JPH0547635A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 上面の感光層が除去されて露出している基板
側アライメントマークとマスク側アライメントマークの
双方にＴＴＲアライメント光学系を合焦させた状態でア
ライメントを行なう。 【構成】基板Ｗ上の各露光領域に付随した第２のアライ
メントマークは、該マーク上の感光層が除去されて露出
している。ずれ量計測手段４０に第１および第２のアラ
イメントマークのいずれか一方を合焦させた状態で、他
方のアライメントマークにもずれ量検出手段４０が合焦
されるように、マスクＲと基板Ｗの少なくとも一方を投
影光学系ＰＬの光軸にほぼ沿って移動させる第２の駆動
手段１３，１６を備える。さらに、ずれ量計測手段４０
に第１および第２のアライメントマークの双方を合焦さ
せた状態で、ずれ量計測手段４０によって計測されたず
れ量がほぼゼロとなるように第１の駆動手段１４を制御
するアライメント制御手段１５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクパターンを投影
光学系を介して基板の露光領域に重ね合わせて露光する
投影露光装置に関し、とくに、表面にレジストなどの感
光層を有する基板とマスクパターンが描かれたマスクと
の光学的位置関係を精度よく調整して露光するように改
良したものである。この種の投影露光装置は半導体集積
回路や大型液晶基板などの製造用に供される。

【０００２】

【従来の技術】投影露光装置ではたとえばレチクルとウ
エハとを光学的に最適な関係に位置合せする（アライメ
ントする）ことが重要である。そこで従来から各種のア
ライメント方式が提案されている。たとえば、本出願人
による特開昭６３−１１９２３１号公報に開示されてい
る投影露光装置では、次のようにしてレチクルとウエハ
のアライメントを行っている。

【０００３】図４は特開昭６３−１１９２３１号公報に
開示されている投影露光装置の一例を示すものである。
図４にはレチクルおよびウエハ上のアライメントマーク
を投影光学系を介して検出する方式の、いわゆるＴＴＲ
アライメント光学系が符号３０で示されており、このＴ
ＴＲアライメント光学系３０では、ファイバ１からアラ
イメント用照明光を導入する。この照明光は露光用照明
光とほぼ同一の波長域の光であり、この照明光は、レン
ズ２、ビームスプリッタ３、レンズ４、およびミラー５
を経てレチクルＲ上のアライメントマーク（不図示）を
透過し、さらに投影光学系６を通過してウエハＷに設け
られたアライメントマーク（不図示）に入射する。ここ
で、ウエハＷ上にはレジストが塗布されているがアライ
メントマーク上だけは除去されていて、ウエハアライメ
ントマークは露出している。

【０００４】ウエハＷ上のアライメントマークからの反
射光は、上述した入射経路を逆方向に進行して、ビーム
スプリッタ３、レンズ６、ミラー７を経てテレビカメラ
８に入射（結像）する。テレビカメラ８で取り出された
像は画像処理装置９に送られ、レチクルＲ上とウエハＷ
上にそれぞれ設けられたアライメントマークのずれ量、
すなわわち、投影光学系６の光軸と直交する面内でのず
れ量が計測される。

【０００５】１０はいわゆる斜入射オートフォーカス光
学系であり、送光光学系１０ａと、受光光学系１０ｂ
と、フォーカス検出系１０ｃとを有し、予め定められた
零点基準に体するウエハ表面のＺ方向のずれを検出して
レチクルＲ上のマスクパターンがレジスト面上で結像す
るようにする。なお、１１はＺステージ、１２はＸＹス
テージ、１３はＺ軸モータ、１４はＸＹ軸モータ、１５
は主制御系である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置にあっては、次のような問題がある。投
影光学系６はレチクルＲ側およびウエハＷ側ともに略テ
レセントリックに設計されているので、一般には光軸と
像高１００％の点は完全にテレセントリックであるが、
その他の点では完全なテレセントリックではない。した
がって、上述のように、上面のレジストが剥離されてい
るウエハアライメントマークとレチクルアライメントマ
ークの少なくとも一方がＴＴＲアライメント光学系によ
り合焦されていない状態でアライメントを行なうと、マ
ーク位置の像高でのテレセントリックのずれ量と、ＴＴ
Ｒアライメント光学系で測定された両マークのデフォー
カス量との積に相当する長さがアライメントエラーある
いはアライメントオフセット量として発生してしまう。

