JPH06177012A

JPH06177012A - アライメント装置

Info

Publication number: JPH06177012A
Application number: JP4324022A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hagiwara; 茂萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-24
Also published as: US5381210A

Abstract

(57)【要約】【目的】露光光とは異なる波長のアライメント光を用
いて投影光学系を介して感光基板上に形成されたアライ
メントマークの検出を行う場合に、投影光学系の反射防
止コーティングの設計及び製造を容易にする。【構成】露光光のもとでレチクル２のパターンが投影
光学系３を介してウエハ４上に投影される。レーザー光
源１０から射出されたアライメント光としてのレーザー
ビームが、レチクル２のレチクルマークに照射され、レ
チクル２を透過したアライメント光が投影光学系３を経
てウエハ２上のウエハマークに照射される。そのアライ
メント光としてのレーザービームの波長を露光光の波長
の３倍程度に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレチクル（マス
ク）上に形成されたパターンをウエハ上に転写する投影
光学系を備えた投影露光装置用のアライメント（位置合
わせ）装置に関し、特に、レチクルのパターンをウエハ
上に転写するための露光光とは異なる波長のアライメン
ト光により、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせ
を行うアライメント装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をリソグ
ラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する）のパターン像を投影
光学系を介して感光基板としてのウエハ上に投影する投
影露光装置が使用されている。一般に半導体素子等を製
造する際には、ウエハ上に複数層の回路パターンが重ね
て形成される。この場合、前工程で形成されたパターン
と今回転写されるパターン像との位置合わせ、即ちウエ
ハとレチクルとの相対的な位置合わせ高精度に行う必要
があるため、投影露光装置にはアライメント装置が備え
られている。

【０００３】従来のアライメント装置として、ウエハ上
の各ショット領域の近傍に形成されたアライメントマー
ク（ウエハマーク）を所定の位置関係に設定することに
より、ウエハとレチクルとの位置合わせを行うアライメ
ント装置が知られている。この場合、そのウエハマーク
の検出方法には、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式と
ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式とがあり、ＴＴＬ
方式では、レチクルと投影光学系との間から投影光学系
を介して入射されるアライメント光により、ウエハ上の
アライメントマークが検出される。

【０００４】一方、ＴＴＲ方式では、ウエハマークを検
出するためのアライメント光が、レチクルの上方から照
射され、レチクルを透過したアライメント光は投影光学
系を介してウエハ上のウエハマークに照射される。そし
て、このウエハマークで反射されたアライメント光が投
影光学系及びレチクルを経て、アライメント装置内の受
光素子で受光される。

【０００５】これらＴＴＬ方式及びＴＴＲ方式の何れの
方式においても、ウエハ上に塗布された感光材（フォト
レジスト等）が感光しないように、露光光とは異なる波
長で、且つ感光材に対する感光性の弱い光がアライメン
ト光として使用されていた。その露光光としては例えば
波長２４８ｎｍの紫外光が使用され、アライメント光と
しては波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光が使用さ
れていた。この場合、投影光学系の各レンズエレメント
に形成される反射防止コーティングとしては、露光光に
対してもアライメント光に対しても共に反射防止特性を
持たせるように設計された多層膜コーティングが用いら
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のアライメント装
置のように、投影光学系に施された反射防止コーティン
グが、露光光のみならずアライメント光（波長６３３ｎ
ｍ）に対しても反射防止特性を持つためには、複雑な多
層膜コーティングを行う必要があるため、その反射防止
コーティングの設計及び製造が困難であるという不都合
がある。

【０００７】特に、例えば波長２４８ｎｍのエキシマレ
ーザー光を露光光とするエキシマレーザー用の投影光学
系では、コーティング材料が極限られたものに制約され
てしまう。その制約の下で、波長２４８ｎｍのエキシマ
レーザー光と共に、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光の反射防止コーティングを行おうとすると、一般
に、それぞれの単色の反射防止コーディングに比べて反
射防止特性が劣化してしまう。更に、その場合の反射防
止コーティングは、複雑な多層膜となるため、膜厚が厚
くなるとともに膜厚むらが生じ易くなり、透過率むらが
生じ易くなってしまうことになる。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、露光光とは異な
る波長のアライメント光を用いて投影光学系を介して感
光基板上に形成されたアライメントマークの検出を行う
場合に、投影光学系の高性能な反射防止コーティングの
設計及び製造を容易に行えるアライメント装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【問題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト装置は、例えば図１及び図２に示すように、転写用の
パターンが形成されたマスク（２）を露光光で照明する
照明光学系と、その露光光のもとでマスク（２）の転写
用のパターン像をアライメントマーク（４ａ）が形成さ
れた感光基板（４）上に投影する投影光学系（３）とを
備えた露光装置に設けられ、マスク（２）と感光基板
（４）との相対的な位置関係の検出を行うアライメント
装置において、その露光光とは異なる波長のアライメン
ト光を投影光学系（３）を介して感光基板（４）上に形
成されたアライメントマークに照射する送光系（１０，
１３ａ，１３ｂ，１８）と、そのアライメントマークか
らの光を投影光学系（３）を介して検出する受光系（１
８，１４，２１）とよりなるアライメント系を有する。

