JPH08162399A

JPH08162399A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08162399A
Application number: JP6323925A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤; Kinya Kato; 欣也加藤; Kei Nara; 圭奈良
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】マスクのアライメント検出光とプレートのア
ライメント検出光とを空間的に分離し、マスク位置の検
出におけるプレートからの光の影響が少ない高精度なア
ライメントが可能な露光装置を提供する。【構成】マスクのような第１の基板に形成されたマス
クマークとプレートのような第２の基板に形成されたプ
レートマークとを同時に観察することのできる光学系、
たとえば投影光学系を介して、マスクマークおよびプレ
ートマークを走査ビームで走査する。そして、マスクマ
ークからのアライメント検出光を第１のディテクタで、
プレートマークからのアライメント検出光をたとえば投
影光学系を介して第２のディテクタでそれぞれ光電検出
して、アライメントを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【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) 方式やオフアクシス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】従来のこの種の露光装置において、露光
光とアラクメント光との色収差が少ない反射型投影光学
系（例えばオフナー型光学系やダイソン型光学系）を用
いている場合、マスク（またはレチクル）に形成された
マスクマークとプレート（またはウエハ）に形成された
プレートマークとを投影光学系を介して同時に観察し、
画像処理により２つのマークの相対位置を読み取ってア
ライメントを行う。あるいは、投影光学系を介してマス
クマークとプレートマークとを同時に光走査し、光走査
に対する２つのマークからの光（アライメント検出光）
を光電変換した電気信号の強度に基づいて相対位置を読
み取ってアライメントを行う。

【０００３】光走査による方法をさらに詳しく述べる
と、例えばスリット状（線状）の走査ビームをポリゴン
ミラー等の作用によりマスク上およびプレート上におい
て走査する。そして、走査ビームに対するマスクマーク
からの散乱光およびプレートマークからの散乱光を光電
検出する。このように、連続的なビーム走査により得ら
れたアライメント検出光の強度信号に基づいて、マスク
マークおよびプレートマークの位置を求め、マスクとプ
レートとを相対的に位置合わせ（アライメント）する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の露
光装置のアライメント光学系では、マスクからのアライ
メント検出光とプレートからのアライメント検出光とを
分離することが不可能であった。そして、プレートの反
射率の違いによりマスクマークからの光信号に対してプ
レートマークからの光信号がある程度大きくなったり、
ごく微小になったりした。このため、それぞれの信号を
サンプリングしながら複数回の光走査を経なければアラ
イメントを行うことできなかった。

【０００５】また、マスクマークを透過しプレートで反
射されて再びマスクに戻ってくる光がマスクマークに作
用してマスクからのアライメント検出光に混入したり、
プレート上のレジストのヌリムラ等に起因してアライメ
ント検出光への混入の程度が光走査中に変化してしま
う。その結果、高精度なアライメントを行うことができ
ないという不都合があった。

【０００６】なお、マスクのアライメント検出光とプレ
ートのアライメント検出光とを分離するために、投影光
学系内に波長板を挿入して偏光により分離する方法も考
えられる。しかしながら、投影光学系による本来の結像
性能に対して波長板の面精度が大きく影響する。このた
め、投影光学系の本来の結像性能を維持しようとする
と、著しいコストアップになってしまう。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、マスクのアライメント検出光とプレートのア
ライメント検出光とを空間的に分離し、マスク位置の検
出におけるプレートからの光の影響が少ない高精度なア
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。

【０００８】

【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、前記露光装置は、前記第１の基板
上に形成された第１マークおよび前記第２の基板上に形
成された第２マークを光走査により検出して、前記第１
の基板と前記第２の基板との位置ずれを計測するための
アライメント光学系を備え、前記アライメント光学系
は、光束を供給する光源手段と、前記光束に基づいて、
所定の光学系に対する前記第１の基板上の視野領域に走
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所定方向に沿
って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マークからの回折反射光を検出する
ための第１検出手段と、前記所定の光学系を介して前記
第２の基板上に形成された前記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マークからの回折反射
光を、前記所定の光学系を介して前記第１マークからの
回折反射光とは別の経路で検出するための第２検出手段
とを備え、前記所定の光学系は、前記第１マークで回折
された透過光が前記第２の基板上に到達しないように該
透過光を遮光することを特徴とする露光装置を提供す
る。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、前記第１
マークを構成する回折格子状マークのデューティー比
は、前記第１マークで回折されることなく透過して前記
第２マークに達する光の強度が所望の値以下になるよう
に選定されている。

