JPH033224A - マスクパターンを基板上に投影する装置 - Google Patents

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、投影ビームを放射する照明光学系と、マスク
ホルダと、投影レンズ系と、基本ホルダとを順次具える
と共に、さらに基板アラインメントマークをマスクアラ
インメントマークに対して整列させるアラインメント装
置を具え、前記アラインメント装置が、アラインメント
ビームを放射する放射源と、前記投影レンズ系と、基板
アラインメントマーク及びマスクアラインメントマーク
により相互作用を受けアラインメントビーム部分の光路
中にある放射感知検出系とを有し、前記検出系の出力信
号がアラインメントマークの相対位置の目安となるマス
クパターンを基板上に投影する装置に関するものである
。

（従来の技術） マスクアラインメントマークと基板アラインメントマー
クとを互いに整列させることは、これらアラインメント
マークを互いに直接的に又は間接的に整列させることを
意味するものと理解されるべきである。直接アラインメ
ントさせる場合、マスクアラインメントマーク又は基板
アラインメントマークを他方のマーク上に投影し、放射
感知検出系が他方のマークの後側に配置される。間接ア
ラインメントを行なう場合、基板アラインメントマーク
及びマスクアラインメントマークを別のアラインメント
マークの別の部分にそれぞれ投影し、放射感知検出系を
別のアラインメントマークの後側に配置し、基板アライ
ンメントマークとマスクアラインメントマークとの間の
整列性は、別のアラインメントマークに対する基板アラ
インメントマーク及びマスクアラインメントマークの整
列度を検出することにより決定される。

この型式の投影装置は、米国特許第４７７８２７５号明
細書に記載されている。この特許明細書に記載されてい
る装置は、例えば集積回路（ＩＣ）のパターンのような
マスクパターンを繰り返し基板上に投影する装置に関す
るものである。マスクパターン及び基板は２個の順次の
照明系の間で例えば基板面及びマスク面内で相互に直交
する方向に移動するように構成されている。

集積回路は、拡散技術及びマスキング技術を利用して製
造される。そして、異なるマスクパターンを有する多数
のマスクが半導体基板の同一の位置に順次投影される。

同一位置に順次投影する間に、基板に対して所望の物理
的及び化学的処理を施す必要がある。このため、基板を
マスクパターンで照明した後投影装置から基板を取りは
ずし、必要な処理工程を経た後再び基板を投影装置内の
同一位置に配置して第２のマスクパターンで照明する必
要がある。一方、第２マスクパターンの投影及び次のマ
スクパターンの投影は基板に対して極めて正確に行なう
必要がある。

拡散技術及びマスキング技術は、μｍ程度の微細寸法を
有する他の構造物、例えば光集積回路、磁気ドメインメ
モリの検出パターンおよび液晶表示装置の製造にも用い
ることができる。これら構造体の装置において、マスク
パターンは基板に対して極めて高精度に整列させる必要
がある。

基板の単位表面積当り多数の電子部品が形成され、これ
ら電子部品の寸法が極めて微小にされている関係上、集
積回路を製造する際の精度に極めて厳格な要件が課せら
れている。従って、順次のマスクが投影される基板上の
位置は、−層高精度に位置決めする必要がある。

米国特許第４７７８２７５号明細書に記載されているマ
スクパターンを基板上に投影する装置においては、数十
分のｌ、ｃＬｍの範囲内で極めて高精度な位置決めを達
成する必要があるため、この投影装置はマスクパターン
に対して基板を位置決めする装置を具え、このアライメ
ント装置を用いて基板に設けたアラインメントマークを
マスクに設けたアラインメントマーク上に投影している
。基板アラインメントマークの投影がマスクアラインメ
ントマークに高精度に一致している場合、基板はマスク
パターンに対して正確に整列されている。基板マークを
マスクマーク上に投影する主な素子は投影レンズ系すな
わち結像光学系で構成され、この投影レンズ系によりマ
スクパターンが基板上に投影される。基板上に形成され
る単位表面積当りの電子部品の数を一層増大させる要求
、つまり電子部品の寸法を一層小さくする要求が極めて
強いため、１μｍ以下例えば０．２〜０．３μｍ程度の
微細部又は線幅を繰り返し投影できる投影装置の開発が
強く要請されている。すなわち、投影レンズ系の解像力
を増大させる必要がある。周知のように、この解像力は
ＮＡ／λに比例する。ここで、ＮＡは投影レンズ系の開
口数であり、λは投影ビームの波長である。この開口数
はすでに高くなっており、例えば既知の投影レンズ系に
おいてはＮＡ＝　０．４８が得られている。

別の重要な事項は、レンズ系の焦点深度であり、この焦
点深度はできるだけ大きくする必要があるが、開口数を
大きくしようとすることは焦点深度を深くしようとする
要求に反してしまう。

０．２〜０．３μｍの細部を所望の焦点深度で投影する
唯一の可能性は、従来の投影ビームの波長よりも相当短
い波長の投影ビームを用いることである。短波長のビー
ムを用いてマススフパターンを基板上に投影するために
は、水晶から成るレンズ素子を用いる必要がある。しか
し、水晶は強い分散性があるため、用いる放射は極めて
狭い波長域を有する必要がある。従って、狭い波長域で
大きなパワーの光を放射する放射源を用いる必要がある
。実際に使用できる放射源はエキシマレーザであり、例
えば２４８μｍの波長を有するクリプトンスッ化物レー
ザ、１９３μｍの波長を有するアルゴンフッ化物レーザ
、又は周波数が４重で２５６μｍの波長を有するＮｄ−
ＹＡＧレーザがある。

米国特許第４７７８２７５号明細書に記載されているよ
うに、アラインメントビームとして６３３止の波長を有
するヘリウム−ネオンビームが好適に用いられている。

この理由は、このビームが基板上に形成したフォトレジ
ストに対していかなる変化も生じさせず、しかもフォト
レジストによって弱められることがないからである。投
影レンズ系は投影ビーム波長について最良の状態に設定
され、基板上にマスクパターンを鮮明に投影することが
できる。しかしながら、アラインメントビームの波長が
相異しているため、アラインメントビーム及び投影レン
ズ系を用いて基板及びマスクパターンを互いに鮮明に投
影することができない。投影レンズ系によって形成され
る基板アラインメントマークの投影像は対応するマスク
アラインメントマークからずれて形成されてしまう。こ
の結果、放射感知検出系から取り出されたアラインメン
ト信号はアラインメントエラーを決定できないばかりで
なく、例えば基板の傾きによる影響を受け又はアライン
メントビームの不安定さによる影響を受けてしまう。基
板アラインメントマークをマスクアラインメントマーク
に対してアラインメント信号が所望の値を有するように
変位されば、アラインメントエラーを存在させることが
できる。

アラインメントビームが最適波長にな（でも基板アライ
ンメントマークをマスクアラインメントマーク上に鮮明
に投影するため、米国特許第４７７８２７５号明細書に
は投影レンズ系の後側のアラインメントビームの放射光
路中に付加的な補正素子を配置し、この補正素子により
放射光路を折り曲げ、アラインメントビーム用の光路長
を拡大することが提案されている。

投影レンズ系と補正素子とを結合することにより、基板
アラインメントマークをマスクアラインメントマーク上
に鮮明に投影することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、実際にはこの補正方法は、投影ビーム用
の光路長とアラインメントビーム用光路長との差があま
り大きくない場合しか用いることができない。この光路
差は、Δｎ×Δλで与えられる。ここで、Δλはアライ
ンメントビームと投影ビームとの間の波長差であり、Δ
ｎはこれら２個の波長に対する投影レンズ系の屈折率の
実効差である。投影ビームとしてエキシマレーザ光を用
いアラインメントビームとしてヘリウム−ネオンレーザ
光を用いる投影装置において、波長差Δλが大きいだけ
でなく、屈折率差Δｎも用いるレンズ材料である水晶に
対して極めて大きい。この屈折率差Δｎは、光学ガラス
として用いることができる別のレンズ材料を用いても低
減させることはできない。この場合、積Δλ・Δｎは極
めて太きく、例えば２ｍｍ程度の光路長差が生じてしま
う。

たとえアラインメントビームが既知の補正素子で数回折
り曲げられても、この補正素子の大きさを適切に設定し
て、投影装置が補正素子用の特別の空間を必要としない
ように構成する必要がある。

しかも、そのような大きさの素子は、素子の傾きのよう
な機械的な不安定性及び温度変化に対して極めて敏感で
ある。

光路長差を補正するため、特別なレンズを投影レンズ系
の後側の放射光路中に配置することもできる。しかし、
この特別なレンズは極めて大きなレンズ力を有する必要
があるため、同様に機械的及び熱的な不安定性に対して
極めて敏感になってしまう。

（発明の概要） 従って、本発明の目的は、マスクアラインメントマーク
に対して基板アラインメントマークを投影する際に、特
別な空間を必要とせず、簡単な構造で十分な安定性を有
する手段を用いてフォーカシング誤差を十分に補正でき
る装置を提供するものである。この目的を達成するため
、本発明による投影装置は、前記アラインメントビーム
の光路中であって投影レンズ系の内部に屈折性補正素子
を配置し、この補正素子の寸法を、この補正素子を含む
面における投影レンズ系の直径よりも相当小さクシ、こ
の補正素子が、アラインメントビームの第１アラインメ
ントマークにより１次回折光として偏向されたサブビー
ムだけを第２アラインメントマーク上に偏向及び合焦さ
せるように構成したことを特徴とする。

