JPH08162401A

JPH08162401A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08162401A
Application number: JP6323927A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤; Masanori Kato; 正紀加藤; 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】【目的】マスクマークおよびプレートマークをそれぞ
れ比較的狭い走査範囲で二次元的に同時走査して高精度
なアライメントを行うことのできる大型基板一括走査露
光型の露光装置を提供すること。【構成】本発明においては、第１の基板および第２の
基板を投影光学系に対して所定方向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露光
装置において、前記投影光学系は、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
るために前記露光走査の方向と直交する方向に沿って配
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手段を備えている。

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、特に複
数の投影光学ユニットを用いた走査型露光装置における
大型マスクと大型プレートとのアライメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワープロ、パソコン、テレビ等の
表示素子として、液晶表示パネルが多用されるようにな
っている。液晶表示パネルは、ガラス基板上に透明薄膜
電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパター
ンニングして作られる。このリソグラフィのための装置
として、マスク上に形成された原画パターンを投影光学
系を介してガラス基板（プレート）上のフォトレジスト
層に投影露光する露光装置が用いられている。ところ
で、最近、液晶表示パネルの大型化が望まれており、そ
れに伴って露光領域の拡大が望まれている。

【０００３】こうした露光領域の拡大の要求に答えるた
めに、本出願人は、複数の投影光学ユニットで投影光学
系を構成し大型マスクと大型プレートとを投影光学系に
対して相対移動させて露光する走査型露光装置をすでに
提案している（特願平５−１１６５８８号）。この出願
で提案された露光装置では、各投影光学ユニットはマス
クに形成されたパターンの等倍正立像をプレート上に形
成する。このように、上述の露光装置では、複数の投影
光学ユニットで投影光学系を構成しているので、各投影
光学ユニットは小型でも全体として１つの大きな露光領
域を一括して走査露光することができるという利点があ
る。

【０００４】なお、大型マスクと大型プレートとを複数
の投影光学ユニットからなる投影光学系に対して相対的
に移動させつつ高精度な走査露光を行うには、マスクに
形成されたマーク（マクスマーク）およびプレートに形
成されたマーク（パターンマーク）をそれぞれ個別に検
出して、マスクとプレートとの相対的な位置合わせ（ア
ライメント）を二次元的に正確に行う必要がある。

【０００５】因みに、従来のマーク検出方法として、た
とえば特公昭１−４１２４９号公報に記載されているよ
うに、ほぼ直交する２組のマークを互いに分離した２本
の線状ビームで走査し、マークからの散乱光を受光し
て、マーク相互間の相対位置を計測している。また、た
とえば特公昭１−１７２４５号公報に記載されているよ
うに、交差ビームで互いに方向が異なるマークを走査
し、マークからの散乱光を偏光等により分離して受光す
る方法もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のマーク検出方法では、互いに方向が異なる
２つのマークからの散乱光を完全に分離して光電検出す
ることが困難であった。また、上述のような従来のマー
ク検出方法では、比較的広い範囲の走査が必要であっ
た。したがって、上述のような大型基板一括走査露光型
の露光装置において、従来のマーク検出方法を適用して
も、比較的狭い範囲の走査で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。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、マクスマークおよびプレートマークをそれぞ
れ比較的狭い走査範囲で二次元的に同時走査して高精度
なアライメントを行うことのできる大型基板一括走査露
光型の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の基板および第２の基板を
投影光学系に対して所定方向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露光装置に
おいて、前記投影光学系は、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
に前記露光走査の方向と直交する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手段を備え、前記アライメ
ント手段は、光束を供給する光源手段と、前記光束に基
づいて、前記複数の投影光学ユニットのうち特定の投影
光学ユニットに対する前記第１の基板上の視野領域に空
間的に分離された２つの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
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
光学的に走査するための走査手段と、前記第１の基板上
に形成された２つの走査ビームのうちの一方の走査ビー
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特定の投影光学ユニットを介して前
記第２の基板上に形成された前記一方の走査ビームによ
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
光を検出するための第１検出手段と、前記第１の基板上
に形成された２つの走査ビームのうちの他方の走査ビー
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特定の投影光学ユニットを介して前
記第２の基板上に形成された前記他方の走査ビームによ
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
光を検出するための第２検出手段とを備えていることを
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、前記走査
ビーム形成光学系は、前記第１の基板上において長手方
向が互いに直交した２つの線状ビームを形成し、前記走
査手段は、前記２つの線状ビームをそれぞれ長手方向と
直交する方向に沿って走査する。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露光走
査の方向と直交する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、それぞれ空間的に分離された
２つの走査ビームを形成するのが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明の露光装置では、マクスに形成されたパ
ターンの等倍正立像をプレート上に形成するための複数
の投影光学ユニットからなる投影光学系に対して、マス
クおよびプレートを相対的に移動させつつ走査露光す
る。そして、マスクマークおよびプレートマークを二次
元的に光走査してアライメントを行う。具体的には、た
とえば、マスク上において空間的に分離され且つ長手方
向が互いに直交する２つの線状ビームを形成するととも
に、特定の投影光学ユニットを介してプレート上にもマ
スク上の２つの線状ビームの等倍正立像である２つの線
状ビームを形成する。

