JPH08162400A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投影光学系のすべての像高において高精度な
アライメントが可能な露光装置を提供すること。 【構成】 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、前記投影光学系に対して相
対的に移動可能に設けられたアライメント光学系を備
え、前記アライメント光学系は、前記第１の基板の任意
の位置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任
意の位置に形成された第２マークとに対してアライメン
ト光を供給し、且つ前記第１および第２マークからの光
に基づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置
を検出し、さらに前記第１および第２マークの位置にお
ける第１および第２の基板の前記アライメント光学系に
対する合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を
有する。

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】図７および図８は、従来の露光装置にお
けるアライメント方式を説明する図である。図７に示す
ように、投影光学系７１がある程度の色収差を有するよ
うな場合には、マスク（またはレチクル）Ｍと投影光学
系７１との間にアライメント光（非露光光）用の色収差
補正光学系７２を設けている。そして、光源７３からの
アライメント光は色収差補正光学系７２および投影光学
系７１を介し、露光光は投影光学系７１のみを介してウ
エハＷに達するように構成している。こうして、露光光
とアライメント光との色収差を補正した状態で、マスク
ＭとウエハＷとのアライメントを行う。

【０００３】一方、図８に示すように、たとえばダイソ
ン型の投影光学系８１を用いた露光装置では、露光光と
アライメント光との色収差が少ないので、アライメント
光（非露光光）用の色収差補正光学系を設ける必要はな
い。そして、マスクＭおよびウエハ（またはプレート）
Ｗの双方がアライメント光学系の焦点深度内に入るよう
に構成し、マスクＭとウエハＷとのアライメントを同時
に行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すような色収
差補正光学系を設けた従来の露光装置では、マスク上お
よびウエハ上において投影光学系のある像高での光軸方
向の色収差は一定である。しかしながら、光軸方向の色
収差ばかりでなく、非露光光であるアライメント光に対
して、波長の違いによる倍率色収差、波長の違いによる
像面湾曲、非点収差等が発生する。しかも、これらの諸
収差量は、投影光学系の像高に依存して変化する。

【０００５】アライメントに際しては、所定の像高にお
いて収差補正されたアライメント光学系を用いて、ウエ
ハ上の露光マークとマスクマークとの位置合わせを行
う。この場合、露光光が収差補正用光学系で遮られない
ようにする必要がある。このため、投影光学系の露光フ
ィールドより外の領域でアライメントするように、ウエ
ハステージによりウエハマークを露光フィールドより外
の領域に移動させてから位置合わせを行っている。

【０００６】このように、色収差補正光学系を設けた従
来の露光装置では、投影光学系の所定像高においてのみ
収差補正がなされている。このため、二次元的に移動可
能なウエハステージが不可欠であるとともに、ウエハス
テージの頻繁な移動に伴って位置ずれが発生するという
不都合があった。

【０００７】また、図８に示すようなダイソン型の投影
光学系を用いた従来の露光装置では、前述したように収
差量そのものは少ない。しかしながら、非露光光である
アライメント光に対して、光軸方向の収差がある程度発
生するとともに、テレセントリック性の崩れが発生す
る。その結果、マスクとウエハとを同時に位置合わせす
ると、上述の光軸方向の収差およびテレセントリック性
の崩れに起因して位置ずれが発生するという不都合があ
った。

【０００８】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、投影光学系のすべての像高において高精度な
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。

【０００９】

【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、前記投影光学系に対して相対的に
移動可能に設けられたアライメント光学系を備え、前記
アライメント光学系は、前記第１の基板の任意の位置に
形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の位置
に形成された第２マークとに対してアライメント光を供
給し、且つ前記第１および第２マークからの光に基づい
て、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検出
し、さらに前記第１および第２マークの位置における第
１および第２の基板の前記アライメント光学系に対する
合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を有する
ことを特徴とする露光装置を提供する。

【００１０】本発明の好ましい態様によれば、前記合焦
情報検出手段は、前記アライメント光に基づいて前記第
１の基板上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マークからの光および前記投影光学系
を介して前記第２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２マークからの
光をそれぞれ光電検出するための光電検出手段とを備
え、前記光電検出手段において得られた電気信号に基づ
いて、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アラ
イメント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出する。