【００１０】更に、本発明は、マスク（２）と感光基板
（４）との間に配置され、投影光学系（３）によってそ
のアライメント光に対して発生する軸上色収差及び／又
は倍率色収差とはそれぞれ反対方向の軸上色収差及び／
又は倍率色収差をそのアライメント光に対して発生する
補正光学素子（Ｇ_XA1，Ｇ_XA2，Ｇ_XA3）とを有し、その
アライメント光として、波長がその露光光の波長の３倍
の近傍の光を使用するものである。

【００１１】この場合、そのアライメント光としては、
その露光光の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍ
の幅の範囲内に波長が狭帯化された連続スペクトル光を
使用できる。また、そのアライメント光としては、その
露光光の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍの幅
の範囲内にそれぞれ波長を有する複数の離散的スペクト
ル光を使用してもよい。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の原理につき説明する。一般に、
屈折率ｎ、膜厚ｄの露光光用の反射防止膜の上面と下面
とで各々反射される露光光の波長λ_Eと、各々の反射光
間の光路差２・ｎ・ｄとは、以下の関係を満たすように
なっている。

【００１３】

【数１】２・ｎ・ｄ＝（２ｍ＋１）λ_E／２（但し、ｍ＝０，１，２，３，‥‥）そこで、アライメント光の波長λ_Aを、λ_A＝（２ｍ＋
１）λ_E と、露光光の波長λ_Eの奇数倍となるように選
ぶことにより次の式が成立し、その露光光用の反射防止
膜はアライメント光に対しても反射防止効果を有するよ
うになる。従って、本発明によれば、２波長反射防止膜
を容易に設計及び製造できる。

【００１４】

【数２】２・ｎ・ｄ＝（２ｍ＋１）λ_E／２＝λ_A 従って、アライメント光の波長λ_Aを、露光光の波長λ
_Eの奇数倍となるように選ぶことにより、投影光学系
（３）の各レンズエレメントに形成される露光光及びア
ライメント光の両方に有効な反射防止膜の設計及び製造
が容易になる。即ち、従来アライメント光としてよく用
いられていた波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光と
露光光との両方に対応して有効な反射防止膜に比べて、
本発明の場合には比較的簡単な構造の薄膜コーティング
を使用できる。

【００１５】この場合、現在使用可能である露光光の波
長λ_Eに対して、アライメント光として実用的な範囲は
その露光光の波長λ_Eの３倍の波長の光である。また、
そのアライメント光としては、その露光光の波長λ_Eの
正確に３倍の波長を有する単一の離散的スペクトル光を
使用しても良いが、実際にはそのアライメント光はその
露光光の波長λ_Eの３倍の近傍の波長であっても良い。

【００１６】更に、そのアライメント光の波長が、その
露光光の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍの幅
の範囲内にあれば、そのアライメント光が波長が狭帯化
された連続スペクトル光でも、複数の離散的スペクトル
光の混合でも反射防止膜の設計及び製造は比較的容易で
ある。更に、感光基板上での感光材中の干渉効果が緩和
される利点もある。

【００１７】

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の第１
実施例につき図面を参照して説明する。本実施例は、ス
テップ・アンド・リピート方式の投影露光装置のアライ
メント装置に本発明を適用したものである。また、本実
施例では、レチクルのパターンを感光材が塗布されたウ
エハ上に露光するための露光光と、この露光光とは異な
りその感光材を感光させることがなく、且つ投影光学系
を介してウエハ上のアライメントマーク（ウエハマー
ク）を検出するためのアライメント光とが使用される。