第１のアラインメントマークは他のマーク上に投影され
るマークとする。直接アラインメントを行なう場合第２
のアラインメントマークはマスクアラインメントマーク
又は基板アラインメントマークとし、間接アラインメン
トの場合第２のマークは別のアラインメントマークとす
る。

さらに、本発明による投影装置は、前記屈折性補正素子
を、投影レンズ系のフーリエ平面に配置したことを特徴
とする。

投影レンズ系は多数のレンズ素子を有する複合レンズ系
とし、これらレンズ素子は第１群及び第２群に配置され
るように構成できる。フーリエ面はレンズ素子のレンズ
群間に存在する。第１のレンズ群は物体の（本例の場合
、アラインメントマーク）フーリエ面におけるいわゆる
フーリエ変換を行ない、第２のレンズ群はこのフーリエ
変換を物体の像に再変換する。物体によりアラインメン
トビームから種々の次数の回折光が形成され、これら回
折光はフーリエ面に合焦し互いに分離される。

さらに、補正素子は、投影ビーム及び投影ビームによっ
て形成されるマスク像にほとんど影響を及ぼさない程度
に小さくすると共にそのような影響を及ぼさない位置に
配置する。

補正素子を屈折性素子とすれば、この補正素子によって
補正素子を通過する光線の方向を支配でき、つまり光線
の集束点の位置が直接変位され、従って本発明の補正素
子は、従来用いられた放射光路を折り曲げるだけの補正
素子よりも一層有効なものとなる。さらに、屈折性補正
素子は第２のアラインメントマークから相当大きな距離
を以って配置することができるから、その有効性は相当
増大する。この補正レンズの光学性能は相当広い範囲内
において維持できるので、機械的及び熱的な不安定性に
対してほとんど影響を受けることがない。

この新規な補正素子の別の利点は、この補正素子が、第
１のアラインメントマークを結像する際１次回折光に対
して空間フィルタとして作用することである。その理由
は、この補正素子が、アラインメントビームのうち一次
回折されたビーム部分だけを第２のアラインメントマー
クに向けて偏向するからである。この結果、放射光路中
に個別の１次のフィルタを配置することなく、既知の利
点が達成される。すなわち、第１のアラインメントマー
クを第２のアラインメントマーク上に結像する際のコン
トラストが増大する。この結果、第１のアラインメント
マークに不規則な部分が生じても得られるアラインメン
ト信号にほとんど影響を及ぼさず、２個のマークを相互
に整列させる際の精度は、結像用のアラインメントビー
ムのうち零次サブビームを用いる場合に比べて２倍にな
る。

屈折性補正素子は種々の形状のものとすることができ、
例えば二重光学楔で構成できる。

本発明による投影装置の好適実施例は、屈折性補正素子
をレンズとしたことを特徴とする。

このような補正レンズを用いれば、焦点位置を補正でき
るだけでなく、第１のアラインメントマークを結像する
際の倍率も比較的広い範囲に亘って補正することができ
る。

このようにして得た倍率誤差補正は、多くの場合にとっ
て十分なものとなる。

ある条件下において、残留倍率誤差を補正することを望
む場合、本発明による投影装置は、前記第１のアライン
メントマークを第２のアラインメントマーク上に結像す
る際の倍率を補正するための特別なレンズを、第１アラ
インメントマークと第２アラインメントマークとの間で
あって投影レンズ系の外部のアラインメントビームの放
射光路中に配置したことを特徴とする。

最初、本発明は、投影ビームが遠紫外域の波長を有しア
ラインメントビームとして赤のビームを用いる投影装置
について検討した。このような投影装置においては、異
なる回折次数のアラインメントビーム部分は十分に分離
され、１次回折ビーム部分だけが第２のアラインメント
マークに入射する。しかしながら、本発明は、投影ビー
ムがより長い波長を有し、従って投影ビームとアライン
メントビームとの間の波長差が小さくアクロマティクレ
ンズすなわち色収差補正レンズを一原理的に用いること
ができる例えば米国特許第４７７８２７５号明細書に記
載されているような投影装置に用いても大きな利点を達
成することができる。上記米国特許明細書に記載されて
いる投影装置の補正素子は大きな容積を有しているため
、厳格な公差要件が課せられる。一方、上記補正素子は
、厳格な公差要件が課せられない本発明による一層小さ
な補正素子で置換される。さらに、本発明による新規な
補正素子を用いれば、この補正素子によって倍率誤差が
補正されるので、倍率誤差の１次補正用の別のレンズが
不要になる。

このレンズは微小な補正を行なうだけですむため、この
補正レンズはわずかなレンズ力を有するだけでよく、従
って米国特許第４７７８２７５号の投影装置に用いられ
ているレンズに課せられる要件よりも相当ゆるやかな要
件が課せられる。

さらに、本発明による投影装置は、前記特別なレンズを
第１アラインメントマーク又は第２アラインメントマー
クの近傍に配置したことを特徴とする 特別なレンズすなわち倍率補正レンズを、物体すなわち
一方のアラインメントマークの近傍又は像すなわち他方
のアラインメントマークの近傍に配置することは、極め
て効果的である。

本発明による投影装置の好適実施例は、特別なレンズを
投影レンズ系とマスクアラインメントマークとの間に配
置したことを特徴とする。実際に、投影装置においてマ
スクと投影レンズ系との間の有効な空間は、投影レンズ
系と基板との間の空間よりも一層大きいため、有益であ
る。

前述したように、屈折性補正素子により、いかなる場合
にも第１のアラインメントマークからの１次回折したア
ラインメント放射を第２のアラインメントマークに入射
させる必要がある。

一方、投影ビームとアラインメントビームとの間の波長
差がより小さい場合並びにアクロマチイックレンズ素子
を用いる場合、２次以上の高次の回折放射が第２のアラ
インメントマークに入射してしまう。この高次回折光の
入射を回避する投影装置の実施例は、前記投影レンズ系
の内部に絞りを配置し、この絞りが、第１アラインメン
トマークから到来し２次以上の回折次数のサブビームを
阻止するように構成したことを特徴とする。

この絞りは補正素子の近傍に、好ましくは補正素子面に
配置する。

上記型式の投影装置の第１実施例は、前記絞りを投影ビ
ーム及びアラインメントビームに対して透明な層で構成
し、この層がアラインメントビームの２次以上の回折次
数を有する部分が入射する位置にアラインメントビーム
の放射を阻止する区域を有することを特徴とする。

アラインメントビームの３次及び５次回折放射をほぼ阻
止する区域の全表面積は、投影レンズ系の瞳の表面積の
５〜１０％にすぎないから、これら放射阻止区域が投影
ビームに影響を及ぼすことはない。絞りを構成する層は
レンズと同一の材料で構成でき、放射阻止区域は例えば
放射吸収材料のパッドで形成できる。

補正素子面に絞りを有する投影装置の第２実施例は、前
記絞りを、投影ビームに対して透明でアラインメントビ
ームに対して不透明なダイクロイック材料から成る層で
構成し、この層が、アラインメントビームのうち１次回
折ビーム部分が入射する位置にアラインメントビームに
透明な区域を有することを特徴とする。

この絞りは投影ビームに対してほとんど障害物とならず
、しかも２次以上の高次の回折放射を阻止するのに一層
有効になる利点がある。

投影レンズ系の内部、好ましくは補正素子面に絞りを配
置すれば、第２アラインメントマーク上に形成され検出
系によって観測される第１アラインメントマークの像は
、アラインメントビームの１次回折部分だけによって形
成することができる。

１次回折された放射だけによって第１アラインメントマ
ークを第２アラインメントマーク上に投影する装置の第
１実施例は、前記投影レンズ系と第１アラインメントマ
ークとの間に絞りを配置し、この絞りのアラインメント
ビームのうち第１のアラインメントマークにより１次回
折された部分が入射する区域を放射に対して透明にした
ことを特徴とする。

絞りを投影レンズ系の外部であって第１アラインメント
マークの投影像の近傍に配置すると、アラインメントビ
ームの高次回折放射、特に３次及び５次回折放射が絞り
の開口部を通過して検出系に入射するおそれがある。こ
の不具合を回避するため、本発明の投影装置は、前記第
１アラインメントマーク及び第２のアラインメントマー
クによって１次回折されたアラインメントビーム部分だ
けを放射感知検出系に向けて通過させる絞り系を、前記
第２アラインメントマークと放射感知系との間に配置し
たことを特徴とする。

このような絞り系は、１次回折ビーム部分用の開口部を
有する絞り板とすることができ、或いは１次回折光だけ
を通過させる複数の光伝送パイプで構成することもでき
る。

前述した１次回折ビーム部分用の種々のフィルタ素子を
組み合せることも可能である。

補正素子の直径は例えば、投影レンズ系の直径の１／１
０以下とし、この補正素子を投影レンズ系の内部の投影
ビームの放射光路にほとんど影響を及ぼさない位置に配
置する。この結果、基板上のマスクパターンの像の品質
を良好に維持することができる。

