JPH10144593A

JPH10144593A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH10144593A
Application number: JP8302737A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: JP3709904B2

Abstract

(57)【要約】【課題】露光光の照明条件が切り換えられたような場
合でも高精度にレチクルアライメントやベースラインチ
ェックを行う。【解決手段】露光光のもとでレチクル１２上のアライ
メントマーク２９Ａ，３０Ａの像を投影光学系８を介し
て投影し、その像をウエハステージ上の開口パターン４
１Ａ，４１Ｂで相対走査する。開口パターン４１Ａ，４
１Ｂを透過した露光光を光ファイバ４２Ａ，４２Ｂ等を
介して光電センサ６４Ａ，６４Ｂで受光して得られる光
電信号より、開口パターン４１Ａ，４１Ｂに対するアラ
イメントマーク２９Ａ，２９Ｂの位置ずれ量を求める。
次に偏向ミラー１５，１６を露光光の光路中に設定し
て、不図示のレチクルアライメント系で開口パターン４
１Ａ，４１Ｂに対するアライメントマーク２９Ａ，２９
Ｂの位置ずれ量を検出し、２つの位置ずれ量の差分より
レチクルアライメント系のオフセットを求める。

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に使用
される投影露光装置に関し、更に詳しくはマスクアライ
メント用のセンサ、又は感光基板のアライメント用のセ
ンサを備えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、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（又はガラスプレート等）
上の各ショット領域に転写する投影露光装置（ステッパ
ー等）が使用されている。例えば半導体素子は、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
て形成されるので、２層目以降の回路パターンをウエハ
上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パターン
が形成された各ショット領域と、これから露光するレチ
クルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を高精
度に行う必要がある。

【０００３】そのようなアライメントを行う場合には、
例えば特開平７−１７６４６８号公報に開示されている
ように、先ずレチクル側のアライメント系を介してレチ
クル上に形成されたアライメントマークと、ウエハが載
置されるウエハステージ上に固定された基準マーク板上
の所定の基準マークとの位置ずれ量を検出することによ
って、レチクルのウエハステージに対する位置合わせで
あるレチクルアライメントが行われる。この際に、従来
はレチクルアライメント用の基準マークを、基準マーク
板の底面側から露光光と同じ波長の照明光で照明する所
謂ステージ発光方式が採用され、レチクル側のアライメ
ント系ではその基準マークを通過した照明光を検出して
いた。

【０００４】次に、ウエハ側の例えばオフ・アクシス方
式のアライメントセンサを介してウエハ上の所定のアラ
イメントマーク（ウエハマーク）の座標検出が行われ
る。この場合、予め、その基準マーク板上の別の基準マ
ークを用いて、ウエハ側のアライメントセンサの検出中
心とレチクルのパターンの投影像の中心（露光中心）と
の間隔であるベースライン量が求められて記憶されてい
る。このようにベースライン量を計測する工程はベース
ラインチェックと呼ばれている。そして、検出されたウ
エハマークの座標をそのベースライン量で補正した結果
に基づいてウエハステージを駆動することによって、ウ
エハ上の各ショット領域の中心が高精度に露光中心に設
定されて露光が行われていた。

【０００５】また、一般に投影露光装置のウエハステー
ジの座標は、ウエハステージに固定された移動鏡と外部
のレーザ干渉計とによって計測されているが、露光中に
露光光の照射による熱変形等によってその移動鏡とその
基準マーク板との位置関係が変化すると、実質的にベー
スライン量が変動して重ね合わせ誤差が生じてしまう。
そのため、従来は基準マーク板と移動鏡とはウエハステ
ージ上で近接して配置され、両者の位置関係の変化は無
視できる程度とみなされていた。そして、この前提条件
のもとで、例えばウエハの交換中にその基準マーク板上
の基準マークを介して、ウエハステージを大きく駆動す
ることなく高速に、且つほぼ同時にレチクルアライメン
ト、及びベースラインチェックが行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の投影
露光装置では、基準マーク板と移動鏡との位置関係は変
化しないものとしてレチクルアライメント等が行われて
いた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化
に伴って、重ね合わせ精度も益々厳しくなる状況にあ
り、露光光の照射熱等によるウエハステージの僅かな温
度変化に起因する基準マーク板と移動鏡との位置関係の
変化が、許容範囲を超える重ね合わせ誤差を招く可能性
が出てきた。

【０００７】例えば、移動鏡と基準マーク板とを低膨張
率のセラミックス製の部材で保持したり、基準マーク板
を石英から形成している場合、セラミックスや石英の線
膨張率は０．５〜１．０ｐｐｍ／℃程度なので、アライ
メントセンサのベースライン量が６０ｍｍ程度で、ウエ
ハステージの温度変化が０．２℃程度であるとすると、
移動鏡と基準マーク板との間隔が６〜１２ｎｍ程度変化
すると共に、それに応じて移動鏡と基準マーク板との間
の傾斜角も変化することになる。最近では、この程度の
間隔の変化や傾斜角の変化でも、必要な重ね合わせ精度
を得る上で大きな障害になりつつある。そのため、レチ
クルアライメントやベースラインチェックをより高精度
に行うことが要求されている。

【０００８】また、上述のようなステージ発光方式、即
ちウエハステージで基準マーク板の底面側から所定の基
準マークを照明する方式では、ウエハステージの機構が
複雑化し、且つ大型化するという不都合もあった。更
に、ステージ発光方式では露光光と同じ波長の照明光が
使用されてはいるものの、その開口数等の照明条件は固
定されていた。これに関して投影露光装置では、解像度
を高めるために投影光学系の開口数を切り換えたり、照
明光学系のコヒーレンスファクタであるσ値を切り換え
たり、更には輪帯照明法や変形照明法等に切り換えたり
することが行われている。このように照明条件等を切り
換えた場合には、露光用の照明光学系のテレセントリッ
ク性の条件の変化や僅かな収差によって生ずるディスト
ーションの変動によって、通常の照明条件を使用する場
合に比べて、レチクル上のアライメントマークと基準マ
ークとの位置ずれ量が僅かに変化することがある。しか
しながら、ステージ発光方式では基準マークの照明条件
を露光光の照明光学系における照明条件と完全に一致さ
せることはできないため、レチクルアライメント時に計
測誤差が生ずる恐れがあった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、ステージ発光方
式でウエハステージ側の基準マークを照明することな
く、且つ露光光の照明条件が切り換えられたような場合
でも高精度にレチクルアライメントを行うことができる
投影露光装置を提供することを第１の目的とする。本発
明は更に、露光光の照明条件が切り換えられたような場
合でも高精度にウエハ側のアライメントセンサのベース
ライン量を計測できる投影露光装置を提供することを第
２の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光装置は、位置合わせ用マーク（２９Ａ〜２９Ｄ，３
０Ａ〜３０Ｄ）及び転写用パターンが形成されたマスク
（１２）を露光光で照明する照明光学系（ＳＬ，４５，
４６，４９〜５３）と、その露光光のもとでマスク（１
２）のその転写用パターンの像を感光基板（５）上に投
影する投影光学系（８）と、感光基板（５）を移動する
基板ステージ（１〜４）とを備えた投影露光装置におい
て、その基板ステージ上に形成された第１の基準マーク
（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）と、その基板ステ
ージ上に形成された透過型の第２の基準マーク（４１
Ａ，４１Ｂ）と、マスク（１２）の上方に配置され、そ
の露光光と同じ波長域の照明光のもとで投影光学系
（８）を介してその基板ステージ上のその第１又は第２
の基準マークとマスク（１２）上の位置合わせ用マーク
（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）との位置ずれ量を
検出するマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）
と、その露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照
明光のもとでマスク（１２）上のその位置合わせ用マー
クの投影光学系（８）による投影像を第２の基準マーク
（４１Ａ，４１Ｂ）を介して検出する空間像センサ（６
４Ａ，６４Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ〜４４Ａ，４４Ｂ）と、
を設けたものである。

【００１１】斯かる本発明によれば、マスク（１２）の
アライメント時には、マスク側のアライメントセンサ
（１９，２０）は露光光と同じ波長域の照明光を用いて
落射照明方式で、マスク（１２）上の位置合わせ用マー
ク（２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ）と対応する第１
の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）との
位置ずれ量を検出する。ところが、これでは露光光の照
明条件が変化した場合にはアライメント誤差が生ずる恐
れがある。そこで、予め実際に使用される露光光と同じ
照明条件のもとで、その空間像センサによってマスク
（１２）上の位置合わせ用マークと第２の基準マーク
（４１Ａ，４１Ｂ）との相対位置を検出し、マスク側の
アライメントセンサ（１９，２０）でも両者の相対位置
を検出し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして
記憶しておく。そして、そのマスクのアライメント時に
アライメントセンサ（１９，２０）によって検出される
位置ずれ量をそのオフセットで補正することによって、
高精度にそのマスクのアライメント（レチクルアライメ
ント）が行われる。

【００１２】より具体的に本発明による第２の投影露光
装置は、その第１の投影露光装置において、そのマスク
上の位置合わせ用マークの投影像と第２の基準マーク
（４１Ａ，４１Ｂ）とを相対走査したときにその空間像
センサから得られる検出信号よりマスク（１２）とその
基板ステージとの第１の相対位置ずれ量を求めると共
に、マスク（１２）用のアライメントセンサ（１９，２
０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ用マー
クと第２の基準マーク（４１Ａ，４１Ｂ）の投影像との
位置ずれ量からマスク（１２）とその基板ステージとの
第２の相対位置ずれ量を求める演算制御手段（２２Ａ）
を設ける。更に、演算制御手段（２２Ａ）でその第２の
相対位置ずれ量とその第１の相対位置ずれ量とのオフセ
ットを求め、そのマスク側のアライメントセンサ（１
９，２０）により検出されるそのマスク上の位置合わせ
用マークと第１の基準マーク（３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ
〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ量を演算制御手段（２
２Ａ）により求められるオフセットで補正するものであ
る。

【００１３】これは、例えばその空間像センサとして光
量検出型の光電センサを使用し、第２の基準マーク（４
１Ａ，４１Ｂ）を開口パターンとして、マスク（１２）
用のアライメントセンサ（１９，２０）を画像処理方式
とした場合を意味する。このような構成でその空間像セ
ンサについては相対走査を行い、アライメントセンサ
（１９，２０）については静止状態で画像のサンプリン
グを行うことによって、第２の基準マーク（４１Ａ，４
１Ｂ）を共通に使用できる。

