JPH07106230A

JPH07106230A - プロキシミティ露光装置

Info

Publication number: JPH07106230A
Application number: JP5251370A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】位置合わせのための光学系を移動させる必要
がなく、且つスループットが改善されたプロキシミティ
露光装置を提供する。【構成】露光用の光源１からの露光光が、コリメータ
レンズ１５、オプティカル・インテグレータ４、コンデ
ンサーレンズ１６、偏角プリズム２２Ａ，２１Ａ及びダ
イクロイック膜２３Ａを経てマスクＭ上のアライメント
マーク６Ａを照明する。アライメント系７Ａからのアラ
イメント光ＡＬ１が、ダイクロイック膜２３Ａで反射さ
れてアライメントマーク６Ａを照明する。アライメント
マーク６Ａの露光中でもアライメント系７Ａによる観察
が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、液
晶表示素子又はプリント基板等をフォトリソグラフィ工
程で製造する際に使用され、マスクに近接又は密着して
配置された感光性の基板上にそのマスクのパターンを焼
き付けるプロキシミティ露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又はプ
リント基板等をフォト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等（以下、「マスク」と
総称する）を露光光で照明し、そのマスクに近接又は密
着して配され感光材が塗布された基板上にそのマスクの
パターンを焼き付けるプロキシミティ露光装置が使用さ
れている。

【０００３】図８は従来の第１のプロキシミティ露光装
置を示し、この図８において、超高圧水銀ランプ等の光
源１からの光は、楕円鏡２により集光されてダイクロイ
ックミラー３に向かう。ダイクロイックミラー３ではフ
ォトレジストを感光させる波長域の露光光が反射され、
この露光光がオプティカル・インテグレータ（フライア
イレンズ等）４に入射する。そして、オプティカル・イ
ンテグレータ４により形成された多数の２次光源からの
露光光が、凹面鏡５により反射されほぼ平行光束となっ
てマスクＭを照明する。マスクＭのパターン形成面に平
行な面をＸＹ平面、照明光学系の光軸をＺ軸として、マ
スクＭは、このマスクＭをＸＹ平面内で位置決めするマ
スクテーブルＭＴ上に保持されている。また、マスクＭ
の下面のパターン形成面に近接又は密着してフォトレジ
ストが塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）Ｐ
の露光面が配され、基板Ｐは、この基板ＰをＸＹ平面内
で位置決めする基板ステージＰＳ上に保持されている。
凹面鏡５からの露光光のもとで、マスクＭのパターンが
基板Ｐ上に転写される。

【０００４】そのマスクＭの図８の紙面に平行なＸ方向
の両端部にそれぞれ位置合わせ用のアライメントマーク
６Ａ及び６Ｂが形成されている。そのマスクＭの位置合
わせ（アライメント）、又はマスクＭと基板Ｐとの相互
の位置合わせを行うために、マスクＭのアライメントマ
ーク６Ａ及び６Ｂの上方近傍に、それぞれアライメント
系７Ａ及び７Ｂが配されている。一方のアライメント系
７Ａにおいて、アライメント時には、アライメント用の
光源８Ａから射出されたアライメント光は、照明リレー
レンズ９Ａ、ハーフミラー１０Ａ、反射ミラー１１Ａ、
及び第１対物レンズ１２Ａを介してマスクＭのアライメ
ントマーク６Ａ及び基板Ｐ上を照明する。但し、図８は
反射ミラー１１Ａ及び第１対物レンズ１２Ａが−Ｘ方向
に待避されている状態を現している。

【０００５】そのアライメントマーク６Ａからの反射光
（基板Ｐ上にアライメントマークが在る場合には、基板
Ｐ上のアライメントマークからの反射光を含む）が、第
１対物レンズ１２Ａ、反射ミラー１１Ａ、ハーフミラー
１０Ａ、及び第２対物レンズ１３Ａを介して撮像素子１
４Ａの撮像面上に、アライメントマーク６Ａ（及び基板
Ｐ上のアライメントマーク）の像を結像する。他方のア
ライメント系７Ｂも、上述のアライメント系７Ａと対称
的に光源８Ｂ〜撮像素子１４Ｂより構成されている。

【０００６】実際の露光及びアライメントのシーケンス
では、先ずアライメント系７Ａの反射ミラー１１Ａ及び
第１対物レンズ１２Ａをアライメントマーク６Ａ上に移
動させ、アライメント系７Ｂの反射ミラー１１Ｂ及び第
１対物レンズ１２Ｂをアライメントマーク６Ｂ上に移動
させる。そして、アライメントマーク６Ａ，６Ｂの位置
を計測してマスクＭの位置合わせを行った後、一方の反
射ミラー１１Ａ及び第１対物レンズ１２Ａと、他方の反
射ミラー１１Ｂ及び第１対物レンズ１２Ｂとを互いに逆
方向に対避させた状態で、マスクＭのパターンの基板Ｐ
に対する１回目の露光を行う。この露光により、マスク
Ｍ上のアライメントマーク６Ａ及び６Ｂも基板Ｐ上に転
写される。