このような事情を考慮し、本発明による投影装置は、前
記照明光学系が、投影レンズ系の内部の補正素子面にお
いて環状断面を有する投影ビームを放射することを特徴
とする。従って、投影ビームの補正素子の区域における
環状断面の内径は補正素子の径よりも大きくする。

本発明による投影装置は、基板アラインメントマーク及
びマスクアラインメントマークを互いに投影すると共に
これらマークを別のアラインメントマーク上にも投影で
きる点において相異する別の実施例も含んでいる。

第１の主実施例は、前記第１のアラインメントマークを
マスクアラインメントマークとし、第２のアラインメン
トマークを基板アラインメントマークとし、マクスアラ
インメントマークにより１次回折され次に基板アライン
メントマークにより１次回折されたアラインメントサブ
ビーム部分の光路中に反射体を配置し、前記反射体がア
ラインメントサブビーム部分だけを検出系に向けて反射
するように構成したことを特徴とする。

第２の主実施例は、前記第２のアラインメントマークを
、基板及びマスク以外の部分に位置する別のアラインメ
ントマークで構成し、マスクアラインメントマーク及び
基板アラインメントマークを第１のアラインメントマー
クとし、これら両方のマークを前記別のマーク上に投影
することを特徴とする。

第３の主実施例は前記アラインメント装置の放射源が、
マスクアラインメントマーク面及び基板アラインメント
マーク面に干渉パターンを形成する２本の放射ビームを
放射し、前記第１のアラインメントマークを干渉パター
ンの一部で構成し、前記第２のアラインメントマークを
基板アラインメントマークで構成したことを特徴とする
。

この実施例において、干渉パターンの別の部分はマスク
アラインメントマーク上に投影され、マスクアラインメ
ントマークの基板アラインメントマークに対する整列度
は、干渉パターンに対するマスクアラインメントマーク
及び基板アラインメントマークの両方の位置により決定
される。

本発明による投影装置の第４の主実施例は、前記第１の
アラインメントマークを基板アラインメントマークとし
、第２のアラインメントマークをマスクアラインメント
マークとし、、アラインメントビームを基板アラインメ
ントマークに向けて反射する反射体を、補正素子と基板
アラインメントマークとの間に配置したことを特徴とす
る。

上記実施例は、さらに前記補正素子が、投影レンズ系の
後側焦点面に位置することを特徴とする。

この後側焦点面は基板側の焦点面である。投影レンズ系
は、現流の投影装置でしばしば用いられているように、
基板側においてテレセントリックとする。

上記実施例において、アラインメントビームは、基板ア
ラインメントマークとマスクアラインメントマークとの
間の放射光路において種々の方法で入射させることがで
きる。まず、マスクテーブルと投影レンズ系との間に反
射体を配置し、この反射体によりアラインメントビーム
を投影レンズ系に向けて反射させることができる。

この型式の投影装置は、さらに基板アラインメントマー
クから到来するアラインメントビームのうち２次以上の
回折光及び零次回折光を阻止する絞り系を、投影レンズ
系と検出系との間に配置したことを特徴とする。

投影レンズ系の内部でアラインメントビームを反射させ
る第２の実施例は、前記投影レンズ系のホルダが放射に
対して透明な窓を有し、この窓を経てアラインメントビ
ームが投影レンズ系の光軸と直交する方向で入射でき、
入射したアラインメントビームを基板テーブルに向けて
反射する反射体を投影レンズ系の内部に配置したことを
特徴とする。

米国特許第４７７８２７５号に記載されているように、
マスクパターンを基板上に投影する装置は、第１のマス
クアラインメントマークを基板アラインメントマークに
対して整列させるアラインメント装置並びに第２のアラ
インメントビームを用いて第２のマスクアラインメント
マークを基板アラインメントマークに対して整列させる
第２の同様なアラインメント装置を具えるのが好ましい
。このような構成においては、マスクパターンと基板と
がなす相対角度を直接的に光学的に設定でき、投影レン
ズ系によりマスクパターンを基板上に結像する際の倍率
を決定することもできる。本発明のこのような構成の投
影装置は、第１及び第２のアラインメント装置が共通の
補正素子を有することを特徴とする。

この投影装置は、さらに前記反射体が、第１及び第２の
アラインメントビームを基板テーブルに向けてそれぞれ
反射する第１及び第２の反射面を有し、これら反射面が
、等しい大きさで且つ投影レンズ系の光軸に対して反射
の角度を以て延在し、投影レンズ系のホルダが、前記反
射面と対向位置する２個の放射透明窓を有することを特
徴とする。

第１及び第２のアラインメントビームを個別の放射源か
ら放射し、別の素子を介してマスクアラインメントマー
クと基板アラインメントマークとの間の放射光路に入射
させることができ、例えば前記放射透明窓を介して放射
光を投影レンズ系のホルダに入射させることができる。

一方、本発明による投影装置は、前記第１及び第２のア
ラインメント装置が２本のアラインメントビームを放射
する共通の光源を有し、これらアラインメントビームが
投影レンズ系のホルダの窓に互いに異なる角度で入射し
、一方のアラインメントビームが一方の反対面に直接入
射し、他方のアラインメントビームが第２の放射透明窓
を経てホルダから第２の放射透明窓を経てホルダから出
射して別の反射体に入射し、この別の反射体によって前
記他方のアラインメントビームを第２の反射面に向けて
反射するように構成したことを特徴とする。

マスクアラインメントマークを基板アラインメントマー
ク上に投影する二重アラインメント装置を具える投影装
置は、第１及び第２のアラインメント装置を具える請求
項１３に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置
において、前記第１及び第２のアラインメント装置が、
アラインメントビームのうち二重回折されたビーム部分
（＋１゜−１）及び（−１，＋１）を関連する検出系に
向けて反射する共通の反射体を有し、１回目の回折及び
２回目の回折がマスクアラインメントマーク及び基板ア
ラインメントマークにそれぞれ関連することを特徴とす
る。

本発明による投影装置の好適実施例は、さらに基板マー
クを位相回折格子で構成し、マスクマークを振幅回折格
子で構成したことを特徴とする。

米国特許第４２５１１６０号明細書に記載されているよ
うに、例えば四角形のマークや十字線のようなアライン
メントマークに比べて周期的な回折格子は、位置誤差を
測定する場合回折格子全体について平均化された誤差が
測定される利点がある。この結果、たとえ回折格子が格
子細条の公称幅の変動及び／又は格子溝の公称形状の変
動のような不規則性を有していても高精度に整列させる
ことができる。基板格子は集積回路の全製造工程につい
て１回だけ設ければよく、各製造工程毎に設ける必要は
ない。振幅回折格子に比べて、基板上の位相回折格子は
、肉眼で正確に見ることができる利点がある。さらに、
位相回折格子は、集積回路の製造中に基板が受ける多数
回の拡散処理について十分な耐久性を有している。

格子状アラインメントマークを結合すると共に１次サブ
ビームを濾波することにより、アラインメント信号が高
次のサブビームによる影響を受けない利点が達成される
。

本発明による投影装置の好適実施例は前記アラインメン
トビームの光路中に周期信号によって制御される手段を
配置し、検出系によって観測される第２アラインメント
マーク及びこの第２アラインメントマーク上の第１アラ
インメントマークの像を互いに周期的に変位させるよう
に構成したことを特徴とする。格子マークを用いる場合
、この変位は第２アライシメントマークの％のピッチ程
度にする。

前記手段はマスク用の駆動装置で構成することができ、
この結果マスクアラインメントマークは周期的に移動す
る。或は、基板アラインメントマークをマスクアライン
メントマークに対して有効に振動させる偏光感知素子と
組み合せた偏光変調器で構成することもできる。検出系
によって観測される第２アラインメントマークに対する
第１のアラインメントマークの投影を周期的に変位させ
ることにより、ダイナミックなアラインメント信号が得
られ、この結果アラインメント装置の精度及び感度を相
当改善することができる。感度を改善できることは、例
えば基板アラインメントマークの反射性が弱い場合に重
要である。アラインメントマークの相対移動は、アライ
ンメントマークとして機能する走行する干渉パターンを
用いることにより実現することができる。

以下、図面に基いて本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第１図はマスクパターンを基板上に繰り返し結像する装
置の実施例を示す。この装置の主な構成要素は結像すべ
きマスクパターンＣが配置されている投影カラムと、基
板をマスクパターンＣに対して位置決めするための移動
可能な基板テーブルＷＴである。

投影カラムは照明光学系と協働し、照明光学系は例えば
レーザＬＡ、ビームエキスパンダＥＸ、投影ビームＰＢ
を均一な放射分布とする積分器と称せられている素子Ｉ
Ｎ、及びコンデンサレンズｃｏを有している。投影ビー
ムＰＢはマスクＭ中に存在するマスクパターンを照明し
、マスクはマスクテーブルＭＴ上に配置する。

マスクパターンＣを通過したビームＰＢは、投影カラム
内に配置され線図的に図示した投影レンズ系ＰＬを通過
する。この投影レンズ系はマスクパターンＣの像を基板
Ｗ上に形成する。この投影レンズ系は、例えば倍率Ｍ＝
１１５、開口数Ｎ、　Ａ、＝　０．４８、視野の回折限
界は２２ｍｍとする。

