JPH09106942A

JPH09106942A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09106942A
Application number: JP7289255A
Authority: JP
Inventors: Kei Nara; 圭奈良; Tomohide Hamada; 智秀浜田; Kazuhiko Hori; 和彦堀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】アライメント精度を維持しつつ、装置構成を
簡素化し、コスト低減に寄与する。【解決手段】マスク（３２）上のスリットパターン
（７０）の像（２６）を基板（４０）上のマーク（１
８）に対して相対的に走査させ、これによって発生する
散乱光を検出する。そして、検出された散乱光の強度分
布に基づいて、マスク（３２）と基板（４０）との相対
位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクに形成され
た露光パターンを投影光学系を介して基板上に転写する
投影露光装置に関し、特に、当該露光装置におけるマス
クと基板との相対的な位置合わせ技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投影露光装置においては、例え
ば、レーザ光を所定の光学系によってスリット状に成形
し、移動ミラー等によりマスク上のアライメントマーク
と基板上のアライメントマークの両方を同時に走査す
る。そして、各マークからの散乱光の強度分布と、移動
ミラーの位置（角度）とから各マーク間の距離を計測
し、これに基づいてマスクと基板とのアライメントを行
っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の装
置においては、マスク及び基板に照射されるスリット状
のビーム形成する装置や、スリット状のビームをマスク
及び基板に対して走査させる移動ミラー等の機構が必要
である。このため、構成が複雑になり、装置コストが高
くなるという問題があった。

【０００４】従って、本発明の目的は、従来のアライメ
ント精度を維持しつつ、簡素な構成で、低コストな投影
露光装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を解決するために、マスクに露光パターンと異なる
スリットパターンを形成し、基板上には所定のアライメ
ント用のマークを形成する。スリットパターンの像を基
板上のマークに対して相対的に走査させ、これによって
発生する散乱光を検出する。そして、マスクの位置と、
散乱光の強度とに基づいてマスクと基板との相対位置を
検出する。

【０００６】

【作用】上記のような構成の本発明によれば、スリット
状の光を形成するための特別の光学系を必要としない。
また、スリット状の光を走査するのに、マスクと基板を
相対的に走査すれば良く、スリット状の光を走査するた
めの特別な駆動系や、スリット状の光の位置をモニタす
るための特別な計測機を必要としない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基本原理を図１に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る投影露光装置
を模式的に示す。図において、マスク１２上にはスリッ
ト状のパターン１４が形成され、基板１６上にはアライ
メント用のマーク１８が形成されている。マスク１２と
基板１６との間には、投影光学系２０が配置されてい
る。マスク１２の位置は、干渉計等の位置検出装置２２
によってモニターされる。

【０００８】上記のような構成の投影露光装置におい
て、アライメント用の光２４がスリットパターン１４に
照射されると、そのパターン１４の像２６が投影光学系
２０を介して基板１６上に結像される。そして、マスク
１２を基板１６に対して相対的に、図の矢印の方向に走
査することにより、スリット像２６がマーク１８を横切
ることになる。この時に発生する散乱光に基づいて、ス
リット状のパターン１４とマーク１８の相対的な位置、
即ち、マスク１２と基板１６との相対的な位置を検出す
る。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について、図２〜図６に示され
た実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、各図に
おいて、共通又は対応する構成要素については、同一の
符号を付してある。図２は、本発明の第１実施例にかか
る投影露光装置のアライメント時の状態を示す。図に示
された装置は、露光用の光をマスク３２に対して照射す
る照明系３０と、マスク３２を保持するマスクステージ
３４と、マスクステージ３４を駆動するモータ等の駆動
装置３６と、マスクステージ３４の位置を計測する干渉
計３８と、マスク３２上の露光パターン（図示せず）を
感光性の基板４０に投影する投影光学系４２と、アライ
メント用の照明系４４と、散乱光検出系４６と、散乱光
検出系の出力信号を増幅する増幅器５０と、干渉計３８
と増幅器５０がそれぞれ接続された演算装置５２とを備
えている。

【００１０】レチクル３２上には、所定の回路パターン
（図示せず）が形成されると共に、その回路パターンと
は別にスリット状の光透過性のパターン７０が形成され
ている。パターン７０は、マスク３２に形成されたスリ
ット状の開口によって代用することができる。基板４０
上には、図１に示したようなアライメント用のマーク
（１８）が形成されている。このようなマークとして
は、散乱光を発生しやすい、例えば格子状のマークが使
用される。

