JPH0936029A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスクの転写パターンの影響を受けることな
く、投影光学系の焦点位置および縦収差を高精度に検出
する。 【構成】 投影光学系の光軸に沿ってマスクの転写パタ
ーン面とほぼ同じ位置に形成された反射面を有する反射
基板と、投影光学系の光軸に沿って感光性基板の露光面
とほぼ同じ位置に形成されたマークを有するマーク基板
と、マーク基板を露光光とほぼ同じ波長を有する照明光
で照明するためのマーク用照明光学系と、投影光学系を
介したマーク用照明光学系からの光に基づいて反射面上
に形成されたマーク像からの反射光を、投影光学系およ
びマーク基板を介して受光するための受光手段とを備
え、マーク基板および反射基板のうち少なくとも一方の
移動に伴う受光手段の受光量の変化に基づいて投影光学
系の焦点位置および縦収差を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
または液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラ
フィ工程で使用される投影露光装置に関し、特に投影光
学系の焦点位置および縦収差の検出系を備えた走査型投
影型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の製造過程において使
用される投影露光装置には、極めて高い結像性能が要求
されている。したがって、従来の投影露光装置には、諸
収差が高度に補正された投影光学系が搭載され、この投
影光学系の焦点位置および縦収差を検出するための検出
系が備えられている。

【０００３】投影光学系の焦点位置および縦収差を検出
する系として、たとえば特開平４−３４８０１９号公
報、特開平５−１６４６５５号公報、特開平６−５４９
０号公報、特開平６−８４７５７号公報等に開示されて
いるような、いわゆるＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方
式の検出系が知られている。

【０００４】たとえば、特開平６−８４７５７号公報に
開示のＴＴＬ方式の検出系では、ウエハステージ上の基
準部材に形成された開口パターンをウエハステージ側
（すなわち投影光学系とは反対側）から照明する。開口
パターンを透過した照明光は、投影光学系を介してマス
ク（すなわちレチクル）の転写パターン領域に開口パタ
ーン像を形成する。開口パターン像からの光は、再び投
影光学系および開口パターンを介して光電変換素子に入
射する。

【０００５】このＴＴＬ方式の検出系では、たとえばウ
エハステージを投影光学系の光軸に沿って移動させなが
ら検出を行っている。そして、ウエハステージの移動に
伴う光電変換素子の出力変化に基づいて、投影光学系の
焦点位置および縦収差を検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
投影露光装置における検出系では、開口パターン像をマ
スクの転写パターン領域に形成している。このため、開
口パターン像がマスクの転写パターンによる回折作用等
の影響を受けることがあり、その結果転写パターンの影
響による検出誤差が発生し易かった。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、マスクの転写パターンの影響を受けることな
く、投影光学系の焦点位置および縦収差を高精度に検出
することのできる投影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、所定のパターンが形成されたマ
スクを露光光で照明するための露光用照明光学系と、前
記マスクパターンを感光性基板上に投影するための投影
光学系と、前記投影光学系の焦点位置および縦収差を検
出するための検出系とを備えた投影露光装置において、
前記検出系は、前記投影光学系の光軸に沿って前記マス
クの転写パターン面とほぼ同じ位置に形成された反射面
を有する反射基板と、前記投影光学系の光軸に沿って前
記感光性基板の露光面とほぼ同じ位置に形成されたマー
クを有するマーク基板と、前記マーク基板を前記露光光
とほぼ同じ波長を有する照明光で照明するためのマーク
用照明光学系と、前記投影光学系を介した前記マーク用
照明光学系からの光に基づいて前記反射面上に形成され
たマーク像からの反射光を、前記投影光学系および前記
マーク基板を介して受光するための受光手段と、前記マ
ーク基板および前記反射基板のうち少なくとも一方を前
記投影光学系の光軸に沿って移動させるための駆動手段
とを備え、前記マーク基板および前記反射基板のうち少
なくとも一方の移動に伴う前記受光手段の受光量の変化
に基づいて前記投影光学系の焦点位置および縦収差を検
出することを特徴とする投影露光装置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、前記マー
ク用照明光学系は、一端が２つに分岐したライトガイド
手段と、前記ライトガイド手段の前記一端の一方の端部
に対して照明光を供給するための光源手段と、前記ライ
トガイド手段の他端から射出された前記照明光を前記投
影光学系の光軸に沿って前記マークに集光するための集
光光学系とを備え、前記受光手段は、前記投影光学系お
よび前記マーク基板を介した前記マーク像からの反射光
を前記ライトガイド手段の前記一端の他方の端部を介し
て受光するための光検出器を有する。