基板Ｗは、例えば空気ベアリングにより支持される基板
テーブルＷＴ上に配置する。投影レンズ系ＰＬ及び基板
テーブルＷＴをハウジングＨＯ内に配置し、このハウジ
ングは下端側において例えば花崗岩から成るベースプレ
ートＢＭで密封し、その上側はマスクテーブルＭＴで密
封する。

第１図に示すようにマスクＭＡは２個のアラインメント
マスクＭ１およびＭ２を有する。これらマスクは回折格
子で構成するのが好ましいが、或いは周囲媒質から光学
的に区別される四角形又は細条状の他のマークで形成す
ることもできる。アラインメントマスクは好ましくは２
次元マスクとし、すなわち互いに直交する２方向にすな
わち第１図のＸ方向及びＹ方向に延在する２次元マスク
とする。

基板上にマスクパターンＣを並行して多数回投影する必
要があるため、この基板例えば半導体基板は多数のアラ
インメントマークを有し、このアラインメントマークは
例えば第１図に示すピッチＰｉ及びＰ２の２次元回折格
子とする。マークＰ１及びＰ２は、基板ＷのパターンＣ
の投影像が形成される区域の外部に位置させる。好まし
くは、格子マークＰ１及びＰ２は位相格子の形態のもの
とし、格子マークＭ１及びＭ２は振幅格子の形態とする
。

第２図は２個の同一の基板位相格子の例を拡大して示す
。この回折格子は４個のサブ格子Ｐ１．ａ＋Ｐ１．ｂ＊
　ｐ、、ｃ及びＰｌ、、を有し、そのうち２個のサブ格
子ｐ、、　ｂ及びＰ１９．をＸ方向用アラインメントと
して用い、残りのサブ格子Ｐ１８．及びＰｌ、。はＹ方
向用アラインメントとして用いる。２個のサブ格子Ｐ１
．．及びＰｌ、。は例えば１６μｍの格子周期を有し、
サブ格子Ｐ１１及びＰ、、　ｄは例えば１７，６μｍの
格子周期を有している。各サブ格子は例えば２００　Ｘ
　２００μｍの寸法を有することができる。この回折格
子及び適切な光学系を用いれば、原理的に０．１μｍ以
下のアラインメント精度を得ることができる。

アラインメント装置の得られる範囲を増大させるため、
異なる格子周期を選択できる。

第３図は本発明によるマスクパターン投影装置の第１実
施例においてアラインメント用に用いられる光学素子を
示す。この投影装置は２個の分離された同一構成のアラ
インメント系ＡＳ、及びＡｇ３を具え、これらアライン
メント系は投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＡ’に対して対称
に位置する。アラインメント系ＡＳ＋はマスクアライン
メントマークＭ２と関連し、アラインメント系ＡＳｔは
マスクアラインメントマークＭ１と関連する。２個のア
ラインメント系の対応する素子は同一の参照符号で示し
、アラインメント系ＡＳ！の素子と区別することとする
。

アラインメント系ＡＳ、の構造及びマスクマークＭ２と
例えば基板マークＰ１との相対距離を決定する方法につ
いて説明する。

アラインメント系ＡＳ、は例えばヘリウム−ネオンレー
ザから成る光源１を具え、この光源からアラインメント
ビートｂを放射する。このビームを、ビームスプリッタ
２により基板Ｗに向けて反射する。このビームスプリッ
タはハーフミラ−又は半透過性プリズムとすることがで
きる。しかし、好ましくは、直後にλ／４板３が配置さ
れている偏光分離プリズムとする。尚、λはビームｂの
波長である。投影レンズ系ＰＬはビームｂを微小スポッ
トに集束し、この微小スポットは基板Ｗ上で１ｍｍ程度
の径を有している。基板Ｗはビームの一部をビームｂ１
としてマスクＭ方向に反射する。ビームｂ１は投影レン
ズ系ＰＬを通過し、投影レンズ系により放射スポット■
としてマスク上に投影される。基板を照明装置内に配置
する前に、基板は装置に結合した予備整列膜内に予備整
列され、この結果放射スポットＶは基板マークＰ２上に
位置する。尚、この予備整列段は例えば欧州特許出願第
１６４．１６５号に説明されている。投影レンズ系の倍
率Ｍを考慮すれば、マスクマークＭ２の寸法は基板マー
クＰ２の寸法に適合し、これらマークが正しい方法で相
互に位置決めされれば、マークＰ２の像はマークＭ。

と高精度に一致する。

基板Ｗに向かう光路及び基板Ｗから出射する光路におい
て、ビームｂ及びｂｌはλ／４板３を２回通過する。こ
のλ／４板の光学軸は光源１から放射した直線偏光の偏
光方向に対して４５°の角度で延在する。λ／４板３を
通過したビームｂ１の偏光方向はビームｂの偏光方向に
対して９０°回転し、この結果ビームｂ１は偏光分離プ
リズム２を透過する。偏光分離プリズムとλ／４板とを
組み合わせて用いることにより、アラインメントビーム
をアラインメント系の放射光路と結合する際放射損失が
最少になる利点が達成される。

アラインメントマークＭ２を通過したビームｂ１はプリ
ズム１１で反射し、例えば別の反射プリズム１２により
放射感知検出器１３方向に進行する。この検出器１３は
、例えば第２図のサブ格子の数に基づく４分割された放
射感知区域を有する複合フォトダイオードとする。これ
ら検出器の出力信号はマーク＼（２の基板マークＰ２に
対する一致性の目安となる。

これら信号は電子的に処理して駆動装置（図示せず）に
よってマスクを基板に対してマークＰ２の像がマークＭ
２と一致するように移動させるために用いられる。従っ
て、自動アラインメント装置が得られる。

例えば半透過性プリズムの形態をしたビームスプリッタ
１４をプリズム１１と検出器１３との間に配置し、この
ビームスプリッタによりビームｂ１の一部をビームｂ、
として分離することができる。分離したす、は例えば２
個のレンズ１５及び１６を経てモニタ（図示せず）に結
合したテレビジョンカメラ１７上に入射し、このモニタ
上でアラインメントマークＰ２及びＭ、を照明装置の作
業者に対して可視化する。

従って、作業者は２個のマークが互いに一致しているか
否かを確認でき、必要な場合マニュプユレータを用いて
基板を移動させマークを互いに一致させることができる
。

マークＭ２とＰ２についいて前述した方法と同様な方法
でマークＭ２とＰ２並びにＭｌとＰｌを互いに整列させ
ることができる。上記２組のマークを整列させるために
アラインメント系ＡＳ２を用いる。

上述したアラインメント系の整列操作の詳細については
、米国特許第４７７８２７５号を参照されたい。

また、この特許明細書には、整列操作中にマスクに対す
る基板の移動を測定する極めて高精度な２次元移動測定
系に対してアラインメント系ＡＳ＋及びＡＳ２は極めて
接近した作動関係にあることが述べられている。アライ
ンメントマークＰ１及びＰ２、Ｍｌ及びＭ２の位置及び
相対距離は、上記特許明細書に記載されている移動測定
系の座標系に適用することができる。この移動測定系は
第１図の符号ＩＦで表示され、例えば米国特許第４２５
１１６０号明細書に記載されている干渉計システムとす
る。

所望の高い解像度を得るため投影ビームＰＢの波長はで
きるだけ短くする必要があり、投影レンズ系ＰＬは投影
ビームの波長について設計されているので、この投影レ
ンズ系を用いてアラインメントビームによりアラインメ
ントマークＰ、、　Ｐ２をＭ　Ｉ　＋Ｍ２上に相互に重
ね合わせて結像させる場合ずれが生じてしまう。例えば
、基板アラインメントマークＰ、、　Ｐ、は、マスクア
ラインメントマークが位置するマスクパターン面中に位
置せず、マスクパターン面から所定の距離だけずれて結
像されてしまう。このずれの距離は投影ビームの波長と
アラインメントビームとの波長差並びにこれら２本のビ
ームの波長に対する投影レンズ素子の材料の屈折率に依
存する。

投影ビームが例えば２４８ｎｍの波長を有しアラインメ
ントビームが６３３ｎｍの波長を有する場合、ずれの距
離は２ｍにもなってしまう。さらに、波長差により基板
アラインメントマーク上は、所望の倍率からずれた倍率
でマスクアラインメントマークに結像されてしまい。こ
の倍率ずれは波長差によって増大する。

このずれを補正するため、投影カラムＰＬを本発明によ
る特別なレンズすなわち補正レンズ２５と協働させる。

この補正レンズを投影カラム中の適切な高さ位置に配置
し、基板アラインメントマークによって形成されたアラ
インメントビームの異なる回折次数のサブビームを補正
レンズ面内で十分に分離し、これらサブビームを支配で
きるように設定する。同時に補正レンズは投影ビーム及
びこのビームによって形成されるマスク像にほとんど影
響を及ぼさないように設定する。補正レンズは投影レン
ズ系の後側焦点面に位置するのが好ましい。投影レンズ
系が基板側でテレセントリックの場合、この焦点面は投
影レンズ系の出射瞳面と一致する。第３図に示すように
、補正レンズ２５が、アラインメントビームｂの主光線
とｂ′の主光線とが互いに交差する面２４内に位置する
場合、この補正レンズは２本のアラインメントビームを
補正するためにも同時に用いることができる。