【００１４】また、本発明による第３の投影露光装置
は、それら第１又は第２の投影露光装置において、感光
基板（５）上の位置合わせ用マークの位置を検出するた
めの基板側のアライメントセンサ（３４）を配置し、そ
の基板ステージ上に第１の基準マーク（３５Ａ〜３５
Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）に対して所定の位置関係で第３の
基準マーク（３７Ａ〜３７Ｄ）を形成しておき、そのマ
スク側のアライメントセンサ（１９，２０）によりその
マスク上の位置合わせ用マークと第１の基準マーク（３
５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ）の投影像との位置ずれ
量を検出するのと並行に、その基板側のアライメントセ
ンサ（３４）により第３の基準マーク（３７Ａ〜３７
Ｄ）の位置を検出することによって、その基板側のアラ
イメントセンサ（３４）の検出中心とそのマスクのその
基板ステージ上への投影像の中心との相対間隔（ベース
ライン量）を計測するものである。

【００１５】この場合、予め求められているその第１の
基準マークの間隔とその第３の基準マークとの間隔を、
マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）により検
出される位置ずれ量、及び基板側のアライメントセンサ
（３４）で検出される位置ずれ量で補正することによっ
て、アライメントセンサ（３４）のベースライン量が求
められる。更に本発明では、第２の基準マーク（４１
Ａ，４１Ｂ）を介してマスク側のアライメントセンサ
（１９，２０）の検出結果を補正することによって、露
光光の照明条件が切り換わっても高精度にそのベースラ
イン量が求められる。

【００１６】また、その基板ステージの位置をレーザ干
渉計で計測する場合には、その基板ステージ上に移動鏡
（７Ｘ）が設置される。この際には、その第１の基準マ
ーク及びその第３の基準マークが形成される部材（６）
をその移動鏡（７Ｘ）と一体的に低膨張率の材料から形
成することが望ましい。これによって露光光の照射熱等
による熱変形の影響が小さくなる。

【００１７】また、上述の本発明においては、マスク側
のアライメントセンサ（１９，２０）、及びその空間像
センサ用の照明光としてそれぞれその露光光を使用し、
マスク側のアライメントセンサ（１９，２０）をその露
光光の光路から退避させるための退避装置（１７，１
８）を設けるようにしてもよい。この場合、その空間像
センサを使用する際にはその退避装置を介してアライメ
ントセンサ（１９，２０）を露光光の光路から退避さ
せ、アライメントセンサ（１９，２０）による検出を行
う際にはアライメントセンサ（１９，２０）をその露光
光の光路に戻すことによって、露光光の照明光学系を共
通に使用できる。

【００１８】また、マスク（１２）の反射率に応じて、
そのマスク側のアライメントセンサ（１９，２０）を用
いて投影光学系（８）を介してその基板ステージ上のそ
の第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合
わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、
又は第２の基準マークの位置を調整するようにしてもよ
い。例えばアライメントセンサ（１９，２０）が画像処
理方式である場合、マスク（１２）の反射率に応じて得
られる像のコントラストが最も高くなるようにその第
１、又は第２の基準マークの位置を調整することによっ
て、マスク（１２）として例えば低反射レチクルが使用
されるような場合でも、高精度にマスクのアライメント
等が行われる。

【００１９】また、その透過型の第２の基準マーク（４
１Ａ，４１Ｂ）を複数個の透過型マーク（開口）より形
成することが望ましい。これはその第２の基準マークを
マルチマーク化することを意味し、各透過型マークにつ
いて得られる位置ずれ量を平均化することによって、位
置ずれ量がより高精度に検出され、マスクのアライメン
ト等もより高精度に行われる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
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、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
光装置を示し、この図１において、図示省略された照明
光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、
「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２
上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学
系８を介してフォトレジストが塗布されたウエハ５上に
投影される。露光光ＥＬとしては、水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４
８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）等のエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光、又はＹ
ＡＧレーザの高調波等が使用できる。この際に、露光光
ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が
図１の紙面に対して前方向（又は後方向）に一定速度Ｖ
で走査されるのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対
して後方向（又は前方向）に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは
投影光学系８の縮小倍率で、例えば１／４，１／５等の
値を取る）で走査される。以下、投影光学系８の光軸Ａ
Ｘ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。

【００２１】先ず、レチクル１２及びウエハ５用のステ
ージ系について説明する。レチクル支持台９上にＹ軸に
平行な方向（Ｙ方向）に移動自在にレチクルＹ軸駆動ス
テージ１０が載置され、このレチクルＹ軸駆動ステージ
１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レ
チクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空吸
着等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ
１１は、レチクルＹ軸駆動ステージ１０に対してＸ方
向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だ
け且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチク
ル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、
レチクル支持台９上に配置されたレーザ干渉計１４によ
って、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ
方向及びθ方向の位置がモニタされている。なお、移動
鏡２１は直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計
１４は、３軸のレーザ干渉計を総称している（図２
（ｂ）参照）。レーザ干渉計１４により得られた位置情
報が、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２２Ａに
供給されている。主制御系２２Ａは、レチクル駆動装置
２２Ｄを介してレチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレ
チクル微小駆動ステージ１１の動作を制御する。レチク
ル支持台９、レチクルＹ軸駆動ステージ１０、及びレチ
クル微小駆動ステージ１１よりレチクルステージが構成
されている。

【００２２】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ方向に移
動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上
にＸ方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置
され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、この
Ｚθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によって
保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動鏡７
が固定され、外部に配置されたレーザ干渉計１３によ
り、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向
の位置がモニタされ、レーザ干渉計１３により得られた
位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。移動鏡７
も直交する２つの移動鏡を総称し、レーザ干渉計１３
は、４軸のレーザ干渉計を総称している（図２（ａ）参
照）。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂを介し
てウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ
３、及びＺθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御す
る。ウエハ支持台１、ウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエ
ハＸ軸駆動ステージ３、及びＺθ軸駆動ステージ４より
ウエハステージが構成されている。

【００２３】また、ウエハ側のレーザ干渉計１３によっ
て計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レ
チクル側のレーザ干渉計１４によって計測される座標に
より規定されるレチクル座標系との対応をとるために、
Ｚθ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク
板６が固定されている。基準マーク板６の表面はウエハ
５の表面と同じ高さに設定され、この表面上には後述の
ように各種基準マークが形成されている。本例の基準マ
ーク板６は移動鏡７（より正確には図２（ａ）に示すよ
うにＸ軸の移動鏡７Ｘ）と一体化されており、レチクル
アライメントやベースラインチェックに使用される。本
例の移動鏡７及び基準マーク板６は、線膨張率が石英よ
り小さいガラスセラミックス（例えばショット社の商品
名「ゼロデュアー」等が使用できる）より形成されてい
る。なお、ガラスセラミックスは、線膨張率は極めて小
さいが、通常使用される露光光である水銀ランプのｉ線
やエキシマレーザ光に対する透過率は低いため、露光光
を透過させるような用途には不適である。また、移動鏡
７と基準マーク板６とを一体化する方法としては、移
動鏡７と基準マーク板６とを１つの材料で一体的に成形
する方法、移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成
した後、両者を接着する方法、移動鏡７と基準マーク
板６とを別体で形成した後、例えば移動鏡７に対して基
準マーク板６を真空吸着等で吸着して固定する方法、
移動鏡７と基準マーク板６とを別体で形成した後、例え
ば移動鏡７に対して基準マーク板６を押しつけて接合す
る方法等の何れの方法を使用してもよい。

【００２４】また、本例のレチクル１２の上方には、１
対のレチクルアライメント系１９及び２０が配置されて
おり、これらのレチクルアライメント系１９，２０には
それぞれ露光光ＥＬと同じ波長の照明光にて検出対象の
マークを照明するための落射照明系と、その検出対象の
マークの像を撮像するためのアライメント顕微鏡とが含
まれている。このアライメント顕微鏡は、結像光学系と
撮像素子とを含んでいる。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント系１９及び２
０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配
置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２
Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８に
よりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬの光
路外に退避される。更に、投影光学系８のＹ方向の側面
部に、ウエハ５上のアライメントマーク（ウエハマー
ク）を観察するためのオフ・アクシス方式で画像処理方
式のアライメントセンサ３４が配置されている。

【００２５】次に、図２を参照してレチクルステージ側
のレーザ干渉計、及びウエハステージ側のレーザ干渉計
の構成等につき説明する。図２（ａ）はウエハステージ
の平面図であり、この図２（ａ）において、Ｚθ軸駆動
ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定
されている。また、Ｚθ軸駆動ステージ４の−Ｘ方向、
及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移
動鏡７Ｘ、及びＸ方向に延びたＹ軸の移動鏡７Ｙが固定
され、移動鏡７Ｘに対して基準マーク板６が一体化され
ている。また、ウエハ５上のスリット状の露光領域３２
Ｗにレチクル１２のパターンの一部の像が投影され、露
光領域３２Ｗの両端部の観察領域１９Ｗ及び２０Ｗがそ
れぞれ図１のレチクルアライメント系１９及び２０の観
察領域となっている。

【００２６】また、移動鏡７Ｘには、Ｘ軸に平行で且つ
それぞれ投影光学系８の光軸ＡＸ及びアライメントセン
サ３４の検出中心（基準点）を通る光路に沿って間隔Ｉ
ＬのレーザビームＬＷＸ及びＬＷ_ofが照射され、移動鏡
７Ｙには、Ｙ軸に平行な光路に沿って間隔ＩＬの２本の
レーザビームＬＷＹ１及びＬＷＹ２が照射されている。
レーザビームＬＷＸ，ＬＷ_of，ＬＷＹ１，ＬＷＹ２はそ
れぞれ図１のレーザ干渉計１３を構成する干渉計から供
給され、露光時には、Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ座標と
して、レーザビームＬＷＸを用いる干渉計で計測された
座標値ＸＷが使用され、Ｙ座標としてレーザビームＬＷ
Ｙ１，ＬＷＹ２をそれぞれ用いる干渉計で計測された座
標値Ｙ₁ ，Ｙ₂ の平均値ＹＷ（＝（Ｙ₁＋Ｙ₂）／２）が
用いられる。また、例えば座標値Ｙ₁ とＹ₂ との差分か
らＺθ軸駆動ステージ４の回転角（θ方向の変位量）が
計測される。それらの座標に基づいて、Ｚθ軸駆動ステ
ージ４のＸＹ平面の位置及び回転角が制御される。

