JPH0669021B2

JPH0669021B2 - 投影光学装置

Info

Publication number: JPH0669021B2
Application number: JP60165599A
Authority: JP
Inventors: 宗▲やす▼ 横田; 博貴立野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6226815A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明はマスクに形成されたパターンの像を投影光学系
により感光基板上に投影露光する装置、例えばステップ
・アンド・リピート方式の露光装置に関する。

（発明の背景）近年、超ＬＳＩ等の半導体素子の製造に、縮小投影型露
光装置、所謂ステッパーが多数使われるようになってき
た。ステッパーは、回路パターン等の描れたレチクルを
装置の所定位置に正確にセットし、感光基板としての半
導体ウェハを載置するステージをｘｙ方向に一定量だけ
スッテピングさせては回路パターンの投影露光を行なう
ことを繰り返すものである。この場合、投影光学系とし
ての投影レンズによる露光像が、ウェハ上の所定の位置
に精密に位置合わせ（アライメント）される必要があ
る。このアライメントの方式としてオフ・アクシス・ア
ライメント法が知られている。オフ・アクシス・アライ
メント法とは、投影レンズとは異なる位置に別設したウ
ェハアライメント用の顕微鏡を用いて、ウェハ上のアラ
イメントマークを検出し、ウェハをその顕微鏡に位置合
わせした後、その位置を基準として一定量だけウェハ
（ステージ）を移動させて投影レンズの下に送り込み、
そこでステップ・アンド・リピート方式の露光を行なう
ものである。この場合、ウェハ上の任意の点とレチクル
上の基準点の投影位置との間の距離を正確に求めておか
ないと、精度の高い重ね合わせ露光が行なえない。その
距離を正確に求めるためには、オフ・アクシス方式の顕
微鏡の光軸位置と、レチクル上の基準点（アライメント
マーク等）の位置を検出するための観察系、所謂レチク
ルアライメント用の顕微鏡の光軸位置との間の距離（以
下ベースライン測定値と呼ぶ）が正しく測定されている
ことが前提となる。ベースライン測定は、ステージ上に
設けられた基準マークを用い、オフ・アクシス方式のウ
ェハアライメント顕微鏡がその基準マークを検出したと
きのステージの位置と、レチクルアライメント顕微鏡が
投影レンズを介して基準マークを検出したときのステー
ジの位置とを、ステージ位置計測用のレーザ光波干渉測
長器（以下、レーザ干渉計と呼ぶ）を使って計測するこ
とによって行なわれる。

一般にレチクルアライメント顕微鏡は、ウェハへの露光
動作に先立ってレチクルをアライメントする際に使われ
るものであり、露光用の照明光をレチクル全面に照射
し、レチクルの周辺付近に設けられた基準点としてのレ
チクルアライメントマークの像を観察するものである。
このレチクルアライメント時には、ステージ上にウェハ
を載置することが禁止されている。このように、レチク
ルアライメント時に、レチクル全面に露光用の照明光を
照射する形式のものにおいては、上述のベースライン測
定時にも同様に照明光が投影レンズを介してステージ上
の基準マークを照射し、基準マークの像を再び投影レン
ズを介してレチクルアライメント顕微鏡で観察すること
になる。

ところでこの種の投影レンズは、露光用の照明光が入射
することによって、その光の一部を熱として吸収し、焦
点位置や結像倍率などの結像特性が変化する。このため
ベースライン測定時又はレチクルアライメント時に、投
影レンズに露光用の照明光を多量に入射させると、計測
したベースライン測定値の精度が悪化してしまうといっ
た欠点があった。

（発明の目的）本発明はこれら欠点を解決し、ベースライン測定値の精
度を高めることにより、露光すべき投影像の感光基板上
でのアライメント精度、あるいは重ね合わせ露光におけ
るアライメント精度等を良好にした投影光学装置を得る
ことを目的とする。