【００１０】

【作用】本発明では、マスクのような第１の基板に形成
されたマスクマークとプレートのような第２の基板に形
成されたプレートマークとを同時に観察することのでき
る光学系、たとえば投影光学系を介して、マスクマーク
およびプレートマークを走査ビームで走査する。そし
て、マスクマークからのアライメント検出光を第１のデ
ィテクタで、プレートマークからのアライメント検出光
をたとえば投影光学系を介して第２のディテクタでそれ
ぞれ光電検出して、アライメントを行う。

【００１１】具体的には、回折格子状マスクマークのピ
ッチを適宜選定して、マスクマークからの±１次回折光
の回折角の正弦値が投影光学系の開口数（ＮＡ）よりも
大きくなるようにする。したがって、マスクマークから
の±１次回折透過光は投影光学系を通過してプレートに
達することはない。その結果、マスクマークに入射した
アライメント光のうちマスクマークで回折されることな
く透過したゼロ次透過光のみが投影光学系を通過してプ
レートに達することになる。

【００１２】一方、回折格子状プレートマークのピッチ
を適宜選定して、プレートマークからの±１次回折光の
回折角の正弦値が投影光学系の開口数よりも小さくなる
ようにする。したがって、プレートマークからの±１次
回折反射光は投影光学系を通過することができる。すな
わち、プレートマークからの±１次回折反射光は投影光
学系を介し、マスクからのアライメント検出光である±
１次回折反射光の経路とは空間的に分離された別の経路
に沿って導かれ光電検出される。

【００１３】このように、本発明では、マスクからのア
ライメント検出光とプレートからのアライメント検出光
とを空間的に分離し、２つの検出光が互いに混入するこ
となく別々の光電検出手段で検出される。すなわち、マ
スクからのアライメント検出光に基づく電気信号の電気
的なゲインとプレートからのアライメント検出光に基づ
く電気信号の電気的なゲインとを別々に調整可能とな
る。また、マスクマークからの回折透過光がプレートに
達することなく遮断されるので、マスク位置の検出にお
けるプレートからの光の影響も小さくすることができ
る。こうして、１回の光走査により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。

【００１４】また、本発明では、投影光学系を介してプ
レートに達するゼロ次透過光が所望の強度まで小さくな
るように、回折格子状マスクマークのデューティー比を
適宜選定するのが好ましい。このように、マスクで直接
反射される本来のアライメント検出光に対して、マスク
マークで回折されることなく透過しプレートで反射され
て再びマスクに戻ってくる光の割合を所望の割合まで小
さくする。その結果、プレートからの光に対するマスク
マークからの回折透過光がマスクからの本来のアライメ
ント検出光に混入しても、プレートからの光の影響を最
小限に抑えることができる。

【００１５】

【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、本発明の第１実施例にかかる露光装置の
構成を示す概略図である。また、図２は、図１のアライ
メント光学系の内部構成を示す図である。図１の露光装
置では、不図示の照明光学系によりマスク１を照明し、
投影光学系２を介してマスク１のパターンをプレート３
に転写するように構成されている。

【００１６】図１の装置は、マスク１とプレート３との
相対位置合せのためのアライメント光学系４を備えてい
る。アライメント光学系４の構成および原理について
は、図２を参照して説明する。アライメント光学系４
は、レーザー光源５を備えている。レーザー光源５から
射出されたビームは、シリンドリカルレンズ６を介して
線状ビームに整形され、第２対物レンズ７を介してハー
フミラー１４に入射する。ハーフミラー１４で図中下方
に反射されたビームは、ポリゴンミラー９で反射された
後、開口絞りＡＳを介して第１対物レンズ８に入射す
る。

【００１７】第１対物レンズ８を通過した光は、落射ミ
ラー１５で反射されマスク１上に線状の走査ビームとし
て結像する。走査ビームは、ポリゴンミラー９の回転に
伴ってマスク１上で移動し、マスク１に形成されたマス
クマークＭＭを光走査するようになっている。光走査さ
れたマスクマークＭＭからの散乱光や回折光すなわちア
ライメント検出光は、落射ミラー１５、第１対物レンズ
８、およびポリゴンミラー９を介してハーフミラー１４
に入射する。ハーフミラー１４を透過したアライメント
検出光は、リレーレンズ１１および１２の作用により第
１対物レンズ８の瞳と光学的に共役に位置決めされた空
間フィルターのようなディテクター１３に導かれる。