補正レンズ２５の効果を第４図に基づいて説明する。第
４図は補正レンズと基板アラインメントマークとの間の
アラインメントビームの放射光路の一部を示す。これら
アラインメントマークは回折格子の形態のものとする。

格子Ｐ２に入射したアラインメントビームｂは、零次サ
ブビームｂ（０）、１次すブビームｂ（＋１）、　ｂ（
−１）並びに３次及び４次等の高次サブビームに分離さ
れる。尚、零次サブビームは、ビームｂが垂直入射する
場合ビームｂと同一方向に進行する。これらサブビーム
は投射レンズ系に向けて反射する。−次サブビームは面
２４に位置する補正レンズに入射する。この補正レンズ
は、１次すブビームｂ　（＋１）の主光線とｂ（−）の
主光線とがマスクアラインメントマークＭ２の面内で互
いに交差するように１次すブビームｂ（−）及びｂ　（
＋１）の方向を変位させるレンズ力を有している。さら
に、補正レンズは適切な小径のものとし、−次サブビー
ムよりも大きな回折角で回折された高次サブビームがこ
の補正レンズを通過しないようにする。さらに、補正レ
ンズの位置に素子を配置し、この素子により零次サブビ
ームが補正レンズを通過するのを阻止する。第４図の実
施例において、上記素子は反射性二重光学楔の形態をな
し、この光学楔を用いてアラインメントビームｂ及びｂ
′を投影レンズ系に結合する。この光学楔により、零次
サブビームｂ（０）及びｂ’　（０）は入射アラインメ
ントビームｂ及びｂ′の方向にそれぞれ反射される。こ
のように構成すれば、１次サブビームだけを用いて格子
Ｐ２が格子Ｍ２上に結像されるので、種々の利点が達成
される。

零次サブビームは格子Ｐ２の位置に関する情報を有して
いない。このサブビームの強度は１次サブビームの強度
と比較して相当な強度となり、格子形態特に格子溝の深
さ並びに格子溝の幅と中間格子細条の幅との比に依存す
る。零次サブビームの強度を抑制することにより、格子
Ｐ、の線のコントラストは相当増大させることができる
。２次及び高次のサブビームは抑制されるので、格子Ｐ
２の不規則性はアラインメント信号にほとんど影響を及
ぼさない。１次サブビームだけを用いる場合、格子Ｐ２
の２次高調波成分が結像される。すなわち、投影レンズ
系ＰＬの倍率Ｍとは無関係に、回折格子Ｐ２の像は格子
Ｐ２の半分の周期を有する。格子Ｍ２の格子周期が格子
Ｐ２の像の周期に等しい場合、すなわち格子Ｐ２の格子
周期のｍ／２倍に等しい場合、格子Ｍ２とＰ２とを整列
させる精度は、ビームｂ全体を用いて結像させる場合の
２倍になる。

投影ビームＰＢの波長とアラインメントビームｂ。

ｂ′の波長との間の波長差を一層小さくし、且つ投影レ
ンズ系にアクロマティクレンズを用いる場合、１次より
も高い高次のサブビームが投影レンズ系を介してマスク
アラインメントマークＭ２に入射するおそれがある。こ
の場合、絞り板を補正レンズ内に又は補正レンズに対し
て並置することにより、１次サブビームだけを通過させ
ることができる。

図面を明瞭にするため、絞り板３０の２個の実施例を第
５図及び第６図に示す。第５図において絞り板３０のベ
ース材料３１は投影ビーム及びアラインメントビームに
対して透明なものとし、アラインメントビームを阻止す
る区域３３を２次以上の高次のアラインメントビームが
絞り板に入射するのを阻止する位置に形成する。これら
阻止区域は微小であり、投影レンズ系の瞳の高々５〜１
０％の表面領域を形成するにすぎない。従って、阻止区
域３３は投影ビームにほとんど影響を及ぼすことはない
。

絞り板３０のベース材料３１は投影レンズ素子の材料と
同一の材料で構成でき、阻止区域３３は吸収材料又は反
射材料で構成できる。

第６図の絞り板の材料は、２色性のものとし、投影ビー
ムに対して透明性としアラインメントビームに対しては
不透明性とする。アラインメントサブビームを通過させ
る区域３４をベース材料３２内に形成し、その位置を経
て１次のアラインメントビームを絞り板３０に入射させ
る。このように絞り板を構成することにより、投影ビー
ムに対して障害物となるものを絞り板に存在させること
なくアラインメントビームの高次サブビームを効率よく
阻止することができる。

投影レンズ系に絞り板を配置する代わりに、投影レンズ
系とマスクとの間に配置した絞りを用いて、検出系によ
って観測されるマスクアラインメントマーク上に形成さ
れる基板アラインメントマークの像をアラインメントビ
ームの１次回折光だけによって形成することができる。

この構成を第７図に線図的に示す。第７図において、符
号ＰＬは投影レンズ系を図示し、ＭＡはマスクを示す。

参照番号３５は絞り板を示し、この絞り板はアラインメ
ントビームに対して不透明であるが、アラインメントビ
ームｂ°の１次サブビーム（図示せず）に対しては透明
開口部３６を有している。

絞り板３５は投影レンズ系の後方であって基板アライン
メントマークの結像位置に接近して配置されているので
、アラインメントビームの高次回折光特に３次及び４次
の回折光が開口部３６を通過して検出系１３’に入射す
るおそれがある。この不都合を解消するため、第７図に
示すように、基板アラインメントマーク及び関連するマ
スクアラインメントマークによって１次回折光として回
折したアラインメントビームのサブビーム用の開口部３
８を有する別の絞り板３７をマスク１１４Ａと検出系１
３′との間に配置することができる。

第２の絞り板３７を設ける代わりに、第８図に線図的に
示すように検出系１３′と例えばプリズム１１′との間
に放射に対して透明なパイプ３９を配置することができ
る。このパイプ３９を設けることによりアラインメント
ビームの１次回折光として回折された回折光だけが検出
器１３′に入射する。

補正レンズ２５はアラインメントビームをマスク面上に
鮮明に合焦させるだけでなく、基板アラインメントマー
クがマスクアラインメントマーク上に結像する際の倍率
誤差を補正することもできる。

この倍率誤差は投影レンズ系が投影ビームの波長に対し
て適正に設計され、アラインメントビームの波長に対し
て考慮されていないことに起因する。

この倍率誤差補正は、多（の場合において十分なもので
ある。投影ビームとして例えば２４８μｍの波長の遠紫
外線を用いる装置においては、補正レンズ２５によって
倍率誤差を完全に補正することはできない。この場合、
特別なレンズ９を投影レンズ系ＰＬの光路外であってア
ラインメントビームの光路中に配置して径方向の倍率誤
差を除去することができる。この特別なレンズ９は、基
板アラインメントマーク又はマスクアラインメントマー
クに接近して配置した場合に最大の効果を発揮する。

投影装置においてマスクと投射レンズ系との間の空間は
投影レンズ系と基板との間の空間よりも大きいから、第
３図に示すようにレンズ９はマスクと投影レンズ系との
間に配置することが望ましい。

Ｙ−Ｚ面内で回折された１次サブビームによるＸ方向の
アラインメントマークＰ２とＭ２との位置合わせについ
ては前述した。第２図に示すように、２次元回折格子を
用いる場合、Ｘ−Ｚ面内の回折光と同一の回折次数のサ
ブビームがＹ−Ｚ面内にも発生する。第７図及び第８図
に図示したように、これらサブビームのうち１次サブビ
ームは通過でき、Ｙ方向の位置合わせに用いることがで
きる。

従って、絞り手段を２本のサブビームの代わりに４本の
サブビーム用に適切に構成することにより、Ｘ方向アラ
インメント用と同一の補正レンズ及び絞り手段を用いる
ことができる。

マスクアラインメントマークＭ２を基板アラインメント
マークに対して位置合わせするために用いるアラインメ
ント系ＡＳ、について説明したので、マスクアラインメ
ントマークＭ１を基板アラインメントマークに対して位
置合わせするためのアラインメント系ＡＳｔについての
説明は省略する。このアラインメント系Ａｓｓは、アラ
インメント系ＡＳ＋と同様な素子を有すると共に同様に
動作する。第４図において説明したように、補正レンズ
２５はアラインメント系ＡＳ、及びＡＳｚの両方につい
て共用する。

基板アラインメントマークをマスクアラインメントマー
クに対して位置合わせする際の精度は、検出器１３及び
１３’の出力信号を固定周波数で変調することにより相
当増強することができる。この目的を達成するため、１
９８４年に発行された“オプティカル　マイクロリソグ
ラフィ　■　テクノロジーフォ　ザ　ネックスト　デケ
ード（ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｌｉｔｈｇｒａｐｈｙ
　ＩＩＩ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎ
ｅｘｔＤｅｃａｄｅ）″の第４７０巻第６２頁〜６９頁
に記載されている文献　５ＰＩＥ”に開示されているよ
うにマスクＭ従って例えばマスクマークＭ２を周期的に
移動させることができる。米国特許第４２５１１６０号
に記載されているダイナミックなアラインメント信号を
得る改良例を用いて本発明のアラインメント装置の精度
を一層増大させることができ、このアラインメント装置
を第３図に示す。