【００１０】また、本発明の別の局面によれば、所定の
パターンが形成されたマスクを露光光で照明するための
露光用照明光学系と、前記マスクパターンを感光性基板
上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の焦
点位置および縦収差を検出するための検出系とを備えた
投影露光装置において、前記マスクを保持し且つ走査方
向に沿って移動可能に設けられたマスクステージと、前
記感光性基板を保持し且つ前記走査方向に沿って移動可
能に設けられた基板ステージと、前記マスク上のパター
ンを前記感光性基板上に走査露光するために前記マスク
ステージおよび前記基板ステージを前記走査方向に沿っ
て移動させる走査手段とを備え、前記検出系は、前記マ
スクステージに設けられて前記マスクの転写パターン面
とほぼ同一平面に形成された反射面を有する反射基板
と、前記基板ステージに設けられて前記感光性基板の露
光面とほぼ同一平面に形成されたマークを有するマーク
基板と、前記マーク基板を前記露光光とほぼ同じ波長を
有する照明光で照明するためのマーク用照明光学系と、
前記投影光学系を介した前記マーク用照明光学系からの
光に基づいて前記反射面上に形成されたマーク像からの
反射光を、前記投影光学系および前記マーク基板を介し
て受光するための受光手段と、前記マスクステージおよ
び前記基板ステージのうち少なくとも一方を前記投影光
学系の光軸に沿って移動させるための駆動手段とを備
え、前記マーク基板および前記反射基板のうち少なくと
も一方の前記光軸方向への移動に伴う前記受光手段の受
光量の変化に基づいて前記投影光学系の焦点位置および
縦収差を検出することを特徴とする投影露光装置を提供
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、投影光学系の光軸に
沿ってマスクの転写パターン面とほぼ同じ位置に形成さ
れた反射面を有する反射基板と、投影光学系の光軸に沿
ってウエハのような感光性基板の露光面とほぼ同じ位置
に形成されたマークを有するマーク基板とを使用する。
そして、投影光学系を介して反射基板の反射面上にマー
ク像を形成し、そのマーク像からの反射光を投影光学系
およびマーク基板を介して受光する。こうして、投影光
学系の光軸に沿ったマーク基板（または反射基板）の移
動に伴う受光量の変化に基づいて、投影光学系の焦点位
置および縦収差を検出することができる。

【００１２】特に、投影光学系に対してマスクおよびウ
エハを相対的に移動させながら露光を行う、いわゆる走
査型投影露光装置では、投影光学系の光軸に垂直な面内
において二次元的に大きく移動するマスクステージが設
けられている。そこで、このマスクステージに、マスク
とは別体の反射基板を予め搭載しておき、検出の際して
反射基板を投影光学系の転写対象領域内の所定位置に移
動させ、その反射面に投影光学系を介したマーク像を形
成させる。このように、本発明では、マスクとは別体の
反射基板の反射面にマーク像が形成されるので、マーク
像がマスクの転写パターンの影響を受けることなく、高
精度な検出が可能となる。

【００１３】具体的な実施の形態によれば、たとえば一
端が２つに分岐した光ファイバーのようなライトガイド
手段を用いる。そして、この光ファイバーの分岐した２
つに端部のうち一方の端部に対して照明光を供給する。
光ファイバーを伝搬してその他端から射出された照明光
は、投影光学系の光軸に沿ってマークに集光する。こう
して、投影光学系を介してマーク像が反射面に形成さ
れ、マーク像からの光が投影光学系およびマーク基板を
介して光ファイバーの他端に入射する。光ファイバーを
伝搬した光は、光ファイバーの分岐した２つに端部のう
ち他方の端部を介して受光される。

