけ崩れる。そして、露光光（図中実線で示す）とアライメント光（図中破線で示す）との波長の違いにより、アライメント位置において、アライメント光に対するベストフォーカス位置が露光光に対するベストフォーカス位置から△’だけ投影光学系３の光軸方向に沿ってずれてしまう。
すなわち、プレート２側換算で、テレセントリック性の崩れによる位置ずれ量δ’は、次の式（１）で与えられる。
δ’＝△’θ （１）
【００３７】
換言すれば、この位置ずれδ’を解消するには、プレート２を投影光学系３の光軸方向に沿って△’だけ移動させて、プレート２をベストフォーカス位置に移動させればよいことになる。
アライメント系では、照明光に対するマスクマークおよびプレートマークからの光が、第１対物レンズ１２と第２対物レンズ１３との作用によりＣＣＤ１４上に結像する。そして、画像処理によりマスクマークとプレートマークとの相対位置ずれを検出することができる。
【００３８】
ところで、従来のオートフォーカス系では、例えば露光フィールドの中央点（１点）におけるｚ方向（投影光学系の光軸方向）の位置だけを読み取るように露光装置に固定されている。このため、露光フィールド内を移動するアライメント位置におけるｚ方向位置を従来のオートフォーカス系で計測することは不可能である。
そこで、本発明では、アライメント光学系自体がオートフォーカス機構を備えている。
【００３９】
以下、図５および図６を参照して、アライメント光学系自体によるオートフォーカスについて説明する。
図５は、図１のアライメント光学系の観察光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。図５において、（ａ）は図１のＣＣＤ１４を介して得られるマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３の画像である。また、（ｂ）〜（ｄ）は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるＣＣＤ１４の出力信号を示している。
【００４０】
なお、図５（ｂ）〜（ｄ）では、アライメント光学系がマスクマークＭＭ１およびＭＭ２に対してピントが合っている状態で、プレート２をｚ方向に沿ってステージ移動させた時に得られる信号を示している。そして、図５（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号強度がピークになるので、このプレート２のｚ方向位置において、プレート２がアライメント光学系に対してベストフォーカスとなることがわかる。
このように、アライメント光学系の観察光学系を介してマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３から得られる信号強度に基づいて、それぞれマスク１およびプレート２をアライメント位置においてベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００４１】
図６は、図１のアライメント光学系の走査光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。図６において、（ａ）は、マスク１上に形成された２本の回折格子状マークＭＭ１およびＭＭ２と、プレート２上に形成された３本の回折格子状マークＰＭ１〜ＰＭ３と、これらの回折格子状マークに対して光走査させる走査ビームＬＢとの関係を示している。
また、（ｂ）〜（ｄ）は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるフォトディテクタ２３の出力信号を示している。
【００４２】
なお、図６（ｂ）〜（ｄ）では、アライメント光学系がマスクマークＭＭに対してピントが合っている状態で、プレート２をｚ方向に沿ってステージ移動させた時に得られる信号を示している。そして、図６（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号強度がピークになるので、このプレート２のｚ方向位置において、プレート２がアライメント光学系に対してベストフォーカスとなることがわかる。このように、アライメント光学系の走査光学系を介してマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３から得られる信号強度に基づいて、それぞれマスク１およびプレート２をアライメント位置においてベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００４３】
以上のように、本実施例によれば、アライメント光学系の観察光学系または走査光学系を介して、アライメント位置においてマスクおよびプレートのベストフォーカス位置をそれぞれ求めることができる。実際に、各アライメント動作の際にベストフォーカス位置を求め、マスクおよびプレートをベストフォーカス位置に位置決めした状態でアライメントを行えば、露光光とアライメント光との波長の違いに起因する相対位置合わせ誤差は生じない。
【００４４】
しかしながら、アライメント動作のたびにベストフォーカス位置を求めると、スループットの低下を招く恐れがある。そこで、図１に示すように、プレートステージ上にアライメント位置の移動可能範囲に亘って基準マークＫＭを設けるのがよい。そして、露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系のベストフォーカスの位置の変化を予め求め、投影光学系の像高に応じたフォーカス位置の変化をオフセット情報として記憶させる。こうしたオフセット情報は、投影光学系に固有の特性である。したがって、従来のオートフォーカス系で求めた投影光学系の特定像高におけるベストフォーカス情報と、投影光学系の像高に応じたベストフォーカス位置変化分のオフセット情報とに基づいて、従来のオートフォーカス系だけで高精度なアライメントを行うことができる。すなわち、波長の違いによるベストフォーカス位置の変化に起因する相対位置合わせの誤差を回避することができる。
【００４５】
この場合、従来のオートフォーカス系で読み取っている箇所とアライメント位置とが実際には異なるので、プレートのうねりやレジスト塗布ムラ等がある場合には、各アライメント位置において必ずしも厳密にベストフォーカス情報を得ることはできない。その結果、相対位置合わせの誤差は残存することになる。