【００１１】

【作用】本発明では、マスクのような第１の基板とプレ
ートのような第２の基板との相対的な位置を検出するた
めのアライメント光学系自体が、アライメント位置にお
けるマスクおよびプレートのベストフォーカス位置（最
良合焦位置）を合焦情報として求めることができる。し
たがって、まずアライメント光学系に対するマスクおよ
びプレートの合焦情報としてベストフォーカス位置を求
め、そのベストフォーカス位置において、マスクとプレ
ートとの相対位置合わせ（アライメント）を行う。そし
て、マスクとプレートとの相対位置合わせ終了後に、露
光光に対するベストフォーカス位置にマスクおよびプレ
ートを移動させて露光を行うことができる。

【００１２】すなわち、本発明では、アライメント光と
露光光との波長の違いによる像面湾曲、非点収差、軸上
色収差等が発生するような投影光学系であっても、アラ
イメント光に対してピントの合った状態でマスクとプレ
ートとの相対位置合わせを高精度に行うことができる。
また、例えばダイソン型光学系またはオフナー型光学系
からなる投影光学系のように露光光とアライメント光と
の軸上色収差がでほとんど無い場合も、波長の違いによ
るテレセントリック性の崩れが発生する。この場合、ア
ライメント光に対してベストフォーカス位置に合わせる
ことにより、テレセントリック性の崩れに起因する位置
合わせ誤差を回避することができる。

【００１３】また、本発明では、アライメント位置にお
いてベストフォーカス位置を求めることができるので、
アライメント光学系を投影光学系に対して相対移動させ
て、視野領域および露光領域内の任意のアライメント位
置においてマスクおよびプレートをベストフォーカス位
置に位置決めする構成が可能になる。換言すれば、投影
光学系の特定の像高に限定されることなくすべての像高
において高精度なアライメントが可能である。

【００１４】

【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、本発明の実施例にかかる露光装置の構成
を概略的に示す斜視図である。図１の装置では、所定の
回路パターンが形成されたマスク１と、ガラス基板上に
レジストが塗布されたプレート２とが一体的に移動され
る方向をｙ方向とし、マスク１の面内でｙ方向と直交す
る方向をｘ方向とし、マスク１の面に対する法線方向を
ｚ方向としている。

【００１５】図１において、照明光学系１００からの露
光光は、マスク１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１の視野領域４ａ〜４ｃ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３ａ〜３ｃを介して
プレート２上の各露光領域に転写される。したがって、
各投影光学系３ａ〜３ｃに対してマスク１とプレート２
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。

【００１６】なお、図示のように、各投影光学系３ａ〜
３ｃ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１の装置は、マスク１と
プレート２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３ａおよび３ｃ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。

【００１７】図１では、視野領域４ｃ（および投影光学
系３ｃ）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４ａ（および投影光学系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。

【００１８】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
１０から射出された光が、照明コンデンサーレンズ１１
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
１２に入射する。第１対物レンズ１２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４ｃ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３ｃを介してプレート２上のプレートマークを照
明する。

【００１９】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３ｃを介してマスク１に戻る。さら
に、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、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１３を介してＣＣＤのような撮像素子１４上に結
像する。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１２、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１３を介してＣＣＤ１４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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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９ｘとして結像する。

【００２３】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９ｙとして結像する。図示のよう
に、２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙ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９ｘおよび９ｙ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。

【００２４】２つの線状ビーム９ｘおよび９ｙ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１２、および落射ミラーＭ２を
介し、マスク１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。

【００２５】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３ｃを介して
プレート２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３ｃはマスクパターンの等倍正立像をプレート
２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２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１上の走査ビームの移動量
と、プレート２上の走査ビームの移動量とは等しい。

【００２６】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（または散乱光）は、落射ミラー
Ｍ２、第１対物レンズ１２、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（または散乱光）は、落射ミラーＭ２、第１対物レ
ンズ１２、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。

