JP2000252183A

JP2000252183A - マーク検出方法、投影露光装置及び前記方法を用いたデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2000252183A
Application number: JP11049098A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系が所定の反射部材を有する場合に
実用的なマーク検出方法を提供する。【解決手段】レチクル３を透過した露光光ＩＬは、レ
ンズＬ１１〜レンズＬ２４を経て一次像Ｉを形成した
後、更に主鏡Ｍ１の開口部３６、レンズ成分Ｌ２、この
裏面の副鏡Ｍ２、レンズ成分Ｌ２、主鏡Ｍ１の反射面Ｒ
１、レンズ成分Ｌ２及び副鏡Ｍ２の開口部３７を経てウ
エハＷ上にレチクル３上のパターンの像を形成する。レ
ンズＬ１１から副鏡Ｍ２を備えたレンズ成分Ｌ２より投
影光学系ＰＬが構成されている。一次像Ｉの近傍に配置
された送光ミラー３２、主鏡Ｍ１の開口部３６、及び副
鏡Ｍ２の開口部３７を介してウエハＷ上のウエハマーク
にアライメント光ＡＬを照射し、そのウエハマークから
の戻り光を開口部３７、開口部３６、及び一次像Ｉの近
傍に配置された受光ミラー３３を介して検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の基板上
の位置合わせ用マーク等の被検マークを検出するための
マーク検出方法に関し、例えばフォトリソグラフィ技術
を用いて半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッ
ド等のデバイスを製造する際にマスクパターンを基板上
に転写する工程で使用される投影露光装置のウエハアラ
イメント系に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子等のデバイスを製造す
る際に、マスクとしてのレチクルに形成された転写用の
微細なパターンの像を、投影光学系を介して基板として
の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）上に転写するステッパー型、又はステップ・ア
ンド・スキャン方式等の投影露光装置が使用されてい
る。露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとす
ると、投影光学系の解像度はλ／ＮＡに比例するため、
従来よりデバイスパターンの微細化、及び高集積化に対
応するために、露光波長λの短波長化及び開口数ＮＡの
増大が行われてきた。現在は、露光光についてはＫｒＦ
エキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）が主流となり、更
にＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が開発段
階となっており、開口数ＮＡは０．７近くなっている。

【０００３】また、この種の投影露光装置においては、
露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ（アラ
イメント）を高精度に行う必要がある。このアライメン
トを行うために、ウエハ上にはそれまでの工程の露光転
写によってアライメントマーク（ウエハマーク）が形成
されており、このウエハマークの位置を検出すること
で、ウエハ上の各ショット領域に形成されている回路パ
ターンの正確な位置を検出することができる。そこで、
投影露光装置には、ウエハマークの位置を高精度に検出
するためのウエハアライメント系が備えられている。

【０００４】従来のウエハアライメント系としては、投
影光学系とは別にアライメント専用の顕微鏡を設け、こ
の顕微鏡を介してウエハマークを検出するオフ・アクシ
ス（Off-Axis）方式、投影光学系をアライメント光学系
の一部として使用するＴＴＬ（Through The Lens）方
式、及びレチクルと投影光学系とを介してウエハマーク
を検出するＴＴＲ（Through The Reticle)方式等が使用
又は提案されていた。

【０００５】

【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、投影光学系とは別の顕微鏡を用いるか、
又は投影光学系の全体を対物光学系として用いるウエハ
アライメント系が使用されていた。ところで、最近の半
導体素子等の更なる微細化及び高集積化に応えるため
に、投影露光装置においては、露光光のより一層の短波
長化と投影光学系の大ＮＡ化とが必要となっているが、
露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ）程度以下の波長域の光、即ち真空紫外光を使用する
場合には、露光光を高い透過率で透過する屈折部材の硝
材が合成石英、又は蛍石等に限られてくる。更に露光波
長が１６０ｎｍ程度以下になると、使用可能な硝材は蛍
石等となる。このように使用できる硝材の種類が限定さ
れてくると、屈折部材のみで構成した投影光学系では諸
収差の良好な補正が困難となる。

【０００６】また、屈折部材のみを用いて構成した投影
光学系を大ＮＡ化しようとすると、高価な蛍石等の使用
量が増大するため、投影露光装置の製造コストが大幅に
上昇する恐れがある。斯かる課題を解決するために、例
えば特願平１０−３７０１４３号において、屈折部材と
所定の反射部材とを組み合わせた投影光学系が本件出願
人により提案されている。この投影光学系によれば、所
定の反射部材を利用することで特に色収差を効率よく補
正でき、かつ屈折部材用の高価な硝材の使用量も少なく
抑えることが可能になる。

【０００７】しかしながら、そのような投影光学系を用
いた場合に、従来のオフ・アクシス方式のウエハアライ
メント系を使用すると、アライメント系の検出中心と露
光中心との間隔であるベースライン量が増大するため、
ウエハ上の任意のウエハマークを検出するために必要な
ウエハステージの移動ストローク（可動範囲）が増大
し、ひいては投影露光装置が大型化するという不都合が
ある。また、従来のＴＴＬ方式のウエハアライメント系
を使用する場合、レチクルステージと投影光学系との間
の空間にアライメント用の光束を偏向するためのミラー
等を配置する必要があるが、特に最近主流となっている
走査露光型の投影露光装置では、レチクルステージが厚
くなる傾向にあるため、そのようなミラーを含めたウエ
ハアライメント系の配置が困難になりつつある。

【０００８】また、アライメント時にウエハ上のフォト
レジストを介してウエハマークを正確に検出するために
は、アライメント用の光束として露光波長と比較的大き
く異なる感光性の弱い波長域の光を使用することが望ま
しい。しかしながら、このようにアライメント用の光束
の波長域を露光波長から比較的大きくずらすと、従来の
投影光学系用のＴＴＲ方式のアライメントセンサでは、
色収差を補正するための構成が複雑化するという不都合
がある。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、ベースライン量
を小さくできると共に、レチクルステージの構成に影響
されることなく検出系を容易に配置できるマーク検出方
法を提供することを第１の目的とする。また、本発明
は、投影光学系の色収差の影響を殆ど受けることなく高
精度に被検マークを検出できるマーク検出方法を提供す
ることを第２の目的とする。

【００１０】更に本発明は、投影光学系が所定の反射部
材を有する場合に実用的なマーク検出方法を提供するこ
とを第３の目的とする。更に本発明は、そのようなマー
ク検出方法を使用できる投影露光装置、及びそのような
マーク検出方法を用いたデバイスの製造方法を提供する
ことを第４の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１のマー
ク検出方法は、所定のパターンが転写される基板（Ｗ）
上のマーク（ＷＭ２）を検出するためのマーク検出方法
において、そのパターンをその基板上に転写するため
に、第１光学系（Ｌ１１〜Ｌ２４）と第２光学系（Ｍ
１，Ｌ２，Ｍ２）とを有する投影光学系（ＰＬ）を使用
し、その第１光学系とその第２光学系との間からその第
２光学系を介してその基板上のそのマークに検出用の光
束を照射して、そのマークを検出するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、その投影光学系の
一部の第２光学系を介してマーク検出を行うため、マー
ク検出系の検出中心（検出用の光束の基板上での照射位
置）と露光中心（投影光学系による投影像の中心）との
間隔であるベースライン量を小さくできる。また、その
パターンがマスクに形成されたパターンである場合で
も、第１光学系と第２光学系との間を介して検出用の光
束を照射しているため、そのマスクを保持するマスクス
テージの構成に影響されることなく、そのマーク検出系
を容易に配置できる。