【０００７】そして、基板Ｐ上のそれまでの工程で形成
されているパターン上に、重ねてマスクＭのパターンを
露光する場合には、一方の反射ミラー１１Ａ及び第１対
物レンズ１２Ａと、他方の反射ミラー１１Ｂ及び第１対
物レンズ１２ＢとをそれぞれマスクＭ上のアライメント
マークの上方に移動させる。そして、基板Ｐ上のアライ
メントマークとマスクＭ上のアライメントマークとを同
時に観察して、マスクＭと基板Ｐとの位置合わせを行っ
た後、再び一方の反射ミラー１１Ａ及び第１対物レンズ
１２Ａと、他方の反射ミラー１１Ｂ及び第１対物レンズ
１２Ｂとをそれぞれ待避させて、マスクＭのパターンを
基板Ｐ上に露光する。また、基板Ｐ上に３層以上のパタ
ーンを露光する際には、２回目以降の露光の際にマスク
Ｍのアライメントマークが基板Ｐ上に重ねて露光されな
いように、マスクＭのパターンを基板Ｐ上に露光する前
に、マークシャッター（図示省略）を用いてマスクＭの
アライメントマークを覆っている。

【０００８】また、図９は従来の第２のプロキシミティ
露光装置を示し、この第２のプロキシミティ露光装置
は、照明光学系が屈折系で構成されている他は図８の従
来技術と同じであり、図９において図８に対応する部分
には同一符号を付してその説明を省略する。即ち、図９
において、露光用の光源１からの光は、コリメータレン
ズ１５を介してオプティカル・インテグレータ４に入射
し、オプティカル・インテグレータ４により形成された
多数の２次光源からの露光光が、コンデンサーレンズ１
６によりほぼ平行光束となってマスクＭを照明する。こ
の場合でも、マスクＭのアライメントマーク６Ａ及び６
Ｂの上方の近傍に待避できるようにそれぞれアライメン
ト系７Ａ及び７Ｂが配され、第１対物レンズ１２Ａ及び
１２ＢとマスクＭとの間にそれぞれマークシャッター１
７Ａ及び１７Ｂが配されている。マークシャッター１７
Ａ及び１７Ｂは、マスクＭのアライメントマーク６Ａ及
び６Ｂが露光光により照明されるのを避ける必要がある
場合に、それぞれアライメントマーク６Ａ及び６Ｂの上
方に移動するものである。その他の構成は図８と同じで
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、アライメントを行う際に使用したアライメ
ント系７Ａ，７Ｂを露光中に対避するために、アライメ
ント系７Ａ，７Ｂ中の第１対物レンズ１２Ａ，１２Ｂ等
を機械的に駆動する必要がある。そのような駆動により
光学系の偏心が生じ、第１対物レンズ１２Ａ，１２Ｂ等
の光軸が傾いた状態でマスクＭと基板Ｐとのアライメン
トを行う場合には、マスクＭと基板Ｐとの間隔（以下、
「ギャップ」という）が大きくなればなる程、相対位置
の計測誤差が大きくなってしまうという不都合がある。
また、第１対物レンズ１２Ａ，１２Ｂ等の駆動が行われ
ることから、マスクＭのみの位置合わせを行う場合で
も、その駆動による設定位置の再現性の誤差分だけはア
ライメント誤差が生じることになる。

【００１０】更に、基板Ｐ上の回路パターン上に重ね合
わせて露光を行う場合には、重ね合わせて露光する回数
が多ければ多い程、アライメント系７Ａ，７Ｂを駆動す
る時間である無駄時間が長くなり、露光工程のスループ
ットが低下するという不都合があった。本発明は斯かる
点に鑑み、位置合わせのための光学系を移動させる必要
がなく、且つ露光工程のスループットが改善されたプロ
キシミティ露光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるプロキシミ
ティ露光装置は、例えば図１に示す如く、照明光学系
（１，１５，４，１６）からの露光光（ＩＬ）で転写用
のパターン及び位置合わせ用のマーク（６Ａ）が形成さ
れたマスク（Ｍ）を照明し、このマスクに対して近接又
は密着して配された感光性の基板（Ｐ）上にマスク
（Ｍ）の転写用のパターンを露光するプロキシミティ露
光装置において、感光性の基板（Ｐ）に対して非感光性
の位置検出光（ＡＬ１）を発生する送光光学系（８Ａ，
９Ａ，１２Ａ）と、そのマスクの位置合わせ用のマーク
（６Ａ）の上方に且つそのマスクとその照明光学系との
間に配され、露光光（ＩＬ）をマスク（Ｍ）側に透過さ
せると共に、位置検出光（ＡＬ１）をマスク（Ｍ）側に
反射する波長選択光学系（２１Ａ，２３Ａ）と、そのマ
スクの位置合わせ用のマーク（６Ａ）から反射され、波
長選択光学系（２１Ａ，２３Ａ）を介して戻された位置
検出光（ＡＬ１）を受光する受光光学系（１２Ａ，１０
Ａ，１３Ａ，１４Ａ）とを有し、露光光（ＩＬ）でその
マスクの位置合わせ用のマーク（６Ａ）を基板（Ｐ）上
に転写し、位置検出光（ＡＬ１）でそのマスクの位置合
わせ用のマーク（６Ａ）の位置を検出するものである。

