JPH05152188A

JPH05152188A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05152188A
Application number: JP33626091A
Authority: JP
Inventors: Saburo Kamiya; 三郎神谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、マスク上のパターンを基板上に投影
する投影露光装置において、共役な位置関係に保持され
たマスク及び基板を露光中においても精度良く位置合せ
する。【構成】パターンを基板上に投影する第１の波長域の照
明光とほぼ同一波長域の照明光を第１及び第２のマーク
に照射すると共に、それぞれからの反射光を検出する第
１の位置検出手段と、第１の波長域の照明光と異なる第
２の波長域の照明光を第３のマークに照射すると共に、
反射光を検出する第２の位置検出手段とを設け、制御手
段は第１の位置検出手段からの検出信号に基づいてマス
クと基板との相対位置のずれ量をほぼ零に制御し、露光
中は第２の位置検出手段からの検出信号の変化に応じて
位置合せ制御を継続することにより、オフセツト誤差を
従来に比して一段と小さくでき、回路パターンの再現性
も向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。産業上の利用分野従来の技術発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段（図１）作用実施例（図１〜図５）発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体回路や液晶デバ
イス製造用の露光装置に関し、特にエキシマレーザに代
表されるパルスレーザを照明光源とする投影露光装置に
適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の投影露光装置（例えばス
テツパー）においては、マスク（またはレチクル）のパ
ターンを投影光学系を介して感光基板（表面にレジスト
層が形成された半導体ウエハやガラスプレート）上にマ
トリクス状に配列された複数の露光領域（回路パターン
形成領域）の各々に対して順次重ね合わせて露光転写し
ている。

【０００４】このためレチクルパターンの投影像を精度
良く露光領域に重ね合わせ（アライメント）する必要が
ある。レチクルパターンとウエハ（露光領域）とを正確
に位置合わせするための位置合わせ装置（アライメント
系）は従来より種々の方式が提案されており、大別して
２つの方式、すなわちオン・アクシス方式とオフ・アク
シス方式とがある。

【０００５】この２つの方式のうちオフ・アクシス方式
はアライメント系により露光領域に付随して設けられた
アライメントマークを検出した後に、そのマーク位置か
らウエハ（ステージ）を所定量（ベースライン量）だけ
移動することによつてレチクルパターンを露光領域に重
ね合わせ露光するものである。つまりアライメント系の
マーク検出位置と投影光学系によるレチクルパターンの
露光位置とが異なつている。

【０００６】このためオフ・アクシス方式では熱や振動
等によりベースライン量が変動し得るので、正確な重ね
合わせが難しく、重ね合わせ（アライメント）精度を上
げるためにはベースライン計測を頻繁、例えばウエハ交
換ごとに行う必要があるという問題がある。一方オン・
アクシス方式は、上述したマーク検出位置と露光位置と
が同じであるため、高精度の重ね合わせ露光が可能とな
るといつた利点がある。

【０００７】このオン・アクシス方式のアライメント系
としては、投影光学系を介してレチクルパターンの近傍
に設けられたアライメントマーク（以下レチクルマーク
という）とウエハ上のアライメントマーク（ウエハマー
ク）とを検出する、いわゆるＴＴＲ（Through The Reti
cle ）方式のアライメント系がある。このＴＴＲ方式の
アライメント系にも大きく分けて２種類のものが提案さ
れている。

【０００８】１つは露光光（ｉ線、ＫｒＦエキシマレー
ザ等）とほぼ等しい波長域のアライメント用照明光を投
影光学系を介してレチクルマークとウエハマークとに照
射し、両マークからの光を検出することによりレチクル
とウエハとの位置合わせ（アライメント）を行うもので
あり、通常はレチクルマークとウエハマークとを同時に
画像として検出し、その相対ずれ量を求めるようになさ
れている。他方は露光光とは異なる波長域のアライメン
ト光（例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等）を用いる場合であつ
て、投影光学系は露光波長に関して良好に色収差補正さ
れているため、レチクルとウエハとの間に色収差補正光
学系を配設することにより、レチクルとウエハとの位置
合わせを行うものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで露光光と等し
い波長域のアライメント光を用いた位置合わせ装置にお
いては、各露光ステツプの際、露光動作と位置合せ動作
を同時に実行することが困難であるためアライメント光
による位置合せを露光開始前にするようになされてい
る。

【００１０】これは１つの照明光源から発生する照明光
（ＫｒＦエキシマレーザ等）を投影光学系の照明系（以
下主照明系という）と位置合せ光学系とにハーフミラー
を用いて分岐させる系を考えた場合、投影光学系の照明
光量をあまり落とすことができないためにハーフミラー
の分岐比を主照明系へ大きく配分せざるを得ず、同一光
源により露光動作と位置合せ動作を同時に行うと位置合
せ光学系の検出光量が非常に微弱になるからである。

【００１１】あるいはレチクルパターンを照射する照明
光の一部が位置合せ光学系によつて遮光され得る場合、
パターン露光時には位置合わせ光学系又はその一部を移
動して照射領域外へ退避させる必要があり、当然ながら
露光中はレチクルとウエハとの位置ずれを検出すること
はできない。

【００１２】ところがウエハ（基板）を載置したステー
ジ（ウエハステージ）は、通常レーザ干渉計でその位置
を検出するようになされ、クローズループによるフイー
ドバツク制御によつて高精度な位置決めをするようにな
されているが、空気の屈折率のゆらぎによつてレーザ干
渉計の検出信号にもゆらぎが重畳し、結果としてウエハ
ステージをある一点に位置決めしても実際にはこのゆら
ぎによつて、その点を中心にふらつくという問題があつ
た。

【００１３】このゆらぎは低周波成分ほどその振幅が大
きく、実際のステージの応答を考慮すると通常±0.03
〔μｍ〕程度で揺動していることになる。このため露光
開始前に正しくマスクとウエハの位置合せを行つても、
露光中も常に位置合せ動作を行わない限り、この揺動に
よつて精度が制限されてしまうという問題があつた。

【００１４】一方露光光と異なる波長光のアライメント
光を用いる位置合せ装置においては、露光中においても
位置合せ動作を行う系を構成することは可能であるが、
マスクと基板との間に設置する色収差補正光学系の種々
の制約から投影光学系を通過する全光束に亘つて完全に
色収差（軸上色収差と倍率色収差）補正することができ
ず、オフセツト誤差が発生し易いという問題があつた。