しかしながら、従来のオートフォーカス系で複数の箇所を測定することによって、上述のプレートのうねりやレジスト塗布ムラ等の影響をできるだけ少なくすることが可能である。
また、露光光とアライメント光との波長の違いによる非点収差がある場合には、計測方向を互いに直交するｘ方向とｙ方向とにと分けて二次元的にアライメント計測をしてもよい。また、投影光学系の視野においてｘ方向およびｙ方向に対して４５°方向の線上においてマークをｘ方向とｙ方向とで同時に計測してもよい。
【００４６】
また、例えば２組のダイソン型光学系またはオフナー型光学系からなる投影光学系を用いる場合には問題にならないが、その他の投影光学系の場合には露光光とアライメント光との波長の違いによる倍率差が生じることもある。
この場合、基準マークＫＭを用いて露光光で位置合わせを行い、その状態でプレートおよびマスクの少なくとも一方をｚ方向に移動させてアライメント光で位置合わせを行う。そして、投影光学系の各像高において露光光とアライメント光との波長の違いによる倍率差（倍率色収差）を求めることができる。そして、投影光学系の像高による倍率差（ｘｙ平面）やｚ方向のベストフォーカス位置の差を、アライメント時にオフセットとして補正することができる。
【００４７】
特に、図１に示すように、マスクおよびプレートを投影光学系に対して相対的に移動させつつ走査露光を行う走査型露光装置では、アライメントのために一度走査を行い、その復路走査で露光することができる。このため、露光光とアライメント光との波長の違いによるベストフォーカス位置の差だけｚ方向にオフセットをもたせて往路のアライメント用走査を行う。この場合、従来のオートフォーカス系によるｚ方向の位置検出を用いて上述のアライメントとを行えば、アライメント位置が多数点になってもスループットの低下を招くことなく、しかも安価で正確なマスクとプレートとの位置合わせが可能となる。
【００４８】
【効果】
以上説明したように、本発明の露光装置では、露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系のベストフォーカス位置の差、およびテレセントリック性の崩れに起因する相対位置合わせずれを解消することができ、実質的にアライメント精度を向上させることができる。
また、投影光学系中にアライメント光用の補正光学系を挿入する必要がないので安価な露光装置を実現することができる。
さらに、アライメント位置が移動可能な構成を採っているので、この移動範囲内の任意の位置に形成したアライメントマークに基づいて、相対位置合わせを正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】波長の違いによる投影光学系の像面の変動を示す図である。
【図３】波長の違いによる投影光学系のテレセントリック性の崩れを示す図である。
【図４】投影光学系のテレセントリック性の崩れとアライメント系計測位置におけるベストフォーカス位置との関係を示す図である。
【図５】図１のアライメント光学系の観察光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。
【図６】図１のアライメント光学系の走査光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。
【図７】従来の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
【図８】従来の別の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
【符号の説明】
１ マスク
２ プレート
３ 投影光学系
４ 視野領域
９ 線状ビーム
１０ 観察用光源
１１ コンデンサーレンズ
１２ 第１対物レンズ
１３ 観察用第２対物レンズ
１４ ＣＣＤ
２０ シリンドリカルレンズ
２１ 第２対物レンズ
Ｌ レーザ光源
ＩＭ 移動ミラー
ＬＰ 分割プリズム
ＬＭ レーザミラー
Ｄ１ ダイクロイックミラー
１００ 照明光学系
【産業上の利用分野】
本発明は露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子の製造用露光装置等におけるのＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式やＴＴＭ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｍａｓｋ） 方式によるアライメント（相対位置合わせ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７および図８は、従来の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
図７に示すように、投影光学系７１がある程度の色収差を有するような場合には、マスク（またはレチクル）Ｍと投影光学系７１との間にアライメント光（非露光光）用の色収差補正光学系７２を設けている。そして、光源７３からのアライメント光は色収差補正光学系７２および投影光学系７１を介し、露光光は投影光学系７１のみを介してウエハＷに達するように構成している。こうして、露光光とアライメント光との色収差を補正した状態で、マスクＭとウエハＷとのアライメントを行う。
【０００３】
一方、図８に示すように、たとえばダイソン型の投影光学系８１を用いた露光装置では、露光光とアライメント光との色収差が少ないので、アライメント光（非露光光）用の色収差補正光学系を設ける必要はない。そして、マスクＭおよびウエハ（またはプレート）Ｗの双方がアライメント光学系の焦点深度内に入るように構成し、マスクＭとウエハＷとのアライメントを同時に行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すような色収差補正光学系を設けた従来の露光装置では、マスク上およびウエハ上において投影光学系のある像高での光軸方向の色収差は一定である。しかしながら、光軸方向の色収差ばかりでなく、非露光光であるアライメント光に対して、波長の違いによる倍率色収差、波長の違いによる像面湾曲、非点収差等が発生する。しかも、これらの諸収差量は、投影光学系の像高に依存して変化する。
【０００５】
