JPH09306814A

JPH09306814A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH09306814A
Application number: JP8120405A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】露光光と波長の異なるアライメント光を用い
てＴＴＲ方式で位置合わせを行う際に、投影光学系でそ
のアライメント光に対して倍率色収差等が残存していて
も高精度に位置合わせを行う。【解決手段】２周波ビーム生成系２２から射出される
所定の周波数差を有する２対のレーザ光の内で、レーザ
光Ａ１，Ｂ１をレチクルＲ上のピッチＰｍの回折格子マ
ーク１６ＡＸに照射し、レーザ光Ａ２，Ｂ２をレチクル
Ｒ、投影光学系ＰＬ、及び色収差制御板２０を介してウ
エハＷ上のピッチＰｗの回折格子マーク１９ＡＸに照射
する。回折格子マーク１６ＡＸ，１９ＡＸからの干渉光
Ｃ１，Ｃ２を受光してビート信号ＳＲ，ＳＷを生成す
る。レーザ光Ａ２，Ｂ２のもとでの投影光学系ＰＬの投
影倍率βａを用いて、ピッチＰｗをピッチＰｍのβａ倍
に設定し、ビート信号ＳＲ，ＳＷをそれぞれ参照ビート
信号ＳＤと比較する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するための露光
方法及び露光装置に関し、特に露光光と異なる波長のア
ライメント光を用いてＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）
方式でアライメントを行って露光する場合に使用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子を製造する際に、マス
クとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して、
フォトレジストが塗布されたウエハ上の各ショット領域
に転写露光するための投影露光装置（ステッパー等）が
使用されている。最近は、投影光学系に対する負担を重
くすることなく、転写パターンを大面積化するために、
投影光学系に対してレチクル及びウエハを同期走査する
ことによって露光を行うステップ・アンド・スキャン方
式等の走査露光型の投影露光装置も開発されている。一
般に半導体素子はウエハ上に多数層の回路パターンを所
定の位置関係で積み重ねて形成されるため、それらの投
影露光装置には、ウエハ上の各ショット領域に付設され
たアライメントマーク（ウエハマーク）等の位置をアラ
イメントセンサによって検出し、この検出結果に基づい
てそれら各ショット領域とレチクルとの位置合わせを行
うためのアライメント装置が備えられている。

【０００３】従来のアライメントセンサの組込み方式と
して最も高精度の方式の一つが、レチクル及び投影光学
系を介してレチクル上のアライメントマーク（レチクル
マーク）とウエハマークとの位置ずれ量を検出するＴＴ
Ｒ（スルー・ザ・レチクル）方式である。この場合、ア
ライメント光としては、ウエハ上のフォトレジストに対
して非感光性の光束が使用されるため、水銀ランプのｉ
線（波長３６５ｎｍ）や、ＫｒＦエキシマレーザ（波長
２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）等のエキシマレーザ光を露光光として使用する装置
では、アライメント光として波長が６００〜８００ｎｍ
程度の赤色光を使う必要がある。このとき、投影光学系
は露光光に対して収差補正され、アライメント光に対し
ては色収差が残存しているため、その色収差の影響を軽
減する必要がある。

【０００４】但し、露光光としてｉ線を使用する程度ま
では、例えば収差補正用の光学部材等を使用することに
よって、何とか必要な精度でアライメントが行えてい
た。しかしながら、露光光としてエキシマレーザ光を使
用するときには、投影光学系においてアライメント光に
対して大きな色収差（軸上色収差、及び倍率色収差等）
が発生し、必要な精度でＴＴＲ方式のアライメントを行
うことが困難であった。特に、倍率色収差が十分に補正
されていない状態で、レチクルとウエハとの相対位置ず
れがあると、アライメント光での位置ずれ量と露光光で
の位置ずれ量とが異なり、位置合わせ誤差が生じてしま
う。例えば露光光がＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４
８ｎｍ）の場合、アライメント光に対して５％程度の倍
率誤差が生じる場合もある。このときに、アライメント
光での位置ずれ量が２μｍあったとすると、露光光での
位置ずれ量との誤差は１００ｎｍ（＝２［μｍ］×０．
０５）にも達してしまい、必要な精度（例えば１０ｎｍ
程度）での位置合わせが困難となる。

【０００５】そこで、露光光が例えばエキシマレーザ光
であっても、投影光学系におけるアライメント光に対す
る色収差の影響を軽減できる従来のアライメントセンサ
として、次の（イ）及び（ロ）のような例が知られてい
る。（イ）特開平３−３２２４号公報で開示されているアラ
イメントセンサ露光光と異なる波長のアライメント光を用いて投影光学
系を介してＴＴＲ方式でアライメントを行う際に、その
投影光学系内に設けた補正レンズによってそのアライメ
ント光に対する軸上色収差を補正していた。また、レチ
クル付近に設けた補正光学系によって、投影光学系での
アライメント光のもとでの投影倍率（倍率色収差）を補
正していた。