【００１８】従って、本実施例では、投影光学系の各レ
ンズエレメントに対して露光光とアライメント光との両
方に対して有効な２波長反射防止膜を形成しなければな
らない。このために本実施例では、図１に示すように、
アライメント光の波長λ_A を露光光の波長λ_E のほぼ３
倍として、それらアライメント光及び露光光に対する反
射防止膜の反射率がそれぞれほぼ０になるようにする。
詳細は後述することとして、先ず具体的な装置構成につ
いて説明する。

【００１９】図２は、本実施例の投影露光装置の要部の
概略構成を示し、この図２において、所定の回路パター
ンが形成されたレチクル２とウエハ４とは、露光光のも
とで投影光学系（投影対物レンズ）３に関して共役に配
置され、レチクル２及びウエハ４は、不図示の２次元的
に移動可能なステージに保持されている。不図示ではあ
るが、投影光学系３の上方には、照明光学系が設けら
れ、この照明光学系から露光光として供給される例えば
エキシマレーザー光（波長２４９ｎｍのＫ_rＦエキシマ
レーザー光、又は波長１９３ｎｍのＡ_rＦエキシマレー
ザー光）がレチクル２上を均一に照明し、レチクル２上
の回路パターンが投影光学系１によりウエハ４上に転写
される。

【００２０】ここで、投影光学系３はレチクル側とウエ
ハ側とでテレセントリックになるように構成されている
とともに、露光光としてのエキシマレーザー光に対して
良好に色収差が補正されている。レチクル２及びウエハ
４上には、アライメント用の回折格子マークＲＭ_X，Ｗ
Ｍ_X がそれぞれ形成されている。

【００２１】さて、ウエハ４はステップ・アンド・リピ
ート方式で２次元移動する不図示のステージ上に吸着保
持され、ウエハ４上の１つのショット領域に対するレチ
クル２の転写露光が終了すると、ウエハ４は次のショッ
ト位置までステッピングされる。不図示のレチクルステ
ージの一部には、レチクル２の水平面内でのＸ方向、Ｙ
方向及び回転（θ）方向の位置を検出するためのレーザ
ー光波干渉式測長器（以下、「干渉計」という）からの
レーザービームを反射する移動鏡が固定されている。こ
の干渉計はＸ方向、Ｙ方向、θ方向の位置を独立に検出
するために３本の測長用レーザービームを有するが、こ
こでは説明を簡単にするため図示を省略してある。レチ
クルステージの移動ストロークは数ｍｍ以下であり、干
渉計の検出分解能は、例えば０．０１μｍ程度に定めら
れている。

【００２２】一方、不図示のウエハステージの一部にも
ウエハ４の水平面内でのＸ方向、Ｙ方向の位置を検出す
るための干渉計からのレーザービームを反射する移動鏡
が固定されている。この干渉計もＸ方向、Ｙ方向の位置
を独立に検出するために２本の測長用レーザービームを
有するが、ここでは説明を簡単にするため図示を省略し
てある。レチクルステージのＸ方向、Ｙ方向、θ方向の
駆動は不図示の駆動モータで行われ、ウエハステージの
２次元移動もレチクルステージの駆動モータとは独立の
駆動モータで行われる。

【００２３】次に、図２に示した露光装置のアライメン
ト系について説明する。アライメント用のアライメント
光は、露光光とは異なる波長の光を発生するレーザー光
源１０から射出される光束は、光路分割部材としての半
透過鏡１１により光束ＬＢ₁とＬＢ₂とに分割される。
半透過鏡１１により分割された光束ＬＢ₁及びＬＢ
₂は、それぞれ光変調器としての音響光学素子１３ａ，
１３ｂに入射し、音響光学素子１３ａ，１３ｂからそれ
ぞれ射出される光束ＬＢ₁及びＬＢ₂は相対的に△ｆの
周波数差を持つ。音響光学素子１３ａ，１３ｂから射出
された光束ＬＢ₁，ＬＢ₂は半透過鏡１４により、各々
透過光と反射光とに分割され、半透過鏡１４で反射され
た各光束ＬＢ₁，ＬＢ₂は集光レンズ１５によって集光
される。この集光位置には、参照用の回折格子１６が配
置されており、相対的な周波数差△ｆを持つ２光束ＬＢ
₁，ＬＢ₂により、回折格子１６上に干渉縞が形成され
る。回折格子１６を介した回折光は、光電検出器１７に
て光電検出され、参照信号としての正弦波状の交流信号
が得られる。