【００２７】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１
２の瞳面と共役な位置に配置されたフォトディテクタ２
３ｂに達して光電検出される。また、分割プリズムＬＰ
２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１２の瞳面と共役な位置に配置さ
れたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出される。

【００２８】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（または散乱光）は、投
影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、
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（または散乱光）は、投
影光学系３ｃ、落射ミラーＭ２、第１対物レンズ１２、
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。

【００２９】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１
２の瞳面および投影光学系３ｃ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１
２の瞳面および投影光学系３ｃの瞳面と共役な位置に配
置されたフォトディテクタ２３ａに達して光電検出され
る。なお、アライメント光学系は投影光学系に対して相
対的に移動可能であり、マスク１上の視野領域４ｃ内の
任意の位置にアライメント光が入射可能に構成されてい
るので、マスクマークの位置はその範囲において任意に
選択可能である。

【００３０】さらに、図１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。

【００３１】ところで、通常、各投影光学系は露光波長
に対して設計され、マスク１およびプレート２は露光光
に対してベストフォーカスになるように構成されてい
る。実際に、図１のようにいわゆる色収差の少ないダイ
ソン型光学系を２組用いて投影光学系を構成した露光装
置においても、アライメント光の波長にもよるが十数μ
ｍ〜１００μｍ程度の軸上色収差が生じてしまう。

【００３２】また、アライメント位置が露光フィールド
を移動可能に構成しているので、軸上色収差ばかりでな
く露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光
学系の像面の変動も考慮する必要がある。また、アライ
メント光に対するテレセントリック性の崩れも露光光に
対するテレセントリック性の崩れとは異なる。そして、
当然のことながら、その崩れ量もアライメント光に対す
る方が露光波長に対するより大きくなる。以下、図２〜
図４を参照して像面の変動およびテレセントリック性の
崩れについて説明する。

【００３３】図２は、波長の違いによる投影光学系の像
面の変動を示す図である。なお、図２（ａ）中におい
て、実線は露光光を破線はアライメント光をそれぞれ示
している。図２（ａ）では、アライメント光に対する投
影光学系３による軸上色収差が△で、アライメント光に
対する像面がＳ’で示されている。また、図２（ｂ）に
は、投影光学系３の像高Ｙに対するマスクと像面Ｓ’と
の距離（Δ＋δ）の変化を表わしている。このように、
アライメント位置に応じて軸上色収差△と像面差δとの
総和分だけプレート２またはマスク１を投影光学系３の
光軸方向に移動させて、アライメント光学系に対してプ
レート２およびマスク１をそれぞれベストフォーカス位
置に位置決めすることができる。

【００３４】図３は、波長の違いによる投影光学系のテ
レセントリック性の崩れを示す図である。図３（ａ）中
において、実線は露光光を破線はアライメント光をそれ
ぞれ示している。また、図３（ｂ）では、投影光学系３
の像高Ｙに対するテレセントリック性の崩れ量θの変化
を表わしている。図示のように、投影光学系３は、露光
波長に対してマスク１側およびプレート２側の双方にお
いてテレセントリックな、いわゆる両側テレセントック
光学系である。露光光とアライメント光との波長の違い
により、投影光学系３の像高Ｙに依存してテレセントリ
ック性の崩れ量θが変化していることがわかる。

【００３５】図４は、投影光学系のテレセントリック性
の崩れとアライメント位置におけるベストフォーカス位
置の差との関係を示す図である。なお、図４には、図１
のアライメント光学系の観察光学系と基本的に同じ構成
を有する一対のアライメント系が示されている。図４に
おいて、アライメント系の光源１０（１０’）からのア
ライメント照明光は、コンデンサーレンズ１１（１
１’）、ミラーＭ（Ｍ’）、第１対物レンズ１２（１
２’）、落射ミラーＭ２（Ｍ２’）を介してマスク１上
を照明し、さらに投影光学系３を介してプレート２上を
照明する。