【０００６】（ロ）特開平４−７８１４号公報、及び米
国特許（ＵＳＰ）第５，２１４，４８９号で開示されて
いるアライメントセンサこの例では、アライメントセンサとして、回折格子状の
マークに対して可干渉の１対のレーザビームを照射し、
そのマークから同一方向に発生する複数の回折光からな
る干渉光を光電変換して得られるビート信号の位相に基
づいて、そのマークの位置を検出する所謂２光束干渉方
式で、且つＴＴＲ方式のセンサが使用されていた。２光
束干渉方式は、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignm
ent)方式とも呼ばれている。そして、この例では、レチ
クル側の回折格子状マーク（レチクルマーク）の格子ピ
ッチを、投影光学系の投影倍率を考慮したウエハ側の回
折格子状マーク（ウエハマーク）のピッチの１／２にす
ると共に、レチクルマーク及びウエハマークに対応する
各ビート信号の位相を比較することによってレチクルと
ウエハとの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づい
て位置合わせを行っていた。更に、投影光学系におい
て、露光光での投影倍率と、非露光光よりなるアライメ
ント光での投影倍率とが異なることに鑑みて、レチクル
マーク上に形成される２光束の干渉縞のピッチに対し
て、ウエハマーク上に形成される２光束の干渉縞の倍率
補正後のピッチを変化させていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、（イ）のアライメントセンサでは、倍率色収差
を補正するための補正光学系が、レチクルの露光光によ
る照明領域と部分的に重なる恐れがあった。このように
補正光学系と照明領域とが重なった部分では、レチクル
のパターンの像が正確にウエハ上に転写されないという
不都合がある。また、ＴＴＲ方式では、種々の工程を経
る内にウエハマークが次第に劣化するため、ウエハ上の
所定のレイヤでウエハマークを別の位置に打ち換えるこ
とがある。そこで、ＴＴＲ方式のアライメントセンサ
は、ウエハマークが打ち換えられた場合に備えて移動自
在に構成する必要があるが、（イ）のアライメントセン
サではその補正光学系を移動自在に構成すると、装置が
大型化するという不都合があった。

【０００８】また、（ロ）のＬＩＡ方式のアライメント
センサのように、投影光学系における倍率色収差に応じ
てレチクルマーク及びウエハマーク上の２光束の干渉縞
のピッチを互いに変える方式では、レチクル側とウエハ
側とで観察倍率を変えることになるため、光学系が複雑
化して製造コストが高くなるという不都合がある。更
に、レチクルマークとウエハマークとのピッチの関係よ
り、レチクルマークから得られるビート信号の位相の計
測範囲をウエハマークの場合の１／２にする必要があ
り、レチクルマーク側のビート信号のＳＮ比が実質的に
劣化するという不都合もあった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、露光光と波長の
異なるアライメント光を用いて投影光学系を介してレチ
クルとウエハとの位置合わせを行う際に、その投影光学
系でそのアライメント光に対して倍率色収差等の色収差
が残存していても高精度に位置合わせを行うことができ
る露光方法を提供することを目的とする。更に本発明
は、そのような露光方法を実施できる露光装置を提供す
ることをも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、所定の露光光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）上の原
画パターンを投影光学系（ＰＬ）を介して感光性の基板
（Ｗ）上に投影露光するのに先だって、その露光光と異
なる波長の位置検出光を用いて投影光学系（ＰＬ）を介
してマスク（Ｒ）上の位置合わせ用マーク（１６ＡＸ）
と基板（Ｗ）上の位置合わせ用マーク（１９ＡＸ）との
相対位置ずれ量を検出し、この検出結果に基づいてマス
ク（Ｒ）と基板（Ｗ）との位置合わせを行う露光方法に
おいて、その露光光及びその位置検出光（Ａ１，Ａ２，
Ｂ１，Ｂ２）のそれぞれにおける投影光学系（ＰＬ）の
投影倍率に基づいて、その検出される相対位置ずれ量を
その露光光のもとでの相対位置ずれ量に換算し、この換
算結果に基づいてマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との位置合
わせを行うものである。

【００１１】斯かる本発明によれば、予めその露光光及
びその位置検出光（アライメント光）のもとでの投影倍
率をそれぞれ求めてキャリブレーションを行っておく。
そして、その位置検出光での相対位置ずれ量をその露光
光のもとでの相対位置ずれ量に換算することによって、
特に補正用の光学系等を設けることなく正確にその露光
光のもとでの相対位置ずれ量が求められる。

【００１２】この場合、マスク（Ｒ）上の位置合わせ用
マーク（１６ＡＸ）と基板（Ｗ）上の位置合わせ用マー
ク（１９ＡＸ）との相対位置ずれ量を検出する際に、そ
のマスク上の位置合わせ用マークと所定の基準（参照マ
ーク、投影光学系、又は参照電気信号等）との位置ずれ
量、及びその基板上の位置合わせ用マークとその基準と
の位置ずれ量をそれぞれ独立に検出し、このように独立
に検出される２つの位置ずれ量を投影倍率で補正して得
られる値の差分を求めることが望ましい。

【００１３】即ち、投影光学系（ＰＬ）において、倍率
色収差によって、その露光光とその位置検出光とで投影
倍率が異なる場合、直接にマスク（Ｒ）上の位置合わせ
用マーク（１６ＡＸ）と基板（Ｗ）上の位置合わせ用マ
ーク（１９ＡＸ）との相対位置ずれ量を計測すると、計
測される位置ずれ量の中に投影倍率の異なる成分が混じ
っている。これに対して、２つの位置合わせ用マーク
（１６ＡＸ，１９ＡＸ）をそれぞれ所定の基準と比較す
ることによって、投影倍率の異なる成分が明確に分離さ
れ、正確に投影倍率の補正を行うことができる。