（実施例）第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す図である。光源としての水銀ランプ１
からの光は楕円鏡２で集光され、ダイクロイックミラー
３で反射された後、４枚の羽根を有するロータリーシャ
ッターに至る。シャッター４を通過した光束はフライア
イ・レンズ等を含むオプチカル・インテグレータ５に入
射し、多数の２次光源像を形成する。オプチカル・イン
テグレータ５から射出した光は、ダイクロイックミラー
６で反射され、メイン・コンデンサレンズ７に入射す
る。コンデンサレンズ７の下方には４枚の独立可動のブ
レードを有する照明視野絞りとしてのレチクルブライン
ド８が設けられている。コンデンサレンズ７からの光
は、マスクとしてのレチクル１２を均一な光強度で一様
に照明する。コンデンサレンズ７とレチクルブラインド
８との間には、レチクル１２を装置本体に対して位置合
わせするためのレチクルアライメント顕微鏡（以下Ｒ−
Micと呼ぶ）９が設けられている。第１図ではＲ−Mic９
しか示していないが、実際にはレチクル１２のｘ方向と
それに直交するｙ方向との２次元的な位置ずれを、レチ
クル１２の十字状マークを検出して求めるための顕微鏡
Rxy-Mic９ａと、十字状マークとは異なる位置に設けら
れた線状のマークを検出して、レチクル１２の回転方向
の位置ずれを求めるための顕微鏡Ｒθ−Mic９ｂとの２
本が用意されている。さて、レチクル１２に描かれた回
路パターン等の像は、縮小投影レンズ２１によって所定
の結像面内に形成される。結像面内に位置するウェハ１
６はｘ，ｙ方向に２次元移動するステージ１７上に保持
され、ステージ１７はモータ１９によって駆動される。
そしてステージ１７の座標位置は、レーザ干渉計１８に
よって常に計測されている。このステージ１７上には各
種アライメント顕微鏡間のベースラインを計測するとき
に使われる基準マークＦＭを備えたマーク板１５が固定
されている。マーク板１５はガラス基板の表面にクロム
等の光反射性の層を形成し、その層の一部分をエッチン
グして基準マークＦＭを設けたものである。このマーク
板１５の表面はベースライン測定時には、投影レンズ２
１の結像面と一致するように高さ方向の調整が行なわれ
る。

さらに本実施例の装置には、レチクル１２上に設けられ
たダイ・バイ・ダイ・アライメント用のマークと、ウェ
ハ１６上に設けられたダイ・バイ・ダイ・アライメント
用のマークの投影レンズ２１による逆投影像（拡大像）
とを重ね合わせて観察するためのステップ・アライメン
ト顕微鏡（以下Ｓ−Micと呼ぶ）１１が、レチクル１２
の直上の露光光路内に進退可能に配置されている。Ｓ−
Mic１１は第１図では１つしか示していないが、レチク
ル１２上の異なる２ケ所に設けられたｘ方向用のステッ
プ・マークとｙ方向用のステップ・マークの夫々を別々
に検出するように、顕微鏡Ｓｘ−Mic１１ａと顕微鏡Ｓ
ｙ−Mic１１ｂとの２本が設けられている。またレチク
ル１２の下方から投影レンズ２１内にレーザ光束２９を
入射することによって、投影レンズ２１の結像面内にシ
ート状のスポット光を形成するとともに、そのスポット
光がウェハ１６上のマークを照射したときに発生する光
情報（回折光，散乱光等）を投影レンズ２１を介して受
光し、ウェハ１６の位置を検出するレーザ・ステップ・
アライメント系（以下ＬＳと呼ぶ）３５が設けられてい
る。このＬＳ系３５も実際にはｘ方向に伸びたスポット
光を発生し、ウェハ１６のｙ方向の位置を検出するＹ−
ＬＳ系３５ａと、ｙ方向に伸びたスポット光を発生し、
ウェハ１６のｘ方向の位置を検出するＸ−ＬＳ系３５ｂ
との２組で構成される。このＬＳ系３５のレーザ光束２
９はウェハ１６に塗布されたフォトレジストを感光させ
ないような波長に定められている。

さて、投影レンズ２１の周辺にはオフ・アクシス方式の
ウェハアライメントのために、３本のウェハ・アライメ
ント顕微鏡（以下Ｗ−Micと呼ぶ）１３ａ，１３ｂ，１
３ｃが所定の間隔で設けられている。ただし第１図では
Ｗ−Mic１３ｃは図示していない。この３本のＷ−Mic１
３ａ，１３ｂ，１３ｃの配置については、詳しくは特開
昭５６−１０２８２３号公報に開示されているので、こ
こでは説明を省略する。