【００２７】特に、走査方向であるＹ方向は２個の干渉
計の計測結果の平均値を用いることで、走査露光時の空
気揺らぎ等による誤差を平均化効果により緩和してい
る。また、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３
４を使用する場合のＸ方向の位置は、所謂アッベ誤差が
生じないように、レーザビームＬＷ_ofを使用する専用の
干渉計の計測値に基づいて制御される構成である。その
ようにレーザ干渉計１３によって計測されるウエハステ
ージのＸ座標ＸＷ、及びＹ座標ＹＷよりなる座標系（Ｘ
Ｗ，ＹＷ）を「ウエハ座標系」と呼ぶ。

【００２８】図２（ｂ）は、レチクルステージの平面図
であり、この図２（ｂ）において、レチクルＹ軸駆動ス
テージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置さ
れ、その上にレチクル１２が保持されている。また、レ
チクル微小駆動ステージ１１の＋Ｘ方向の端部、及び＋
Ｙ方向の端部にはそれぞれＹ方向に延びたＸ軸の移動鏡
２１ｘ、及びＹ軸の２個の移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２が
固定され、移動鏡２１ｘにはＸ軸に平行にレーザビーム
ＬＲｘが照射され、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２にはそれ
ぞれＹ軸に平行にレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２が照
射されている。レーザビームＬＲｘ，ＬＲｙ１，ＬＲｙ
２はそれぞれ図１のレーザ干渉計１４から供給されてい
る。そして、ウエハステージと同様に、レチクル微小駆
動ステージ１１のＹ方向の座標としては、レーザビーム
ＬＲｙ１及びＬＲｙ２を使用する２個の干渉計で計測さ
れた座標値ｙ₁ 及びｙ₂ の平均値ＹＲ（＝（ｙ₁＋ｙ₂）
／２）が用いられる。また、Ｘ方向の座標としては、レ
ーザビームＬＲｘを使用する干渉計で計測された座標値
ＸＲが使用される。また、例えば座標値ｙ₁ とｙ₂との
差分からレチクル微小駆動ステージ１１の回転角（θ方
向の変位量）が計測される。そのようにレーザ干渉計１
４によって計測されるレチクルステージのＸ座標ＸＲ、
及びＹ座標ＹＲよりなる座標系（ＸＲ，ＹＲ）を「レチ
クル座標系」と呼ぶ。

【００２９】この場合、走査方向であるＹ方向の移動鏡
２１ｙ１，２１ｙ２としてはコーナキューブ型の反射要
素が使用されており、移動鏡２１ｙ１，２１ｙ２で反射
されたレーザビームＬＲｙ１，ＬＲｙ２はそれぞれ反射
ミラー３９，３８で反射されて戻されている。即ち、そ
のレチクル用のＹ軸の干渉計はダブルパス干渉計であ
り、これによって、レチクル微小駆動ステージ１１が回
転してもレーザビームの位置ずれが生じない構成になっ
ている。また、レチクル１２上のスリット状の照明領域
３２に露光光ＥＬが照射され、照明領域３２の両端にレ
チクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２
０Ｒが設定されている。照明領域３２は図２（ａ）のウ
エハ５上の露光領域３２Ｗと共役であり、観察領域１９
Ｒ，２０Ｒは図２（ａ）のウエハ側のＺθ軸駆動ステー
ジ４上の観察領域１９Ｗ，２０Ｗと共役である。従っ
て、本例では観察領域１９Ｒ及び２０Ｒを介して、レチ
クル１２と図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４とを観察
できるようになっている。

【００３０】次に、本例の投影露光装置でレチクルアラ
イメント及びベースラインチェックを行う場合に使用さ
れるアライメントマーク及び基準マークにつき説明す
る。図２（ｃ）は、レチクル１２上に形成されたアライ
メントマーク（レチクルマーク）の配列を示し、この図
２（ｃ）において、レチクル１２の＋Ｘ方向の端部にＹ
方向に沿って一定ピッチで同一のアライメントマーク２
９Ａ〜２９Ｄが形成され、レチクル１２の−Ｘ方向の端
部にアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄと対称にアライ
メントマーク３０Ａ〜３０Ｄが形成されている。レチク
ル１２をＹ方向に走査することによって、アライメント
マーク２９Ａ〜２９Ｄ，及び３０Ａ〜３０Ｄはそれぞれ
図２（ｂ）の観察領域１９Ｒ及び２０Ｒ内に収まるよう
に形成されている。図３（ｂ）に拡大して示すように、
アライメントマーク２９Ａは、光透過性の背景中に形成
された反射型の（ウエハステージ側には遮光性の）十字
型パターン６１と、この十字型パターン６１をＸ方向に
挟むように配列された４個の基本パターン６０Ｘと、そ
の十字型パターン６１をＹ方向に挟むように配列された
４個の基本パターン６０Ｙとから構成されるマルチマー
クである。基本パターン６０Ｘは、Ｙ方向に延びた直線
状の反射型のパターンをＸ方向に一定ピッチで３本並べ
たライン・アンド・スペースパターンであり、基本パタ
ーン６０Ｙは基本パターン６０Ｘを９０°回転したライ
ン・アンド・スペースパターンである。十字型パターン
６１、及び基本パターン６０Ｘ，６０Ｙは例えばクロム
膜を蒸着することで形成される。本例の基本パターン６
０Ｘ，６０Ｙは投影光学系８の解像度の限界に近いピッ
チで形成された限界解像マークであり、これによって実
際の露光パターンに合わせて高精度にレチクルアライメ
ントが実施できるようになっている。

【００３１】図４（ａ）は、レチクル１２を図２（ａ）
の基準マーク板６上に投影して得られるレチクル像１２
Ｗを示し、この図４（ａ）において、アライメントマー
ク２９Ａ〜２９Ｄ及び３０Ａ〜３０Ｄにそれぞれ共役な
マーク像２９ＡＷ〜２９ＤＷ及びマーク像３０ＡＷ〜３
０ＤＷが示されている。これらのマーク像２９ＡＷ〜２
９ＤＷ，３０ＡＷ〜３０ＤＷはレチクル１２をＹ方向に
移動したときに、それぞれスリット状の露光領域３２Ｗ
の両端部に収まる位置に投影されている。

【００３２】図４（ｃ）は、図２（ａ）の基準マーク板
６上の基準マークの配置を示し、この図４（ｃ）におい
て、基準マーク板６上には図４（ａ）のマーク像２９Ａ
Ｗ〜２９ＤＷ及び３０ＡＷ〜３０ＤＷとほぼ同一の配置
でそれぞれ基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ及び３６Ａ〜３６
Ｄが形成されている。レチクルアライメント時には、こ
れら基準マークはレチクル１２の上方からレチクルアラ
イメント系１９，２０により、露光波長の照明光で照明
される。基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄの
形状は互いに同一であり、基準マーク３５Ａは、図３
（ａ）に示すように、例えばクロム膜のように露光光に
対する反射率の高い反射膜中に形成された正方形の開口
パターン６２Ｃと、この開口パターン６２ＣをＸ方向に
挟むように配列された４個の正方形の開口パターン６２
Ｘと、その開口パターン６２ＣをＹ方向に挟むように配
列された４個の正方形の開口パターン６２Ｙとから構成
されるマルチマークである。即ち、基準マーク３５Ａ
は、それぞれ露光光に対する反射率の低い正方形の開口
パターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙを十字型に配列したマ
ークであり、図３（ｂ）のアライメントマーク２９Ａ内
の十字型パターン６１が開口パターン６２Ｃのレチクル
への投影像内に位置するときに、他の開口パターン６２
Ｘ及び６２Ｙの像がそれぞれ基本パターン６０Ｘ及び６
２Ｙの一部に重なるように設定されている。

【００３３】一例として、図１の一方のレチクルアライ
メント系１９によって図２（ｃ）のレチクル１２上のア
ライメントマーク２９Ａ、及び図４（ｃ）の基準マーク
板６上の基準マーク３５Ａを重ねて観察すると、図５
（ａ）に示すような像が得られる。図５（ａ）におい
て、アライメントマーク２９Ａの中央の十字型パターン
６１に、基準マーク３５Ａの中央の開口パターンの像６
２ＣＲ（正方形の暗部）が重なっており、アライメント
マーク２９Ａの基本パターン６０Ｘ及び６０Ｙにもそれ
ぞれ基準マーク３５Ａの開口パターンの像６２ＸＲ及び
６２ＹＲが重なっている。また、レチクルアライメント
系１９では、基準マーク３５Ａの複数の開口パターンの
像に沿ってＸ方向に細長い観察視野ＳＸ、及びＹ方向に
細長い観察視野ＳＹ内の像をそれぞれＸ方向、及びＹ方
向に走査して撮像信号を生成する。観察視野ＳＸ及びＳ
Ｙより図２（ｂ）の観察領域１９Ｒが構成されている。

【００３４】この場合、基準マーク３５Ａの開口パター
ンの像６２ＣＲ，６２ＸＲはそれぞれ暗部であり、アラ
イメントマーク２９Ａの十字型パターン６１及び基本パ
ターン６０Ｘは、露光光を反射するパターンであるた
め、観察視野ＳＸ内の像をＸ方向に走査して得られる撮
像信号ＩＡは、図５（ｂ）に示すように、基準パターン
３５Ａの像に対応して周期的にレベルが変動する信号６
７の低レベル領域に、それぞれ高レベルとなるパルス信
号６６Ａ〜６６Ｅが重畳された信号となる。また、予め
レチクルアライメント系１９内の撮像素子上での画素ピ
ッチと、対応するウエハステージ上での２点間の座標の
間隔（ウエハ座標系上での間隔）との倍率が求めて記憶
されており、レチクルアライメント系１９の信号処理系
ではその撮像信号ＩＡをＡ／Ｄ変換し、変換後の撮像信
号ＩＡをウエハ座標系でのＸ座標に対応させてメモリに
格納する。この場合の原点は、例えば撮像素子の１番目
の画素とすればよい。その後、信号処理系では例えば所
定の閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡをスライスす
ることによってその撮像信号ＩＡを２値化し、この２値
化した信号より基準マーク３５Ａの像及びアライメント
マーク２９Ａの位置を検出する。