【００２４】一方、半透透過鏡１４を通過した２つの光
束ＬＢ₁，ＬＢ₂は、アライメント用対物レンズ１８、
反射鏡１９を介して、レチクル２の露光領域外に設けら
れたレチクルマークＲＭ_X上に集光される。このとき、
レチクルマークＲＭ_X上には、光束ＬＢ₁，ＬＢ₂との
周波数差△ｆに応じて定まる速さで流れる干渉縞が形成
される。

【００２５】レチクルマークＲＭ_Xにより反射及び回折
されて光束ＬＢ₁の光路を逆に辿る検出光ＤＢ_R1、並び
に光束ＬＢ₂の光路を逆に辿る検出光ＤＢ_R2は、それぞ
れ再び反射鏡１９、対物レンズ１８及び半透過鏡１４を
経た後、対物レンズ１８の瞳と共役な位置に設けられた
光電検出器２０ａ及び２０ｂに達する。そして、これら
の光電検出器２０ａ，２０ｂによって、レチクルマーク
ＲＭ_Xからの位置信号が正弦波状の交流信号として検出
される。ここで、レチクルマークＲＭ_Xは、図３に示す
如く、レチクル２の露光領域２ａの外において、Ｘ方向
（計測方向）にピッチを有する回折格子より構成されて
いる。また、レチクルマークＲＭ_Xと隣接した位置に透
過窓ＷＩ（以下、「レチクル窓」と称する）が形成され
ている。従って、アライメント系の対物レンズ１８によ
ってレチクル２上に集光する照射光ＬＢ₁，ＬＢ₂は、
レチクルマークＲＭ_Xのみならず、レチクル窓ＷＩをも
同時にカバーするように所定の交差角を持って２方向か
らレチクル２を照明している。

【００２６】次に、レチクルマークＲＭ_Xに隣接して設
けられたレチクル窓ＷＩを所定の交差角を持って２方向
から照明する光束ＬＢ₁，ＬＢ₂について説明する。レ
チクル窓ＷＩを所定の交差角θ_Rを持って２方向から照
明する光束ＬＢ₁，ＬＢ₂は、図２に示す如く、レチク
ル窓をそのまま通過し、投影光学系３に対し軸外から入
射する。

【００２７】ここで、投影光学系３は露光光に対して十
分に色収差補正されているものの、露光光と異なる波長
のアライメント光に対しては色収差補正されていない。
このため、投影光学系３の瞳（入射瞳）面Ｐ上には、図
４に示す如く、投影光学系３の光軸の中心を通る計測方
向（Ｘ方向）に沿って、それぞれ互いに異なるピッチを
有する３つの回折格子Ｇ_XA1〜Ｇ_XA3（補正光学素子）
が透明な円形状の基板１上に配置されている。回折格子
Ｇ_XA3は投影光学系３の光軸Ａｘ_O上に、回折格子Ｇ
_XA1及びＧ_XA2は回折格子Ｇ_XA3（投影光学系３の光
軸）に関して左右対称にそれぞれ設けられている。そし
て、各回折格子Ｇ_XA1〜Ｇ_XA3は、Ｇ_XA2，Ｇ_XA3，Ｇ
_XA1の順に回折格子のピッチが密となるように計測方向
（Ｘ方向）に沿って配列されている。

【００２８】さて、図２に戻って、投影光学系３に対し
て軸外から入射して投影光学系３の瞳（入射瞳）に達し
た照射光ＬＢ₁，ＬＢ₂は、それぞれ回折格子Ｇ_XA1及
びＧ _XA2（照射光補正光学素子）により、各々の補正角
θ₁〜θ₂だけ補正するように偏向（回折）されて、ウ
エハ４上に形成されているウエハマークＷＭ_Xを所定の
交差角を持って２方向から照射する。すると、ウエハマ
ークＷＭ_Xには、流れる干渉縞が形成される。ここで、
ウエハマークＷＭ_Xは、図５に示す如く、１ショット領
域４ａ外のストリートラインＳＬ上において、Ｘ方向
（計測方向）にピッチを有する回折格子より構成されて
いる。