【００１４】なお、その位置検出をＬＩＡ方式（２光束
干渉方式）で行った場合、その基準は電気信号であるこ
とが、装置の安定性及び簡略化の点で望ましい。更に、
そのマスク上の位置合わせ用マーク及びその基板上の位
置合わせ用マークの計測方向のピッチをそれぞれＰｍ及
びＰｗとして、その位置検出光のもとでの投影光学系
（ＰＬ）のマスク（Ｒ）から基板（Ｗ）への投影倍率を
βａとすると、ピッチＰｍ及びＰｗを、次の条件を満た
すように設定することが望ましい。

【００１５】Ｐｗ＝βａ・Ｐｍ（１）この関係により、マスク（Ｒ）上において位置検出光で
見たマスク上の位置合わせ用マーク（１６ＡＸ）と基板
上の位置合わせ用マーク（１９ＡＸ）とは同じピッチに
なる。従って、ＬＩＡ方式でマークの位置検出を行う場
合、アライメントセンサから見たそれら２つのマークの
ピッチは同じになり、アライメント光学系が簡素化でき
る。

【００１６】以上の条件で、その所定の基準に対するマ
スク（Ｒ）上でのマスク（Ｒ）の位置変化をＸｍ、同じ
基準に対する位置検出光（アライメント光）のもとでの
基板（Ｗ）の位置変化をＸｗ、更に同じ基準に対するア
ライメント光学系の位置変化（例えばアライメント光学
系全体の変位等）をＸｓ、露光光におけるマスク（Ｒ）
から基板（Ｗ）への投影倍率をβｅとする。

【００１７】このとき、その基準に対するマスク（Ｒ）
上でのマスク（Ｒ）の位置ずれ量を位置検出光で見た計
測値ΔＸｍは、次のようになる。 ΔＸｍ＝Ｘｍ＋Ｘｓ（２）次に、位置検出光のもとでの基板（Ｗ）上でのその基準
に対する基板（Ｗ）の位置ずれ量の計測値ΔＸｗは、次
のようになる。

【００１８】ΔＸｗ＝Ｘｗ＋βａ・Ｘｓ（３）これら（２）式、（３）式の計測値は例えばＬＩＡ方式
により独立に求められる。次に、（３）式の計測値を露
光光におけるマスク（Ｒ）上の値に換算し、マスク
（Ｒ）と基板（Ｗ）との相対位置ずれ量をΔＸｅとする
と、次のようになる。

【００１９】 ΔＸｅ＝ΔＸｍ−ΔＸｗ／βｅ＝Ｘｍ−Ｘｗ／βｅ＋（１−βａ／βｅ）・Ｘｓ（４）このなかで、実際に必要な値は（Ｘｍ−Ｘｗ／βｅ）
で、例えばこの値が０になるようにマスク（Ｒ）又は基
板（Ｗ）を動かして位置ずれ補正を行う。そして、
（４）式では（１−βａ／βｅ）・Ｘｓが残存誤差にな
る。但し、通常は位置変化量Ｘｓの値は０．１μｍ程度
であり、（１−βａ／βｅ）の値も１〜５％程度である
ので、その残存誤差量は１〜５ｎｍとなり実際上問題は
ない。従って、（４）式の実質的な値は（Ｘｍ−Ｘｗ／
βｅ）となり、倍率誤差が補正された正確な位置合わせ
が可能となる。

【００２０】次に、本発明による露光装置は、所定の露
光光のもとでマスク（Ｒ）上の原画パターンの像を感光
性の基板（Ｗ）上に結像投影する投影光学系（ＰＬ）
と、その露光光とは異なる波長の位置検出光を用いて投
影光学系（ＰＬ）を介してマスク（Ｒ）上の位置合わせ
用マーク（１６ＡＸ）と基板（Ｗ）上の位置合わせ用マ
ーク（１９ＡＸ）との相対位置ずれ量を検出する位置検
出手段（２１）と、を有し、この位置検出手段の検出結
果に基づいてマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との位置合わせ
を行って、マスク（Ｒ）の原画パターンを投影光学系
（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置にお
いて、その露光光及びその位置検出光のそれぞれにおけ
る投影光学系（ＰＬ）の投影倍率に基づいて、その位置
検出手段で検出される相対位置ずれ量をその露光光のも
とでの相対位置ずれ量に換算する位置ずれ量補正手段
（２８ａ）を備えたものである。斯かる本発明によれ
ば、上述の本発明の露光方法が実施できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ＬＩＡ方式
で、且つＴＴＲ方式のアライメントセンサを備えたステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を
適用したものである。図１は本例の投影露光装置の全体
の構成を示し、この図１において、露光用光源、及びフ
ライアイレンズ等からなる照度分布均一化光学系１から
射出された露光光ＩＬは、第１リレーレンズ２、視野絞
り（レチクルブラインド）３、第２リレーレンズ４、及
びコンデンサーレンズ５を介してダイクロイックミラー
６に入射し、ダイクロイックミラー６で反射された露光
光ＩＬが、レチクルＲのパターン面（下面）のスリット
状の照明領域を均一な照度分布で照明する。照明光ＩＬ
として、本例ではＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）、又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等
のエキシマレーザ光が使用されている。但し、照明光Ｉ
Ｌとしては、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波
等、又は水銀ランプの輝線（波長３６５ｎｍのｉ線等）
等を使用することもできる。