【００１３】また、本発明による第２のマーク検出方法
は、所定のパターンが転写される基板（Ｗ）上のマーク
（ＷＭ２）を検出するためのマーク検出方法において、
そのパターンをその基板上に転写するために、反射面
（Ｒ２）の一部が透過部とされた反射部材（Ｍ２）をそ
の基板に近い位置に備えた投影光学系（ＰＬ）を使用
し、その反射部材の透過部（３７）を介してその基板上
のマークに検出用の光束を照射して、そのマークを検出
するものである。

【００１４】斯かる本発明によれば、基板に近い光学部
材が反射部材（ミラー）であると共に、その反射面の一
部の領域（例えば光軸近傍の領域）が透過部となってい
る投影光学系が使用される。本発明では、その透過部を
積極的に利用し、その透過部を介して検出用の光束をそ
の基板上に照射し、その基板からの戻り光も同様にその
透過部を介して検出する。従って、検出系のベースライ
ン量を小さくできる。また、主にその反射部材の透過部
を介してマーク検出を行うため、その投影光学系による
色収差の影響も殆ど受けない。従って、本発明のマーク
検出方法は、そのような反射部材を備えた投影光学系を
使用する場合に極めて実用的である。

【００１５】この場合、その基板上にそのパターンを転
写するための露光光の波長が１２０〜１８０ｎｍである
ときに、その検出用の光束は、その露光光と異なる波長
の光であることが望ましい。露光光の波長は短い程解像
度が向上するが、使用できる屈折部材の硝材の種類が限
られてくる。そこで、例えば投影光学系の一部に反射部
材を使用することで、屈折部材の使用量を減らして所望
の結像特性が得られる。

【００１６】次に、本発明による第１の投影露光装置
は、所定の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、その投影光学系は、第１光
学系（Ｌ１１〜Ｌ２４）と第２光学系（Ｍ１，Ｌ２，Ｍ
２）とを備え、その第１光学系とその第２光学系との間
からその第２光学系を介して被検マークに検出用の光束
を照射してその被検マークを検出するアライメント系
（９；９Ａ）を有するものである。本発明によって第１
のマーク検出方法が使用できる。

【００１７】また、本発明による第２の投影露光装置
は、所定の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、その投影光学系は、屈折部
材（Ｌ１１〜Ｌ２４）と反射面（Ｒ２）の一部が透過部
とされてその基板に近い位置に配置された反射部材（Ｍ
２）とを備え、その反射部材のその透過部（３７）を介
して被検マークに検出用の光束を照射してその被検マー
クを検出するアライメント系（９；９Ａ）を有するもの
である。本発明によって第２のマーク検出方法が使用で
きる。

【００１８】この場合、その投影光学系は、その内部で
中間像を形成すると共に、そのアライメント系の少なく
とも一部は、その中間像の近傍に、かつ結像光束の光路
外に設けられていることが望ましい。特に中間像の形成
位置は、結像光束が最も細くなる位置であるため、この
位置の近傍で、検出用の光束（アライメント光束）と結
像光束との分離を行うと、最も効率よく両光束の分離が
可能になる。

【００１９】また、その投影光学系の鏡筒（３０ａ，３
０ｂ；３０ｃ）に設けられる窓部（３１；４２）を介し
てその検出用の光束をその鏡筒内に導くことが望まし
い。また、そのパターンをその基板上に転写するために
使用される露光光の波長が１２０〜１８０ｎｍであると
きに、その投影光学系の鏡筒内に、例えばその鏡筒内を
減圧してからその露光光に対して透過性の気体を供給す
る気体供給装置（５０，５３）を有することが望まし
い。これによって、その鏡筒内にその透過性の気体が高
純度で供給されて、露光光に対する透過率が上昇する。

【００２０】また、本発明によるデバイスの製造方法
は、本発明のマーク検出方法を用いたデバイスの製造方
法であって、そのマーク検出方法を用いてその基板上の
マークを検出した後、この検出結果に基づいてその基板
とその所定のパターンとの位置合わせを行って、その基
板上にそのパターンを転写する工程を含むものである。
本発明によって高い重ね合わせ精度が得られる。

【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１〜図４を参照して説明する。本例は、露光光
として真空紫外光を使用するステップ・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す概略構成図であり、こ
の図１において、露光光源１としてフッ素レーザ（波長
１５７ｎｍ）が使用され、照明光学系２は、ビーム整形
光学系、照度分布均一化用のオプティカル・インテグレ
ータ（ホモジナイザー）、開口絞り（σ絞り）、視野絞
り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等
を備えている。但し、露光光源１として、他のレーザ光
源、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、又は半導体レーザ
の高調波変換装置等を使用してもよい。露光光源１から
射出された波長１５７ｎｍのパルスレーザ光よりなる露
光光ＩＬは、照明光学系２により、レチクル３のパター
ン面（下面）の細長い長方形の照明領域を均一な照度分
布で照明する。

【００２２】レチクル３を透過した露光光ＩＬは、投影
光学系ＰＬを介してウエハＷ上に、レチクル３上の照明
領域内のパターンを投影倍率β（βは１／４，１／５
等）で縮小した像を形成する。ウエハ（wafer)Ｗは例え
ばシリコン等の半導体又はＳＯＩ(silicon on insulato
r)等の円板状の基板であり、その上にフォトレジストが
塗布されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平
行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本例ではほぼ水平
面に合致している）内で図１の紙面に平行にＸ軸を取
り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。この場
合、レチクル３上の照明領域は、Ｙ方向に細長いスリッ
ト状であり、本例のレチクル３及びウエハＷの走査露光
時の走査方向はＸ方向である。

【００２３】まずレチクル３は、レチクルステージ４上
に保持され、レチクルステージ４はレチクルベース５上
でレチクル３をＸ方向に連続移動し、Ｘ方向、Ｙ方向及
び回転方向に微動してレチクル３の同期誤差を補正す
る。レチクルステージ４の端部に固定された移動鏡６及
びレチクルステージ駆動系７内のレーザ干渉計によって
レチクルステージ４の位置が計測され、この計測値及び
装置全体の動作を統轄制御する主制御系２１からの制御
情報に基づいて、レチクルステージ駆動系７はレチクル
ステージ４の動作を制御する。

【００２４】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを
介してウエハステージ１０上に保持され、ウエハステー
ジ１０はウエハベース１１上でウエハＷをＸ方向に連続
移動すると共に、必要に応じてウエハＷをＸ方向、Ｙ方
向にステップ移動する。ウエハステージ１０の端部に固
定された移動鏡１２及びウエハステージ駆動系１３内の
レーザ干渉計によってウエハステージ１０の位置が計測
され、この計測値及び主制御系２１からの制御情報に基
づいて、ウエハステージ駆動系１３はウエハステージ１
０の動作を制御する。また、不図示のオートフォーカス
センサによって計測されるウエハＷ上の複数の計測点で
のフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）の情報に基づ
いて、ウエハステージ１０はオートフォーカス方式でウ
エハＷのフォーカス位置及び傾斜角を制御することによ
って、露光中は継続してウエハＷの表面を投影光学系Ｐ
Ｌの像面に合わせ込む。