【００２９】図２に戻って、ウエハマークＷＭ_Xの法線
方向に発生する検出光ＤＢ_W（−１次光ＬＢＷ₁（−
１）及び１次光ＬＢＷ₂（＋１））は、投影光学系３の
主光線の光路上を進行し、投影光学系３の瞳面Ｐの中心
に設けられた回折格子Ｇ_XA3（検出光補正光学素子）に
より補正角θ₃だけ偏向（回折）された後、再びレチク
ル窓ＷＩ、反射鏡１９、対物レンズ１８及び半透過鏡１
４を介して光電検出器２１に達する。なお、光電検出器
２１は、上述した光電検出器２０ａ，２０ｂと同様に対
物レンズ１８（あるいは投影光学系３）の瞳共役な位置
に設けられている。

【００３０】以上の如く、本発明の第１実施例における
基本構成によって、光電検出器１７にて得られた参照信
号と、光電検出器２０ａ，２０ｂにて得られたレチクル
２の位置情報を含んだレチクル位置信号と、光電検出器
２１にて得られたウエハ４の位置情報を含んだウエハ位
置信号とがそれぞれ検出される。そこで、レチクル２と
ウエハ４との相対的な位置合わせについて説明する。光
電検出器１７からの光電変換信号（正弦波交流信号）を
基本信号として、光電検出器２０ａ，２０ｂにて得られ
るレチクルマークＲＭ_Xからの回折光の光電変換信号
（正弦波交流信号）との位相差φ_rを不図示の位相検出
系で検出する。同様にして、光電検出器２１にて得られ
るウエハマークＷＭ_Xからの回折光の光電変換信号と基
本信号との位相差φ_Wを位相検出系にて検出する。そし
て、位相差φ _rとφ_Wとの差を求めれば、レチクル２と
ウエハ４とのＸ方向のずれ量が分かる。この検出方式は
所謂光ヘテロダイン方式と呼ばれ、レチクル２とウエハ
４とが、レチクルマークの１ピツチ以内且つウエハマー
クの１／２ピッチ以内の位置誤差範囲内であれば、静止
状態であっても高分解能で位置ずれを検出出来るため、
レチクル２のパターンをウエハ４のレジストへ露光して
いる間に微小な位置ずれが生じないようにクローズド・
ループの位置サーボをかけるのに好都合である。

【００３１】この検出方法では、位相差（φ_r−φ_W）
が零（又は所定値）になるようにレチクル２又はウエハ
４を移動させてアライメントを完了させた後、引続きそ
のアライメント位置でレチクル２とウエハ４とが相対移
動しないようにサーボ・ロックをかけることができる。
なお、本実施例ではステップ・アンド・リピート方式の
露光時、ウエハ上の各ショット領域へのウエハステージ
の移動は、干渉計の計測値に基づいて行い、２つの光束
ＬＢ₁，ＬＢ₂の照射領域内にウエハマークＷＭ_Xが±
１／２ピッチの精度で位置決めされたら、不図示の位相
検出系からの情報のみに基づいてレチクルステージ、又
はウエハステージを不図示のサーボ系でサーボ制御する
ことができる。このとき、レチクルステージやウエハス
テージの駆動をＤＣモータで行い、位相差（φ_r−
φ_W）に対応したアナログ電圧をＤ／Ａコンバータ等で
作りだし、このアナログ電圧をＤＣモータのサーボ回路
に偏差電圧として直接印加することもできる。このサー
ボは、そのショット領域の露光終了時まで行われる。

【００３２】このようにすると、干渉計の計測値に応じ
たサーボではないので、干渉計のビーム光路の空気密度
のゆらぎ等によるステージの微小ゆらぎを低減させるこ
とが可能である。そのため、不図示の位相検出系からサ
ーボ制御が可能な位相差情報が得られた時点で、ウエハ
ステージ側の干渉計の計測値をウエハステージ側のサー
ボ系から切り離してウエハステージのモータへの印加電
圧を零にし、上述のアナログ電圧をレチクルステージ側
のサーボ系に印加する。

【００３３】このようにすると、露光動作中に特にウエ
ハステージ側で発生する微小ゆらぎは押さえられ、緩や
かなドリフト的な微動にすることができ、レチクルステ
ージを高速に追従移動させることで、レチクルとウエハ
との相対位置ずれをほぼ零に保つことが可能である。こ
のため、露光されたパターンの線幅の太りや解像低下が
なく、極めて忠実な転写が達成される。

