JPH02307207A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばＬＳＩ％造に用いられる投影露光装置
、特に、マスクパターンとウェハ上の投影領域との相対
位置合せ機構を備えた投影露光装置に関する。

［従来の技術］ 近年、微細パターンを高分解能で半導体ウェハ上に転写
できる投影露光装置が、ＬＳＩ製造等の分野で多用され
ている。投影露光装置、いわゆるステッパは、レチクル
（マスクと同義）とウェハ上の１つのショットの投影領
域とを投影レンズを介して共役な面内で位置合わせ（ア
ライメント）してレチクルに形成されたマスクパターン
の投影露光を行なう。

位置合わせでは、レチクルやウェハに形成された位置合
わせ用のマークの位置が検出され、レチクル、又はウェ
ハを微動させてマークの所定位置からの位置ずれを補正
することにより、レチクルとウェハの相対位置決めが行
われる。

マークの位置の検出のための方式として、例えば、ＴＴ
Ｒ（スルーザレチクル）方式と、ＴＴＬ（スルーザレン
ズ）方式が知られている。ＴＴＲ方式では、レチクルの
マークと、レチクルおよび投影レンズ越しのウェハのマ
ークとが同時に検出され比較される。ＴＴＬ方式では、
レチクルは装置に対し事前に高精度に位置設定されてい
て、投影レンズを通ったウェハのマークからの光情報だ
けが検出される。ここで、レチクルとウェハとの相対位
置関係は装置とウェハとの相対位置関係に置き換えられ
ている。

投影露光装置では、レチクルの持つ回路パターンをウェ
ハ上に高解像度で結像させるため、投影レンズは、露光
光に対し厳密に色収差補正されている。すなわち、波長
４３６ｎｍのｇ線、３６５ｎｍのｉ線、２４８ｒ＋ｍＫ
ｒＦエキシマレ〜ザ光等の！１１色光の１つに対してだ
け、レチクルとウェハは共役関係である。このため、Ｔ
ＴＲ方式でレチクルのマークとウェハのマークを精度良
く同時に捕えるには露光光と波長同程度の単色光でマー
クを照明する必要がある。

一方、露光光と波長同程度の単色光は、当然ウニへ表面
に形成されたレジスト層を感光させる。

そこで、露光光と異なる波長の単色照明光を用いて位置
合わせを行い、２焦点レンズでこの照明光の軸方向の色
収差を解決した特開昭６３−２８３１２９号公報に係る
投影露光装置がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来例で述べたように露光光と波長同程度の照明光によ
りマークの照明を行う場合、ウェハ上の回路パターン領
域がこの照明光で露光されないよう、レチクルの位置合
わせマーク位置が制限されるとともに別の方法によりウ
ェハのプリアライメント（予備位置合わせ）を行う必要
があった。

特開昭６３−２８３１２９号に係る投影露光装置では軸
方向の色収差の影響は２焦点レンズによって除かれるが
、非露光光に対する投影光学系の倍率色収差により位置
合わせオフセットが発生した。すなわち、投影レンズを
はさむ露光光に関し共役な面内において、露光光下での
ウェハとレチクルの真の重ね合わせ位置と、非露光光下
での重ね合わせ位置との間に色収差に応じた横ずれが残
存していた。

この横ずれを補正するため、投影レンズの非露光光下で
の倍率色収差を高精度に計測して、露光光下での真の重
ね合わせ位置までの距離を求め、これを逆オフセットと
して加えて非露光光下での位置合わせを行っている。し
かし、位置合わせ動作と色収差の計測、補正が同時にで
きないため、環境変化による光学系の経時変化やウェハ
ステージの干渉計ゆらぎ等の外乱に弱く、位置合わせの
信顆性に欠けた。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る投影露光装置は、所定波長の露光光のもと
て投影光学系に関して共役な面内でマスクパターンと被
露光体上の投影領域との相対位置合わせを第１の位置決
め制御手段により行った後に、露光光によりマスクパタ
ーンを投影領域に転写する投影露光装置において、 露光期間中、前記投影領域における露光光の反射光を用
いてマスクパターンと投影領域との間の相対的な位置ず
れ量を検出する検出手段と、この検出手段により検出さ
れた位置ずれ二を逐次補正してマスクパターンと投影領
域との相対位置関係を露光期間を通じて位置合わせ状態
に保持する第２の位置決め制御手段とを備える。

