JPH07161613A

JPH07161613A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07161613A
Application number: JP5307749A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井; Yasuaki Tanaka; 康明田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】露光時には必要に応じて投影光学系の瞳面付
近に瞳フィルタを配置して露光を行えると共に、投影光
学系を介して位置検出等を行うアライメント系等には悪
影響を与えないようにする。【構成】コンタクトホールパターンが形成されたレチ
クル１６のパターンをウエハ８上に露光する際には、投
影光学系５の瞳面付近に瞳フィルタ４３を設置する。Ｔ
ＴＬ方式のアライメント系２８Ｘ，２８Ｙからのレーザ
ビームを投影光学系５を介してウエハ８上に照射して、
ウエハ８上のウエハマークＷＭＸ，ＷＭＹの位置検出を
行う際には、投影光学系５の瞳面付近から瞳フィルタ４
３を退避させておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
フォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される、マ
スクパターンを感光性の基板上に投影露光するための投
影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工
程では、照明光により転写用のパターンが形成されたフ
ォトマスク又はレチクル（以下、まとめて「レチクル」
という）を照明する照明光学系と、そのレチクルのパタ
ーン像を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）上に投影する投影光学系とを有する投影
露光装置が使用されている。

【０００３】斯かる投影露光装置においては、光学設計
の進歩により、投影光学系の瞳面（フーリエ変換面）近
辺に遮光板等の光学的フィルタ（以下、「瞳フィルタ」
と呼ぶ）を配置することにより、コンタクトホールパタ
ーンのような孤立的パターンの解像力、及び焦点深度が
向上できることが分かってきた。そこで、本出願人は、
例えば未公開先願の特願平４−２６３５２１号におい
て、瞳フィルタを備えた投影光学系を有する投影露光装
置を提案している。瞳フィルタには、遮光板の他に、例
えば１枚の偏光板を有するフィルタ、複数枚の偏光板を
組み合わせたフィルタ、又は瞳面の異なる部分で照明光
の光路長の差を可干渉距離以上にしたフィルタ等が使用
できる。それらの瞳フィルタの内の何れの瞳フィルタを
使用した場合でも、孤立的パターンに対する焦点深度を
深くできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に投影
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場合、例えばレチクルの
上方にあるレチクル顕微鏡等を用いて、レチクルをレチ
クルステージに対して位置合わせした後、ウエハが載置
されているウエハステージに対するレチクルの位置関係
を計測する。このためには、例えばウエハステージ側に
設けられた発光部により、投影光学系を介してレチクル
上のアライメントマーク（レチクルマーク）を照明する
所謂ステージ発光型のレチクル位置検出系が使用でき
る。このレチクル位置検出系では、ウエハステージを走
査しながらレチクルマークを透過した光量のピーク値を
検出することで、レチクルのウエハステージに対する位
置関係が検出される。

【０００５】その後、例えばＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式のアライメント系を用いて、投影光学系を介し
てウエハステージ上のウエハの各ショット領域に付設さ
れたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出
することにより、ウエハステージ上でのウエハのショッ
ト配列が計測される。このように計測されたウエハ上の
各ショット領域の位置を順次、ウエハステージ上でのレ
チクルのパターン像の位置に合わせて露光を行うことに
より、レチクルとウエハの各ショット領域との重ね合わ
せ精度が高精度に維持される。

【０００６】しかしながら、そのようにステージ発光型
のレチクル位置検出系又はＴＴＬ方式のアライメント系
を使用する場合に、投影光学系の瞳面付近に瞳フィルタ
が設置されていると、検出用の光が瞳フィルタにより遮
断されるか、又は異なる領域で光路差が生じる等の悪影
響を受ける。この結果、レチクル位置検出系又はアライ
メント系の光電変換用のセンサに十分な光が入射しなく
なり、位置検出ができなくなるか、又は位置検出精度が
低下する等の不都合が生ずる。

【０００７】また、投影光学系を介して位置検出等を行
うものとしては、レチクル及び投影光学系を介して位置
検出を行うＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアラ
イメント系や、ウエハステージ側から投影光学系を介し
てレチクルを照明し、レチクルからの反射光を投影光学
系を介して受光することにより投影光学系の焦点位置等
を検出する所謂ＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系等もあ
る。このように、一般に投影光学系を介して位置検出等
を行うアライメント系等については、殆どの場合に投影
光学系の瞳面付近の瞳フィルタにより悪影響を受ける。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、露光時に投影光
学系の瞳面付近に瞳フィルタを配置して露光を行えると
共に、投影光学系を介して位置検出等を行うアライメン
ト系等に悪影響を与えない投影露光装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光装置は、例えば図１、図３及び図５に示す如く、転
写用のパターンが形成されたマスク（１６）を照明する
照明光学系（２６）と、瞳面（マスクに対するフーリエ
変換面）付近に瞳フィルタ（４３）が設置されマスク
（１６）のパターンの像を感光性の基板（８）上に結像
投影する投影光学系（５）とを有する投影露光装置にお
いて、投影光学系（５）を介して基板（８）上に位置検
出用の光を照射することにより、基板（８）上の位置合
わせ用のマーク（ＷＭＸ）の位置検出を行うアライメン
ト系（２８Ｘ）と、投影光学系（５）の瞳面付近に設置
された瞳フィルタの（４３）退避を行う退避手段（４
６，４７）とを設け、アライメント系（２８Ｘ）により
基板（８）上の位置合わせ用のマーク（ＷＭＸ）の位置
検出を行う際に、その退避手段を介して投影光学系
（５）の瞳面付近から瞳フィルタ（４３）を退避させる
ようにしたものである。