【００３５】一例として、基準マーク３５Ａの像３５Ａ
Ｒについては、２値の撮像信号がローレベル”０”とな
っている領域の中点の座標を各開口パターンの像６２Ｃ
Ｒ，６２ＸＲのＸ座標とみなし、アライメントマーク２
９Ａについては、２値の撮像信号がハイレベル”１”と
なる狭い領域の中点の座標を各線状パターンのＸ座標と
みなす。この結果、図５（ｂ）に示すように、基準マー
クの像３５ＡＲ内で左端の開口パターンの像の位置はｘ
Ａとなり、アライメントマーク２９Ａの左端の基本パタ
ーンの３本の線状パターンの位置はｘＡ１〜ｘＡ３とな
り、その開口パターンの像に対するその基本パターンの
Ｘ方向への位置ずれ量ΔＸＡは次のようになる。

【００３６】 ΔＸＡ＝ｘＡ−（ｘＡ１＋ｘＡ２＋ｘＡ３）／３（１）同様に、基準マークの像３５ＡＲの他の開口パターンの
像に対するアライメントマーク２９Ａの他の基本パター
ン６０Ｘ及び十字型パターン６１の位置ずれ量ΔＸＢ〜
ΔＸＥも求められる。そして、これらの位置ずれ量ΔＸ
Ａ〜ΔＸＥの平均値ΔＸ（ウエハ座標系上に換算された
値）を基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２
９ＡのＸ方向の位置ずれ量とみなす。これによってマル
チマークの平均化効果が得られ、位置ずれ量が高精度に
求められる。また、その位置ずれ量ΔＸは、基準マーク
３５Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの中心
のＸ方向への相対座標とみなすこともできる。図５
（ｂ）に示すようにこの相対座標（位置ずれ量ΔＸ）
は、基準マーク３５Ａの像の中心が原点となる。同様
に、観察視野ＳＹ内の撮像信号を処理することによっ
て、基準マーク３５Ａに対するアライメントマーク２９
ＡのＹ方向への位置ずれ量（相対座標）ΔＹが検出され
る。他の基準マーク及びアライメントマークについても
同様に位置ずれ量が検出される。

【００３７】但し、最近は、レチクル１２として例えば
低反射クロム膜よりパターンが形成されている所謂低反
射レチクルが使用されることがある。このような低反射
レチクルが使用されていると、図５（ａ）のアライメン
トマーク２９Ａの反射率も低くなるため、観察視野ＳＸ
内の像の撮像信号ＩＡは、図５（ｃ）に示すようにパル
ス信号６６Ａ〜６６Ｅのレベルが低くなる。そのため、
撮像信号ＩＡを閾値レベルＩＡ１でスライスして２値化
しようとしても、パルス信号６６Ａ〜６６Ｅの部分が全
部ローレベル”０”となる恐れがある。これを避けるた
めには、図５（ａ）において、基準マークの像３５ＡＲ
に対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及
びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらせばよい。

【００３８】図１０（ａ）は、基準マークの像３５ＡＲ
に対してアライメントマーク２９Ａの位置をＸ方向、及
びＹ方向にそれぞれ１／２ピッチずらした状態を示し、
この図１０（ａ）において、アライメントマーク２９Ａ
の基本パターン６０Ｘ，６０Ｙがそれぞれ基準マークの
像３５ＡＲの開口パターンの像６２ＸＲ，６２ＹＲの間
に位置している。

【００３９】図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のレチクル
アライメント系１９の観察視野ＳＸ内の像の撮像信号Ｉ
Ａを示し、この図１０（ｂ）において、基準マークの像
３５ＡＲに対応する信号６７の高レベル領域に、それぞ
れアライメントマーク２９Ａに対応して低レベルとなる
パルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’が重畳されている。この
際に、アライメントマーク２９Ａの反射率が小さいた
め、閾値レベルＩＡ１でその撮像信号ＩＡを２値化する
ことによって、パルス信号６６Ａ’〜６６Ｅ’もそれぞ
れ２値化される。従って、低反射レチクルを使用する場
合には、基準パターン３５Ａの各開口パターンの周囲の
反射領域の像をアライメントマーク２９Ａに重ねること
によって、基準マーク３５Ａに対するアライメントマー
ク２９Ａの位置ずれ量を高精度に検出できるようにな
る。また、図１０（ａ）ではアライメントマーク２９Ａ
の十字型パターン６１は観察視野ＳＸから外れている
が、Ｘ方向の位置検出を行う場合には基準マークの像３
５ＡＲを−Ｙ方向にずらして、基準マークの像３５ＡＲ
の開口パターンの像の間にその十字型パターン６１を収
めるようにしてもよい。これによって平均化効果が更に
高まる。

【００４０】また、図４（ｃ）に戻り、基準マーク板６
上には、基準マーク３５Ａ，３６Ａの中点から走査方向
であるＹ方向に間隔ＩＬだけ離れた位置に基準マーク３
７Ａが形成されている。間隔ＩＬは、図１における投影
光学系８の光軸ＡＸとオフ・アクシス方式のアライメン
トセンサ３４の検出中心との間隔であるベースライン量
と等しい。同様に、基準マーク３５Ｂ，３６Ｂの中点、
基準マーク３５Ｃ，３６Ｃの中点、及び基準マーク３５
Ｄ，３６Ｄの中点からそれぞれＹ方向に間隔ＩＬだけ離
れた位置に基準マーク３７Ｂ，３７Ｃ，及び３７Ｄが形
成されている。基準マーク３７Ａ〜３７Ｄは、図４
（ｄ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで
形成された格子パターン６９内の対応する格子点を使用
するものであり、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄはそれぞれ
図１のアライメントセンサ３４によって検出される。ア
ライメントセンサ３４は、基準マーク３７Ａ〜３７Ｄの
像を内部の指標マーク板上に結像し、この基準マークの
像及び指標マークの像を２次元ＣＣＤよりなる撮像素子
上にリレーする。この撮像素子からの撮像信号を付属の
信号処理系で処理することによって、その指標マークに
対する基準マークの像の２次元的な位置ずれ量が求めら
れ、この位置ずれ量が主制御系２２Ａに供給される。ウ
エハ５上のアライメントマーク（ウエハマーク）の位置
をアライメントセンサ３４で検出する場合も同様であ
る。主制御系２２Ａでは、必要に応じてその位置ずれ量
をＺθ軸駆動ステージ４のＸ座標、Ｙ座標に加算するこ
とによって、検出対象のマークのウエハ座標系（ＸＷ，
ＹＷ）での配列座標を求めることができる。

【００４１】ところで、本例のレチクルアライメント系
１９，２０は、露光波長の照明光で落射照明を行ってい
るため、厚さの異なるレチクルや厚さにテーパのあるレ
チクルを使用すると、レチクルアライメント系１９，２
０の撮像素子の撮像面に対して、レチクル上のアライメ
ントマーク２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄの結像面、
及び基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３
６Ａ〜３６Ｄの結像面がデフォーカスすることによっ
て、検出される位置ずれ量にオフセットが残存する恐れ
がある。また、実際の露光光の照明光学系は、レチクル
アライメント系１９，２０内の照明系よりもコヒーレン
スファクタ（σ値）が大きく、更に投影光学系８の焦点
深度をあまり浅くすることなく解像度を高めるために変
形照明や輪帯照明等の機構も設けられている。そのた
め、実際の露光光のもとでの基準マーク３５Ａ〜３５
Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄとアライメントマーク２９Ａ〜２９
Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄとの位置ずれ量と、レチクルアライ
メント系１９，２０で検出される位置ずれ量との間に、
ディストーションの差等に起因するオフセットが発生し
ている恐れもある。このようにレチクルアライメント系
１９，２０で検出される位置ずれ量に、実際の位置ずれ
量に対するオフセットが混入していると、レチクルアラ
イメント、及びベースライン量の計測を高精度に行うこ
とができなくなり、重ね合わせ露光を行う場合に重ね合
わせ誤差が生ずることになる。そのレチクルアライメン
ト系１９，２０のオフセットを求めるために、本例では
以下のように透過型の基準マーク板、及び空間像センサ
を設けている。

【００４２】即ち、図２（ａ）に示すように、本例のウ
エハステージのＺθ軸駆動ステージ４上の基準マーク板
６の近傍に、露光光を透過する材料よりなる透過型基板
４０が固定されている。透過型基板４０の表面はウエハ
５の表面と同じ高さに設定され、図２（ａ）及び図４
（ｂ）に示すように、透過型基板４０上の表面の遮光膜
中にはＸ方向に基準マーク３５Ａ，３６Ａ（図４（ｃ）
参照）と同じ間隔で２つの同一の開口パターン４１Ａ及
び４１Ｂが形成されている。本例の移動鏡７Ｘ，７Ｙ及
び基準マーク板６は露光光を透過する必要がないため、
ガラスセラミックスのように紫外域等の露光光に対する
透過率は小さくとも極めて低膨張率の材料から形成でき
るのに対して、透過型基板４０はｉ線やエキシマレーザ
光等の紫外域の露光光を透過する必要があるため、その
ような露光光を透過でき、且つ線膨張率も小さい石英よ
り形成されている。

【００４３】また、透過型基板４０上の開口パターン４
１Ａ，４１Ｂは、基準マーク板６上の基準マーク３５Ａ
〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状である。即ち、図
３（ａ）に示すように、開口パターン４１Ａは、遮光膜
中に形成された正方形の小開口パターン６３Ｃと、この
小開口パターン６３ＣをＸ方向に挟むように配列された
４個の正方形の小開口パターン６３Ｘと、その小開口パ
ターン６３ＣをＹ方向に挟むように配列された４個の正
方形の小開口パターン６３Ｙとから構成されたマルチマ
ークであり、小開口パターン６３Ｃ，６３Ｘ，６３Ｙの
大きさ及び配列は、基準マーク３５Ａを構成する開口パ
ターン６２Ｃ，６２Ｘ，６２Ｙの大きさ及び配列と同一
である。従って、図３（ｂ）のアライメントマーク２９
Ａの像をその透過型基板４０上に投影した場合、その中
心の十字型パターン６１の像が開口パターン４１Ａの中
心の小開口パターン６３Ｃに重なると、他の基本パター
ン６０Ｘ及び６０Ｙの投影像がそれぞれ小開口パターン
６３Ｘ及び６３Ｙに重なるようになる。更に、透過型基
板４０の底部に空間像センサが配置されている。