【００１４】特に、走査型投影露光装置では、従来の一
括型の投影露光装置と比べて、マスクの転写パターン上
を露光光が照明する領域が小さい。したがって、一括型
の投影露光装置と比較すると、マスクステージ側に利用
可能なスペースを大きく確保することができる。そこ
で、検出系の大部分をウエハステージ側からマスクステ
ージ側に配置した実施の形態も可能である。すなわち、
検出系の光源部分をマスクステージ側に配置した実施の
形態によれば、照明光を供給するための光源手段が投影
光学系よりもマスク側に配置されている。光源手段から
の光は、投影光学系を介してマーク基板上においてマー
クから間隔を隔てた所定位置に一旦集光する。そして、
マーク基板を透過した光は、投影光学系の光軸に沿って
マークに集光する。投影光学系およびマーク基板を介し
たマーク像からの反射光は、光検出器で受光される。

【００１５】さらに、検出系の大部分をマスクステージ
側に配置した実施の形態によれば、たとえば一端が２つ
に分岐した光ファイバーのようなライトガイド手段を用
いる。そして、光ファイバーの分岐した２つの端部のう
ち一方の端部に照明光を供給する。光ファイバーを伝搬
した光は他端から射出され、投影光学系を介してマーク
基板上においてマークから間隔を隔てた所定位置に一旦
集光する。そして、マーク基板を透過した光は、投影光
学系の光軸に沿ってマークに集光する。なお、投影光学
系およびマーク基板を介したマーク像からの反射光は、
照明光の光路に沿って光ファイバーの他端に入射する。
こうして、光ファイバーの分岐した２つの端部のうち他
方の端部を介して、マーク像からの反射光を光検出器で
受光する。

【００１６】このように、検出系の光ファイバー部分を
マスクステージ側に配置した実施の形態によれば、光フ
ァイバーがウエハステージの駆動に負荷をかけたり、装
置の振動が光ファイバーを介してウエハステージに伝わ
ったりするのを回避することができるため、ウエハステ
ージのステッピング精度への悪影響を防止するこおが可
能となる。また、ウエハステージ側において検出系のた
めの大きなスペースを確保する必要もなくなるので、ウ
エハステージの小型化や軽量化にとって好ましい。さら
に、上述したように、マスクステージ側には利用可能な
スペースが存在するので、照明開口状態を変化させるた
めの機構を設けることが可能になるという利点や、検出
系の光学調整を行い易くなるという利点もある。

【００１７】また、ウエハステージ側においてスペース
的な余裕ができるので、複数のマークを同時に照明して
複数計測点において検出を行う、いわゆる多点同時検出
を比較的容易に実現することができる。すなわち、所定
方向に沿って形成された複数のマークを用いて、これら
複数のマークの各々に対応する投影光学系の各位置にお
ける焦点位置および縦収差を同時に検出することができ
る。

【００１８】なお、投影光学系に対してマスクおよびウ
エハを相対的に移動させながら走査露光を行う走査型投
影露光装置においては、走査方向と直交する方向に沿っ
て複数のマークを形成することにより、投影光学系の露
光領域全体に亘る検出を迅速且つ高精度に行うことがで
きる。ただし、走査方向と直交する方向に沿って複数の
マークを形成することなく、１つのマークが形成された
マーク基板を走査方向と直交する方向および走査方向に
二次元的に移動させながら検出を行うこともできる。

【００１９】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実施例にかかる投影露光
装置の構成を概略的に示す図である。なお、本実施例
は、投影光学系に対してマスクおよびウエハをそれぞれ
相対的に移動させながら逐次露光を行う、いわゆるステ
ップ・アンド・スキャン方式（走査型）の投影露光装置
に本発明を適用した例である。図１では、投影光学系４
の光軸ＡＸに対して平行にｚ軸が、光軸ＡＸに垂直な平
面内において図１の紙面に平行な方向にｘ軸が、ｚ軸お
よびｘ軸に垂直な方向にｙ軸がそれぞれ設定されてい
る。

【００２０】図示の投影露光装置は、たとえばＫｒＦま
たはＡｒＦを媒体としたエキシマレーザ光（波長２４９
ｎｍまたは１９３ｎｍ）のような露光光でマスク２を均
一に照明するための露光用照明光学系１を備えている。
マスク２はマスクステージ３上に支持されており、マス
クステージ３は投影光学系４の光軸ＡＸに対して垂直な
ｘｙ平面内において二次元的に移動可能である。なお、
マスクステージ３ひいてはマスク２のｘ方向移動量およ
びｙ方向移動量は、図示を省略したレーザ干渉計によっ
て常時計測されている。