【００２５】露光時には、ウエハＷ上の一つのショット
領域への露光が終わると、ウエハステージ１０のステッ
プ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移動
した後、レチクルステージ４及びウエハステージ１０を
投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＸ方向に同
期走査する、即ちレチクル３とウエハＷ上の当該ショッ
ト領域との結像関係を保った状態でそれらを走査すると
いう動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り返さ
れて、ウエハＷ上の各ショット領域に順次レチクル３上
のパターン像が逐次転写される。

【００２６】さて、このような露光に先立って、レチク
ル３上の転写すべき原版パターンの位置と、ウエハＷの
各ショット領域に既に形成されている回路パターンの位
置とをそれぞれ計測し、この計測結果に基づいてレチク
ル３とウエハＷとのアライメントを高精度に行う必要が
ある。そのため、レチクル３のパターン面の原版パター
ンをＸ方向に（又はＹ方向でも可）挟むように１対の２
次元のアライメントマーク（レチクルマーク）ＲＭ１，
ＲＭ２が形成され、ウエハＷ上の各ショット領域にもそ
れぞれアライメントマーク（ウエハマーク）が形成され
ている。そして、ウエハステージ１０上のウエハＷの近
傍には、それらのマークに対応した基準マークが形成さ
れた基準マーク部材１６が固定されている。

【００２７】図２（ａ）はウエハＷ上のウエハマークの
一例を示し、この図２（ａ）において、ウエハＷ上の一
つのショット領域ＳＡ内にそれまでの工程によって所定
の回路パターンが形成されると共に、その回路パターン
に対応するウエハマークも形成されている。即ち、ショ
ット領域ＳＡ内には２次元のウエハマークＷＭ３が形成
され、ショット領域ＳＡを囲むストリートライン領域Ｓ
Ｔ上にはそれぞれＸ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成
された回折格子状のウエハマークＷＭ１及びＷＭ２が形
成されている。なお、２次元のウエハマークＷＭ３は、
例えば画像処理方式で検出されるマークであり、回折格
子状のウエハマークＷＭ１，ＷＭ２は、例えば K. Ota,
et al.:"New Alignment Sensors for Wafer Stepper"
Proc. ofSPIE Vol.1463(1991)で開示されているよう
な、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)方式で
検出される。

【００２８】ＬＩＡ方式の一例は、回折格子状のウエハ
マークに対して可干渉の１対のレーザビームを照射し、
そのウエハマークから同一方向に発生する１対の回折光
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、そのウエハマークの位置を検出する方法
である。更にその１対のレーザビーム間に僅かな周波数
差を付与して、２光束ヘテロダイン干渉方式とすること
によって、ウエハＷが静止状態でもそのウエハマークの
位置を高精度に検出することができる。また、ＬＩＡ方
式の別の例として、そのウエハマークに１本のレーザビ
ームを計測方向に関してほぼ垂直に照射して、そのウエ
ハマークから計測方向に関してほぼ対称に発生する±１
次、±２次、±３次、…等の２本のレーザビームの干渉
光を光電変換してもよい。

【００２９】また、そのショット領域ＳＡに対してＸ方
向に所定ピッチのドット列状のＬＳＡ（Laser Step Ali
gnment）方式用のウエハマークと、Ｙ方向に所定ピッチ
のドット列状のＬＳＡ方式用のマークとを形成しておい
てもよい。ＬＳＡ方式のアライメントセンサは、例えば
特公平６−１６４７８号公報に開示されているように、
計測方向に垂直な方向に配置されたドット列状のウエハ
マークと、スリット状のレーザビームとを計測方向に相
対走査することにより、そのウエハマークの位置を検出
する。

【００３０】これらのウエハマークは、ウエハＷ上の全
部のショット領域に付設されているが、一例としてエン
ハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式で
アライメントを行う場合には、ウエハＷ上の所定の複数
のショット領域に付設されたウエハマークの位置が検出
され、この検出結果より全部のショット領域の配列座標
が算出される。ＥＧＡ方式の詳細については、例えば特
公平４−４７９６８号公報で開示されている。

【００３１】図２（ｂ）は、基準マーク部材１６上の基
準マークの一例を示し、この図２（ｂ）において、基準
マーク部材１６上にはＸ方向に所定間隔でレチクル用の
基準マークＦＭ１，ＦＭ２が形成され、これらの基準マ
ークＦＭ１，ＦＭ２の中間位置にＸ方向及びＹ方向の回
折格子を組み合わせた形状の２次元の基準マークＦＭ３
が形成されている。なお、基準マークＦＭ３の他に、ウ
エハマークＷＭ１，ＷＭ２に対応するＬＩＡ方式用の基
準マークを別々に形成してもよい。また、ＬＳＡ方式の
アライメントセンサを使用する場合には、Ｙ方向、Ｘ方
向にドット列状のＬＳＡ方式用の基準マークを形成して
おいてもよい。

【００３２】そして、レチクルマークＲＭ１，ＲＭ２の
上方に光路折り曲げ用のミラー１４ａ，１４ｂ及び顕微
鏡本体部１５ａ，１５ｂよりなるレチクルアライメント
顕微鏡（以下、「ＲＡ顕微鏡」という）８ａ，８ｂが配
置されている。例えば基準マーク部材１６の基準マーク
ＦＭ１，ＦＭ２をレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とほぼ
共役な位置に移動した状態で、ＲＡ顕微鏡８ａ，８ｂ
は、露光光ＩＬと同じ波長の照明光のもとで、基準マー
クＦＭ１，ＦＭ２とレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２とを
同時に撮像し、画像信号を主制御系２１に供給する。主
制御系２１は、その画像信号を処理して基準マークＦＭ
１，ＦＭ２の像に対するレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２
の２次元的な位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に応じ
てレチクルステージ４を駆動してレチクル３をウエハス
テージ１０の座標系に対して位置合わせする。なお、Ｒ
Ａ顕微鏡８ａ，８ｂでは、露光光ＩＬと同じ波長域の照
明光を使用するが、この場合には投影光学系ＰＬの露光
領域には基準マーク部材１６が移動しているため、ウエ
ハＷ上のフォトレジストは感光されない。

【００３３】そして、ウエハＷ上のウエハマークの位置
検出を行うためのセンサとして、光源系１７、送光光学
系１８、受光光学系１９、及び光電変換部２０を有する
ウエハアライメント系９が配置されている。本例のウエ
ハアライメント系９は、後述のように投影光学系ＰＬの
一部の光学部材を介してウエハマークの位置を検出する
と共に、送光光学系１８及び受光光学系１９は、投影光
学系ＰＬ内の所定の光学部材の間に配置されている。

【００３４】なお、本例においても予めウエハアライメ
ント系９のベースライン量を計測しておく必要がある
が、このためには、上記のように基準マーク部材１６を
投影光学系ＰＬの露光領域内に移動してレチクル３のア
ライメントを行った状態で、ウエハアライメント系９に
よって基準マーク部材１６上の所定の基準マークの位置
を検出すればよい。ウエハアライメント系９によって計
測されるウエハＷ上の各ショット領域の配列座標をその
ベースライン量で補正した座標に基づいて、ウエハＷの
各ショット領域の位置決めを行うことによって、高い重
ね合わせ精度が得られる。