【００２２】露光時には、レチクルＲ上の照明領域を通
過した露光光ＩＬは、両側（又はウエハ側に片側）テレ
セントリックな投影光学系ＰＬに入射し、その照明領域
内のパターンを投影光学系ＰＬにより投影倍率βｅ（β
ｅは例えば１／４，１／５等）で縮小した像が、表面に
フォトレジスト層が塗布されたウエハＷ上のスリット状
の露光領域に投影露光される。以下では、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内
で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸
を取って説明する。本例では、そのＸ軸に平行な方向
（Ｘ方向）が走査方向となっている。

【００２３】本例では、レチクルＲはレチクルステージ
７上に保持され、レチクルステージ７は、レチクル支持
台８上でＸＹ平面内で２次元的にレチクルＲの位置決め
を行うと共に、Ｘ方向（走査方向）にレチクルＲを所定
速度で走査できるように構成されている。レチクル側の
レーザ干渉計９によって計測されるレチクルステージ７
の２次元座標が、装置全体の動作を統轄的に制御する主
制御系１０に供給され、主制御系１０は供給された座標
に基づいてレチクルステージ駆動部１１を介してレチク
ルステージ７の位置、及び走査速度を制御する。

【００２４】一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図
示）を介して試料台１２上に保持され、試料台１２はウ
エハステージ１３上に固定されている。ウエハステージ
１３は、Ｘ方向及びＹ方向に試料台１２（ウエハＷ）の
位置決めを行うと共に、Ｘ方向にウエハＷを一定速度で
走査できるように構成されている。また、ウエハステー
ジ１３は、オートフォーカス方式でウエハＷのＺ方向の
位置（フォーカス位置）の制御を行う。ウエハ側のレー
ザ干渉計１４によって計測される試料台１２の２次元座
標が主制御系１０に供給され、主制御系１０はウエハス
テージ駆動部１５を介してウエハステージ１３の動作を
制御する。走査露光時には、レチクルステージ７を介し
て投影光学系ＰＬに対してレチクルＲが＋Ｘ方向（又は
−Ｘ方向）に速度Ｖ_Rで走査されるのに同期して、ウエ
ハステージ１３を介してウエハＷ上の１つのショット領
域が−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度βｅ・Ｖ_R(βｅは
投影倍率）で走査され、これによってそのショット領域
にレチクルＲの回路パターン像が転写される。

【００２５】次に、本例のＬＩＡ方式（２光束干渉方
式）で、且つＴＴＲ方式のアライメントセンサの構成に
つき説明する。先ず、図２（ａ）はレチクルＲ上のレチ
クルマークの配列を示し、この図２（ａ）において、レ
チクルＲのパターン領域ＰＡの−Ｙ方向の側面部に、Ｘ
方向に所定ピッチのＸ軸の回折格子マーク１６ＡＸ、及
びＹ方向に所定ピッチのＹ軸の回折格子マーク１６ＡＹ
よりなるレチクルマーク１６Ａが形成されている。ま
た、レチクルマーク１６Ａと対称に、Ｘ軸の回折格子マ
ーク１６ＢＸ、及びＹ軸の回折格子マーク１６ＢＹより
なるレチクルマーク１６Ｂが形成され、レチクルマーク
１６Ａ，１６Ｂの内側にウエハ側に向かうアライメント
光を通過させるための窓（レチクル窓）１７Ａ，１７Ｂ
が形成されている。

【００２６】図２（ｂ）は、ウエハＷ上の各ショット領
域に付設されたウエハマークを示し、この図２（ｂ）に
おいて、ウエハＷ上の１つのショット領域１８の＋Ｙ方
向に隣接するストリートライン上に、Ｘ方向に所定ピッ
チのＸ軸の回折格子マーク１９ＡＸ、及びＹ方向に所定
ピッチのＹ軸の回折格子マーク１９ＡＹよりなるウエハ
マーク１９Ａが形成されている。また、ウエハマーク１
９Ａと対称にショット領域１８に隣接して、Ｘ軸の回折
格子マーク１９ＢＸ、及びＹ軸の回折格子マーク１９Ｂ
Ｙよりなるウエハマーク１９Ｂが形成されている。同様
に、他のショット領域にもそれぞれ２組のウエハマーク
が付設されている。以下では、ショット領域１８のＸ軸
の回折格子マーク１９ＡＸとレチクルＲ上のＸ軸の回折
格子マーク１６ＡＸとの位置ずれ量を計測するものとし
て説明する。

【００２７】更に、図１において、投影光学系ＰＬのレ
チクルＲのパターン面に対するフーリエ変換面（瞳面）
の近傍に、アライメント光の投影光学系ＰＬによる色収
差を制御するための複数個の色収差制御部材が配置され
た色収差制御板２０が配置されている。図３はその色収
差制御板２０を示し、この図３において、露光光ＩＬを
透過するガラス基板よりなる色収差制御板２０上にそれ
ぞれ位相型の回折格子状の１２個の色収差制御部材が形
成されている。それらの内の光軸ＡＸに近い２個の回折
光用の色収差制御部材２０ａ，２０ｄと、Ｘ方向及びＹ
方向にそれぞれ所定間隔で形成された入射光用の２個の
色収差制御部材２０ｂ，２０ｃ及び２個の色収差制御部
材２０ｅ，２０ｆとがウエハマーク１９Ａの検出に使用
され、残りがウエハマーク１９Ｂの検出に使用される。
なお、投影光学系ＰＬの収差がそれほど大きくない場合
は、色収差制御板２０を設ける必要はない。