【００１０】また、本発明による第２の投影露光装置
は、転写用のパターンが形成されたマスク（１６）を照
明する照明光学系（２６）と、瞳面付近に瞳フィルタ
（４３）が設置されマスク（１６）のパターンの像を感
光性の基板（８）上に結像投影する投影光学系（５）と
を有する投影露光装置において、投影光学系（５）を介
してマスク（１６）上に位置検出用の光を照射すること
により、マスク（１６）上の位置合わせ用のマーク（３
８Ａ）の位置検出を行うアライメント系（２７等）と、
投影光学系（５）の瞳面付近に設置された瞳フィルタ
（４３）の退避を行う退避手段（４６，４７）とを設
け、そのアライメント系によりマスク（１６）上の位置
合わせ用のマーク（３８Ａ）の位置検出を行う際に、そ
の退避手段を介して投影光学系（５）の瞳面付近から瞳
フィルタ（４３）を退避させるようにしたものである。

【００１１】これらの場合、その退避手段は、投影光学
系（５）の瞳面付近から瞳フィルタ（４３）を退避させ
る際に、その瞳面付近にそのアライメント系用の補正光
学部材を配置するようにしてもよい。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の第１の投影露光装置によれば、
例えば図３に示すように、アライメント系（２８Ｘ）に
より投影光学系（５）を介して基板（８）上の位置合わ
せ用のマーク（ＷＭＸ）の位置検出を行う際には、投影
光学系（５）の瞳面付近から瞳フィルタ（４３）を退避
させる。これによりアライメント系（２８Ｘ）からの位
置検出用の光の大部分が、投影光学系（５）を経て位置
合わせ用のマーク（ＷＭＸ）に到ると共に、位置合わせ
用のマーク（ＷＭＸ）からの光の大部分が投影光学系
（５）を経てアライメント系（２８Ｘ）に戻る。従っ
て、アライメント系（２８Ｘ）により高精度に位置検出
が行われる。

【００１３】その後、例えば図１に示すように、コンタ
クトホールパターンが描画されているマスク（１６）を
露光する場合には、投影光学系（５）の瞳面付近に瞳フ
ィルタ（４３）を配置することにより、解像度及び焦点
深度が改善される。この場合、瞳フィルタ（４３）とし
ては、投影光学系（５）の光軸付近の、若しくは光軸か
ら離れた所定領域を遮光する遮光板、異なる領域を通過
した照明光の偏光状態を直交させる偏光板、又は異なる
領域を通過した照明光同士に可干渉距離を超える位相差
を与える位相板等が使用できる。

【００１４】次に、本発明の第２の投影露光装置におい
ても、投影光学系（５）を介してマスク（１６）上の位
置合わせ用のマーク（３８Ａ）の位置検出を行う際に、
投影光学系（５）の瞳面付近から瞳フィルタ（４３）を
退避させる。これによりそのアライメント系（２７等）
からの光の大部分が、投影光学系（５）を経て位置合わ
せ用のマーク（ＷＭＸ）に到るので、アライメント系
（２７等）により高精度に位置検出が行われる。

【００１５】これらの場合、アライメント系（２８Ｘ、
又は２７等）においては、露光光とは異なる波長帯のア
ライメント光が使用されることがある。一般に投影光学
系（５）は露光光に対して色収差が補正されているた
め、そのように露光光とは異なる波長帯のアライメント
光を使用すると、投影光学系（５）を通過するアライメ
ント光に縦方向又は横方向の色収差が生じてしまう。そ
れを避けるため、アライメント光に対する色収差を補正
するための回折格子等が形成されたガラス基板等からな
る補正光学部材を、投影光学系（５）の瞳面付近に設置
することがある。そのような補正光学部材は、アライメ
ントを行う場合にのみ使用されるものである。従って、
上述のようにアライメントを行う際に、投影光学系
（５）の瞳面付近から瞳フィルタ（４３）を退避させる
際に、代わりにその補正光学部材をその瞳面付近に設置
することにより、退避手段の有効活用ができる。更に、
瞳フィルタ（４３）の設置面と別の面上にその補正光学
部材を設置する場合と比べて、投影光学系（５）の瞳面
付近で使用する空間が小さくて済み、別の開口絞り等を
設置し易くなる。

【００１６】なお、上述の第２の投影露光装置ではマス
ク（１６）上の位置合わせ用のマーク（３８Ａ）の位置
検出を行っているが、それ以外に基板（８）側からスリ
ットパターン等を通過した光を投影光学系（５）を介し
てマスク（１６）側に照射し、マスク（１６）からの反
射光を投影光学系（５）及びそのスリットパターン等を
介して受光し、その受光量から投影光学系（５）のフォ
ーカス位置を検出する場合にも、投影光学系（５）の瞳
面付近から瞳フィルタ（４３）を退避させることが望ま
しい。これにより、投影光学系（５）のフォーカス位置
が高精度に計測される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本発明は、一括露光方
式の投影露光装置（ステッパ等）にも、所謂ステップ・
アンド・スキャン方式又はスリットスキャン方式（以
下、まとめて「スキャン露光方式」という）の投影露光
装置にも適用できるが、以下ではスキャン露光方式の投
影露光装置に適用した例について説明する。