【０００７】このアライメントエラーあるいはアライメ
ントオフセット量は、除去したレジストの厚さを約２μ
m、テレセントリックのずれ量のアライメントマーク計
測方向成分を約３０´（１０mrad）とすると、２μｍ×
（１０×１０^-3）＝０．０２μｍとなり、集積度が上が
り０．０５〜０．０７μｍのアライメント精度が要求さ
れる次世代の64M DRAMなどのアライメントでは無視でき
ない。

【０００８】本発明の目的は、上面の感光層が除去され
て露出している基板側アライメントマークとマスク側ア
ライメントマークの双方にＴＴＲアライメント光学系を
合焦させた状態でアライメントを行なって露光する投影
露光装置を提供することにある。また本発明の目的は、
感光層の厚み分だけ基板側アライメントマークとマスク
側アライメントマークをデフォーカスした状態でのＸＹ
平面内のずれ量を予め計測しておき、マスクパターンを
ウエハ上の１つの露光領域に重ね合わせて露光するに際
しては、マスクと基板感光層表面とを投影光学系の焦点
位置にほぼ一致させた状態で、両アライメントマークの
ＸＹ平面内のずれ量が先に計測されたずれ量となるよう
にアライメントを行なう投影露光装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応づけて説明すると、本発明は、マスクパターンを投影
光学系ＰＬを介して基板Ｗに露光する投影露光装置に適
用される。そして、請求項１の発明は上述の目的を次の
構成で達成する。基板Ｗ上の複数の露光領域のうち、少
なくともずれ量計測手段４０によってずれ量を計測すべ
き露光領域に付随した第２のアライメントマークは、該
マーク上の感光層が除去されて露出している。ずれ量計
測手段４０に第１および第２のアライメントマークのい
ずれか一方を合焦させた状態で、他方のアライメントマ
ークにもずれ量検出手段４０が合焦されるように、マス
クＲと基板Ｗの少なくとも一方を投影光学系ＰＬの光軸
にほぼ沿って移動させる第２の駆動手段１３，１６を備
える。さらに、ずれ量計測手段４０に第１および第２の
アライメントマークの双方を合焦させた状態で、ずれ量
計測手段４０によって計測されたずれ量がほぼゼロとな
るように第１の駆動手段１４を制御するアライメント制
御手段１５を備える。

【００１０】請求項２の発明は上述の目的を次の構成で
達成する。第２のアライメントマークは、該マーク上の
感光層が除去されて露出している。ずれ量計測手段４０
に第１および第２のアライメントマークのいずれか一方
を合焦させた状態で、他方のアライメントマークにもず
れ量計測手段４０が合焦するように、マスクと基板の少
なくとも一方を投影光学系ＰＬの光軸にほぼ沿って第２
の駆動手段１３，１６で移動するとともに、第１および
第２のアライメントマークの合焦状態が検出された状態
で、ずれ量計測手段４０によって計測されたずれ量がほ
ぼゼロとなるように第１の駆動手段１４を制御し、その
後、投影光学系ＰＬに対して基板Ｗ上の露光領域の表面
とパターンを共役位置関係にすべく第２の駆動手段１
３，１６を駆動するステージ駆動制御手段１５と、基板
Ｗ上の露光領域の表面とパターンとがほぼ共役位置関係
にあり、かつ、ずれ量計測手段４０が第１または第２の
アライメントマークに合焦している状態で、第１および
第２のアライメントマークのずれ量を計測してアライメ
ントオフセットとして記憶する記憶手段４３と、複数の
露光領域のそれぞれにおいて、投影光学系ＰＬの結像面
を基板上の露光領域の表面にほぼ一致させた状態で、第
１および第２のアライメントマークのずれ量が記憶手段
４３に記憶されたアライメントオフセットとなるように
第１の駆動手段１４を制御してアライメントするアライ
メント制御手段１５とを備える。

【００１１】

【作用】請求項１の発明では、第１および第２のアライ
メントマークがともにずれ量計測手段４０に合焦され、
この状態で２つのアライメントマークのずれ量が検出さ
れる。ずれ量計測後、第２の駆動手段１３または１６に
よりマスクおよび基板を投影光学系ＰＬに対して共役に
設定し、露光が行われる。請求項２の発明では、ロッ
ト先頭ウエハに対して、ＴＴＲアライメント光学系３０
を第１および第２のアライメントマークの双方に合焦さ
せ、この状態でＸ方向およびＹ方向のアライメントを
行なった後、マスクと基板の相対的位置関係（投影光学
系の光軸方向の）を露光時の位置関係に設定し、この状
態で、両アライメントマークのずれ量を再度計測して記
憶しておき、実際のパターン露光を行うにあたって
は、マスクと基板が露光時の位置関係のまま（すなわち
投影光学系に関して共役となったまま）両アライメント
マークのずれ量が上記求められたずれ量となるようアラ
イメントする。