【００１５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、共役な位置関係に保持されたマスク及びウエハを露
光中においても精度良く位置合せすることができる位置
合せ装置を提案しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、第１の波長域の照明光によつ
てマスク２に形成されたパターンを感光基板４上に結像
投影する投影光学系３を有し、パターンと感光基板４上
の露光領域との相対的な位置合わせを行つた後に、パタ
ーンを投影光学系３を介して露光領域に重ね合わせて露
光する投影露光装置１において、第１の波長域の照明光
とほぼ同一波長域の照明光を、マスク２のパターンの近
傍に設けられた第１のマーク２ａと感光基板４上の露光
領域の近傍に設けられた第２のマーク４ａとに投影光学
系３を介して照射するとともに、第１のマーク２ａと第
２のマーク４ａの各々からの光を検出する第１の検出手
段（５、６、３０〜４０）と、第１の波長域の照明光と
異なる第２の波長域の照明光を、感光基板４上に第２の
マーク４ａと所定の位置関係で設けられた第３のマーク
４ｂに照射するとともに、該第３のマーク４ｂからの光
を検出する第２の検出手段（１５〜２６）と、投影光学
系３の光軸とほぼ垂直な面内でマスク２と感光基板４と
を相対的に移動する駆動手段１２、１３、１４と、第１
の検出手段（５、６、３０〜４０）からの検出信号ＶＳ
に基づいて、マスク２のパターンと露光領域との相対的
な位置ずれ量がほぼ零となるように駆動手段１４を制御
するとともに、マスク２のパターンを露光領域に露光し
ている間は、第２の検出手段（１５〜２６）からの検出
信号ＳＲ、ＳＤの変化に対応して駆動手段１２、１３を
制御する制御手段５０とを備えるようにする。

【００１７】また第２の発明においては、第２の検出手
段（１５〜２６）は、第２の波長域の照明光を投影光学
系３を介して感光基板４上の第３のマーク４ｂに照射す
るとともに、該第３のマーク４ｂからの光を投影光学系
３を介して検出するものであり、かつ第２の波長域の照
明光の光路中に、第２の波長域の照明光に関して投影光
学系３の倍率色収差とは反対方向の倍率色収差を発生さ
せる光学素子２４を有するようにする。

【００１８】さらに第３の発明においては、光学素子２
４は、マスク２のパターンのフーリエ変換面となる投影
光学系３中の面、もしくはその近傍の面内に配置されて
いるようにする。

【００１９】さらに第４の発明においては、感光基板４
上の第２のマーク４ａと第３のマーク４ｂとは同一のマ
ークであるようにする。

【００２０】

【作用】制御手段５０は、第１の検出手段（５、６、３
０〜４０）において第１のマーク２ａと第２のマーク４
ａのそれぞれから光を検出すると、当該検出信号ＶＳに
基づいて駆動手段１４を制御してマスク２と感光基板４
とを投影光学系３の光軸とほぼ垂直な面内で相対的に移
動させ、マスク２のパターンと露光領域との相対的な位
置ずれ量をほぼ零となるように制御し、マスク２のパタ
ーンを露光領域に露光している間は、第２の検出手段
（１５〜２６）において第２のマーク４ａと所定の位置
関係で設けられた第３のマーク４ｂからの光を検出する
と、当該検出信号ＳＤ、ＳＲに基づいて駆動手段１２、
１３を制御することにより、露光の際のオフセツト誤差
を小さくでき、マスク２上のパターンを忠実に感光基板
４上に転写することができる。

【００２１】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００２２】図１において、１は全体として半導体製造
工程の縮小投影露光装置を示し、マスク２上に形成され
た回路パターンを投影レンズ（投影対物レンズ）３を介
してウエハ４上に転写するようになされている。縮小投
影露光装置１は、露光時、エキシマレーザ光源５から射
出されたエキシマレーザ（例えば波長λ＝249nm,ＫｒＦ
エキシマレーザ）を切り換えミラー６を介してマスク２
の照明光学系に導く。

【００２３】ここで縮小投影露光装置１は、モータ６ａ
によつて駆動可能な切り換えミラー６で反射されたエキ
シマレーザの光束をビーム整形光学系７を介してフライ
アイレンズ８に入射し、フライアイレンズ８の後側焦点
面にできる光スポツト群を２次光源としてコンデンサー
レンズ９によつてマスク２を均一に照明するようになさ
れている。

【００２４】マスク２は、モータ１４によつて２次元移
動可能なレチクルステージＲＳ上に載置されている。こ
れによりレジストを塗布してなるウエハ４上にマスク２
に形成された所定の回路パターンが投影転写される。

【００２５】ここで投影レンズ３はマスク２側とウエハ
４側とでテレセントリツクとなるように構成されている
と共に、露光光としてのエキシマレーザ光に対して色収
差が良好に補正されている。またウエハ４にはマスク２
に設けられた回路パターンが重ね合わされるべき前工程
の回路パターン及び位置合せのためのアライメントマー
ク４ａ、４ｂが形成されている。

【００２６】ウエハ４はステツプアンドリピート方式で
２次元移動するウエハステージ１０上に吸着されてお
り、ウエハ４上の１つのシヨツト領域に対するマスク２
の転写露光が終了すると、次のシヨツト位置までステツ
ピングされるようになされている。

【００２７】ステージコントローラ１３は、主制御装置
５０からの指令値に従い、レーザ光波干渉式測長器１１
からの位置信号に基づいてモータ１２に所定の駆動指令
を与えることによつて、ウエハステージ１０を所望の位
置に位置決めする。またウエハステージ１０の端部には
移動鏡１１ｍが固定されており、レーザ光波干渉式測長
器１１から射出されるレーザビームを反射して水平面内
でのＸ方向、Ｙ方向の位置を検出し得るようになされて
いる。

【００２８】主制御装置５０は、後述する第１、第２の
位置合わせ系からの検出信号（位置ずれ情報）に基づい
てレチクルステージＲＳまたはウエハステージ１０の位
置を制御したり、切り換えミラー６を駆動して露光動作
とアライメント動作との切り換えを行う他、装置全体を
統括制御する。

【００２９】ここで縮小投影露光装置１は、位置合せ系
として露光光と異なる波長のアライメント光を用いる第
２の位置合せ系と露光光と等しい波長のアライメント光
を用いる第１の位置合せ系とを有しており、露光波長と
異なる波長の光を用いる第２の位置合せ系は、レーザ光
源１５より射出されたレーザ光をビームスプリツタ１６
により２光束Ｌ１、Ｌ２に分け、それぞれ音響光学素子
１７ａ、１７ｂに入射するようになされている。

【００３０】第２の位置合わせ系（アライメント系）の
構成等については、例えば特開平２−２７２３０５号公
報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。こ
こでレーザ光源１５は、露光光とは異なる波長光とし
て、 633nmのHe−Neレーザをアライメント光として射出
するようになされている。

【００３１】音響光学素子（ＡＯＭ）１７ａ、１７ｂ
は、高周波信号で駆動されるようになされており、これ
によりそれぞれの光束をｆ₀＋ｆ_1,ｆ₀＋ｆ₂の周波
数の光に周波数変調して出力するようになされている。
ここでｆ₀は元のHe−Neレーザの周波数であり、ｆ_{1 ,}
ｆ₂は音響光学素子１７ａ、１７ｂの駆動周波数であ
る。

【００３２】この第２の位置合せ系は、周波数の異なる
２光束Ｌ１、Ｌ２をハーフミラー１８によりそれぞれ透
過光と反射光とに分割すると、反射光をリレーレンズ１
９を介してウエハ共役面で交差させ、落射ミラー２０に
よつて投影レンズ３に射出するようになされている。