上記Ｒ−Mic９ａ，９ｂ、Ｓ−Mic１１ａ，１１ｂ、ＬＳ
系３５、及びＷ−Mic１３ａ，１３ｂ，１３ｃのアライ
メントセンサーはともに、夫々が検出したマークに応じ
た光電信号を出力するための光電素子を備えており、そ
れら光電信号は制御ユニット２０に入力する。ユニット
２０は各アライメントセンサーが検出したマークの位置
ずれを検出し、その位置ずれが補正されるように、ある
いは所定位置にステージ７を位置決めするようにモータ
１９等を制御する。またユニット２０はシャッター４の
開閉を制御するとともに、レーザ干渉計１８からの座標
位置情報も入力する。

さて第２図は上記各アライメントセンサーの結像面上で
の配置とレチクル１２の投影像との関係を模式的に示す
平面図である。第２図において、破線で示した円形の領
域は投影レンズ２１のイメージフィールドＩｆであり、
それとほぼ同じ大きさの正方形の領域はレチクル１２の
外形である。レチクル１２のパターン領域ＰＡはイメー
ジフィールドＩｆ内に納まるような寸法に決められてい
る。イメージフィールドＩｆの中心、すなわち投影レン
ズ２１の光軸を原点ＣＣとするように座標系ｘｙを定め
ると、Rxy-Mic９ａの検出中心９０ａはｘ軸上に位置
し、Ｒθ−Mic９ｂの検出中心９０ｂはｙ軸上に位置す
る。検出中心９０ａはレチクル１２上の十字状マークを
挾み込むような、Rxy-Mic９ａ内の指標マークの２次元
的な中心であり、検出中心９０ｂはレチクル１２上のｘ
方向に伸びた線状マークを挾み込むような、Ｒθ−Mic
９ｂ内の指標マークの中心である。ただしＲθ−Mic９
ｂ内には検出中心９０ｂをｙ方向に微小量だけ変位させ
て、検出中心９０ａとのｙ方向の間隔Ｙ_１を調整するた
めの光軸補正機構が組み込まれている。また、Ｒθ−Mi
c９ｂの原点ＣＣを挾んだ反対側にはＳｘ−Mic１１ａが
ｙ軸上に位置し、Rxy-Mic９ａの原点ＣＣを挾んだ反対
側にはＳｙ−Mic１１ｂがｘ軸上に位置している。さら
に、イメージフィールドＩｆ内で、かつパターン領域Ｐ
Ａの外側のｘ軸上には、Ｙ−ＬＳ系３５ａによるシート
状のスポット光ＳＰｙがｘ方向に細長く伸びて位置し、
同様にパターン領域ＰＡの外側のｙ軸上にはＸ−ＬＳ系
３５ｂによるスポット光ＳＰｘがｙ方向に細長く伸びて
位置している。そしてＷ−Mic１３ａはウェハ１６上、
又はマーク板１５上のｘ方向に伸びたマークのｙ方向の
位置を検出するための検出中心１１３０ｙを有し、この
中心１３０ｙは検出中心９０ａからｙ方向にＷｙだけ離
れたｙ軸上に位置している。同様に、Ｗ−Mic１３ｂは
ｙ方向に伸びたマークのｘ方向の位置を検出するための
検出中心１３０ｘを有し、この中心１３０ｘは検出中心
９０ａからｘ方向にＷｘだけ離れたｘ軸上に位置してい
る。またＷ−Mic１３ｃはＷ−Mic１３ａと同様に機能す
る検出中心１３０θを有し、Ｗ−Mic１３ａと共同し
て、ウェハ１６上の離れた２ケ所のマークを同時に観察
して、ウェハ１６の回転誤差を検出するものである。と
ころでステージ１７上のマーク板１５の表面には、第２
図に示すような十字状の基準マークＦＭが設けられる
が、ｙ方向に伸びた線状マークをＦＭｘ、ｘ方向に伸び
た線状マークをＦＭｙとする。この基準マークＦＭは、
各アライメントセンサーの検出中心９０ａ，９０ｂ，１
３０ｙ，１３０ｘ，１３０θとスポット光ＳＰｘ，ＳＰ
ｙ、及びＳｘ−Mic１１ａ、Ｓｙ−Mic１１ｂによってと
もに検出され得るものであり、ベースライン測定時には
各アライメントセンサーで検出されるように動き回わ
る。