【００３６】この場合、図示のように、アライメント光
に対して、プレート２上でテレセントリック性がθだけ
崩れる。そして、露光光（図中実線で示す）とアライメ
ント光（図中破線で示す）との波長の違いにより、アラ
イメント位置において、アライメント光に対するベスト
フォーカス位置が露光光に対するベストフォーカス位置
から△’だけ投影光学系３の光軸方向に沿ってずれてし
まう。すなわち、プレート２側換算で、テレセントリッ
ク性の崩れによる位置ずれ量δ’は、次の式（１）で与
えられる。 δ’＝△’θ （１）

【００３７】換言すれば、この位置ずれδ’を解消する
には、プレート２を投影光学系３の光軸方向に沿って
△’だけ移動させて、プレート２をベストフォーカス位
置に移動させればよいことになる。アライメント系で
は、照明光に対するマスクマークおよびプレートマーク
からの光が、第１対物レンズ１２と第２対物レンズ１３
との作用によりＣＣＤ１４上に結像する。そして、画像
処理によりマスクマークとプレートマークとの相対位置
ずれを検出することができる。

【００３８】ところで、従来のオートフォーカス系で
は、例えば露光フィールドの中央点（１点）におけるｚ
方向（投影光学系の光軸方向）の位置だけを読み取るよ
うに露光装置に固定されている。このため、露光フィー
ルド内を移動するアライメント位置におけるｚ方向位置
を従来のオートフォーカス系で計測することは不可能で
ある。そこで、本発明では、アライメント光学系自体が
オートフォーカス機構を備えている。

【００３９】以下、図５および図６を参照して、アライ
メント光学系自体によるオートフォーカスについて説明
する。図５は、図１のアライメント光学系の観察光学系
を利用したオートフォーカスを説明する図である。図５
において、（ａ）は図１のＣＣＤ１４を介して得られる
マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマーク
ＰＭ１〜ＰＭ３の画像である。また、（ｂ）〜（ｄ）
は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプレートマ
ークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるＣＣＤ１４の出
力信号を示している。

【００４０】なお、図５（ｂ）〜（ｄ）では、アライメ
ント光学系がマスクマークＭＭ１およびＭＭ２に対して
ピントが合っている状態で、プレート２をｚ方向に沿っ
てステージ移動させた時に得られる信号を示している。
そして、図５（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号
強度がピークになるので、このプレート２のｚ方向位置
において、プレート２がアライメント光学系に対してベ
ストフォーカスとなることがわかる。このように、アラ
イメント光学系の観察光学系を介してマスクマークＭＭ
１およびＭＭ２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３か
ら得られる信号強度に基づいて、それぞれマスク１およ
びプレート２をアライメント位置においてベストフォー
カス位置に位置決めすることができる。

【００４１】図６は、図１のアライメント光学系の走査
光学系を利用したオートフォーカスを説明する図であ
る。図６において、（ａ）は、マスク１上に形成された
２本の回折格子状マークＭＭ１およびＭＭ２と、プレー
ト２上に形成された３本の回折格子状マークＰＭ１〜Ｐ
Ｍ３と、これらの回折格子状マークに対して光走査させ
る走査ビームＬＢとの関係を示している。また、（ｂ）
〜（ｄ）は、マスクマークＭＭ１およびＭＭ２並びにプ
レートマークＰＭ１〜ＰＭ３に対応して得られるフォト
ディテクタ２３の出力信号を示している。

【００４２】なお、図６（ｂ）〜（ｄ）では、アライメ
ント光学系がマスクマークＭＭに対してピントが合って
いる状態で、プレート２をｚ方向に沿ってステージ移動
させた時に得られる信号を示している。そして、図６
（ｃ）においてプレートマークＰＭの信号強度がピーク
になるので、このプレート２のｚ方向位置において、プ
レート２がアライメント光学系に対してベストフォーカ
スとなることがわかる。このように、アライメント光学
系の走査光学系を介してマスクマークＭＭ１およびＭＭ
２並びにプレートマークＰＭ１〜ＰＭ３から得られる信
号強度に基づいて、それぞれマスク１およびプレート２
をアライメント位置においてベストフォーカス位置に位
置決めすることができる。