【００３３】また第２の位置合せ系は、透過光をリレー
レンズ２１を介して集光するようになされており、集光
位置には紙面方向に所定のピツチ（例えば光束Ｌ１、Ｌ
２によつて形成される干渉縞のピツチの２倍）で形成さ
れた参照用の基準回折格子２２が配設されている。

【００３４】この集光位置には２つの光束Ｌ１、Ｌ２に
よつて流れる干渉縞が形成され、回折格子２２からは光
束Ｌ１、Ｌ２の＋１次回折光と−１次回折光とがほぼ同
一方向に発生し、光電検出器２３においてその干渉光が
検出される。これにより光電検出器２３で検出される参
照信号（基準信号）ＳＲは、回折格子２２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。

【００３５】一方ハーフミラー１８で反射されたアライ
メント光が入射される投影レンズ３の入射瞳（すなわち
マスクパターンのフーリエ変換面となる投影レンズ中の
面）、もしくは近傍の面内には平行平面板２４が設置さ
れており、その上に回折格子ＧＹＡ１、ＧＹＡ２、ＧＹ
Ａ３が設けられている（図３）。

【００３６】ここで回折格子ＧＹＡ１、ＧＹＡ２は、投
影レンズ３に入射する２光束Ｌ１、Ｌ２が通過する位置
に設定されており、当該格子に入射した光束は格子のピ
ツチと格子の方向に従つて回折され、ウエハ４（すなわ
ちスクライブライン上のアライメントマーク４ｂ）に照
射されるようになされている（詳細後述）。

【００３７】ウエハ４には露光領域ＳＡに付随して図４
に示すようなアライメントマークＢＸ１〜ＢＸ２、ＢＹ
１〜ＢＹ２及びＡＸ、ＡＹが設けられており、回折格子
ＧＹＡ１、ＧＹＡ２で回折した２光束（例えば１次回折
光）は丁度アライメントマーク４ｂ（図４中のマークＡ
Ｙに相当する）で交差するようになされている。なおマ
ークＡＸ、ＡＹはそれぞれマークＢＸ２、ＢＹ２と所定
の位置関係で形成されている。

【００３８】ここでアライメントマーク４ｂは２光束Ｌ
１及びＬ２の各々の＋１次回折光と−１次回折光とがほ
ぼ同一方向（本実施例では投影レンズ３の光軸方向）へ
回折されるようなピツチ（すなわちマーク上に形成され
る干渉縞のピツチの２倍）で形成されている。すなわち
マーク４ｂのピツチに応じて±１次回折光が鉛直（光
軸）方向へ発生するように２光束の入射角θ（交差角２
θ）を定めている。

【００３９】このアライメントマーク４ｂで回折された
反射光束（±１次回折光）Ｌ３は、再び投影レンズ３に
入射すると、平行平面板２４に設けられた回折格子ＧＹ
Ａ３でさらに回折され、再び落射ミラー２０を通つてミ
ラー２５で反射された後、光電検出器２６に入射される
ようになされている。ここで光電検出器２６は、２光束
Ｌ１、Ｌ２の周波数差ｆ₁−ｆ₂に応じたビート信号Ｓ
Ｄが検出される。

【００４０】これにより第２の位置合せ系は、位相差検
出回路２７において光電検出器２３で検出される基準信
号ＳＲと光電検出器２６で検出されるウエハ側からの検
出信号ＳＤとの波形上の位相差を検出する。この位相差
（± 180°）はマーク４ｂのピツチＰの±Ｐ／４内の相
対位置ずれ量に一義的に対応しており、上記位相差を検
出することによりウエハ４の相対的な位置ずれ量が検出
できる。

【００４１】つまり上記のごときヘテロデイン方式のア
ライメント系では、マーク位置を干渉縞を基準として求
めるのではなく、専ら干渉縞の高速移動に伴う時間的な
要素（位相）を基準として求めることになる。

【００４２】主制御装置５０は、この位相差情報が得ら
れた時点で、ウエハステージ１０のレーザ光波干渉式測
長器１１側のサーボ系から切り離してウエハステージ１
０のモータへの印加電圧を零にし、このアナログ電圧を
マスク２が搭載されたステージ側のサーボ系に印加す
る。

【００４３】すなわち詳しくは後述するが、本実施例で
は第１の位置合わせ系を用いてレチクルパターンの投影
像とウエハ上の１つの露光領域との相対的な位置ずれを
レチクルまたはウエハを微動することによつてほぼ零に
した時点で、第２の位置合わせ系を用いてウエハ（マー
ク４ｂ）の位置ずれ量を検出する。

【００４４】そしてパターン露光中は、レーザ光波干渉
式測長器１１からの位置情報を用いず、第２の位置合わ
せ系からの位置ずれ情報に基づいて、上記位置ずれがほ
ぼ零になつたときに第２の位置合わせ系から出力された
値（位置ずれ量）からの変化量に応じてレチクルステー
ジをサーボ制御する。

【００４５】なお上記投影像と露光領域との相対的な位
置ずれ量がほぼ零となつたときに第２の位置合わせ系に
よつて検出された位置ずれ量がパターン露光中も変化し
ないようにウエハステージをサーボ制御しても構わな
い。ここで当該位置合せ系は、流れのある大気にさらさ
れた部分では２光束Ｌ１、Ｌ２の光路がほとんど共通で
あるため空気の屈折率揺らぎの影響を受けにくい利点が
ある。

【００４６】このようにすると、レーザ光波干渉式測長
器１１の計測値に応じたサーボではないので、干渉計の
ビーム光路の空気密度のゆらぎ等によるステージの微小
ゆらぎを低減させることができる。

【００４７】またこのようにすると露光動作中におけ
る、特にウエハステージ１０側で発生する微小ゆらぎは
抑制され、ゆるやかなドリフト的な微動にすることがで
き、マスクステージを高速に追従移動させることによ
り、マスク２とウエハ４との相対位置ずれをほぼ零に保
つことができる。これにより露光された回路パターンの
線幅の太りや解像度の低下のない忠実な転写を達成する
ことができる。

【００４８】ここでアライメントマーク４ｂはスクライ
ブライン内に配置されているに係わらず、第２の位置合
わせ系の光路中、特に投影レンズ３の瞳面近傍に回折格
子ＧＹＡ１〜ＧＹＡ３を配置しているため、落射ミラー
１０をマスク２の露光領域の外側に設置することができ
る（換言すればマスク２を透過して投影レンズ３に入射
する露光光をミラー１０で遮ることがなくなる）ことに
より、露光光（ｉ線、ｊ線、ＫｒＦエキシマレーザ）と
異なる波長域の照明光を用いる第２の位置合わせ系は露
光動作によらず、常時ウエハ４（マーク４ｂ）の位置を
測定できるようになされている。

【００４９】なお図１中では第２の位置合わせ系を１組
しか示していないが、実際にはマークＡＸ（図４）を検
出するための第２の位置合わせ系がもう１組設けられて
おり、この２組の第２の位置合わせ系によつてＸ、Ｙ方
向の位置ずれ量が検出されることになる。さらに回転誤
差までも検出する場合には、マークＡＸまたはＡＹと対
向する位置に形成された格子マークを検出可能な第２の
位置合わせ系をもう１組設ければ良い。