【００１２】この場合、波長選択光学系（２１Ａ，２３
Ａ）とその照明光学系との間にシャッター手段（２４
Ａ，２５Ａ）を設け、このシャッター手段でそのマスク
の位置合わせ用のマーク（６Ａ）に対する露光光（Ｉ
Ｌ）の照射を断続することが望ましい。また、そのマス
クの位置合わせ用のマーク（６Ａ）の周囲に転写用のパ
ターンが無い禁止帯（図５の２８Ａ）が形成されている
場合に、その波長選択光学系の輪郭部のマスク（Ｍ）上
への投影像がその禁止帯の中に収まることが望ましい。

【００１３】

【作用】斯かる本発明によれば、ダイクロイックミラー
又はハーフミラー等よりなる波長選択光学系（２１Ａ，
２３Ａ）を用いて位置検出光（ＡＬ１）及び露光光（Ｉ
Ｌ）をマスク（Ｍ）上の位置合わせ用のマーク（６Ａ）
に導いている。これにより、露光中でも位置合わせのた
めの光学系の待避を行う必要がなく、その位置合わせの
ための光学系を駆動する必要がない。従って、光学系の
設定位置が安定しているため、位置合わせ誤差が発生す
ることがなく、光学系の駆動時間である無駄時間が無く
なり、スループットが向上する。

【００１４】また、プロキシミティ露光装置の場合、マ
スク（Ｍ）に対して所定のギャップで配置された基板
（Ｐ）上にそのマスク（Ｍ）のパターンを転写する方式
であるため、照明光学系からの露光光（ＩＬ）の開き
角、マスク面に対する露光光の主光線の傾き角、及び露
光光の照度の均一性等が重要になる。そして、アライメ
ントを行うためには、マスクのアライメントマーク（６
Ａ）が、基板（Ｐ）上に転写され、その基板（Ｐ）上の
アライメントマークの位置を検出できることが前提とな
る。

【００１５】これに関して本発明では、マスク（Ｍ）の
上方に波長選択光学系（２１Ａ，２３Ａ）を配置してい
るため、アライメントマーク（６Ａ）を基板（Ｐ）上に
露光する際には、照明光学系からの露光光（ＩＬ）の開
き角は変化しないが、照度が若干低下してしまう。しか
しながら、その波長選択光学系（２１Ａ，２３Ａ）を通
る露光光の照度はアライメントマーク（６Ａ）を基板
（Ｐ）上に形成できれば十分であるため、その波長選択
光学系（２１Ａ，２３Ａ）による露光光の照度の低下は
問題にはならない。

【００１６】また、波長選択光学系（２１Ａ，２３Ａ）
とその照明光学系との間にシャッター手段（２４Ａ，２
５Ａ）を設けた場合、例えば基板（Ｐ）上に３層以上の
回路パターンを露光する際に、そのシャッター手段でそ
のマスクの位置合わせ用のマーク（６Ａ）に対する露光
光（ＩＬ）の照射を遮るようにする。これにより基板
（Ｐ）上のアライメントマーク上に重ねてマスク（Ｍ）
上のアライメントマーク（６Ａ）が転写されることが防
止される。

【００１７】また、そのマスクの位置合わせ用のマーク
（６Ａ）の周囲に転写用のパターンが無い禁止帯（図５
の２８Ａ）が形成されている場合に、その波長選択光学
系の輪郭部のマスク（Ｍ）上への投影像がその禁止帯の
中に収まることにより、その波長選択光学系の輪郭の影
が基板（Ｐ）上に露光されることが防止される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明によるプロキシミティ露光装置
の一実施例につき図１〜図７を参照して説明する。その
図１において、図９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１は本実施例のプロキシ
ミティ露光装置の概略図であり、この図１において、超
高圧水銀ランプ等よりなる光源１からの光の内で、不図
示の波長フィルター板により抽出されたフォトレジスト
を感光させる波長域の露光光（例えば波長４３６ｎｍの
ｇ線、又は波長３６５ｎｍのｉ線等）ＩＬがコリメータ
レンズ１５を経てオプティカル・インテグレータ４に入
射する。そして、オプティカル・インテグレータ４によ
る２次光源からの露光光ＩＬが、コンデンサーレンズ１
６を経てマスクテーブルＭＴに保持されたマスクＭをほ
ぼ均一な照度で照明する。露光光ＩＬのもとで、マスク
Ｍのパターンがフォトレジストが塗布された基板Ｐ上に
転写される。基板Ｐは、その露光面がマスクＭに近接又
は密着するように基板ステージＰＳ上に吸着保持されて
いる。