【００１１】アライメント用照明系４４は、照明系３０
の光軸に対して出し入れ可能に構成されている。この照
明系４４は、アライメント用の光を出力するランプハウ
ス５３と、ランプハウス５３から射出された光のうち基
板４０上のレジストが感光しない波長の光のみを透過さ
せる光学フィルタ５４と、光学フィルタ５４を透過した
光を反射して、投影光学系４２に導くミラー５６とを備
えている。このような構成のアライメント用照明系４４
により、強度分布が均一な光がマスク３２に照射される
ようになっている。

【００１２】散乱光検出系４６は、基板４０での反射光
を分岐するビームスプリッタ５８と、ビームスプリッタ
５８で反射した光が入射するレンズ６０と、レンズ６０
を透過した光が入射する空間フィルタ６２と、空間フィ
ルタ６２を透過した光が入射するレンズ６４と、レンズ
６４を透過した光が入射する光電素子６６とを備えてい
る。空間フィルタ６２は、基板４０からの散乱光（又は
回折光）の内、全反射光（０次光）を遮光し、高次の回
折光のみを透過、抽出するようになっている。

【００１３】次に、上記のように構成された本発明の第
１実施例の動作について説明する。先ず、アライメント
時には、図２に示すようにアライメント用照明系４４
と、散乱光検出系４６をそれぞれ投影光学系４２の光路
上に挿入する。これと同時に、マスクステージ３４の位
置を干渉計３８でモニターしつつ、マスク３２のスリッ
ト状パターン７０が投影光学系４２の光路上に達するよ
うに、駆動装置３６によってマスクステージ３４を駆動
する。アライメント用の光がアライメント用照明系４４
によって、スリット状パターン７０を照明すると、投影
光学系４２によって当該パターン７０の像が基板４０上
に投影される。この状態で、駆動装置３６によってマス
クステージ３４をパターン７０の長手方向と直交する方
向にスライドさせ、パターン７０によって基板４０上の
マーク（１８）を走査する。

【００１４】パターン７０によって基板４０上のマーク
（１８）を走査することによって発生する散乱光は、０
次光と共に散乱光検出系４６に入射する。散乱光検出系
４６に入射した光は、ビームスプリッタ５８、レンズ６
０を介して空間フィルタ６２に入射する。空間フィルタ
６２では、入射光の内の散乱光のみを透過させる。空間
フィルタ６２を透過した散乱光は、レンズ６４を介して
光電素子６６に入射する。光電素子６６は、受光した散
乱光を光電変換し、散乱光の強度に比例した電気信号を
増幅器５０を介して演算装置５２に供給する。演算装置
５２では、散乱光検出系４６（光電素子６６）からの信
号のスムージング処理を行い、散乱光の強度がピークに
なる位置を算出する。そして、そのピークの位置をマス
ク３２のスリット状パターン７０と基板４０上のマーク
（１８）が一致する位置として、その座標を記憶してお
く。演算装置５２は、更に、マスク３２上のパターン７
０と基板４０上のマーク（１８）との一致点と、干渉計
３８からの信号、即ち、マスク３２の絶対位置とに基づ
いて、マスク３２と基板４０との相対位置を算出する。
そして、算出された位置情報に基づいて、マスク３２と
基板４０とのアライメントを行う。

【００１５】次に、露光作業に先立ち、図３に示すよう
に、アライメント用照明系４４と、散乱光検出系４６を
投影光学系４２の光路から退去させる。その後、照明系
３０からの露光光により、マスク３２上の回路パターン
（図示せず）を投影光学系４２によって基板４０上に投
影露光する。

【００１６】図４は、本発明の第２実施例にかかる投影
露光装置に使用されるアライメント用照明系を示す。本
実施例のアライメント用照明系は、アライメント用の光
としてコヒーレント光を射出するものであり、光源とし
てＨｅ−Ｎｅレーザ７２を用いている。Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ７２から出力されたレーザ光は、ビームエキスパンダ
７４によってビーム径を拡大され、ミラー７６によって
反射してスポット状パターン７０を照明するようになっ
ている。本実施例のように、アライメント用の光として
コヒーレントな光を用いることにより、散乱光内に強い
干渉パターンが得られるため、０次光と散乱光の分離が
容易になるというメリットがある。なお、光源として
は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ７２以外にも、他のコヒーレント
な光を出力する光源を利用することができる。