【００５０】この図１の縮小投影露光装置１の場合、ア
ライメントマーク４ｂはｍ方向（メリジオナル方向）に
並んでいるが、これは説明を簡単にするためであつて実
際の系ではｓ方向（サジタル方向）に並んだマークの方
が都合がよい。図２によつてｓ方向（サジタル方向）に
並んだマークを検出する場合について説明する。

【００５１】図２（ａ）はサジタル面で見た図であり、
図２（ｂ）はメリジオナル面で見た図である。入射瞳上
の平行平面板２４の上に設けられた回折格子ＧＹＡ１〜
ＧＹＡ３は、先に述べたのと同様に、照射光束Ｌ１、Ｌ
２及び検出光束Ｌ３をそれぞれθ１、θ２及びθ２偏向
させるようになされている。

【００５２】その際、照射光束Ｌ１、Ｌ２に関してはサ
ジタル面とメリジオナル面でθ１、θ２の偏光が必要な
ため図３に示すように、照射光補正光学素子としての回
析格子ＧＹＡ１、ＧＹＡ２は、計測方向に沿つて、瞳中
心を挟んで互いに反対方向を向くように形成されてお
り、角度θ４だけ斜めに形成されている。

【００５３】すなわち回折格子ＧＹＡ１、ＧＹＡ２は、
投影レンズ３の軸上色収差量ΔＬをほぼ補正するように
計測方向側では照射光Ｌ１、Ｌ２を補正角θ１だけ偏向
させ、これと同時に投影レンズ３の倍率色収差量ΔＴを
補正、あるいはより過剰に補正するように計測方向に直
交する方向（すなわちメリジオナル面内）では照射光Ｌ
１、Ｌ２を補正角θ２だけ偏向させるようになされてい
る（図３）。

【００５４】また検出光補正光学素子としての回折格子
ＧＹＡ３は、非計測方向にピツチを有するように瞳中心
に形成されている。すなわち検出光補正光学素子として
機能する回折格子ＧＹＡ３は、投影レンズ３の倍率色収
差量ΔＴを補正あるいは過剰に補正するように、メリジ
オナル方向において検出光Ｌ３を補正角θ２だけ偏向さ
せるようになされている。

【００５５】ここで、回折格子ＧＹＡ１〜ＧＹＡ３のピ
ツチをそれぞれＰＹＡ１、ＰＹＡ２、ＰＹＡ３とし、ア
ライメント光の波長をλ、Ｙ方向に対する回折格子ＧＹ
Ａ１及びＧＹＡ２の傾きをθ４とするとき、補正角と各
回折格子のピツチとには以下の関係が成立する。

【数１】

【数２】

【数３】

【００５６】ここで補正角θ１は軸上色収差量ΔＬをほ
ぼ補正するような角度に選定され、補正角θ２は落射ミ
ラー２０の位置によつて決定されるようになされてい
る。因みにサジタル方向のみを検出するので、実際の光
学系ではｘ，ｙの２軸が必要であり、ウエハ４のアライ
メントマーク４ｂは、図４のＡＸ、ＡＹのようにウエハ
４のスクライブライン上ｘ、ｙ軸上に設けておけばよ
い。

【００５７】ここで実線で囲んだ領域ＳＡは１露光ステ
ツプでの露光領域である。ただしアライメントマークＡ
Ｘ、ＡＹはプロセスで破壊されないように保護（ポジレ
ジストの場合はマスク）されている。また露光領域の大
きさが変わつたり、アライメントマークを打ち換える必
要がある場合には、アライメント位置が変化し、それに
従つてアライメント光学系が移動する必要がある。

【００５８】これらの場合でも照射光束Ｌ１、Ｌ２及び
検出光束Ｌ３の各光束の瞳位置上での入射位置は変化し
ない（入射する角度が変化する）ことにより、瞳位置上
での回折格子の大きさは最小限でよい。

【００５９】ここで平行平面板２４に設置する回折格子
ＧＹＡ１〜ＧＹＡ３は、ガラス板などをエツチングする
か、ＳｉＯ₂膜などを蒸着して位相格子を形成すればよ
い。その際位相型回折格子の段差ｄは、ｍを整数、ｎを
屈折率、λ₀をアライメント波長とすると、

【数４】を満足するように設定すれば回折効率を高くすることが
できる。

【００６０】ただしこの場合、露光波長に対して影響を
及ぼすので回折格子の部分で露光光は反射、アライメン
ト光は透過するような薄膜を蒸着するのがよい。このよ
うに回折格子の部分の面積を小さくし、また露光光を透
過させない様にすると結像への影響は最小限にとどめる
ことができる。

【００６１】原理的には、軸上色収差量ΔＬを補正する
ことは、本発明の請求範囲とは関係ないが、実際上はほ
ぼ補正を行うことが重要である。というのは露光波長が
例えばλ＝ 248〔nm〕（ＫｒＦエキシマレーザ）でアラ
イメント光の波長が例えばλ＝ 633〔nm〕（Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ）の場合、軸上色収差量ΔＬは 500〔nm〕以上に
達するため、落射ミラー２０の幅が大きくなり、ミラー
の回転移動等により位相誤差が生じやすくなること、ま
た空気中を通る光路が長くなり、２光束間での揺らぎが
大きくなつて同じく位相誤差が生じやすくなるからであ
る。

【００６２】これに対して露光光と等しい波長域のアラ
イメント光を用いた第２の位置合せ系は、アライメント
時、エキシマレーザ光源５から射出されたエキシマレー
ザビームを切り換えミラー６を通した後、反射ミラー３
０で反射し、ビーム整形光学素子３１に導くようになさ
れている。

【００６３】第１の位置合せ系は、エキシマレーザをビ
ーム整形光学系３１を通過させた後、フライアイレンズ
３２、レンズ３３、偏光ビームスプリツタ３４、１／４
波長板３５、対物レンズ３６、ハーフミラー３７を順次
介してマスク２上の照野を均一に照明するようになされ
ている。ここで光源であるエキシマレーザ５は、直線偏
光しており、偏光ビームスプリツタ３４に対して 100％
反射する方向に偏光方向を合わせて入射される。

【００６４】このとき反射した光は、１／４波長板３５
によつて円偏光に変換され、マスク２あるいは、ウエハ
４を照明する。またマスク２あるいはウエハ４から戻つ
てくるアライメント検出光は、再び１／４波長板３５で
元の偏光と直交する方向の直線偏光に変換され、偏光ビ
ームスプリツタ３４をほぼ 100％透過する。

【００６５】これにより光の損失を最小限に抑えて照明
光と戻つてくる検出光を分離するようになされている。
またハーフミラー３７は、照明光学系７、８、９と露光
光アライメント用光学系とを分離するようになされてお
り、このハーフミラー３７の分岐は露光光に関して反射
率が90％程度、透過率が10％程度になるように設計され
ている。