［作用］ 本発明に係る投影露光装置は、露光以前に前記面内にて
マスクパターンと投影領域との必要十分な精度の相対位
置合わせを第１の位置決め制御手段により行った後、露
光を開始する。

その後露光器間を通じて検出手段が、投影領域における
露光光の反射光（マークからの光情報）を用いてマスク
パターンと投影領域との間の相対的な位置ずれ量を継続
的に検出する。さらに、この検出手段の出力に基いて、
第２の位置決め制御手段が、マスクパターンと投影領域
との間の相対的な位置ずれ量を逐次補正する。これによ
り、マスクパターンと投影領域との相対位置関係は、必
要な精度で位置合わせ状態に保たれる。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図により説明
する。

本実施例では、ウェハＷとレチクルＲとにそれぞれ設定
された回折格子である位置合わせ用のマーク（ウェハマ
ークＷＭ、レチクルマークＲＭ）に非露光光ＬＢを照射
し、その反射回折光を検出して非露光光ＬＢ下における
ウェハＷとレチクルＲとの相対的な位置ずれ量を求める
。この位置ずれ量に、前もって求められた補正量、すな
わち、投影レンズＰＬに関する露光光ＵＬと非露光光Ｌ
Ｂとの波長差による倍率色収差量の補正量を差し引きし
て位置合わせを行う。

その後、露光光ｔＪＬを照射して露光を開始すると同時
に、ウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭとにおける
露光光ＵＬの反射光を検出して、露光光ＵＬ下における
ウェハＷとレチクルＲとの相対的な位置ずれ量を求める
。この位置ずれ二を補正して必要十分な精度の位置合わ
せを行う。この露光光ＵＬ下での位置合わせは露光期間
を通じて実行され、露光期間中の時間経過に伴なう種々
の位置ずれが逐次補正される。

第１図は本実施例の構成を示す。

水銀ランプ３０で発生した所定波長の露光光ＵＬは、楕
円鏡３１、入力レンズ群３２、オブチカルインテグレー
タ３３、ミラー３４、リレーレンズ系３６Ａ、３６Ｂを
経て均一な強度分布を持つように調整され、ミラー３８
、メインコンデンサレンズ３９を経てレチクルＲ上のレ
チクルマークＲＭを含む露光転写単位の面積を照射する
。この照射面積の増減は、リレーレンズ系３６Ａ、３６
Ｂの間に設けられ照明視野絞りとして機能する可変レチ
クルブラインド３７で行う。また、ダイクロイックミラ
ー２２は後述する非露光光ＬＢによる位置合わせ光学系
を露光光ＵＬ経路に合成するもので、この非露光光ＬＢ
に対し５０％、露光光ＬＩＬに対し８０％の透過率を持
つ。

両側テレセントリックな投影レンズＰＬを介して、所定
のマスクパターンＲＰと位置合わせ用の回折格子（レチ
クルマークＲＭ）とを有するレチクルＲは、所定の投影
領域ＥＡと位置合わせ用の回折格子（ウェハマークＷＭ
）とを有するウェハＷと対向する。

ウェハＷ上の投影領域ＥＡは、投影レンズＰＬをはさん
だ露光光ＵＬに関して共役な面内で、レチクルＲ上のマ
スクパターンＲＰと正確に重なり合うように位置決めさ
れる。この位置決めは、後述する各位置合わせ検出器（
２４，２７）の出力信号に応じて、レチクルＲが固定さ
れたレチクルステージ２、またはウェハＷが固定された
ウェハステージ５を２次元移動して行う。さらに、ウェ
ハＷ上の各投影領域ＥＡに対応した各露光ショット毎の
ステップ８動か、ウェハステージ５の２次元移動により
行われる。

レチクルステージ２とウェハステージ５の８動は、それ
ぞれに取り付けられた干渉計４３．４５により穆勤量を
サーボシステム４４を介してフィードバックしながら、
制御系４１によりモータ４２．４６を作動して行う。

次に、露光期間中動作する、露光光によるアライメント
機構を説明する。

本実施例では、露光期間中、露光光下でＴＴＲ方式によ
りウェハマークＷＭとレチクルＲの透明部分の窓ＰＯの
エツジとを第２図に見られるように観察して比較するこ
とによりウェハＷの投影領域ＥＡとレチクルＲのマスク
パターンＲＰとの相対的な位置ずれ量を求める。