【００３４】なお、光電検出器２０ａ，２０ｂにて得ら
れる干渉ビート信号の周波数の２つの交流信号は、信号
の性質上はどちらでも同じものであり、これらの内どち
らを不図示の位相検出系へ送ってもよい。ただし、本実
施例でのレチクルからの光情報は、光束ＬＢ₁，ＬＢ₂
との０次回折光と１次回折光との干渉で作られることか
ら、１次光と０次光の光強度（光量）が大きく異なると
位相差計測時にオフセットが生じることも考えられる。
そこで、光電検出器２０ａ，２０ｂからの２つの信号の
和（又は差）を演算するアナログ回路を通した後に、光
電検出器１７からの基準信号との間で位相差φ_rを計測
するとよい。もちろん、光電検出器２０ａ，２０ｂから
の２つの信号、又は両者を合成した信号のうち何れか１
つを使うように切り換え式にしてもよい。

【００３５】次に、本実施例の露光光及びアライメント
光の具体例につき説明する。先ず、本実施例では、露光
光の光源としてＫｒＦエキシマレーザー光源を用いて、
露光光として波長２４８．４ｎｍの光を用いる。また、
従来例との比較を行うために、アライメント光として波
長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光を用いた場合に、
投影光学系３のレンズエレメントに施す一般的な材料を
用いた反射防止膜の一例を次の表１に示す。但し、表１
において、膜厚は実際の膜厚ｄを屈折率ｎで補正し、更
に中心波長λ_C（この場合は２４８．４ｎｍ）で除した
ものである。

【００３６】

【表１】材料屈折率ｎ膜厚（ｎｄ／λ_c ）合成石英（基板） 1.46 ∞ Ａｌ₂Ｏ₃ 1.63 0.32 ＺｒＯ₂ 2.05 0.07 Ａｌ₂Ｏ₃ 1.63 0.57 ＺｒＯ₂ 2.05 0.46 Ａｌ₂Ｏ₃ 1.63 0.54 ＺｒＯ₂ 2.05 0.08 ＭｇＦ₂ 1.38 0.28 空気 1.00 ∞

【００３７】この反射防止膜の分光特性を図６に示す。
表１より、波長６３３ｎｍの光をアライメント光に用い
ると、その反射防止膜は最低７層必要である事が分か
る。これに対して、この第１実施例では、アライメント
光として、露光光の波長２４８．４ｎｍの３倍の波長７
４５．２ｎｍの光を用いる。この波長７４５．２ｎｍの
アライメント光は、チューナブルレーザーを用いること
により得られ、その波長帯域はＨｅ−Ｎｅレーザー光程
度である。

【００３８】それでは、この光をアライメント光として
用いた場合の反射防止膜の一例を表２に示す。

【００３９】

【表２】材料屈折率ｎ膜厚（ｎｄ／λ_c ）合成石英（基板） 1.46 ∞ Ａｌ₂Ｏ₃ 1.63 0.23 ＺｒＯ₂ 2.05 0.44 Ａｌ₂Ｏ₃ 1.63 0.57 ＺｒＯ₂ 2.05 0.10 ＭｇＦ₂ 1.38 0.29 空気 1.00 ∞

【００４０】この表２の反射防止膜の分光特性を図７に
示す。表２より、波長７４５．２ｎｍの光をアライメン
ト光に採用すると、その反射防止膜は僅か５層で良いこ
とが分かる。また、図６と図７とを比較することによ
り、本実施例によれば、アライメント光に対する反射防
止特性も良くなっていることが分かる。即ち、波長７４
５．２ｎｍの光と露光光との両方に対して、反射防止特
性を持つ反射防止膜を設計・製作する方が、波長６３３
ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光と露光光との両方に対して
反射防止特性を持つ反射防止膜を設計・製作するより
も、より層数の少ない簡単な構成の反射防止膜を製作で
きる。従って、この第１実施例により、比較的簡単な構
成のアライメント装置が達成できる。

【００４１】次に、本発明の第２実施例につき説明す
る。この第２実施例では、露光光の波長の３倍である７
４５．２ｎｍ付近の波長である、波長７５０ｎｍを発振
波長とする半導体レーザーからの射出光をアライメント
光として用いる。その他の構成は、第１実施例と同じで
ある。半導体レーザーは比較的廉価で入手が容易であ
り、且つ極めてコンパクトであるという利点を有する。
この第２実施例により、廉価でコンパクトな構成のアラ
イメント装置が達成できる。