【００１８】図１は本実施例の投影露光装置を示し、こ
の図１において、ベース１の中央部に防振ばね２Ａ及び
２Ｂを介してステージ支持台３が載置され、ステージ支
持台３に植設されたインバー（低膨張率の合金）製のコ
ラム４の中段に投影倍率が１／Ｍ（Ｍは例えば５）の投
影光学系５が取り付けられている。投影光学系５の光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直交座標
をＸ軸（図１の紙面に垂直な方向）及びＹ軸とする。ス
テージ支持台３の中央部にウエハ側Ｘステージ６Ｘ及び
ウエハ側Ｙステージ６Ｙが重ねて載置され、ウエハ側Ｙ
ステージ６Ｙ上にウエハホルダ７を介してフォトレジス
トが塗布されたウエハ８が保持され、ウエハ側Ｙステー
ジ６Ｙ上のＹ方向の一端にＹ軸用移動鏡９Ｙが取り付け
られ、投影光学系ＰＬの鏡筒５のＹ方向の側面部にＹ軸
用固定鏡１０が取り付けられている。本例のウエハ側Ｙ
ステージ６Ｙは、スキャン露光方式で露光を行う際にウ
エハ８をＹ方向に一定速度で走査する機能をも有する。

【００１９】また、ベース１のＹ方向の端部に植設され
た支持台１４にビームスプリッタ１２及び反射プリズム
１１が固定され、外部のＹ軸用レーザ干渉計本体部１３
Ｙからのレーザビームがビームスプリッタ１２によりウ
エハ側参照ビームＷＲ及びウエハ側測長ビームＷＳに分
割され、これらビームＷＲ及びＷＳがそれぞれＹ軸用固
定鏡１０及びＹ軸用移動鏡９Ｙに入射している。両ビー
ムＷＲ及びＷＳはそれぞれＹ軸に平行であり、両ビーム
ＷＲ及びＷＳの投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）の間
隔はＬである。Ｙ軸用レーザ干渉計本体部１３Ｙは、ウ
エハ側参照ビームＷＲの光路長に対するウエハ側測長ビ
ームＷＳの光路長の変化量から、Ｙ軸用固定鏡１０を基
準としたＹ軸用移動鏡９ＹのＹ方向の座標を常時計測
し、この計測結果を装置全体の動作を制御する主制御系
１５、及びウエハ側Ｙステージ６Ｙの駆動部（不図示）
に供給している。この駆動部は、Ｙ軸用レーザ干渉計本
体部１３Ｙの計測結果に基づいて、ウエハ側Ｙステージ
６ＹのＹ方向の座標を制御する。

【００２０】同様に、ウエハ側Ｙステージ６ＹのＸ方向
（図１の紙面に垂直な方向）の一端には、Ｘ軸用移動鏡
９Ｘ（図３参照）が固定され、移動鏡９Ｘに対向するよ
うにＸ軸用のレーザ干渉計本体部（不図示）が固定さ
れ、これらによりウエハ側Ｙ軸ステージ６ＹのＸ方向の
座標が常時計測され、計測結果は主制御系１５及びウエ
ハ側Ｘステージ６Ｘの駆動部（不図示）に供給されてい
る。

【００２１】また、ベース１上の支持台１４と反対側の
端部に支持台１９が植設され、支持台１９の上端部にビ
ームスプリッタ２０が固定され、支持台１９の中段部に
反射プリズム２１が固定されている。また、コラム４の
上端にレチクルステージ支持台１８が固定され、レチク
ルステージ支持台１８上にＹ方向に摺動自在にレチクル
走査ステージ１７が載置され、レチクル走査ステージ１
７上に転写用のパターンが形成されたレチクル１６が保
持されている。レチクル１６にはコンタクトホールパタ
ーンが形成され、レチクル走査ステージ１７とレチクル
１６との間にはレチクル１６をＸ方向に微するための微
動ステージ（不図示）も載置されていいる。また、レチ
クル走査ステージ１７上のＹ方向の端部にはレチクル側
移動鏡２４が固定され、投影光学系５のＹ方向の側面部
にはレチクル側固定鏡２３が固定されている。

【００２２】この場合、ウエハ側のＹ軸用固定鏡１０と
レチクル側固定鏡２３とは、投影光学系５のＹ方向の側
面部に対向するように取り付けられている。そして、外
部のレチクル用レーザ干渉計本体部２２から射出された
レーザビームが、ビームスプリッタ２０によりレチクル
側測長ビームＲＳ及びレチクル側参照ビームＲＲに分割
される。レチクル側測長ビームＲＳはレチクル側移動鏡
２４に反射されて再びビームスプリッタ２０に戻り、レ
チクル側参照ビームＲＲは反射プリズム２１により反射
されてレチクル側固定鏡２３に向かい、レチクル側固定
鏡２３により反射された後に反射プリズム２１を経て再
びビームスプリッタ２０に戻る。