上記のような装置において、２つのマーク検出系はＳ−
Mic１１とＬＳ系３５であり、ＬＳ系３５における検出
視野とは、２つのスポット光ＳＰｘ，ＳＰｙそのものを
表わす。またＳ−Mic１１の検出視野は、レチクル１２
が装置に対してアライメントされた時点で決まるレチク
ル上のステップ・マークで規定される。

第３図は上記の装置におけるレチクルアライメント顕微
鏡Ｒ−Mic９の具体的な構成を示す光学配置図である。
Ｒ−Mic９の先端にはプリズムブロックＧ_０が設けら
れ、コンデンサレンズ７からの照明光ＬＢは、このプリ
ズムブロックＧ_０を透過して、レチクル１２を照明す
る。レチクル１２のパターン面ＰＴ上のマークからの光
は、プリズムブロックＧ_０の斜面ｇで反射した後、第１
対物レンズＧ_１に入射して平行光となり、第２対物レン
ズＧ_２によって所定の結像面ＦＰに収束し、マークの拡
大像が形成される。結像面ＦＰには、第２図中に示した
ような検出中心９０ａ又は９０ｂを表わす指標マークを
持ったガラス板が配置され、さらにその後方には、不図
示ではあるが指標マークとレチクル１２上のマーク等を
重ね合わせて観察するための接眼部（テレビカメラ）
や、指標マークとレチクルマーク等とのずれを光電的に
検出する光電素子等が設けられている。尚第３図におい
て、一点鎖線ｌ_１はＲ−Mic９の光軸を表わし、実線ｌ
_２は主光線を表わす。主光線ｌ_２は投影レンズ２１の入
射瞳の中心を通るように定められている。このＲ−Mic
９はレチクル１２のパターン面ＰＴに合焦するように構
成されている。このため、投影レンズ２１の結像面内に
基準マークＦＭが位置すると、その像は投影レンズ２１
を介してパターン面ＰＴ上に結像されることになり、結
局Ｒ−Mic９の結像面ＦＰ上に基準マークＦＭの像が合
焦して形成される。また第３図に示した系は、Rxy-Mic
９ａに関しては装置に対して光軸が固定されているが、
Ｒθ−Mic９ｂに関しては前述のような光軸補正機構が
組み込まれている。

次に本実施例のベースライン測定の一連の流れを第４図
のフローチャート図に基づき説明する。第１図〜第３図
に示した装置では、ベースライン測定値の管理は、第２
図に示したRxy-Mic９ａの検出中心９０ａが基準とな
る。まずレチクル１２を装置にセットする。このとき、
レチクル１２上のレチクルアライメント用の十字状マー
クＲＭが第５図に示すようにRxy-Mic９ａの検出中心９
０ａを表わす指標マークから所定方向にはずれるように
位置決めする（ステップ１００）。次にレチクルブライ
ンド８の４枚のブレードを、第３図に示すようにほぼ全
開にしてRxy-Mic９ａ、Ｒθ−Mic９ｂがともにレチクル
アライメントマークを観察できるようにするとともに、
シャッター４を開く（ステップ１０１）。

次に、ステージ１７を移動させて、第５図のように基準
マークＦＭがRxy-Mic９ａの検出中心９０ａと一致する
ように位置決めを行なう（ステップ１０２）。制御ユニ
ット２０は、このときのステージ１７の座標値（Ｘ_０，
Ｙ_０）をレーザ干渉計１８から読み込み記憶する。この
座標値（Ｘ_０，Ｙ_０）がステージ１７の移動平面（ｘｙ
座標系）内におけるRxy-Mic９ａ（中心９０ａ）の投影
位置である。尚、このときRxy-Mic９ａはレチクル１２
の透明部を介して基準マークＦＭの投影レンズ１２によ
る逆投影像を検出している。これはＲ−Mic９がレチク
ル１２の裏面のパターン面ＰＴに合焦するように構成さ
れているからである。

次に制御ユニット２０はステージ１７を移動させて、基
準マークＦＭをＲθ−Mic９ｂの検出中心９０ｂが、設
計上位置するべき位置に配置する（ステップ１０３）。
これはレーザ干渉計１８が読み取る座標値のみに基づい
て、モータ１９を制御することによって行なわれる。こ
のときの基準マークＦＭの位置は、先の座標値（Ｘ_０，
Ｙ_０）に対して、第２図に示したように、検出中心９０
ｂと検出中心９０ａ、との設計上の間隔（Ｘ_１，Ｙ_１）
を加えたものであり、座標値（Ｘ_０＋Ｘ_１，Ｙ_０＋
Ｙ_１）である。基準マークＦＭが位置決めされると、Ｒ
θ−Mic９ｂの検出中心９０ｂと基準マークＦＭのｘ方
向に伸びた線状マークFMyとがｙ方向で一致するよう
に、前述の光軸補正機構を調整する。これによって２本
のレチクルアライメント顕微鏡はステージ１７の座標系
に関して正確にアライメントされたことになる。