【００２８】ウエハＷ上のショット領域１８のアライメ
ントを行う場合、レチクルＲ及びウエハＷの位置決めの
初期設定は、不図示のレチクル位置検出系及びウエハ位
置検出系を使って行われる。そして、そのウエハ位置検
出系を用いて予め行われたサーチアライメントの結果に
基づいて、図１のウエハステージ１３を駆動することに
よって、ウエハＷ上のショット領域１８の中心が投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ合致するように大まかに位置
合わせが行われている。そして、その位置ずれ量を計測
するためにアライメントセンサが使用される。

【００２９】図１において、レチクルＲ上のダイクロイ
ックミラー６の上方に、本例のＬＩＡ方式のアライメン
トセンサのアライメント光学系２１が配置されている。
アライメント光学系２１において、レーザ光源、２つの
音響光学素子（ＡＯＭ）及びレンズ系等を含む２周波ビ
ーム生成系２２から、周波数差がΔｆ（例えば数１０ｋ
Ｈｚ程度）でコヒーレントな１対のレーザ光Ａ１，Ｂ１
と、周波数差がΔｆでコヒーレントな別の１対のレーザ
光Ａ２，Ｂ２とが同一の交差角で射出されている。２周
波ビーム生成系２２内のレーザ光源としては、ウエハＷ
上のフォトレジストに対して非感光性の波長域のレーザ
光を発生するＨｅ−Ｎｅレーザ光源（発振波長６３３ｎ
ｍ）、又は半導体レーザ素子（発振波長６００〜８００
ｎｍ）等が使用される。

【００３０】レーザ光Ａ１，Ｂ１及びＡ２，Ｂ２はそれ
ぞれ一度交差した後、小型のミラー２４Ｂの側面を通過
してアライメント対物レンズ２３、光路折り曲げ用のミ
ラー２４Ａを経た後、ダイクロイックミラー６を透過し
てレチクルＲのパターン面で交差する。この場合、レー
ザ光Ａ１，Ｂ１はレチクルＲのＸ軸のレチクルマークと
しての回折格子マーク１６ＡＸ上に所定の交差角で入射
し、レーザ光Ａ２，Ｂ２はレチクルＲのレチクル窓１７
Ａを通過した後、投影光学系ＰＬ及び色収差制御板２０
を介してウエハＷ上のＸ軸のウエハマークとしての回折
格子マーク１９ＡＸ上に所定の交差角で入射する。

【００３１】ここで、レーザ光Ａ１，Ｂ１及びＡ２，Ｂ
２はアライメント光であり、このアライメント光のもと
での投影光学系ＰＬのレチクルＲからウエハＷへの投影
倍率をβａとすると、本例ではレチクルＲ側の回折格子
マーク１６ＡＸのピッチＰｍ、及びウエハＷ側の回折格
子マーク１９ＡＸのピッチＰｗは、次の関係を満たすよ
うに設定されている。なお、その投影倍率βａは、色収
差制御板２０でそのアライメント光に対する色収差制御
を行って得られる投影倍率であり、投影倍率βａは、予
め計算、又は空間像計測等によって正確に求められてい
る。

【００３２】Ｐｗ＝βａ・Ｐｍ（５）また、回折格子マーク１６ＡＸのピッチＰｍは、この上
に入射したレーザ光Ａ１，Ｂ１の±１次回折光が互いに
平行に干渉光Ｃ１としてレチクルＲから垂直上方に射出
されるように設定されている。従って、その干渉光Ｃ１
は、ダイクロイックミラー６、ミラー２４Ａ、アライメ
ント対物レンズ２３を経てミラー２４Ｂに入射し、ミラ
ー２４Ｂで反射された干渉光Ｃ１は、集光レンズ２５及
び部分的に反射膜が形成されたレチクル／ウエハ干渉光
分離ミラー２６を経て、フォトダイオード等からなるレ
チクルマーク用の光電検出器２７Ｒで受光される。光電
検出器２７Ｒで干渉光Ｃ１を光電変換して得られる周波
数Δｆのレチクルビート信号ＳＲは、アライメント信号
処理系２８中の一方の位相比較部２８ｃに供給される。