【００３５】次に、本例のウエハアライメント系９の構
成及び動作につき図３を参照して詳細に説明する。図３
は、図１中の投影光学系ＰＬの内部構成、及びウエハア
ライメント系９の構成を示す断面に沿う端面図であり、
この図３において、本例の反射屈折光学系からなる投影
光学系ＰＬは、レチクル３のパターンの一次像（中間
像）Ｉを形成するための第１結像光学系と、一次像Ｉか
らの光に基づいてレチクルパターンの二次像を縮小倍率
で感光性基板としてのウエハＷ上に形成するための第２
結像光学系とから構成されている。

【００３６】第１結像光学系は、レチクル側から順に正
の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞り（不図
示）と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構
成されている。第１レンズ群Ｇ１は、レチクル側から順
に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカ
スレンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凸面を向
けた正メニスカスレンズＬ１２と、ウエハ側に非球面形
状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３とから構成
されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、レチクル側か
ら順に、レチクル側の面が非球面形状に形成された両凹
レンズＬ２１と、レチクル側の面が非球面形状に形成さ
れた両凸レンズＬ２２と、ウエハ側に非球面形状の凸面
を向けた正メニスカスレンズＬ２３と、ウエハ側に非球
面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２４とから
構成されている。

【００３７】一方、第２結像光学系は、レチクル側から
順にウエハ側に凹面を向けた表面反射面Ｒ１を有し、且
つ中央に光軸ＡＸを中心とする円形の開口部３６を有す
る主鏡Ｍ１と、レンズ成分Ｌ２と、このウエハ側のレン
ズ面上に設けられた反射面Ｒ２を持つ副鏡Ｍ２とから構
成され、副鏡Ｍ２の中央部に光軸ＡＸを中心とした円形
の開口部３７が形成されている。本例の主鏡Ｍ１の開口
部３６及び副鏡Ｍ２の開口部３７が本発明の透過部に対
応している。別の観点によれば、副鏡Ｍ２とレンズ成分
Ｌ２とは裏面反射鏡を構成し、レンズ成分Ｌ２は裏面反
射鏡の屈折部を構成している。この場合、第１結像光学
系の結像倍率をβ１、第２結像光学系の結像倍率をβ２
とすると、一例として０．７＜｜β１／β２｜＜３．
５の関係が満足されることが望ましい。

【００３８】また、投影光学系ＰＬを構成する全ての光
学要素（Ｇ１，Ｇ２，Ｍ１，Ｌ２，Ｍ２）は単一の光軸
ＡＸに沿って配置されている。また、主鏡Ｍ１は一次像
Ｉの形成位置の近傍に配置され、副鏡Ｍ２はウエハＷに
近接して配置されている。こうして本例においては、レ
チクル３のパターンからの露光光ＩＬよりなる結像光束
が、第１結像光学系を介して、レチクルパターンの一次
像（中間像）Ｉを形成し、一次像Ｉからの結像光束は、
主鏡Ｍ１の中央の開口部３６及びレンズ成分Ｌ２を介し
て副鏡Ｍ２で反射される。そして、副鏡Ｍ２で反射され
た光は、レンズ成分Ｌ２を経て主鏡Ｍ１の表面反射面Ｒ
１で反射された後、レンズ成分Ｌ２及び副鏡Ｍ２の中央
の開口部３７を介してウエハＷの表面にレチクルパター
ンの二次像を縮小倍率で形成する。図３の例では、第１
結像光学系の結像倍率β１は０．６２４９、第２結像光
学系の結像倍率β２は０．４０００であり、レチクル３
からウエハＷに対する投影倍率βは０．２５（１／４
倍）となっている。なお、図３の投影光学系ＰＬの詳細
なレンズデータの一例は、本件出願人による特願平１０
−３７０１４３号に開示されている。

【００３９】本例において、投影光学系ＰＬを構成する
全ての屈折光学部材（レンズ成分）には蛍石、即ちＣａ
Ｆ₂の結晶を使用している。また、露光光としてのフッ
素レーザ光（Ｆ₂レーザ光）の発振中心波長は１５７．
６ｎｍであり、波長幅が１５７．６ｎｍ±１０ｐｍの光
に対して色収差が補正されていると共に、球面収差、非
点収差、及び歪曲収差などの諸収差も良好に補正されて
いる。更に、温度変化に対する主鏡Ｍ１の反射面の面変
化を抑えて良好な結像性能を維持するために、主鏡Ｍの
表面反射面Ｒ１を支持する支持部材を、線膨張率３ｐｐ
ｍ／℃以下の物質、例えばチタン珪酸ガラス（Titanium
Silicate Glass)を用いて形成している。チタン珪酸ガ
ラスとしては、例えばコーニング社のＵＬＥ（Ultra Lo
w Expansion:商品名）が使用できる。

【００４０】本例の投影光学系ＰＬは、反射屈折光学系
を構成する全ての光学要素が単一の光軸に沿って配置さ
れているため、反射部材を用いて色収差等を低減できる
上に、従来の直筒型の屈折系の延長線上の技術により鏡
筒設計及び製造を行うことが可能になり、製造の困難性
を伴うことなく高精度化を図ることができる。即ち、本
例では、第１結像光学系を構成するレンズＬ１１〜レン
ズＬ２４が鏡筒３０ａ内に実質的に密閉されて保持さ
れ、第２結像光学系を構成する主鏡Ｍ１、及び副鏡Ｍ２
と一体化されているレンズ成分Ｌ２が鏡筒３０ｂ内に実
質的に密閉されて保持され、鏡筒３０ａと鏡筒３０ｂと
は同一の光軸ＡＸ上に直列に連結されている。なお、図
３中では、鏡筒３０ａ，３０ｂが、分離されているよう
に表現されているが、これは一体構造であっても何ら問
題はない。

【００４１】また、本例の投影露光装置の露光光とし
て、波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外域中でも更に波
長１２０〜１８０ｎｍ程度の光を使用するものとする
と、投影光学系ＰＬ中のレンズＬ１１〜Ｌ２４及びレン
ズ成分Ｌ２の材料は、この波長域の光に対する透過率の
高い蛍石等のフッ化物結晶材料（ＣａＦ₂,ＭｇＦ₂,Ｌｉ
Ｆ，ＬａＦ₃,リチウム・カルシウム・アルミニウムフロ
ライド（通称：ライカフ結晶）等）、及びフッ素をドー
プした合成石英ガラス等に限定される。また、この波長
域の光束は、一般の大気中に存在する酸素、水蒸気、炭
化水素系ガス等により強い吸収を受けるため、露光光が
通る光路内でのこれらの気体濃度を１０ｐｐｍ程度以下
に抑える必要がある。従って、各光学部材（レンズＬ１
１〜Ｌ２４、主鏡Ｍ１、レンズ成分Ｌ２）を保持する鏡
筒３０ａ，３０ｂ内の結像光路となる空間（図３中でレ
ンズＬ１１からレンズ成分Ｌ２までの空間）において
は、上記吸収の強い気体を排除し、吸収の小さなヘリウ
ム、ネオン、アルゴン、窒素等の気体で置換することが
望ましい。