【００６６】ここでマスク２とウエハ４は露光波長のも
とで投影レンズ３に関してほぼ共役な位置にあるため、
マスク２上のアライメントマーク２ａとウエハ４上のア
ライメントマーク４ａは同時に観察可能であり、両者の
像は対物レンズ３６及びリレー光学系３８、３９を介し
て撮像素子４０上に投影される。撮像素子４０からの画
像信号ＶＳは画像信号処理回路４１に出力され、ここで
マスク２（マーク２ａ）とウエハ４（マーク４ａ）との
相対的な位置ずれ量が算出される。

【００６７】この第１の位置合せ系は図１中に１組しか
示していないが、回転についても合せ込むため４眼４軸
の構成をとつている。このため凹か凸のバーパターンで
なるウエハマーク４ａは、図４に示すＢＸ１〜ＢＸ２、
ＢＹ１〜ＢＹ２のように露光領域周辺に配置されてお
り、各マークを検出可能な４組の第１の位置合わせ系が
設けられているものとする。

【００６８】このウエハマーク４ａは、図５（ａ）に示
すように、マスク２のＣ_r部に設けられた窓（ＲＷ）を
通して観察することができるようになされている。ここ
でマスク２のアライメントマーク２ａは、解像限界以下
の微小ピツチの格子によつて形成されたＲＡ１、ＲＡ２
である。

【００６９】この微小ピツチは、投影レンズ３の解像限
界以下であるため、ＲＡ１、ＲＡ２によつて回折された
透過光のうち、０次光以外の回折光は回折角が大きく、
投影レンズを通過しない。このためウエハ４を照明する
光は光量が落ちることになる。次にウエハ４から反射し
た光が逆向きに下からＲＡ１、ＲＡ２を照明すると、上
方に生じる透過回折光のうち同じく回折光は検出光学系
のＮＡ（ここでは投影レンズのＮＡ以下とする）で制限
され検出器には到達しない。

【００７０】従つて検出器４０で検知されるアライメン
トマーク２ａの像は、ウエハ４の反射率、表面の構造な
どにはほとんど関係なく、ほぼ一様な他のマスク部分よ
り低い輝度レベルの暗帯として検知される。これにより
ウエハ４からの反射戻り光を少なくでき、ウエハ４の影
響を受けることなくマスク２の位置を検出することがで
きる。

【００７１】ここで図５（ａ）において、計測方向（図
で横方向）に撮像素子４０の走査方向をとるものとする
と、非計測方向（図で上下方向）に十分に長い素子を用
いれば、撮像面の輝度分布は非計測方向に平均化される
ことになる。このような１次元アレイ素子からの出力信
号が図５（ｂ）である。なおアライメントマークＢＸ１
〜ＢＸ２、ＢＹ１〜ＢＹ２部のレジストは干渉の影響を
避けるため、予めその部分だけレジストを剥離しておく
ことにより、一段と精度を向上させることができる。

【００７２】以上の構成において、縮小投影露光装置１
は、ウエハ４がステージ１０上に載置されると、投影レ
ンズ３の外側に設けられたオフアクシスアライメント光
学系（図示せず）によつておおまかな位置合せ（プリア
ライメント）をすると同時に、マスク２を微小回転させ
てウエハ４の残留回転誤差を除去する。当該アライメン
ト結果を基にして縮小投影露光装置１は、各露光領域の
精密な位置合せ及び重ね合わせ露光動作を開始する。

【００７３】なお本実施例では露光領域ごとにアライメ
ントを行う、いわゆるダイ・バイ・ダイ（Ｄ／Ｄ）方式
を採用する場合について説明する。主制御装置５０は、
ウエハ４上の露光領域の設計上の配列座標値に従い、レ
ーザ光波干渉式測長器１１の位置信号によつてウエハス
テージ１０を制御して所望の露光領域を投影レンズ３の
下（露光位置）に送り込む。

【００７４】またこのとき主制御装置５０は、第２の位
置合せ系（１５〜２６）の位相信号を検出する。第２の
位置検出系は、レーザ光源１５から射出されたHe−Neレ
ーザ光をビームスプリツタ１６を介して２つの光束に分
離すると、音響光学素子１７ａ、１７ｂで周波数変調す
る。

【００７５】当該検出系は、変調後の光束Ｌ１、Ｌ２を
ハーフミラー１８で反射し、リレーレンズ１９、落射ミ
ラー２０を順次介して投影レンズ３の瞳位置に配設され
た平行平面板２４で回折後、ウエハ４上に設けられたア
ライメントマーク４ｂを照射する。

【００７６】主制御装置５０は、当該アライメントマー
ク４ｂで反射された反射光Ｌ３を再び平行平面板２４、
落射ミラー２０、リレーレンズ１９を透過して光電検出
器２６で検出すると、基準回折格子２２を介して光電検
出器２６で検出されるビート信号に対する位置偏差が零
になるようにウエハステージ１０の位置を制御する。

【００７７】ここで第２の位置合せ系の位置位相信号が
位置決め目標点から±180°以内に入ると、位置合せ制
御をレーザ光波干渉式測長器１１から第２の位置合せ系
の位置位相信号による制御に切り換える。アライメント
の精度はこの範囲内に追い込むのに充分な精度があるこ
とは言うまでもない。

【００７８】かかる後、主制御装置５０は、切り換えミ
ラー６を第１の位置合せ系に光が導かれるように切り換
えると、第２の位置合わせ系の位置偏差信号が零に対し
てある範囲内に入つたならばエキシマレーザ光源５に対
してトリガを送り、レーザを発光させる。

【００７９】このときエキシマレーザ光は、反射ミラー
３０、ビーム整形光学系３１、フライアイレンズ３２、
リレーレンズ３３を順次介した後、偏向ビームスプリツ
タ３４で反射され、マスク２上のアライメントマーク２
ａ及びウエハ４上のアライメントマーク４ａを均一に照
射する。

【００８０】ここで第１の位置合せ系は、マスク２及び
ウエハ４のアライメントマークで反射された反射光をハ
ーフミラー３７、対物レンズ３６、１／４波長板３５、
偏向ビームスプリツタ３４を順次介した後、リレー光学
系３８、３９を介して撮像素子４０上に結像し、処理回
路４１において、マスク２のアライメントマーク２ａと
ウエハ４のアライメントマーク４ａの位置ずれ量を検出
する。

【００８１】このとき第１の位置合せ系は測定結果から
位置ずれ量を検出すると、その分だけウエハステージ１
０（または投影レンズ３の投影倍率を考慮してレチクル
ステージＲＳ）を駆動して位置合せ精度を上げる。

【００８２】主制御装置５０は、かかる動作を終了する
と、切り換えミラー６を露光側に切り換え、エキシマレ
ーザ光をビーム整形光学素子７、フライアイレンズ８、
コンデンサレンズ９を順次介して、エキシマレーザ光に
よる位置合せ後のウエハ４の露光を開始する。