アライメントに際しては、所定の像高において収差補正されたアライメント光学系を用いて、ウエハ上の露光マークとマスクマークとの位置合わせを行う。この場合、露光光が収差補正用光学系で遮られないようにする必要がある。このため、投影光学系の露光フィールドより外の領域でアライメントするように、ウエハステージによりウエハマークを露光フィールドより外の領域に移動させてから位置合わせを行っている。
【０００６】
このように、色収差補正光学系を設けた従来の露光装置では、投影光学系の所定像高においてのみ収差補正がなされている。このため、二次元的に移動可能なウエハステージが不可欠であるとともに、ウエハステージの頻繁な移動に伴って位置ずれが発生するという不都合があった。
【０００７】
また、図８に示すようなダイソン型の投影光学系を用いた従来の露光装置では、前述したように収差量そのものは少ない。しかしながら、非露光光であるアライメント光に対して、光軸方向の収差がある程度発生するとともに、テレセントリック性の崩れが発生する。その結果、マスクとウエハとを同時に位置合わせすると、上述の光軸方向の収差およびテレセントリック性の崩れに起因して位置ずれが発生するという不都合があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、投影光学系のすべての像高において高精度なアライメントが可能な露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光装置において、前記投影光学系に対して相対的に移動可能に設けられ、前記投影光学系で投影露光する際の露光光とは異なる波長のアライメント光を用いてアライメントを行うアライメント光学系を備え、前記アライメント光学系は、前記第１の基板の任意の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置に形成された第２マークとに対してアライメント光を供給すると共に、前記第１および第２マークからの光に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検出し、さらに前記第１および第２マークの位置における第１および第２の基板の前記アライメント光学系に対する前記第１及び第２の基板の面と直交する方向における合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を有し、前記合焦情報に基づいて、前記アライメント光学系を前記第１および第２マークに合焦させた上で該第１および第２マークを検出し、該投影光学系の像高における前記露光光と前記アライメント光との波長の違いによる倍率色収差を補正して、前記第１および第２のマークの位置合わせすることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、前記合焦情報検出手段は、前記アライメント光に基づいて前記第１の基板上に走査ビームを形成するための走査ビーム形成光学系と、前記第１の基板上に形成された走査ビームを光学的に走査するための走査手段と、前記第１の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第１マークからの光および前記投影光学系を介して前記第２の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第２マークからの光をそれぞれ光電検出するための光電検出手段とを備え、前記光電検出手段において得られた電気信号に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライメント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出し、位置合わせする。
【００１１】
【作用】
本発明では、マスクのような第１の基板とプレートのような第２の基板との相対的な位置を検出するためのアライメント光学系自体が、アライメント位置におけるマスクおよびプレートのベストフォーカス位置（最良合焦位置）を合焦情報として求めることができる。したがって、まずアライメント光学系に対するマスクおよびプレートの合焦情報としてベストフォーカス位置を求め、そのベストフォーカス位置において、マスクとプレートとの相対位置合わせ（アライメント）を行う。そして、マスクとプレートとの相対位置合わせ終了後に、露光光に対するベストフォーカス位置にマスクおよびプレートを移動させて露光を行うことができる。
【００１２】
すなわち、本発明では、アライメント光と露光光との波長の違いによる像面湾曲、非点収差、軸上色収差等が発生するような投影光学系であっても、アライメント光に対してピントの合った状態でマスクとプレートとの相対位置合わせを高精度に行うことができる。
また、例えばダイソン型光学系またはオフナー型光学系からなる投影光学系のように露光光とアライメント光との軸上色収差がでほとんど無い場合も、波長の違いによるテレセントリック性の崩れが発生する。この場合、アライメント光に対してベストフォーカス位置に合わせることにより、テレセントリック性の崩れに起因する位置合わせ誤差を回避することができる。
【００１３】
また、本発明では、アライメント位置においてベストフォーカス位置を求めることができるので、アライメント光学系を投影光学系に対して相対移動させて、視野領域および露光領域内の任意のアライメント位置においてマスクおよびプレートをベストフォーカス位置に位置決めする構成が可能になる。換言すれば、投影光学系の特定の像高に限定されることなくすべての像高において高精度なアライメントが可能である。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図１の装置では、所定の回路パターンが形成されたマスク１と、ガラス基板上にレジストが塗布されたプレート２とが一体的に移動される方向をｙ方向とし、マスク１の面内でｙ方向と直交する方向をｘ方向とし、マスク１の面に対する法線方向をｚ方向としている。
【００１５】
図１において、照明光学系１００からの露光光は、マスク１を均一に照明する。そして、投影光学系内に設けられた視野絞りＳａ〜Ｓｃによって規定されたマスク１の視野領域４ａ〜４ｃに形成されたパターンは、それぞれ等倍正立の投影光学系３ａ〜３ｃを介してプレート２上の各露光領域に転写される。したがって、各投影光学系３ａ〜３ｃに対してマスク１とプレート２とを一体的にｙ方向に相対移動させつつ露光することにより、一回の走査露光でマスクのパターン領域全体をプレートの露光領域全体に転写することができる。