第１図において、ウェハマークＷＭで反射されて、投影
レンズＰＬを通りレチクルＲの窓ＰＯを透過した露光光
反射光は、ダイクロツクミラー２２で反射され、テレセ
ントリックな対物レンズ２１Ａを介してダイクロイック
、ミラー２８で反射され、結像レンズ２６により光電検
出器２７の光電面上に結像される。ここで、対物レンズ
２１Ａは露光光ＵＬと非露光光ＬＢと両方の波長に対し
て色収差補正されていることが望ましい。

レチクルＲのレチクルマークＲＭや窓ＰＯ周囲からの露
光光反射光も同様な経路で光電検出器２７の光電面上に
結像される。これにより、光電検出器２７の光電面上に
は、第２図に見られるようなウェハマークＷＭとレチク
ルＲの透明部分の窓ＰＯの露光光ＵＬによる像が結像し
ている。

光電検出器２７には露光光ＵＬの波長に感度を持つＩＴ
Ｖカメラやイメージセンサ等が用いられていて、レチク
ルＲの透明部分の窓ＰＯとウェハマークＷＭとの像は、
ここで画像信号Ｉｗｒに変換される。この画像信号１ｗ
ｒは、画像処理系５０に転送される。画像処理系５０に
おいて画像信号１ｗｒは、デジタル信号に変換されて波
形調整された後で、エツジ検出ソフトウェアによって解
析される。これにより、ウェハマークＷＭとレチクルＲ
の窓ＰＯのエツジとの相対位置関係、すなわち第２図中
の計測方向に関するレチクルＲとウェハＷとの相対位置
合せのずれ量が算出される。

このずれ二に基いて制御系４１は、直ちに、モータ４２
（またはモータ４６）を駆動してレチクルステージ２（
またはウェハステージ５）を移動する。これにより、レ
チクルＲとウェハＷとの相対位置合せのずれが補正され
る。

なお、ウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭとを露光
光ＬＩＬの照明のもとで光電検出して、格子ピッチに対
応した交流信号（画像信号）を取り出し、この交流信号
の位相情報をあらかじめ記憶しである基準のｓｉｎ波（
またはＣＯＳ波）の位相と比較することによっても同様
に相対位置合せのずれ量（すなわちアライメント量）が
算出可能である。

本実施例では、露光期間中、何等かの外乱でレチクルＲ
とウェハＷの相対位置合わせ状態が狂った場合でもその
時点で直ちにそのずれ量が検出され、直ちに補正される
。また、光電検出器２７からの画像信号Ｉｗｒに基いて
露光期間中もレチクルステージ２とウェハステージ５と
の相対位買決めサーボをクローズトループで実行する。

これはＴＴＲアライメント系を用いたサーボロック方式
以上により、露光されたレジストパターンの線幅は、種
々の外乱による像ぶれによって太ることがない。

本実施例では、投影領域ＲＰの端に設けられたウェハマ
ークＷＭとレチクルＲの透明部分の窓Ｐ０の像によって
、ウェハＷとレチクルＲとの相対関係を求めたが、画像
処理系５０のソフトウェアおよび対物レンズ２１Ａの観
察位置等を変更すれば、投影領域ＲＰの中央付近の回路
パターンとマスクパターンＲＰの重なり等からでも像を
採取してウェハＷとレチクルＲとの相対関係を求めるこ
とが可能である。また、本実施例では水銀ランプ３０を
光源に用いているが、エキシマレーザ等のパルス光源を
用いる場合は、静電結合素子（ＣＣＤ）のような、電荷
蓄積型の光電検出器２７を採用すれば、同様な相対位置
合せを行うことができる。

次に、露光光ＵＬ下での相対位置合せの前に行われる非
露光光ＬＢを用いた相対位置合わせ機構を説明する。

本実施例の非露光光ＬＢによるウェハＷとレチクルＲと
の相対位置の検出では、ウェハとレチクルとそれぞれに
設けられた回折格子（ウェハマークＷＭ、レチクルマー
クＲＭ）をウェハＷ上のレジスト層に対して非感光性の
２本のレーザビームの干渉縞で走査照明する。ここで得
られた反射回折光のうちの１次回折光の強度振幅が基準
信号に対して持つ位相差を検出してそれぞれの回折格子
間の相対位置ずれ量を求めるもので、原理的には特開昭
６３−２’８３１２９号公報に開示されているものと同
じである。