【００３３】一方、レチクル窓１７Ａを通過した１対の
レーザ光Ａ２及びＢ２は、それぞれ投影光学系ＰＬ中の
色収差制御板２０上の色収差制御部材２０ｃ及び２０ｂ
で偏向されて、ウエハＷ上の回折格子マーク１９ＡＸ上
に入射する。この際に、色収差制御部材２０ｃ，２０ｂ
によってレーザ光Ａ２，Ｂ２のもとでレチクルＲのパタ
ーン面とウエハＷの表面とが共役になっており、且つ
（５）式の関係が成立するため、回折格子マーク１９Ａ
Ｘ上に入射したレーザ光Ａ２，Ｂ２の±１次回折光が互
いに平行に干渉光Ｃ２としてウエハＷから垂直上方に射
出される。この干渉光Ｃ２は、投影光学系ＰＬ及びその
中の色収差制御板２０上の色収差制御部材２０ａを経て
レチクルＲ上のレチクル窓１７Ａに戻り、レチクル窓１
７Ａを通過した干渉光Ｃ２は、レチクルＲからの干渉光
Ｃ１とほぼ平行にダイクロイックミラー６〜集光レンズ
２５を経てレチクル／ウエハ干渉光分離ミラー２６に至
る。そして、レチクル／ウエハ干渉光分離ミラー２６で
干渉光Ｃ１と分離された干渉光Ｃ２は、フォトダイオー
ド等からなるウエハマーク用の光電検出器２７Ｗで受光
される。光電検出器２７Ｗで干渉光Ｃ２を光電変換して
得られる周波数Δｆのウエハビート信号ＳＷは、アライ
メント信号処理系２８中の他方の位相比較部２８ｄに供
給される。以上の２周波ビーム生成系２２〜光電検出器
２７Ｒ，２８Ｗよりアライメント光学系２１が構成され
ている。

【００３４】また、アライメント信号処理系２８内の駆
動信号発生部２８ｂから２周波ビーム生成系２２内の２
つの音響光学素子（ＡＯＭ）に対して周波数差がΔｆの
駆動信号が供給され、この２つの駆動信号を例えば混合
して得られる周波数Δｆの参照ビート信号ＳＤが２つの
位相比較部２８ｃ，２８ｄに供給されている。なお、参
照ビート信号ＳＤの代わりに、単純な基準クロック発生
装置からの周波数Δｆのパルス信号を使ってもよい。

【００３５】そして、位相比較部２８ｃではレチクルビ
ート信号ＳＲと参照ビート信号ＳＤとの位相差φｍを検
出して、検出結果を演算制御部２８ａに供給し、位相比
較部２８ｄではウエハビート信号ＳＷと参照ビート信号
ＳＤとの位相差φｗを検出して、検出結果を演算制御部
２８ａに供給する。即ち、本例では所定の基準として、
電気信号である参照ビート信号ＳＤが使用されている。

【００３６】前者の位相差φｍを使用すると、参照ビー
ト信号ＳＤという仮想の基準に対して、アライメント光
によって検出されるレチクルＲ上での回折格子マーク１
６ＡＸ（レチクルマーク）のＸ方向への位置ずれ量ΔＸ
ｍは次のようになる。 ΔＸｍ＝φｍ・Ｐｍ／（２π）（６）同様に、後者の位相差φｗを使用すると、参照ビート信
号ＳＤという仮想の基準に対して、アライメント光によ
って検出されるウエハＷ上での回折格子マーク１９ＡＸ
（ウエハマーク）のＸ方向への位置ずれ量ΔＸｗは次の
ようになる。

【００３７】 ΔＸｗ＝φｗ・Ｐｗ／（２π）（７）従って、露光光ＩＬのもとでのレチクルＲとウエハＷと
のＸ方向への位置ずれ量を、レチクルＲ上での位置ずれ
量に換算した値をΔＸｅとすると、（６）式、（７）
式、及び露光光ＩＬのもとでの投影倍率βｅを用いて、
演算制御部２８ａでは次式より位置ずれ量ΔＸｅを求め
る。なお、途中で（５）式の関係を使用している。

【００３８】 ΔＸｅ＝ΔＸｍ−ΔＸｗ／βｅ＝φｍ・Ｐｍ／（２π）−φｗ・Ｐｗ／（２πβｅ）＝φｍ・Ｐｍ／（２π）−φｗ・βａ・Ｐｍ／（２πβｅ）＝｛Ｐｍ／（２π)}・(φｍ−φｗ・βａ／βｅ）（８）この（８）式より得られる位置ずれ量ΔＸｅが主制御系
１０に供給され、主制御系１０ではその位置ずれ量ΔＸ
ｅが０、又は所定の基準値になるようにレチクルステー
ジ７のＸ方向の位置を微調整する。同様に、不図示のＹ
軸用のアライメントセンサによって検出されるＹ軸のレ
チクルマーク及びウエハマークの位置に基づいて、レチ
クルステージ７のＹ方向の位置が微調整され、その後そ
の相対位置関係を保って走査露光方式で露光が行われ
る。なお、実際には、例えば図２（ａ）において、レチ
クルＲ上の２つのＸ軸の回折格子マーク１６ＡＸ，１６
ＢＸと、対応するウエハＷ上の２つのＸ軸の回折格子マ
ーク１９ＡＸ，１９ＢＸとのＸ方向への位置ずれ量の平
均値に基づいて、レチクルステージ７のＸ方向への位置
が調整される。Ｙ方向の位置についても同様であり、２
つのＸ方向への位置ずれ量の差分に基づいてレチクルス
テージ７の回転角が調整される。

【００３９】この場合、（８）式から分かるように、レ
チクルビート信号ＳＲについて位相比較部２８ｃで検出
される位相差φｍと、ウエハビート信号ＳＷについて位
相比較部２８ｄで検出される位相差φｗとの差分を直接
求めるだけでは、露光光のもとでのレチクルＲとウエハ
Ｗとの位置ずれ量を求めることはできない。そのため、
本例のように参照ビート信号ＳＤを用いて、個別にレチ
クルマークの位置ずれ量ΔＸｍ及びウエハマークの位置
ずれ量ΔＸｗを求めた後に、投影倍率の補正を行って差
分を求めることが望ましい。