【００１６】
なお、図示のように、各投影光学系３ａ〜３ｃは、２つのダイソン型光学系をｚ方向に直列的に接続した構成を有する。
また、図１の装置は、マスク１とプレート２とのｘｙ平面内における二次元アライメントを行うためのアライメント光学系を備えている。アライメント光学系では、走査方向と直交する方向（走査直交方向すなわちｘ方向）において両端に位置決めされた投影光学系３ａおよび３ｃを介して、マスクマークとプレートマークとの相対位置検出を行う。
【００１７】
図１では、視野領域４ｃ（および投影光学系３ｃ）に対応する第１アライメント光学系の構成を全体的に示し、視野領域４ａ（および投影光学系３ａ）に対応する第２アライメント光学系の構成についてはその一部だけを破線で示している。なお、２つのアライメント光学系はともに同じ構成を有するので、以下、第１アライメント光学系の構成について説明する。
【００１８】
図示のアライメント光学系は、マスクマークおよびプレートマークを観察するための観察光学系を備えている。観察光学系では、たとえば水銀ランプやハロゲンランプやＬＥＤ等からなる非感光性の観察用光源１０から射出された光が、照明コンデンサーレンズ１１を介した後ミラーＭ１によって反射され、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１で反射された光は、ダイクロイックミラーＤ１で反射され、第１対物レンズ１２に入射する。第１対物レンズ１２を介した光は、落射ミラーＭ２で反射され、マスク１上の視野領域４ｃ内にあるマスクマークを照明する。照明光は、さらに投影光学系３ｃを介してプレート２上のプレートマークを照明する。
【００１９】
照明光に対するプレートマークからの光は、再び投影光学系３ｃを介してマスク１に戻る。さらに、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１を介した後、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１を透過した光は、観察用第２対物レンズ１３を介してＣＣＤのような撮像素子１４上に結像する。
一方、照明光に対するマスクマークからの光は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１を介した後、分割プリズムＰ１に入射する。分割プリズムＰ１を透過した光は、観察用第２対物レンズ１３を介してＣＣＤ１４上に結像する。
こうして、観察光学系により、マスクマークおよびプレートマークの双方の像を同時に観察し、画像処理に基づいてマスクマークとプレートマークとの相対的な位置を検出することができる。
【００２０】
アライメント光学系はまた、マスクマークおよびプレートマークを線状ビームで二次元的に走査するための走査光学系を備えている。走査光学系において、たとえばＨｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ等のレーザ光源Ｌからｙ方向に射出されたアライメント光は、シリンドリカルレンズ２０を介してｚ方向に延びた線状ビームとなる。シリンドリカルレンズ２０を介したビームは、２つのレーザミラーＬＭ１およびＬＭ２を介して、たとえば直角プリズムからなる移動ミラーＩＭに入射する。
【００２１】
移動ミラーＩＭに入射したビームは、互いに直交する２つの反射面により１８０度偏向された後、入射ビームに対して平行に射出する。なお、移動ミラーＩＭは、たとえばｘｙ平面と平行なテーブル（不図示）上に固定され、テーブルは図中矢印で示すようにｘ方向に往復移動することができるように構成されている。
【００２２】
こうして、移動ミラーＩＭを射出したビームは、上述のシリンドリカルレンズ２０の集光作用により線状ビームとして結像する。なお、テーブルのｘ方向移動すなわち移動ミラーＩＭのｘ方向移動に応じて、線状ビームもｘ方向に移動（すなわち平行変位）する。
線状ビームからの光は、分割プリズムＬＰ１に入射して２つのビームに分離される。すなわち、分割プリズムＬＰ１を透過した第１ビームは、レーザミラーＬＭ５、分割プリズムＬＰ３およびレーザミラーＬＭ６を介して、長手方向がｘ方向（シリンドリカルレンズ２０の屈折力の方向）に延びた線状ビーム９ｘとして結像する。
【００２３】
また、分割プリズムＬＰ１で反射された第２ビームは、レーザミラーＬＭ３、分割プリズムＬＰ２およびレーザミラーＬＭ４を介して、長手方向がｚ方向に延びた線状ビーム９ｙとして結像する。
図示のように、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙは、長手方向が互いに直交し且つ空間的に分離されている。すなわち、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙの中心は、後述する第２対物レンズ２１の光軸からそれぞれ偏心している。
【００２４】
２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙからの光は、それぞれ第２対物レンズ２１、ダイクロイックミラーＤ１、第１対物レンズ１２、および落射ミラーＭ２を介し、マスク１面上においてそれぞれｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームとして結像する。
ｘ方向用走査ビームは長手方向がｘ方向に延び、ｙ方向用走査ビームは長手方向がｙ方向に延びた線状ビームである。そして、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴って、ｘ方向用走査ビームはｙ方向に移動してｘ方向マスクマークを走査し、ｙ方向用走査ビームはｘ方向に移動してｙ方向マスクマークを走査するようになっている。
【００２５】
一方、ｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームからの光は、さらに投影光学系３ｃを介してプレート２面上にそれぞれｘ方向用走査ビームおよびｙ方向用走査ビームとして結像する。