【００２３】ビームスプリッタ２０とレチクル側移動鏡
２４との間のレチクル側測長ビームＲＳと、反射プリズ
ム２１とレチクル側固定鏡２３との間のレチクル側参照
ビームＲＲとは互いに平行であり、且つＸ軸に平行であ
る。また、レチクル側移動鏡２４に入射するレチクル側
測長ビームＲＳと、レチクル側固定鏡２３に入射するレ
チクル側参照ビームＲＲとのＺ方向の間隔はＭ・Ｌであ
る。即ち、レチクル１６からウエハ８への投影光学系５
の投影倍率１／Ｍに対して、レチクル側測長ビームＲＳ
とレチクル側参照ビームＲＲとのＺ方向の間隔は、ウエ
ハ側測長ビームＷＳとウエハ側参照ビームＷＲとのＺ方
向の間隔のＭ倍に設定されている。

【００２４】ビームスプリッタ２０に戻された両ビーム
ＲＳ及びＲＲは、レチクル用レーザ干渉計本体部２６に
付属のレシーバ（受光部）に入射する。実際には、ビー
ムスプリッタ２０に戻された両ビームＲＳ及びＲＲは、
レチクル用レーザ干渉計本体部２６からの入射方向と直
交する方向に射出する場合もあり、この場合にはそのレ
シーバはビームスプリッタ２０の上部側に配置される。
そして、ウエハ側のＹ軸用レーザ干渉計本体部１３Ｙと
同様に、レチクル用レーザ干渉計本体部２２は、ヘテロ
ダイン方式又はホモダイン方式によりレチクル側参照ビ
ームＲＲの光路長とレチクル側測長ビームＲＳの光路長
との差、ひいてはレチクル側固定鏡２３を基準にした場
合のレチクル側移動鏡２４のＹ方向の座標を高い分解能
で且つ高精度に計測する。尚、ビームスプリッタ２０を
射出して移動鏡２４と固定鏡２３との各々に向かうレー
ザビームの光路のうち、少なくとも固定鏡２３に向かう
レーザビームの光路を覆う固定筒（カバー）を設け、空
気ゆらぎ等により干渉計の計測精度の低下を防止するよ
うにしても良い。

【００２５】このとき、更に固定カバー内部に、温度制
御された気体を流すようにしても良い。これは本実施例
の干渉計の構成上、固定鏡２３に向かうレーザビームの
光路が長くなり得るためである。また、移動鏡２４に向
かうレーザビームの光路を覆うカバーも設けても良い
が、このときステージ２３の移動に追従（連動）して当
該カバーを伸縮自在に構成しておくことが望ましい。ま
た、ウエハ側の干渉計に対しても上記の如きカバーを設
けるようにしても良い。そして、レチクル走査ステージ
１７の不図示の駆動部は、レチクル用レーザ干渉計本体
部２２の計測結果に基づいてレチクル走査ステージ１７
のＹ方向の座標位置を調整する。

【００２６】本実施例では、図１の照明光学系２６から
射出された露光光ＩＬは、レチクル１６上のスリット状
の照明領域２５を照明する。この照明領域２５は、図２
に示すように、円形の領域３０に内接する矩形の領域で
あり、照明領域２５はレチクル１６のパターン領域ＰＡ
の一部を覆うだけの面積を有するのみである。そこで、
レチクル１６のパターン領域ＰＡのパターン像の全体を
ウエハ８上の各ショット領域に露光するためには、図２
において、照明領域２５の長手方向に直交する走査方向
Ｄ１にレチクル１６を走査する必要がある。

【００２７】図１に戻り、レチクル１６の走査方向Ｄ１
はＹ方向又は−Ｙ方向である。そして、レチクル１６を
Ｙ方向（又は−Ｙ方向）へ一定速度Ｖ_Rで走査する際に
は、同期してウエハ側Ｙステージ６Ｙを駆動することに
より、ウエハ８を−Ｙ方向（又はＹ方向）へ一定速度Ｖ
_W(＝Ｖ_R／Ｍ）で走査する。このようにレチクル１６及
びウエハ８を同期して走査することにより、レチクル１
６の共役像とウエハ８との位置関係が一定に維持された
状態で、レチクル１６の全パターンの（１／Ｍ）倍の縮
小像がウエハ８の当該ショット領域に転写される。この
際に、本実施例では、ステージ支持台３、コラム４及び
レチクルステージ支持台１８は剛性の高い素材で作ら
れ、スキャン露光方式で露光する際にレチクルステージ
系及びウエハステージ系の駆動により変形を起こさない
ようになっている。

【００２８】また、本実施例では、投影光学系５の瞳面
（レチクル１６のパターン領域のフーリエ変換面）ＦＴ
Ｐ又はこの近傍の面上に瞳フィルタ４３を着脱できるよ
うになっている。瞳フィルタ４３を設置するのに最も望
ましい位置は、その投影光学系５の瞳面ＦＴＰ上である
が、多少の位置ずれは問題ない。瞳フィルタ４３はガラ
ス基板上に円形に遮光膜を被着したものであり、瞳フィ
ルタ４３をその瞳面ＦＴＰ付近に設置したときにその遮
光膜の中心が投影光学系５の光軸ＡＸに合致するように
位置決めが行われる。実際には、露光対象とするレチク
ルの種類に応じて瞳フィルタ４３を使用するかどうかが
決まる。例えばレチクル１６のように、コンタクトホー
ルパターンのような孤立的パターンが形成されたレチク
ルのパターンをウエハ８上に露光する場合には、投影光
学系５の瞳面付近に、より厳密にはその瞳面付近の結像
光束の通過領域に、中心が投影光学系５の光軸ＡＸと合
致するように瞳フィルタ４３が設置される。