【００１２】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１３】

【実施例】図１は本発明を半導体集積回路製造用の投影
露光装置に適用した一実施例の概略図である。図１にお
いて、ウエハＷは不図示のレベリングステージ上に載置
され、このレベリングステージは、駆動モータ１３によ
り光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ１１上に
設置されている。Ｚステージ１１は、駆動モータ１４に
よりステップ・アンド・リピート方式で２次元移動可能
なＸＹステージ１２上に載置され、ＸＹステージ１２
は、ウエハＷの一つの露光領域に対するレクチルＲの転
写露光が終了すると、ウエハ上の次の露光領域が投影光
学系ＰＬの露光領域と一致するまで移動される。ＸＹス
テージ１２の２次元的な位置は不図示の干渉計によっ
て、例えば０．０１μm程度の分解能で常時検出され
る。レチクルＲは水平面内で２次元移動可能なレチクル
ステージ１６上に載置され、レチクルＲ上の転写パター
ンの中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するよう
に位置決めされる。レチクルＲの位置決めは、レチクル
Ｒの外周付近に設けられたアライメントマーク（以下、
レチクルアライメントマークと呼ぶ）を用いて行なわれ
る。

【００１４】ＴＴＲアライメント光学系３０は、光ファ
イバー３１から導かれる、露光光（ここでは波長２４８
nmのＫｒＦエキシマレーザとする）とほぼ同一波長域の
照明光（例えば光源からの露光光の一部をビームスプリ
ッタ等で分岐して光ファイバーに導くことにより露光光
をアライメント用照明光として用いても良い）を使用す
る。照明光はレンズ３２、ハーフミラー３３、平行平板
ガラス３４、対物レンズ３５を経てレチクルＲのパター
ン領域に付随して形成されたアライメントマーク（以
下、レチクルマークと呼ぶ）上に入射する。レチクルマ
ーク（例えば矩形の透明窓）を透過した照明光は、投影
光学系ＰＬを通ってウエハＷ上のアライメントマーク
（以下、ウエハマークと呼ぶ）上に入射し、その反射光
は逆の経路を経てレチクルマーク部を通過し、さらに、
対物レンズ３５、平行平板ガラス３４、ハーフミラー３
３、レンズ３６によりイメージセンサ３７上に入射す
る。対物レンズ３５は光軸方向に移動可能に構成されて
おり、対物レンズ３５等の調節によりイメージセンサ３
７上にレチクルマークあるいはウエハマーク（例えばラ
インアンドスペースパターン）の像を結像させることが
できる。なお、ＴＴＲアライメント光学系３０は、レチ
クルマークの位置変更に応じて移動可能に構成されてい
る。

【００１５】アライメント検出系４０は、イメージセン
サ３７の出力信号に基づいてレチクルマークとウエハマ
ークのＸＹ平面内とＺ軸方向の光学的位置ずれ量を検出
する。そのため、イメージセンサ３７からの出力信号は
増幅器４１で増幅されて画像処理装置４２に入力され、
マーク位置検出部４２ａで両アライメントマークのＸお
よびＹ方向の位置ずれ量が検出され、フォーカス検出部
４２ｂにより両アライメントマークの合焦状態が検出さ
れる。これら位置ずれ量や合焦状態を示す情報は記憶装
置４３に記憶されるとともに、主制御系１５に送られ、
Ｘ、ＹおよびＺ方向用駆動モータ１３，１４の制御の下
にウエハステージ１１、１２を駆動してフォーカシング
とアライメントが行なわれる。

【００１６】フォーカス検出部４２ｂはたとえば次のよ
うにしてレチクルマークやウエハマークの合焦状態を検
出する。これらのマーク像をいわゆる瞳分割法によりそ
れぞれ一対のマーク像としてイメージセンサ３７上に結
像させ、イメージセンサ３７上の一対のマーク像の位相
差を検出して合焦状態を検出することができる。あるい
は、一対のマーク像のコントラストを用いて合焦状態を
検出してもよい。