前述したように、投影光学系３ｃはマスクパターンの等倍正立像をプレート２上に形成するように構成されている。したがって、プレート２上においても、ｘ方向用走査ビームは長手方向がｘ方向に延び、ｙ方向用走査ビームは長手方向がｙ方向に延びた線状ビームである。そして、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴って、ｘ方向用走査ビームはｙ方向に移動してｘ方向プレートマークを走査し、ｙ方向用走査ビームはｘ方向に移動してｙ方向プレートマークを走査するようになっている。また、移動ミラーＩＭのｘ方向往復移動に伴うマスク１上の走査ビームの移動量と、プレート２上の走査ビームの移動量とは等しい。
【００２６】
ｘ方向走査ビームに対するｘ方向マスクマークからの第１回折光（または散乱光）は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ６を介した後、分割プリズムＬＰ３に入射する。
また、ｙ方向走査ビームに対するｙ方向マスクマークからの第２回折光（または散乱光）は、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ４を介した後、分割プリズムＬＰ２に入射する。
【００２７】
分割プリズムＬＰ３を透過した第１回折光は、瞳リレーレンズ２２ｂを介して、第１対物レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ｂに達して光電検出される。また、分割プリズムＬＰ２を透過した第２回折光は、瞳リレーレンズ２２ａを介して、第１対物レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出される。
【００２８】
一方、ｘ方向走査ビームに対するｘ方向プレートマークからの第３回折光（または散乱光）は、投影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ６を介した後、分割プリズムＬＰ３に入射する。
また、ｙ方向走査ビームに対するｙ方向プレートマークからの第４回折光（または散乱光）は、投影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、ダイクロイックミラーＤ１、第２対物レンズ２１、およびレーザミラーＬＭ４を介した後、分割プリズムＬＰ２に入射する。
【００２９】
分割プリズムＬＰ３を透過した第３回折光は、瞳リレーレンズ２２ｂを介して、第１対物レンズ１２の瞳面および投影光学系３ｃの瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ｂに達して光電検出される。
また、分割プリズムＬＰ２を透過した第４回折光は、瞳リレーレンズ２２ａを介して、第１対物レンズ１２の瞳面および投影光学系３ｃの瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出される。
なお、アライメント光学系は投影光学系に対して相対的に移動可能であり、マスク１上の視野領域４ｃ内の任意の位置にアライメント光が入射可能に構成されているので、マスクマークの位置はその範囲において任意に選択可能である。
【００３０】
さらに、図１の装置は、移動ミラーＩＭのｘ方向移動量Δを計測するための計測手段（不図示）を備えている。計測手段として、たとえば干渉計やレーザスケールやエンコーダ等を用いることができる。
このように、移動ミラーＩＭのｘ方向移動量Δを計測することにより、この計測値に基づいて、移動ミラーＩＭによる線状ビームの平行変位量をひいては走査ビームの移動量を正確に求めることができる。すなわち、走査位置を正確に求めて、高精度なビーム走査を行うことができる。
【００３１】
ところで、通常、各投影光学系は露光波長に対して設計され、マスク１およびプレート２は露光光に対してベストフォーカスになるように構成されている。実際に、図１のようにいわゆる色収差の少ないダイソン型光学系を２組用いて投影光学系を構成した露光装置においても、アライメント光の波長にもよるが十数μｍ〜１００μｍ程度の軸上色収差が生じてしまう。
【００３２】
また、アライメント位置が露光フィールドを移動可能に構成しているので、軸上色収差ばかりでなく露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系の像面の変動も考慮する必要がある。
また、アライメント光に対するテレセントリック性の崩れも露光光に対するテレセントリック性の崩れとは異なる。そして、当然のことながら、その崩れ量もアライメント光に対する方が露光波長に対するより大きくなる。
以下、図２〜図４を参照して像面の変動およびテレセントリック性の崩れについて説明する。
【００３３】
図２は、波長の違いによる投影光学系の像面の変動を示す図である。なお、図２（ａ）中において、実線は露光光を破線はアライメント光をそれぞれ示している。
図２（ａ）では、アライメント光に対する投影光学系３による軸上色収差が△で、アライメント光に対する像面がＳ’で示されている。また、図２（ｂ）には、投影光学系３の像高Ｙに対するマスクと像面Ｓ’との距離（Δ＋δ）の変化を表わしている。
このように、アライメント位置に応じて軸上色収差△と像面差δとの総和分だけプレート２またはマスク１を投影光学系３の光軸方向に移動させて、アライメント光学系に対してプレート２およびマスク１をそれぞれベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００３４】
図３は、波長の違いによる投影光学系のテレセントリック性の崩れを示す図である。図３（ａ）中において、実線は露光光を破線はアライメント光をそれぞれ示している。また、図３（ｂ）では、投影光学系３の像高Ｙに対するテレセントリック性の崩れ量θの変化を表わしている。
図示のように、投影光学系３は、露光波長に対してマスク１側およびプレート２側の双方においてテレセントリックな、いわゆる両側テレセントック光学系である。露光光とアライメント光との波長の違いにより、投影光学系３の像高Ｙに依存してテレセントリック性の崩れ量θが変化していることがわかる。
【００３５】
図４は、投影光学系のテレセントリック性の崩れとアライメント位置におけるベストフォーカス位置の差との関係を示す図である。なお、図４には、図１のアライメント光学系の観察光学系と基本的に同じ構成を有する一対のアライメント系が示されている。