【００４０】なお、上述の実施の形態では、レチクルＲ
とウエハＷとの位置ずれ量をレチクルステージ７を駆動
して補正しているが、ウエハステージ１３を動かしてそ
の位置ずれ量を補正してもよい。（８）式の位置ずれ量
ΔＸｅを用いて、露光光のもとでのウエハＷ上での、レ
チクルＲとウエハＷとの位置ずれ量ΔＸｅｗは次のよう
になる。

【００４１】ΔＸｅｗ＝ΔＸｅ・βｅ（９）このとき、この位置ずれ量ΔＸｅｗが０、又は所定の基
準値になるようにウエハステージ１３を駆動することに
よってＸ方向への位置合わせが行われる。上述のように
本例では、露光光のもとでの投影光学系ＰＬの投影倍率
βｅとアライメント光のもとでの投影光学系ＰＬの投影
倍率βａとを考慮して位置合わせを行っている。これに
関して、例えば図２（ａ）において、レチクルＲ上の回
折格子マーク１６ＡＸ及び対応するウエハＷ上の回折格
子マーク１９ＡＸの位置が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
対してＸ方向（計測方向）にずれた位置にあると、ウエ
ハＷ上の回折格子マーク１９ＡＸに入射するアライメン
ト光としてのレーザ光Ａ２，Ｂ２の光路は図４のように
なる。

【００４２】図４において、レーザ光Ａ２，Ｂ２のもと
で回折格子マーク１６ＡＸと対応する回折格子マーク１
９ＡＸとは、投影光学系ＰＬに関して共役な位置にある
ものとする。しかしながら、点線で示す露光光ＩＬのも
とでは、投影倍率βｅとβａとの相違によって回折格子
マーク１６ＡＸと回折格子マーク１９ＡＸとは、投影光
学系ＰＬに関して共役な位置にはなく、回折格子マーク
１９ＡＸの位置は、露光光ＩＬのもとで回折格子マーク
１６ＡＸと共役な位置からＸ方向にΔＸだけずれてい
る。本例のように色収差制御板２０を使用しても、露光
光ＩＬとしてエキシマレーザ光を使用するような場合に
は、そのずれΔＸは無視できない量となる。そこで、本
例のように投影倍率βｅとβａとの相違を考慮して、ア
ライメント光のもとでの位置ずれ量を露光光のもとでの
位置ずれ量に換算することによって、投影倍率βｅとβ
ａとが大きくずれている場合でも、正確にアライメント
を行うことができる。

【００４３】また、本例では、レチクルＲ側の回折格子
マーク１６ＡＸのピッチＰｍに対して、ウエハＷ側の回
折格子マーク１９ＡＸのピッチＰｗは、（５）式を満た
すように設定されている。図５は、その回折格子マーク
１９ＡＸを示し、この図５において、点線で示す回折格
子マーク１９ＣＸは、レチクルＲ側の回折格子マーク１
６ＡＸのピッチＰｍに対して、露光光のもとでの投影倍
率βｅを用いてピッチＰｗ₀がβｅ・Ｐｍで表される回
折格子マークを表している。即ち、本例で使用される回
折格子マーク１９ＡＸは、従来のような露光光のもとで
の投影倍率βｅを基準としたマークに対して異なったピ
ッチを有している。これによって、図１において、レチ
クルＲ側の回折格子マーク１６ＡＸに照射されるレーザ
光Ａ１，Ｂ１の交差角と、ウエハＷ上の回折格子マーク
１９ＡＸに照射されるレーザ光Ａ２，Ｂ２のレチクルＲ
上での交差角とは同一となり、アライメント光学系２１
の構成が簡略化されている。

【００４４】なお、アライメント光での投影倍率βａと
露光光での投影倍率βｅとの差が小さい場合で、且つウ
エハＷ上の回折格子マーク１９ＡＸよりもレーザ光Ａ
２，Ｂ２の照射面積が小さい場合には、レチクルＲ側の
回折格子マーク１６ＡＸのピッチＰｍに対して、ウエハ
Ｗ側の回折格子マーク１９ＡＸのピッチＰｗを、必ずし
も（５）式を満たすように設定する必要はなく、ピッチ
Ｐｗ₀のままにしておいてもよい。但し、この場合に
は、例えばレチクルＲ側の回折格子マーク１６ＡＸの位
置をＸ方向に、そのレーザ光Ａ２，Ｂ２の照射位置での
ずれ量に対応してずらしておく必要がある。これによっ
て、アライメントマークとしての回折格子マークの作成
が容易になる利点がある。

【００４５】また、上述の実施の形態では所定の基準と
して電気信号である参照ビート信号ＳＤが使用されてい
るが、それ以外に例えばその基準としての参照格子を投
影光学系ＰＬに対して固定された位置に設け、この参照
格子からの１対の回折光よりなる干渉光を光電変換して
得られるビート信号と、レチクルビート信号ＳＲ及びウ
エハビート信号ＳＷとの位相差を検出してもよい。ま
た、本発明はステッパー型等の投影露光装置用のアライ
メントセンサとしても使用できることは明らかである。