【００１１】なお、２つの線状ビームはそれぞれ長手方
向と直交する方向に移動可能である。したがって、マス
クマークおよびプレートマークを直交する二方向に対し
て２つの線状ビームでそれぞれ別個に同時走査すること
ができる。すなわち、本発明では、マークの走査方向成
分を一方の線状ビームで、走査直交方向の成分を他方の
線状ビームで二次元的に同時走査することができる。ま
た、二次元同時走査を行っているにもかかわらず、マー
クの各方向成分からの検出光が空間的に分離されている
ので、互いに混入することなく光電検出される。したが
って、比較的狭い走査範囲で二次元的に同時走査して高
精度なアライメントを行うことができる。

【００１２】

【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３１と、ガラス基板上
にレジストが塗布されたプレート３３とが一体的に移動
される方向をｘ方向とし、マスク３１の面内でｘ方向と
直交する方向をｚ方向とし、マスク３１の面に対する法
線方向をｙ方向としている。

【００１３】図１において、図示を省略した照明光学系
からの露光光は、マスク３１を均一に照明する。そし
て、マスク３１の台形視野領域４２Ａ〜４２Ｅ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４１Ａ
〜４１Ｅを介してプレート３３上の台形領域４３Ａ〜４
３Ｅ（４３Ｅは不図示）に転写される。したがって、各
投影光学系４１Ａ〜４１Ｅに対してマスク３１とプレー
ト３３とを一体的にｘ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。

【００１４】なお、各投影光学系としては、前述した特
開平５−１６１５８８号明細書に記載されているよう
に、いわゆるダイソン型光学系やオフナー型光学系を２
組用いた構成が考えられる。また、図１の装置は、マス
ク３１とプレート３３とのｘｚ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ｚ方向）において両端に位置決
めされた投影光学系４１Ａおよび４１Ｃ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。

【００１５】各投影光学系を２組のダイソン型光学系や
２組のオフナー型光学系で構成する場合、各投影光学系
の色収差は小さい。したがって、非露光波長を有するア
ライメント光を用いてアライメントする際にも、色収差
等の補正光学系は不要である。図１では、視野領域４２
Ｃ（および投影光学系４１Ｃ）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４２Ａ（お
よび投影光学系４１Ａ）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。

【００１６】図２は、図１のアライメント光学系の構成
を拡大して示す図である。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、光ファイ
バーのようなライトガイド２１から射出された光が、コ
レクターレンズ２２を介した後ハーフミラー２３によっ
て反射され、ダイクロイックミラー１１に入射する。ダ
イクロイックミラー１１で反射された光は、対物レンズ
１２を介して、マスク３１上のマスクマークを照明す
る。照明光は、さらに投影光学系４１Ｃを介してプレー
ト３３上のプレートマークを照明する。

【００１７】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４１Ｃを介してマスク３１に戻り、
さらに対物レンズ１２およびダイクロイックミラー１１
を介した後、ハーフミラー２３に入射する。ハーフミラ
ー２３を透過した光は、観察用第２対物レンズ２４を介
して撮像素子２５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、対物レンズ１２およびダイク
ロイックミラー１１を介した後、ハーフミラー２３に入
射する。ハーフミラー２３を透過した光は、観察用第２
対物レンズ２４を介して撮像素子２５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、画像処理に基づく
位置検出を行うことができる。

【００１８】図２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、レーザ１からｙ方向に射出されたアライメント光
は、ミラーによってｘ方向に反射され、シリンドリカル
レンズ２を介してｚ方向に延びた線状ビーム４となる。
なお、必要に応じて、レーザ１とシリンドリカルレンズ
２との間にビームエクスパンダを配置するのがよい。

【００１９】シリンドリカルレンズ２を通過したビーム
は、直角プリズム３に入射する。直角プリズム３に入射
したビームは、互いに直交する２つの反射面で反射され
た後、入射ビームに対して平行に射出する。なお、直角
プリズム３はｘｙ平面と平行なテーブル１７上に固定さ
れ、テーブル１７は図中矢印で示すようにｙ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。

【００２０】こうして、直角プリズム３を射出したビー
ムは、上述のシリンドリカルレンズ２の集光作用により
線状ビーム４として結像する。なお、後述するように、
テーブル１７のｙ方向移動に応じて、線状ビーム４もｙ
方向に移動（すなわち平行変位）する。線状ビーム４か
らの光は、ハーフプリズム５に入射して２つのビームに
分離される。すなわち、ハーフプリズム５で反射された
第１ビームは、リレーレンズ６ｘ、ハーフプリズム７ｘ
およびリレーレンズ８ｘを介して、長手方向がｚ方向に
延びた線状ビーム９ｘとして結像する。