図４において、アライメント系の光源１０（１０’）からのアライメント照明光は、コンデンサーレンズ１１（１１’）、ミラーＭ（Ｍ’）、第１対物レンズ１２（１２’）、落射ミラーＭ２（Ｍ２’）を介してマスク１上を照明し、さらに投影光学系３を介してプレート２上を照明する。
【００３６】
この場合、図示のように、アライメント光に対して、プレート２上でテレセントリック性がθだけ崩れる。そして、露光光（図中実線で示す）とアライメント光（図中破線で示す）との波長の違いにより、アライメント位置において、アライメント光に対するベストフォーカス位置が露光光に対するベストフォーカス位置から△’だけ投影光学系３の光軸方向に沿ってずれてしまう。
すなわち、プレート２側換算で、テレセントリック性の崩れによる位置ずれ量δ’は、次の式（１）で与えられる。
δ’＝△’θ （１）
【００３７】
換言すれば、この位置ずれδ’を解消するには、プレート２を投影光学系３の光軸方向に沿って△’だけ移動させて、プレート２をベストフォーカス位置に移動させればよいことになる。
アライメント系では、照明光に対するマスクマークおよびプレートマークからの光が、第１対物レンズ１２と第２対物レンズ１３との作用によりＣＣＤ１４上に結像する。そして、画像処理によりマスクマークとプレートマークとの相対位置ずれを検出することができる。
【００３８】
ところで、従来のオートフォーカス系では、例えば露光フィールドの中央点（１点）におけるｚ方向（投影光学系の光軸方向）の位置だけを読み取るように露光装置に固定されている。このため、露光フィールド内を移動するアライメント位置におけるｚ方向位置を従来のオートフォーカス系で計測することは不可能である。
そこで、本発明では、アライメント光学系自体がオートフォーカス機構を備えている。
【００３９】
以下、図５および図６を参照して、アライメント光学系自体によるオートフォーカスについて説明する。
図５は、図１のアライメント光学系の観察光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。図５において、（ａ）は図１のＣＣＤ１４を介して得られるマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３の画像である。また、（ｂ）〜（ｄ）は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるＣＣＤ１４の出力信号を示している。
【００４０】
なお、図５（ｂ）〜（ｄ）では、アライメント光学系がマスクマークＭＭ１およびＭＭ２に対してピントが合っている状態で、プレート２をｚ方向に沿ってステージ移動させた時に得られる信号を示している。そして、図５（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号強度がピークになるので、このプレート２のｚ方向位置において、プレート２がアライメント光学系に対してベストフォーカスとなることがわかる。
このように、アライメント光学系の観察光学系を介してマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３から得られる信号強度に基づいて、それぞれマスク１およびプレート２をアライメント位置においてベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００４１】
図６は、図１のアライメント光学系の走査光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。図６において、（ａ）は、マスク１上に形成された２本の回折格子状マークＭＭ１およびＭＭ２と、プレート２上に形成された３本の回折格子状マークＰＭ１〜ＰＭ３と、これらの回折格子状マークに対して光走査させる走査ビームＬＢとの関係を示している。
また、（ｂ）〜（ｄ）は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるフォトディテクタ２３の出力信号を示している。
【００４２】
なお、図６（ｂ）〜（ｄ）では、アライメント光学系がマスクマークＭＭに対してピントが合っている状態で、プレート２をｚ方向に沿ってステージ移動させた時に得られる信号を示している。そして、図６（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号強度がピークになるので、このプレート２のｚ方向位置において、プレート２がアライメント光学系に対してベストフォーカスとなることがわかる。このように、アライメント光学系の走査光学系を介してマスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３から得られる信号強度に基づいて、それぞれマスク１およびプレート２をアライメント位置においてベストフォーカス位置に位置決めすることができる。
【００４３】
以上のように、本実施例によれば、アライメント光学系の観察光学系または走査光学系を介して、アライメント位置においてマスクおよびプレートのベストフォーカス位置をそれぞれ求めることができる。実際に、各アライメント動作の際にベストフォーカス位置を求め、マスクおよびプレートをベストフォーカス位置に位置決めした状態でアライメントを行えば、露光光とアライメント光との波長の違いに起因する相対位置合わせ誤差は生じない。
【００４４】
しかしながら、アライメント動作のたびにベストフォーカス位置を求めると、スループットの低下を招く恐れがある。そこで、図１に示すように、プレートステージ上にアライメント位置の移動可能範囲に亘って基準マークＫＭを設けるのがよい。そして、露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系のベストフォーカスの位置の変化を予め求め、投影光学系の像高に応じたフォーカス位置の変化をオフセット情報として記憶させる。こうしたオフセット情報は、投影光学系に固有の特性である。したがって、従来のオートフォーカス系で求めた投影光学系の特定像高におけるベストフォーカス情報と、投影光学系の像高に応じたベストフォーカス位置変化分のオフセット情報とに基づいて、従来のオートフォーカス系だけで高精度なアライメントを行うことができる。すなわち、波長の違いによるベストフォーカス位置の変化に起因する相対位置合わせの誤差を回避することができる。
【００４５】