【００４２】次に、本発明の第３実施例につき説明す
る。この第３実施例では、アライメント光として、露光
光の波長の３倍の７４５．２ｎｍ付近の波長の光で多色
化した光を用いる。そのため、例えばハロゲンランプを
光源とした白色光を干渉フィルタ等である程度まで狭帯
化することによって、７４５．２ｎｍ付近に±５０ｎｍ
程度の幅を持つ波長域の光を生成する。そして、このあ
る程度波長に幅を持つ光をアライメント光に用いる。そ
の他の構成は、第１実施例と同じである。

【００４３】一般に、単色光をアライメント光に用いる
と、アライメント光がアライメントマーク上のレジスト
層で干渉を起こし、アライメント情報を損なう事があり
得る。そこで第３実施例では、干渉によりアライメント
情報が損なわれるのを防ぐために、多色化を行うのであ
る。７４５．２ｎｍ付近の波長の異なる２つの光が、共
に干渉しないためには、どの程度それら２つの光の間に
波長の差があれば良いのかを調べるために、アライメン
トマークである回折格子の段差が０．６〜１．０μｍと
してシミュレーションを行った結果、その差は、６０〜
１００ｎｍであるという事が分かっている。

【００４４】即ち、７４５．２ｎｍを中心として、最大
６０〜１００ｎｍに亘る波長域にある波長の異なる２つ
以上の光をアライメント光として用いる事により、アラ
イメントマーク上のレジスト層で、干渉によってアライ
メント情報が損なわれないようになる。図８は波長（λ
_A ＋Δλ）の光と波長（λ_A −Δλ）の光とにより、ア
ライメント光の信号強度が補われる様子を示している。

【００４５】また、７４５．２±５０ｎｍ以内の波長領
域では、シミュレーションにより反射防止膜の反射率は
０．５％程度に抑えられることが分かっている。従っ
て、７４５．２±５０ｎｍ程度の波長領域に亘って、白
色光を連続的に分布させ、その多色光をアライメントに
用いることにより、比較的簡単な構成の反射防止膜の特
性を充分に生かせることになる。そこで、第３実施例で
用いるハロゲンランプの狭帯化の幅は±５０ｎｍとす
る。第３実施例により、比較的簡単な構成の反射防止膜
を用いた、プロセスウエハに強いアライメント装置が達
成できる。

【００４６】次に、本発明の第４実施例につき説明す
る。この第４実施例では、第３実施例と同様に、露光光
の波長の３倍の７４５．２ｎｍ付近でアライメント光を
多色化する。第３実施例では、白色光源を用いて７４
５．２ｎｍ付近に連続的な波長分布を有するアライメン
ト光を得たが、この第４実施例では、第３実施例と同じ
波長領域で異なる波長を持つ複数の単色光を用いること
によって多色化を行う。このときの用いる単色光として
は、第１実施例で挙げたチューナブルレーザーによる波
長７４５．２ｎｍの光、第２実施例で挙げた半導体レー
ザーによる波長７５０ｎｍの光の他に、帯域幅が±５０
ｎｍ程度である波長６９０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの
レーザー光及び波長８１０ｎｍのレーザー光等がある。
その中から、２本ないし３本の光を組み合わせて、６０
〜１００ｎｍ程度の拡がりを十分に持たせて多色化を行
う。この際、必ずしも波長７４５．２ｎｍの光又は波長
７５０ｎｍの光が用いられる必要はない。

【００４７】波長２４８．４ｎｍと波長７４５．２ｎｍ
とを目標とした反射防止コーティングには、７４５．２
±５０ｎｍ付近の波長領域内であるならば、充分に許容
できる反射防止効果があるので、その範囲内で６０〜１
００ｎｍ程度波長が異なる複数の光をアライメント光と
して用いることは、本発明の主旨に反しない。この第４
実施例により、第３実施例と同等の効果を奏することが
できる。

【００４８】なお、上述実施例ではアライメント時の測
長系として、レーザー光波干渉式測長器を用いている
が、投影光学系を通して露光光の３倍程度の波長のアラ
イメント光を用いるアライメント機構である限りは、必
ずしもレーザー光波干渉式測長器を用いる必要はない。
また、上述実施例のアライメント装置は、ＴＴＲ方式の
例であるが、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアラ
イメント装置に対しても本発明が同様に適用できること
は言うまでもない。

【００４９】また、本発明で重要な点は、投影光学系を
通るアライメント光として露光光の波長の３倍の波長付
近の光を用いるという点にある。従って、露光光として
は、上述のＫｒＦエキシマレーザー光である波長２４
８．４ｎｍの光に限定されず、その他の波長の光を代わ
りに用いてもよい。その他の波長の光を用いる場合で
も、アライメント光として露光光の波長の３倍の波長付
近の光を用いる限りにおいては、上述実施例と同様の効
果が得られる。