【００２９】一方、ライン・アンド・スペースパターン
のような周期的なパターンが形成されたレチクルのパタ
ーンをウエハ８上に露光する場合には、瞳フィルタ４３
は、投影光学系５の瞳面付近の結像光束の通過領域から
結像光束の通過しない領域まで退避される。なお、図１
では瞳フィルタ４３は１種類のみであるが、露光条件に
応じて遮光部の大きさや形状が変化した瞳フィルタ、偏
光板を使用した瞳フィルタ、又は所定の位相差を付与す
る瞳フィルタ等が使用される。

【００３０】更に、本実施例においては、図１に示すよ
うに、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＸ軸用のア
ライメント系２８Ｘ及びＹ軸用のアライメント系２８Ｙ
（図３参照）が設けられている。本実施例のアライメン
ト系２８Ｘ及び２８Ｙは、所謂レーザ・ステップ・アラ
イメント方式（以下、「ＬＳＡ方式」という）のアライ
メント系である。

【００３１】図３はそれらアライメント系２８Ｘ及び２
８Ｙの構成を示し、この図３においてウエハ８のアライ
メント時には、例えばＸ軸用のアライメント系２８Ｘ内
のＨｅ−Ｎｅレーザ光源３１から射出されたレーザビー
ムが、レンズ３２ａ及びシリンドリカルレンズ３２ｂよ
りなるビーム整形光学系３２によりＹ軸に共役な方向に
引き伸ばされる。ビーム整形光学系３２から射出された
レーザビームＬＢＸは、ビームスプリッタ３３、対物レ
ンズ３４、及び光路折り曲げ用のミラー２９Ｘを経て投
影光学系５に入射し、投影光学系５内部を通過したレー
ザビームは、ウエハ８の露光面上にＹ方向に延びたスリ
ット状スポット光３５Ｘとして集光される。この際に、
投影光学系５に入射したレーザビームをほぼ全部ウエハ
８側に導くため、投影光学系５の瞳面ＦＴＰの付近から
瞳フィルタ４３が退避されている。

【００３２】そして、ウエハ８上のスリット状スポット
光３５Ｘからの反射光及び回折光は、投影光学系５、ミ
ラー２９Ｘ、対物レンズ３４を経てビームスプリッタ３
３に戻り、ビームスプリッタ３３により反射された光が
集光レンズ３６により光電検出器３７の受光面に集光さ
れ、光電検出器３７の検出信号が図１の主制御系１５に
供給されている。この際に、スリット状スポット光３５
Ｘからの正反射光を除去するための空間フィルタが、ア
ライメント系２８Ｘ内に設置されている。ウエハ８のア
ライメントを行うため、ウエハ８の各ショット領域の近
傍にはそれぞれＸ軸用のウエハマークＷＭＸ及びＹ軸用
のウエハマークＷＭＹが形成されている。

【００３３】図４（ｂ）はウエハ８上のスリット状スポ
ット光３５Ｘの照射領域の近傍の様子を示し、この図４
（ｂ）に示すように、Ｘ軸用のウエハマークＷＭＸは、
Ｙ方向に所定ピッチで配列されたドットパターンより形
成されている。図１のウエハ側Ｘステージ６Ｘを駆動し
て、図４（ｂ）においてウエハマークＷＭＸをスリット
状スポット光３５Ｘに対してＸ方向に走査すると、ウエ
ハマークＷＭＸがスリット状スポット光３５Ｘに合致し
たときに、±１次回折光の強度が最大になり、図３の光
電検出器３７の検出信号の信号強度も図４（ａ）に示す
ように最大になる。従って、図１の主制御系１５で、光
電検出器３７の検出信号が最大になったときのＸ軸用の
レーザ干渉計の計測値を保持することにより、ウエハマ
ークＷＭＸのＸ座標が検出される。

【００３４】図３に戻り、Ｙ軸用のアライメント系２８
Ｙは、Ｘ軸用のアライメント系２８Ｘと同一構成であ
り、アライメント系２８Ｙから射出されたレーザビーム
ＬＢＹは、ミラー２９Ｙを経て投影光学系５に入射し、
投影光学系５内部を通過したレーザビームは、ウエハ８
の露光面上にＸ方向に延びたスリット状スポット光３５
Ｙとして集光される。そのスリット状スポット光３５Ｙ
からの反射光及び回折光は、投影光学系５、ミラー２９
Ｙを経てアライメント系２８Ｙに戻り、アライメント系
２８Ｙ内の光電検出器の検出信号が図１の主制御系１５
に供給されている。ウエハ８の各ショット領域にはＸ方
向に所定ピッチで配列されたドット列パターンよりなる
Ｙ軸用のウエハマークＷＭＹが付設され、ウエハマーク
ＷＭＹをスリット状スポット光３５Ｙに対して走査して
アライメント系２８Ｙ内の光電検出器の検出信号のピー
ク値を検出することにより、ウエハマークＷＭＹのＹ座
標が検出される。