【００１９】マスクＭの露光エリアのＸ方向の両端の近
傍には、十字マーク等よりなるアライメントマーク６Ａ
及び６Ｂが形成され、アライメントマーク６Ａ及び６Ｂ
の上方にそれぞれ偏角プリズム２１Ａ及び２１Ｂが、照
明光学系の光軸に平行なＺ軸に対してほぼ４５°で交差
するように外側を向いて配置されている。偏角プリズム
２１Ａ及び２１ＢのマスクＭ側の面には、それぞれ露光
光ＩＬを透過させて後述のアライメント光ＡＬ１，ＡＬ
２を反射するダイクロイック膜２３Ａ及び２３Ｂが被着
され、偏角プリズム２１Ａ及び２１Ｂの上に近接又は密
着するようにそれぞれ偏角プリズム２２Ａ及び２２Ｂが
配置されている。

【００２０】図２は、一方の一対の偏角プリズム２１Ａ
及び２２Ａを示し、この図２において、偏角プリズム２
１Ａ及び２２Ａの頂角をそれぞれδとする。この場合、
偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａの光軸をＡＸＡとして、
偏角プリズム２１Ａに対して光軸ＡＸＡの回りに偏角プ
リズム２２Ａを任意の角度φ１だけ回転することがで
き、且つ光軸ＡＸＡの回りに偏角プリズム２１Ａ及び２
２Ａを一体として任意の角度φ２だけ回転できるよう
に、それら偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａが図示省略さ
れた支持部材に取り付けられている。また、偏角プリズ
ム２１Ａ及び２２Ａの一方又は両方を回転した場合で
も、下側の偏角プリズム２１Ａのダイクロイック膜２３
Ａが被着されている面と、照明光学系の光軸に平行なＺ
軸との交差角は常に４５°に維持されている。

【００２１】従って、図２において、不図示のアライメ
ント系からのアライメント光ＡＬ１は、下側の偏角プリ
ズム２１Ａのダイクロイック膜２３Ａで反射されてＺ軸
にほぼ平行にマスクＭ側に向かうことなる。一方、照明
光学系からの露光光ＩＬ１は、上側の偏角プリズム２２
Ａに対してほぼ４５°の入射角で入射し、２枚の偏角プ
リズム２１Ａ，２２Ａ及びダイクロイック膜２３Ａを透
過して、露光光ＩＬ２としてマスクＭ側に向かう。この
場合、２枚の偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａの間の相対
回転角φ１及び一体的な回転角φ２を調整することによ
り、マスクＭに対する露光光の入射角を例えば露光光Ｉ
Ｌ３のように調整することができる。

【００２２】図１に戻り、本例では、後述のようにアラ
イメントマーク６Ａを照明する露光光のテレセントリッ
ク性を補正するために、それら角度φ１及びφ２の調整
を行う。他方の１対の偏角プリズム２１Ｂ及び２２Ｂに
おいても、２枚の偏角プリズムの相対回転角及び一体的
な回転角の調整により、アライメントマーク６Ｂを照明
する露光光のテレセントリック性を補正できるようにな
っている。

【００２３】また、偏角プリズム２１Ａ及び２１Ｂの外
側にそれぞれアライメント系７Ａ及び７Ｂが配置されて
いる。一方のアライメント系７Ａにおいて、アライメン
ト用の光源８Ａとして、露光光ＩＬとは波長域の異なる
基板Ｐ上のフォトレジストに対して非感光性のアライメ
ント光（例えば波長５００ｎｍ以上の光）を発生する例
えばハロゲンランプ、ＬＥＤ、又はＨｅ−Ｎｅレーザ光
源等が使用される。光源８Ａから射出されたアライメン
ト光ＡＬ１は、照明リレーレンズ９Ａ、ハーフミラー１
０Ａ、第１対物レンズ１２Ａを経て偏角プリズム２１Ａ
に向かい、偏角プリズム２１Ａのダイクロイック膜２３
Ａで反射されてマスクＭ上のアライメントマーク６Ａを
照明する。基板Ｐ上にアライメントマークが形成されて
いる場合には、その基板Ｐ上のアライメントマークにも
アライメント光ＡＬ１が照射される。

【００２４】そして、マスクＭのアライメントマーク６
Ａ（更に場合によって基板Ｐ上のアライメントマーク）
で反射されたアライメント光ＡＬ１は、ダイクロイック
膜２３Ａで反射された後、第１対物レンズ１２Ａ、ハー
フミラー１０Ａ、及び第２対物レンズ１３Ａを経て電荷
結合型撮像デバイス（ＣＣＤ）等よりなる２次元の撮像
素子１４Ａの撮像面に入射する。その撮像素子１４Ａの
撮像面には、マスクＭのアライメントマーク６Ａ（更に
場合によって基板Ｐ上のアライメントマーク）の像が結
像される。他方のアライメント系７Ｂも、アライメント
系７Ａと対称的にアライメント用の光源８Ｂ〜２次元の
撮像素子１４Ｂより構成され、光源８Ｂからのアライメ
ント光ＡＬ２のもとで、マスクＭ上のアライメントマー
ク６Ｂ（更に場合によって基板Ｐ上のアライメントマー
ク）の像が撮像素子１４Ｂの撮像面に結像される。