【００１８】図３は、マスクマークで回折された反射光
および透過光の経路について説明する図である。また、
図４は、マスクマークおよび走査ビームの構成を説明す
る図である。さらに、図５は、マスクの位置検出におけ
るプレートからの光の悪影響について説明する図であ
る。図４に示すように、マスクマークＭＭでは、たとえ
ばクロムからなる遮光部Ｃｒが走査ビームＬＢの長手方
向に沿って配列されている。そして、走査ビームＬＢが
図中矢印方向（Ｘ方向）に移動することによって、マス
クマークＭＭを光走査する。このような回折格子状マー
クからなるマスクマークＭＭからの反射回折光は、図３
（ａ）中実線で示すように、対物レンズ８を介して空間
フィルター１３ａへと導かれる。

【００１９】一方、マスク１を透過した回折透過光は、
図３（ａ）中破線で示すように、投影光学系２内に配置
された開口絞り２ａによって遮られ、プレート３上には
到達しないようになっている。すなわち、マスクマーク
からの±１次回折光の回折角の正弦値が投影光学系の開
口数よりも大きくなるように、回折格子状マスクマーク
のピッチが選定されている。

【００２０】以下、投影光学系の開口数ＮＡ_Tとマスク
マークＭＭのマークピッチｐ（図４参照）との関係につ
いて簡単に説明する。マスク１の法線方向に沿ってマス
ク１に入射したアライメント光（波長λ）に対して、マ
スクマークＭＭからの回折透過光および回折反射光はと
もに、次の式（１）で規定される回折角θをもって回折
される。 sin θ＝ｍλ／ｐ（ｍ＝１，２，３・・・）（１）

【００２１】したがって、透過した±１次回折光が投影
光学系２で遮られるためには、次の式（２）で示す条件
が成立すればよい。ＮＡ_T＜λ／ｐ（２）たとえば、投影光学系の開口数ＮＡ_Tを０．１とし、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザからのアライメント光の波長λを０．６
３２８μｍとすれば、式（２）を次の式（３）のように
変形することができる。ｐ＜６．３２８μｍ（３）

【００２２】式（３）より、マスク１に形成されるマー
クＭＭのピッチｐを６．３２８μｍより小さく構成すれ
ば、マスクマークＭＭからの回折透過光は投影光学系２
で遮られて、プレート３上には到達しないことになる。
その結果、図３（ａ）において一点鎖線で示すように、
プレート３上にはマスクマークＭＭで回折されることな
く透過するゼロ次透過光のみが到達する。

【００２３】図３（ｂ）において一点鎖線で示すよう
に、プレート３で反射されたゼロ次透過光は、投影光学
系２を介してマスクマークＭＭに入射する。こうして、
プレート３からの光に対してマスクマークＭＭで回折さ
れた透過光は、対物レンズ８を介して空間フィルター１
３ａに到達してしまう。すなわち、空間フィルター１３
ａにおいて、マスクマークＭＭで回折された反射光（図
３（ａ）で実線で示す）すなわち本来のアライメント検
出光とともに、プレートからの光に対する回折透過光
（図３（ｂ）で一点鎖線で示す）も検出されてしまう。

【００２４】このように、マスクマークＭＭからの本来
のアライメント検出光である回折反射光の他にプレート
からの光に対する回折透過光を空間フィルター１３ａで
検出することにより、マスク位置の誤検出を招く場合が
ある。このプレートからの光に対する回折透過光の混入
に起因する位置誤検出について、図５を参照して説明す
る。図５（ａ）には、マスクマークＭＭからの本来のア
ライメント検出光である回折反射光の強度分布が実線
で、プレートからの光に対する回折透過光の強度分布が
一点鎖線でそれぞれ示されている。

【００２５】一方、図５（ｂ）には、回折反射光と回折
透過光との合成光の強度分布が実線で示されている。実
際、空間フィルター１３ａでは、プレートからの光に対
する回折透過光がマスクマークＭＭからの回折反射光に
混入した形で、すなわち図５（ｂ）に示す合成光として
検出される。図５（ａ）に示すように、本来のアライメ
ント検出光である回折反射光の強度ピークはＸ₀の位置
である。しかしながら、プレートからの光に対する回折
透過光の強度のピークは、Ｘ₀の位置に一致していな
い。したがって、図５（ｂ）に示すように、プレートか
らの光に対する回折透過光が混入することにより、合成
光のピークがＸ₁の位置に移動する。その結果、δだけ
マスク位置を誤検出してしまう。