【００４４】図７は、本例の投影露光装置の照明光学
系、及び空間像センサの構成を示し、この図７におい
て、光源、各種光学フィルタ、及び光束の断面形状を整
形する整形光学系等を含む光源系ＳＬから、所定の断面
形状で且つ所定の照度分布に設定された露光光ＥＬがフ
ライアイレンズ５３に照射され、フライアイレンズ５３
の射出面に多数の２次光源が形成される。その射出面は
レチクル１２のパターン形成面に対する光学的フーリエ
変換面（瞳面）であり、その射出面に開口絞りを備えた
レボルバ５１が回転自在に配置されている。レボルバ５
１の周囲には通常の円形の開口絞り、小さいコヒーレン
スファクタ（σ値）用の小さい円形の開口絞り、輪帯状
の開口絞り、及び偏心した４個の小さい円形開口よりな
る変形照明用の開口絞り等が等角度間隔で配置され、主
制御系２２Ａが照明条件切り換えユニット５２を介して
そのレボルバ５１を回転することによって、所望の開口
絞り（σ絞り）をフライアイレンズ５３の射出面に設定
できるように構成されている。

【００４５】レボルバ５１中の１つの開口絞りを通過し
た露光光ＥＬは、第１リレーレンズ５０、偏向ミラー４
９、可動型結像ブラインド４７、第２リレーレンズ４
６、及びコンデンサレンズ４５を経て、レチクル１２の
パターン形成面（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。可動型結像ブラインド４７の配
置面はレチクル１２のパターン形成面と共役であり、可
動型結像ブラインド４７はＸ方向に配置された２枚の可
動ブレード４７ａ，４７ｂ、及び図７の紙面に垂直なＹ
方向に配置された２枚の可動ブレード（不図示）より構
成され、これらの可動ブレードで囲まれた開口によって
レチクル１２上の照明領域が決定される。また、走査露
光の開始時、及び終了時にそれぞれ制御ユニット４８を
介して可動型結像ブラインド４７のＹ方向の２枚の可動
ブレードを次第に開けること、及び次第に閉じることに
よって、レチクル１２上の本来の回路パターン以外のパ
ターンがウエハ５上に転写されないように構成されてい
る。走査露光時には投影光学系８の露光フィールドにウ
エハ５が配置され、ウエハ５上のスリット状の露光領域
に投影光学系８を介してレチクル１２のパターンの像が
投影された状態で、レチクル１２及びウエハ５が投影光
学系８に対してＹ方向に走査される。

【００４６】一方、レチクルアライメント系１９，２０
のオフセットの計測時で、且つ空間像センサを使用する
場合には、レチクルアライメント系１９，２０用の偏向
ミラー１５，１６は図１のミラー駆動装置１７，１８に
よりそれぞれ露光光ＥＬの光路外に退避されている。そ
して、図７に示すように、レチクル１２上の例えばアラ
イメントマーク２９Ａ，３０Ａがレチクルアライメント
系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ（図２（ｂ）参
照）と同じ領域内に設定され、露光光ＥＬのもとで投影
光学系８を介してアライメントマーク２９Ａ及び３０Ａ
の像が投影される位置付近に、それぞれ透過型基板４０
上の開口パターン４１Ａ及び４１Ｂが設定される。開口
パターン４１Ａ，４１Ｂはレチクル１２の走査方向に直
交する方向に、レチクルアライメント系１９，２０の観
察領域の間隔と同じ間隔で配置されている。

【００４７】そして、開口パターン４１Ａ及び４１Ｂを
透過した露光光ＥＬは、透過型基板４０の底部のＺθ軸
駆動ステージ４の内部でそれぞれ偏向ミラー４４Ａ及び
４４Ｂで反射され、集光レンズ４３Ａ及び４３Ｂを介し
て光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの一端に入射する。光フ
ァイバ４２Ａ，４２Ｂの他端はＺθ軸駆動ステージ４の
外部に設置され、光ファイバ４２Ａ及び４２Ｂの他端か
ら射出された露光光は、それぞれ不図示のリレー光学系
を経てフォトダイオード、又はフォトマルチプライア等
からなる光電センサ６４Ａ及び６４Ｂで受光され、光電
センサ６４Ａ，６４Ｂからの光電信号が信号処理系６５
に供給されている。以上の偏向ミラー４４Ａ，４４Ｂ、
集光レンズ４３Ａ，４３Ｂ、光ファイバ４２Ａ，４２
Ｂ、及び光電センサ６４Ａ，６４Ｂより空間像センサが
構成されている。なお、ここでは光ファイバ４２Ａ，４
２Ｂを用いているが、開口パターンを通過した光束を光
学レンズでリレーして光電センサ６４Ａ，６４Ｂまで導
いてもよい。

【００４８】本例の空間像センサの光電センサ６４Ａ，
６４Ｂは光量検出型であるため、開口パターン４１Ａ，
４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，２９Ｂとの位置関
係を検出するためには、レチクルステージ又はウエハス
テージを駆動することによって両者を相対的に走査する
必要がある。この場合の位置検出方法につき図８を参照
して説明する。

【００４９】図８（ａ）は、図７の透過型基板４０上の
開口パターン４１Ａにレチクル１２上のアライメントマ
ーク２９Ａの像２９ＡＷが投影されている状態を示し、
この図８（ａ）において、マーク像２９ＡＷ中の十字型
パターンの像６１Ｗは中央の小開口パターン６３Ｃとそ
の−Ｙ方向側の小開口パターンとの間に位置している。
その開口パターン４１Ａの全体を透過した露光光を光電
変換した光電信号ＩＢが、図７の光電センサ６４Ａから
信号処理系６５に供給される。この状態で、本例では例
えば図１のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｘ方向に移動する
ことによって、マーク像２９ＡＷを開口パターン４１Ａ
で＋Ｘ方向に走査する。

【００５０】図８（ｂ）はそのように開口パターン４１
Ａを走査したときに得られる光電センサ６４Ａからの光
電信号ＩＢの変化を示し、この図８（ｂ）において、横
軸は開口パターン４１Ａが静止しているとした場合に、
開口パターン４１Ａの中心に対するマーク像２９ＡＷの
中心のＸ方向への位置ずれ量、即ち開口パターン４１Ａ
に対するマーク像２９ＡＷのＸ方向への相対座標ＲＸを
示している。但し、光電信号ＩＢをサンプリングする段
階では、図７の信号処理系６５では光電信号ＩＢをＡ／
Ｄ変換し、変換後の光電信号ＩＢを単にウエハ座標系の
Ｘ座標に対応させてメモリに格納すればよい。マーク像
２９ＡＷは、３本のライン・アンド・スペースパターン
の像の集合であるため、光電信号ＩＢは高いレベルから
３段階に変化してボトム値ＩＢ１となった後、再び３段
階に変化して高いレベルとなっている。また、マーク像
２９ＡＷに対して開口パターン４１Ａを走査すると、１
個〜３個の基本パターンの像６０ＸＷが小開口パターン
６３Ｃ，６３Ｘの何れかにかかる際にも光電信号ＩＢが
階段状に変化するが、この際のボトム値は図８（ｂ）の
ボトム値ＩＢ１に比べて高いため、容易に判別すること
ができる。

【００５１】走査終了後、信号処理系６５ではその光電
信号ＩＢをウエハ座標系のＸ座標で微分することによっ
て、図８（ｃ）に示す微分信号ｄＩＢ／ｄＸを得、この
微分信号が負のパルスとなるＸ座標ｘＢ１，ｘＢ２，ｘ
Ｂ３、及びその微分信号が正のパルスとなるＸ座標ｘＢ
４，ｘＢ５，ｘＢ６を求める。その後、次のようにこれ
らのＸ座標の平均値ＸＢを算出すると、この平均値ＸＢ
を、開口パターン４１Ａの中心にマーク像２９ＡＷの中
心がＸ方向に合致しているときのウエハ座標系のＸ座標
とみなすことができる。

【００５２】ＸＢ＝（ｘＢ１＋ｘＢ２＋…＋ｘＢ５＋ｘＢ６）／６（２）また、このときのレチクル１２の位置を規定するレチク
ル座標系のＸ軸ＸＲの値をＸＲ₀として、ウエハ座標系
のＸ座標ＸＷ、及び投影光学系８の縮小倍率（１／Ｍ）
を用いると、図８（ｂ）の横軸の相対座標ＲＸは、次の
ようになる。

【００５３】ＲＸ＝（ＸＷ−ＸＢ）＋（ＸＲ−ＸＲ₀)／Ｍ（３）なお、（３）式では投影光学系８によって反転像が投影
されることが考慮されている。その相対座標ＲＸは、開
口パターン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２
９Ａの中心のＸ方向への位置ずれ量とみなすことができ
る。この際に、開口パターン４１Ａはマルチマーク化さ
れており、図８（ｂ）の光電信号ＩＢは４個のライン・
アンド・スペースパターンについての和信号であるた
め、光電信号ＩＢのＳＮ比が高く、高精度に相対座標Ｒ
Ｘが求められる。同様に、図８（ａ）において、マーク
像２９ＡＷを開口パターン４１Ａで−Ｙ方向に走査して
光電センサ６４Ａの光電信号ＩＢを取り込むことによっ
て、開口パターン４１Ａに対するアライメントマーク２
９ＡのＹ方向への位置ずれ量であるＹ方向の相対座標Ｒ
Ｙも検出できる。同様に、図７の光電センサ６４Ｂの光
電信号より、透過型基板４０上の他方の基準マーク４１
Ｂに対するアライメントマーク３０Ａの相対座標（Ｒ
Ｘ，ＲＹ）も検出できる。これらの相対座標は図１の主
制御系２２Ａに供給される。なお、透過型基板４０の代
わりにレチクル１２を走査して相対座標を求めるように
してもよい。

【００５４】また、本例では空間像センサによる計測が
終了した後、図７において、偏向ミラー１５，１６を露
光光ＥＬの光路に戻して図１のレチクルアライメント系
１９，２０を動作させ、透過型基板４０上の開口パター
ン４１Ａ，４１Ｂを図４（ｃ）の基準マーク板６上の基
準マーク３５Ａ，３６Ａの代わりにして、開口パターン
４１Ａ，４１Ｂに対するアライメントマーク２９Ａ，３
０Ａの相対座標（位置ずれ量）を計測する。この計測方
法は、図５を参照して説明した方法と同様であり、この
相対座標と空間像センサで検出された相対座標とから、
レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求め
ることができる。なお、アライメントマーク２９Ａ，３
０Ａの代わりに、図２（ｃ）のレチクル１２上の他のア
ライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使
用してもよい。この場合、本例の空間像センサ用の２つ
の開口パターン４１Ａ，４１Ｂは非走査方向に分かれて
配置されているため、レチクル１２をＹ方向に移動する
ことによって、任意の１対のアライメントマークと開口
パターン４１Ａ，４１Ｂとの位置ずれ量を並列に短時間
に計測できる。