【００２５】また、一方の偏角プリズム２２Ａとコンデ
ンサーレンズ１６との間に開閉自在にマークシャッター
２４Ａを配し、駆動モータ２５Ａでマークシャッター２
４Ａを閉じることにより、アライメントマーク６Ａに対
して露光光ＩＬを遮ることができるようになっている。
同様に、他方の偏角プリズム２２Ｂとコンデンサーレン
ズ１６との間にも開閉自在にマークシャッター２４Ｂを
配し、駆動モータ２５Ｂでマークシャッター２４Ｂを閉
じることにより、アライメントマーク６Ｂに対して露光
光ＩＬを遮ることができるようになっている。

【００２６】次の本例の露光装置の動作につき説明す
る。先ず、マークシャッター２４Ａ及び２４Ｂが共に開
いているものとして、マスクＭのアライメントマーク６
Ａ及び６Ｂの露光を行う場合を考える。この場合、コン
デンサーレンズ１６からの露光光ＩＬは、ダイクロイッ
ク膜２３Ａ及び２３Ｂを透過してそれぞれマスクＭ上の
アライメントマーク６Ａ及び６Ｂ上を照明し、基板Ｐ上
にアライメントマーク６Ａ及び６Ｂが露光（転写）され
る。一方、アライメント光ＡＬ１及びＡＬ２はそれぞれ
ダイクロイック膜２３Ａ及び２３Ｂで反射されてアライ
メントマーク６Ａ及び６Ｂを照明するため、アライメン
ト系７Ａ及び７Ｂではそれぞれアライメントマーク６Ａ
及び６Ｂの位置を検出することができ、その検出結果よ
りマスクＭのアライメントが行われる。即ち、ダイクロ
イック膜２３Ａ及び２３Ｂの波長分離作用により、アラ
イメントマーク６Ａ，６Ｂの露光中でもその位置検出を
行うことができる。

【００２７】次に、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１
の他方の偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの近傍の拡大図で
あり、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、基板Ｐに対する
１回目の露光時、マスクＭと基板Ｐとのアライメント
時、及び基板Ｐに対する２回目の露光時の様子を示した
ものである。基板Ｐに対する１回目の露光の際には、図
３（ａ）に示すように、ダイクロイック膜２３Ｂで点線
で示す露光光ＩＬと実線で示すアライメント光ＡＬ２と
を分離しているので、マスクＭの露光中でもマスクＭの
アライメントを行うことができ、高精度に位置合わせを
行うことができる。この際に、マスクＭ上の１番目のア
ライメントマーク６Ｂが基板Ｐ上に転写され、基板Ｐの
現像処理等により基板Ｐ上にアライメントマーク２６Ｂ
が形成される。

【００２８】そして、基板Ｐ上に２回目の露光を行う前
に、図３（ｂ）に示すように、ダイクロイック膜２３Ｂ
で反射されるアライメント光ＡＬ２を用いて、これから
露光するパターンが形成されたマスクＭの２番目のアラ
イメントマーク２７Ｂと、既に基板Ｐ上に形成されてい
るアライメントマーク２６Ｂとを観察して、マスクＭと
基板Ｐとのアライメントを行う。この際に偏角プリズム
２２Ｂの上方のシャッターが開いていると、露光光によ
り２番目のアライメントマーク２７Ｂが基板Ｐのアライ
メントマーク２６Ｂ上に転写されるが、基板Ｐ上に露光
する回路パターンが２層のみであれば、そのアライメン
トマーク２６Ｂが破壊されても何等不都合は無い。

【００２９】これに対して、基板Ｐ上に３層以上の回路
パターンを露光する場合に、基板Ｐ上に対して２回目の
露光を行う際には、図３（ｃ）に示すように、偏角プリ
ズム２２Ｂの上方をマークシャッター２４Ｂで覆い、マ
スクＭの２番目のアライメントマーク２７Ｂが基板Ｐ上
に露光されないようにする必要がある。例えば、基板Ｐ
上に形成する回路パターンが２層で、重ね合わせ露光を
１度しか行わない場合や、２番目のアライメントマーク
２７Ｂが基板Ｐ上に露光されても構わない場合には、マ
ークシャッター２４Ｂ（及び図１のマークシャッター２
４Ａ）は不要であることになる。

【００３０】また、本実施例では、マスクＭ上の転写用
のパターンの露光中もマスクＭと基板Ｐとの位置合わせ
を行えるように、図３（ｃ）に示すように、偏角プリズ
ム２２Ｂと照明光学系との間にマークシャッター２４Ｂ
が配置してある。しかしながら、マスクＭ上の転写用の
パターンの露光中に、マスクＭ（及び基板Ｐ）のアライ
メントを行う必要がない場合は、マークシャッター２４
Ｂはダイクロイック膜２３ＢとマスクＭとの間に配置し
ても良い。