【００４３】以上のように、本実施例によれば、アライ
メント光学系の観察光学系または走査光学系を介して、
アライメント位置においてマスクおよびプレートのベス
トフォーカス位置をそれぞれ求めることができる。実際
に、各アライメント動作の際にベストフォーカス位置を
求め、マスクおよびプレートをベストフォーカス位置に
位置決めした状態でアライメントを行えば、露光光とア
ライメント光との波長の違いに起因する相対位置合わせ
誤差は生じない。

【００４４】しかしながら、アライメント動作のたびに
ベストフォーカス位置を求めると、スループットの低下
を招く恐れがある。そこで、図１に示すように、プレー
トステージ上にアライメント位置の移動可能範囲に亘っ
て基準マークＫＭを設けるのがよい。そして、露光光と
アライメント光との波長の違いによる投影光学系のベス
トフォーカスの位置の変化を予め求め、投影光学系の像
高に応じたフォーカス位置の変化をオフセット情報とし
て記憶させる。こうしたオフセット情報は、投影光学系
に固有の特性である。したがって、従来のオートフォー
カス系で求めた投影光学系の特定像高におけるベストフ
ォーカス情報と、投影光学系の像高に応じたベストフォ
ーカス位置変化分のオフセット情報とに基づいて、従来
のオートフォーカス系だけで高精度なアライメントを行
うことができる。すなわち、波長の違いによるベストフ
ォーカス位置の変化に起因する相対位置合わせの誤差を
回避することができる。

【００４５】この場合、従来のオートフォーカス系で読
み取っている箇所とアライメント位置とが実際には異な
るので、プレートのうねりやレジスト塗布ムラ等がある
場合には、各アライメント位置において必ずしも厳密に
ベストフォーカス情報を得ることはできない。その結
果、相対位置合わせの誤差は残存することになる。しか
しながら、従来のオートフォーカス系で複数の箇所を測
定することによって、上述のプレートのうねりやレジス
ト塗布ムラ等の影響をできるだけ少なくすることが可能
である。また、露光光とアライメント光との波長の違い
による非点収差がある場合には、計測方向を互いに直交
するｘ方向とｙ方向とにと分けて二次元的にアライメン
ト計測をしてもよい。また、投影光学系の視野において
ｘ方向およびｙ方向に対して４５°方向の線上において
マークをｘ方向とｙ方向とで同時に計測してもよい。

【００４６】また、例えば２組のダイソン型光学系また
はオフナー型光学系からなる投影光学系を用いる場合に
は問題にならないが、その他の投影光学系の場合には露
光光とアライメント光との波長の違いによる倍率差が生
じることもある。この場合、基準マークＫＭを用いて露
光光で位置合わせを行い、その状態でプレートおよびマ
スクの少なくとも一方をｚ方向に移動させてアライメン
ト光で位置合わせを行う。そして、投影光学系の各像高
において露光光とアライメント光との波長の違いによる
倍率差（倍率色収差）を求めることができる。そして、
投影光学系の像高による倍率差（ｘｙ平面）やｚ方向の
ベストフォーカス位置の差を、アライメント時にオフセ
ットとして補正することができる。

【００４７】特に、図１に示すように、マスクおよびプ
レートを投影光学系に対して相対的に移動させつつ走査
露光を行う走査型露光装置では、アライメントのために
一度走査を行い、その復路走査で露光することができ
る。このため、露光光とアライメント光との波長の違い
によるベストフォーカス位置の差だけｚ方向にオフセッ
トをもたせて往路のアライメント用走査を行う。この場
合、従来のオートフォーカス系によるｚ方向の位置検出
を用いて上述のアライメントとを行えば、アライメント
位置が多数点になってもスループットの低下を招くこと
なく、しかも安価で正確なマスクとプレートとの位置合
わせが可能となる。

【００４８】

【効果】以上説明したように、本発明の露光装置では、
露光光とアライメント光との波長の違いによる投影光学
系のベストフォーカス位置の差、およびテレセントリッ
ク性の崩れに起因する相対位置合わせずれを解消するこ
とができ、実質的にアライメント精度を向上させること
ができる。また、投影光学系中にアライメント光用の補
正光学系を挿入する必要がないので安価な露光装置を実
現することができる。さらに、アライメント位置が移動
可能な構成を採っているので、この移動範囲内の任意の
位置に形成したアライメントマークに基づいて、相対位
置合わせを正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略
的に示す斜視図である。