【００２１】たとえば回路パターンが形成されたマスク
２を透過した光は、投影光学系４を介して感光性基板で
あるウエハ５に達し、ウエハ５上にはマスク２のパター
ン像が形成される。なお、ウエハ５は、ウエハステージ
６上に支持されている。ウエハステージ６は、投影光学
系４の光軸ＡＸに対して垂直なｘｙ平面内において二次
元的に駆動されるとともに、投影光学系４の光軸ＡＸに
沿って駆動されるようになっている。そして、ウエハス
テージ６ひいてはウエハ５のｘ方向移動量、ｙ方向移動
量およびｚ方向移動量は、図示を省略したレーザ干渉計
や斜入射オートフォーカス検出系により常時計測されて
いる。

【００２２】こうして、投影光学系４に対してマスク２
およびウエハ５をｘ方向に沿ってそれぞれ相対的に移動
させながらスキャン露光を行うことにより、マスク２の
パターンをウエハ５上の１つの露光領域に転写すること
ができる。そして、ウエハ５をｘｙ平面内において二次
元的に逐次駆動しながら上述のスキャン露光を繰り返す
ことにより、マスク２のパターンをウエハ５の各露光領
域に逐次転写することができる。さらに、図１の投影露
光装置では、投影光学系４の光軸ＡＸに沿ってマスク２
の転写パターン面とほぼ同じ位置に形成された反射面を
有する反射基板７が、マスクステージ３によって支持さ
れている。

【００２３】また、投影光学系４の光軸ＡＸに沿ってウ
エハ５の露光面とほぼ同じ位置に形成されたマークを有
するマーク基板８が、ウエハステージ６によって支持さ
れている。一方、ウエハステージ６には、一端が２つに
分岐した光ファイバー９のようなライトガイド手段が取
り付けられている。この光ファイバー９の分岐した２つ
の端部９ａおよび９ｂはウエハステージ６の外部に位置
し、分岐していない端部９ｃはウエハステージ６の外部
に位置している。そして、光ファイバー９の分岐した２
つの端部９ａおよび９ｂの近傍には、それぞれマーク照
明光源１０および光検出器１１が位置決めされている。

【００２４】マーク照明光源１０は、露光光とほぼ同じ
波長を有する光を供給する光源である。したがって、マ
ーク照明光源１０を、露光用照明光学系１の露光光源と
共用することも可能である。マーク照明光源１０からの
照明光は、光ファイバー９の分岐端部９ａに入射した
後、光ファイバー９の端部９ｃから射出される。光ファ
イバー９の端部９ｃから射出された光は、コンデンサー
レンズ１２を介して集光された後、折曲げミラー１３に
入射する。ミラー１３によって図１中鉛直方向に反射さ
れた照明光は、光軸ＡＸに沿ってマーク基板８上に集光
され、マーク基板８上に形成されたマークを透過照明す
る。

【００２５】図２は、マーク基板８における照野および
マークを示す図である。図２に示すように、マーク基板
８の照野２１内の所定位置には、たとえば多方向に沿っ
た複数の一次元マーク２２が形成されている。マーク基
板８のマークを透過した光は、投影光学系４を介して、
マークと光学的に共役な反射基板７の反射面上にマーク
像（一次像）を形成する。マーク像からの反射光は、再
び投影光学系４を介して、マーク上に再結像する。すな
わち、マーク基板８上において、マーク二次像がマーク
に重なるように形成される。

【００２６】マーク像からの反射光のうちマークを透過
した光は、ミラー１３およびコンデンサーレンズ１２を
介して、光ファイバー９の端部９ｃに入射する。そし
て、光ファイバー９の分岐端部９ｂを介して、光検出器
１１によって受光される。光検出器１１の受光量に応じ
た信号は、主制御系１４に供給されるようになってい
る。また、この主制御系１４は、図示を省略した駆動系
を介して、ウエハステージ６をｚ方向（光軸ＡＸ方向）
に沿って駆動制御する。