【００２６】そこで、本実施例では、プレートからの光
に対する回折透過光の強度を充分小さくして、上述のよ
うな誤検出を最小限に抑えるようにしている。以下、マ
スクマークＭＭからの本来のアライメント検出光である
回折反射光の強度に対するプレートからの光に対する回
折透過光の強度の割合について説明する。

【００２７】以下、マスク１からの±１次回折光のみを
受光する場合を考える。この場合、図４に示すようにマ
クスマークＭＭのデューティー比をａ／ｐとし、入射ア
ライメント光の強度を１とすると、一次回折反射光の強
度Ｉ_Rは次の式（４）で表される。Ｉ_R＝｛（１／π）・sin （１−ａ／ｐ）π｝² （４）

【００２８】一方、ゼロ次透過光の強度Ｉ_Pは、次の式
（５）で表される。Ｉ_P＝（ａ／ｐ）² （５）このゼロ次透過光に対してマスクマークで回折される一
次回折透過光の強度Ｉ_Tは、次の式（６）で表される。Ｉ_T＝（ａ／ｐ）²・｛（１／π）・sin （ａ／ｐ）｝² （６）

【００２９】したがって、マスクマークの反射率をＲ_cr
とし、投影光学系の透過率（往復）をτとし、プレート
の反射率をＲ_pとすると、一次回折反射光の強度Ｉ_Rと
一次回折透過光の強度Ｉ_Tとの比Ｒ＝Ｉ_R／Ｉ_Tは、次
の式（７）で表される。Ｒ＝Ｒ_cr／｛（ａ／ｐ）²・τ・Ｒ_p｝（７）

【００３０】ここで、たとえば、Ｒ_cr＝５０％とし、τ
＝５０％とし、Ｒ_p＝８０％とし、デューティー比ａ／
ｐ＝１／２とすると、式（７）より一次回折反射光の強
度Ｉ_Rと一次回折透過光の強度Ｉ_Tとの比Ｒは５とな
る。また、Ｒ_cr＝５０％とし、τ＝５０％とし、Ｒ_p＝
８０％とし、デューティー比ａ／ｐ＝１／４とすると、
式（７）より一次回折反射光の強度Ｉ_Rと一次回折透過
光の強度Ｉ_Tとの比Ｒは２０となる。

【００３１】このように、マスクマークを構成する回折
格子状マークのデューティー比を１／４程度にすれば、
本来のアライメント検出光であるマスクからの一次回折
反射光の強度が、プレートからの光に対するマスクから
の一次回折透過光の強度の２０倍程度となって空間フィ
ルター１３ａで検出されることになる。ただし、上述の
計算例では、プレートの反射率Ｒ_p＝８０％はアルミニ
ウム（Ａｌ）の反射率を想定したものである。すなわ
ち、実際の液晶デバイス等の特定レイヤーの場合を想定
している。このように、マスクマークを構成する回折格
子状マークのデューティー比を適宜選択することによ
り、プレートからの光による悪影響を最小限に抑えるこ
とが可能となる。

【００３２】図６は、プレートマークで回折された反射
光の経路について説明する図である。図６に示すよう
に、プレート３に形成された回折格子状プレートマーク
ＰＭにより回折された±１次反射光は、投影光学系２、
マスク１、および対物レンズ８を介して空間フィルター
１３ｂに到達する。すなわち、プレートマークＰＭから
の±１次回折光の回折角の正弦値が投影光学系２の開口
数よりも小さく、プレート３からの±１次回折反射光が
開口絞り２ａを通過することができるように、プレート
マークＰＭのピッチが選定されている。こうして、プレ
ートマークＰＭからの回折反射光は、マスクマークＭＭ
からの回折反射光とは異なる経路を経て、マスクマーク
ＭＭからの回折反射光とは異なる空間フィルター１３ｂ
で光電検出される。

【００３３】このように、本実施例では、マスクからの
アライメント検出光とプレートからのアライメント検出
光とが空間的に分離され、それぞれ別々の空間フィルタ
ーで光電検出されるようになっている。したがって、マ
スクからのアライメント検出光に基づく信号とプレート
からのアライメント検出光に基づく信号とにおいて、そ
れぞれ電気的な最適ゲインを調整することが可能とな
る。また、マスクマークからの回折透過光がプレートに
達することなく遮断されるので、マスク位置の検出にお
けるプレートからの光の影響も小さくすることができ
る。その結果、高精度なアライメントが可能になる。さ
らに、マスクマークを構成する回折格子状マークのデュ
ーティー比を適宜選択することにより、マスクで回折さ
れることなく透過してプレートに達する光も少なくする
ことができる。その結果、マスク位置検出におけるプレ
ートからの光による悪影響を最小限に抑えることが可能
となる。