【００３１】次に、図４を参照してマスクＭ上の偏角プ
リズム２１Ｂ及び２２Ｂの露光による影について説明す
る。先ず、図４（ａ）は、図３（ａ）と同様に図１の偏
角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの近傍の拡大図であり、図４
（ｂ）は図４（ａ）の側面図である。実際の露光光の開
き角をθ、偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの各辺の高さを
ｈとすれば、マスクＭ上で偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂ
の輪郭の影となる部分の幅の１／２は略々ｈ・ｔａｎθ
により求められる。

【００３２】図４（ａ）において、偏角プリズム２１
Ｂ，２２Ｂの下辺上の点Ｑ１の露光光ＩＬによる影は、
マスクＭ上でアライメントマーク６Ｂからの距離がほぼ
ｂ〜ａの範囲となる。同様に図４（ｂ）において、偏角
プリズム２１Ｂ，２２Ｂの下辺の点Ｑ２の露光光ＩＬに
よるマスクＭ上の影は、アライメントマーク６Ｂからの
距離がほぼｅ〜ｄの範囲となり、上辺の点Ｑ３の露光光
ＩＬによるマスクＭ上の影は、アライメントマーク６Ｂ
からの距離がｆ〜ｃの範囲となる。このように所定の角
度に広がった露光光ＩＬによる影の部分を考慮すれば、
偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの輪郭の辺の基板Ｐ上の影
は、図４（ｃ）に示すように、アライメントマーク６Ｂ
を囲む斜線を施した領域２８Ｂとなる。

【００３３】図４（ｃ）において、矩形のパターン２９
Ｂは、偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの輪郭の正射影であ
り、偏角プリズム２１Ｂ，２２Ｂの輪郭の影の領域２８
Ｂはその正射影のパターン２９Ｂを含む領域となってい
る。従って、その影の領域２８Ｂでの露光光の照度分布
は不均一であり、その影の領域２８Ｂより外側に実際の
転写用のパターンを形成する必要がある。つまり、斜線
を施した影の領域２８Ｂとその内側の領域とはパターン
の禁止帯となる。また、影の領域２８Ｂの内側は、その
領域２８Ｂの外側の実際の露光部よりも偏角プリズム２
１Ｂ，２２Ｂを通る分だけ照度が低下するが、照度分布
は均一な領域である。そこで、その影の領域２８Ｂの内
側の領域にアライメントマーク６Ｂを形成する。これに
より、アライメントマーク６Ｂは基板Ｐ上に均一な露光
量分布で転写される。

【００３４】図５は図４（ｃ）のパターンの禁止帯を実
際のマスクＭに適用した状態を示し、この図５におい
て、点線で囲む領域３０Ｂが図４（ｃ）と同じ領域であ
る。即ち、マスクＭのアライメントマーク６Ｂを囲む影
の領域２８Ｂがパターンの禁止帯となり、アライメント
マーク６Ａを囲む影の領域２８Ａもパターンの禁止帯と
なっている。これにより、アライメントマーク６Ａ及び
６Ｂが良好に基板Ｐ上に転写されると共に、基板Ｐ上に
不均一な露光量分布のパターンが転写されることが防止
される。なお、実際には、マスクＭ上のアライメントマ
ーク６Ａ及び６Ｂを囲むパターンの禁止帯の中にそれぞ
れ偏角プリズム２１Ａ，２２Ａ及び偏角プリズム２１
Ｂ，２２Ｂの輪郭の影が収まっていれば良い。

【００３５】上述のように本例によれば、図１のダイク
ロイック膜２３Ａ，２３Ｂにより露光光ＩＬとアライメ
ント光ＡＬ１，ＡＬ２とを分離し、且つそれらダイクロ
イック膜２３Ａ，２３Ｂの位置とマスクＭのアライメン
トマーク６Ａ，６Ｂの配置とをうまく組み合わせている
ため、アライメント系７Ａ，７Ｂ内の光学要素の駆動を
行う必要がない。従って、アライメント精度が向上する
と共に、アライメント時間が短縮され、露光工程のスル
ープットが向上する。

【００３６】次に、図１に示すように、アライメントマ
ーク６Ａ及び６Ｂ上にそれぞれ配置されている２枚の偏
角プリズム２１Ａ，２２Ａ及び偏角プリズム２１Ｂ，２
２Ｂの使用方法につき図６及び図７を参照して説明す
る。先ず、図１において、照明光学系は設計上ではマス
クＭ側にテレセントリックである。即ち、設計上は、コ
ンデンサーレンズ１６からの露光光ＩＬの主光線は、平
行にマスクＭの全面でそのマスクＭにほぼ垂直に入射す
るため、各アライメントマーク６Ａ，６Ｂはそれぞれ垂
直下方に基板Ｐ上に転写されるはずである。しかしなが
ら、実際には、マスクＭ上の露光エリアの拡大に伴い、
露光エリアの輪郭の近傍では露光光のテレセントリック
性が崩れることがある。