【００８３】ここで主制御装置５０は、当該エキシマレ
ーザ光による露光中も第２の位置合せ系により、ウエハ
４上のアライメントマーク４ｂで反射された反射光束Ｌ
３の位相信号が露光開始時の位相に対して零になるよう
にレチクルステージＲＳ（またはウエハステージ）を制
御し続ける。

【００８４】この第２の位置合せ系による位置合せによ
つて、露光中のマスク２とウエハ４の相対位置ずれをほ
ぼ零に保持し続けることができ、回路パターンの線幅の
太りや解像度の低下なく忠実な転写をすることができ
る。当該ステツプでの露光が終了すると、主制御装置５
０は、上述の動作を繰り返し、次の露光領域の位置合せ
を開始する。

【００８５】以上の構成によれば、露光開始前に露光波
長の光によりウエハ４の位置を検出する第１の位置検出
系（５、６、３０〜４０）によつてマスク２とウエハ４
との相対位置を検出すると共に、露光波長と異なる波長
の光によりウエハ４の位置を検出する第２の位置検出系
（１５〜２６）によるマスク２とウエハ４との相対位置
の検出を露光開始から終了まで続行して相対位置がずれ
ないように制御し続けることにより、従来に比して一段
と高精度で回路パターンを露光することができる。

【００８６】これにより位置合せ精度として理想的なア
ライメントマークに対して｜mean｜＋３σ≦20〔nm〕程
度の精度を期待することができ、64ＭＤＲＡＭや 256Ｍ
ＤＲＡＭ等の超々ＬＳＩの製造に適用することができ
る。

【００８７】なお上述の実施例においては、互いに異な
る光周波数の回折光を被検マークに対し２方向で照射し
て、このマークから回折されるビート干渉光を光電検出
してアライメントを行う、いわゆるヘテロダインアラン
メント方式を採用する場合について述べたが、本発明は
これに限らず、被検マークに対して光を照射し、このマ
ークから回折される２つの回折光を干渉させて、ウエハ
の位置に応じた光強度を光電検出してアライメントを行
う、いわゆるホモダインアライメント方式を採用する場
合にも適用し得る。

【００８８】なおホモダイン方式の場合、２光束による
干渉縞と被検マークとを相対走査しないと、位置ずれ量
を検出することができず、両者を静止させた状態では回
折光強度しか検出できないので、ホモダイン方式を採用
する場合には、第１の位置合わせ系によつてマスク２と
ウエハ４との位置ずれ量がほぼ零となつたときに第２の
位置合わせ系から出力される信号強度が変動しないよう
にウエハステージ１０をサーボ制御することが望まし
い。

【００８９】さらにヘテロダイン方式やホモダイン方式
以外に、例えば被検マークに照射する２光束の偏光を異
ならせ（Ｐ偏光とＳ偏光）、当該マークから発生する回
折光を検光子を介して受光するような系（方式）を採用
しても構わない。また上記実施例では、第２の位置合わ
せ系において±１次回折光を検出していたが、例えば
（０次、−２次）回折光又は（＋２次、０次）回折光を
検出するようにしても良い。

【００９０】さらに第２の位置合わせ系として、画像処
理方式を採用したアライメント系を用いても良く、要は
ウエハステージ１０を静止させた状態でウエハ４の位置
を検出できるものであれば何でも良い。また第２の位置
合わせ系は露光光を用いる系であれば、その検出方式、
構成は任意で構わない。

【００９１】また上述の実施例においては、照射光補正
光学素子（ＧＹＡ１、ＧＹＡ２）と検出光補正光学素子
（ＧＹＡ３）とを、マスク２とウエハ４との間で分離し
て設け、照射光（Ｌ１、Ｌ２）と検出光（Ｌ３）とに対
し独立に機能させる場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、被検マークに対し２方向で照射している照
射光路を逆にもどるビート干渉光を光電検出する場合に
も適用し得る。

【００９２】さらに上述の実施例においては、マスク２
と投影レンズ３との間に落射ミラー２０を設け、この落
射ミラー２０の反射方向に配設されたアライメント光学
系によりウエハマークをアライメントする場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、マスク３とハーフミ
ラー３７との間に反射鏡２０を設け、ＴＴＲ方式による
アライメントを実行する場合にも適用し得る。

【００９３】さらに上述の実施例においては、照射光路
と検出光路とのアライメント光路をコントロールする補
正光学素子として回折格子を用いる場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、微小なプリズムを用いても
良い。

【００９４】さらに上述の実施例においては、図３に示
すような補正光学素子を用いる場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、補正光学素子としてフレネルゾ
ーンプレートとして機能させるように構成しても良い。

【００９５】なお投影レンズ３によつてはその倍率色収
差量ΔＴに応じて補正光学素子（ＧＹＡ１〜ＧＹＡ３）
を用いる必要がなくなることがある。また上記実施例で
は第２の位置合わせ系がＴＴＬ方式であるため、補正光
学素子によつて少なくとも倍率色収差を補正できれば良
く、軸上色収差まで補正すれば系を短くできるといつた
効果が得られる。

【００９６】さらに上述の実施例においては、第１及び
又は第２の位置合せ系は検出結果に基づいてウエハ４が
載置されたウエハステージ１０を制御してマスク２とウ
エハ４とを位置合せする場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、ウエハステージ１０及び又はマスク２
を載置したステージを駆動制御して位置合せするように
しても良い。

【００９７】さらに上述の実施例においては、投影光学
系として屈折光学系を用いる場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、反射光学系、あるいは屈折光学系
と反射光学系とを組み合わせた系を用いても良い。

【００９８】さらに上述の実施例においては、第１の位
置合わせ系は、マスク２とウエハ４との位置ずれを求
め、この位置ずれを零とするようにマスク２又はウエハ
４を駆動する方式であつても、あるいはマスク２とウエ
ハ４とをモニタしながらその位置ずれ量が零となるよう
にマスク２又はウエハ４を駆動する方式であつても良
い。要は位置ずれ量を算出する方式でも、算出しない方
式でも良い。

【００９９】さらに上述の実施例においては、第１の位
置合わせ系を用いてマスク２とウエハ４との相対的な位
置ずれを補正するのに先立ち、所望の露光領域が投影レ
ンズ３の下に送り込まれた時点で、レーザ光波干渉式測
長器１１の代わりに第２の位置合わせ系を用いて、当該
露光領域を露光位置に位置決めしていた（ラフアライメ
ント）が、本発明はこれに限らず、プリアライメントさ
れたウエハ４上の露光領域をその設計上の配列座標値に
従つて投影レンズ３の下に送り込めば、プリアライメン
ト精度にもよるが、第１の位置合わせ系によつて当該露
光領域に付随したアライメントマーク（ＢＸ１、ＢＸ
２、ＢＹ１、ＢＹ２）を検出することができる。