【００２１】また、ハーフプリズム５を透過した第２ビ
ームは、リレーレンズ６ｙ、ハーフプリズム７ｙおよび
リレーレンズ８ｙ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
１０の光軸からそれぞれ偏心している。

【００２２】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１０、ダイクロイックミラ
ー１１、および対物レンズ１２を介して、マスク３１面
上に線状ビーム１９ｘおよび１９ｙとして結像する。図
示のように、線状ビーム１９ｘは長手方向がｚ方向に延
び、線状ビーム１９ｙは長手方向がｘ方向に延びてい
る。そして、直角プリズム３のｙ方向往復移動に伴っ
て、線状ビーム１９ｘはｘ方向に移動してマスクマーク
Ｍｘを走査し、線状ビーム１９ｙはｚ方向に移動してマ
スクマークＭｙを走査するようになっている。

【００２３】一方、２つの線状ビーム１９ｘおよび１９
ｙからの光は、さらに投影光学系４１Ｃを介してプレー
ト３３面上に線状ビーム１９’ｘおよび１９’ｙ（不図
示）として結像する。前述したように、投影光学系４１
Ｃはマスクパターンの等倍正立像をプレート上に形成す
るように構成されている。したがって、プレート３３上
においても、線状ビーム１９’ｘは長手方向がｚ方向に
延び、線状ビーム１９’ｙは長手方向がｘ方向に延びて
いる。そして、直角プリズム３のｙ方向往復移動に伴っ
て、線状ビーム１９’ｘはｘ方向に移動してプレートマ
ークＰｘ（不図示）を走査し、線状ビーム１９’ｙはｚ
方向に移動してプレートマークＰｙ（不図示）を走査す
るようになっている。なお、直角プリズム３のｙ方向往
復移動に伴うマスク３１上の線状ビーム１９の移動量
と、プレート３３上の線状ビーム１９’の移動量とは等
しい。

【００２４】線状ビーム１９ｘに対するマスクマークＭ
ｘからの第１回折光は、対物レンズ１２、ダイクロイッ
クミラー１１、第２対物レンズ１０、およびリレーレン
ズ８ｘを介した後、ハーフプリズム７ｘに入射する。ま
た、線状ビーム１９ｙに対するマスクマークＭｙからの
第２回折光は、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー
１１、第２対物レンズ１０、およびリレーレンズ８ｙを
介した後、ハーフプリズム７ｙに入射する。

【００２５】ハーフプリズム７ｘを透過した第１回折光
は、リレーレンズ１５ｘを介して、対物レンズ１２の瞳
面と共役な位置に配置された空間フィルター１６ｘに達
して光電検出される。また、ハーフプリズム７ｙを透過
した第２回折光は、リレーレンズ１５ｙを介して、対物
レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置された空間フィル
ター１６ｙに達して光電検出される。

【００２６】一方、線状ビーム１９’ｘに対するプレー
トマークＰｘからの第３回折光は、投影光学系４１Ｃ、
対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１１、第２対物
レンズ１０、リレーレンズ８ｘを介した後、ハーフプリ
ズム７ｘに入射する。また、線状ビーム１９’ｙに対す
るプレートマークＰｙからの第４回折光は、投影光学系
４１Ｃ、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１１、
第２対物レンズ１０、リレーレンズ８ｙを介した後、ハ
ーフプリズム７ｙに入射する。

【００２７】ハーフプリズム７ｘを透過した第３回折光
は、リレーレンズ１５ｘを介して、対物レンズ１２の瞳
面および投影光学系４１Ｃの瞳面と共役な位置に配置さ
れた空間フィルター１６ｘに達して光電検出される。ま
た、ハーフプリズム７ｙを透過した第４回折光は、リレ
ーレンズ１５ｙを介して、対物レンズ１２の瞳面および
投影光学系４１Ｃの瞳面と共役な位置に配置された空間
フィルター１６ｙに達して光電検出される。

【００２８】さらに、図１の装置は、テーブル１７また
は直角プリズム３のｙ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
えば干渉計やエンコーダ等を用いることができる。図３
に示すように、テーブル１７がひいては直角プリズム３
がｙ方向にΔだけ平行移動すると、直角プリズム３の作
用により線状ビーム４は２Δだけ平行変位する。そし
て、第２対物レンズ１０および対物レンズ１２からなる
光学系の倍率をβとすると、マスク上での線状ビーム１
９の移動量およびプレート上での線状ビーム１９’の移
動量δは、以下の式（１）で表される。

【数１】 δ＝２Δ／β （１）

【００２９】このように、テーブル１７または直角プリ
ズム３のｙ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、直角プリズム３による平行変位量をひ
いては線状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ることができるの
で、高精度なビーム走査が可能になる。しかしながら、
テーブル１７の駆動手段の駆動誤差に起因して、直角プ
リズム３の移動軌跡に回転等の軌道変動が発生すること
がある。この場合、テーブル１７の特定位置のｙ方向移
動量を計測しても、直角プリズム３による平行変位量を
ひいては線状ビームの移動量を正確に求めることはでき
ない。