次に、上記Rxy-Mic９ａの検出中心９０ａとレチクル１
２のマークＲＭとが一致し、Ｒθ−Mic９ｂの検出中心
９０ｂと、もう１つのレチクルマークとが一致するよう
に、レチクル１２を微動して位置決め（レチクルアライ
メント）を行なう（ステップ１０４）。このとき具体的
にはマーク板１５の基準マークＦＭのない反射面が、Rx
y-Mic９ａの視野内にくるようにステージ１７を位置決
めした状態で、十字状マークＲＭが検出中心９０ａに一
致するように、レチクル１２のｘ方向とｙ方向との位置
を調整する。その後、マーク板１５の反射面がＲθ−Mi
c９ｂの視野内にくるようにステージ１７を位置決めし
た状態で、線状マークが検出中心９０ｂに一致するよう
に、マークＲＭをほぼ中心としてレチクル１２を微小回
転させる。以上の動作によって、レチクル１２もステー
ジ１７の座標系に関して正確にアライメントされたこと
になる。

このレチクルアライメントが終了した時点で、シャッタ
ー４を閉じる。シャッター４が閉じるまでの間、照明光
はレチクル１２を介して投影レンズ２１に入射し続ける
ことになり、投影レンズ２１の結像特性（焦点位置、投
影倍率等）は変動する。結像特性に変動が生じたまま
で、投影レンズ２１を介在とするアライメントセンサー
の各種ベースライン測定値をただちに計測すると、誤差
が生じることになる。そこで本実施例では、従来の手順
と変えて、投影レンズ２１に生じた結像特性の変動が低
下するまで、投影レンズ２１を介在としないアライメン
トセンサー、すなわちＷ−Mic１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
のベースライン測定等を先行して行なうようにする。こ
の種の投影レンズでは照明光の入射が中止された時点で
結像特性の変動が元に戻る傾向がある。これはある種の
投影レンズの場合であるが、第４図中のステップ１００
からステップ１０４が完了するでの時間に対してＷ−Mi
c１３ａ，１３ｂ，１３ｃのベースライン測定等に要す
る時間がほぼ等しければ、投影レンズ２１の結像特性が
元の値に戻ることが確認された。この条件はかならずし
もどのような投影レンズにも正確にあてはまるものでは
ないが、照明光を入射し続けた時間と等しい時間だけ入
射を中止させた後においてはほぼ元の値に戻るといった
傾向は同様に生じる。

そこで制御ユニット２０はウェハアライメント顕微鏡Ｗ
−Mic１３ａ，１３ｂの検出中心１３０ｙ，１３０ｘの
位置を基準マークＦＭを用いて検出する（ステップ１０
５）。まず制御ユニット２０は、基準マークＦＭの線状
マークＦＭｙをＷ−Mic１３ａの検出中心１３０ｙと一
致させるようにステージ１７を位置決めし、そのときの
ステージ１７のｙ方向の位置Ｙ_５をレーザ干渉計１８か
ら検出して記憶する。次に制御ユニット２０は線状マー
クＦＭｘをＷ−Mic１３ｂの検出中心１３０ｘと一致さ
せるようにステージ１７を位置決めし、そのときのステ
ージ１７のｘ方向の位置Ｘ_５を検出して記憶する。これ
によってウェハアライメント顕微鏡Ｗ−Mic１３ａのベ
ースライン測定値ＷｙはＷｙ＝Ｙ_５−Ｙ_０として計測さ
れ、Ｗ−Mic１３ｂのベースライン測定値ＷｘはＷｘ＝
Ｘ_５−Ｘ_０として計測されたことになる。