【０１００】この場合には、第２の位置合わせ系による
ウエハ４のラフアライメントを省略し、レーザ光波干渉
式測長器１１からの位置信号に基づき、設計上の配列座
標値に従つて露光領域を投影レンズ３の下に送り込んだ
後、直ちに第１の位置合わせ系を用いてマスク２とウエ
ハ４との相対的な位置合わせを行うようにしても良い。
ここで主制御装置５０は、上述の実施例と同様、第１の
位置合わせ系によるアライメントが終了した時点で、第
２の位置合わせ系を用いてウエハ４の位置ずれ量（上述
の実施例では位相信号ＳＤ、ＳＲの位相差）を基準値と
して検出しておき、パターン露光中は第２の位置合わせ
系によつて検出される値（位相差）が先の基準値と一致
するようにウエハステージ１０をサーボ制御することに
なる。

【０１０１】またパターン露光中にマスクステージＲＳ
を微動する場合には、第２の位置合わせ系によつて検出
される値と基準値との差に対応した量（投影レンズ３の
投影倍率を考慮したもの）に応じてマスクステージＲＳ
をサーボ制御すれば良く、これによつてマスクパターン
の投影像と露光領域との相対位置ずれ量が常に零、ない
しは所定の許容値（アライメント精度）以内に抑えられ
ることになる。

【０１０２】さらに上述の実施例においては、ダイ・バ
イ・ダイ（Ｄ／Ｄ）方式による露光動作について説明し
たが、本発明はこれに限らず、例えば特開昭６１−４４
４２９号公報に開示されているように、いわゆるエンハ
ンスメント・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式
を採用する場合にも同様の効果を得ることができる。

【０１０３】ここでいわゆるエンハンスメント・グロー
バル・アライメント（ＥＧＡ）方式とは、ウエハ上の露
光領域の中からその外周付近（及び中心）に位置する複
数個（３〜１６個程度）の露光領域の座標値を計測し、
これらの計測値から統計的演算によつて算出した全ての
露光領域の配列座標に従つてウエハステージを一義的に
ステツピングさせていくことにより、マスクパターンの
投影像と露光領域とを正確に重ね合わせる方式をいう。

【０１０４】このＥＧＡ方式による露光動作において
は、例えば第１の位置合わせ系を用いてウエハ４上の複
数個の露光領域の座標値（すなわちマスクパターンと露
光領域との位置ずれ量がほぼ零となつたときのレーザ光
波干渉式測長器１１の出力値）を求め、これらの計測値
から統計的演算によつてウエハ４の全ての露光領域の配
列座標値を決定（算出）する。

【０１０５】かかる後主制御装置５０は、この算出され
た配列座標値に従つてウエハステージ１０を移動して所
望の露光領域を露光位置に設定する。このときＥＧＡ方
式ではマスクパターンと露光領域との位置ずれ量が既に
ほぼ零となつているため、露光領域の位置決めが終了し
た時点で、直ちに第２の位置合わせ系を用いて当該露光
領域に付随したアライメントマークを検出する。またパ
ターン露光に際しては、上述の実施例と同様に当該検出
値（位相差）を基準値とし、第２の位置合わせ系の検出
信号（位相差情報）に基づいてマスクステージＲＳ、ま
たはウエハステージ１０をサーボ制御すれば良い。

【０１０６】さらに上述の実施例においては、露光動作
に先立つて投影レンズ３によるマスタパターンの投影像
面と露光領域の表面とを一致させる、いわゆるレベリン
グ動作を行つている。このレベリング動作ではウエハ４
を傾斜させて投影像面と露光領域表面とを一致させてい
るので、ウエハ４の傾斜に伴つて露光領域がＸＹ平面内
でシフト（横ずれ）し得る。

【０１０７】このためこの横ずれ量によつてアライメン
ト精度が低下し得るが、本実施例では第２の位置合わせ
系を用いてアライメントマークを検出し続けているた
め、マスクステージＲＳまたはウエハステージ１０のサ
ーボ制御用の信号をレーザ光波干渉式測長器１１から第
２の位置合わせ系に切り換えた後にレベリング動作を行
うようにすれば、第２の位置合わせ系によつて上記横ず
れ量を検出できる。

【０１０８】従つて第２の位置合わせ系を用いて横ずれ
量をほぼ零とするようにマスクステージＲＳ、またはウ
エハステージ１０を微動した後に露光動作を開始するよ
うにすれば、上記横ずれ量によるアライメント精度の低
下までも防止することが可能となる。

【０１０９】このことは特にＥＧＡ方式を採用して露光
を行う場合に有効であることは明らかである。なおＤ／
Ｄ方式を採用している場合には、第１の位置合わせ系を
用いてマスク２とウエハ４とを検出している間にレベリ
ング動作を行うようにすれば、上記と同様に横ずれ量に
よるアライメント精度の低下を防止できる。

【０１１０】この場合には、レベリング動作終了後に第
２の位置合わせ系を用いてマスクステージＲＳ、または
ウエハステージ１０のサーボ制御を開始するようにすれ
ば良い。また投影露光装置１ではレベリング動作ととも
に焦点合わせ動作を行つているが、仮にマスクステージ
ＲＳまたはウエハステージ１０のサーボ制御用の信号を
レーザ光波干渉式測長器１１から第２の位置合わせ系に
切り換えた後に焦点合わせ動作を行つたとしても、第２
の位置合わせ系の焦点深度（２光束の交差領域に相当）
は非常に大きいのでウエハ４の上下動によつて第２の位
置合わせ系がアライメントマークを検出不能になること
はない。

【０１１１】さらに上述の実施例においては、図４に示
すように、第１の位置合わせ系と第２の位置合わせ系と
で検出すべきウエハ上のアライメントマークが異なつて
いたが、当然ながら同一マークを検出可能なようにアラ
イメントマークを共用化しても構わない。この場合に
は、ウエハ上でのマーク形成領域（面積）が小さくて済
むといつた利点がある反面、レイア（層）によつてアラ
イメントマークの打ち替えが必要な場合には、第２の位
置合わせ系も移動可能に構成しなければならない。

【０１１２】なお上述の実施例においては、第２の位置
合わせ系に露光波長と異なる波長域の照明光を適用して
いるため、アライメントマークＡＸ、ＡＹが破壊される
可能性はほとんどないので、当該マークＡＸ、ＡＹの打
ち替えは必要なく、第２の位置合わせ系は固定であつて
構わない。このとき第１の位置合わせ系においては、ア
ライメントマークの打ち替えが必要となるので、レイア
（層）ごとにアライメントマークＡＸ、ＡＹとアライメ
ントマークＢＸ２、ＢＹ２との位置関係は変化し得る。

【０１１３】さらに上述の実施例においては、図４に示
すように、第２の位置合わせ系用のアライメントマーク
ＡＸ、ＡＹと第１の位置合わせ系用のアライメントマー
クＢＸ２、ＢＹ２とが隣接して設けられていたが、両マ
ークがともに投影レンズ３のイメージフイールド内に入
るように形成されていれば、両者の位置関係は任意で構
わない。

【０１１４】さらに第１の位置合わせ系はＴＴＲ方式で
あるため、アライメントマークＢＸ２、ＢＹ２は露光領
域ＳＡに隣接して形成しておく必要があるが、第２の位
置合わせ系用のアライメントマークＡＸ、ＡＹは露光領
域ＳＡに隣接して形成する必要はなく、アライメントマ
ークＢＸ２、ＢＹ２と一定の位置関係となつていれば、
ウエハ４上のどこに形成しておいても良い。