【００３０】以下、直角プリズムの移動量（回転を含
む）と、直角プリズムの作用によるビームの平行変位量
との関係について説明する。図４は、直角プリズムの移
動量とビームの平行変位量との関係を示す図である。図
４に示すように、直角プリズムの反射面の交線と入射ビ
ームおよび射出ビームを含む面との交点（以下、「反射
交点」という）Ｏが、ｘ方向にΔｘだけｙ方向にΔｙだ
けそれぞれ移動してＯ’の位置に達するとともに、図中
反時計回りに微小角度αだけ回転したものとする。な
お、図中、移動前の反射面を実線で、移動後の反射面を
破線でそれぞれ示している。また、図中、移動前の反射
面に対するビーム軌跡を実線で、移動後の反射面に対す
るビーム軌跡を破線でそれぞれ示している。

【００３１】まず、移動前の第１反射面に対して４５°
の角度で（図中水平方向に）点Ａに入射したビームは、
図中鉛直下方に反射された後、第２反射面に対して４５
°の角度で点Ｂに入射する。第２反射面の点Ｂに入射し
たビームは、図中水平左側方向に反射される。こうし
て、入射ビームと反射ビームとのビーム間隔は、点Ａと
点Ｂとの間のｙ方向距離２ａとなる。一方、同じく図中
水平方向に入射するビームは、点Ａを介して移動後の第
１反射面の点Ａ’で反射された後、第２反射面の点Ｂ’
に入射する。移動後の第２反射面の点Ｂ’に入射したビ
ームは、図中水平左側方向に反射される。こうして、移
動後の直角プリズムによる反射ビームは、移動前の直角
プリズムによる反射ビームよりもｙ方向にεだけ平行変
位される。

【００３２】平行変位量εは、次の式（２）によって表
される。

【数２】 ε＝２ａ−Ａ’Ｄ＝２ａ−Ａ’Ｂ’cos ２α （２）

【００３３】ところで、角度Ｏ’Ａ’Ｂ’は４５°−α
であるから、Ａ’Ｂ’は次の式（３）によって表され
る。

【数３】Ａ’Ｂ’＝Ａ’Ｏ’／cos （４５°−α）＝２^1/2Ａ’Ｏ’／（cos α＋sin α）（３）

【００３４】また、Ａ’Ｏ’は、次の式（４）によって
表される。

【数４】Ａ’Ｏ’＝ＡＥ／sin （４５°−α）＝２^1/2（ａ−Δｙ）／（cos α−sin α）（４）

【００３５】上述の式（２）〜（４）により、次の式
（５）で表される関係が成立する。

【数５】 ε＝２ａ−２（ａ−Δｙ）＝２Δｙ（５）このように、式（５）から、ビームの平行変位量εは、
直角プリズムの回転角αや入射ビームに平行な方向の移
動量Δｘに依存することなく、反射ビームの平行変位方
向（入射ビームに垂直な方向）の移動量Δｙを計測する
ことによって得られることがわかる。

【００３６】このように、直角プリズム３の反射交点の
ｙ方向移動量Δを適当な計測手段で計測すれば、この移
動量Δに基づいて被検面であるマスクまたはプリズム上
における走査ビームの移動量δを正確に求めることがで
きるので好ましい。すなわち、直角プリズム３の反射交
点のｙ方向移動量Δだけに着目することにより、直角プ
リズムの移動において回転等の軌跡変動があっても、被
検面上における走査ビームの位置を正確に求めることが
できるので、高精度なビーム走査が可能となる。

【００３７】図７は、図２の直角プリズムに代えて移動
反射鏡を使用し、移動反射鏡の反射交点の移動量を計測
するのに移動裏面反射鏡を用いた干渉光学系を使用した
例を示す図である。図示の構成では、図２の直角プリズ
ム３に代えて直交する２つの反射面を有する移動反射鏡
７２を使用している。移動反射鏡７２は、ｘ方向入射ビ
ームに対して４５°の角度をなしｘｙ平面と直交する第
１反射面と、第１反射面およびｘｙ平面と直交する第２
反射面とからなる。なお、移動裏面反射鏡７２もテーブ
ル１７上に固定され、ｙ方向に往復移動することができ
るようになっている点は図２の直角プリズム３の場合と
同じである。

【００３８】図７では、移動反射鏡７２の反射交点のｙ
方向移動量Δを計測するための手段として干渉光学系を
備えている。干渉光学系において、レーザ８１から射出
されたビームは、偏光ビームスプリッター８２によっ
て、移動裏面反射鏡７３に向かう第１ビームと、固定鏡
である直角プリズム８６に向かう第２ビームとに分離さ
れる。移動裏面反射鏡７３は、ｙ方向入射ビームに対し
て４５°の角度をなしｘｙ平面と直交する第１反射面
と、第１反射面およびｘｙ平面と直交する第２反射面と
からなる。なお、移動裏面反射鏡７３もテーブル１７上
に固定され、移動裏面反射鏡７３の反射交点は、移動反
射鏡７２の反射交点と一致するように構成されている。