ここで、非露光光ＬＢの走査は、周波数差Δｆを持たせ
て周波数変調した２木の非露光光ＬＢの平行光を交差さ
せて干渉させることにより行う。

また、１次回折光の抽出は、回折格子のピッチと非露光
光ＬＢの入射角θとの関係を調整して、反射回折光の１
次回折光のみを所定の受光素子に導いて行う。

非露光光ＬＢは、露光光よりも長波長のものが選択され
ていて、投影レンズＰＬをはさむ、非露光光ＬＢに関し
てウェハＷの投影領域と共役な面は、レチクルＲ上空の
面２６ａにできる。

ＴＴＲ（スルーザレチクル）方式である本実施例は、非
露光光ＬＢ下で投影レンズＰＬとレチクルＲの透明部分
とを通して観察したウェハマークＷＭと、レチクルマー
クＲＭとを比較してウェハＷとレチクルＲの相対的な位
置ずれを求める。そこで、レチクルマークＲＭの面とは
高さの異なる面２６ａにおいて非露光光ＬＢに関して共
役なウェハマークＷＭと、レチクルマークＲＭとを同時
に検出するために２焦点素子２１Ｂを用いる。これは、
複屈折物質の平凸レンズの凸面とガラスの平凹レンズの
凹面を貼り合わせたもので、入射光のＳ偏光成分とＰ偏
光成分とにそれぞれ異なった焦点距離を持つ。この異な
った焦点距離のそれぞれを面２６ａとレチクルマークＲ
Ｍの面に対応させる。

非露光光ＬＢは、レーザ光源１０から射出されて、２光
束周波数シフター１２で２つの周波数ｆ１、ｆ２（周波
数差Δｆ）に周波数変調され、ビームＬＢＩ、ＬＢ２と
なる。

ビームＬＢ１、ＬＢ２は、ビームスプリッタ１４で反射
され、ミラーＭ１．２焦点素子２１Ｂ、対物レンズ２１
Ａ等を経て、ダイクロイックミラー２２に水平方向から
投射され、反射されてレチクルマークＲＭを含むレチク
ルＲ上の所定領域を照射する。

２焦点素子２１ＢでビームＬＢＩは、Ｐ　（ｆｆｉ光の
ビームＬＢＩＰとＳ偏光のビームＬＢＩＳとに分ｊｌさ
れ、ビームＬＢ２は、Ｐイ扁光のビームＬＢ２ＰとＳ偏
光のビームＬＢ２Ｓとに分離される。

Ｓ偏光のビームＬＢＩＳとＬＢ２Ｓは、面２６ａ上で互
いに交差した後、レチクルＲの透明部分と投影レンズＰ
Ｌとを経て、ウェハマークＷＭ上で再び互いに交差して
干渉する。これにより、ウェハＷ上のビームＬＢＩＳ、
ＬＢ２Ｓの交差照射面上には干渉縞か発生ずる。ここで
、２木のビームＬＢＩＳとＬＢ２Ｓとは周波数差Δｆを
持つから、この干渉縞は、ウェハマークＷＭ上を周波数
Δｆで走査照明する。

同様にＰ偏光のビームＬＢＩＰ、ＬＢ２Ｐは、レチクル
マークＲＭ上で交差して干渉する。これにより、レチク
ルＲ上のビームＬＢＩＰ、ＬＢ２Ｐの交差照射面上には
干渉縞が発生する。ここで、２本のビームＬＢＩＰとＬ
Ｂ２Ｐとはそれぞれ、ビームＬＢＩＳとＬＢ２Ｓとに対
し各波面が一義的な関係にあるから、このレチクルＲ上
の干渉縞は、ウェハマークＷＭ上の走査照明と同期して
レチクルマークＲＭを周波数Δｆで走査照明する。

各マークＷＭ、ＲＭの回折格子ピッチは、この非露光光
レーザビームを照射した場合に、その０次光に対して角
度θ−で一次回折光を発生するピッチである。また、各
ビームの組ＬＢＩＳ、ＬＢ２Ｓと、ＬＢＩＰ、ＬＢ２Ｐ
とは、光！ｌ１ＩｈＡＸに対して角度θで斜めに入射し
て各マークＷＭ、ＲＭ上で互いに交差する。