【図２】波長の違いによる投影光学系の像面の変動を示
す図である。

【図３】波長の違いによる投影光学系のテレセントリッ
ク性の崩れを示す図である。

【図４】投影光学系のテレセントリック性の崩れとアラ
イメント系計測位置におけるベストフォーカス位置との
関係を示す図である。

【図５】図１のアライメント光学系の観察光学系を利用
したオートフォーカスを説明する図である。

【図６】図１のアライメント光学系の走査光学系を利用
したオートフォーカスを説明する図である。

【図７】従来の露光装置におけるアライメント方式を説
明する図である。

【図８】従来の別の露光装置におけるアライメント方式
を説明する図である。

【符号の説明】

１ マスク ２ プレート ３ 投影光学系 ４ 視野領域 ９ 線状ビーム １０ 観察用光源 １１ コンデンサーレンズ １２ 第１対物レンズ １３ 観察用第２対物レンズ １４ ＣＣＤ ２０ シリンドリカルレンズ ２１ 第２対物レンズ Ｌ 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１８

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記投影光学系に対して相対的に移動可能に設けられた
   アライメント光学系を備え、 前記アライメント光学系は、前記第１の基板の任意の位
   置に形成された第１マークと、前記第２の基板の任意の
   位置に形成された第２マークとに対してアライメント光
   を供給し、且つ前記第１および第２マークからの光に基
   づいて、前記第１および第２の基板の相対的な位置を検
   出し、さらに前記第１および第２マークの位置における
   第１および第２の基板の前記アライメント光学系に対す
   る合焦情報をそれぞれ検出する合焦情報検出手段を有す
   ることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記合焦情報検出手段は、 前記アライメント光に基づいて前記第１の基板上に走査
   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マークからの光および
   前記投影光学系を介して前記第２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
   ２マークからの光をそれぞれ光電検出するための光電検
   出手段とを備え、 前記光電検出手段において得られた電気信号に基づい
   て、前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライ
   メント光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記合焦情報検出手段は、 前記アライメント光に基づく照明光束を前記第１の基板
   上に照射するための照射光学系と、 前記照明光束に対する前記第１マークからの光および前
   記投影光学系を介した前記照明光束に対する前記第２マ
   ークからの光に基づいて、前記第１マークの像および前
   記第２マークの像をそれぞれ生成するための像生成手段
   とを備え、 前記像生成手段において得られた画像信号に基づいて、
   前記第１の基板および前記第２の基板の前記アライメン
   ト光学系に対する合焦情報をそれぞれ検出することを特
   徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記合焦情報検出手段は、 前記第２の基板と同一平面内に形成された基準マークに
   基づいて予め検出された前記投影光学系の像高に応じた
   前記第２の基板の合焦情報を記憶する記憶手段と、 前記第２の基板上の所定位置における前記第２の基板の
   合焦情報を検出するためのフォーカス手段とを有し、 前記フォーカス手段で得られた前記所定位置における合
   焦情報と前記記憶手段に記憶された前記投影光学系の像
   高に応じた合焦情報とに基づいて、前記第２の基板の前
   記アライメント光学系に対する合焦情報を検出すること
   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。
5. 【請求項５】 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
   成するために所定方向に沿って配列された複数の投影光
   学ユニットからなり、 前記アライメント光学系は、前記第１の基板および前記
   第２の基板を前記投影光学系に対して前記所定方向と直
   交する方向に沿って一方の向きに相対的に移動させつつ
   前記第１の基板と前記第２の基板との相対的な位置を検
   出し、 前記第１の基板および前記第２の基板を前記投影光学系
   に対して前記所定方向と直交する方向に沿って他方の向
   きに相対的に移動させつつ前記第１の基板に形成された
   パターンの像を前記投影光学系を介して前記第２の基板
   上に投影露光す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。