【００３５】従って、図３のアライメント系２８Ｘ及び
２８Ｙにより、ウエハ８上の各ショット領域のＸ座標及
びＹ座標が検出されるため、露光時にはその検出結果に
基づいて各ショット領域の位置調整を行う。次に、図１
に戻り、本実施例には所謂ステージ発光型のレチクル位
置検出系も設けられている。そのレチクル位置検出系
は、ウエハ側Ｙステージ６Ｙの上面に固定された発光部
材２７と、照明光学系２６内に配置された受光系（不図
示）とから構成されている。発光部材２７は、ウエハ８
の露光面と同じ高さの面に基準マークが形成されたマー
ク板と、露光光ＩＬと同じ波長域の照明光でそのマーク
板の底面側からその基準マークを照明する照明系とから
構成されている。

【００３６】発光部材２７の基準マークを透過した照明
光は、投影光学系５を介してレチクル１６の裏面に基準
マークの像を結像し、その基準マークの結像光束の内で
レチクル１６を透過した光が照明光学系２６内のビーム
スプリッタを介して撮像素子の撮像面に入射する。この
場合も、瞳フィルタ４３が投影光学系５の瞳面付近に設
置されていると、発光部材２７からの照明光の多くが瞳
フィルタ４３により遮断されてしまうため、それを避け
るために図３に示すように、瞳フィルタ４３を投影光学
系５の瞳面付近から退避させておく。

【００３７】また、図３に示すように、レチクル１６の
パターン領域ＰＡのＸ方向及びＹ方向の外側にそれぞれ
レチクルマーク３８Ｂ，３８Ｄ及び３８Ａ，３８Ｃが形
成されている。そして、ウエハ側Ｙステージ６Ｙと共に
発光部材２７の位置をそれぞれレチクルマーク３８Ａ〜
３８Ｄと共役な位置の近傍に移動して、図１の照明光学
系２６内の撮像素子により、発光部材２７の基準マーク
のレチクル１６上での像と各レチクルマーク３８Ａ〜３
８Ｄとの位置ずれ量を検出することにより、ウエハ８側
のステージに対するレチクル１６の位置関係が求められ
る。この位置関係に基づいてレチクル１６側のステージ
（レチクル走査ステージ１７等）の位置調整を行うこと
により、レチクルアライメントが行われる。

【００３８】上述のように本実施例では、ウエハアライ
メント系２８Ｘ，２８Ｙを用いてウエハ８のアライメン
トを行う場合、及び発光部材２７を含むレチクル位置検
出系を用いてレチクル１６のアライメントを行う場合に
は、投影光学系５の瞳面付近から瞳フィルタ４３の退避
が行われる。そこで、瞳フィルタ４３の退避を行うため
の退避装置の具体的な構成例につき図５を参照して説明
する。この構成例はスライド式で瞳フィルタの交換又は
着脱を行う退避装置である。

【００３９】図５（ｂ）は本実施例の退避装置及び投影
光学系５の正面断面図、図５（ａ）はその退避装置及び
投影光学系５の平面図である。図５（ｂ）に示すよう
に、投影光学系５は、鏡筒３９内に上から順に前群レン
ズ系４０Ａ、開口絞り４２、及び後群レンズ系４０Ｂを
固定したものであり、前群レンズ系４０Ａは上から順に
レンズ４１₁〜４１_n（ｎは２以上の整数）より構成さ
れ、開口絞り４２は、投影光学系５の瞳面上に配置され
ている。

【００４０】この場合、鏡筒３９の開口絞り４２の直下
の部分、即ち投影光学系５の瞳面付近に開口４５Ａ及び
４５Ｂを穿設する。そして、開口４５Ａ及び４５Ｂを通
して光軸ＡＸ（これをＺ軸とする）を垂直に横切るＸ軸
方向にスライド板４６を配し、スライド板４６を送り装
置４７でＸ方向に摺動自在に支持する。送り装置４７の
動作は主制御系１５により制御されている。図５（ａ）
に示すように、スライド板４６上には、Ｘ軸上に中心を
有するように瞳フィルタ４３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅ及びダ
ミーのガラス基板４３Ｃを配置する。

【００４１】瞳フィルタ４３Ｂ，４３Ｄ及び４３Ｅは、
それぞれガラス基板上に直径の異なる遮光膜４４Ｂ，４
４Ｄ及び４４Ｅが形成されたものであり、瞳フィルタ４
３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅは、大きさ等が異なるコンタクト
ホールパターンの露光を行う場合にそれぞれ最適なフィ
ルタが使用される。一方、ダミーのガラス基板４３Ｃ
は、投影光学系５の瞳面付近に瞳フィルタを設置しない
場合、即ち瞳フィルタの退避を行う場合に、光路長を合
わせるために使用されるものである。但し、瞳フィルタ
４３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅとしては、直径の異なる遮光板
を細い支柱で支持するだけのフィルタも使用でき、この
場合にはダミーのガラス基板４３Ｃは単なる空間として
よい。