【００５０】このように、本発明は上述実施例に限定さ
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。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、露光光の波長の３倍の
近傍の波長の光をアライメント光として使用しているた
め、従来の反射防止膜と比べて、層の数が少ない反射防
止膜が設計できる。更に、層の数が少なくなることか
ら、その設計及び製造が従来のものと比べて容易になる
利点がある。また、層の数が少なくなることから、膜厚
を薄くすることが可能となる。その結果、膜厚むらを低
減することが可能となる。これにより透過率むらを低減
できる。その結果、マスクパターン転写後の感光基板の
分留まりを大幅に向上することが出来る。また、膜設計
の容易さと膜製造工程が少なくなることから、大幅な生
産性の向上及びコストダウンが可能となる。

【００５２】また、そのアライメント光として、その露
光光の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍの幅の
範囲内に波長が狭帯化された連続スペクトル光を使用す
る場合には、アライメント光の光源の低コスト化、制御
の簡素化及び省スペース化が可能となる。また、そのア
ライメント光として、その露光光の波長の３倍の波長を
中心として±５０ｎｍの幅の範囲内にそれぞれ波長を有
する複数の離散的スペクトル光を使用する場合には、感
光基板上の感光材中のアライメント光の干渉効果が緩和
される。従って、種々の半導体製造のプロセスに対し
て、より広範囲に対応できるアライメント精度の高いア
ライメント装置の構築が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアライメント装置の第１実施例の
露光光及びアライメント光に対する反射率を示す図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例の投影露光装置の要部を示
す概略構成図である。

【図３】本発明の第１実施例のレチクルを示す平面図で
ある。

【図４】本発明の第１実施例の投影光学系の瞳上に形成
されている回折格子を示す平面図である。

【図５】本発明の第１実施例のウエハマークを示す拡大
平面図である。

【図６】２４８．４ｎｍ及び６３３ｎｍに対して設計さ
れた２波長反射防止膜の分光特性図である。

【図７】２４８．２ｎｍ及びその３倍の波長に対して設
計された２波長反射防止膜の分光特性図である。

【図８】アライメント光の信号強度の劣化を波長の異な
る複数の光が補う様子を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１透明基板２レチクル３投影光学系４ウエハ４ａショット領域１０レーザー光源１１，１４半透過鏡１３ａ，１３ｂ音響光学素子１５集光レンズ１６基準回折格子１８対物レンズ１２，１９反射鏡１７，２０ａ，２０ｂ，２１光電検出器２ａ露光領域ＷＩレチクル窓ＲＭ_X レチクルマークＷＭ_X ウエハマークＧ_XA1，Ｇ_XA2 照射光補正光学素子Ｇ_XA3 検出光補正光学素子ＬＢ₁，ＬＢ₂ 照射光ＤＢ_R，ＤＢ_W 検出光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用の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
記マスクの転写用のパターン像をアライメントマークが
形成された感光基板上に投影する投影光学系とを備えた
露光装置に設けられ、前記マスクと前記感光基板との相
対的な位置関係の検出を行うアライメント装置におい
て、前記露光光とは異なる波長のアライメント光を前記投影
光学系を介して前記感光基板上に形成されたアライメン
トマークに照射する送光系と、前記アライメントマーク
からの光を前記投影光学系を介して検出する受光系とよ
りなるアライメント系と、前記マスクと前記感光基板との間に配置され、前記投影
光学系によって前記アライメント光に対して発生する軸
上色収差及び／又は倍率色収差とはそれぞれ反対方向の
軸上色収差及び／又は倍率色収差を前記アライメント光
に対して発生する補正光学素子とを有し、前記アライメント光として、波長が前記露光光の波長の
３倍の近傍の光を使用する事を特徴とするアライメント
装置。
【請求項２】前記アライメント光として、前記露光光
の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍの幅の範囲
内に波長が狭帯化された連続スペクトル光を使用する事
を特徴とする請求項１記載のアライメント装置。
【請求項３】前記アライメント光として、前記露光光
の波長の３倍の波長を中心として±５０ｎｍの幅の範囲
内にそれぞれ波長を有する複数の離散的スペクトル光を
使用する事を特徴とする請求項１記載のアライメント装
置。