ビームＬＢＩＰとＬＢ２Ｐとが、レチクルマークＲＭで
反射回折して発生する回折光の内の一次回折光は、レチ
クルＲ面と垂直な方向に進むからそれぞれの一次回折光
は、アライメント系の対物レンズ２１Ａの光軸ＡＸ上に
同軸に合成される。

この合成された一次回折光は、上述の走査される干渉縞
と回折格子との位置関係で光量変化するから、この位置
関係に応じた位相差？持つ周波数Δｆの干渉ビート光で
ある。

同様に、ビームＬＢＩＳ、ＬＢ２Ｓは、ウェハマークＷ
Ｍで反射回折してアライメント系の対物レンズ２１Ａの
光軸ＡＸ上に合成される。レチクルＲ上の走査照明と同
期して走査照明するウェハＷ上の干渉縞と回折格子（ウ
ェハマークＷＭ）との位置関係で光量変化するそれぞれ
の一次回折光は、この位置関係に対応した位相差を持つ
周波数Δｆの干渉ビート光である。

これら２木の干渉ビート光は、同様に、光軸ＡＸに沿っ
て逆進し、ビームウェストＢＷ面上でスポットに集光し
た後、ビームスプリッタ２０で反射されて計測信号作成
部２４に入射する。計測信号作成部２４において、それ
ぞれの回折格子からの干渉ビート光は、結像レンズによ
り逆フーリエ変換されて、レチクルマークＲＭの回折格
子からの干渉ビート光とウェハマークＷＭの回折格子か
らの干渉ビート光とに分離される。それぞれの干渉ビー
ト光は、それぞれ別の受光素子上に周波数Δｆで光量変
化するそれぞれの回折格子の空間−次高調波（暗視野像
）を形成する。計測信号作成部２４は、この光量変化を
検出することにより、各回折格子とこれらを走査照明す
る干渉縞との位置関係に対応したそれぞれの位相差を持
った交流出力信号ＤＳｒ、ＤＳｗを出力する。すなわち
、出力信号ＤＳｗと出力信号ＤＳｒとの位相差は、ウェ
ハマークＷＭとレチクルマークＲＭの相対位置ずれに対
応している。

以上の全体構成において、対物レンズ２１Ａ、ダイクロ
インクミラー２８．２焦点素子２１Ｂ、ミラーＭ１は、
保持金物６２に一体に固定され、矢印Ａの方向に移動さ
れて、レチクルＲ面の中心を通る放射線上における、観
察視野の位置を変更する。これにより、レチクルＲを横
切る自由な位置で前述の露光光ＵＬ下における像の採取
が可能である。また、非露光光ＬＢの場合でも、対物レ
ンズ２１Ａからビームスプリッタ２０までの光路はアフ
ォーカルな系である。

第２図は、レチクルマークＲＭとウェハマークＷＭとの
アライメントされた状態での位置関係を示す。レチクル
Ｒの遮光帯ＬＳＢ内に透明部分の窓ＰＯか設けられてい
て、窓ＰＯの約半分の領域にマークＲＭか形成され、残
り半分の領域を通してウェハマークＷＭか観察される。

ウェハへ向うビームＬＢＩＳ、ＬＢ２Ｓが、窓ＰＯの面
で広がるため窓ＰＯの領域は、計測方向に関してレチク
ルマークＲＭ部分より広く、マークＲＭ、ＷＭのピッチ
方向の中心を通る線は、はぼレチクルの中心へ向ってい
る。

次に、２光束周波数シフター１２、参照信号作成部１６
、計測信号作成部２４の一連の構成と機能とを第３図に
より説明する。

レーザ光源１０からの平行なビームＬＢ（直交直線偏光
）は、偏光ビームスプリッタ７１でＰ（混光成分のビー
ムＬＢＰとＳ　（ｍ光成分のビームＬＢＳに分４−１６
ね、それぞれ音響光学変調器（ＡＯＭ７３．７４）に入
射する。