【００５５】以下、図９のフローチャートを参照して、
レチクルアライメント系１９，２０のオフセットを求め
て、レチクルアライメント及びベースラインチェックを
行う場合の動作の一例につき説明する。先ず、図９のス
テップ１０１において、図７に示すように、レチクルア
ライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露光
光ＥＬの光路外に退避させた状態で、レチクルアライメ
ント系１９，２０の観察領域と同じ領域内にレチクル１
２のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａを移動する。ま
た、アライメントマーク２９Ａ，３０Ａが投影される位
置付近に透過型基板４０上の開口パターン４１Ａ，４１
Ｂを移動し、露光光ＥＬの照射を開始して、例えばウエ
ハステージ側のＺθ軸駆動ステージ４を駆動することに
よって図８（ａ）に示すようにマーク像２９ＡＷを開口
パターン４１Ａで走査する。この際にアライメントマー
ク３０Ａの像３０ＡＷも開口パターン４１Ｂで走査され
る。なお、レチクルステージを駆動してアライメントマ
ーク２９Ａ，３０Ａ側を移動してもよい。そして、図７
の空間像センサ内の光電センサ６４Ａ，６４Ｂからの光
電信号を信号処理系６５でサンプリングして、（２）式
のように開口パターン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像
２９ＡＷ，３０ＡＷの中心とが合致するときのウエハ座
標系のＸ座標を検出する。次に、マーク像を開口パター
ン４１Ａ，４１ＢでＹ方向に走査して、同様に開口パタ
ーン４１Ａ，４１Ｂの中心とマーク像２９ＡＷ，３０Ａ
Ｗの中心とが合致するときのウエハ座標系のＹ座標を検
出する。

【００５６】そして、ウエハステージのＺθ軸駆動ステ
ージ４をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、開口パターン４１
Ａ，４１Ｂの中心をマーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの中心
付近に設定した状態で、Ｚθ軸駆動ステージ４を静止さ
せる。この際にレチクル１２も静止しており、この状態
で主制御系２２Ａは（３）式に示すように、開口パター
ン４１Ａの中心に対するアライメントマーク２９Ａの像
の中心の相対座標（ｘ１１，ｙ１１）、及び開口パター
ン４１Ｂの中心に対するアライメントマーク２９Ｂの像
の中心の相対座標（ｘ１２，ｙ１２）を算出し、これら
の相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）（ｉ＝１，２）を内部の
メモリに記憶する。

【００５７】次に、ステップ１０２において、レチクル
アライメント系１９，２０の偏向ミラー１５，１６を露
光光ＥＬの光路に戻して、露光光ＥＬの照射を停止した
後、レチクルアライメント系１９，２０で露光波長の照
明光の照射を開始する。そして、レチクルアライメント
系１９，２０の撮像素子で開口パターン４１Ａ，４１Ｂ
のレチクルへの投影像、及びアライメントマーク２９
Ａ，３０Ａの像を撮像して撮像信号をサンプリングし、
サンプリングされた撮像信号を処理することによって、
基準マーク４１Ａの中心に対するアライメントマーク２
９Ａのウエハ座標系での相対座標（位置ずれ量）（ｘ２
１，ｙ２１）、及び基準マーク４１Ｂの中心に対するア
ライメントマーク２９Ｂのウエハ座標系での相対座標
（位置ずれ量）（ｘ２２，ｙ２２）を検出し、検出され
た相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）（ｉ＝１，２）を主制御
系２２Ａに供給する。なお、この際の検出方法は、図５
（ａ）において、基準マーク３５Ａの像３５ＡＲの代わ
りに、図８（ａ）の開口パターン４１Ａの像が存在する
ものとした場合と同じであり、図５（ｂ）のような撮像
信号ＩＡを処理すればよい。本例では透過型基板４０上
の開口パターン４１Ａ，４１Ｂを基準マーク板６上の基
準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄと同じ形状に
しているため、基準マーク３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３
６Ｄの検出を行う場合と全く同じ方法で、開口パターン
４１Ａ，４１Ｂに対する相対座標を検出できる。

【００５８】なお、図５（ｂ）に示す撮像信号ＩＡのコ
ントラスト等が悪い場合には、例えばアライメントマー
ク２９Ａ，３０Ａを非計測方向（Ｘ方向の位置ずれ量を
計測する際にはＹ方向）に微動させて、良好な撮像信号
ＩＡが得られる位置を捜せばよい。このようにレチクル
１２、又は透過型基板４０の位置を調整した場合には、
ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）
を、（３）式等を用いて調整後の位置に合わせて求めた
相対座標で置き換えておく必要がある。また、レチクル
１２として低反射レチクルが使用されているような場合
には、図１０を参照して説明したように開口パターン４
１Ａ，４１Ｂとアライメントマーク２９Ａ，３０Ａとを
１／２ピッチだけずらして位置検出を行ってもよい。こ
の場合にも、ステップ１０１で求めた相対座標（ｘ１
ｉ，ｙ１ｉ）を置き換える必要がある。

【００５９】次に、ステップ１０３において、主制御系
２２Ａは、ステップ１０２でレチクルアライメント系１
９，２０を用いて求めた相対座標（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ）
と、ステップ１０１で空間像センサを用いて求めた相対
座標（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ）との差分である相対座標差Ｓ、
即ち（ｘ２ｉ−ｘ１ｉ，ｙ２ｉ−ｙ１ｉ）（ｉ＝１，
２）を求めてメモリに記憶する。この相対座標差Ｓは、
実際の露光時に露光光ＥＬのもとで検出される相対座標
に対する、レチクルアライメント系１９，２０で検出さ
れる相対座標の差分、即ちレチクルアライメント系１
９，２０で検出される位置ずれ量のオフセットに対応し
ている。なお、相対座標差Ｓを求める際には、アライメ
ントマーク２９Ａ，３０Ａの代わりに他のアライメント
マーク２９Ｂ，３０Ｂ〜２９Ｄ，３０Ｄを使用してもよ
い。

【００６０】そして、レチクル１２上のアライメントマ
ーク２９Ａ，３０Ａがそれぞれ図２（ｂ）のレチクルア
ライメント系１９，２０の観察領域１９Ｒ，２０Ｒ内に
在る状態で、ステップ１０４において、図４（ｃ）の基
準マーク板６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａをそれぞれ
観察領域１９Ｒ，２０Ｒと共役なウエハステージ上での
観察領域１９Ｗ，２０Ｗ（図２（ａ）参照）に移動す
る。

【００６１】図６（ａ）は、このようにレチクル１２の
アライメントマークの像及び基準マーク板６上の基準マ
ークを対応する観察領域内に移動した状態を示し、この
図６（ａ）に示すように、観察領域１９Ｗ内でマーク像
２９ＡＷと基準マーク３５Ａとが同時に観察でき、観察
領域２０Ｗ内でマーク像３０ＡＷと基準マーク３６Ａと
が同時に観察できる。また、図６（ｃ）に示すように、
観察領域１９Ｗ及び２０Ｗは、それぞれ投影光学系８の
露光フィールド内の光軸を横切る位置にあり、オフ・ア
クシス方式のアライメントセンサ３４の観察領域内に基
準マーク３７Ａが収まっている。その後、ステップ１０
５において、レチクルアライメント系１９及び２０では
観察される画像（図５（ａ）に示すような画像）の撮像
信号を処理してそれぞれ基準マーク３５Ａに対するマー
ク像２９ＡＷの位置ずれ量、及び基準マーク３６Ａに対
するマーク像３０ＡＷの位置ずれ量を求め、これらの位
置ずれ量を図１の主制御系２２Ａに供給する。これと同
時に、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４で
も対応する基準マーク３７Ａの像を撮像し、この撮像信
号を処理して得られる基準マーク３７Ａの検出中心（指
標マークの中心等）からの位置ずれ量を主制御系２２Ａ
に供給する。

【００６２】その後、ステップ１０６で走査露光時と同
様に、図２（ａ）のＺθ軸駆動ステージ４を＋Ｙ方向に
移動させるのと同期して、図２（ｂ）のレチクル微小駆
動ステージ１１を−Ｙ方向に移動させる。これによっ
て、図６（ｂ）に示すように、基準マーク板６とレチク
ル像１２Ｗとが共に＋Ｙ方向に移動する。このとき、レ
チクルアライメント系１９，２０の観察領域１９Ｗ，２
０Ｗと、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３４
の観察領域とは固定されているので、観察領域１９Ｗ，
２０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域を、符号
Ａが付されたマーク群（マーク像２９ＡＷ，３０ＡＷ、
及び基準マーク３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ）から符号Ｄが
付されたマーク群（マーク像２９ＤＷ，３０ＤＷ、及び
基準マーク３５Ｄ，３６Ｄ，３７Ｄ）までが移動してい
く。この際に、符号Ｂ、符号Ｃ、及び符号Ｄが付された
マーク群が順次観察領域１９Ｗ，２０Ｗ及びアライメン
トセンサ３４の観察領域に入ったときに、Ｚθ軸駆動ス
テージ４及びレチクル微小駆動ステージ１１を静止させ
て各マークの位置検出を行う。

【００６３】この場合、図６（ａ）の状態を第１の静止
位置とすると、第２の静止位置では観察領域１９Ｗ，２
０Ｗ及びアライメントセンサ３４の観察領域に存在する
マーク群は符号Ｂが付されたマーク群、即ち図４（ａ）
のマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷ、及び図４（ｃ）の基準
マーク３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂである。そして、レチク
ルアライメント系１９及び２０では基準マーク３５Ｂ，
３６Ｂに対するマーク像２９ＢＷ，３０ＢＷの位置ずれ
量を求めて主制御系２２Ａに供給し、アライメントセン
サ３４では対応する基準マーク３７Ｂの位置ずれ量を求
めて主制御系２２Ａに供給する。以上のようなシーケン
スを第３の静止位置及び第４の静止位置（図６（ｂ）の
状態）と繰り返すことにより、符号Ｃが付されたマーク
群（マーク像２９ＣＷ，３０ＣＷ、及び基準マーク３５
Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ）、及び符号Ｄが付されたマーク群
についても、それぞれレチクルアライメント系１９，２
０及びアライメントセンサ３４によって位置計測が行わ
れる。レチクルアライメント系１９，２０で８個のマー
ク像２９ＡＷ〜３０ＤＷに対して計測されるウエハス座
標系での位置ずれ量を（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜
８）として、アライメントセンサ３４で４個の基準マー
クに対して計測されるウエハ座標系での検出中心からの
位置ずれ量を（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）と
する。