この場合、従来のオートフォーカス系で読み取っている箇所とアライメント位置とが実際には異なるので、プレートのうねりやレジスト塗布ムラ等がある場合には、各アライメント位置において必ずしも厳密にベストフォーカス情報を得ることはできない。その結果、相対位置合わせの誤差は残存することになる。
しかしながら、従来のオートフォーカス系で複数の箇所を測定することによって、上述のプレートのうねりやレジスト塗布ムラ等の影響をできるだけ少なくすることが可能である。
また、露光光とアライメント光との波長の違いによる非点収差がある場合には、計測方向を互いに直交するｘ方向とｙ方向とにと分けて二次元的にアライメント計測をしてもよい。また、投影光学系の視野においてｘ方向およびｙ方向に対して４５°方向の線上においてマークをｘ方向とｙ方向とで同時に計測してもよい。
【００４６】
また、例えば２組のダイソン型光学系またはオフナー型光学系からなる投影光学系を用いる場合には問題にならないが、その他の投影光学系の場合には露光光とアライメント光との波長の違いによる倍率差が生じることもある。
この場合、基準マークＫＭを用いて露光光で位置合わせを行い、その状態でプレートおよびマスクの少なくとも一方をｚ方向に移動させてアライメント光で位置合わせを行う。そして、投影光学系の各像高において露光光とアライメント光との波長の違いによる倍率差（倍率色収差）を求めることができる。そして、投影光学系の像高による倍率差（ｘｙ平面）やｚ方向のベストフォーカス位置の差を、アライメント時にオフセットとして補正することができる。
【００４７】
特に、図１に示すように、マスクおよびプレートを投影光学系に対して相対的に移動させつつ走査露光を行う走査型露光装置では、アライメントのために一度走査を行い、その復路走査で露光することができる。このため、露光光とアライメント光との波長の違いによるベストフォーカス位置の差だけｚ方向にオフセットをもたせて往路のアライメント用走査を行う。この場合、従来のオートフォーカス系によるｚ方向の位置検出を用いて上述のアライメントとを行えば、アライメント位置が多数点になってもスループットの低下を招くことなく、しかも安価で正確なマスクとプレートとの位置合わせが可能となる。
【００４８】
【効果】
以上説明したように、本発明の露光装置では、露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学系のベストフォーカス位置の差、およびテレセントリック性の崩れに起因する相対位置合わせずれを解消することができ、実質的にアライメント精度を向上させることができる。
また、投影光学系中にアライメント光用の補正光学系を挿入する必要がないので安価な露光装置を実現することができる。
さらに、アライメント位置が移動可能な構成を採っているので、この移動範囲内の任意の位置に形成したアライメントマークに基づいて、相対位置合わせを正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】波長の違いによる投影光学系の像面の変動を示す図である。
【図３】波長の違いによる投影光学系のテレセントリック性の崩れを示す図である。
【図４】投影光学系のテレセントリック性の崩れとアライメント系計測位置におけるベストフォーカス位置との関係を示す図である。
【図５】図１のアライメント光学系の観察光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。
【図６】図１のアライメント光学系の走査光学系を利用したオートフォーカスを説明する図である。
【図７】従来の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
【図８】従来の別の露光装置におけるアライメント方式を説明する図である。
【符号の説明】
１ マスク
２ プレート
３ 投影光学系
４ 視野領域
９ 線状ビーム
１０ 観察用光源
１１ コンデンサーレンズ
１２ 第１対物レンズ
１３ 観察用第２対物レンズ
１４ ＣＣＤ
２０ シリンドリカルレンズ
２１ 第２対物レンズ
Ｌ レーザ光源
ＩＭ 移動ミラー
ＬＰ 分割プリズム
ＬＭ レーザミラー
Ｄ１ ダイクロイックミラー
１００ 照明光学系
Claims (12)
- 第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光装置において、
前記投影光学系に対して相対的に移動可能に設けられ、前記投影光学系で投影露光する際の露光光とは異なる波長のアライメント光を用いてアライメントを行うアライメント光学系を備え、
前記アライメント光学系は、前記第１の基板の任意の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置に形成された第２マークとに対してアライメント光を供給すると共に、前記第１および第２マークからの光に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検出し、さらに前記第１および第２マークの位置における第１および第２の基板の前記アライメント光学系に対する前記第１及び第２の基板の面と直交する方向における合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を有し、
前記合焦情報に基づいて、前記アライメント光学系を前記第１および第２マークに合焦させた上で該第１および第２マークを検出し、該投影光学系の像高における前記露光光と前記アライメント光との波長の違いによる倍率色収差を補正して、前記第１および第２のマークの位置合わせすることを特徴とする露光装置。 - 前記合焦情報検出手段は、
前記アライメント光に基づいて前記第１の基板上に走査ビームを形成するための走査ビーム形成光学系と、
前記第１の基板上に形成された走査ビームを光学的に走査するための走査手段と、
前記第１の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第１マークからの光および前記投影光学系を介して前記第２の基板上に形成された走査ビームによる光学的走査によって生成される前記第２マークからの光をそれぞれ光電検出するための光電検出手段とを備え、