周波数ｆ１の高周波信号ＳＦＩでドライブされるＡＯＭ
７３は、周波数ｆ１で変調された一次回折光（ビームＬ
ＢＰ）を出力する。また、周波数ｆ２（ｆ２＝ｆｌ−Δ
ｆ）の高周波信号ＳＦ２でドライブされるＡＯＭ７４は
、周波数ｆ２で変調された一次回折光（ビームＬＢＳ）
を出力する。

各ＡＯＭに対する入射ビームのＯ次回折光ＤＯは適当な
位置に配置されたスリット板７７Ａ、７７Ｂで遮光され
る。

ドライブ周波数ｆ１、ｆ２と周波数差Δｆとの関係は、
ｆｌ〉〉Δｆ、ｆ２＞＞Δｆであるのが望ましく、Δｆ
の上限は各光ビートを受光する光電素子の応答性による
。

ＡＯＭ７４からのビームＬＢＳはミラー７５で反射され
レンズ７８Ｂを経て、また、ＡＯＭ７３からのビームＬ
ＢＰはビームＬＢＰと直交する方向からレンズ７８Ａを
経て、それぞれ偏光ビームスプリッタ７６に入射する。

偏光ビームスプリッタ７６は、２つのビームＬＢＰ、Ｌ
ＢＳの主光線を完全に同軸に合成するのではなく、ある
量だけ間隔を開けて互いに平行に合成する。この間隔は
、第１図の対物レンズ等とともにレチクルマークＲＭ、
ウェハマークＷＭへ入射するビームＬＢＩ、ＬＢ２（後
述）の入射角θを規定する。

本実施例では、周波数ｆ１のＰ　（ＪＭ光ビームＬＢＰ
と周波数ｆ２のＳ偏光ビームＬＢＳから、それぞれ周波
数差Δｆを持つ、ｐ　（ｍ光ビーム２木とＳ偏光ビーム
２木との計４木のビームを以下の手順で作り出す。

１／２波長板１１７にＳ偏光ビームＬＢＳ　（周波数ｆ
２）が人射す°ると、その偏光方向が４５°だけ回転す
る。このため偏光ビームスプリッタ１１８では、Ｐ偏光
ビームＬＢ２ＰとＳ偏光ビームＬＢ２Ｓとにベクトル的
に分けられる。その後、各ビームはそれぞれ、金属反射
面を有する直角プリズム１２０．１２１を介して偏光ビ
ームスプリッタ１１９で合成され、ビームＬＢＩとなる
。

同様にＰ偏光ビームＬＢＰ　（周波数ｆｌ）は、Ｐ偏光
ビームＬＢＩＰとＳ偏光ビームＬＢＩＳとに分割された
後、合成されビームＬＢ２となる。

ＬＢＩとＬＢ２とはアライメント光学系の光軸ＡＸをは
さんで対称に進行する。また、ＬＢＩの主光線とＬＢ２
の主光線とは、系の瞳空間内で平行である。ここまでの
系が、２光束周波数シフター１２の構成である。

次に、２つのビームＬＢＩ、ＬＢ２はビームスプリッタ
１４てそれぞれ２つに分けられ、透過した一方は参照信
号作成部１６へ入射する。

レンズ１６０の前側焦点面は、レンズ７８Ａ、７８Ｂの
後側焦点面と一致していて、２つのビームＬＢＩ、ＬＢ
２は、はぼ平行光束となる。ビームＬＢＩ、ＬＢ２は、
ミラー１６１で反射された後、基準格子板１６２を所定
の交差角２θで透過する。

２つのビームＬＢＩ、ＬＢ２の一次回折光は同軸に合成
され、互いに干渉してビート光ＢＴｒとなり、受光素子
１９に受光される。また、０次光ＬＯ°は空間フィルタ
ー１６３で遮光される。受光素子１９の出力信号ＤＲは
、周波数Δｆの交流信号となり、参照信号として使われ
る。

本実施例では、この基準格子板１６２に対するレチクル
マークＲＭの位置すれと、基準格子板１６２に対するウ
ェハマークＷＭの位置ずれとを個別に計測することで、
レチクルとウェハの相対的な位置合わせを行なう。

ビームスプリッタ１４で反射された２つのビームＬＢＩ
、ＬＢ’２は、第１図に示したようにリレー系１７Ａを
通り、それぞれの主光線は、像共役面ＩＰ’　で交差す
る。ここには、レチクルＲとウェハＷ上での２つのビー
ムＬＢＩ、ＬＩ３２の照明領域を制限するひし形の視野
絞り１８が配置されている。