【００６４】次にステップ１０７において、主制御系２
２Ａではステップ１０３で求めた相対座標差Ｓを、それ
ぞれレチクルアライメント系１９，２０で検出された位
置ずれ量（ΔＸｎ，ΔＹｎ）（ｎ＝１〜８）から差し引
いて、減算後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）を記
憶する。これによってレチクルアライメント系１９，２
０の計測値のオフセットが補正される。それに続くステ
ップ１０８において主制御系２２Ａは、補正後の位置ず
れ量、及びアライメントセンサ３４で検出された位置ず
れ量を演算処理して動的なレチクルアライメントを行
う。この際に、本例ではアライメント精度を高めるため
に、一例として図４（ｃ）の基準マーク板６上の基準マ
ークの配列方向によって定まる座標系（以下、「基準マ
ーク板の座標系」と呼ぶ）を基準としてレチクルアライ
メントを行う。基準マーク板の座標系は、例えば基準マ
ーク部材６上の基準マーク３５Ａ，３６Ａを通る直線を
横軸（これをＸＳ軸と呼ぶ）、基準マーク３５Ａ，３５
Ｄを通る直線を縦軸（これをＹＳ軸と呼ぶ）とする座標
系（ＸＳ，ＹＳ）である。また、この基準マーク板の座
標系（ＸＳ，ＹＳ）に対して、レチクル座標系（ＸＲ，
ＹＲ）を基準マーク板６上に投影した座標系のＸＳ方向
及びＹＳ方向のスケーリング（線形伸縮）をＲｘ，Ｒ
ｙ、ローテーション（回転）をθ、直交度誤差をω、Ｘ
Ｓ方向及びＹＳ方向のオフセットをＯｘ，Ｏｙとする。
この場合の直交度誤差ωは、ＹＳ軸に対するレチクル座
標系のＹ軸を投影した軸の回転角、即ちレチクルステー
ジの走査方向の回転誤差である。

【００６５】更に、図４（ａ）のマーク像２９ＡＷ〜３
０ＤＷのレチクル座標系を基準マーク板６上に投影した
座標系での設計上の座標を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）（ｎ＝１
〜８）として、対応する基準マーク３５Ａ〜３６Ｄの座
標系（ＸＳ，ＹＳ）上での座標を（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）と
する。このとき、レチクルアライメント系１９，２０で
計測された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）
を用いて、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板
６の座標系（ＸＳ，ＹＳ）での実測された座標（Ｄｘ
ｎ’，Ｄｙｎ’）は近似的に次のようになる。

【００６６】Ｄｘｎ’＝Ｅｘｎ＋ΔＸｎ’ （４Ａ）Ｄｙｎ’＝Ｅｙｎ＋ΔＹｎ’ （４Ｂ）このとき、上述の６個の変換パラメータ（Ｒｘ，Ｒｙ，
θ，ω，Ｏｘ，Ｏｙ）、及びマーク像２９ＡＷ〜３０Ｄ
Ｗの設計上の座標（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）より、マーク像２
９ＡＷ〜３０ＤＷの基準マーク板の座標系（ＸＳ，Ｙ
Ｓ）上での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）は次のよう
に表される。

【００６７】Ｆｘｎ＝Ｒｘ・Ｄｘｎ−Ｒｘ（ω＋θ）・Ｄｙｎ＋Ｏｘ（５Ａ）Ｆｙｎ＝Ｒｙ・θ・Ｄｘｎ＋Ｒｙ・Ｄｙｎ＋Ｏｙ（５Ｂ）また、マーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷのＸＳ方向及びＹＳ
方向での計算上の座標（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）と実測された
座標（Ｄｘｎ’，Ｄｙｎ’）との差分、即ち非線形誤差
（εｘｎ，εｙｎ）は次のようになる。

【００６８】εｘｎ＝Ｆｘｎ−Ｄｘｎ’ （６Ａ） εｙｎ＝Ｆｙｎ−Ｄｙｎ’ （６Ｂ）そして、この非線形誤差（εｘｎ，εｙｎ）の８個のマ
ーク像２９ＡＷ〜３０ＤＷについての自乗和が最小とな
るように、図１の主制御系２２Ａでは最小自乗法を用い
て、上記６個の変換パラメータＲｘ，Ｒｙ，θ，ω，Ｏ
ｘ，Ｏｙの値を決定する。

【００６９】次にステップ１０９において、決定された
スケーリングＲｘ，Ｒｙをレチクル座標系（ＸＲ，Ｙ
Ｒ）の座標に乗じた座標を有すると共に、決定されたロ
ーテーションθを０にするように、レチクル座標系（Ｘ
Ｒ，ＹＲ）を回転して得られる座標系を新たにレチクル
座標系（ＸＲ，ＹＲ）として、これ以後はこの新たな座
標系に沿ってレチクル微小駆動ステージ１１（レチクル
１２）を走査する。これは、図４（ｃ）の基準マーク板
６上の基準マーク３５Ａ〜３５Ｄの配列方向に沿って図
２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ〜２９Ｄが移動す
るようにレチクル１２を走査することを意味する。な
お、オフセットＯｘ，Ｏｙについてはウエハアライメン
トで補正が行われるために、ここでは必ずしも補正を行
う必要はない。

【００７０】この結果、レチクル１２のパターンは、基
準マーク板６上の矩形に配置された基準マーク３５Ａ〜
３６Ｄに沿って走査されることになって、ウエハ上に露
光されるショット領域の形状は正確な矩形となる。更
に、ウエハステージ側の移動鏡７Ｘと基準マーク板６と
の傾斜角が変化したような場合でも、基準マーク板６上
の基準マークを基準としているため、その傾斜角の変化
の影響を受けないという利点もある。

【００７１】次にステップ１１０に移行して、主制御系
２２Ａでは、レチクルアライメント系１９，２０で計測
された補正後の位置ずれ量（ΔＸｎ’，ΔＹｎ’）（ｎ
＝１〜８）、及びアライメントセンサ３４で計測された
位置ずれ量（ΔＡＸｉ，ΔＡＹｉ）（ｉ＝１〜４）を演
算処理してアライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ方向
のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）を算出する。即
ち、図４（ｃ）の基準マーク３５Ａ，３６Ａに対するマ
ーク像２９ＡＷ，３０ＡＷの位置ずれ量を（ΔＢＸ１，
ΔＢＹ１），（ΔＢＸ２，ΔＢＹ２）、対応する基準マ
ーク３７Ａに対してアライメントセンサ３４で計測され
る位置ずれ量を（ΔＡＸ１，ΔＡＹ１）とすると、符号
Ａが付されたマーク群に対するベースライン量（ＢＥＸ
１，ＢＥＹ１）は次のようになる。

【００７２】ＢＥＸ１＝（ΔＢＸ１＋ΔＢＸ２）／２−ΔＡＸ１（７Ａ）ＢＥＹ１＝ＩＬ＋（ΔＢＹ１＋ΔＢＹ２）／２−ΔＡＹ１（７Ｂ）同様にして他の３個のマーク群に対するベースライン量
（ＢＥＸ２，ＢＥＹ３）〜（ＢＥＸ４，ＢＥＹ４）も算
出される。そして、これら４個のベースライン量を平均
化することで、アライメントセンサ３４のＸ方向及びＹ
方向のベースライン量（ＢＥＸ，ＢＥＹ）が算出され
る。このように本例では、４個のマーク群に対する計測
データを平均化してベースライン量を求めているため、
平均化効果によって高精度にベースライン量を計測でき
る。

【００７３】更に、ステップ１０７において、レチクル
アライメント系１９，２０で計測された位置ずれ量が、
ステップ１０３で求められた相対座標差Ｓで補正されて
いるため、実際の露光光ＥＬのもとでのベースライン量
が高精度に求められる。従って、レチクルステージ上の
レチクル１２が厚さの異なるレチクルに交換された場
合、又は図７の照明光学系のレボルバ５１を回転して、
変形照明、若しくは輪帯照明等に設定された場合でも、
図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める
工程を実行して、ステップ１０７でレチクルアライメン
ト系１９，２０の計測値を補正することによって、高精
度にレチクルアライメントを実行できると共に、高精度
にベースライン量を求めることができる。

【００７４】この際に、本例ではステージ発光方式が使
用されておらず、空間像センサはウエハステージの内部
で開口パターンを通過した照明光を受光するだけでよい
ため、ウエハステージが簡素化でき、且つ小型化でき
る。なお、例えばレチクルを交換した場合には通常は、
図９のステップ１０１〜１０３の相対座標差Ｓを求める
工程をレチクル上の任意の１対のアライメントマーク
（例えば図２（ｃ）のアライメントマーク２９Ａ，３０
Ａ）に対して実施するのみでよい。これは、図７の空間
像センサ、及びレチクルアライメント系１９，２０によ
る計測時には、レチクル上の同じアライメントマーク
と、透過型基板４０上の同じ開口パターン４１Ａ，４１
Ｂとが使用されるため、マーク描画誤差の影響を受け
ず、更にマルチマーク計測による平均化効果で高精度に
相対座標差Ｓを計測できるからである。

【００７５】但し、例えばレチクル１２の厚さが位置に
よって異なる場合、即ちレチクル１２の厚さにテーパが
ある場合には、図２（ｃ）のレチクル１２上の走査方向
の両端の２組のアライメントマーク２９Ａ，３０Ａ及び
２９Ｄ，３０Ｄについて、それぞれ相対座標差ＳＡ及び
ＳＤを計測しておけばよい。このとき、走査方向の中間
の２組のアライメントマーク２９Ｂ，３０Ｂ及び２９
Ｃ，３０Ｃの相対座標差ＳＢ，ＳＣについては、例えば
それらの相対座標差ＳＡ，ＳＤを比例配分することによ
って求めることができる。そして、図９のステップ１０
７で位置ずれ量の補正を行う場合には、アライメントマ
ーク２９Ａ，３０Ａ〜２９Ｄ，３０Ｄについてそれぞれ
個別に相対座標差ＳＡ〜ＳＤを用いて補正を行えばよ
い。これによって、レチクル１２の厚さにテーパがある
場合でも、正確にレチクルアライメント系１９，２０で
求めた位置ずれ量を補正できる。