【００１７】図５は、本発明の第３実施例にかかる投影
露光装置に使用される散乱光検出系を示す。本実施例の
散乱光検出系は、図２に示した第１実施例のビームスプ
リッタ５８と、空間フィルタ６２に代えて、穴あきミラ
ー８０を用いたものである。穴あきミラー８０は、ほぼ
中央に開口部８０ａが形成されている。そして、投影光
学系４２から基板４０に照射されるアライメント用の光
は、開口部８０ａを通過して基板４０に達する。また、
基板４０からの反射光も同様に開口部８０ａを通過する
が、基板４０上で発生した散乱光のみが反射され、レン
ズ６０、６４を介して光電素子６６に受光されるように
なっている。穴あきミラー８０の開口部８０ａの大きさ
は、穴あきミラー８０の配置等に基づいて適当な大きさ
に設定される。本実施例によれば、穴あきミラー８０の
開口部８０ａの設計により、空間フィルターが不要にな
ると共に、ビームスプリッタに比べて光量ロスが少ない
ため、光電素子６６に高強度の散乱光が受光されるとい
うメリットがある。

【００１８】図６は、本発明の第４実施例にかかる一括
走査型投影露光装置を示す。本実施例の装置は、複数の
投影光学系８２を使用した露光装置であり、大面積の基
板を露光するために利用される。なお、図には本実施例
の主要部のみを示し、露光用の照明系等は省略してあ
る。本実施例の装置において、マスクステージ３４の上
部には、複数の投影光学系８２の内、配列の両端部に位
置する投影光学系に対応する位置に、２つのアライメン
ト用照明系４４ａ、４４ｂが配置され、投影光学系８２
を挟んで、アライメント用照明系４４ａ、４４ｂと対応
する位置に２つの散乱光検出系４６ａ、４６ｂが設けら
れている。なお、アライメント用照明系４４ａ、４４ｂ
は、それぞれ図２に示した第１実施例の照明系４４と同
一の構成であり、また、散乱光検出系４６ａ、４６ｂ
は、それぞれ散乱光検出系４６と同一の構成である。マ
スクステージ３４の位置は、干渉計３８ａ、３８ｂ、３
８ｃによって常にモニターされ、駆動装置３６ａ、３６
ｂ、３６ｃによってＸＹ平面内で移動できるように構成
されている。

【００１９】マスク３２の端部には、スリット状のパタ
ーン（７０）がアライメント用照明系４４ａ、４４ｂの
下方にそれぞれ１個づつ形成されている。また、基板４
０上にはマスク３２上のスリットパターン（７０）に対
応する位置にアライメント用のマーク（１８）が形成さ
れている。本実施例においては、図１に示した第１実施
例と同様方法により、マスク３２と基板４０の相対的な
位置の検出が行われる。マスク３２と基板４０のアライ
メント終了後、アライメント用光学系４４ａ、４４ｂ及
び散乱光検出系４６ａ、４６ｂをマスク３２、基板４０
の外側に退去させる。そして、投影光学系８２に対して
マスク３２及び基板４０を同期してＸ方向に走査するこ
とによって、マスク３２上の回路パターン（図示せず）
が基板４０上に一括露光される。

【００２０】本実施例は、マスク３２の２カ所にスリッ
ト状のパターン（７０）を形成して、基板４０との相対
的な位置を検出する構成であるため、マスク及び基板の
面積が大きい場合に特に有効になる。尚、スリット状の
パターンを３つ以上設けても良く、その場合、計測値の
平均化により、計測精度の向上が図れる他、マスク及び
基板の変形等に対しても平均化が図れる。

【００２１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スク上のスリットパターンの像を基板上のマークに対し
て相対的に走査させ、これによって発生する散乱光を検
出することによって、マスクと基板との相対位置を検出
する構成であるため、アライメント精度を維持しつつ、
装置構成を簡素化でき、コスト低減に寄与するという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の原理を説明するための概念図
（斜視図）である。