前記光電検出手段において得られた電気信号に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライメント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。 - 前記合焦情報検出手段は、
前記アライメント光に基づく照明光束を前記第１の基板上に照射するための照射光学系と、
前記照明光束に対する前記第１マークからの光および前記投影光学系を介した前記照明光束に対する前記第２マークからの光に基づいて、前記第１マークの像および前記第２マークの像をそれぞれ生成するための像生成手段とを備え、
前記像生成手段において得られた画像信号に基づいて、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライメント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出す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。 - 前記合焦情報検出手段は、
前記第２の基板と同一平面内に形成された基準マークに基づいて予め検出された前記投影光学系の像高に応じた前記第２の基板の合焦情報を記憶する記憶手段と、
前記第２の基板上の所定位置における前記第２の基板の合焦情報を検出するためのフォーカス手段とを有し、
前記フォーカス手段で得られた前記所定位置における合焦情報と前記記憶手段に記憶された前記投影光学系の像高に応じた合焦情報とに基づいて、前記第２の基板の前記アライメント光学系に対する合焦情報を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。 - 前記投影光学系は、前記第１の基板に形成されたパターンの等倍正立像を前記第２の基板上に形成するために所定方向に沿って配列された複数の投影光学ユニットからなり、
前記アライメント光学系は、前記第１の基板および前記第２の基板を前記投影光学系に対して前記所定方向と直交する方向に沿って一方の向きに相対的に移動させつつ前記第１の基板と前記第２の基板との相対的な位置を検出し、
前記第１の基板および前記第２の基板を前記投影光学系に対して前記所定方向と直交する方向に沿って他方の向きに相対的に移動させつつ前記第１の基板に形成されたパターンの像を前記投影光学系を介して前記第２の基板上に投影露光することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。 - 第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光装置において、
前記第１の基板の任意の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置に形成された第２マークとに対して前記投影光学系で投影露光する際の露光光とは異なる波長のアライメント光を供給し、且つ前記第１および第２マークからの光に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検出する前記アライメント光学手段と、
前記第１マークの位置における前記第１の基板の前記アライメント光学手段に対する合焦情報を検出する合焦情報検出手段とを有し、
前記合焦情報に基づいて、前記アライメント光学系を前記第１および第２マークに合焦させた上で該第１および第２マークを検出し、該投影光学系の像高における前記露光光と前記アライメント光との波長の違いによる倍率色収差を補正して、前記第１および第２のマークの位置合わせすることを特徴とする露光装置。 - 前記アライメント光学手段は、前記第２マークに対して前記投影光学系を介して前記アライメント光を供給することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
- 前記合焦情報検出手段は、前記第２のマークの位置における前記第２の基板の前記アライメント光学手段に対する合焦情報を検出することを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
- 第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光方法において、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の露光装置を用いて、前記第１の基板と前記第２の基板とをアライメントし、前記第１の基板上の前記パターンの像を前記第２の基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。 - 第１の基板に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第２の基板上に投影露光する露光方法において、
アライメント光学装置を用いて、前記第１の基板の任意の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置に形成された第２マークとに対して前記投影光学系で投影露光する際の露光光とは異なる波長のアライメント光を供給する第１工程と、
前記第１および第２マークからの光に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を前記アライメント光学装置を用いて検出する第２工程と、
前記第１マークの位置における前記第１の基板の前記アライメント光学装置に対する合焦情報を検出する第３工程と、
前記第３工程で求めた前記合焦情報に基づいて、前記アライメント光学系を前記第１および第２マークに合焦させた上で該第１および第２マークを検出し、該投影光学系の像高における前記露光光と前記アライメント光との波長の違いによる倍率色収差を補正して、前記第１および第２のマークの位置合わせする第４工程とを備えることを特徴とする露光方法。 - 前記第３工程では、前記第２マークの位置における前記第２の基板の前記アライメント光学装置に対する合焦情報を検出することを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
- 前記第１工程では、前記投影光学系を介して前記第２のマークに前記アライメント光を供給することを特徴とする請求項１０または１１に記載の露光方法。
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