【００７６】また、図１のレチクルアライメント系１９
で図５（ａ）に示すように、落射照明によって基準マー
ク３５Ａの像３５ＡＲとアライメントマーク２９Ａとを
観察する場合、レチクルアライメント系１９内の撮像素
子からの撮像信号には通常オートゲインコントロール
（ＡＧＣ）が施されている。そのため、基準マーク板６
上で基準マーク３５Ａを囲む反射膜の反射率が低く、レ
チクル１２上でアライメントマーク２９Ａの反射率が高
いような場合には、図５（ｂ）の撮像信号ＩＡが平均と
して大きく増幅される。そのため、パルス信号６６Ａ〜
６６Ｅの部分が飽和して、位置ずれ量が正確に検出でき
なくなる恐れがある。そこで、レチクルアライメント系
１９，２０内の落射照明系に光量可変機構を設け、レチ
クル１２のアライメントマークに対応する信号が飽和し
ないように照明光の光量を制御することが望ましい。

【００７７】なお、上述の実施の形態では、レチクルア
ライメント系１９，２０は独自に照明系を備えている
が、例えば図７において、偏向ミラー１５，１６を露光
光ＥＬに対するハーフミラーとすることによって、光源
系ＳＬ〜コンデンサレンズ１５よりなる露光光の照明光
学系をレチクルアライメント系１９，２０の落射照明系
として兼用するようにしてもよい。この場合、レチクル
アライメント系１９，２０を使用する際には、露光光Ｅ
Ｌの光路中に偏向ミラー１５，１６を配置し、空間像セ
ンサを使用する際には露光光ＥＬの光路から偏向ミラー
１５，１６を退避させることによって、露光光ＥＬの照
明光学系が共通に使用でき、レチクルアライメント系１
９，２０の構成が簡素化できる。

【００７８】また、上述の実施の形態はステップ・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
のであるが、本発明はステッパーのような一括露光型の
投影露光装置にも適用できることは明らかである。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。

【００７９】

【発明の効果】本発明による第１の投影露光装置によれ
ば、例えば予め実際に使用される露光光と同じ照明条件
のもとで、空間像センサによってマスク上の位置合わせ
用マークと第２の基準マークとの相対位置を検出し、マ
スク側のアライメントセンサでも両者の相対位置を検出
し、２つの相対位置のずれ量をオフセットとして記憶し
ておくことができる。そして、そのマスクのアライメン
ト時にそのアライメントセンサによって検出される位置
ずれ量をそのオフセットで補正することによって、ステ
ージ発光方式で基板ステージ（ウエハステージ）側の第
１又は第２の基準マークを照明することなく、且つ露光
光の照明条件が切り換えられた場合、マスクの厚さが変
化した場合（テーパを有する場合も含む）、又はそのマ
スク側のアライメントセンサでデフォーカスが生じた場
合でも、それぞれ高精度にマスクのアライメント（レチ
クルアライメント）を行うことができる利点がある。こ
れによってその基板ステージの小型化及び軽量化も図ら
れる。

【００８０】また、本発明による第２の投影露光装置に
よれば、例えばその空間像センサを光量検出型とし、そ
の第２の基準マークを開口パターンとし、そのアライメ
ントセンサを画像処理型とすることによって、その第２
の基準マークを容易に空間像センサとアライメントセン
サとで共通に使用できる利点がある。また、本発明によ
る第３の投影露光装置によれば、予めその空間像センサ
を用いてそのマスクのアライメントセンサの計測値を補
正しておき、この補正後の計測値と基板側のアライメン
トセンサの計測値とを使用することによって、露光光の
照明条件が切り換えられたような場合でも高精度にその
基板側のアライメントセンサのベースライン量を計測で
きる利点がある。

【００８１】また、そのマスク側のアライメントセン
サ、及びその空間像センサ用の照明光としてそれぞれそ
の露光光を使用し、そのマスク側のアライメントセンサ
をその露光光の光路から退避させるための退避装置を設
けた場合には、露光光の照明光学系を共通に使用できる
ため、全体の光学系が簡素化できる。また、そのマスク
の反射率に応じて、そのマスク側のアライメントセンサ
を用いてその投影光学系を介してその基板ステージ上の
第１、又は第２の基準マークとそのマスク上の位置合わ
せ用マークとの位置ずれ量を検出する際のその第１、又
は第２の基準マークの位置を調整する場合には、そのマ
スクとして低反射レチクルが使用されるような場合でも
高精度にそのマスク上の位置合わせ用マークの位置を検
出できる利点がある。

【００８２】また、その透過型の第２の基準マークを複
数個の透過型マークより形成した場合には、相対走査を
行うときには検出信号のＳＮ比が向上し、画像処理方式
のときには平均化効果が得られるため、それぞれマスク
のアライメント、又はベースライン量の計測をより高精
度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例
を示す概略構成図である。

【図２】（ａ）は図１のウエハステージを示す平面図、
（ｂ）は図１のレチクルステージを示す平面図、（ｃ）
はレチクル１２上のアライメントマークの配列を示す平
面図である。

【図３】（ａ）は基準マーク３５Ａ、及び空間像センサ
用の開口パターン４１Ａを示す拡大平面図、（ｂ）はレ
チクル上のアライメントマーク２９Ａを示す拡大平面図
である。

【図４】（ａ）はレチクル１２のウエハステージへの投
影像を示す平面図、（ｂ）はウエハステージ上の透過型
基板４０を示す平面図、（ｃ）は基準マーク板６上の基
準マークの配置を示す平面図、（ｄ）はオフ・アクシス
方式のアライメントセンサ用の基準マークの形状を示す
図である。

【図５】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメン
トマーク２９Ａとが重ね合わされた状態を示す拡大図、
（ｂ）は図５（ａ）の像をレチクルアライメント系で撮
像して得られる撮像信号を示す図、（ｃ）はレチクルの
反射率が低い場合の撮像信号を示す図である。

【図６】レチクル１２と基準マーク板６とを相対走査す
る際の説明図である。

【図７】図１の投影露光装置における露光光の照明光学
系、及び空間像センサを示す一部断面図を含む構成図で
ある。

【図８】（ａ）はアライメントマークの像２９ＡＷと開
口パターン４１Ａとを相対走査する様子を示す拡大図、
（ｂ）はその相対走査によって空間像センサで検出され
る光電信号ＩＢを示す図、（ｃ）はその光電信号ＩＢの
微分信号を示す図である。

【図９】本発明による実施の形態でレチクルアライメン
ト系の計測値のオフセットを求める際の動作の一例を示
すフローチャートである。

【図１０】（ａ）は基準マークの像３５ＡＲとアライメ
ントマーク２９Ａとが１／２ピッチずれて重ね合わされ
た状態を示す拡大図、（ｂ）は図１０（ａ）の像をレチ
クルアライメント系で撮像して得られる撮像信号を示す
図である。

【符号の説明】４Ｚθ軸駆動ステージ５ウエハ６基準マーク板７ウエハ側の移動鏡８投影光学系１１レチクル微小駆動ステージ１２レチクル１７，１８ミラー駆動装置１９，２０レチクルアライメント系２１レチクル側の移動鏡２２Ａ主制御系２９Ａ〜２９Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄアライメントマーク３４オフ・アクシス方式のアライメントセンサ３５Ａ〜３５Ｄ，３６Ａ〜３６Ｄ基準マーク３７Ａ〜３７Ｄ基準マーク４０透過型基板４１Ａ，４１Ｂ開口パターン４２Ａ，４２Ｂ光ファイバ６４Ａ，６４Ｂ光電センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置合わせ用マーク及び転写用パターン
が形成されたマスクを露光光で照明する照明光学系と、
前記露光光のもとで前記マスクの前記転写用パターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板
を移動する基板ステージとを備えた投影露光装置におい
て、前記基板ステージ上に形成された第１の基準マークと、前記基板ステージ上に形成された透過型の第２の基準マ
ークと、前記マスクの上方に配置され、前記露光光と同じ波長域
の照明光のもとで前記投影光学系を介して前記基板ステ
ージ上の前記第１又は第２の基準マークと前記マスク上
の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出するマスク
側のアライメントセンサと、前記露光光と同じ波長域で、且つ同じ照明条件の照明光
のもとで前記マスク上の位置合わせ用マークの前記投影
光学系による投影像を前記第２の基準マークを介して検
出する空間像センサと、を設けたことを特徴とする投影
露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、前記マスク上の位置合わせ用マークの投影像と前記第２
の基準マークとを相対走査したときに前記空間像センサ
から得られる検出信号より第１の相対位置ずれ量を求め
ると共に、前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前
記マスク上の位置合わせ用マークと前記第２の基準マー
クの投影像との位置ずれ量から求められる第２の相対位
置ずれ量と、前記第１の相対位置ずれ量とのオフセット
を求める演算制御手段を設け、前記マスク側のアライメントセンサにより検出される前
記マスク上の位置合わせ用マークと前記第１の基準マー
クの投影像との位置ずれ量を前記演算制御手段により求
められるオフセットで補正することを特徴とする投影露
光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の投影露光装置で
あって、前記感光基板上の位置合わせ用マークの位置を検出する
ための基板側のアライメントセンサを配置し、前記基板ステージ上に前記第１の基準マークに対して所
定の位置関係で第３の基準マークを形成しておき、前記マスク側のアライメントセンサにより前記マスク上
の位置合わせ用マークと前記第１の基準マークの投影像
との位置ずれ量を検出するのと並行に、前記基板側のア
ライメントセンサにより前記第３の基準マークの位置を
検出することによって、前記基板側のアライメントセン
サの検出中心と前記マスクの前記基板ステージ上への投
影像の中心との相対間隔を計測することを特徴とする投
影露光装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の投影露光装
置であって、前記マスク側のアライメントセンサ、及び前記空間像セ
ンサ用の照明光としてそれぞれ前記露光光を使用し、前記マスク側のアライメントセンサを前記露光光の光路
から退避させるための退避装置を設けたことを特徴とす
る投影露光装置。
【請求項５】請求項１、２、３、又は４記載の投影露
光装置であって、前記マスクの反射率に応じて、前記マスク側のアライメ
ントセンサを用いて前記投影光学系を介して前記基板ス
テージ上の前記第１、又は第２の基準マークと前記マス
ク上の位置合わせ用マークとの位置ずれ量を検出する際
の前記第１、又は第２の基準マークの位置を調整するこ
とを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載の投影露
光装置であって、前記透過型の第２の基準マークを複数個の透過型マーク
より形成したことを特徴とする投影露光装置。