【００３７】図６に示すように、マスクＭの下面と基板
Ｐの露光面とのギャップをＺとして、アライメントマー
ク６Ａを照明する露光光の主光線ＩＬ２が、マスクＭの
法線から角度θだけ傾斜しているものとする。この場
合、アライメントマーク６Ａはその主光線ＩＬ２に沿っ
て基板Ｐ上に転写され、現像後にアライメントマーク２
６Ａが形成される。その露光光によるアライメントマー
ク２６Ａの位置ずれ量をΔとすると、位置ずれ量Δは次
のようになる。

【００３８】Δ＝Ｚ・ｔａｎθ （１）そして、図１のアライメント系７Ａからのアライメント
光ＡＬ１の主光線が、図６に示すようにマスクＭに垂直
であるとすると、マスクＭ上のアライメントマーク６Ａ
と基板Ｐ上のアライメントマーク２６Ａとの位置ずれ量
Δが、そのままアライメント誤差となる。

【００３９】具体的に、図８の従来の凹面鏡方式のプロ
キシミティ露光装置において、凹面鏡５の曲率半径を−
１０００ｍｍ、オプティカル・インテグレータ４と凹面
鏡５との距離５００ｍｍ、マスクＭ上の露光エリアを１
００ｍｍ角、マスクＭと基板Ｐとのギャップを１００μ
ｍとしたときの、マスクＭ上のパターンと基板Ｐ上に転
写されるパターンとの位置ずれを図７に示す。図７にお
いて、矩形の枠３１はテレセントリック性が全面で維持
されている場合に基板Ｐ上に転写されるパターンの輪郭
を示し、枠３１上の各点から延びている矢印はそれぞ
れ、実際に露光されるパターン上の対応する点までの位
置ずれを誇張して示すものである。例えば枠３１上の１
つの隅３１ａでは、０．４８μｍの位置ずれが生じてい
る。

【００４０】その（１）式から分かるように、アライメ
ント系７Ａ，７Ｂからのアライメント光の主光線が基板
Ｐに対して垂直である場合には、露光光の主光線の傾斜
角θが変化しても、又は傾斜角θが０でないときにマス
クＭと基板ＰとのギャップＺが変動しても、位置ずれ量
（アライメント誤差）Δが変化することになる。本実施
例ではその位置ずれ量Δを０にするために、図１のアラ
イメントマーク６Ａ及び６Ｂに対する露光光の主光線を
基板Ｐに対して垂直に設定するようにする。

【００４１】そのため、例えばアライメントマーク６Ａ
については、偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａの相対回転
角並びに偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａの一体としての
回転角を調整して、アライメントマーク６Ａが垂直下方
に基板Ｐ上に転写させるようにする。これは例えばマス
クＭと基板Ｐとのギャップを変えてテストプリントを行
うことにより、確かめることができる。同様に、アライ
メントマーク６Ｂについても、偏角プリズム２１Ｂ及び
２２Ｂの相対回転角並びに偏角プリズム２１Ｂ及び２２
Ｂの一体としての回転角を調整する。これにより、露光
光のテレセントリック性の補正が行われて、アライメン
ト誤差が小さくなる。

【００４２】なお、上記各楔状の偏角プリズム（２１
Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ）の頂角は互いに等しいも
のとし、各偏角プリズム（２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２
２Ｂ）の頂角をδ、各偏角プリズム（２１Ａ，２２Ａ，
２１Ｂ，２２Ｂ）の露光光に対する屈折率をｎ、各偏角
プリズム（２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ）による露
光光の偏角（屈折角）をΔθとすると、Δθ＝δ（ｎ−
１）の関係が成立する。このため、例えば、図１に示す
偏角プリズム２１Ａと偏角プリズム２２Ａとを相対的に
回転（又は偏角プリズム２１Ｂと偏角プリズム２２Ｂと
を相対的に回転）させると、偏角プリズム２２Ａ及び偏
角プリズム２１Ａ（又は偏角プリズム２２Ｂ及び偏角プ
リズム２１Ｂ）の屈折作用により、最大で露光光の偏角
は２δ（ｎ−１）となり、最小で露光光の偏角は零とな
る。従って、互いに対抗して配置された２つの偏角プリ
ズムを相対的に回転させる事により、露光光の主光線の
偏角は、零から２δ（ｎ−１）まで２次元的に調整でき
るため、アライメントマークを照明する露光光のテレセ
ントリック性を補正することができる。

【００４３】なお、上述実施例では、露光光ＩＬとアラ
イメント光ＡＬ１，ＡＬ２とを分離する波長選択手段と
してダイクロイック膜２３Ａ，２３Ｂが使用されていた
が、基本的にはアライメントマーク６Ａ，６Ｂを形成す
るだけの露光光を透過させればよいため、その波長選択
手段として、ハーフミラーや、電気的にアライメント光
と露光光とのスイッチングを行うような液晶素子等を用
いても良い。また、アライメント用の光源８Ａ，８Ｂは
露光光の光源１とは別光源を用いていたが、共通の光源
を用いて波長フィルター板等を用いて露光光とアライメ
ント光とを分離することも当然に可能である。