【００１７】斜入射式オートフォーカス光学系５０は、
例えば特公平２−１０３６１号公報に開示されているも
のであり、ウエハＷのレジスト表面に図示の入射角度で
焦点検出光を入射する送光光学系５１と、ウエハＷから
の反射光を受光する受光光学系５２と、この受光光学系
５２からの検出信号によりウエハ表面の投影光学系ＰＬ
の最良結像面に対する上下方向（Ｚ方向）の位置を検出
し、ウエハＷのレジスト表面が投影光学系ＰＬ（最良結
像面）に対して合焦状態にあるかを検出する焦点検出系
５３とを有する。焦点検出系５３からの焦点検出結果は
主制御系１５に入力され、主制御系１５は、Ｚ軸駆動モ
ータ１３の制御の下に、ＡＦセンサーにて検出されたず
れ量だけＺステージを上下動させれば良い。なお、ＡＦ
センサーは、予めテスト露光、あるいは特開昭６０−１
６８１１２号公報に開示された手法によって求められた
投影光学系の最良結像面が零点基準となるようにキャリ
ブレーションが行われている。このようなＡＦセンサー
を用いることによって、最良結像面とウエハ（レジス
ト）表面とが正確に一致することになる。斜入射式オー
トフォーカス光学系５０によるフォーカシングの手順お
よびキャリブレーション動作は、たとえば特開昭６０−
１６８１１２号公報に詳細に説明されているように公知
であり、詳細説明は省略する。

【００１８】なお、Ｚ軸方向にステージを昇降するとき
にＸおよびＹ方向の位置を干渉計式測長機構などにより
測定してＸおよびＹ方向に位置ずれしないようにしてい
る。

【００１９】このように構成された投影露光装置の動作
を説明する。なお、以下の説明では、次の条件が前提と
なる。 投影光学系ＰＬはレチクル側およびウエハ側に略テレ
セントリックである。 平行平板ガラス３４によりアライメント光学系の投影
光学系ＰＬに対するテレセントリック調整が終了してい
る。 ウエハマークの上面ではレジストが除去されており、
ウエハマークは露出している。

【００２０】（アライメント動作） −第１の実施例− 図２を参照してダイバイダイアライメントによるシーケ
ンスを説明する。図２はアライメントと露光のシーケン
スを示すフローチャートである。ステップＳ１でウエハ
Ｗをステージ上にローディングし、ウエハ上の１つの露
光領域が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの真下になるように
する。ステップＳ２では、ウエハ上の複数子のウエハマ
ークの位置を検出して、直交座標系ＸＹ（２組の干渉計
によって規定される）に対するウエハのＸ、Ｙおよびθ
（回転）方向の位置ずれを補正する（ラフアライメン
ト）。一般にラフアライメントでは、投影光学系とは別
設され、もっぱらウエハマークのみを検出するオフアク
シス方式のアライメントセンサーが用いられる。ステッ
プＳ３では、ＴＴＲアライメント光学系３０（図２では
ＴＴＲ顕とする）をレチクルマーク上に移動させる。Ｔ
ＴＲ系を移動するのは、プロセス（エッチング処理
等）によるウエハマークの破壊等によってウエハマーク
の打ち替えが必要となり、レチクル上でのレチクルマー
クの位置が変更されること、レチクルサイズの変更等
のためである。ステップＳ４において、対物レンズ３５
によりレチクルマークに合焦させる。ここでＴＴＲ系に
おいてレチクルマークに対する合焦動作が必要となるの
は、レチクル毎にその厚さが異なり得るからである。こ
の状態ではウエハマークはデフォーカスしているから、
フォーカス検出部４２ｂの検出出力を用いて、Ｚ軸方向
にウエハステージ１２を移動させてウエハマークにも合
焦させる。

【００２１】ステップＳ６では、アライメント光学系３
０の主光線の傾きを平行平板ガラス３４を傾動させて調
節（テレセン調節と呼ぶ）する。つまり、投影レンズＰ
Ｌのウエハ側においてレチクルパターン照明用の露光光
の主光線とＴＴＲアライメント光学系３０の主光線とを
ほぼ一致させる。このようなテレセン調節は、投影光学
系の收差により、その露光フィールド内の位置によって
投影光学系のレチクル側のテレセン性が異なるため、さ
らには移動に伴ってアライメント光学系自体が傾斜し得
るために行われる。ここまでのステップにより、ＴＴＲ
アライメント光学系３０はレチクルマークおよびウエハ
マークに合焦、すなわち両マークがイメージセンサ３７
の撮像面と光学的に共役となり、かつＴＴＲアライメン
ト光学系３０のテレセントリック調整も終了している。
そこで、ステップＳ７において、レチクルマークとウエ
ハマークのＸおよびＹ方向の位置ずれ量をマーク位置検
出部４２ａで検出し、主制御系１５は、両マークが一致
するようにウエハステージ１２を駆動モータ１４で駆動
し、これによりアライメントが行なわれる。この際、当
然ながらレチクルパターンの投影像とウエハ（レジス
ト）表面とはＺ方向にずれが生じている。