【００２７】このように、反射基板７、マーク基板８、
光ファイバー９、マーク照明光源１０、光検出器１１、
コンデンサーレンズ１２、ミラー１３および主制御系１
４は、投影光学系４の焦点位置および縦収差を検出する
ための検出系を構成している。

【００２８】次に、投影光学系４の焦点位置および縦収
差の検出動作について説明する。検出に際して、まずマ
スクステージ３およびウエハステージ６をｘｙ平面内に
おいて適宜移動させ、反射基板７およびマーク基板８を
投影光学系４に対して位置決めする。すなわち、反射基
板７を投影光学系４の転写対象領域内の所定位置に、マ
ーク基板８を投影光学系４の露光領域内の所定位置にそ
れぞれ位置決めする。次いで、主制御系１４が駆動系
（不図示）を介してウエハステージ６を駆動し、マスク
基板８をｚ方向に移動させる。

【００２９】主制御系１４は、マスク基板８のｚ方向移
動に同期させて、光検出器１１からの信号を受ける。こ
うして、マスク基板８のｚ方向移動に伴う光検出器１１
の受光量の変化に基づいて、投影光学系４の焦点位置お
よび縦収差を検出することができる。なお、焦点位置お
よび縦収差を検出する原理については、前述の特開平６
−８４７５７号公報に詳述されているので、本発明にお
いて重複する説明を省略する。

【００３０】従来技術では、投影光学系を介したマーク
からの光に対する反射面がマスクの転写パターン領域で
あった。しかしながら、第１実施例の投影露光装置にお
ける検出系では、マスク２と別体に形成された反射基板
７に形成された反射面を利用する。なお、この反射面に
は転写パターンのようなパターンが形成されていないこ
とはいうまでもない。こうして、マスク２と別体に形成
された反射基板７に形成された反射面を利用することに
より、マスク２の転写パターンの影響を受けることな
く、投影光学系４の焦点位置および縦収差について高精
度な検出が可能となる。

【００３１】このように、マスク２と別体に形成された
反射基板７を用いる本発明の構成は、露光に際してマス
クステージ３を光軸ＡＸに垂直な面内（ｘｙ平面内）に
おいて大きく移動する必要のある走査型（ステップ・ア
ンド・スキャン型）の投影露光装置に最適である。な
お、従来は、検出に際してマスクパターンの影響を受け
ないように、検出専用のマスクを用意していた。しかし
ながら、第１実施例では、反射基板７がマスクステージ
３に予め搭載されているので、現行のマスクを上述の検
出専用マスクと交換する必要もなく、現行のマスクを搭
載したまま迅速且つ高精度に検出を行うことができる。

【００３２】図３は、本発明の第２実施例にかかる投影
露光装置の構成を概略的に示す図である。図３の第２実
施例の構成は第１実施例の構成と類似しているが、検出
系の大部分がマスクステージ側に配置されている点が基
本的に相違する。したがって、図３において第１実施例
の構成要素と同様の機能を有する要素には、図１と同じ
参照符号を付している。なお、図３において主制御系の
図示を省略しているが、第２実施例においても検出動作
は第１実施例と基本的に同じである。以下、第１実施例
との相違的に着目して第２実施例を説明する。

【００３３】図３の投影露光装置では、一端が２つに分
岐した光ファイバー９のようなライトガイド手段を備え
ている。この光ファイバー９の分岐した２つの端部９ａ
および９ｂの近傍には、それぞれマーク照明光源１０お
よび光検出器１１が位置決めされている。マーク照明光
源１０は、露光光とほぼ同じ波長を有する光を供給する
光源である。したがって、マーク照明光源１０を、露光
用照明光学系１の露光光源と共用することも可能であ
る。

【００３４】マーク照明光源１０からの照明光は、光フ
ァイバー９の分岐端部９ａに入射した後、光ファイバー
９を伝搬して端部９ｃの面に二次光源を形成する。光フ
ァイバー９の端部９ｃから射出された光は、リレーレン
ズ系３１を介して集光され、光源像（三次光源）を形成
する。光源像が形成される位置には、開口絞り３２が設
けられている。この開口絞り３２は主制御系（不図示）
からの指令を受けた駆動系３３によって駆動され、その
開口の大きさが変化するようになっている。