【００３４】なお、上述の第１実施例では、走査ビーム
を形成するためのレーザ送光光学系とマークからの回折
光を受光するための受光光学系とが、対物レンズ８を共
用している。しかしながら、受光光学系は対物レンズ８
を必ずしも介することなく、その外側を通して回折光を
受光することも可能である。また、マスクからの戻り光
とプレートからの戻り光との干渉の影響は、マスクとプ
レートとの距離が光源からの光の可干渉距離に対して長
ければ問題にならない。したがって、例えばＨｅ−Ｎｅ
レーザーで干渉が生ずる場合には、半導体レーザー等を
用いればよいことになる。

【００３５】図７は、本発明の第２実施例にかかる露光
装置の構成を示す斜視図である。なお、第２実施例は、
複数の投影光学ユニットからなる投影光学系に対してマ
スクとプレートとを一体的に相対移動させつつ露光する
いわゆる走査型露光装置に本発明を適用したものであ
る。すなわち、投影光学系およびアライメント光学系の
構成が第１実施例と異なるだけで、マスクからのアライ
メント検出光とプレートからのアライメント検出光と
は、第１実施例に示す構成にしたがって空間的に分離さ
れる。

【００３６】図７の装置では、所定の回路パターンが形
成されたマスク６１と、ガラス基板上にレジストが塗布
されたプレート６２とが一体的に移動される方向をｙ方
向とし、マスク６１の面内でｙ方向と直交する方向をｘ
方向とし、マスク６１の面に対する法線方向をｚ方向と
している。

【００３７】図７において、照明光学系１００からの露
光光は、マスク６１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６１の視野領域６４ａ〜６４ｃ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６３ａ〜６
３ｃを介してプレート６２上の各露光領域に転写され
る。したがって、各投影光学系６３ａ〜６３ｃに対して
マスク６１とプレート６２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。

【００３８】なお、図示のように、各投影光学系６３ａ
〜６３ｃ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７の装置は、マスク
６１とプレート６２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６３ａおよび６３ｃ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。

【００３９】図７では、視野領域６４ｃ（および投影光
学系６３ｃ）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６４ａ（および投影光学系６
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。

【００４０】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
７０から射出された光が、照明コンデンサーレンズ７１
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
７２に入射する。第１対物レンズ７２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６４ｃ
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６３ｃを介してプレート６２上のプレートマー
クを照明する。

【００４１】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６３ｃを介してマスク６１に戻る。
さらに、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ７２、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７３を介してＣＣＤのような撮像素子７４上
に結像する。

【００４２】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７２、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７３を介してＣＣＤ７４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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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ＬＰ
１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１９ｘとして結像する。

【００４６】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１９ｙとして結像する。図示のよう
に、２つの線状ビーム１９ｘおよび１９ｙ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１９ｘおよび１９ｙ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。

【００４７】２つの線状ビーム１９ｘおよび１９ｙ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７２、および落射ミラーＭ
２を介し、マスク６１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。

【００４８】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６３ｃを介し
てプレート６２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６３ｃはマスクパターンの等倍正立像を
プレート６２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６２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６１上の走査ビ
ームの移動量と、プレート６２上の走査ビームの移動量
とは等しい。

【００４９】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回折光は、落射ミラーＭ２、第１対物レ
ンズ７２、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回折光は、落射ミラー
Ｍ２、第１対物レンズ７２、ダイクロイックミラーＤ
１、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。

【００５０】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７
２の瞳面と共役な位置に配置された空間フィルタのよう
なフォトディテクタ２３ａ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７２の瞳面
と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２４ａに達
して光電検出される。

【００５１】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回折光は、投影光学系６３ｃ、
落射ミラーＭ２、第１対物レンズ７２、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回折光は、投影光学系６３ｃ、落射ミラーＭ
２、第１対物レンズ７２、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。

【００５２】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７
２の瞳面および投影光学系６３ｃ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７
２の瞳面および投影光学系６３ｃの瞳面と共役な位置に
配置されたフォトディテクタ２４ｂに達して光電検出さ
れる。