マークＭ２に入射する前に、ビームｂ１は偏光分離プリ
ズム２を通過し、このビームは直線偏光となり所定の偏
光方向を有している。次に、ビームｂ１は複屈折材料か
ら成るプレート８を通過する。このプレートは、例えば
プリズム２を通過したビームの偏光方向に対して４５度
の角度をなす光学軸を有する水晶板とする。素子８はサ
バール板又はウォルストンプリズムとすることもできる
。２本の相互に直交偏光したビームが素子８から出射す
る。

これらビームはマスクマークＭ２の位置においてマスク
マークＭ２の形態によって決定される所定の距離に亘っ
て相互にずれる。アラインメントマークとして回折格子
を用いる場合、上記距離は格子Ｍ２の格子周期の１／２
に等しくする。偏光変調器１８及び検光子１９を検出器
１３の前面に配置する。例えば光弾性変調器から成る変
調器１８は電圧発生器２０により印加される電圧■８に
より制御する。この変調器を通過したビームの偏光方向
は、この変調器により交互に９０度切り換えられる。検
光子１９は偏光分離プリズム２と同一の偏光方向つまり
偏光透過方向を有し、この結果′の偏光方向を有しマー
クＭ２上にずれていない基板マークＰ２の像を形成する
第１の放射ビームと、第２の偏光方向を有し例えばマー
クＭ２上に格子周期のｌ／２だけずれたマークＰ２の像
を形成する第２の放射ビームを検出器１３に向けて通過
させる。検出器１３からの出力信号を増幅し位相感知検
出回路２１において信号処理を行なう。尚、この位相感
知検出回路２１には電圧信号Ｖｎも印加する。この位相
感知検出回路２１からの出力信号は所望のダイナミック
なアラインメント信号となる。

尚、変調器１８及び検光子１９は、マスクアラインメン
トマークの前側の放射光路中に配置することもできる。

第９図は二重アライイン系を用いる装置の第２実施例を
示す。この第９図は本発明に重要な素子だけを示す。投
影レンズ系ＰＬのホルダは２個の放射透明窓４０及び４
１を有し、これらの窓を経てアラインメントビームｂ及
びｂ′が入射する。アラインメントビームｂ及びｂ゛は
反射プリズム２６の反射面２７及び２８にそれぞれ入射
し、アラインメントマーク（図示せず）が存在する基板
Ｗに向けて反射す、る。このアラインメントマーク１こ
よりアラインメントビームを異なる回折次数の多数のサ
ブビームに分離する。零次サブビームは反射面２７．２
８により外部に向けて反射される。アラインメントビー
ムｂ及びｂ′の１次サブビームは、プリズム２６の上方
に配置した補正レンズ２５によりアラインメントマーク
（図示せず）が存在するマスク面ＭＡ内で干渉作用を受
ける。１次サブビームによって形成された基板アライン
メントマークの像は関連するマスクアラインメントマー
クと共に放射感知検出器１３及び１３′によりそれぞれ
検出される。第３図に図示した素子ｔｏ、　１１．１２
．１４〜１９及び１０’、　１１’。

１２’、　１４’〜１９　　をそれぞれ収納するブロッ
ク４３及び４３′を検出器の前面に配置する。

必要な場合、第５図、第６図、第７図及び第８図に基づ
いて説明した絞り手段を一方のアラインメントビームの
光路中に配置することができる。

さらに、特別なレンズ９及び９′をアラインメントビー
ムｂ１及びｂ　、　Ｔの光路中に配置して基板アライン
メントマークをマスクアラインメントマーク上に結像す
る際の倍率を補正することができる。

アラインメントビームは個別の放射源から供給すること
ができる。しかしながら、第９図に示すように共通の放
射源５０を用いるのも好適である。

放射源５０から発生したビームをビームスプリッタ５１
により２本のビームｂ及びｂ′に分離する。反射体５３
によりアラインメントビームｂ′を、放射透明窓４１を
経てプリズム２６の反射体２７に向けて反射するアライ
ンメントビームｂも同様に反射体５２及び５４を経て放
射透明窓４１に入射する。このビームは線図的に配置し
た第２の放射透明窓４１を経て投影レンズ系ＰＬのホル
ダを出射し、次に特別の反射体４２により反射し、プリ
ズム２６の反射面２８に入射する。

平行平面板の形態をした特別の素子５５．５６．５７及
び５８並びにレンズ５９．６０及び６２をビームｂ及び
ｂ′の光路中に配置し、これらの素子によって２本のビ
ームを平行ビームとして基板上に垂直入射させることが
できる。

上述した実施例は２個のアラインメント装置を具える投
影装置について説明したが、本発明は１個のアラインメ
ント系例えば第３図のアラインメント系ＡＳ＋だけを有
する投影装置にも適用することができる。単一のアライ
ンメント系を有する投影装置は米国特許第４２５１１６
０号明細書に記載されている。しかしながら、二重アラ
インメント系を有する投影装置も好適である。この理由
は、マスクパターンと基板との間の相対角度配置が光学
的に直接限定できるからであり、また投影レンズ系の倍
率誤差並びに基板及びマスクにおける変形を測定できる
からである。

本発明に基づいて配置した補正レンズは投影ビームＰＢ
にほとんど影響を及ぼさないから、基板上のマスク画像
の品質は良好に維持される。補正レンズ２５は投影装置
の軸線ＡＡ’上に配置され且つこのレンズの表面積は例
えば投影ビームの断面積の高々１／１０にしかすぎない
から、この要件は十分に適合する。特別な方法として、
投影ビームを通常の円形の断面とする代わりに環状断面
とすることもできる。このため、例えば第１図の積分器
（Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）をドイツ連邦共和国特許第２
６０８１７６号に記載されているように環状形状とする
ことができる。

第４図、第５図、第６図及び第９図について説明した実
施例においては、基板アラインメントマークをマスクア
ラインメントマーク上に投影した。

しかしながら、本発明は、米国特許第４７７８２７５号
、第４６３６０７７号及び第４７７１１８０号明細書に
記載されているように、マスクアラインメントマークを
基板アラインメントマーク上に投影するアラインメント
装置として用いることもできる。第１Ｏ図は、本発明の
技術思想を利用した上述した型式のアラインメント装置
を線図的に示す。

第１０図において、符号ＭＡは同様にマスクマークＭ１
及びＭ２を有するマスクを示し、符号Ｗはアラインメン
トマークＰ、及びＰ２を有する基板を示す。ＰＬは投影
レンズ系である。プリズム７０によりアラインメントビ
ームｂをマスクアラインメントマークＭ１に向けて反射
する。投影レンズ系ＰＬはアラインメントビームｂを用
いてマークＭ、を基板アラインメントビークＰ１上に結
像する。マスクアラインメントマークはビームｂを零次
サブビームｂ　（０）、２本の第１次サブビームｂ（−
１）、　　ｂ（＋１）並びに多数の高次サブビーム（図
示せず）に回折する。

本発明においては、投影レンズ系は補正素子を含み、例
えばアラインメントビームのサブビームが十分に分離す
る位置に配置したレンズ２５′を含み、この補正素子に
よりサブビームｂ　（−１）及びｂ（＋１）だけを基板
マークＰ１に入射させると共にこのマーク上に合焦させ
る。従って、１次すブビームｂ　（−１）及びｂ　（＋
１）だけによってマークＭ１の鮮明な像がマークＰ１上
に形成される。基板マークＰ１により反射されると共に
＋１次回折光及び−１次回折光として回折されたサブビ
ーム部分、つまり二重回折されたサブビーム部分ｂ　（
−１，’　＋１）及びｂ（＋１．−１）は、マスクマー
クＭ１で発生した零次サブビームｂ（０）と反対の方向
に進行する。サブビームｂ　（−１゜＋１）及びｂ（＋
１．−１）はマークＭ１とＰｌとの間の相対位置に関す
る情報を含み、これらサブビームは反射体２６′により
検出系７１に向けて反射され、検出系の出力信号はマー
クＭ１の像に対するマークＰ１の一致度の目安となる。

尚、反射体２６′はマスクマークＭ１で発生した零次サ
ブビームｂ（０）を阻止する。

第１０図に示す投影装置は、第３図の投影装置と同様に
２個のアラインメント装置を有することができる。この
場合、同一の補正素子２５′は第１のアラインメントビ
ームｂ用及び第２のアラインメントマームｂ°用に用い
ることができる。反射体２６′はその両側で両方のサブ
ビームをそれぞれ反射する。

第１０図の投影装置において、第３図に基づいて説明し
た変調器手段並びに第５図、第６図、第７図及び第８図
に基づいて説明した絞り手段も用いることができる。

第１１図はマスクアラインメントマークＭ２及び基板ア
ラインメントマークＰ２を共に第３のアラインメントビ
ークＭＲ上に投影する投影装置を線図的に示す。本投影
装置においてアラインメントビームｂは、部分的反射性
素子８０を介してマスクアラインメントマークＭ２及び
マスクＭＡに並列して形成した窓８１を照明する。この
反射性素子８０は例えばハーフミラ−とする。マスクア
ラインメントマークは放射を第３のアラインメントマー
クＭＲに向けて反射する。レンズ８２によりマークＭ２
をマークＭＲ上に結像し、マークＭ２によって１次回折
光として回折されたサブビームだけが投影に寄与する。

