JPS63237521A

JPS63237521A - 投影光学装置

Info

Publication number: JPS63237521A
Application number: JP62072698A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanimoto; 昭一谷元
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-04
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2535889B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はＬＳＩ等の製造におけるリソグラフイ一工程の
マイクロパターン転写に用いられる（投影光学）装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、最先端の微細化したＬＳＩのパターン転写を量産
時に行なうには超高圧水銀ランプのｇ線スペクトル（波
長４３６ｎｍ）で投射する縮小投影型露光装置（ステッ
パー）が最も広く用いられてきたが、今後さらに微細な
パターン転写を高いスルーブツトで行なう装置としてＸ
ｅＣ／！５ＫｒＦ。

ＡｒＦ等のエキシマレーザを光源とするステッパーが注
目されている。エキシマレーザ光で結像する投影レンズ
系には月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ１
９８６年８月号Ｐ６９〜に開示されているように、エキ
シマレーザを自然発振させた広いスペクトル幅（例えば
０．４ｎｓ程度）の光に対して色収差補正された広帯域
レンズと、発振スペクトル幅が０．０１ｎｍ程度以下の
エキシマレーザ光に対応した狭帯域レンズがある。広帯
域レンズは石英とホタル石で構成され、広いスペクトル
幅のコヒーレンスの悪いエキシマレーザ光を用いること
ができるのでスペックルの出る心配もなく、またレジス
トの非感光スペクトルの光に対しても収差補正が可能な
のでスルーザレンズアライメント（ＴＴＬ）のできる可
能性が強いが、ＬＳＩの量産に需要の多いウェハ上で直
径２２ｍ以上の転写領域を持ち、ＮＡ（開口数）０．３
５以上のレンズを作るのは現状のレンズ製造技術では困
難である。

これに対して狭帯域レンズは全て石英で構成され、製造
技術も現状の最先端のものをもってすれば十分であるの
で早期に実用化されるものと期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような狭帯域レンズでは直径２２閣程度の領域で０
．５μ−以下の分解能が得られたとしても、スルーザレ
ンズアライメントを行なう良い技術がなかった。その１
つの理由は狭帯域レンズでは露光焼付用のエキシマレー
ザ光のスペクトルでしか色消しされておらず、非感光光
でアライメントしようとしても収差補正ができない為ウ
ェハ面のパターンを高分解に観測できないことであり、
他の理由は露光焼付用のエキシマレーザ光をアライメン
トのための照明光に用いてアライメントの位置ずれ計測
をしようとしても、用いられるフォトレジストの吸収が
大きい場合がほとんどであり、し・シストを通したウェ
ハ面の観察ができないことである０本発明はこのような
従来の問題点に鑑みてなされたもので、焼付光に対して
吸収の激しいレジストを用いてもＴＴＬアライメントを
可能とし、良好な露光位置合わせ精度が得られる投影光
学装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記問題の解決の為に本発明では、投影レンズの瞳の部
分からアライメント用の非感光々（第２波長）を分岐し
て投影レンズ外に射出する構成とし、焼付露光々（第１
波長）のみが通過する投影レンズの部分（例えば瞳から
レチクル側）は、石英のみを用い、焼付露光々とアライ
メント光が通過する投影レンズの部分（例えば瞳からウ
ェハ側）は焼付露光々とアライメント用の別波長光に対
して収差補正されるように、例えば石英と螢石を用いて
光学系を構成し、投影レンズ外部のアライメント光専用
の光学系はアライメント光のみに対して収差補正するよ
うにした。

〔作用〕

本発明においては焼付光のみの通過する部分は、例えば
狭帯域レーザのスペクトル幅のみに対して収差補正すれ
ばよいので、レンズの製造が容易であり、瞳を分割して
光分岐要素（反射手段）を設けても焼付光の結像性能に
対して悪影響を与えず、アライメント光に対しても収差
補正がなされ、アライメント光を非感光々とすることで
焼付光に対して吸収の激しいレジストを用いてもウェハ
上のアライメントマークを高い解像力で観察することが
できる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例による投影光学装置の主
な光学系の概略的な構成を示す斜視図であり、第２図は
本装置の全体構成を示す図である。

第１図において、回路パターン領域５０とアライメント
用のマーク領域ＲＭＡ、ＲＭＢとを有するレチクルＲは
、レンズ群（前群）Ｌｌ　とレンズ群（後群）Ｌｘで構
成される投影レンズの光軸ＡＸに対して位置決めして保
持される。前群Ｌ１と後群Ｌ２との間には瞳ＥＰが空間
中に位置し、瞳ＢＰの中心には瞳ＥＰの径よりも小さな
寸法で反射ミラーＭが適宜の保持法により斜設される。

レチクルＲの各パターンは投影レンズにより感光基板と
してのウェハＷ上に投影される。ウェハＷ上には予め複
数のショット領域ＣＰがマトリックス状に形成されてお
り、その１つのショット領域にレチクルＲのパターン領
域５０の投影像５０“が重ね合わせて転写される。ウェ
ハＷ上の各ショット領域にはレチクルＲのマーク領域Ｈ
ＭＡ、ＲＭＢの各投影位置に対応して予めアライメント
用のマーク領域ＷＭＡＳＷＭＢが形成されている。

さて、投影レンズ内の反射ミラーＭを通り、光軸ＡＸと
直交する光軸ＡＸ”に沿って、色フイルタ−ＦＬ、検出
光学系ＬＳ％及びアライメント用の対物レンズ系４０Ａ
、４０Ｂが配！される。そして検出光学系り５、反射ミ
ラーＭ、後群り、との合成系は、ウェハＷの表面と共役
な像面ｆｖを作り出す、この像面ＴＶ内の位置ＡＰＡ、
ＡＰＢには、ウェハＷ上のマーク領域ＷＭＡ、ＷＭＢの
像が、ショット領域のＣＰの像ＣＰ’を挟んで結像され
る。さらに像面ＩＶには、レチクルＲのパターン領域５
０とマーク領域ＲＭＡ、ＲＭＢのウェハＷ上、特に感光
層（レジスト）上に形成された投影像に関する光情報も
結像することになる。

従って像面ＩＶの位置ＡＰＡには、レチクルＲのマーク
領域ＨＭＡとウェハＷ上のマーク領域ＷＭＡとの重ね合
わせに関する像が形成され、それは対物レンズ系４０Ａ
により観察又は検出される。

同様にレチクルＲのマーク領域ＲＭＢとウェハＷのマー
ク領域ＷＭＢとの重ね合わせに関する像は、対物レンズ
系４０Ｂにより観察、又は検出される。

以上、第１図に示した概略構成で、投影レンズの前群Ｌ
１はエキシマレーザ光等の紫外域の露光光に対して吸収
の少ない石英で構成され、後群Ｌｔ、ミラーＭ、検出光
学系り、を含む合成系は、露光光（エキシマレーザ光）
とは異なる特定波長成分の光（アライメント用の照明光
）に対して色収差が補正される０本実施例では、後群Ｌ
ｘに石英以外にホタル石等が使われ、この後群Ｌｘのみ
によって色収差がある程度補正されるように構成される
。また本実施例ではアライメント用の照明光（別波長）
は対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂを介してウェハＷへ送光
される。しかって本実施例ではウェハＷ上で生じたマー
ク領域ＷＭＡ、ＷＭＢとＲＭＡ、、ＲＭＢとの重ね合わ
せ（アライメント）状態を、瞳ＥＰから取り出して観察
することになる。