【図２】図２は、本発明の第１実施例を示す構成図（正
面図）である。

【図３】図３は、第１実施例の動作を示す構成図（正面
図）である。

【図４】図４は、本発明の第２実施例の要部を示す構成
図である。

【図５】図５は、本発明の第３実施例の要部を示す構成
図である。

【図６】図６は、本発明の第４実施例の要部の構成を示
す斜視図である。

【符号の説明】１８・・・アライメント用マーク２６・・・スリット状ビームスポット３２・・・マスク３４・・・マスクステージ３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ・・・駆動装置３８、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ・・・干渉計４０・・・基板４２、８２・・・投影光学系４４、４４ａ、４４ｂ・・・アライメント用照明系４６、４６ａ、４６ｂ・・・散乱光検出系５２・・・演算装置７０・・・スリット状パターン７２・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ８０・・・穴あきミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成された露光パターンを投影
光学系を介して基板上に転写する投影露光装置におい
て、前記マスクに前記露光パターンと異なるスリットパター
ンを形成し、前記基板上にアライメント用のマークを形
成すると共に；前記マスクの位置を計測する計測手段
と；前記スリットパターンを照明するアライメント用の
照明系と；前記基板上に前記スリットパターンの像を投
影するアライメント用光学系と；前記スリットパターン
の像を前記基板上のマークに対して相対的に走査させる
走査手段と；前記スリットパターンの像と前記マークと
の相対的な走査によって前記マークから発生する散乱光
を検出する散乱光検出手段と；前記計測手段の出力と、
前記散乱光検出手段の出力に基づいて、前記マスクと前
記基板との相対位置を検出する位置検出手段とを備えた
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記計測手段は、前記基板に対する前記
マスクの相対位置を計測するように構成され、前記位置検出手段は、前記計測手段と前記散乱光検出手
段との出力に基づいて、前記マスクと前記基板との相対
位置のずれ量を検出するように構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記アライメント用光学系は、露光作業
時に使用される前記投影光学系であることを特徴とする
請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記アライメント用の照明系及び前記散
乱光検出手段は、露光作業時には前記投影光学系に対し
て所定の位置から退避し、アライメント時に所定位置に
配置されるように構成されていることを特徴とする請求
項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記照明系は、コヒーレントな光を出力
する光源であることを特徴とする請求項１に記載の投影
露光装置。
【請求項６】前記散乱光検出手段は、前記基板からの
反射光の内０次光を透過させる開口部を有し、該開口部
の周辺に入射する散乱光のみを反射する穴あきミラーを
備え；当該穴あきミラーで反射した散乱光を検出するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
投影露光装置。
【請求項７】前記投影露光装置は、露光用の光に対し
て前記基板と前記マスクとを一体で走査することによっ
て、前記露光パターンを前記基板上に転写する方式を採
用することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装
置。
【請求項８】前記投影光学系は、複数の光学系を前記
走査方向に直交する方向に平行に配列して構成されるこ
とを特徴とする請求項７記載の投影露光装置。
【請求項９】所定の露光パターンが形成されたマスク
と感光性の基板とを一体で、露光用の光が入射する投影
光学系に対して相対的に走査することによって、前記露
光パターンを前記基板上に転写する投影露光装置におい
て、前記マスクに前記露光パターンと異なるスリットパター
ンを形成し、前記基板上にアライメント用のマークを形
成すると共に；前記基板に対する前記マスクの相対位置
を計測する計測手段と；前記投影光学系を介して前記基
板上に前記スリットパターンの像が形成されるように、
前記スリットパターンに対してアライメント用の光を照
明するアライメント用の照明系と；前記スリットパター
ンの像を前記基板上のマークに対して相対的に走査させ
る走査手段と；前記スリットパターンの像と前記マーク
との相対的な走査によって前記マークから発生する散乱
光を検出する散乱光検出手段と；前記計測手段の出力
と、前記散乱光検出手段の出力に基づいて、前記マスク
と前記基板との相対位置ずれ量を検出する位置検出手段
とを備え；前記アライメント用の照明系及び前記散乱光
検出手段は、露光作業時には前記投影光学系に対して所
定の位置から退避し、アライメント時に所定位置に配置
されるように構成されていることを特徴とする投影露光
装置。