【００４６】このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。

【００４７】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、露光光及び
位置検出光（アライメント光）における投影光学系での
投影倍率に基づいて、位置検出光によって検出される相
対位置ずれ量を露光光のもとでの相対位置ずれ量に換算
しているため、露光光と波長の異なる位置検出光を用い
て投影光学系を介してマスクと感光性の基板との位置合
わせを行う際に、その投影光学系でその位置検出光に対
して色収差が残存していても高精度に位置合わせを行う
ことができる利点がある。

【００４８】また、そのマスク上の位置合わせ用マーク
とその基板上の位置合わせ用マークとの相対位置ずれ量
を検出する際に、そのマスク上の位置合わせ用マークと
所定の基準との位置ずれ量、及びその基板上の位置合わ
せ用マークとその基準との位置ずれ量をそれぞれ独立に
検出し、このように独立に検出される２つの位置ずれ量
を投影倍率で補正した値の差分を求める場合には、露光
光及び位置検出光（アライメント光）における投影光学
系での投影倍率が大きく異なっても、正確に露光光のも
とでの相対位置ずれ量が算出される。特に、その所定の
基準として電気信号を使用するときには、検出機構が簡
略化され、検出結果の安定性も増す利点がある。

【００４９】また、そのマスク上の位置合わせ用マーク
及びその基板上の位置合わせ用マークの計測方向のピッ
チをそれぞれＰｍ及びＰｗとして、その位置検出光のも
とでのその投影光学系のそのマスクからその基板への投
影倍率をβａとしたとき、（１）式の条件を満たす場合
には、そのマスク上での２組の位置検出光の交差角を等
しくできるため、位置検出用の光学系（アライメント光
学系）の構成が簡略化できる利点がある。

【００５０】また、本発明の露光装置によれば、上述の
露光方法が実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の投影露光装置、及
びアライメントセンサを示す構成図である。

【図２】（ａ）はレチクルＲ上のレチクルマークの配置
を示す平面図、（ｂ）はウエハＷの各ショット領域に付
設されたウエハマークの配置を示す平面図である。

【図３】図１の色収差制御板２０に形成された色収差制
御部材の配置を示す平面図である。

【図４】露光光のもとでの投影倍率とアライメント光の
もとでの投影倍率との相違による位置ずれの説明図であ
る。

【図５】図２のウエハＷ上のＸ軸の回折格子マーク１９
ＡＸを示す拡大平面図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１０主制御系１６Ａ，１６Ｂレチクルマーク１６ＡＸ，１６ＡＹ回折格子マーク１７Ａ，１７Ｂレチクル窓１８ショット領域１９Ａ，１９Ｂウエハマーク１９ＡＸ，１９ＡＹ回折格子マーク２０色収差制御板２０ａ〜２０ｆ色収差制御部材２１アライメント光学系２２２周波ビーム生成系２３アライメント対物レンズ２７Ｒ，２７Ｗ光電検出器２８アライメント信号処理系２８ａ演算制御部

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５２５Ｌ５２５Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の露光光のもとでマスク上の原画パ
ターンを投影光学系を介して感光性の基板上に投影露光
するのに先だって、前記露光光と異なる波長の位置検出光を用いて前記投影
光学系を介して前記マスク上の位置合わせ用マークと前
記基板上の位置合わせ用マークとの相対位置ずれ量を検
出し、該検出結果に基づいて前記マスクと前記基板との位置合
わせを行う露光方法において、前記露光光及び前記位置検出光のそれぞれにおける前記
投影光学系の投影倍率に基づいて、前記検出される相対
位置ずれ量を前記露光光のもとでの相対位置ずれ量に換
算し、該換算結果に基づいて前記マスクと前記基板との
位置合わせを行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法であって、前記マスク上の位置合わせ用マークと前記基板上の位置
合わせ用マークとの相対位置ずれ量を検出する際に、前
記マスク上の位置合わせ用マークと所定の基準との位置
ずれ量、及び前記基板上の位置合わせ用マークと前記基
準との位置ずれ量をそれぞれ独立に検出し、該独立に検
出される２つの位置ずれ量を投影倍率で補正した値の差
分を求めることを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光方法であっ
て、前記マスク上の位置合わせ用マーク及び前記基板上の位
置合わせ用マークの計測方向のピッチをそれぞれＰｍ及
びＰｗとして、前記位置検出光のもとでの前記投影光学
系の前記マスクから前記基板への投影倍率をβａとする
と、ピッチＰｍ及びＰｗを、Ｐｗ＝βａ・Ｐｍの条件を満たすように設定することを特徴とする露光方
法。
【請求項４】所定の露光光のもとでマスク上の原画パ
ターンの像を感光性の基板上に結像投影する投影光学系
と、前記露光光とは異なる波長の位置検出光を用いて前記投
影光学系を介して前記マスク上の位置合わせ用マークと
前記基板上の位置合わせ用マークとの相対位置ずれ量を
検出する位置検出手段と、を有し、該位置検出手段の検出結果に基づいて前記マスクと前記
基板との位置合わせを行って、前記マスクの原画パター
ンを前記投影光学系を介して前記基板上に転写する露光
装置において、前記露光光及び前記位置検出光のそれぞれにおける前記
投影光学系の投影倍率に基づいて、前記位置検出手段で
検出される相対位置ずれ量を前記露光光のもとでの相対
位置ずれ量に換算する位置ずれ量補正手段を備えたこと
を特徴とする露光装置。