尚、前群り、と後群り、から成る投影レンズは少なくと
も像側（ウェハＷ側）がテレセントリック系であればよ
く、後群りよ、ミラーＭ、検出光学系Ｌ３から成る合成
系は両側（ウェハＷと像面ｒｖ）でテレセンドリンクと
なるように構成される。

次に本実施例の詳細な構成を第２図を参照して説明する
。尚、第２図においては説明の関係上、レチクルＲ上の
マーク位置に対応した対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂの配
置関係及びミラーＭの方向は第１図に示したものと異な
る。実際の装置化においては第１図に示すように２本の
対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂの各光軸を含む平面を水平
にすることが望ましい。

さて、ウェハＷに塗布されたレジスト層を感光させる波
長域の発振スペクトルを有するエキシマレーザ発振器１
の内部には、射出するレーザ光の波長幅（スペクトル幅
）を狭帯域するためのエタロン等が設けられている０発
振されたレーザ光（スペクトル幅０．０１ｎｍ以下）は
ビームスプリッタ３で一部反射され、ミラー２ａ、２ｂ
で折り返された後、光量制御器４に入射する。光量制御
器４はシャッター、又は可変アテニエエータ等で構成さ
れ、レーザ光の光量を連続、又は段階的に調整する。光
１１！１１整されたレーザ光は、エクスパンダ又はシリ
ンドリカルビームエクスパンダ等のビーム形状寸法変損
器５、ミラー６．７．８を通った後、照明強度の一様化
を行なうフライアイ・レンズ９、フィールドレンズ１０
、反射率が透遇率よりも小さなビームスプリッタ１１を
介して第１コンデンサレンズ１２に入射する。第１コン
デンサレンズ１２はレチクルＲへの照明頭載を可変とす
る開口形状・寸法可変のブラインド１３へ均一にレーザ
光を入射させる。ブラインド１３を通過したレーザ光は
第１コンデンサレンズ１４、ミラー１５、及びメインコ
ンデンサ１６を介してレチクルＲを一様の照度で照明す
る。ブラインド１３の開口像は第１コンデンサレンズ１
４、メインコンデンサレンズ１６によってレチクルＲ下
面のパターン面（クロム層形成面）に結像され、ブライ
ンド１３の形状を変えることにより、レチクルＲのパタ
ーン面を選択的に照明することができる。

さて、ビームスプリッタ１１は表面コートなしの石英平
板、又は反射防止コートを行なった石英平板等で構成さ
れ、その表面反射を利用して、レーザ光の一部をレンズ
系３４を介してエネルギーモニター（充電素子等）３５
に導びく、エネルギーモニター３５はレンズ系３４で集
光された一部のレーザ光の光量を検出して、ウェハＷに
達するエネルギー量をモニターするために使われる。

またビームスプリッタ３は上述した露光用照明系ヘレー
ザ光を送るとともに、レチクルＲのマーク領域ＨＭＡ、
ＲＭＢのみに部分的にレーザ光を送るために設けられる
が、通常の半透過鏡以外に表面が鏡仕上げされた金属性
メツシュ型のものでも同様に利用できる。さらにビーム
スプリッタ３は光量損失のない点で全反射鏡に置き換え
て、必要に応じて光路に出し入れするようにしてもよい
。

ミラー６．７．８はレーザ光の空間コヒーレンズが良く
、スペックルが発生する場合は、フライアイレンズ９に
入射するレーザ光（ビーム）の角度を、エキシマレーザ
光のパルス発光毎に変える走査ミラーと置換することも
できる。この場合１回のショット領域の露光にあたって
複数のパルス発光が必要であるが、ウェハＷ上における
スペックルの影響を小さくすることができる。

さて、レチクルＲのマーク領域ＨＭＡ、ＲＭＢの上方に
は小さな全反射ミラーＭＡ、ＭＢが斜設され、駆動部Ｍ
ＡＤ％ＭＢＤにより、レチクルＲのパターン領域５０に
対する露光照明の妨害とならないように脱着駆動される
。マーク領域ＨＭＡ。

ＲＭＢに対する部分的なレーザ光の照射は、コンデンサ
ーレンズ２１Ａ、２１Ｂと視野絞り２０Ａ。

２０Ｂを介して行なわれる。そのためビームスプリッタ
３からのレーザ光はシャッター３１を介してビームスプ
リッタ３２で１＝１の割合で分割され、一方はミラー３
３を介して視野絞り２ＯＡをほぼ均一に照明し、他方は
不図示のミラーを介して視野絞り２０Ｂをほぼ均一に照
明する。そしてコンデンサーレンズ（対物レンズ）２１
Ａ、２１Ｂの働きでレチクルＲのパターン面のマーク領
域ＲＭＡ％ＲＭＢの夫々には視野絞り２ＯＡ、２０Ｂの
開口像が投影される。また本実施例では投影レンズ（前
群Ｌｌｓ後群１，１）を両側テレセンドリンクとするた
め、コンデンサーレンズ２１Ａ１２１Ｂの各光軸は投影
レンズの瞳ＥＰの中心を通り主光線と一致するように定
められる。

上記ミラーＭＡ、ＭＢ、視野絞り２ＯＡ、２０Ｂ及びコ
ンデンサーレンズ２１Ａ、２１Ｂによって、露光光（エ
キシマレーザ光）を使ったアライメントのための照明系
が構成される。これら照明系（ミラーＭＡ、視野絞り２
ＯＡ、コンデンサーレンズ２１Ａ）はレチクルＲ上のマ
ーク領域ＲＭＡの位置（すなわちパターン領域５０のサ
イズ）に応じて一体に可動に構成される。ミラーＭＢ、
視野絞り２０Ｂ、コンデンサーレンズ２１Ａから成る照
明系も同様に構成される。

さて、レチクルＲは駆動部ＲＤにより２次元的に可動な
レチクルステージＲ３に保持され、レチクルＲを装置に
対して位置決めするとき等は、不図示のレチクルアライ
メントセンサーでレチクルＲ上のマークを検出してレチ
クルステージＲ３をＸ、ｙ方向に並進移動させるととも
に、ｘｙ平面内で回転移動させる。

ところで、エキシマレーザ光の波長のもとてレチクルＲ
と共役に配置されたウェハＷは、真空吸着により平面度
を矯正して保持するウェハホルダーＷＨに載置され、こ
のホルダーＷＨはウエハステージＷＳ上に取り付けられ
る。ウェハステージＷＳは水平面（ｘ、ｙ平面）内で２
次元的に移動するＸＹステージと、その上に光軸ＡＸに
沿って上下動するＺステージとで構成され、そのＺステ
ージの上にはウェハホルダーＷＨを微小回転させるθス
テージが設けられている。これらＸＹステージ、Ｚステ
ージ、θステージは不図示ではあるが駆動部ＳＤにより
適宜所定の動きをするように各々独立に駆動される。第
２図ではＸ、Ｙ、Ｚ、θの独立した駆動機能を１つの駆
動部ＳＤに代表して示しである。またＺステージはウェ
ハＷを上下動させて、投影レンズによるレチクルＲのパ
ターン（又はマーク）像をウェハＷのレジスト層に結像
させるためのものであり、例えば公知のフォーカスセン
サーＡＦ、　、ＡＦｔ　とともに１妨（。