【００３５】光源像からの光は、折曲げミラー３４によ
って図３中鉛直方向に反射された後、投影光学系４に入
射する。投影光学系４を介した光は、マーク基板８上に
おいてマークから間隔を隔てた所定位置に集光し、光源
像（四次光源）を形成する。このように、光ファイバー
９の端部９ｃの面と、開口絞り３２の面と、マーク基板
８の面とが光学的に共役になっている。マーク基板８を
透過した光は、ミラー３６、コンデンサーレンズ３５お
よびミラー３７を介して、光軸ＡＸに沿ってマーク基板
８上に集光され、マーク基板８上に形成されたマークを
透過照明する。

【００３６】マーク基板８のマークを透過した光は、投
影光学系４を介して、マークと光学的に共役な反射基板
７の反射面上にマーク像（一次像）を形成する。マーク
像からの反射光は、再び投影光学系４を介して、マーク
上に再結像する。すなわち、マーク基板８上において、
マーク二次像がマークに重なるように形成される。

【００３７】マーク像からの反射光のうちマークを透過
した光は、ミラー３７、コンデンサーレンズ３５、ミラ
ー３６、マーク基板８、投影光学系４、ミラー３４およ
びリレーレンズ系３１を介して、光ファイバー９の端部
９ｃに入射する。そして、光ファイバー９の分岐端部９
ｂを介して、光検出器１１によって受光される。光検出
器１１の受光量に応じた信号は、主制御系（不図示）に
供給される。

【００３８】こうして、第２実施例においても、マスク
基板８のｚ方向移動に伴う光検出器１１の受光量の変化
に基づいて、投影光学系４の焦点位置および縦収差を検
出することができる。第２実施例では、検出系の大部分
が、特に光ファイバー部分がマスクステージ側に配置さ
れている。したがって、従来技術とは異なり、光ファイ
バーがウエハステージの駆動に負荷をかけたり、光ファ
イバーを介した装置の振動がウエハステージに伝わった
りすることがない。その結果、ウエハステージの駆動精
度が低下するのを回避することができる。

【００３９】また、マスクステージ側には利用可能なス
ペースが存在するので、上述の開口絞り３２のような照
明開口状態（照明σ）を変化させるための機構を設ける
ことが可能になる。また、検出系を構成する各光学部材
の光学調整を行い易いという利点もある。なお、第２実
施例において、リレーレンズ系３１、開口絞り３２およ
び駆動系３３は必須の要素ではなく、マーク基板８上に
三次光源を形成するようにしてもよい。また、第２実施
例において、光検出器１１がマスクステージ３側に必ず
しも位置決めされている必要はなく、ウエハステージ６
側に適宜配置されていてもよい。

【００４０】図４は、図３の投影露光装置において、複
数のマークを同時に照明して複数計測点において検出を
行う多点同時検出を説明する図である。図４に示すよう
に、多点同時検出では、投影露光装置の走査方向（ｘ方
向）と直交する方向（ｙ方向）に沿って形成された複数
のマークとして、たとえば３つのＭa 〜Ｍc を用いる。
各マークＭa 〜Ｍc には、たとえば図２に示すように、
多方向に沿った複数の一次元マークがそれぞれ形成され
ている。

【００４１】検出に際して投影光学系４の露光視野ＳＡ
内の所定位置すなわち露光領域ＰＡ内の所定位置に位置
決めされた各マークＭa 〜Ｍc は、それぞれ対応する四
次光源（または三次光源）Ｉa 〜Ｉc からの光でコンデ
ンサーレンズ３５a 〜３５cを介して同時に照明され
る。そして、マークＭa 〜Ｍc にそれぞれ対応する各マ
ーク像からの反射光が、それぞれ対応する光検出器１１
a 〜１１c （不図示）で受光される。こうして、各マー
クＭa 〜Ｍc に対応する投影光学系の各位置における焦
点位置および縦収差を同時に検出することができる。

【００４２】特に、走査型投影露光装置においては、走
査方向と直交する方向に沿って複数のマークを形成する
ことにより、投影光学系の露光領域全体に亘る検出を迅
速且つ高精度に行うことができる。なお、上述の各実施
例では、ウエハステージ５をｚ方向に移動させながら検
出を行っているが、マスクステージ３をｚ方向に移動さ
せてもよい。また、マスクステージ３およびウエハステ
ージ５の双方をｚ方向に移動させながら検出を行っても
よい。