このように構成することによりフーリエレンズ系を用い
ることができ、フーリエレンズ系は後側焦点面にフィル
タ板８４が配置されている第１のフーリエレンズ８２と
前側焦点面がフィルタ板８４の位置と一致する第２のフ
ーリエレンズ８３とを具える。第１のフーリエレンズ８
２はビーム部分す、をフィルタ板８４上に集束し、この
フィルタ板はアラインメントマークＭ２からの１次回折
光だけを通過させる。第２のフーリエレンズ８３はマー
クＭ２の像を第３のすなわち基準アラインメントマーク
ＭＲの第１部分上に形成する。この第１部分及び重畳さ
れたマークＭ２の像をレンズ８５により第１検出器８６
上に結像する。窓８１を通過するアラインメントビーム
ｂｙは投影レンズ系ＰＬを介して基板アラインメントマ
ークＰ２を照明する。本発明においては、投影レンズ系
は補正レンズ２５を含み、この投影レンズ系により基板
アラインメントマークＰ２をマスクアラインメントマー
クＭ２の面に結像する。一方、基板マークＰ２によって
１次回折光として回折されたサブビームだけを用いる。

ビーム部分ｂｙは反射ビーム部分す、と同様に第１のフ
ーリエレンズ８２、フィルタ板８４及び第２のフーリエ
レンズ８３を通過し、この結果アラインメントマークＰ
２が基準マークＭＲの第２の部分上に結像されることに
なる。この第２部分及びマークＰ、の重畳された像はレ
ンズ８５により第２検出器８７上に結像される。例えば
これら第１及び第２検出器の出力信号を比較することに
より、アラインメントマークＭ、とＰ２との相互整列性
の程度が、米国特許３８１１７７９号明細書に記載され
ている方法と同様な方法で決定することができる。

第１２図はマスクアラインメントマークと基板アライン
メントマークとを相互に間接的に位置合わせする別の方
法を線図的に示す。この方法において、物理的なアライ
ンメントマークの代わりに人工的なアラインメントマー
クを第３のマークとして用いる。この第３のマークは２
本のビームｂ、及びｂｂによって形成した干渉パターン
ＩＰで構成され、これらビームｂ１及びす、はマスクア
ラインメントマークＭ２面内で互いに干渉する。干渉パ
ターンを用いて基板アラインメントマークとマスクアラ
インメントマークとを互いに整列させる原理は、１９８
９年９月に発行された刊行物“マイクロサーキットエン
ジニア　プログラム　アンド　アブストラクト　ケンブ
リッジ（Ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
　Ｐｒｏｇ−ｒａｍｍｅ　ａｎｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ
　Ｃａｍｂｒｉｂｇｅ）’に記載されている文献“ヘテ
ロダイン　ホログラフィック、ナノメータ　アラインメ
ント　フォー　ア　ウェファステッパ（Ｈｅｔｅｒｏｄ
ｙｎｅ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ
Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ａ　Ｗａｆｅｒｓｔｅｐ
ｐｅｒ）”に記載されている。

第１２図は干渉パターンＩＰを示し、この干渉パターン
は反射性回折格子として設けたマスクアラインメントマ
ークＭ２上に重畳するこの回折格子は異なる回折次数で
入射した投影を第１の検出器９２の方向に回折する。１
次回折サブビームだけを通過させるフィルタ９１を検出
器９２の前面に配置する。

検出器の出力信号は干渉パターンＩＰに対するマークＭ
２の位置を表わす。

マスクＭＡは、マークＭ２に隣接して窓９４を有し、こ
の窓を介して干渉ビームｂ１及びｂｂの放射を投影レン
ズ系ＰＬに入射させる。第１２図の下側の挿入図に示す
ように、投影レンズ系により干渉パターンＩＰを基板ア
ラインメントマークＰ２上に結像する。

反射性回折格子であるマークＰ２により、入射した放射
は多数の回折次数の反射光として偏向される。

反射した放射は、投影レンズ系及び半透過性プリズム９
５を経て第２の検出器９７に入射する。本発明では、投
影レンズ系ＰＬは補正素子２５を含み、この補正素子を
介して干渉パターンをマークＭ２上に鮮明に結像させる
。１次サブビームを選択するフィルタ９６を検出器９７
とプリズム９５との間に配置することができる。

第１Ｏ図と同様に、反射体２６′を補正素子２５の下側
に配置することができ、この反射体により１次サブビー
ムを図面上の右側に向けて反射する。この結果、これら
サブビームは、破線で示すように、投影レンズ系ホルダ
の壁部の窓を経て投影レンズ系から出射することができ
る。

ビームｂ、及びｂｂは変調ビームとすることができ、そ
れらの変調周波数は２本のビームについて相異させるこ
とができる。形成した干渉パターンは時間と共に変化し
、干渉パターンのマスクアラインメントマーク及び基板
アラインメントマークにおける移動を解析することがで
き、この結果周期的に変化するアラインメント信号が発
生する。従って、検出器９２と９７の出力信号間の位相
差は、マークＭ２とＰ、との間の相対的整列度を表わす
ことになる。

第１１図及び第１２図に示すアラインメント装置は第３
図に示す装置と同様にダブルアラインメント型とするこ
とができ、これらアラインメント装置は第５図、第６図
、第７図及び第８図に基づいて説明した絞り手段と同様
な絞り手段を具えることができ、また第３図に示したビ
ーム変調手段を設けることもできる。

上述した実施例においてはアラインメントマークを回折
格子で構成したが、本発明はそのような構成に限定され
るものではない。また、放射透明性又は反射性の細条、
十字線又は四角形の形態のマークを用いて整列させる場
合、本発明による補正レンズを用いてこれらマスクを正
しい位置及び所望の倍率で結像させることができる。

上述したアラインメント装置はマスクＭに存在するパタ
ーンＣに対して独立して作動するから、極めて微細なパ
ターンを基板上に投影する必要がある場合並びにパター
ンを基板に対して極めて正確に整列させる必要があるい
かなる場合にも本発明を用いることができる。