フォーカスセンサーＡＦ、、ＡＦ、はウェハ表面の位置
がレチクルＲの投影像面からどれだけずれているのかを
光学式に計測するもので、ウェハＷ上の投影領域内にレ
ジスト層を怒光させない波長成分の光を斜入射させる方
式のものである。

またウェハＷの２次元的な位置、すなわちウェハステー
ジＷＳの座標位置はレーザ光波干渉式測長器（干渉計）
１８により検出される。第２図では干渉計１８が一次元
方向にしか示していないが、Ｘ方向とＸ方向との夫々に
ついて独立に干渉計が設けられる。

一方、先に説明したエネルギーモニター３５からの出力
信号は露光量制御部３６に入力する。この制御部３６は
レーザ光のパルス発光が行なわれる毎に、そのパルスの
光量を積算して予め設定された適正露光量が得られるよ
うに、エキシマレーザ発振器ｌに対してトリガ信号を出
力するとともに光量制御器４に所定の制御信号を出力す
る。

次に、本実施例の特徴的な部分であるアライメント光学
系について説明する。第１図にも示したように前群り、
と後群Ｌ２の間の瞳ＢＰの位置には小ミラーＭが配置さ
れ、光軸ＡＸ’　に沿って色フイルタ−ＦＬ、検出光学
系Ｌ３％アライメント用対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂが
設けられる。本実施例では前群り、と後群り、による投
影レンズの全系はエキシマレーザ光の波長スペクトルに
対して良好に収差補正される。この際、前群Ｌ１は石英
のみによってレンズ素子が構成され、後群Ｌ２は石英と
ホタル石とによってレンズ素子が構成される。そして後
群Ｌ！と検出光学系り、による合成系は、レジスト層に
対して非感光の波長成分、例えば水銀ランプの緑、黄、
橙、赤色のスペクトル領域にある発光スペクトル（輝線
）の少なくとも１つ、又はＣＷ（連続発振）レーザ光の
発振スペクトルに対して収差が補正される。もちろん完
全に収差補正されることが望ましいが、露光用のレーザ
光波長とアライメントに使う照明光波長との組み合わせ
によっては、必らずしも完全に補正されるとは限らない
、この補正の程度はアライメントに支障のない程度で、
ウェハＷ上のパターン（マーク）が像面！Ｖ上で十分解
像できていればよい。

さて、色フイルタ−ＦＬはウェハＷからの光情報のうち
露光用のレーザ光の波長成分をカットし、アライメント
用の光の波長域を通過させるものであり、紫外域の光に
よって検出光学系り、や対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂ等
のガラス材料が変質することを防ぐ働きもある。このフ
ィルターＦＬ自体が紫外域の光により変質する場合は、
フィルターＦＬのみを交換可能にしておけばよい。別波
長のアライメント用照射光は、光ファイバー４３Ａ、４
３Ｂによって所定の光源から導びかれ、コンデンサーレ
ンズ４２Ａ、４２Ｂ、ビームスブリック４１Ａ、４２Ｂ
をそれぞれ介して対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂに入射し
、検出光学系り、を通ってミラーＭに達し、ここで瞳Ｅ
Ｐの中心部に相当する領域に照明光が通るように反射さ
れて後群Ｌ２に入射する。別波長の照明光はウェハＷ上
のマーク領域ＷＭＡ、ＷＭＢの夫々を含む局所領域を照
射する。そしてマーク領域ＷＭＡ、ＷＭＢからの光情報
（反射光、又はレジス＋−ｉから発生する螢光等）は再
び後群Ｌｔ、小ミラーＭ、検出光学系Ｌｓを介して像面
ＩＶに結像する。これら像は対物レンズ系４０Ａ、４０
Ｂによりビームスプリッタ４１Ａ、４１Ｂを介して撮像
素子４４Ａ、４４Ｂの各受光面に再結像される。この撮
像素子４４Ａ（４４Ｂ）はウェハＷ上のマーク領域ＷＭ
Ａ　（ＷＭＢ）に形成されたアライメントマークの像を
、光ファイバー４３Ａ（４３Ｂ）からの照明光のもとで
検出するとともに、マーク領域ＷＭＡ（ＷＭＢ）の上に
塗布されたレジスト層から発生する螢光による像も検出
することができる。レジスト層からの螢光の発生は、本
実施例ではレチクルＲのマーク８１４　Ｍ　ＲＭ　Ａ　
、　ＲＭ　Ｂをエキシマレーザ光で照明して投影レンズ
によりレジスト層にマーク像を投影したときに起きる。

すなわち本実施例では、レジスト層に投影露光されたレ
チクルＲのマークパターンの螢光像と、レジスト層の下
地に形成されているマーク領域ＷＭＡ、ＷＭＢとをミラ
ーＭ、検出光学系Ｌ３、対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂ及
び撮像素子４４Ａ、４４Ｂ等から成るアライメント光学
系で検出することにより、レチクルＲのパターン領域５
０とウェハＷ上の１つのシ町ット領域ＣＰとを位置合わ
せするように構成した。

さて、このアライメント光学系は、レチクルＲ上のマー
ク領域とウェハＷ上のマーク領域との位置が回路パター
ンのサイズや種類によって異なるため、像面ｌｖ上での
観察位置が変えられるようになっている。具体的には対
物レンズ系４０Ａ（４０Ｂ）、ビームスプリッタ４１Ａ
　（４１Ｂ）、コンデンサーレンズ４２Ａ（４２Ｂ）、
光ファイバー４３Ａ（４３Ｂ）及び撮像素子４４Ａ（４
４Ｂ）が一体になって、像面ＩＶに平行な面内で２次元
的に移動、固定できるようにする。

またレジスト層から発生する螢光のスペクトルのうち、
アライメントの際の結像の使われるスペクトルは、光フ
ァイバー４３Ａ、４３Ｂから射出される別波長照明光の
スペクトルと一致させるようにした方が色収差補正の点
からは望ましい。そのために、ミラーＭから撮像素子４
４Ａ、４４Ｂまでの光路中に光学的なバンドパスフィル
ター等を挿入する。光ファイバー４３Ａ、４３Ｂの他端
に位置する光源は図示されてはいないが、必要に応じて
光を断続できるような構成（シャッター等）になってい
る、そして撮像素子４４Ａ、４４Ｂとしてはフォトダイ
オードアレー、ＩＴＶカメラ（撮像管、Ｃ０Ｄ）、又は
走査スリットと光検知器の組み合わせ等を用いることが
できる。尚、撮像素子は２次元の他に１次元のものでも
利用でき、この場合は撮像光路を２つに分け、各光路に
１次元の撮像素子を互いに直交する方向（Ｘ、ｙ）に伸
びるように位置し、該２方向について独立に一次元の像
検出できるように構成する。撮像素子４４Ａ、４４Ｂか
らの各画像信号は信号処理部４５に入力し、検出した像
の位置情報に変換される。