【００３９】偏光ビームスプリッター８２を介して移動
裏面反射鏡７３に向かう第１ビームは、１／４波長板８
３を介して移動裏面反射鏡７３に入射する。移動裏面反
射鏡７３に入射した第１ビームは、第１反射面および第
２反射面で反射され、１／４波長板８３を介して再び偏
光ビームスプリッター８２に入射する。一方、偏光ビー
ムスプリッター８２を介して固定反射鏡である直角プリ
ズム８６に向かう第２ビームは、１／４波長板８５を介
して直角プリズム８６に入射する。直角プリズム８６に
入射した第２ビームは、２つの反射面で反射された後、
１／４波長板８５を介して再び偏光ビームスプリッター
８２に入射する。

【００４０】移動裏面反射鏡７３から入射した第１ビー
ムは、偏光ビームスプリッター８２で反射される。ま
た、直角プリズム８６から入射した第２ビームは、偏光
ビームスプリッター８２を透過する。すなわち、偏光ビ
ームスプリッター８２に入射した第１ビームおよび第２
ビームは合成された後、コーナーキューブ８４に入射す
る。コーナーキューブ８４で反転された２つのビーム
は、再び偏光ビームスプリッター８２に入射する。偏光
ビームスプリッター８２において、第１のビームは透過
し、１／４波長板８５を介して直角プリズム８６に入射
する。直角プリズム８６に入射した第１ビームは、２つ
の反射面で反射された後、１／４波長板８５を介して再
び偏光ビームスプリッター８２に入射する。なお、図７
の走査用移動反射鏡および計測用移動反射鏡に代えて、
互いに直交した３つの反射面を有するコーナーキューブ
ミラーを用いることも可能である。この場合、２組のコ
ーナーキューブミラーの頂点が重なるように配置すれば
良い。

【００４１】一方、偏光ビームスプリッター８２におい
て、第２のビームは反射され、１／４波長板８３を介し
て移動裏面反射鏡７３に入射する。移動裏面反射鏡７３
に入射した第２ビームは、第１反射面および第２反射面
で反射され、１／４波長板８３を介して再び偏光ビーム
スプリッター８２に入射する。移動裏面反射鏡７３から
入射した第２ビームは、偏光ビームスプリッター８２を
透過する。また、直角プリズム８６から入射した第１ビ
ームは、偏光ビームスプリッター８２で反射される。す
なわち、偏光ビームスプリッター８２に入射した第１ビ
ームおよび第２ビームは再び合成された後、検出器８７
に入射する。検出器８７では、２つのビームによって形
成された干渉縞を観測し、フリンジカウントを行って、
移動裏面反射鏡７３の反射交点すなわち走査用移動反射
鏡７２の反射交点のｙ方向移動量を求めることができ
る。このように、図示の干渉光学系は、ダブルパス干渉
計を構成している。

【００４２】図５は、マスクマークおよびプレートマー
クと光走査により得られる回折光の強度分布との関係を
示す図である。上述したように、各投影光学系には色収
差がほとんど無く、走査直交方向に延びたマークからの
回折光は空間フィルター１６ｘに、走査方向に延びたマ
ークからの回折光は空間フィルター１６ｙに達し、それ
ぞれ光電検出されるようになっている。図示のように、
マスク上には長手方向がｚ方向に延びた２つの回折格子
状マークＭｘ１およびＭｘ２が形成されている。これら
のマークＭｘ１およびＭｘ２は、同じく長手方向がｚ方
向に延びた線状ビーム１９ｘによってｘ方向に走査され
る。一方、プレート上には長手方向がｚ方向に延びた３
つの回折格子状マークＰｘ１〜Ｐｘ３が形成されてい
る。これらのマークＰｘ１〜Ｐｘ３は、同じく長手方向
がｚ方向に延びた線状ビーム１９’ｘ（不図示）によっ
てｘ方向に走査される。

【００４３】また、マスク上には長手方向がｘ方向に延
びた２つの回折格子状マークＭｙ１およびＭｙ２が形成
されている。これらのマークＭｙ１およびＭｙ２は、同
じく長手方向がｘ方向に延びた線状ビーム１９ｙによっ
てｚ方向に走査される。一方、プレート上には長手方向
がｘ方向に延びた３つの回折格子状マークＰｙ１〜Ｐｙ
３が形成されている。これらのマークＰｙ１〜Ｐｙ３
は、同じく長手方向がｘ方向に延びた線状ビーム１９’
ｙ（不図示）によってｚ方向に走査される。図５には、
線状ビーム１９ｘおよび１９’ｘによってそれぞれマス
ク上の回折格子状マークＭｘ１、Ｍｘ２およびプレート
上の回折格子状マークＰｘ１〜Ｐｘ３を走査して得られ
た信号強度の分布が示されている。