レチクルマークＲＭとウェハマークＷＭからの反射光は
、ビームスプリッタ２０で反射されて、アフォーカル拡
大リレー系１７Ｂ、空間フィルター２３を経て受光素子
２５に導かれる。

空間フィルター２３は、送光側におけるビームＬＢＩ、
ＬＢ２のウェスト位置ＢＷとほぼ共役に配置されていて
、アライメント系の光ｆ＋ｈ　Ａ　Ｘと同軸に戻る一次
回折干渉ビート光ＢＴＬを通過させて、ビームＬＢＩ、
ＬＢ２と同じ経路を逆進する０次光ＬＯをカットする。

また、アフォーカル拡大リレー系１７Ｂは、空間フィル
ター２３に達する一次回折干渉ビート光ＢＴＬと２つの
０次光ＬＯの間を広げる。

一次回折干渉ビート光ＢＴＬは、ミラーＭ２で反射され
、結像レンズ２４を通って、像共役面に配置された視野
絞り板２５°に結像する。視野絞り板２５°には、第２
図中のマークＷＭ、ＲＭの位置に対応した開口Ａｗ、Ａ
ｒとが形成され、それぞれの直後には別々の受光面を有
する受光素子２５が配置されている。従って、観察視野
変更のために金物６２を移動しても、視野絞り板２５′
に対するウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭの共役
関係は維持される。これにより、レチクル上のマークＲ
Ｍの配置に応じた任意の位置に視野を設定できる。すな
わち、どのようなマーク配置であってもマーク検出が可
能である。

次に第３図中のビームＬＢＩ、ＬＢ２の共役関係とビー
ムウェストの位置関係を説明する。

リレー系１ブＡの内部でビームＬＢＩ、ＬＢ２はともに
平行光束である。

レンズ７８Ａ、７８Ｂから、リレー系＋７Ａまたはレン
ズ１６０までの光路は、アフォーカル系であって、この
間でビームＬＢＩ、ＬＢ２の主光線は光１ＦｌｈＡＸと
平行である。また、ビームスプリッタ２０の後方のビー
ムウェストＢＷと共役な位置が、レンズ７８Ａ、７８Ｂ
からリレー系１７Ａまたはレンズ１６０までの間の適当
な位置に存在し、この共役な位置の光軸ＡＸをはさむ空
間上の点においてビームＬＢＩ、ＬＢ２は最小のビーム
径に収れんしている。

また、レンズ７８Ａ、７８Ｂとリレー系１７Ａの一方の
レンズによって形成される、視野絞り１８に対して共役
な位置ｋｍＡＯＭ７３、ＡＯＭ７４の回折中心点がほぼ
一致している。従ってＡＯＭ７３．７４の各回折中心点
は、２焦点素子２１Ｂを経てレチクルマークＲＭ、ウェ
ハマークＷＭの両方と共役になる。

本実施例では、ウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭ
との１組に対する位置合せ光学系が示されているが、実
際には位１合せ光学系は、複数木配置され、２組以上の
ウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭとが検出される
。

本実施例では、非露光光による位置合せ光学系としてＴ
ＴＲ光学系を組んでいるが、ＴＴＲ光学系に限らず、レ
チクルＲをウェハＷに対し直接位置合わせしないＴＴＬ
（スルーザレンズ）光学系でも良い。

第４図に、非露光光ＬＢによる相対位置合せのための光
学系としてＴＴＬ光学系を採用した別の実施例を示す。

ここで、第１図と同符号を付けた部材は、第１図の実施
例と同等の構成と機能を有する。

非露光光ＬＢを用いたウェハＷの位置決め光学系は、露
光光ＵＬを用いたウェハＷとレチクルＲとの相対位置決
め光学系から独立して設けられているので、第１図にお
けるダイクロイックミラー２２は、単に露光光に対して
９０％の透過率と１０％の反射率を持つハーフミラ−２
２ｂに置き換えられている。ハーフミラ−２２ｂで反射
された露光光ＵＬのレチクルＲとウェハＷとでの反射光
は、直接結像光学系２６ｂを経て光電検出器２７ｂに導
かれる。