【００４２】従って、本例で使用する投影光学系ＰＬの
鏡筒３０ａ，３０ｂは、鏡筒の機械構造自体と、少なく
とも投影光学系ＰＬの両端部であるレンズＬ１１及びレ
ンズ成分Ｌ２の保持機構部とが、或る程度の気密性を保
つように構成されている。特に、レンズの保持と気密性
とを両立させてレンズを保持するために、鏡筒３０ａ，
３０ｂの構造材料とレンズ（ミラーについても同様）と
の間に、パッキング又はオーリング等の封止材を使用す
るが、この材料としてフッ素系樹脂、又はインジウムや
銅等の金属シール材を使用することが望ましい。これに
よって、高い気密性が得られると共に、不純物ガスの発
生を抑えられるので好都合である。

【００４３】また、鏡筒３０ａ，３０ｂ内から上記吸収
の強い気体を除去し、吸収の小さな気体で置換するため
に、鏡筒３０ｂの一部に通気口５１，５２を設け、通気
口５２には配管５３ａを介して真空ポンプ等の排気装置
５３を接続し、通気口５１には配管５０ａを介して上記
吸収の小さな気体を供給する給気装置５０を接続してい
る。給気装置５０には、本例の投影露光装置が設置され
る半導体製造工場の給気設備より、上記吸収の小さな気
体が供給されるが、給気装置５０中に、その気体を更に
高純度化するケミカルフィルタを設けるようにしてもよ
い。

【００４４】なお、図３中では、排気装置５３、給気装
置５０を鏡筒３０ｂにのみ設けているが、これを鏡筒３
０ａに設けてもよいことは言うまでもない。また、鏡筒
３０ａ内のレンズＬ１１〜Ｌ２４内の隣接する２つのレ
ンズで仕切られる各空間毎に、排気装置５３及び給気装
置５０のような気体置換機構を設けるようにしてもよ
い。

【００４５】ところで、投影光学系ＰＬの製造時には、
内部の不純物ガスを効率よく排除する必要があり、この
ためには、鏡筒３０ａ，３０ｂ内を一度或る程度の真空
度まで減圧できると好都合である。そのため、鏡筒３０
ａ，３０ｂの構造は、内部を真空にした場合の外部の大
気圧との気圧差に耐えられる構造にしておくと好都合で
ある。

【００４６】また、上記のように投影光学系ＰＬの鏡筒
３０ａ，３０ｂ内、或いはその他の部分の気体置換を或
る程度の真空度まで減圧して行う場合、それらの部分の
減圧（真空引き）と、吸収の小さな気体の供給（置換）
とを数サイクル繰り返して行うようにしてもよい。これ
によって吸収の大きい気体を一層効率よく排除すること
ができる。

【００４７】なお、真空紫外域の露光光を使用する投影
露光装置では、これらの気体置換機構は、投影光学系Ｐ
Ｌにのみに必要な機構ではなく、図１中の露光光源１と
照明光学系２との間の光路（例えば光軸ずれを補正する
ためのビーム・マッチング・ユニット（ＢＭＵ）を用い
るときは、このＢＭＵ内の光路を含む）、照明光学系２
内の光路、レチクル３の上下を含むレチクルステージ４
の周辺の光路、及びウエハＷの上面を含むウエハステー
ジ１０の周辺の光路についても、全て上記吸収の小さな
気体で置換する必要がある。そこで、これらの部分光路
に関しても投影光学系ＰＬと同様に、或る程度の密閉構
造と、気体の供給系及び排気系を含む気体置換機構とが
必要であることは言うまでもない。更に、必要に応じ
て、フッ素系樹脂や、金属シール等の気密保持部材を使
用することも同様である。

【００４８】また、上記のように露光光ＩＬの光路を吸
収の小さい気体で置換する代わりに、露光光ＩＬの少な
くとも一部が通過する空間、例えば鏡筒３０ａ，３０ｂ
の内部を露光中に減圧してもよい。この減圧によって、
露光波長が更に短波長化されても吸収を少なくできる。
次に、本例のウエハアライメント系９につき説明する。
ウエハアライメント系９の検出方式としては、上記のよ
うにＬＩＡ方式、ＬＳＡ方式又は画像処理方式等の何れ
でも可能であるが、以下ではＬＩＡ方式であるとして説
明する。この場合、検出対象のウエハマークは図２
（ａ）のＸ軸のウエハマークＷＭ１及びＹ軸のウエハマ
ークＷＭ２となる。

【００４９】図３において、光源系１７から検出用の光
束としてのアライメント光ＡＬが射出される。なお、光
源系１７内の光源（レーザ光源等）を投影露光装置本体
から離れた位置に配置して、そこから光ファイバを介し
てアライメント光を投影光学系ＰＬの近傍まで導く構成
としてもよい。アライメント光ＡＬの波長域に特に制限
は無いが、ウエハＷ上のフォトレジスト（感光性の膜）
を高い透過率で透過してウエハマークとの間を往復でき
るように、露光光ＩＬとは異なる波長域で、フォトレジ
ストに対する感光性の弱い例えば４００〜７５０ｎｍ程
度の波長域の光であることが望ましい。本例では、アラ
イメント光ＡＬとしてＨｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３
ｎｍ）、又は可視域から近赤外域程度の半導体レーザ光
等の可干渉性の良好な光束を使用する。また、本例の光
源系１７内には音響光学素子等が備えられ、光源系１７
から射出されるアライメント光ＡＬは、僅かな周波数差
を有し図３の紙面に垂直なＹ方向に所定の交差角で交差
する２光束よりなるヘテロダインビームとなっている。
光源系１７から射出されたアライメント光ＡＬは、点線
で示すように、光軸等を調整する調整光学系３５、送光
窓３１及び送光ミラー３２よりなる送光光学系１８を経
て、投影光学系ＰＬを構成する主鏡Ｍ１の中心の開口部
３６、レンズ成分Ｌ２、及びレンズ成分Ｌ２の裏面に設
けられた副鏡Ｍ２の中心の開口部３７を通過してウエハ
Ｗに入射する。

【００５０】この場合、ウエハＷ上のアライメント光Ａ
Ｌの照射領域には、例えば図２（ａ）のＹ軸のウエハマ
ークＷＭ２が形成されており、ウエハマークＷＭ２から
その２光束の±１次回折光が上方に平行に干渉光として
発生する。このようにウエハＷ上のウエハマークから発
生したアライメント光ＡＬは、入射時と同じく副鏡Ｍ２
の中心の開口部３７、レンズ成分Ｌ２、主鏡Ｍ１の中心
の開口部３６を通過した後、受光ミラー３３及び受光窓
３４よりなる受光光学系１９を経て光電変換部２０に入
射し、光電変換部２０内でビート信号に光電変換され、
そのビート信号が図１の主制御系２１に供給される。本
例のアライメント光ＡＬは可視域から近赤外域の波長で
あるため、送光窓３１及び受光窓３４としては通常の光
学ガラスを使用できる。また、本例では送光窓３１及び
受光窓３４は鏡筒３０ａと鏡筒３０ｂとの連結部に周囲
が密閉された状態で配置されている。また、送光ミラー
３２及び受光ミラー３３は、中間像としての一次像Ｉが
形成される面上で、その一次像を形成する結像光束の光
路の近傍で、かつその光路を遮らない領域に配置されて
いる。一次像Ｉが形成される位置では結像光束が最も細
くなっているため、送光ミラー３２及び受光ミラー３３
が容易に配置でき、結像光束とアライメント光ＡＬとを
確実に分離することができる。また、本例では送光窓３
１、送光ミラー３２、受光ミラー３３及び受光窓３４
は、レンズＬ２４と主鏡Ｍ１との間の空間に配置されて
いるとも言うことができる。