【００４４】図示のように、線状ビームの中心と各回折
格子状マークＭｘ１、Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３およびＭ
ｘ２の中心とがｘ方向に一致した時点で、最も強い信号
がＭ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＭ２の位置において順
次得られることがわかる。前述したように、線状ビーム
の中心座標は、直角プリズムの反射交点の移動量Δに基
づいて求められる。したがって、各方向について、マス
ク上の２本の回折格子状マークから得られる最も強い信
号の位置Ｍ１およびＭ２の中心座標（Ｍ１＋Ｍ２）／２
と、プレート上の３本の回折格子状マークから得られる
最も強い信号の位置Ｐ１〜Ｐ３の中心座標（Ｐ１＋Ｐ２
＋Ｐ３）／３または｛（Ｐ１＋Ｐ３）／４＋Ｐ２／２｝
との差を求めることによって、マスクとプレートとの二
次元的な位置ずれを計測することができる。

【００４５】なお、本実施例では、プレート上の各方向
のマークには、３本の回折格子状マークからなる、いわ
ゆるマルチマークを用いている。３本の回折格子状マー
クは互いに所定距離だけ間隔を隔てて形成されているの
で、マスクマークから得られる信号強度とプレートマー
クから得られる信号強度とがほぼ等しいような場合に
も、いずれのマークからの信号であるかを正確に識別す
ることができる。ただし、マスクマークから得られる信
号とプレートマークから得られる信号とを強度に基づい
て容易に区別することができるような場合には、プレー
トマークとしてマルチマークを用いる必要はない。ま
た、平均処理をして各マークの中心を求める必要がない
ような場合にも、マルチマークを用いる必要はない。

【００４６】これらのマスクマークは、図１の破線３２
Ａおよび３２Ｂ上に、プレートマークは破線３４Ａおよ
び３４Ｂ上に、それぞれ複数組形成されている。したが
って、マスク３１とプレート３３とを一体的に移動させ
つつ、ｘ方向に沿った複数箇所においてマスクとプレー
トとの二次元的な位置ずれ量を計測する。こうして、マ
スク３１とプレート３３とのアライメントを二次元的に
同時走査するとともに、アライメントを高精度且つ迅速
に行うことができる。

【００４７】投影光学系に倍率補正機能を付加した場合
には、アライメント波長と露光波長との間で若干の色収
差が生ずる。このため、マスク側基準マークとプレート
側基準マークとを露光波長を用いて画像観察によりアラ
イメントし、アライメント光学系のオフセットを予め計
測しておくことが望ましい。

【００４８】図６は、アライメント光学系の変形例の構
成を概略的に示す斜視図である。図６のアライメント光
学系は、図２のアライメント光学系と類似の構成を有
し、特に観察光学系は全く同一である。したがって、図
６において、図２の構成要素と基本的に同じ機能を有す
る要素には、同じ参照符号が付されている。以下、図６
のアライメント光学系の走査光学系について、図２の構
成との基本的な相違点に着目して説明する。

【００４９】図６のアライメント光学系において、レー
ザ１から射出されたアライメント光は、シリンドリカル
レンズ２を介してｚ方向に延びた線状ビーム４となる。
シリンドリカルレンズ２を通過したビームは、直角プリ
ズム１０３に入射する。直角プリズム１０３に入射した
ビームは、互いに直交する２つの反射面で反射された
後、入射ビームに対して平行に射出する。なお、直角プ
リズム１０３がｘｙ平面と平行なテーブル１１７上に固
定され、テーブル１１７が図中矢印で示すようにｙ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点は
図２と同様である。

【００５０】こうして、直角プリズム１０３を射出した
ビームは、上述のシリンドリカルレンズ２の集光作用に
より線状ビーム１０４として結像する。前述したよう
に、テーブル１１７のｘ方向移動に応じて、線状ビーム
４もｘ方向に平行変位する。線状ビーム４からの光は、
偏光ハーフプリズム１０５に入射して２つのビームに分
離される。そして、偏光ハーフプリズム１０５を透過し
た第１ビームは、リレーレンズ６ｘ、偏光ハーフプリズ
ム１０７ｘおよびリレーレンズ８ｘを介して、長手方向
がｚ方向に延びた線状ビーム９ｘとして結像する。

【００５１】また、偏光ハーフプリズム１０５で反射さ
れた第２ビームは、リレーレンズ６ｙ、偏光ハーフプリ
ズム１０７ｙおよびリレーレンズ８ｙを介して、長手方
向がｙ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１０の光軸からそれぞれ偏心してい
る。