【００４３】また、上述の各実施例では、ステップ・ア
ンド・スキャン型の投影露光装置に本発明を適用した例
を示したが、他の一般的な投影露光装置に本発明を適用
することができることは明らかである。さらに、上述の
各実施例では、エキシマレーザ光を露光光とする投影露
光装置に本発明を適用した例を示したが、他の露光光を
用いた一般的な投影露光装置に本発明を適用することが
できることは明らかである。

【００４４】

【効果】以上説明したように、本発明では、マスクとは
別体の反射基板の反射面に投影光学系を介してマーク像
を形成する。したがって、マーク像が従来技術のように
マスクの転写パターンの影響を受けることなく、投影光
学系の焦点位置および縦収差の高精度な検出が可能とな
る。

【００４５】検出系の大部分をマスクステージ側に配置
した実施の形態によれば、光ファイバーがウエハステー
ジの駆動に負荷をかけたり、ウエハステージの振動が光
ファイバーに伝わったりするのを回避することができ
る。また、照明開口状態を変化させるための機構を設け
ることが可能になるという利点や、検出系の光学調整を
行い易くなるという利点がある。さらに、複数のマーク
を同時に照明して複数計測点における検出を迅速且つ高
精度に行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる投影露光装置の構
成を概略的に示す図である。