【００５１】そして、光源系１７では、例えばその内部
でヘテロダインビームから分離された２光束の干渉光を
光電変換して得た参照ビート信号を主制御系２１に供給
しており、主制御系２１では、そのビート信号と参照ビ
ート信号との位相差よりその検出対象のＹ方向のウエハ
マークの位置を検出する。

【００５２】なお、ウエハアライメント系９をＬＳＡ方
式とした場合には、例えば光源系１７からはスリット状
の断面形状を持ち図３の紙面に垂直なＹ方向に振動する
レーザビームが射出され、このレーザビームがウエハＷ
上の図３のＸ方向に所定ピッチで配置されたドット列状
のウエハマークに照射され、このウエハマークからの回
折光が光電変換部２０で受光される。そして、その振動
するレーザビームがＹ方向でそのウエハマークと合致す
るときに、光電変換部２０の検出信号が大きくなること
を利用して、そのウエハマークのＹ座標が検出される。
また、そのレーザビームを電気的に走査する代わりに、
ウエハステージ１０を駆動してウエハマーク側をＹ方向
に移動してもよい。

【００５３】そして、一例としてＸ軸及びＹ軸のウエハ
マークＷＭ１，ＷＭ２をそれぞれ別のセンサで検出する
ものとすると、図３のウエハアライメント系９は、図４
に示すように実質的に直交して配置された２軸のアライ
メント系より構成されることになる。図４は、図３のウ
エハアライメント系９を直交する２軸のウエハアライメ
ント系９ａ，９ｂより構成した場合を示す一部を断面と
した平面図であり、この図４において、図３のアライメ
ント光ＡＬは２つのアライメント光ＡＬａ，ＡＬｂに分
かれ、光源系１７は２軸の光源系１７ａ，１７ｂに分か
れ、同様に他の部材も２軸の部材に分かれている。そし
て、光源系１７ａ，１７ｂより発したアライメント光Ａ
Ｌａ，ＡＬｂ（実際には２本のヘテロダインビームであ
る）は、それぞれ傾斜角可変の平行平板３０１ａ，３０
１ｂ、レンズ系３０２ａ，３０２ｂ、送光窓３１ａ，３
１ｂ、送光ミラー３２ａ，３２ｂを経て、図３のレンズ
成分Ｌ２を介してウエハＷに至る。そして、ウエハＷ上
のウエハマークからの２軸のアライメント光ＡＬａ，Ａ
Ｌｂは、レンズ成分Ｌ２を通過した後、図４の受光ミラ
ー３３ａ，３３ｂ、受光窓３４ａ，３４ｂを経て、更に
必要に応じて空間フィルタ３０３ａ，３０３ｂで必要な
光束が選択されて、それぞれの光電変換部２０ａ，２０
ｂにより受光される。

【００５４】平行平板３０１ａ，３０１ｂ、及びレンズ
系３０２ａ，３０２ｂよりなる調整光学系（図３の調整
光学系３５に対応する）は、アライメント光を、ウエハ
Ｗ上の所定の位置に所定のサイズ及び入射角で入射させ
るための部材であり、特に平行平板３０１ａ，３０１ｂ
は、本例の投影露光装置の調整時に、その部材の位置及
び角度を調整して、上記位置及び入射角の調整を可能な
らしめる部材である。また、送光窓３１ａ，３１ｂ、受
光窓３４ａ，３４ｂは、鏡筒３０ａ，３０ｂの境界部に
設けられたガラス基板等の透過性部材であり、それぞれ
鏡筒３０ａ，３０ｂの気密性を保ったままアライメント
光を透過させる役割を果たしている。

【００５５】このように送光窓３１ａ，３１ｂ、受光窓
３４ａ，３４ｂを使用して、投影光学系ＰＬ内と、それ
以外のウエハアライメント系９ａ，９ｂを構成する光学
部材の配置される空間とを隔離することにより、投影光
学系ＰＬ（鏡筒３０ａ，３０ｂ）内部の気体を透過性の
気体で置換した後でも、上記平行平板３０１ａ，３０１
ｂ等を用いたアライメント光の位置及び入射角等の調整
が可能となる。また、上記調整機構には、その可動部に
潤滑油を必要とする場合があるが、その潤滑油から発生
する炭化水素系の気体が、鏡筒３０ａ，３０ｂ内の気体
を汚染する恐れが無くなることも送光窓３１ａ，３１
ｂ、受光窓３４ａ，３４ｂの重要な効果である。

【００５６】また、図３において、本例ではアライメン
ト光ＡＬの光路中に存在する屈折部材は、ほぼレンズ成
分２に限定されるため、アライメント光学系の色収差
を、比較的小さく抑えることができる。従って、アライ
メント光を、多波長のレーザ光束で構成したり、或る程
度の波長幅を持った広帯域光とすることも可能である。
もちろん、このような構成を採用する場合には、アライ
メント光の光源系１７内の光学系や、光電変換部２０内
の光学系等に色収差補正の設計を施す必要がある。

【００５７】また、本例では、送光ミラー３２及び受光
ミラー３３を、投影光学系ＰＬ中の中間像としての一次
像Ｉの近傍に設けることとしたが、これは投影光学系Ｐ
Ｌ内での結像光束の広がり（径）が、中間像位置で最も
小さく（細く）なり、アライメント光と結像束との分離
が、最も容易に行えるためである。ただし、この分離位
置は、光学設計等の都合により他の位置としてももちろ
ん問題はない。例えば、レンズＬ２２とレンズＬ２３と
の間や、レチクル３とレンズＬ１１との間に結像光束を
遮ることなくアライメント光と結像光束との分離が可能
なミラーを配置することが可能であれば、これらの位置
に送光光学系及び受光光学系を設けることに何ら問題は
ない。この場合、アライメント光の光路は、レンズＬ１
１〜Ｌ２４を透過し、主鏡Ｍ１の中心の開口部３６を通
過した後、レンズ成分Ｌ２の裏面の副鏡Ｍ２の中心の開
口部３７を透過する光路としてもよく、或いは、主鏡Ｍ
１の中心の開口部３６を通過した後、レンズ成分Ｌ２の
周辺の反射面Ｒ２（副鏡Ｍ２）で反射し、主鏡Ｍ１の周
辺の表面反射面Ｒ１で反射した後に、レンズ成分Ｌ２の
裏面の副鏡Ｍ２の中心の開口部３７を通過してウエハＷ
に至る光路としてもよい。