【００２２】ステップＳ８ではアライメントが終了した
ウエハステージを、斜入射オートフォーカス光学系５０
を用いてレジスト表面が投影光学系ＰＬの結像面と一致
するようにＺ軸方向に下げて露光位置に戻し、ステップ
Ｓ９で露光する。露光動作の概略は次の通りである。レ
チクルＲ上の転写パターンを通過した露光用照明光は、
両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射する。投
影光学系ＰＬはレチクルＲの転写パターンの投影像を、
表面にレジスト層が形成されその表面が結像面とほぼ一
致するように保持されたウエハＷ上の一つの露光領域に
投影して露光する。

【００２３】露光終了後のステップＳ１０では、投影光
学系ＰＬの光軸が次の露光領域に対向するようにウエハ
ステージをＸおよびＹ方向に移動させる。ステップＳ１
１では、上述と同様に、ウエハステージをＺ軸方向に上
げてウエハマークをイメージセンサ３７上に結像させ
る。その後、ステップＳ７〜ステップＳ９を実行して次
の露光領域の露光が行なわれる。このような動作を繰り
返すことにより、ウエハ上の全ての露光領域の露光が順
次実行される。

【００２４】このような第１の実施例においては、１シ
ョットごとに、 ＴＴＲアライメント光学系３０をその対物レンズ３５
によりレチクルマークに合焦させる。この合焦動作はウ
エハ上の第１の露光領域のみにおいて行われる。これ
は、一般にウエハ上の全ての露光領域への露光が終了す
るまではレチクル交換が行われないためである。 ウエハステージをＺ軸方向に移動させてＴＴＲアライ
メント光学系３０をウエハマークにも合焦させ、 その状態で、レチクルマークとウエハマークのＸ方向
およびＹ方向のアライメントを行ない、 ウエハステージをＺ軸方向にもとの位置、つまりレジ
スト表面が投影光学系ＰＬの結像面と一致する位置まで
下げて露光する。

【００２５】したがって、ＴＴＲアライメント光学系３
０にレチクルマークとウエハマークが合焦した状態でア
ライメントが行われるから、非常に精度よくアライメン
トが行なわれる。

【００２６】なお、投影レンズＰＬのレチクル側のテレ
セン性が良く、ウエハ側のテレセン性が悪い場合には、
次のような手順にしてもよい。 斜入射オートフォーカス光学系５０でウエハＷのレジ
スト表面を投影光学系ＰＬの結像面とほぼ一致させる。 ＴＴＲアライメント光学系３０をその対物レンズ３５
によりウエハマークに合焦させ、 レチクルステージ１６をＺ軸方向に移動させてＴＴＲ
アライメント光学系３０をレチクルマークにも合焦さ
せ、 その状態で、レチクルマークとウエハマークのＸ方向
およびＹ方向のアライメントを行ない、 レチクルステージ１６をＺ軸方向にもとの位置、つま
りレチクルＲがウエハＷのレジスト表面と共役する位置
まで下げて露光する。

【００２７】−第２の実施例− 図３は、第１の実施例のように１ショットごとにウエハ
ステージをＺ軸方向に移動させることなく、同様な高精
度なアライメントを実現してスループットを向上させる
ようにしたものである。図２と同様なステップには同一
の符号を付して相違点を主に説明する。

【００２８】ステップＳ１〜ステップＳ８においては、
第１の実施例と同様な手順により、次の〜が実行さ
れる。 ロット先頭ウエハに対して、ＴＴＲアライメント光学
系３０をレチクルマークとウエハマークの双方に合焦さ
せ、 この状態でＸ方向およびＹ方向のアライメントを行な
い、 ウエハステージをＺ軸方向にもとの位置まで下げる、
つまり、投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷのレジスト
表面とをほぼ一致させる。