【図２】マーク基板８における照野およびマークを示す
図である。

【図３】本発明の第２実施例にかかる投影露光装置の構
成を概略的に示す図である。

【図４】図３の投影露光装置において、複数のマークを
同時に照明して複数計測点において検出を行う多点同時
検出を説明する図である。

【符号の説明】

１ 露光用照明光学系 ２ マスク ３ マスクステージ ４ 投影光学系 ５ ウエハ ６ ウエハステージ ７ 反射基板 ８ マーク基板 ９ 光ファイバー １０ マーク照明光源 １１ 光検出器 １２ コンデンサーレンズ １３ ミラー １４ 主制御系 ３１ リレーレンズ系 ３２ 開口絞り ３５ コンデンサーレンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンが形成されたマスクを露
   光光で照明するための露光用照明光学系と、前記マスク
   パターンを感光性基板上に投影するための投影光学系
   と、前記投影光学系の焦点位置および縦収差を検出する
   ための検出系とを備えた投影露光装置において、 前記検出系は、 前記投影光学系の光軸に沿って前記マスクの転写パター
   ン面とほぼ同じ位置に形成された反射面を有する反射基
   板と、 前記投影光学系の光軸に沿って前記感光性基板の露光面
   とほぼ同じ位置に形成されたマークを有するマーク基板
   と、 前記マーク基板を前記露光光とほぼ同じ波長を有する照
   明光で照明するためのマーク用照明光学系と、 前記投影光学系を介した前記マーク用照明光学系からの
   光に基づいて前記反射面上に形成されたマーク像からの
   反射光を、前記投影光学系および前記マーク基板を介し
   て受光するための受光手段と、 前記マーク基板および前記反射基板のうち少なくとも一
   方を前記投影光学系の光軸に沿って移動させるための駆
   動手段とを備え、 前記マーク基板および前記反射基板のうち少なくとも一
   方の移動に伴う前記受光手段の受光量の変化に基づいて
   前記投影光学系の焦点位置および縦収差を検出すること
   を特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記マーク用照明光学系は、一端が２つ
   に分岐したライトガイド手段と、前記ライトガイド手段
   の前記一端の一方の端部に対して照明光を供給するため
   の光源手段と、前記ライトガイド手段の他端から射出さ
   れた前記照明光を前記投影光学系の光軸に沿って前記マ
   ークに集光するための集光光学系とを備え、 前記受光手段は、前記投影光学系および前記マーク基板
   を介した前記マーク像からの反射光を前記ライトガイド
   手段の前記一端の他方の端部を介して受光するための光
   検出器を有することを特徴とする請求項１に記載の投影
   露光装置。
3. 【請求項３】 前記マーク用照明光学系は、前記投影光
   学系よりも前記マスク側に配置されて照明光を供給する
   ための光源手段と、前記光源手段からの光を前記投影光
   学系を介して前記マーク基板上において所定位置に集光
   させるための第１集光光学系と、前記マーク基板を透過
   した光を前記投影光学系の光軸に沿って前記マークに集
   光するための第２集光光学系とを備え、 前記受光手段は、前記投影光学系および前記マーク基板
   を介した前記マーク像からの反射光を受光するための光
   検出器を備え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。
4. 【請求項４】 前記マーク用照明光学系は、一端が２つ
   に分岐したライトガイド手段を有し、 前記光源手段は、前記ライトガイド手段の前記一端の一
   方の端部に対して照明光を供給し、 前記第１集光光学系は、前記ライトガイド手段の他端か
   ら射出された前記照明光を前記所定位置に集光し、 前記光検出器は、前記投影光学系および前記マーク基板
   を介した前記マーク像からの反射光を、前記第２集光光
   学系、前記第１集光光学系および前記前記ライトガイド
   手段の前記一端の他方の端部を介して受光することを特
   徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記マーク基板には所定方向に沿って複
   数のマークが形成され、 前記マーク用照明光学系は、前記複数のマークの各々を
   同時に照明し、 前記検出系は、前記複数のマークの各々に対応する各マ
   ーク像からの反射光の受光量の変化に基づいて、前記複
   数のマークの各々に対応する前記投影光学系の各位置に
   おける焦点位置および縦収差を同時に検出することを特
   徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影露
   光装置。
6. 【請求項６】 前記マーク基板には、前記感光性基板の
   走査方向とほぼ直交する方向に沿って複数のマークが形
   成されていることを特徴とする請求項５に記載の投影露
   光装置。
7. 【請求項７】 前記露光用照明光学系と前記マーク用照
   明光学系とは、光源を共用していることを特徴とする請
   求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
8. 【請求項８】 所定のパターンが形成されたマスクを露
   光光で照明するための露光用照明光学系と、前記マスク
   パターンを感光性基板上に投影するための投影光学系
   と、前記投影光学系の焦点位置および縦収差を検出する
   ための検出系とを備えた投影露光装置において、 前記マスクを保持し且つ走査方向に沿って移動可能に設
   けられたマスクステージと、 前記感光性基板を保持し且つ前記走査方向に沿って移動
   可能に設けられた基板ステージと、 前記マスク上のパターンを前記感光性基板上に走査露光
   するために前記マスクステージおよび前記基板ステージ
   を前記走査方向に沿って移動させる走査手段とを備え、 前記検出系は、 前記マスクステージに設けられて前記マスクの転写パタ
   ーン面とほぼ同一平面に形成された反射面を有する反射
   基板と、 前記基板ステージに設けられて前記感光性基板の露光面
   とほぼ同一平面に形成されたマークを有するマーク基板
   と、 前記マーク基板を前記露光光とほぼ同じ波長を有する照
   明光で照明するためのマーク用照明光学系と、 前記投影光学系を介した前記マーク用照明光学系からの
   光に基づいて前記反射面上に形成されたマーク像からの
   反射光を、前記投影光学系および前記マーク基板を介し
   て受光するための受光手段と、 前記マスクステージおよび前記基板ステージのうち少な
   くとも一方を前記投影光学系の光軸に沿って移動させる
   ための駆動手段とを備え、 前記マーク基板および前記反射基板のうち少なくとも一
   方の前記光軸方向への移動に伴う前記受光手段の受光量
   の変化に基づいて前記投影光学系の焦点位置および縦収
   差を検出することを特徴とする投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記反射基板は、前記マスクステージに
   おいて前記マスクが保持される領域とは異なり且つ前記
   走査方向に沿って前記マスクの領域と隣合う領域に設け
   られ、 前記マーク基板は、前記基板ステージにおいて前記感光
   性基板が保持される領域とは異なる領域に設けられてい
   ることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記マーク基板には、前記走査方向と
    ほぼ直交する方向に沿って複数のマークが形成されてお
    り、 前記マーク用照明光学系は、前記複数のマークの各々を
    同時に照明し、 前記検出系は、前記複数のマークに対する各マーク像か
    らの反射光の受光量の変化に基づいて、前記複数のマー
    クの各々に対応する前記投影光学系の各位置における焦
    点位置および縦収差を同時に検出することを特徴とする
    請求項９に記載の投影露光装置。