さて、中央制御部４６は装置全体を総括制御し、アライ
メントシーケスや露光シーケスも管理する。

中央制御部４６は干渉計１８からの座標情報信号処理部
４５からの位置情報等の入力に基づいて、ウェハステー
ジＷＳのＸＹステージの移動（アライメントのための微
動やステップアンドリピート露光時のステッピング）を
指令するとともに、フォーカスセンサーＡＦＬ　、ＡＦ
、からの位置すれ情報の人力に基づいてウェハステージ
ＷＳ内のＺステージの移動を指令する。さらに中央制御
部４６は露光量制御部３６に露光開始指令や適正露光量
情報等を送るとともに、露光量制御部３６からは露光状
態の情報を受は取る。また中央制御部４６はレチクルＲ
のマーク領域のみを照明するエキシマレーザ光に対する
シャッター３１に開閉指令を出力するとともに、レチク
ルＲのアライメント時には駆動部ＲＤに駆動指令を出力
する。

第３図は、本実施例の装置に装着されるレチクルＲのパ
ターン配置を示す平面図である。第３図において矩形の
パターン領域５０の中心には光軸ＡＸが通るように設定
され、この中心を原点としてｘｙ座標軸を定めたとき、
マーク領域ＨＭＡ、ＲＭＢはパターン領域５０の両脇の
Ｘ軸上に設けられる。マーク領域ＲＭＡ内にはアライメ
ント用のマークＲＸＡ、ＲＹＡが設けられ、マークＲＸ
ＡはＸ方向に伸びた複数のスリットをＸ方向に配列した
もので、マークＲＹＡはＸ方向に伸びた複数のスリット
をＸ方向に配列したものである。

マーク領域ＲＭＢ内にも同様のマークＲＸＢ、ＲＹＢが
設けられる。これらマークＲＸＡ、ＲＸＢはＸ方向のア
ライメント（又は位置ずれ）検出に使われ、マークＲＹ
Ａ、ＲＹＢはＸ方向のアライメント（又は位置ずれ）検
出に使われる。

第４図は上記マークＲＸＡ、ＲＸＢ、ＲＹＡ。

ＲＹＢのうちマークＲＸＡＳＲＸＢを拡大した様子を示
す平面図であり、本実施例では５本のスリットパターン
ＲＸ、、ＲＸＩ　、・・・ＲＸ、で構成され、このスリ
ットパターン部のみが光透過性になっている。スリット
パターンＲＸ、　、ＲＸｔ・・・ＲＸＳの各々の幅と長
さは同一に定められ、一定の間隔ｄ、で並んでいるもの
とする。

第５図はウェハＷ上にステップアンドリピート露光によ
り形成されたショット領域ＣＰとマーク領域ＷＭＡＳＷ
ＭＢの配列を示す平面図であり、各ショット領域ＣＰの
両脇のストリート（スクライプ）線上にマーク領域ＷＭ
Ａ、ＷＭＢが形成される。これらショット領域ＣＰとマ
ーク領域ＷＭＡ、ＷＭＢとは例えば第１層の露光時に同
時に転写されるものである。各マーク領域ＷＭＡにはＸ
方向の位置ずれを検出するためのマークＷＸＡとＸ方向
の位置ずれを検出するためのマークＷＹＡとが形成され
、マークＷＭＡはＸ方向に伸びたスリットパターンをＸ
方向に複数本配列したものであり、マークＷＹＡはＸ方
向に伸びたスリットパターンをＸ方向に複数本配列した
ものである。各マーク領域ＷＭＢについても同様のマー
クＷＸＢ。

ＷＹＢが形成される。

第６図はウェハＷ上のマークＷＸＡ、ＷＹＡ。

ＷＸＢ、ＷＹＢのうちマークＷＸＡ、ＷＸＢの形状を拡
大して示す平面図である。マークＷＸは４本のスリット
状のパターンＷＸＩ　、ＷＸ！　、ＷＸｓ　、ＷＸａで
構成され、各パターンＷＸ、〜ＷＸ、はともに同一の幅
、長さに定められ、そのピッチも一定に定められる。こ
のパターンＷＸ、−ＷＸ４の夫々のＸ方向の幅は、レチ
クルＲ上の寸法に換算したときマークＲＸのスリットパ
ターンＲＸ１〜ＲＸ、の間隔ｄｓよりも小さくなるよう
に設定され、かつパターンｗｘ、−ｗｘ、はレチクルＲ
とウェハＷとがアライメントされたとき、スリットパタ
ーンＲＸ、〜ＲＸ、の各スリットの間の遮光部によって
完全に遮へいされるように設計されている。またマーク
ＷＹＡ、ＷＹＢの構成についても全く同様である。尚、
第６図の下はマークＷＸの断面形状を表わし、ここでは
凸状のスリットパターンＷＸ、−ＷＸ４が形成されてい
るものとする。

以上、本実施例の構成を説明したが、上記構成において
、アライメント時にはレチクルＲのマークＲＸＡ、ＲＹ
Ａ、ＲＸＢＳＲＹＢのみがエキシマレーザ光で照明され
るように、シャッター３１が開かれるとともに光量制御
器４は露光用のエキシマレーザ光を遮断する。そしてパ
ターン領域５０のウェハＷへの露光時にはアライメント
マークＲＸＡ、ＲＹＡ、ＲＸＢ、ＲＹＢにエキシマレー
ザ光が照射されないようにシャッター３１が閉じられる
とともにブラインド１３がマーク領域ＲＭＡ、ＲＭＢを
遮へいするように開口形状寸法が設定される。またアラ
イメント時の位置ずれの補正は、ウェハステージＷＳの
駆動部ＳＤ、又はレチクルステージＲ３の駆動部ＲＤに
より行なわれる。

この位！ずれ補正がＸ方向とＸ方向の平行移動だけでよ
い場合は、投影レンズが両側テレセンドリンクであるこ
とを前提として、前群り、中のレチクルＲ側に位置する
フィールドレンズをｘ、、Ｘ方向に微動させるような構
成にしても微動なアライメント動作が可能となる。また
回転方向のずれ補正についてはショット領域ＣＰの両脇
に付随した２つのマークＷＹＡ、ＷＹＢを用いたそれぞ
れのＸ方向のずれ量の差により回転誤差量を検出して、
ウェハステージＷＳ内のθステージの駆動、又はレチク
ルステージＲ３の回転駆動を行なえばよい、また投影レ
ンズの瞳ＥＰの中心にミラーＭがあるため、露光時にお
いてはこのミラーＭによって一部のエキシマレーザ光が
けられることになり、投影レンズの解像力や像質に影響
を及ぼすことになる。しかしながら、瞳ＥＰ内にしめる
ミラーＭの面積をある程度よりも小さくすると、実用上
はほとんど無視できるようになる。これは光学系のＯＴ
Ｆ特性の設計シミュレーションによっても容易に確認す
ることができる。

次に、本実施例におけるアライメント（レチクルＲとウ
ェハＷとのＴＴＬアライメント）手法を第７図、第８図
、第９図を参照して説明する。

第７図はレジスト層で塗布されたウェハＷ上のマークＷ
Ｘに別波長のアライメント用照明光のみを照射したとき
に撮像素子４４Ａ１又は４４Ｂで検出されるマークＷＸ
の像のＸ方向の強度分布を示し、これはＸ方向の走査線
ＳＬ（第６図参照）に応じた画像信号の波形にも対応し
ている。第７図の波形６０のように、ウェハＷ上のマー
クのスリットパターンＷｘ１〜ＷＸ、に対応する部分の
強度が変化し、ボトム波形６２．６３．６４．６５のよ
うになる。特にマークＷＸ１〜ＷＸ４の各々の段差エツ
ジ部では散乱光が多く発生し、瞳ＥＰ内のミラーＭに戻
ってくる反射光量が極端に低下する。そこで一定のスラ
イスレベル６１と波形６０とを比較してボトム波形６２
．６３．６４．６５との交点（ＸＷＩＡ、ＸＷＩＢ）を
求め、その交点の中点から各ボトム波形の中心座標値Ｘ
ＷＩＣ，ＸＷ２Ｃ，ＸＷ３Ｃ，ＸＷ４Ｃを求める。