【００４２】本実施例では、露光するパターンに応じて
スライド板４６をＸ軸方向に移動させて、瞳フィルタ４
３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅ又はダミーのガラス基板４３Ｃの
内の最適な基板の中心を投影光学系の光軸ＡＸに合致さ
せる。これにより、露光するパターンに応じて、高い解
像力、且つ深い焦点深度で露光が行われる。また、図３
においてアライメント系２８Ｘ，２８Ｙを用いてウエハ
８のアライメントを行う場合、又は発光部材２７等を用
いてレチクルアライメントを行う場合には、投影光学系
５の瞳面付近から瞳フィルタの退避を行うため、スライ
ド板４６をＸ軸方向に移動させて、ダミーのガラス基板
４３Ｃの中心を投影光学系５の光軸ＡＸに合致させる。

【００４３】この場合、スライド板４６として、振れ、
ガタの無い高精度な直線ガイドを使用し、スライド位置
を光学的、又は電気的に検出することにより、十分な精
度で瞳フィルタ及びダミーのガラス基板の切り換えがで
きる。スライド板４６は単にスライドして停止するだけ
の簡単な機構なので、瞳フィルタ及びダミーのガラス基
板の交換を短時間に行うことができる。なお、瞳フィル
タを退避させるには、図５のようなスライド方式の他
に、種々の瞳フィルタ及びダミーのガラス基板が配置さ
れた回転板を回転するレボルバ方式、又は瞳フィルタが
収納されたカセットを直接交換するカセット交換方式等
が使用できる。

【００４４】次に、図１の投影露光装置における全体の
動作の一例につき図６のフローチャートを参照して説明
する。図１において、レチクル走査ステージ１７上にそ
れまでの露光工程で使用されたレチクル１６が載置さ
れ、ウエハホルダ７上には次に露光するウエハ８がロー
ドされているものとして、投影光学系５の瞳面近傍に瞳
フィルタ４３（図５の４３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅの内の何
れか）が設置されているものとする。先ず、図６のステ
ップ１０１において、主制御系１５は、図５に示す退避
装置を介して投影光学系５の瞳面付近から瞳フィルタ４
３を退避させる。この結果、投影光学系５の瞳面付近に
は図５に示すダミーのガラス基板４３Ｃが設置される。

【００４５】そして、瞳フィルタ４３の退避が完全に終
了した後、ステップ１０２において、主制御系１５はレ
チクルローダ系（不図示）を介してレチクル１６を搬出
した後、そのレチクルローダ系を介してレチクル走査ス
テージ１７（より厳密にはこの上の微動ステージ）上に
次の露光対象のレチクルを載置する。このようにレチク
ルローダ系を介してレチクルを搬入する際に、レチクル
に記録されたレチクルの種類等を示すバーコードをバー
コードリーダにより読み取って記憶しておく。その後、
ステップ１０３において、図３のように発光部材２７等
を使用するステージ発光方式でレチクルの位置検出を行
い、レチクルの位置調整を行う。そして、ステップ１０
４において、図３のＬＳＡ方式のアライメント系２８Ｘ
及び２８Ｙを用いて、ウエハ８の各ショット領域に付設
されたウエハマークの位置検出を行い、この結果に基づ
いてウエハ８の各ショット領域に露光する際の移動位置
を算出する。

【００４６】その後、ステップ１０５において、これか
ら露光するレチクルのパターンがコンタクトホールパタ
ーンかどうかを調べる。このためには、ステップ１０２
で読み取ったレチクルの種類を示すバーコードの情報が
使用される。そして、レチクルのパターンがライン・ア
ンド・スペースパターンのような周期的パターンである
場合には、ステップ１０７に移行してそのままレチクル
のパターンを、スキャン露光方式でウエハ８上の各ショ
ット領域に露光する。逆に、ステップ１０５において、
レチクルのパターンがコンタクトホールパターンである
場合には、ステップ１０６に移行して、主制御系１５は
図５の退避装置を介して投影光学系５の瞳面付近に瞳フ
ィルタ４３を設置する。その後、ステップ１０７におい
て、レチクルのパターンをウエハ８の各ショット領域に
露光する。

【００４７】このように、本実施例によれば、レチクル
アライメント時及びウエハのアライメント時には投影光
学系５の瞳面付近から瞳フィルタが退避されるため、ア
ライメントが確実に且つ高精度に行われる。なお、上述
実施例において、レチクルの交換により瞳フィルタ４３
を必要としないレチクルがレチクル走査ステージ１７上
に載置された場合に、誤って瞳フィルタ４３が投影光学
系５の瞳面付近に設置されると、レチクルからの光量の
大きい０次光が瞳フィルタの遮光部に照射されて投影光
学系の光学特性に悪影響を与える恐れがある。これを確
実に避けるため、一般に瞳フィルタ４３を必要とするコ
ンタクトホールパターンが形成されたレチクルは、パタ
ーンの存在率が小さく露光光の透過率も小さいことを利
用して、瞳フィルタ４３を投影光学系５の瞳面付近に設
置する前に、例えば図１のウエハ側Ｙステージ６Ｙ上に
配置された光電検出器により、投影光学系５を透過した
光量を計測するようにしてもよい。これにより計測され
た光量が所定の基準値よりも大きい場合には、コンタク
トホールパターン用のレチクルでないことが分かるた
め、瞳フィルタを必要としないレチクルに対して、誤っ
て投影光学系５の瞳面付近に瞳フィルタを設置して露光
を行うことが防止できる。