【００５８】但し、特に後者の光路を採用する場合に
は、露光波長用に設計製造された投影光学系ＰＬに対し
て異なる波長のアライメント光を透過させることになる
ため、色収差の発生が懸念される。その場合には、投影
光学系ＰＬ中の結像光路外に、アライメント光での色収
差を補正するための色収差補正部材（レンズ、プリズ
ム、回折格子等）を設けて色収差を補正するとよい。色
収差補正部材を配置する位置は、やはり結像光束の径が
最小となる中間像（一次像Ｉ）の近傍が最適である。ま
た、後者の例のように主鏡Ｍ１やレンズ成分Ｌ２の周辺
の反射面Ｒ２，Ｒ１でアライメント光を反射させる場合
には、これらの反射面に使用する反射部材は、反射率の
波長依存性の少ない金属膜を使用することが望ましい。

【００５９】このような構成で、アライメント光に対し
ても色収差を補正すると、ウエハアライメント系の光学
系の受光部又は送光部の少なくともどちらかを、レチク
ル３より上部（照明系側）に配置して、ウエハＷ上のウ
エハマークの検出を、レチクル３上のレチクルマークの
検出と関連して行ういわゆるＴＴＲ方式のアライメント
系を採用することも可能となる。

【００６０】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図５を参照して説明する。本例でも図３と同一構成の投
影光学系ＰＬを使用するため、図５において図３に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。図５は、本例の投影光学系ＰＬ及びウエハアライメ
ント系９Ａを示す断面に沿う端面図であり、この図５に
おいて、本例の投影光学系ＰＬを構成する光学部材（レ
ンズＬ１１〜Ｌ２４）、主鏡Ｍ１及び副鏡Ｍ２を裏面に
有するレンズ成分Ｌ２は共通の鏡筒３０ｃ内に密閉され
て保持されている。ウエハアライメント系９Ａにおい
て、光源系４０から射出されたアライメント光ＡＬは、
調整光学系４１、及び鏡筒３０ｃに形成された開口内の
送光窓４２を経て、投影光学系ＰＬ中の最もウエハＷ側
の光学部材であるレンズ成分Ｌ２の裏面の副鏡Ｍ２の中
心部の開口部３７を透過して、ウエハＷ上のウエハマー
クを照射する。ウエハマークから戻されたアライメント
光ＡＬは、同じく副鏡Ｍ２の開口部３７を経てレンズ成
分Ｌ２を透過して、鏡筒３０ｃ内の別の開口部に設けら
れた受光窓４３、及び必要に応じて所望の次数の光を通
過させるための空間フィルタ４４を経て、光電変換部４
５により受光される。

【００６１】本例においても、組立後に調整が必要とな
る調整光学系４１及び空間フィルタ４４等は、露光光よ
りなる結像光束の光路とは送光窓４２及び受光窓４３に
よって分離された位置に配置されるため、組立及び鏡筒
３０ｃ内のガス置換後であっても、調整は容易である。
また、本例においては、アライメント光ＡＬのウエハＷ
への入射角を大きく取ることが可能となる。そこで、ア
ライメント光ＡＬの入射角を、ウエハＷ上のフォトレジ
スト（屈折率は約１．７）に対するブリュースタ角（＝
５９．５°）付近に設定し、かつアライメント光ＡＬの
偏光状態をｐ偏光とすると、アライメント光ＡＬのレジ
スト表面での反射光の割合を殆ど０に抑えることができ
る。これによって、フォトレジストの下に形成されてい
るウエハマークからの反射光のみを確実に受光し、ウエ
ハマークの位置をより正確に検出することが可能にな
る。

【００６２】なお、上記の各実施の形態では、主鏡Ｍ１
の開口部３６及び副鏡Ｍ２の開口部３７の両方、又は副
鏡Ｍ２の開口部３７のみを通してアライメント光をウエ
ハ上に照射している。しかしながら、主鏡Ｍ１及び副鏡
Ｍ２の各反射面Ｒ１，Ｒ２に露光光は反射し、かつアラ
イメント光を透過させる波長選択性を持たせれば、主鏡
Ｍ１の材料（母材）及び副鏡Ｍ２が設けられたレンズ成
分Ｌ２は光透過性であるため、必ずしも開口部３６，３
７を通すことなく、その主鏡Ｍ１や副鏡Ｍ２を介してウ
エハ上のマークを検出することができる。

【００６３】また、上記の実施の形態の投影露光装置の
ウエハアライメント系９（又はウエハアライメント系９
Ａ）は、投影光学系ＰＬの各光学部材を鏡筒３０ａ，３
０ｂ（又は鏡筒３０ｃ）内に配置する際に送光窓３１〜
受光窓３４までの部材（又は送光窓４２、受光窓４３）
を所定の位置関係で配置した後、鏡筒の外部の部材を所
定の位置関係で配置して調整を行うことによって組み上
げられる。そして、この組立調整と共に、照明光学系や
投影光学系の調整を行い、各構成要素を、電気的、機械
的又は光学的に連結することによってその投影露光装置
が組み上げられる。この場合の作業は温度管理が行われ
たクリーンルーム内で行うことが望ましい。そして、上
記のようにウエハアライメント系９，９Ａを用いてアラ
イメント及び露光が行われたウエハＷが、現像工程、パ
ターン形成工程、ボンディング工程等を経ることによっ
て、半導体素子等のデバイスが製造される。

【００６４】なお、以上の実施の形態では、図３に示す
投影光学系ＰＬが使用されているが、本発明は、そのよ
うな投影光学系ＰＬが使用されている場合にのみ有効な
ものではなく、その他の構成の投影光学系が使用されて
いる場合にも有効であることはもちろんである。但し、
本発明は、特に光軸近傍に開口部（透過部）が形成され
た光学部材を備えた投影光学系を有する場合に有効であ
る。

【００６５】また、ウエハアライメント系の調整部分
を、送光窓及び受光窓により結像光束の光路と隔離する
構成は、どのような投影光学系を採用する場合にも有効
である。また、本発明は露光光としてＡｒＦエキシマレ
ーザ光（波長１９３ｎｍ）のようなほぼ真空紫外域の最
も長波長側の光、又はＫｒＦエキシマレーザ光（波長２
４８ｎｍ）のように遠紫外域等の光を使用して、かつ投
影光学系の一部に反射部材を含むような場合には同様に
適用することができる。

【００６６】但し、本発明がその効果を最大限に発揮す
るのは、投影光学系中の屈折部材（レンズ等）用の透過
率の高い硝材の種類が限定される波長域、即ち真空紫外
域中でも特に１２０〜１８０ｎｍ程度の波長域の光を露
光光として使用する場合である。この波長域の露光光の
光源としては、上記の実施の形態のフッ素レーザの他
に、波長１２０〜１３０ｎｍ程度のＡｒ₂(アルゴン・ダ
イマー）レーザ、波長１４６ｎｍ程度のＫｒＡｒレー
ザ、その他の気体レーザ、及び他のレーザ光の高調波を
発生する高調波変換素子等がある。

【００６７】なお、本発明は、露光光として波長５〜１
５ｎｍ程度の軟Ｘ線のような極端紫外光（ＥＵＶ光）を
使用する場合に、反射系よりなる投影光学系を使用する
場合等にも適用することができる。更に、上記の実施の
形態は本発明をステップ・アンド・スキャン方式の投影
露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパー
等の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。