この値がウェハＷ上のマークＷＸの各スリットパターン
の位置である。

第８図は、レチクルＲのマーク領域のマークＲＸにエキ
シマレーザ光を照射し、マークＲＸ内のスリットパター
ンＲＸ、〜ＲＸ、の像を励起光としてレジスト層に投影
露光したときに生じる螢光像のＸ方向の強度分布を示す
波形図である。この強度分布は撮像素子４４Ａ、４４Ｂ
にて検出された画像信号にも対応し、マークＲＸのスリ
ットパターンＲＸ、−ＲＸ、の夫々は、波形上のピーク
６７．６８．６９．７０．７１に対応する。そこでその
画像信号に基づいて所定のスライスレベル６７と比較し
、各ピークの中心点の座標値ＸＲ，、ＸＲ，、ＸＲ，、
ＸＲ４，ＸＲｓを求める。

第９図はレジストＲのマークＲＸとウェハＷのマークＷ
Ｘとが正確にアライメントされたときに、マークＲＸに
エキシマレーザ光を照射して螢光像を形成した場合のウ
ェハＷのＸ方向の断面を示す図である。ウェハＷの下地
基板７９にはマークＷＸ゛ノスリットハ９−７　Ｗ　Ｘ
　＋　、　Ｗ　Ｘ　ｚ、ＷＸ！、ＷＸ。

が凸状に形成され、その上に第１のレジストＮ８０が形
成され、さらにその上に第２のレジスト層８１が形成さ
れる。第９図に示したレジスト層は所謂多層レジスト構
造と呼ばれるものである。レチクルＲ上のマークＲＸの
エキシマレーザ光による像がウェハ上に投影されると、
この像は第２レジスト層８１上で明るいスリット状の螢
光発生部ＬＸ、、ＬＸオ、ＬＸ、、ＬＸ、、ＬＸ、とな
る、この第９図のようにレチクルＲとウェハＷが理想的
に重ね合わされた時に、レチクルＲのスリットパターン
ＲＸ、〜ＲＸ、の間のスペース部（遮光部）の中点にウ
ェハＷのスリットパターンＷＸＩ〜ＷＸ、の各々が位置
するように設計されているものとすると、ウェハＷのマ
ークＷＸの撮像中心位置ＸＷｅとレチクルＲのマークＲ
Ｘの螢光像中心位置ＸＲｃはそれぞれ次の（１）、（２
）式によって算出される。

４　　′＊１５　　ｉ″１そして、螢光像を作るためにレチクルＲのマークにエキ
シマレーザ光を照射したときに、レチクルＲとウェハＷ
とに相対的なずれがあると、そのずれ量ΔＸは（３）式
により求められる。

ΔＸ＝ＸＷｃ−ＸＲｃ　　　・・・・・・・・・（３）
このずれ量ΔＸはレチクルＲとウェハＷに対して共通の
撮像素子４４Ａ、４４Ｂにより検出されたものであり、
また螢光発光部とマークＷｘとが同じウェハＷ上にある
ことから、システム上のオフセットは全く含まれない、
しかしながら螢光の波長スペクトルとマークＷＸを検出
するための別波長の照明光スペクトルとのわずかなちが
いによるディストージョン誤差、特に倍率色収差が含ま
れることがある０本実施例ではこのディストレージョン
誤差を極力小さくするように光学系の色収差を補正する
ため、実用上はあまり問題にはならない、それはマーク
領域ＲＭＡとＲＭＢ及びマーク領域ＷＭＡとＷＭＢがア
ライメント時に投影レンズの光軸ＡＸに対して点対称に
配置されることにもよる。また瞳ＥＰの径に対して小さ
な面積のミラーＭを介してウェハ面を観察するため、後
群Ｌ２はウェハＷ側の最大のＮ、Ａ、（開口数）よりも
かなり小さなＮ、　Ａ、に制限して使われることになり
、見かけ上の焦点深度が大きくなることにもよる。

次に、本実施例による装置の全体的な動作について第１
０図のフローチャート図を参照して説明する。このフロ
ーチャート図は主にアライメント露光の動作を表わし、
中央制御部４６によって実行されるものである。尚、ウ
ェハＷ上には第５図に示したようにアライメントマーク
が形成されているものとする。

まずステップ１００でウェハＷをその外形を基準として
プリアライメントした後ウェハステージＷＳ上にローデ
ィングし、ステップ１０１でオフアキレス系のアライメ
ントセンサー（不図示）を使用してウェハＷのグローバ
ルアライメントを行ない、ステップ１０２ではウェハＷ
内の最初の露光位置（第１ショット位置）ヘウェハステ
ージＷＳを移動させるべく指示を出し、ステップ１０３
ではウェハアライメント用の別波長の照明光（光ファイ
バー４３からの光）を点灯する。ステップ１０４ではウ
ェハステップＷＳ用の干渉計１８から出力される座標計
測値に基いて所定の露光位置（ショット位置）にウェハ
ステージＷＳが来ているかどうかを一定の許容誤差をも
って判定し、許容誤差内に入っていなければステップ１
０５で続けてウェハステージＷＳの駆動を行なう。

ウェハステージＷＳが許容誤差内に入ると、ステップ１
０６でウェハＷのアライメントマークの画像信号を信号
処理部４５を介して撮像素子４４Ａ、４４Ｂの出力から
取り込み、信号波形の特徴からマークＷＸ、ＷＹが検出
されたかどうかをステップ１０７で判定する。アライメ
ントマークＷｘ、ｗｙが見つからない場合は、ステップ
１０Ｂでウェハ内の最初の露光ショット位置かどうか判
定し、最初のショット位置ならばステップ１０１に戻っ
てグローバルアライメントからやり直す。

そのウェハＷ上に第２シヨツト以降ならばステップ１０
９において撮像素子４４Ａ、４４Ｂの信号電送系の増幅
度又は、信号有無の判定レベル又はアライメント光の照
明強度等のアライメント条件を変えてステップ１０６に
戻る。ステップ１０７でウェハアライメントマークが検
出されたことがわかればステップ１１０でレチクルアラ
イメントマークＲＸ、ＲＹの照明用のミラーＭＡ、ＭＢ
の繰り返し、シャッタニ３Ｉを開けて、ＴＴＲ（スルー
ザレチクル）照明系を設定する。そしてステップ１１１
でウェハアライメントマークＷＸ、ＷＹの画像信号を再
度、撮像素子４４Ａ、４４Ｂより取り込んだ次の瞬間に
、ステップ１１２でエキシマレーザ発振器１のトリガ（
発光）と干渉計１８からの座標値のラッチを同時に行な
う、そしてレチクルアライメントマークＲＸ、ＲＹのレ
ジスト層上の螢光像（ＬＸＩ−ＬＸｓ）に対応した画像
信号を撮像素子４４Ａ、４４Ｂより取り込む。