非露光光ＬＢは、対物レンズ２１ｂを通り、レチクルＲ
と投影レンズＰＬとの間で結像性能に影響が無い場所（
マスクパターンＲＰ領域の外側）に設けられたミラーＭ
２ｂで反射され、投影レンズＰＬを通ってウェハマーク
ＷＭを照射する。また、ウェハマークＷＭでの非露光光
反射光は、同様な経路を逆に進んて計測信号作成部２４
ｂに導かれる。これにより、投影露光開始前のウェハＷ
の位置決めが行われる。

本発明のさらに別の実施例として、投影レンズとは独立
にウェハの位置合わせ専用の顕微鏡を持つ、いわゆるＯ
ＦＦ　　ＡＸＩＳ方式の投影露光装置においても実現で
きる。この方式の投影露光装置では、ウェハの位置合わ
せ専用のＯＦＦ　　ＡＸＩｓ顕微鏡によりウェハマーク
ＷＭを検出して、この位置情報に従ってウェハを投影レ
ンズＰＬの直下に位置決めする。

この実施例においては、露光中には投影レンズＰＬを通
して露光光でウェハマークＷＭを検出してレチクルＲと
ウェハＷとの相対位置合わせを行なうから、ＯＦＦ　　
ＡＸＩＳ顕微鏡と投影レンズの間にドリフト等の外乱が
生じた場合でも、その補正が直ちに行われる。これによ
り、レチクルＲとウェハＷとの重ね合せ精度は、露光期
間中、継続的に維持可能である。また、レチクルＲとウ
ェハＷとの重ね合せをより高精度に修正することも可能
である。

以上の各実施例において、非露光光による位置合わせは
、各ショット毎のダイバイダイアライメントや、ウェハ
Ｗの露光開始前のグローバルアライメント時のサンプル
アライメントのいずれに用いても良い。いずれの場合で
も、露光期間中に露光光による投影領域とマスクパター
ンの相対位置合わせを行なうことにより、投影光学系の
色収差の影Ｕを受けることなく種々の外乱にも影響され
ないで安定した高精度な相対位置合わせが保持される。

本発明は、露光光と異なる波長の照明光によるアライメ
ント系を有する種々の装置に広く応用可能である。

［発明の効果］ 本発明の投影露光装置においては、露光光を位置合わせ
用照明光とするため、投影光学系に関して色収差に起因
する位置合わせのオフセットか無い。これにより、確実
で高精度な位置合わせか可能となる。

本発明の投影露光装置においては、また、露光期間中を
通じて、マスクパターンとウェハ上の投影領域との間の
相対的な位置ずれを逐次補正するから、環境変化による
外乱や投影光学系の経時変化等による位置合わせのすね
と無関係な、正確で安定した投影露光が行われる。

【図面の簡単な説明】

［図面の説明］ 第１図は、本発明の一実施例の構成を示す模式第２図は
、本発明の一実施例の回折格子の外観を示す模式図であ
る。 第３図は、本発明の一実施例の信号作成部分の構成を示
す模式図である。 第４図は、本発明の別の実施例の構成を示す模式図であ
る。 ［主要部分の符号の説明］ ＲＰ・・・マスクパターン　　　Ｒ・・・レチクルＥＡ
・・・投影領域　　　　　　Ｗ・・・ウェハＰＬ・・・
投影レンズ　　　　ＵＬ・・・露光光ＬＢ・・・非露光
光　　　　２１Ｂ・・・２焦点レンズ２４・・・計測信
号作成部　　２６・・・結像レンズ２７・・・光電検出
器　　　　４０・・・位相検出系４１・・・制御系　　
　　　　４３・・・干渉計４４・・・サーボシステム　
　５０・・・画像処理系代理人　弁理士　　佐　藷　正
　年 平成１年９月１２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定波長の露光光のもとで投影光学系に関して共役な面
   内でマスクパターンと被露光体上の投影領域との相対位
   置合わせを第１の位置決め制御手段により行った後、前
   記露光光により前記マスクパターンを前記投影領域に転
   写する投影露光装置において、 露光期間中、前記投影領域における露光光の反射光を用
   いて前記マスクパターンと前記投影領域との間の相対的
   な位置ずれ量を検出する検出手段と、 前記露光期間中、前記検出手段により検出される位置ず
   れ量を逐次補正するように、前記マスクパターンと前記
   投影領域との相対位置関係を保持する第２の位置決め制
   御手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。