【００２９】その後、ステップＳ２１において、ＴＴＲ
アライメント光学系３０の対物レンズ３５を調節してウ
エハマークに合焦させる。これにより、レチクルマーク
はイメージセンサ３７上でデフォーカスする。次いで、
ステップＳ２２において、平行平板ガラス３４を調節し
てアライメント照明光の光軸を傾動させてテレセン調節
を行なう。この状態でステップＳ２３では、画像処理装
置４２のマーク位置検出部４２ａからの信号によりレチ
クルマークとウエハマークのＸ方向およびＹ方向のずれ
量を算出する。投影光学系ＰＬのテレセントリックがレ
チクル側では完全にでていないから両マークは完全に一
致しない。そのずれ量は、上述したように、投影光学系
ＰＬのテレセントリックの不完全さと、ＴＴＲアライメ
ント光学系３０のデフォーカスに起因する量である。こ
のずれ量は記憶装置４３にアライメントオフセットとし
て記憶する。この後、ステップＳ２４で先頭露光領域を
露光する。

【００３０】先頭ショット露光後、ステップＳ２５で上
述したように次の露光領域が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
と対向する位置となるようにウエハステージを移動す
る。ステップＳ２６では、斜入射オートフォーカス光学
系５０によりウエハＷのレジスト表面を投影光学系ＰＬ
の結像面と一致させる。

【００３１】次に、ステップＳ２７において、マーク位
置検出部４２ａからの信号によりレチクルマークとウエ
ハマークとをアライメントする。このとき、ステップＳ
２３で検出されて記憶されているアライメントオフセッ
トを使用してアライメントする。つまり、ウエハマーク
のレチクル上での共役像は図３の黒丸ＢＣで示され、正
しくアライメントされている状態でも、アライメント検
出系４０は白丸ＷＣで示すレチクルマークと黒丸ＢＣで
示すウエハマークのずれがあると認識する。したがっ
て、その位置ずれ量をオフセット値として記憶してお
き、アライメント時に両マークがそのオフセット値だけ
ずれているようにアライメントすれば、正しくアライメ
ントされる。したがって、第１の実施例のようにウエハ
ステージを１ショットごとにＺ軸方向に移動させる必要
がなく、精度の高いアライメントが可能となり、スルー
プットを向上させることができる。

【００３２】このようなアライメント終了後、ステップ
Ｓ２８で露光する。露光後、ステップＳ２５に戻り、次
の露光領域が投影光学系ＰＬの露光領域と対向するよう
にＸＹステージを移動させる。その後、ステップＳ２６
〜２８で上述のようにアライメントを行って露光領域を
露光する。このような繰り返しにより、先頭露光領域で
求めたアライメントオフセットを用いて、ウエハ上の複
数の露光領域を順次にアライメントし、露光できる。

【００３３】以上の第２の実施例では、レチクルステー
ジ１６は不動のままＺステージ１１だけを投影光学系Ｐ
Ｌの光軸に沿って駆動したが、先頭露光領域でのアライ
メントオフセット計測時に、ウエハＷのレジスト表面を
投影光学系ＰＬの結像面にほぼ一致させておき、その後
は第１の実施例の変形例で説明したようにレチクルステ
ージ１６だけを駆動する手順にしてもよい。また、第１
および第２の実施例において、アライメントをレチクル
ステージ１６の駆動あるいはレチクルステージ１６とウ
エハステージ１２の双方の駆動で行ってもよい。

【００３４】また、第１、第２の実施例ではＸ、Ｙ方向
の位置ずれ量を、ＴＴＲアライメント光学系３０に対し
てレチクルマークおよびウエハマークをともに合焦させ
てから計測していたが、例えばイメージセンサ３７とし
てＣＣＤカメラを用いる場合には、いずれか一方のマー
ク（レチクルマークとする）のみを合焦させた状態で、
その画素中心に対するずれ量を求め、しかる後もう一方
のマーク（ウエハマーク）を合焦させて同様に画素中心
に対するずれ量を求めることによって、両マークの相対
的な位置ずれ量を算出することができ、両方のマークを
ＴＴＲアライメント光学系３０に対して合焦させてから
上記計測を行う必要はない。なお、ＴＴＲアラメント光
学系３０に対してウエハマークを合焦させる際、当然な
がらレチクルマークはイメージセンサ３７に対してデフ
ォーカスしていても構わない。従って、上記の如き方式
を採用する場合には、ＴＴＲアライメント光学系３０に
対してレチクルマークやウエハマークを合焦させる際、
レチクルやウエハをＺ方向に移動させる必要はなくな
り、例えば対物レンズ３５の駆動のみで各マークを順次
合焦させることが可能となる。