【００６８】また、上記の実施の形態は、本発明をアラ
イメント系に適用したものであるが、アライメント系の
代わりに、或いはアライメント系と共に、投影光学系の
光軸方向のウエハの位置情報を検出する焦点位置検出系
（オートフォーカスセンサ）をウエハアライメント系
９，９Ａと同様の構成で設けるようにしてもよい。ま
た、特開平９−２０３６１５号公報、及び特開平９−２
１８０１８号公報に開示されているように、ウエハ上の
マークに２光束を照射してそのマークの段差量を検出す
る光学系を、前述のアライメント系の代わりに、或いは
それと共に、ウエハアライメント系９，９Ａと同様の構
成で設けるようにしてもよい。

【００６９】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。

【００７０】

【発明の効果】本発明の第１のマーク検出方法によれ
ば、マーク検出系のベースライン量を小さくできると共
に、マスクスステージ（レチクルステージ）を有する場
合にそのマスクステージの構成に影響されることなくマ
ーク検出系を容易に配置できる利点がある。

【００７１】また、本発明の第２のマーク検出方法によ
れば、投影光学系中の反射部材の透過部を介して被検マ
ークを検出しているため、投影光学系の色収差の影響を
あまり受けることなく高精度に被検マークを検出できる
と共に、投影光学系が透過部を持つ反射部材を備えた場
合に特に実用的である。また、本発明の第１又は第２の
投影露光装置によれば、本発明のマーク検出方法を使用
できる。そして、本発明のアライメント系は、真空紫外
光を露光光とする投影光学系に好適であるため、本発明
によって、高解像度を得るために真空紫外域の露光光を
使用した場合でも、高い重ね合わせ精度が得られる。

【００７２】また、投影光学系の鏡筒内に、真空紫外域
の露光光に対して透過性の気体を供給し、更に窓部を設
けた場合には、投影光学系内の結像光束の光路に、真空
紫外光に対する吸収の大きな気体を殆ど混入させること
なく、アライメント系の調整が可能となり、高いアライ
メント精度が得られる。更に、投影光学系の鏡筒内の気
体の置換機構により、真空紫外域の露光波長を使用する
投影露光装置において、結像光路内の吸光性ガスの濃度
を所定値以下に抑えることが可能となるため、露光光の
吸収の少ない、従って露光エネルギーの大きい高スルー
プットの投影露光装置が実現できる。

【００７３】また、本発明のデバイスの製造方法によれ
ば、高い重ね合わせ精度が得られるため、高性能のデバ
イスを量産できる。

【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を
示す概略構成図である。

【図２】（ａ）は図１のウエハＷ上のウエハマークの
一例を示す拡大平面図、（ｂ）は図１の基準マーク部材
１６上の基準マークの一例を示す拡大平面図である。

【図３】図１の投影光学系ＰＬ及びウエハアライメン
ト系の構成を示す断面に沿う端面図である。

【図４】図３のウエハアライメント系９を２軸構成に
した場合を示す一部を断面とした平面図である。

【図５】本発明の実施の形態の他の例の投影光学系Ｐ
Ｌ及びウエハアライメント系の構成を示す断面に沿う端
面図である。

【符号の説明】

１…露光光源、２…照明光学系、３…レチクル、ＰＬ…
投影光学系、Ｗ…ウエハ、９，９Ａ…ウエハアライメン
ト系、１７…光源系、１８…送光光学系、１９…受光光
学系、２０…光電変換部、Ｍ１…主鏡、Ｒ１…表面反射
面、Ｍ２…副鏡、Ｒ２…反射面、Ｌ２…レンズ成分、３
０ａ，３０ｂ…鏡筒、３１…送光窓、３２…送光ミラ
ー、３３…受光ミラー、３４…受光窓、３５…調整光学
系、３６…開口部、３７…開口部、５０…給気装置、５
１…排気装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが転写される基板上のマ
ークを検出するためのマーク検出方法において、前記パターンを前記基板上に転写するために、第１光学
系と第２光学系とを有する投影光学系を使用し、前記第１光学系と前記第２光学系との間から該第２光学
系を介して前記基板上の前記マークに検出用の光束を照
射して、前記マークを検出することを特徴とするマーク
検出方法。
【請求項２】所定のパターンが転写される基板上のマ
ークを検出するためのマーク検出方法において、前記パターンを前記基板上に転写するために、反射面の
一部が透過部とされた反射部材を前記基板に近い位置に
備えた投影光学系を使用し、前記反射部材の前記透過部を介して前記基板上の前記マ
ークに検出用の光束を照射して、前記マークを検出する
ことを特徴とするマーク検出方法。
【請求項３】前記パターンを前記基板上に転写するた
めに使用される露光光の波長は１２０〜１８０ｎｍであ
り、前記検出用の光束は、前記露光光と異なる波長の光であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載のマーク検出方
法。
【請求項４】所定の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、前記投影光学系は、第１光学系と第２光学系とを備え、前記第１光学系と前記第２光学系との間から前記第２光
学系を介して被検マークに検出用の光束を照射して前記
被検マークを検出するアライメント系を有することを特
徴とする投影露光装置。
【請求項５】所定の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、前記投影光学系は、屈折部材と、反射面の一部が透過部
とされて前記基板に近い位置に配置された反射部材とを
備え、前記反射部材の前記透過部を介して被検マークに検出用
の光束を照射して前記被検マークを検出するアライメン
ト系を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】前記投影光学系は、その内部で中間像を
形成すると共に、前記アライメント系の少なくとも一部
は、前記中間像の近傍に、かつ結像光束の光路外に設け
られていることを特徴とする請求項４又は５記載の投影
露光装置。
【請求項７】前記投影光学系の鏡筒に設けられる窓部
を介して前記検出用の光束を前記鏡筒内に導くことを特
徴とする請求項４、５又は６記載の投影露光装置。
【請求項８】前記パターンを前記基板上に転写するた
めに使用される露光光の波長は１２０〜１８０ｎｍであ
り、前記投影光学系の鏡筒内には、前記露光光に対して透過
性の気体が供給されていることを特徴とする請求項４〜
７の何れか一項記載の投影露光装置。
【請求項９】前記鏡筒内を減圧してから前記気体を供
給する気体供給装置を有することを特徴とする請求項８
記載の投影露光装置。
【請求項１０】前記気体供給装置は、前記鏡筒内の減
圧と前記気体の供給とを繰り返して行うことを特徴とす
る請求項９記載の投影露光装置。
【請求項１１】前記投影光学系は、複数の屈折部材が
配列される光軸上に対向して配置される一対の反射部材
を有し、該一対の反射部材はそれぞれ前記光軸を含む中
心部が透過部とされ、該一対の透過部を前記パターンを
前記基板上に転写するために使用される露光光が通過す
ることを特徴とする請求項５〜１０の何れか一項記載の
投影露光装置。
【請求項１２】請求項１〜３の何れか一項記載のマー
ク検出方法を用いたデバイスの製造方法であって、前記マーク検出方法を用いて前記基板上のマークを検出
した後、該検出結果に基づいて前記基板と前記所定のパ
ターンとの位置合わせを行って、前記基板上に前記パタ
ーンを転写する工程を含むことを特徴とするデバイスの
製造方法。