【００４８】このように、レチクル交換時には瞳フィル
タ４３を退避させておき、レチクルの種類確認後又は上
述のレチクルの透過光量測定後に、必要に応じて瞳フィ
ルタ４３を投影光学系５の瞳面付近に設置することで、
瞳フィルタ４３の吸熱による投影光学系５の温度不均一
化とそれに伴う光学特性変化とを防ぐことができる。な
お、上述実施例ではアライメント系として、ＴＴＬ方式
で且つＬＳＡ方式のアライメント系２８Ｘ，２８Ｙが使
用されている。その他に、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式で、且つ２光束をそれぞれレチクルマーク及び
ウエハマークに照射して回折光の干渉ビート信号から位
置検出を行う所謂２光束干渉方式のアライメント系を使
用する場合、又はＴＴＲ方式で且つ画像処理方式でレチ
クルマーク及びウエハマークの位置関係を検出するアラ
イメント系を使用する場合等にも、本発明のように投影
光学系の瞳面付近から瞳フィルタを退避させる構成を採
用することにより、アライメントを確実に行うことがで
きる。

【００４９】また、そのように２光束干渉方式でアライ
メントを行う際には、図１において、投影光学系５の瞳
面ＦＴＰの付近に２光束の光路を偏向するための回折格
子等が形成された光路偏向板を設ける場合がある。ま
た、この光路偏向板は実際にレチクル１６のパターンを
露光する際には使用されないものである。そこで、上述
実施例のように瞳フィルタ４３を退避する際に、それと
入れ替わりに投影光学系５の瞳面付近にその光路偏向板
を設置するようにしてもよい。具体的には、例えば図５
において、スライド板４６の一部にその光路偏向板を設
置しておき、スライド板４６の移動により瞳フィルタと
光路偏向板とを交換すればよい。

【００５０】また、上述実施例は、スキャン露光方式の
投影露光装置に本発明を適用したものであるが、一括露
光方式の投影露光装置（ステッパ等）にも本発明は当然
に適用できるものである。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、退避手段を逆に動作さ
せることにより、露光時には必要に応じて投影光学系の
瞳面付近に瞳フィルタを配置して露光を行うことができ
る。一方、アライメント系により投影光学系を介して基
板又はマスクの位置検出を行う際には、退避手段により
投影光学系の瞳面付近から瞳フィルタを退避させること
により、位置検出を確実に且つ高精度に行うことができ
る。

【００５２】また、退避手段により瞳フィルタの退避を
行う際に、アライメント系用の補正光学部材を投影光学
系の瞳面付近に設置することにより、投影光学系の瞳面
付近の狭い空間を２つの用途に有効に活用できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の全体を
示す一部を断面とした構成図である。

【図２】実施例のレチクル１６上の照明領域を示す平面
図である。

【図３】図１のアライメント系等の構成を示す斜視図で
ある。

【図４】レーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方
式による位置検出方法の説明図である。

【図５】（ａ）は投影光学系及び瞳フィルタの退避装置
の構成例を示す平面図、（ｂ）はそれら投影光学系及び
瞳フィルタの退避装置の構成例を示す正面断面図であ
る。

【図６】実施例でアライメント及び露光を行う場合の全
体の動作の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

３ステージ支持台４コラム５投影光学系６Ｙウエハ側Ｙステージ８ウエハ１３ＹＹ軸用レーザ干渉計本体部１５主制御系１６レチクル１７レチクル走査ステージ２２レチクル用レーザ干渉計本体部２７発光部材２８Ｘ，２８Ｙアライメント系ＷＭＸ，ＷＭＹウエハマーク３８Ａ〜３８Ｄレチクルマーク３９鏡筒４２開口絞り４３，４３Ｂ，４３Ｄ，４３Ｅ瞳フィルタ４３Ｃダミーのガラス基板４６スライド板４７送り装置

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
照明する照明光学系と、瞳面付近に瞳フィルタが設置さ
れ前記マスクのパターンの像を感光性の基板上に結像投
影する投影光学系と、を有する投影露光装置において、前記投影光学系を介して前記基板上に位置検出用の光を
照射することにより、前記基板上の位置合わせ用のマー
クの位置検出を行うアライメント系と、前記投影光学系の瞳面付近に設置された瞳フィルタの退
避を行う退避手段と、を設け、前記アライメント系により前記基板上の位置合わせ用の
マークの位置検出を行う際に、前記退避手段を介して前
記投影光学系の瞳面付近から前記瞳フィルタを退避させ
るようにしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】転写用のパターンが形成されたマスクを
照明する照明光学系と、瞳面付近に瞳フィルタが設置さ
れ前記マスクのパターンの像を感光性の基板上に結像投
影する投影光学系と、を有する投影露光装置において、前記投影光学系を介して前記マスク上に位置検出用の光
を照射することにより、前記マスク上の位置合わせ用の
マークの位置検出を行うアライメント系と、前記投影光学系の瞳面付近に設置された瞳フィルタの退
避を行う退避手段と、を設け、前記アライメント系により前記マスク上の位置合わせ用
のマークの位置検出を行う際に、前記退避手段を介して
前記投影光学系の瞳面付近から前記瞳フィルタを退避さ
せるようにしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】前記退避手段は、前記投影光学系の瞳面
付近から前記瞳フィルタを退避させる際に、前記瞳面付
近に前記アライメント系用の補正光学部材を配置するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の投影露光装置。