【００３５】さらに、先の実施例ではアライメント用照
明光の主光線の投影レンズの光軸に対する傾き（テレセ
ン傾き）を計測していたが、予め投影光学系の露光フィ
ールド内の各位置毎のテレセン傾き量を求めておき、こ
の関係を数式あるいはテーブルの形で記憶しておくよう
にすれば、ＴＴＲアライメント光学系３０を移動させる
たびに上記テレセン傾きを計測する必要がなくなる。

【００３６】また、上記実施例ではアライメント用照明
光として露光光（ＫｒＦエキシマレーザ）をそのまま用
いていたが、例えばＹＡＧレーザの第４高調波やアレゴ
ンレーザ等を用いても良い。また、パルス光でなく、連
続光を用いても良い。なお、これらのレーザを用いる場
合にはわずかながら露光光と波長が異なって色收差、特
に軸上色収差が生じるが、このような場合でも上記実施
例と同様の動作を適用することができ、同様の効果を得
ることができる。なお、ＴＴＲアライメント光学系３０
の検出方式は、上記の如き画像処理方式以外のいずれの
方式であっても構わない。

【００３７】なお、以上ではアライメント終了後にその
露光領域の露光を行ういわゆるダイバイダイ方式につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、例えば特開昭６
１−４４４２９号公報に開示されたように、露光動作に
先立ってウエハ上の複数の露光領域のマーク位置を検出
し、統計演算によりウエハ上の全ての露光領域の配列座
標値を算出し、露光時にはこの配列座標値に従ってウエ
ハステージを一義的にステッピングさせていく方式であ
っても本発明を適用することができる。このような方式
に対しては、特に第２の実施例を適用するのが有効であ
る。また以上では、半導体集積回路を製造するための縮
小投影露光装置について説明したが、本発明はこれ以外
の投影露光装置、たとえば大型の液晶装置を製造するの
に使用される露光装置などにも適用できる。

【００３８】以上の実施例の構成において、レチクルＲ
がマスクを、ウエハＷが基板を、レジストが感光層をそ
れぞれ構成する。また、レチクルステージ１６が第１の
ステージを、ウエハステージ１１，１２が第２のステー
ジを、アライメント検出系４０がずれ量検出手段を、レ
チクルステージ１６およびＺステージ１１の駆動モータ
１３などが第１の駆動手段を、ＸＹ駆動モータ１３が第
２の駆動手段を、主制御系１５がステージ駆動制御手段
やアライメント制御手段をそれぞれ構成する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、マスクパターン側の第１のマークと基板側の感
光層が除去されている第２のアライメントマークの双方
にアライメント光学系を合焦させてアライメントを行な
うようにしたので、精度の高いアライメントが行なわれ
る。また、請求項２の発明によれば、先頭露光領域に対
する露光工程時に、正しくアライメントされている第１
のアライメントマークと第２のアライメントマークと
が、レジストの厚み分だけそれぞれ共役位置からデフォ
ーカスしている状態ではどれだけＸＹ方向のずれがある
かを求めて記憶し、先頭露光領域以降の露光領域のアラ
イメント時には第１のアライメントマークと第２のアラ
イメントマークをこの記憶されたずれ量だけずれるよう
にアライメントを行なうようにしたので、請求項１と同
様に精度の高いアライメントが行なわれるとともに、１
ショットごとにマスクと基板をＺ軸方向に相対移動する
必要がなく、スループットが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投影露光装置の一実施例を示す全
体構成図