エキシマレーザの発光のパルス数は１発で十分な検出信
号が得られればよいが、十分でなければ続けて複数パル
ス発光させる。ステップ１１３で信号処理部４５の働き
により各アライメントマーク間の位置ずれ量を式（１）
、（２）、（３）に基づいて計算して中央制御部４６に
出力し、ステップ１１４でウェハＷ又はレチクルＲの実
際に動かすべき変位量に変換される。ステップ１１５で
は計算された変位量と先にラッチした座標値とに基き、
ウェハＷ又はレチクルＲを移動させる。ステップ１１６
では中央制御部４６により指示された変位量だけ、ウェ
ハＷ又はレチクルＲが移動したかどうかを、例えばウェ
ハＷを動かす場合には干渉計１８の出力する座標計測値
により判定する。この判定により許容誤差に入っていな
ければ再度ファイバー４３の照明光を点灯してステップ
１１１へ戻ってアライメントマークの画像信号の取り込
みを行なう。許容誤差内ならばステップ１１７へ進み別
波長の照明光が消灯され、レチクルアライメントマーク
照明用のミラーＭＡ及びＭＢが退避し、シャッター３１
が閉成されてＴＴＲ照明系が退避する。そしてステップ
１１８でエキシマレーザ発振器１を発光させて、露光量
制御部３６の働きで、必要とされる露光エネルギーが、
レチクルＲを通してウェハＷ上のレジスト層に与えられ
る。ステップ１１９ではウェハＷ内のショット領域のう
ちの最後のショットであったかどうか判定し、最後のシ
ョットでなければ、ステップ１２０でウェハステージＷ
Ｓが次の露光位置へ進むよう指示（ステッピング）を出
してステップ１０３に戻り、最後のショットであればス
テップ１２１でウェハＷをウェハステージＷＳからアン
ロードする。ステップ１２２ではアンロードしたウェハ
Ｗが連続して露光する一連のウェハの最後のウェハであ
ったかどうかを判定し、最後のウェハであれば露光は終
了し、そうでなければステップ１００へ戻る。

以上のシーケンスの中でステップ１０３ではウェハアラ
イメント用の別波長の照明光を点灯状態にしているが、
フォトダイオードアレー等の蓄積型の撮像素子を用い、
かつアライメント用の別波長照明光のスペクトルでレジ
ストに対する感光効果が非常に弱ければ、別波長照明光
をはじめから点灯し続けていてもよい、具体的にはステ
ップ１１１でウェハ上のマークｗｘ、ｗｙの画像信号を
取り込んだ時にエキシマレーザ発振器１を発光させて、
即座に画像信号の取り込みを行なうようにすれば、ウェ
ハＷとレチクルＲの機械的な相対変位が生ずる前に、マ
ークｗｘ、ｗｙと螢光像との両方の画像信号をほぼ同時
に取り込むことがてきる。

また以上の第１の実施例の中で第１図、第２図の対物レ
ンズ４０Ａ、４０Ｂから撮像素子４４Ａ５４４Ｂに至る
部分はアライメントマークの検出、計測に用いるものと
したが、回路パターンをエキシマレーザ光によって転写
中であっても、瞳ＥＰの中心には小ミラーＭが配置され
たままなので転写されているパターンの螢光像を観測す
るのに使用することもできる。このためウェハＷ上の下
地のパターンと螢光像との相対位置ずれすなわち実際の
重ね合わせ状態を観測するのに用いることもできる。

また、第４図にレチクルアライメントマークＲＸの例を
示したが、このようなマークによると第９図に示すよう
にウェハＷ上に投影されるマークＲＸのスリットパター
ンの像をウェハＷ上のアライメントマークＷＸのスリッ
トパターン部分と重ならないようにできる。このため異
なるレイヤー（焼き付は層）に対するレチクルアライメ
ントマーク照明用のスリットパターンの幅を、後で焼付
けるレイヤーのレチクル程太くしていけば、ウェハＷ上
のマークＷＸをレイヤー毎に移し替える必要がないので
よい。

また第１図、第２図におけるミラーＭは瞳中心にあって
小さいものとしたが、ウェハ上の像の観測に対しては解
像度の高い光学系が望まれる為、ミラーＭの外径を大き
くし、中心部の投影レンズＮＡにして例えば０．３５に
相当する瞳上の部分はエキシマレーザ光の投影結像の為
に穴を開けて中空とし、その周辺部の例えばＮＡｏ、３
．５〜０．４５に相当する瞳上の部分をウェハＷ上の像
観測に用いるものとしてもよい、このためミラーＭは瞳
ＥＰの位置に斜設した輪帯状の反射面をもつとともに、
投影レンズのウェハ側のＮＡはもともとＮＡＯ０４５程
度が必要となる。また上記シーケンス中、のステップ１
１２において、エキシマレーザ光でレチクルマークＲＸ
、ＲＹＯ像をレジスト層に転写したとき、レジスト像か
らの螢光はごく短時間に消えてしまう。このため、撮像
素子４４Ａ、４４Ｂによる螢光像の取り込みは早いタイ
ミングで行なわれる。また別波長の照明光スペクトルと
螢光のスペクトルとが近いか一敗していると、螢光像を
検出するときウェハＷ上のマークＷＸＳＷＹの像も重畳
して検出されることになるが、螢光像は自ら発光するも
のであり、マークＷＸ、ＷＹの像はレジスト層の下地か
らの反射で作られるものであることから、撮像したとき
両者にはコントラストができる。

尚、そのコントラストが弱い場合は、螢光像検出時に別
波長照明光を消灯しておけばよい。

また上記シーケンス中には焦点合わせの説明が省かれて
いるが、ウェハＷと投影レンズ後群Ｌ！との間隔はギャ
ップセンサーでも均一され、ギャップが一定になるよう
に制御されている。

（第芝の実施例）第２の実施例においては第１１図に示すように前群り、
の瞳ＥＰ側から見て凹面になっているレンズＬ＋ａの片
側の凹面Ｍｒａ上に、エキシマレーザ光に対しては反射
防止（高透過率）となるが、アライメント用の別波長の
光に対しては部分的反射を行なうような波長選択性の薄
膜が形成される。

そしてウェハＷ上のパターン（又はマーク）をアライメ
ント光（別波長照明光）で観測する際に結像する光は、
後群Ｌ８を上向きに進み、瞳ＥＰ全面のうちミラーＭの
外側を通り、凹面Ｍ、。により下向きにミラーＭに向け
て反射収束され、ミラーＭで反射して、検出光学系り、
に入つて結像面ＩＶ上にウェハ上のパターン（マーク）
像を結ぶようになっている。従って、別波長照明光、又
はレジスト層からの螢光のスペクトルに対する収差補正
は、前群り、中の凹面Ｍ　ｔ　ｏ以下のレンズ部分り目
と、検出光学系り、を用いてでき、かつ、ウェハＷ上の
パターン（マーク、螢光像）観測特に利用される投影レ
ンズのＮＡは、エキシマレーザ光でパターン投影露光す
る時のＮＡと同じとなって、第１の実施例に対して高解
像の観察ができ、従ワて高精度の７ライメント（マーク
検出）ができるという特徴がある。また別波長照明光や
蛍光のスペクトルに対する収差補正を前群Ｌ１の一部の
レンズ（Ｌｌ。、Ｌ＋＋）を使用して行なうことができ
、場合によっては、前群Ｌｔのうちの凹面Ｍ１゜以下の
部分（例えばり、。、Ｌ、、）に石英以外の光学材料、
例えば螢石を用いて収差を良好に補正することができる
。