【００５３】さらに、図７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。

【００５４】このように、上述の第２実施例では、マス
クマークからのアライメント検出光とプレートマークか
らのアライメント検出光とが空間的に分離され、それぞ
れ異なるディテクタ（たとえば２３ａと２３ｂ）で光電
検出されるばかりでなく、マスクおよびプレート上にお
いてｘ方向マークからのアライメント検出光とｙ方向マ
ークからのアライメント検出光とが空間的に分離され、
それぞれ異なるディテクタ（たとえば２３と２４）で光
電検出される。こうして、上述の第２実施例では、１回
の光走査により、マスクとプレートとを二次元的に且つ
正確に同時アライメントすることができる。

【００５５】なお、上述の各実施例では、ＴＴＭ方式の
アライメント光学系を示したが、例えばマスクとプレー
トとを同時に観察することのできる光学系を投影光学系
とは別に備えたオフアクシス方式のアライメント光学系
に本発明を適用することもできる。また、投影光学系内
に配置された開口絞りの開口が大きい、すなわち解像度
の高い投影光学系を用いた場合には、開口絞りの開口の
大きさを可変にするのが好ましい。この場合、アライメ
ント（位置合わせ）時にはマスクの透過回折光を遮光す
ることができるように開口絞りの開口の大きさを小さく
し、露光時には開口絞りの開口の大きさを大きくして投
影光学系の解像度を高めることができる。

【００５６】

【効果】以上説明したように、本発明の露光装置では、
マスクからのアライメント検出光とプレートからのアラ
イメント検出光とを空間的に分離し、マスク位置の検出
におけるプレートからの光の影響が少ない高精度なアラ
イメントが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる露光装置の構成を
示す概略図である。

【図２】図１のアライメント光学系の内部構成を示す図
である。

【図３】マスクマークで回折された反射光および透過光
の経路について説明する図である。

【図４】マスクマークおよび走査ビームの構成を説明す
る図である。

【図５】マスクの位置検出におけるプレートからの光の
悪影響について説明する図である。

【図６】プレートマークで回折された反射光の経路につ
いて説明する図である。

【図７】本発明の第の実施例にかかる露光装置の構成を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１、６１マスク２、６３投影光学系３、６２プレート５レーザー光源８対物レンズ９ポリゴンミラー１３ディテクタ１９線状ビーム２０シリンドリカルレンズ２１第２対物レンズ６４視野領域７０観察用光源７１コンデンサーレンズ７２第１対物レンズ７３観察用第２対物レンズ７４ＣＣＤＬ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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、前記露光装置は、前記第１の基板上に形成された第１マ
ークおよび前記第２の基板上に形成された第２マークを
光走査により検出して、前記第１の基板と前記第２の基
板との位置ずれを計測するためのアライメント光学系を
備え、前記アライメント光学系は、光束を供給する光源手段と、前記光束に基づいて、所定の光学系に対する前記第１の
基板上の視野領域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所定方向に
沿って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マークからの回折反射
光を検出するための第１検出手段と、前記所定の光学系を介して前記第２の基板上に形成され
た前記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マークからの回折反射光を、前記所定の光学系
を介して前記第１マークからの回折反射光とは別の経路
で検出するための第２検出手段とを備え、前記所定の光学系は、前記第１マークで回折された透過
光が前記第２の基板上に到達しないように該透過光を遮
光することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記回折光は、±１次回折光であること
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記第１マークを構成する回折格子状マ
ークのデューティー比は、前記第１マークで回折される
ことなく透過して前記第２マークに達する光の強度が所
望の値以下になるように選定されていることを特徴とす
る請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】前記所定の光学系は、前記投影光学系で
あ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。
【請求項５】前記所定の光学系内には開口絞りが設け
られ、前記開口絞りの開口の大きさは可変であることを
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。
【請求項６】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
成するために配列された複数の投影光学ユニットからな
り、前記走査ビーム形成光学系は、前記複数の投影光学ユニ
ットのうち前記配列方向に沿って両端に配置された２つ
の特定の投影光学ユニットに対する前記第１の基板上の
２つの視野領域の各々にそれぞれ走査ビームを形成する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
【請求項７】前記走査ビーム形成光学系は、前記両端
に配置された２つの特定の投影光学ユニットに対する前
記第１の基板上の視野領域の各々に、それぞれ空間的に
分離された２つの走査ビームを形成し、前記走査手段は、前記第１の基板上に形成された２つの
走査ビームをそれぞれ互いに異なる方向に沿って光学的
に走査することを特徴とする請求項６に記載の露光装
置。