【００５２】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１０、１／４波長板１１
８、ダイクロイックミラー１１、および対物レンズ１２
を介して、マスク３１面上に線状ビーム１９ｘおよび１
９ｙとして結像する。図示のように、線状ビーム１９ｘ
は長手方向がｚ方向に延び、線状ビーム１９ｙは長手方
向がｘ方向に延びている。そして、直角プリズム３のｙ
方向往復移動に伴って、線状ビーム１９ｘはｘ方向に移
動してマスクマークＭｘを走査し、線状ビーム１９ｙは
ｚ方向に移動してマスクマークＭｙを走査するようにな
っている。

【００５３】一方、２つの線状ビーム１９ｘおよび１９
ｙからの光は、さらに投影光学系４１Ｃを介してプレー
ト３３面上に線状ビーム１９’ｘおよび１９’ｙ（不図
示）として結像する。プレート３３上においても、線状
ビーム１９’ｘは長手方向がｚ方向に延び、線状ビーム
１９’ｙは長手方向がｘ方向に延びている。そして、直
角プリズム１０３のｘ方向往復移動に伴って、線状ビー
ム１９’ｘはｘ方向に移動してプレートマークＰｘ（不
図示）を走査し、線状ビーム１９’ｙはｚ方向に移動し
てプレートマークＰｙを走査するようになっている。

【００５４】線状ビーム１９ｘに対するマスクマークＭ
ｘからの第１回折光は、対物レンズ１２、ダイクロイッ
クミラー１１、１／４波長板１１８、第２対物レンズ１
０、リレーレンズ８ｘを介した後、偏光ハーフプリズム
７ｘに入射する。また、線状ビーム１９ｙに対するマス
クマークＭｙからの第２回折光は、対物レンズ１２、ダ
イクロイックミラー１１、１／４波長板１１８、第２対
物レンズ１０、リレーレンズ８ｙを介した後、偏光ハー
フプリズム７ｙに入射する。

【００５５】偏光ハーフプリズム７ｘを透過した第１回
折光は、リレーレンズ１５ｘを介して、対物レンズ１２
の瞳面と共役な位置に配置された空間フィルター１６ｘ
に達して光電検出される。また、偏光ハーフプリズム７
ｙを透過した第２回折光は、リレーレンズ１５ｙを介し
て、対物レンズ１２の瞳面と共役な位置に配置された空
間フィルター１６ｙに達して光電検出される。

【００５６】一方、線状ビーム１９’ｘに対するプレー
トマークＰｘからの第３回折光は、投影光学系４１Ｃ、
対物レンズ１２、ダイクロイックミラー１１、１／４波
長板１１８、第２対物レンズ１０、リレーレンズ８ｘを
介した後、偏光ハーフプリズム７ｘに入射する。また、
線状ビーム１９’ｙに対するプレートマークＰｙからの
第４回折光は、投影光学系４１Ｃ、対物レンズ１２、ダ
イクロイックミラー１１、１／４波長板１１８、第２対
物レンズ１０、リレーレンズ８ｙを介した後、偏光ハー
フプリズム７ｙに入射する。

【００５７】偏光ハーフプリズム７ｘを透過した第３回
折光は、リレーレンズ１５ｘを介して、対物レンズ１２
の瞳面および投影光学系４１Ｃの瞳面と共役な位置に配
置された空間フィルター１６ｘに達して光電検出され
る。また、偏光ハーフプリズム７ｙを透過した第４回折
光は、リレーレンズ１５ｙを介して、対物レンズ１２の
瞳面および投影光学系４１Ｃの瞳面と共役な位置に配置
された空間フィルター１６ｙに達して光電検出される。

【００５８】このように、変形例では、図２のハーフプ
リズム５、７ｘおよび７ｙを偏光ハーフプリズム１０
５、１０７ｘおよび１０７ｙに置き換えて、光束を偏光
により分離するとともに、第２対物レンズ１０とダイク
ロイックミラー１１との間に１／４波長板１１８を配置
している。こうして、回折光の偏光方向が入射光の偏光
方向とは９０°異なるので、マーク検出光が偏光ハーフ
プリズム１０７ｘおよび１０７ｙをほぼ透過するため光
量の損失が少なくなる。

【００５９】以上のように、上述の各実施例によれば、
直交二方向マークを空間的に分離した２つの直交線状ビ
ームで二次元同時走査しているので、各マークについて
比較的狭い走査範囲で二次元的な同時計測を高精度に行
うことができる。また、マスクおよびプレート上の全体
領域に亘る複数のマークの計測、いわゆる多点計測を行
うことができる。したがって、多点計測による平均化に
より、アライメントの精度を高めることができる。さら
に、マスクおよびプレートを一体的に移動させる、いわ
ゆるキャリッジによる走査中にマスクマークとプレート
マークとの同時アライメントを行うことができるので、
キャリッジ移動に伴う誤差を少なくすることができる。