第２の実施例においてもアライメントマークの形状や配
置、装置の動作シーケンスは第１の実施例と同じである
ので説明を省略する。尚、第２の実施例において、ファ
イバー４３Ａ、４３Ｂから射出した別波長照明光もミラ
ーＭを介して凹面Ｍ１゜で下向きに反射されてウェハＷ
に達する。

本実施例では、ミラーＭ以外に凹面ＭＩｏに形成された
波長選択性の薄膜も、本発明の反射手段に相当し、後群
り２．６群Ｌ１のレンズ部（Ｌｌ＠、Ｌ＋＋）反射面Ｍ
、・、ミラーＭ及び検出光学系Ｌ３との合成系において
、別波長照明光や螢光の各スペクトルに対する収差□補
正がなされる。

（第３の実施例）第１、第２の実施例においては、レチクルアライメント
マークの投影像はウェハＷの上にあるレジスト層で生じ
る螢光像に変換して観測するものとしたが、第３の実施
例においてはエキシマレーザ光によるアライメントマー
ク像がレジスト層に作用して生じるアブレーシヨン（薄
減り）の像又は潜像を検出することにより行なうもので
ある。

光学系及び制御系は第１又は第２の実施例のものを共通
に使用できる。しかしアライメントと露光のシーケンス
の一部が異なるので、その部分について説明する。本実
施例においては特にフローチャートを図示しないが、第
１の実施例におけるフローチャート（第１０図）中のス
テップ１１１．１１２．１１３が異なり、ステップ１１
６が省略される。ステップ１１０までとステップ１１７
以降は第１０図と同じであるから説明を省略する。

ステップ１１０においてレチクルアライメントマーク照
明用のミラーＭＡ、ＭＢが出て、シャッター３１が開き
、ＴＴＲ照明系の設定が終わると、ステップ１１１にお
いてエキシマレーザ発振器１を発光させてレチクルアラ
イメントマークＲＸ。

ＲＹのみを照明してウェハＷ上のレジスト層にマークＲ
Ｘ、ＲＹのアブレーシゴン像又は潜像を形成する。アブ
レーション像として形成する場合は、レチクルＲ上のマ
ークＲＸ、ＲＹの転写時のエキシマレーザ光の１パルス
当りの露光エネルギーを大きくした方が、レジストの膜
減りが大きくなってレジスト上に残るレチクルアライメ
ントマーク像（レチクル層表面が段差となってエツジが
形成される）を観測し易くなる。ステップ１１２におい
てはウヱハＷ上のアライメントマークＷｘ、ｗｙと、レ
チクルアライメントマークＲＸ。

ＲＹのアブレーション又は潜像の光情報に対応した画像
信号を撮像素子４４Ａ、４４Ｂにより取り込む。ステッ
プ１１３においては信号処理部４５の働きにより各アラ
イメントマーク間の位置ずれ量を計算して中央制御部４
６に出力し、ステップ１１４でウェハＷ又はレチクルＲ
の実際に動かすべき変位量に変換される。ステップ１１
５では計算された変位量に基き、ウェハＷ又はレチクル
Ｒを移動させる。ステップ１１７ではレチクルアライメ
ントマーク照明用のミラーＭＡ及びＭＢが引込み、シャ
ッター３１が閉じられてＴＴＲ照明系の退避が行なわれ
、アライメント用の別波長照明光が消灯される。

第３の実施例においては、レジスト上に一度レチクルア
ライメントマークの像を焼付けてアブレージロン像又は
潜像としてしまうと、同一位置に再びレチクルアライメ
ントマークの像を形成できないので、アライメントが終
了した位置でアライメント精度の最終確認を行なえない
、しかし、レチクル上にパターンとして残るので、ゆっ
くりとした撮像、例えばメカニカルなスリット走査によ
る画像信号の取り込みができ、また全方位に向けて放射
される螢光を用いる第１、第２の実施例と異なり照明の
し方を工夫すればレチクルアライメントマーク像の計測
もコントラストを強調して行なうこともできる。また本
実施例において、最終的なアライメント動作をウェハス
テージＷＳを用いて行なうものとすれば、ステップ１１
２においてエキシマレーザ光を発光させる時のウェハＷ
のアライメントマーク又はレチクルアライメントマーク
像の計測位置を記録し、ステップ１１５でウェハＷを移
動させる時は、ウェハアライメントマーク又はレチクル
アライメントマーク像を撮像素子４４Ａ、４４Ｂによっ
て位置計測し続け、補正すべき位置ずれ量だけウェハＷ
が移動したかどうかを計測し、判定できる。これに対し
、第１又は第２の実施例においては、エキシマレーザ光
発光時のウェハアライメントマーク位置を記憶し、その
後のウェハアライメントマーク位置の移動を計測すれば
ウェハＷの実際の移動量が計測できる。

このようにウェハＷ上のアライメントマーク位置を画像
信号に基づいて直接計測した方が、レーザ干渉計１８を
用いるよりも、空気の屈折率揺らぎの影響を受けにくく
、アライメント精度は良くなる。

（第４の実施例）さて、第４の実施例においては第１２図に示すようにウ
ェハ上のマーク観測において、暗視野照明可能としたも
ので、基本的には第１１図の光学系をベースにして、別
波長照明系２００を付加したものである。アライメント
光照明用ファイバー２０１Ａ、２０１Ｂからは第１〜第
３の実施例と同様、レジストに対しである程度の透過性
を持ったスペクトルの光（罪悪光性が望ましい）が射出
され、コンデンサーレンズ２０２Ａ、２０２Ｂにより、
ウェハＷ上のアライメントマーク位置に対応する部分を
照明する。レンズ系Ｌ４を介して両面が反射面とされた
ミラーＭに向かった照明光はミラーＭの下面で反射され
て後群Ｌ２に向かい、ウェハＷ上のアライメントマーク
領域を照明する。

この照明系２００はウェハアライメントマーク又はレチ
クルアライメントマークの位置が変わると、それに合わ
せて照明場所が変えられるように、ウェハＷと共役な像
面ＩＩに沿ってコンデンサーレンズ２０２Ａ、２０２Ｂ
が移動する構成となっている。このように瞳ＥＰのミラ
ーＭの下面の反射を用いるので、ウェハへ向う、照明光
とウェハからの結像光とは瞳上の場所が分離され、照明
系２００を用いて撮像素子４４Ａ、４４Ｂで得られた像
は暗視野像となってマークエツジ部が強調され、アライ
メントマーク位置の計測が容易になるという特徴がある
。尚、本実施例では照明部分を可動とし、２ケ所を選択
的に照明したが、照明の光強度が十分とれ、フレアの問
題が生じない場合には、ウェハＷのアライメントマーク
が存在し得る領域全体を照明してもよい、その場合は照
明部分をアライメントマーク位置に応じて移動させる必
要がなくな葛という利点が生じる。

以上の実施例のうち第２、第４の実施例によれば、ウェ
ハＷ上で発生する螢光を効率よく、しかも結像光学系の
（後群Ｌ！、検出光学系り５等）光軸（主光線）に対し
て対称な受光角で受光できるので、ウェハＷのアライメ
ントマークとレチクルＲの像の合致度を直接測定するよ
うな場合、例えばＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　５ＰＩ
Ｅ　Ｖｏｌ、５６５の６ページから１３ページに開示さ
れたような螢光検出に用いると良い精度が期待できる。