次に制御ユニット２０は、ｙ座標値をＹ_５に保ったま
ま、基準マークＦＭの線状マークＦＭｙがＷ−Mic１３
ｃの視野内に位置するようにステージ１７を位置決めす
る（ステップ１０６）。そしてその線状マークＦＭｙに
対してＷ−Mic１３ｃの検出中心１３０θが一致するよ
うに、Ｗ−Mic１３ｃ内に設けられた不図示の光軸補正
機構を調整して、検出中心１３０θを見かけ上ｙ方向に
微動させる。このＷ−Mic１３ｃの調整は、所謂Ｗ−Mic
１３ａとの平行出しと呼ばれ、ウェハ１６のグローバル
アライメント時の回転誤差を零に追い込むために必要な
作業である。

さて上記のようにオフ・アクシス・アライメント用のＷ
−Mic１３ａ，１３ｂのベースライン測定値Ｗｘ，Ｗｙ
やＷ−Mic１３ｃの平行出しを行なっている間に、投影
レンズ２１の結像特性はほぼ元の状態に戻るので、次に
投影レンズ２１を介在としたアライメント系のベースラ
イン測定を開始する。以後の各ステップが本発明の特徴
事項である。

次にレーザ・ステップ・アライメント系Ｘ−ＬＳ系３５
ｂのスポット光ＳＰｘの投影位置を基準マークＦＭを用
いて検出する（ステップ１０７）。まず第６図に示すよ
うに、スポット光ＳＰｘと基準マークＦＭの線状マーク
ＦＭｘとが平行に整列するようにステージ１７を位置決
めした後、基準マークＦＭを矢印のようにｘ方向に移動
させる。Ｘ−ＬＳ系３５ｂはスポット光ＳＰｘの照射に
よる線状マークＦＭｘからの光情報を光電交換し、制御
ユニット２０はその光電信号に基づいて、スポット光Ｓ
ＰｘとマークＦＭｘとが一致したときのステージ１７の
ｘ方向の位置Ｘ_４を検出して記憶する。これによってＸ
−ＬＳ系３５ｂのベースライン測定値ＬＳＸは、ＬＳＸ
＝Ｘ_４−Ｘ_０として計測されたことになる。

次にステップ・アライメント顕微鏡Ｓｘ−Mic１１ａの
投影位置を基準マークＦＭを用いて検出する（ステップ
１０８）。このとき、レチクル１２はすでに正確にアラ
イメントされているので、Ｓｘ−Mic１１ａの視野内に
は、第７図に示すように、レチクル１２のパターン領域
ＰＡの周辺に設けられたステップ・マークＳｘＭが観察
可能に位置する。ステップ・マークＳｘＭは透明な矩形
の窓（本発明の１つの検出視野）として形成されてい
る。設計上ステップマークＳｘＭの投影位置は予めわか
っているので、制御ユニット２０はステージ１７を移動
させて、第７図のように窓の中心に基準マークＦＭのｙ
方向に伸びた線状マークＦＭｘが挾み込まれるように位
置決めを行なう。具体的には、ステップ・マークＳｘＭ
の窓内に線状マークＦＭｘが位置した状態で、Ｓｘ−Mi
c１１ａ内の光電素子からの光電信号に基づいて、線状
マークＦＭｘの窓内でのｘ方向の位置ずれΔｘ_１Δｘ_２
を検出し、左右振り分けの中心、すなわちΔｘ_１＝Δｘ
_２となるようにステージ１７をｘ方向に微動させること
によって位置決めが完了する。制御ユニット２０はこの
ときのステージ１７のｘ方向の位置Ｘ_３をレーザ干渉計
１８から読み込み記憶する。これによって、ステップ・
アライメント顕微鏡Ｓｘ−Mic１１ａ、のベースライン
測定値ＳＸは、ＳＸ＝Ｘ_３−Ｘ_０として計測されたこと
になる。このように、２つのアライメントセンサー、Ｌ
Ｓ系３５とＳ−Mic１１とのうち、ｘ方向の位置合わせ
に用いるＸ−ＬＳ系３５ｂとＳｘ−Mic１１ａとの両ベ
ースライン測定値を、なるべく時間的間隔をあけないよ
うにして計測することによって、たとえ投影レンズ２１
に結像倍率等の変動が生じていても測定値ＬＳＸとＳＸ
との偏差が極めて少ない測定値が得られる。

次に制御ユニット２０は、基準マークＦＭの線状マーク
ＦＭｙをｙ方向に走らせて、スポット光ＳＰｙと、マー
クＦＭｙとが一致したときのステージ１７のｙ方向の位
置Ｙ_４を検出し記憶する（ステップ１０９）。これによ
ってレーザ・ステップ・アライメント系、Ｙ−ＬＳ系３
５ａのベースライン測定値ＬＳＹはＬＳＹ＝Ｙ_４−Ｙ_０
として計測される。