【図２】露光処理手順の一例を示すフローチャート

【図３】露光処理手順の他の例を示すフローチャート

【図４】従来の投影露光装置の一例を示す全体構成図

【符号の説明】

１１ Ｚステージ １２ ＸＹステージ １５ 主制御系 １６ レチクルステージ ３０ ＴＴＲアライメント光学系 ３４ 平行平板ガラス ３５ 対物レンズ ３７ イメージセンサ ４０ アライメント検出系 ４２ 画像処理装置 ４３ 記憶装置 ５０ 斜入射オートフォーカス系 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ ＰＬ 投影光学系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの第１の照明光を第１のステー
   ジに保持されているマスクにほぼ均一に照射するための
   照明光学系と、 前記マスクに形成されたパターンを、表面に感光層が形
   成され第２のステージに保持されている基板上に結像投
   影する投影光学系と、 前記第１の照明光とほぼ同一波長域の第２の照明光を用
   いて、前記マスクのパターンの近傍に設けられた第１の
   アライメントマークと、前記基板上の複数の露光領域の
   各々に付随して設けられた第２のアライメントマークと
   を前記投影光学系を介して検出し、その２次元的な位置
   ずれ量を計測するずれ量計測手段と、 前記投影光学系の光軸とほぼ垂直な面内で前記マスクと
   基板とを相対的に移動する第１の駆動手段とを備え、 前記マスクパターンを前記投影光学系を介して前記基板
   上の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、 前記基板上の複数の露光領域のうち、少なくとも前記ず
   れ量計測手段によって前記位置ずれ量を計測すべき露光
   領域に付随した前記第２のアライメントマークは、該マ
   ーク上の感光層が除去されて露出しており、 前記ずれ量計測手段に前記第１および第２のアライメン
   トマークのいずれか一方を合焦させた状態で、他方のア
   ライメントマークにも前記ずれ量検出手段が合焦される
   ように、前記第１および第２のステージの少なくとも一
   方を前記投影光学系の光軸にほぼ沿って移動させる第２
   の駆動手段と、 前記ずれ量計測手段に前記第１および第２のアライメン
   トマークの双方を合焦させた状態で、前記ずれ量計測手
   段によって計測された位置ずれ量がほぼゼロとなるよう
   に前記第１の駆動手段を制御するアライメント制御手段
   とを有し、 前記投影光学系の結像面と前記基板上の露光領域の表面
   とをほぼ一致させて露光することを特徴とする投影露光
   装置。
2. 【請求項２】 光源からの第１の照明光を第１のステー
   ジに保持されているマスクにほぼ均一に照射するための
   照明光学系と、 前記マスクに形成されたパターンを、表面に感光層が形
   成され第２のステージに保持されている基板上に結像投
   影する投影光学系と、 前記第１の照明光とほぼ同一波長域の第２の照明光を用
   いて、前記マスクのパターンの近傍に設けられた第１の
   アライメントマークと、前記基板上の複数の露光領域の
   各々に付随して設けられた第２のアライメントマークと
   を前記投影光学系を介して検出し、その２次元的な位置
   ずれ量を計測するずれ量計測手段と、 前記投影光学系の光軸とほぼ垂直な面内で前記マスクと
   基板とを相対的に移動する第１の駆動手段と、 前記投影光学系の光軸に沿って第１および第２のステー
   ジを相対移動する第２の駆動手段とを備え、 前記マスクパターンを前記投影光学系を介して前記基板
   上の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、 前記基板上の複数の露光領域のうち、少なくとも前記ず
   れ量計測手段によって前記位置ずれ量を計測すべき露光
   領域に付随した前記第２のアライメントマークは、該マ
   ーク上の感光層が除去されて露出しており、 前記ずれ量計測手段に前記第１および第２のアライメン
   トマークのいずれか一方を合焦させた状態で、他方のア
   ライメントマークにも前記ずれ量計測手段が合焦される
   ように、前記第１および第２のステージの少なくとも一
   方を前記第２の駆動手段で駆動し、前記第１および第２
   のアライメントマークの合焦状態が検出された状態で、
   前記ずれ量計測手段によって計測された位置ずれ量がほ
   ぼゼロとなるように前記第１の駆動手段を制御し、その
   後、前記投影光学系に対して前記基板上の露光領域の表
   面と前記パターンを共役位置関係にすべく前記第２の駆
   動手段を駆動するステージ駆動制御手段と、 前記基板上の露光領域の表面と前記パターンとがほぼ共
   役位置関係にあり、かつ、前記ずれ量計測手段が前記第
   １または第２のアライメントマークに合焦している状態
   で、前記第１および第２のアライメントマークのずれ量
   を計測してアライメントオフセットとして記憶する記憶
   手段と、 前記複数の露光領域のそれぞれにおいて、前記投影光学
   系の結像面を前記基板上の露光領域の表面にほぼ一致さ
   せた状態で、前記第１および第２のアライメントマーク
   のずれ量が前記記憶手段に記憶されたアライメントオフ
   セットとなるように前記第１の駆動手段を制御してアラ
   イメントするアライメント制御手段とを具備することを
   特徴とする投影露光装置。