【００４４】また、アライメント系７Ａ，７Ｂでは撮像
素子１４Ａ，１４Ｂを用いて位置検出を行っていたが、
アライメントマークとして回折格子マークを用いて、そ
の回折格子マークから戻される１対の回折光の干渉光か
らその回折格子マークの位置を検出する２光束干渉方式
や、光電顕微鏡を用いたアライメント系等を使用した場
合にも本発明をそのまま適用できる。

【００４５】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
得ることは勿論である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、波長選択手段を用いて
露光光及び位置検出光をマスクの位置合わせ用のマーク
に導いているため、露光及び位置合わせを並行して行う
ことができる。従って、位置合わせのための光学系を移
動させる必要がなく、且つ露光中でも位置合わせを行う
ことができるため、位置合わせ精度が向上している。更
に、光学系を移動させる時間が省かれているため、露光
工程のスループットが向上している。

【００４７】また、波長選択光学系と照明光学系との間
にシャッター手段を設け、このシャッター手段でマスク
の位置合わせ用のマークに対する露光光の照射を断続す
るようにした場合には、位置合わせ用のマークを基板上
に露光したくないときに、その位置合わせ用のマークを
露光光から遮蔽することができる。そして、この場合で
も位置検出光でその位置合わせ用のマークを観察するこ
とができる。

【００４８】また、マスクの位置合わせ用のマークの周
囲に転写用のパターンが無い禁止帯が形成されている場
合に、その波長選択光学系の輪郭部のそのマスク上への
投影像がその禁止帯の中に収まる場合には、基板上への
照度分布の不均一なパターンの転写が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプロキシミティ露光装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【図２】図１中の１対の偏角プリズム２１Ａ及び２２Ａ
を示す拡大図である。

【図３】それぞれ図１中の１対の偏角プリズム２１Ｂ，
２２Ｂの近傍を示す光路図であり、（ａ）は基板Ｐへの
１回目の露光時の光路図、（ｂ）はアライメント時の光
路図、（ｃ）は基板Ｐへの２回目の露光時の光路図であ
る。

【図４】（ａ）は図１中の１対の偏角プリズム２１Ｂ，
２２Ｂの輪郭の露光光による影の状態を示す拡大図、
（ｂ）は図４（ａ）の側面図、（ｃ）はその偏角プリズ
ム２１Ｂ，２２Ｂの輪郭のマスクＭ上への影を示す拡大
平面図である。

【図５】マスクＭ上の禁止帯の一例を示す平面図であ
る。

【図６】露光光のテレセントリック性の崩れによるアラ
イメントマークの位置ずれを示す図である。

【図７】露光光のテレセントリック性の崩れによる基板
Ｐ上のパターンの位置ずれの状態の一例を示す平面図で
ある。

【図８】従来の第１のプロキシミティ露光装置を示す概
略構成図である。

【図９】従来の第２のプロキシミティ露光装置を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１露光用の光源４オプティカル・インテグレータＭマスクＰ基板６Ａ，６Ｂアライメントマーク７Ａ，７Ｂアライメント系８Ａ，８Ｂアライメント用の光源９Ａ，９Ｂ照明リレーレンズ１０Ａ，１０Ｂハーフミラー１２Ａ，１２Ｂ第１対物レンズ１３Ａ，１３Ｂ第２対物レンズ１４Ａ，１４Ｂ撮像素子１５コリメータレンズ１６コンデンサーレンズ２１Ａ，２１Ｂ偏角プリズム２２Ａ，２２Ｂ偏角プリズム２３Ａ，２３Ｂダイクロイック膜２４Ａ，２４Ｂマークシャッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系からの露光光で転写用のパタ
ーン及び位置合わせ用のマークが形成されたマスクを照
明し、前記マスクに対して近接又は密着して配された感
光性の基板上に前記マスクの転写用のパターンを露光す
るプロキシミティ露光装置において、前記感光性の基板に対して非感光性の位置検出光を発生
する送光光学系と、前記マスクの位置合わせ用のマークの上方に且つ前記マ
スクと前記照明光学系との間に配され、前記露光光を前
記マスク側に透過させると共に、前記位置検出光を前記
マスク側に反射する波長選択光学系と、前記マスクの位置合わせ用のマークから反射され、前記
波長選択光学系を介して戻された前記位置検出光を受光
する受光光学系と、を有し、前記露光光で前記マスクの位置合わせ用のマークを前記
基板上に転写し、前記位置検出光で前記マスクの位置合
わせ用のマークの位置を検出することを特徴とするプロ
キシミティ露光装置。
【請求項２】前記波長選択光学系と前記照明光学系と
の間にシャッター手段を設け、該シャッター手段で前記
マスクの位置合わせ用のマークに対する前記露光光の照
射を断続するようにしたことを特徴とする請求項１記載
のプロキシミティ露光装置。
【請求項３】前記マスクの位置合わせ用のマークの周
囲に転写用のパターンが無い禁止帯が形成されている場
合に、前記波長選択光学系の輪郭部の前記マスク上への
投影像が前記禁止帯の中に収まることを特徴とする請求
項１又は２記載のプロキシミティ露光装置。