また以上の全ての実施例において、アライメントマーク
観測位置は投影レンズの視野内の２つの部分のみとして
説明したがそれ以上の部分に対して観測するような構成
も可能である。

例えば、アライメント用の結像光学系（合成系）におい
て収差の補正が完全に補正できないような場合、露光領
域の周辺の少なくとも３ケ所以上の点でサジタル方向（
光軸ＡＸに対して放射方向）にアライメントマークの位
置ずれを検出するような構成にする必要がある。

また本発明の各実施例においては、投影レンズの後群Ｌ
２とミラーＭ（又は反射凹面Ｍ１゜）と検出光学系Ｌコ
とによる合成系において、別波長の光に対して収差補正
されるとしたが、後群Ｌ！のみに対して色収差補正する
ようにしても、結隅的には上記合成系において収差補正
されているのと実質的に同一のことである。さらに各実
施例に示した検出光学系Ｌ３　　（像面ＩＶを作りだす
こと）は必ずしも必要ではなく、対物レンズ系４０Ａ、
４０Ｂが瞳ＢＰのミラーＭを直接観察する瞳像抽出式の
アライメント系の場合でも、本発明を同様に適用できる
。この場合は対物レンズ系４０Ａ、４０Ｂが本発明の検
出光学系に相当し、投影レンズの後群Ｌｘのみに関して
別波長の光に対しても収差補正が行なわれる。このよう
な瞳像抽出式の場合は、マーク、又は螢光発光部を像と
して検出することはできないため、照明光をスポットに
して走査するための走査手段等が必要となる。

さらに本発明においては、アライメント用の別波長照明
光としてＣＷレーザ等の単色光だけでなく、ハロゲンラ
ンプ、水銀ランプ等のスペクトル幅の広い光も用いるこ
とができるので、反射率が高くかつ粒子性のあるアルミ
ニウム層で覆われたウェハＷに対してアライメントマー
ク検出する場合、レジスト膜厚変化による干渉や粒子性
によるスペックルの影響を防止でき、従って精度のよい
アライメントマーク検出を行なうことができるという利
点もある。

また本発明によれば撮像素子としてアライメント用に用
いるものは紫外光用のものは必要でなく、可視用のもの
でよいので安価で感度が良く、経時変化や紫外光による
感度変動がない撮像素子（光電素子）を用いることがで
き、後群Ｌ２以外のアライメント光学系は可視域でも構
成できるので、レンズ材料が多くの種類から選択できて
光学設計も容易で、光学系の調整も行ない易いという利
点がある。

尚、本発明は、紫外域のエキシマレーザ光を用いた投影
結像式のアライメント装置に対して最も効果を発揮する
が、その他のスペクトル領域を用いた結像光学系を組み
込んだアライメント装置又は投影光学装置に対しても通
用すれば良好なアライメント精度を得ることができ有用
である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、パターン転写用の投影光
学系の結像性能を下げることなく、エキシマ等の第１波
長の光に関して吸収の激しいレジスト層を透過するスペ
クトルの第２波長の光に対して収差補正された光学系を
用いてアライメントずれをスルーザレンズで高精度に計
測できるので高いアライメント精度が達成されるという
効果がある０本発明はレチクルパターンの転写にあたっ
てスペクトル幅を狭帯域化したエキシマレーザ光（第１
波長光）について収差補正された投影光学を用いたスル
ーザレンズアライメントを可能としただけでなく、広帯
域で自然発振するエキシマレーザ光に対して色消しく収
差補正）された投影光学系を用いて、他のアライメント
用スペクトル光（第２波長光）についても色消しされた
光学系（合成系又は後群Ｌ８）を設けるため高精度なア
ライメント手段として適用できる。

また本発明のアライメントマーク観測系を用いて、回路
パターンの露光中にもウェハアライメントマーク位置を
計測することができ、露光中にウェハＷが移動しないか
どうかのチェックできるだけでなく、ウェハアライメン
トマークの位置信号をウェハステージＷＳやレチクルス
テージＲ３の駆動系のサーボ系にフィードバックしてウ
ェハＷの位置（レチクルＲの投影像とウェハＷとの相対
的位置）の安定化にも使用できるので、ウェハステージ
ＷＳの移動によるアライメント精度劣化や解像力低下も
防ぐことができて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による投影光学装置の主
要な光学系の配置を示す斜視図、第２図は第１実施例に
よる投影光学装置の全体の構成を示す図、第３図はレチ
クル上のパターン、マークの配置を示す平面図、第４図
はレチクル上のマークの拡大平面図、第５図はウェハ上
のショット領域とマークとの配置を示す平面図、第６図
はウェハ上のマークの拡大平面図、第７図はウェハ上の
マークを光電検出したときの波形図、第８図はレジスト
から生じるレチクルマーク転写像に対応した螢光像を光
電検出したときの波形図、第９＠はアライメント時にお
けるウェハ上のレジストの様子を示すウェハ断面図、第
１０図は第１実施例の装置による動作シーケンスを示す
フローチャート図、第１１図は本発明の第２の実施例に
よる投影光学装置の光学配置を示す図、第１２図は本発
明の第４の実施例による投影光学装置を示す図である。（主要部分の符号の説明）Ｒ・・・レチクルＷ・・・ウェハＬ＋・・・投影レンズの前群り、・・・投影レンズの後群ＥＰ・・・瞳Ｍ・・・ミラーＬ、・・・検出光学系ＩＶ・・・像面ｌ・・・エキシマレーザ光発振器４３Ａ、４３Ｂ、２０１Ａ、２０１Ｂ・・・別波長の照
明光用のファイバー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の第１パターンを有する第１基板を投影用の
第１照明光で照射し、前記第１パターンの像を投影光学
系を介して第２基板に投影するとともに、前記第１基板
と第２基板との位置合わせのために、前記第１照明光と
異なる波長成分の第２照明光で前記第２基板を照射する
装置において、前記投影光学系のほぼ瞳位置に配置され
て、前記第２照明光の照射により前記第２基板に形成さ
れた第２パターンから発生して前記投影光学系に入射し
てきた光情報を取り出す反射手段と；該取り出された光
情報を入射して前記第２パターンを検出する検出光学系
とを有し、前記投影光学系のうちで前記反射手段から前記第２基板
側に位置する光学系は前記第２照明光の波長成分に対し
て収差がほぼ補正されていることを特徴とする投影光学
装置。
（２）前記投影光学装置は、前記第２基板の表面に形成
された感光層に対して透過性を有する光を前記第２照明
光として射出するアライメント用照明系を有し、該第２
照明光は前記検出光学系と前記反射手段とを介して前記
第２基板に照射されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の装置。
（３）前記投影光学装置は、前記第２基板に前記第１パ
ターンの像を投影するために、前記感光層を感光させ得
る波長成分の光を前記第１照明光として前記第１基板へ
射出する投影用照明系を有し、前記感光層に投影された
前記第１パターンの潜像、アブレーション像、もしくは
前記第１パターンの像に対応した螢光像、リン光像を検
出するとともに、該感光層の下地に形成された前記第２
パターンの像を検出することを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の装置。