【０１１５】このような場合には、第２の位置合わせ系
としてオフアクシス方式のアライメント系を採用する必
要があり、アライメントマークＡＸ、ＡＹは第２の位置
合わせ系のマーク検出位置と投影レンズ３によるマスク
パターンの投影位置（露光位置）との相対位置関係、い
わゆるベースラインに対応した位置関係で、アライメン
トマークＢＸ２、ＢＹ２に対してウエハ４上に形成して
おくことが必要である。

【０１１６】さらに上述の実施例においては、パターン
露光中は第２の位置合わせ系のみを用いてマスクステー
ジＲＳ、またはウエハステージ１０をサーボ制御してい
たが、例えば切り換えミラー６（図１）を４枚羽根のロ
ータリーシヤツターとしても良い。そしてパターン露光
を行つている間に、エキシマレーザ光源５に与える発振
トリガに同期してロータリーシヤツターを所定角度（４
５°）ずつ２回だけ回転させ、数パルスだけを第１の位
置合わせ系に入射させるようにする。

【０１１７】つまり１シヨツトの露光に５０パルス必要
であるとすると、例えば照明光学系（７、８、９）に対
して２５パルスだけ入射させた後、ロータリーシヤツタ
ーを回転させ、残りの２５パルスを照明光学系３に入射
させるように、１シヨツトの露光中にロータリーシヤツ
ターを制御すれば、露光中であつても第１の位置合わせ
系によつてマスク２とウエハ４との位置ずれを求めるこ
とができる。

【０１１８】なおこのようなシーケンスを採用しても、
露光装置におけるスループツトはほとんど低下しない。
ところで１シヨツトの露光中に、第２の位置合わせ系を
用いてマスクステージＲＳ又はウエハステージ１０をサ
ーボ制御しているのにもかかわらず、何らかの原因（例
えばマスクステージＲＳのドリフト等）でマスクパター
ンと露光領域とが相対的に位置ずれすることが考えられ
るので、第１の位置合わせ系で求めた値（位置ずれ量）
に基づいてマスクステージＲＳまたはウエハステージ１
０を微動することにより、より一層精度良く重ね合わせ
露光を行うことが可能となる。

【０１１９】このとき主制御装置５０は、上記位置ずれ
量がほぼ零となつたときに第２の位置合わせ系から出力
された値を第２の位置合わせ系によくマスクステージＲ
Ｓまたはウエハステージ１０のサーボ制御のための新た
な基準値（すなわちマスクパターンと露光領域との位置
ずれ量がほぼ零となつたときに第２の位置合わせ系から
出力された値）とし、上記位置ずれ量が補正された後は
この新たな基準値のもとで、第２の位置合わせ系を用い
てマスクステージＲＳまたはウエハステージ１０をサー
ボ制御していくことになる。

【０１２０】または第１の位置合わせ系で上記位置ずれ
量を検出した後、直ちに当該検出値を用いて上記基準値
を更新し、後はこの更新した基準値のもとで、上記と全
く同様に第２の位置合わせ系を用いてマスクステージＲ
Ｓまたはウエハステージ１０をサーボ制御するようにし
ても良い。

【０１２１】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、マスクに
形成されたパターンを感光基板上に投影する第１の波長
域の照明光とほぼ同一波長域の照明光を第１及び第２の
マークに照射し、第１の検出手段で検出される第１及び
第２のマークからの光に対応する検出信号に基づいて、
制御手段はマスクのパターンと露光領域の相対的な位置
ずれ量をほぼ零にするように駆動手段を制御すると共
に、露光中は第１の波長域の照明光と異なる第２の波長
域の照明光を第３のマークに照射し、第２の検出手段で
検出される第３のマークからの光に対応する検出信号の
変化に基づいて制御手段は駆動手段を制御することによ
り、オフセツト誤差を小さく、回路パターンの再現性を
一段と向上させることができる。

【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を示す略
線的構成図である。

【図２】第２の位置合せ系によるアライメント光の光路
の説明に供する略線的光路図である。

【図３】投影レンズの瞳面上に形成される回折格子の説
明に供する平面図である。

【図４】露光光により露光されるウエハ上のシヨツト領
域の説明に供する平面図である。

【図５】第１の位置合せ系による位置合せ動作の説明に
供する図面である。

【符号の説明】

１……投影露光装置、２……マスク、３……投影レン
ズ、４……ウエハ、５、１５……レーザ光源、６……切
換ミラー、１２、１４……モータ、１３……ステージコ
ントローラ、１７ａ、１７ｂ……音響光学素子、１８、
３７……ハーフミラー、２０……落射ミラー、２２……
基準回折格子、２３、２６、４０……撮像素子、２４…
…平行平面板、２７……位相差検出回路、３０、３８…
…反射ミラー、４１……画像信号処理回路、５０……主
制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の波長域の照明光によつてマスクに形
成されたパターンを感光基板上に結像投影する投影光学
系を有し、上記パターンと上記感光基板上の露光領域と
の相対的な位置合わせを行つた後に、上記パターンを上
記投影光学系を介して上記露光領域に重ね合わせて露光
する投影露光装置において、上記第１の波長域の照明光とほぼ同一波長域の照明光
を、上記マスクのパターンの近傍に設けられた第１のマ
ークと上記感光基板上の露光領域の近傍に設けられた第
２のマークとに上記投影光学系を介して照射するととも
に、上記第１のマークと第２のマークの各々からの光を
検出する第１の検出手段と、上記第１の波長域の照明光と異なる第２の波長域の照明
光を、上記感光基板上に上記第２のマークと所定の位置
関係で設けられた第３のマークに照射するとともに、該
第３のマークからの光を検出する第２の検出手段と、上記投影光学系の光軸とほぼ垂直な面内で上記マスクと
上記感光基板とを相対的に移動する駆動手段と、上記第１の検出手段からの検出信号に基づいて、上記マ
スクのパターンと上記露光領域との相対的な位置ずれ量
がほぼ零となるように上記駆動手段を制御するととも
に、上記マスクのパターンを上記露光領域に露光してい
る間は、上記第２の検出手段からの検出信号の変化に対
応して上記駆動手段を制御する制御手段とを具えたこと
を特徴とする投影露光装置。
【請求項２】上記第２の検出手段は、上記第２の波長域
の照明光を上記投影光学系を介して上記感光基板上の第
３のマークに照射するとともに、該第３のマークからの
光を上記投影光学系を介して検出するものであり、かつ
上記第２の波長域の照明光の光路中に、上記第２の波長
域の照明光に関して上記投影光学系の倍率色収差とは反
対方向の倍率色収差を発生させる光学素子を有すること
を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】上記光学素子は、上記マスクのパターンの
フーリエ変換面となる上記投影光学系中の面、もしくは
その近傍の面内に配置されていることを特徴とする請求
項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】上記感光基板上の第２のマークと第３のマ
ークとは同一のマークであることを特徴とする請求項２
に記載の投影露光装置。