【００６０】また、上述の各実施例では、マスクマーク
に２組の回折格子状マークをプレートマークに３組の回
折格子状マーク（すなわちマルチマーク）を使用してい
るので、マスクマークからの信号とプレートマークから
の信号との区別が容易である。さらに、回折格子状マー
ク間の距離が既知であるため、これを利用してアライメ
ント光学系の倍率補正を行うことができる。また、マス
クマークの回折格子状マークピッチとプレートマークの
回折格子状マークピッチとが相異なるようにして、空間
フィルター上においてマスクマークからの回折光とプレ
ートマークからの回折光とを識別することも可能であ
る。

【００６１】

【効果】以上説明したように、本発明の露光装置では、
たとえばマークの走査方向成分を一方の線状ビームで、
走査直交方向の成分を他方の線状ビームで二次元的に同
時走査することができるので、比較的狭い走査範囲で二
次元的に同時走査して高精度なアライメントを行うこと
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】図２は、図１のアライメント光学系の構成を拡
大して示す図である。

【図３】直角プリズムの移動と直角プリズムの作用によ
る線状ビームの平行変位との関係を示す図である。

【図４】直角プリズムの回転等を含む移動量とビームの
平行変位量との関係を示す図である。

【図５】マスクマークおよびプレートマークと光走査に
より得られる回折光の強度分布との関係を示す図であ
る。

【図６】図６は、アライメント光学系の変形例の構成を
概略的に示す斜視図である。

【図７】図２の直角プリズムに代えて移動反射鏡を使用
し、移動反射鏡の反射交点の移動量を計測するのに移動
裏面反射鏡を用いた干渉光学系を使用した例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１レーザ２シリンドリカルレンズ３直角プリズム５ハーフプリズム７ハーフプリズム１０第２対物レンズ１１ダイクロイックミラー１２対物レンズ１７テーブル１９線状ビーム２１ライトガイド２２コレクターレンズ２３ハーフミラー２４観察用第２対物レンズ２５撮像素子３１マスク３３プレート４１投影光学系４２視野領域４３露光領域

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Ｇ０３Ｆ 9/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板および第２の基板を投影光学
系に対して所定方向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露光装置において、前記投影光学系は、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前記露
光走査の方向と直交する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手段を備
え、前記アライメント手段は、光束を供給する光源手段と、前記光束に基づいて、前記複数の投影光学ユニットのう
ち特定の投影光学ユニットに対する前記第１の基板上の
視野領域に空間的に分離された２つの走査ビームを形成
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ための
走査手段と、前記第１の基板上に形成された２つの走査ビームのうち
の一方の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特定の投影光学ユ
ニットを介して前記第２の基板上に形成された前記一方
の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マークからの光を検出するための第１検出手段と、前記第１の基板上に形成された２つの走査ビームのうち
の他方の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特定の投影光学ユ
ニットを介して前記第２の基板上に形成された前記他方
の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マークからの光を検出するための第２検出手段とを
備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記走査ビーム形成光学系は、前記第１
の基板上において長手方向が互いに直交した２つの線状
ビームを形成し、前記走査手段は、前記２つの線状ビームをそれぞれ長手
方向と直交する方向に沿って走査す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露光走査の方向と直交す
る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、それぞれ空間的に分離された２つの走査ビーム
を形成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。
【請求項４】前記第１および第２検出手段は、第１の
基板および第２の基板を前記投影光学系に対して相対的
に移動させつつ、前記第１の基板上において走査方向に
沿って形成された複数組の第１マークからの光および前
記第２の基板上において走査方向に沿って形成された複
数組の第２マークからの光を順次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。
【請求項５】前記走査手段は、前記光源手段からの入射光束を１８０度偏向させて射出
させるための互いに直交した少なくとも２つの反射面を
有し、前記入射光束に対して前記射出光束を所定方向に
沿って平行変位させるための移動反射手段と、前記移動反射手段の少なくとも２つの反射面により形成
される交線と前記移動反射手段の少なくとも２つの反射
面に対する前記入射光束および前記射出光束を含む面と
の交点に関する前記所定方向に沿った移動量を計測する
ための計測手段とを備えてい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】前記計測手段は、計測用の光束を供給する第２光源手段と、前記第２光源手段からの計測用入射光束を１８０度偏向
させて射出させるための互いに直交した少なくとも２つ
の反射面を有し、前記移動反射手段とともに前記所定方
向に沿って移動可能な第２移動反射手段と、前記第２移動反射手段の移動に伴う前記計測用の光束の
光学的光路長の変化に基づいて、前記第２移動反射手段
の少なくとも２つの反射面により形成される交線と前記
第２移動反射手段の少なくとも２つの反射面に対する前
記入射光束および前記射出光束を含む面との交点に関す
る前記所定方向に沿った移動量を測定するための測定手
段とを備え、前記第２移動反射手段の交点は、前記移動反射手段の交
点とほぼ一致することを特徴とする請求項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、前記光源
手段からの光束に基づいて、空間的に分離され且つ互い
に異なる偏光状態の２つの光束を生成する偏光分離手段
を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か１項に記載の露光装置。