上述実施例は、光集積回路や磁器ドメインメモリの製造
に用いる投影装置について説明した。しかしながら、本
発明はマスクパターンを投影する種々の投影装置に適用
でき、繰り返し投影する装置に限定されるものではない
。従って、パターンを１回だけ投影する装置にも勿論適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマスクパターンを基板上に繰り返し結像する装
置の実施例を示す線図、 第２図は２次元回折格子の形態をした既知のアラインメ
ントマークの実施例を示す線図、第３図は本発明による
２個のアラインメント装置を具える投影装置の第１実施
例を示す線図、第４図は第３図の投影装置に用いた補正
レンズの作用を示す線図、 第５図及び第６図は本発明による投影装置に好適な絞り
板の第１及び第２の実施例を示す線図、第７図及び第８
図は本発明の投影装置に用いる絞り素子の別の実施例を
示す線図的斜視図、第９図は本発明による投影装置の第
２実施例を示す線図、 第１０図、第１１図及び第１２図は本発明による投影装
置の変形例を示す線図である。 Ｗ・・・基板 ＷＴ・・・基板テーブル ＭＡ・・・マスク ｐＨＰ２・・・基板アラインメントマークＭ１１１１４
．・・・マスクアラインメントマークＡＳ、、　Ａｓ２
・・・アラインメント系１．１′・・・光源 １３、１３’・・・検出器 ２５・・・補正レンズ ３０・・・絞り板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投影ビームを放射する照明光学系と、マスクホルダ
   と、投影レンズ系と、基本ホルダとを順次具えると共に
   、さらに基板アラインメントマークをマスクアラインメ
   ントマークに対して整列させるアラインメント装置を具
   え、前記アラインメント装置が、アラインメントビーム
   を放射する放射源と、前記投影レンズ系と、基板アライ
   ンメントマーク及びマスクアラインメントマークにより
   相互作用を受けアラインメントビーム部分の光路中にあ
   る放射感知検出系とを有し、前記検出系の出力信号がア
   ラインメントマークの相対位置の目安となるマスクパタ
   ーンを基板上に投影する装置において、 前記アラインメントビームの光路中であっ て投影レンズ系の内部に屈折性補正素子を配置し、この
   補正素子の寸法を、この補正素子を含む面における投影
   レンズ系の直径よりも相当小さくし、この補正素子が、
   アラインメントビームの第１アラインメントマークによ
   り１次回折光として偏向されたサブビームだけを第２ア
   ラインメントマーク上に偏向及び合焦させるように構成
   したことを特徴とするマスクパターンを基板上に投影す
   る装置。 ２、前記屈折性補正素子を、投影レンズ系のフーリエ平
   面に配置したことを特徴とする請求項１に記載のマスク
   パターンを基板上に投影する装置。 ３、前記屈折性補正素子をレンズとしたことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のマスクパターンを基板上に投
   影する装置。 ４、前記第１のアラインメントマークを第２のアライン
   メントマーク上に結像する際の倍率を補正するための特
   別なレンズを、第１アラインメントマークと第２アライ
   ンメントマークとの間であって投影レンズ系の外部のア
   ラインメントビームの放射光路中に配置したことを特徴
   とする請求項１、２又は３に記載のマスクパターンを基
   板上に投影する装置。 ５、前記特別なレンズを第１アラインメントマーク又は
   第２アラインメントマークの近傍に配置したことを特徴
   とする請求項４に記載のマスクパターンを基板上に投影
   する装置。 ６、前記特別なレンズを、投影レンズ系とマスクアライ
   ンメントマークとの間に配置したことを特徴とする請求
   項５に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 ７、前記投影レンズ系の内部に絞りを配置し、この絞り
   が、第１アラインメントマークから到来し２次以上の回
   折次数のサブビームを阻止するように構成したことを特
   徴とする請求項１、２又は３に記載のマスクパターンを
   基板上に投影する装置。 ８、前記絞りを投影ビーム及びアラインメントビームに
   対して透明な層で構成し、この層がアラインメントビー
   ムの２次以上の回折次数を有する部分が入射する位置に
   アラインメントビームの放射を阻止する区域を有するこ
   とを特徴とする請求項７に記載のマスクパターンを基板
   上に投影する装置。 ９、前記絞りを、投影ビームに対して透明でアラインメ
   ントビームに対して不透明なダイクロイック材料から成
   る層で構成し、この層が、アラインメントビームのうち
   １次回折ビーム部分が入射する位置にアラインメントビ
   ームに透明な区域を有することを特徴とする請求項７に
   記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 １０、前記投影レンズ系と第１アラインメントマークと
   の間に絞りを配置し、この絞りのアラインメントビーム
   のうち第１のアラインメントマークにより１次回折され
   た部分が入射する区域を放射に対して透明にしたことを
   特徴とする請求項１、２又は３に記載のマスクパターン
   を基板上に投影する装置。 １１、前記第１アラインメントマーク及び第２のアライ
   ンメントマークによって１次回折されたアラインメント
   ビーム部分だけを放射感知検出系に向けて通過させる絞
   り系を、前記第２アラインメントマークと放射感知系と
   の間に配置したことを特徴とする請求項１０に記載のマ
   スクパターンを基板上に投影する装置。 １２、前記照明光学系が、投影レンズ系の内部の補正素
   子面において環状断面を有する投影ビームを放射するこ
   とを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に
   記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 １３、前記第１のアラインメントマークをマスクアライ
   ンメントマークとし、第２のアラインメントマークを基
   板アラインメントマークとし、マクスアラインメントマ
   ークにより１次回折され次に基板アラインメントマーク
   により１次回折されたアラインメントサブビーム部分の
   光路中に反射体を配置し、前記反射体がアラインメント
   サブビーム部分だけを検出系に向けて反射するように構
   成したことを特徴とする請求項１から１２までのいずれ
   か１項に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置
   。 １４、前記第２のアラインメントマークを、基板及びマ
   スク以外の部分に位置する別のアラインメントマークで
   構成し、マスクアラインメントマーク及び基板アライン
   メントマークを第１のアラインメントマークとし、これ
   ら両方のマークを前記別のマーク上に投影することを特
   徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の
   マスクパターンを基板上に投影する装置。 １５、前記アラインメント装置の放射源が、マスクアラ
   インメントマーク面及び基板アラインメントマーク面に
   干渉パターンを形成する２本の放射ビームを放射し、前
   記第１のアラインメントマークを干渉パターンの一部で
   構成し、前記第２のアラインメントマークを基板アライ
   ンメントマークで構成したことを特徴とする請求項１か
   ら１２までのいずれか１項に記載のマスクパターンを基
   板上に投影する装置。 １６、前記第１のアラインメントマークを基板アライン
   メントマークとし、第２のアラインメントマークをマス
   クアラインメントマークとし、、アラインメントビーム
   を基板アラインメントマークに向けて反射する反射体を
   、補正素子と基板アラインメントマークとの間に配置し
   たことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１
   項に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 １７、前記補正素子が、投影レンズ系の後側焦点面に位
   置することを特徴とする請求項１６に記載のマスクパタ
   ーンを基板上に投影する装置。 １８、前記マスクテーブルと投影レンズ系との間に、ア
   ラインメントビームを投影レンズ系に向けて反射する反
   射体を配置した請求項１６又は１７に記載のマスクパタ
   ーンを基板上に投影する装置において、基板アラインメ
   ントマークから到来するアラインメントビームのうち２
   次以上の回折光及び零次回折光を阻止する絞り系を、投
   影レンズ系と検出系との間に配置したことを特徴とする
   マスクパターンを基板上に投影する装置。 １９、前記投影レンズ系のホルダが放射に対して透明な
   窓を有し、この窓を経てアラインメントビームが投影レ
   ンズ系の光軸と直交する方向で入射でき、入射したアラ
   インメントビームを基板テーブルに向けて反射する反射
   体を投影レンズ系の内部に配置したことを特徴とする請
   求項１６又は１７に記載のマスクパターンを基板上に投
   影する装置。 ２０、第１のマスクアラインメントマークを基板アライ
   ンメントマークに対して整列させるアラインメント装置
   と、第２のアラインメントビームにより第２のマスクア
   ラインメントマークを基板アラインメントマークに対し
   て整列させる第２のアラインメント装置とを具える請求
   項１から１９までのいずれか１項に記載のマスクパター
   ンを基板上に投影する装置において前記第１及び第２の
   アラインメント装置が１個の共通の補正素子を有するこ
   とを特徴とするマスクパターンを基板上に投影する装置
   。 ２１、前記反射体が、第１及び第２のアラインメントビ
   ームを基板テーブルに向けてそれぞれ反射する第１及び
   第２の反射面を有し、これら反射面が、等しい大きさで
   且つ投影レンズ系の光軸に対して反対の角度を以て延在
   し、投影レンズ系のホルダが、前記反射面と対向位置す
   る２個の放射透明窓を有することを特徴とする請求項１
   ６に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 ２２、前記第１及び第２のアラインメント装置が２本の
   アラインメントビームを放射する共通の光源を有し、こ
   れらアラインメントビームが投影レンズ系のホルダの窓
   に互いに異なる角度で入射し、一方のアラインメントビ
   ームが一方の反対面に直接入射し、他方のアラインメン
   トビームが第２の放射透明窓を経てホルダから出射して
   別の反射体に入射し、この別の反射体によって前記他方
   のアラインメントビームを第２の反射面に向けて反射す
   るように構成したことを特徴とする請求項２１に記載の
   マスクパターンを基板上に投影する装置。 ２３、第１及び第２のアラインメント装置を具える請求
   項１３に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置
   において、前記第１及び第２のアラインメント装置が、
   アラインメントビームのうち二重回折されたビーム部分
   （＋１、−１）及び（−１、＋１）を関連する検出系に
   向けて反射する共通の反射体を有し、１回目の回折及び
   ２回目の回折がマスクアラインメントマーク及び基板ア
   ラインメントマークにそれぞれ関連することを特徴とす
   るマスクパターンを基板上に投影する装置。 ２４、別のアラインメントマークを投影レンズ系のマス
   ク側に配置し、マスクアラインメントマークを反射性と
   し、前記マスクが、基板アラインメントマークに向かう
   アラインメント放射及び基板アラインメントマークで反
   射した放射を通過させる透明窓をマークの近傍に有する
   ことを特徴とする請求項１４に記載のマスクパターンを
   基板上に投影する装置。 ２５、前記マスクと別のアラインメントマークとの間に
   フーリエレンズ系を配置し、空間フィルタがこのフーリ
   エレンズ系に含まれていることを特徴とする請求項２４
   に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 ２６、前記別のアラインメントマークの後側のアライン
   メントビームの光路中に、マスクアラインメントマーク
   及び基板アラインメントマークからの放射をそれぞれ受
   光する２個の検出器を配置したことを特徴とする請求項
   ２４又は２５に記載のマスクパターンを基板上に投影す
   る装置。 ２７、前記別のアラインメントマークと２個の検出器と
   の間に結像レンズを配置したことを特徴とする請求項２
   ６に記載のマスクパターンを基板上に投影する装置。 ２８、前記フーリエレンズ系とマスクとの間にアライン
   メントビームをマスクに向けて反射し、マスクアライン
   メントマーク及び基板アラインメントマークで反射した
   放射を前記別のアラインメントマークに向けて透過させ
   る部分的透過性の反射体を配置したことを特徴とする請
   求項２５、２６又は２７に記載のマスクパターンを基板
   上に投影する装置。 ２９、基板アラインメントマーク及びマスクアラインメ
   ントマークを、それぞれ位相回折格子及び振幅回折格子
   の形態としたことを特徴とする請求項１から２８までの
   いずれか１項に記載のマスクパターンを基板上に投影す
   る装置。 ３０、前記アラインメントビームの光路中に周期信号に
   よって制御される手段を配置し、検出系によって観測さ
   れる第２アラインメントマーク及びこの第２アラインメ
   ントマーク上の第１アラインメントマークの像を互いに
   周期的に変位させるように構成したことを特徴とする請
   求項１から２９までのいずれか１項に記載のマスクパタ
   ーンを基板上に投影する装置。