次に制御ユニット２０はＳｙ−Mic１１ｂを用いて、レ
チクル１２上のステップ・マークＳｙＭ（不図示）と基
準マークＦＭの線状マークＦＭｙとを、ステップ１０８
と同様にアライメントし、そのときのステージ１７のｙ
方向の位置Ｙ_３を検出して記憶する（ステップ１１
０）。これによってＳｙ−Mic１１ｂのベースライン測
定値ＳＹは、ＳＹ＝Ｙ_３−Ｙ_０として計測される。

以上のようにして計測された各種ベースライン測定値
（ＳＸ，ＳＹ）、（ＬＳＸ，ＬＳＹ）、（Ｗｘ，Ｗｙ）
に基づいて、ステップ・アンド・リピート方式によるウ
ェハ１６の位置決め及び露光が行なわれる。

このように本実施例によれば、レチクルアライメント顕
微鏡を用いた後に、投影レンズ２１が介在としないアラ
イメント系のベースライン測定や調整を行なってから、
投影レンズ２１を介在とするアライメント系の各種ベー
スライン測定を行なうので、投影レンズ２１を介在とす
るアライメント系の検出中心の投影点の位置のｘｙ方向
への相対変動量が極めて小さくなり、この結果ステップ
・アンド・リピート方式によるウェハ１６の位置決め精
度、及び重ね合わせ露光の精度が向上するといった効果
が得られる。

なお、本実施例においては、レチクルアライメント時に
レチクル全面を一括に照明するような場合について説明
したが、そのようなレチクルアライメント方式以外の露
光装置においても、本発明は有効である。それはステッ
プ・アライメント顕微鏡とレーザ・ステップ・アライメ
ント系とのＹ方向同志、及びｘ方向同志のベースライン
計測をほとんど時間差なく行なうことによって、ステー
ジのドリフト等によって発生する計測誤差が押えられる
という点で効果的である。

（発明の効果）以上、本発明によれば、投影光学系を通してマーク検出
を行なう検出系（顕微鏡等）のベースライン測定値に含
まれる投影光学系の結像特性変動に起因した相対誤差が
低減されるので、そのベースライン測定値を基準にした
感光基板（ウェハ等）の位置合わせがより高精度になる
といった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す図、第２図は第１図に示した装置の各
種アライメントセンサーの投影像面内での配置関係を示
す平面図、第３図はレチクル・アライメント顕微鏡の構
成を示す光学配置図、第４図はベースライン測定値の計
測手順を示すフローチャート図、第５図はレチクル・ア
ライメント顕微鏡によるアライメントの一例を示す平面
図、第６図はレーザ・ステップ・アライメント系による
ベースライン測定時のアライメントの様子を示す平面
図、第７図はステップ・アライメント顕微鏡によるベー
スライン測定時のアライメントの様子を示す平面図であ
る。〔主要部分の符号の説明〕１……水銀ランプ、４……シャッター、８……レチクル
・ブラインド、９……レチクル・アライメント顕微鏡、
１１……ステップ・アライメント顕微鏡、１２……レチ
クル、１３……ウェハ・アライメント顕微鏡、１５……
基準マーク板、１６……ウェハ、１７……ステージ、１
８……レーザ干渉計、２０……制御ユニット、３５……
レーザ・ステップ・アライメント系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を所定の
結像面に形成する投影光学系と；該結像面内で２次元移
動可能に配置され、位置合わせ用のマークを有する物体
と；該物体の２次元位置を検出する位置検出手段と；そ
れぞれ前記投影光学系を介して前記結像面内の異なる２
つの位置に形成される第１と第２の検出視野を有し、該
２つの検出視野の夫々によって互いに異なる方向に前記
マークの位置ずれを検出するとともに、互いに前記マー
クの検出方式が異なる２つのマーク検出系と；所定の基
準位置に対する前記複数の検出視野の各位置を、前記マ
ークと位置検出手段とによって計測する際前記２つのマ
ーク検出系の夫々の第１検出視野内に前記マークを配置
させた後、前記２つのマーク検出系の夫々の第２検出視
野内に前記マークを配置させるように、前記物体の移動
を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投影光
学装置。