JPH09246160A

JPH09246160A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09246160A
Application number: JP8052730A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-19
Also published as: US5801816A; US6023321A

Abstract

(57)【要約】【課題】より短波長の結像光束に対しても、解像度、
アライメント精度共に良好なＴＴＲ方式のアライメント
が可能である投影露光装置を提供する。【解決手段】投影光学系ＰＬは、露光用の第１の波長
によるレチクル１０の転写用パターンの中間像を形成す
る第１の結像光学系１２と、中間像が形成される位置の
近傍に設けられた第１のミラー１３と、第１のミラー１
３によって偏向された結像光束ＥＬを集光して、ウエハ
１７上に転写用パターンを形成する第２の結像光学系１
５とで構成する。また、第１のミラー１３の近傍に投影
光学系ＰＬで生じるアライメント用の第２の波長に対す
る色収差を補正する第２のミラー１４を設け、アライメ
ント光束ＡＬを用いて投影光学系ＰＬ及び第２のミラー
１４を介してＴＴＲ方式のアライメントを行うアライメ
ント光学系２６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気
ヘッド等を製造をするためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光性基板上に露光するために使
用される投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像
素子（ＣＣＤ等）、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、マスクとしてのレチ
クルに形成された転写用のパターンの像を、投影光学系
により、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）上に転写する投影露光装置（例えば、ス
テッパー等）が使用されている。最近では、投影光学系
の負担を重くすることなく、転写用パターンを大面積化
するために、レチクル及びウエハを投影光学系に対して
同期走査して露光を行う、ステップ・アンド・スキャン
方式等の走査露光型の投影露光装置も使用されつつあ
る。

【０００３】投影露光装置は、例えばエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍ）等の光源で発した照
明光が、整形レンズ、照明視野絞り（レチクルブライン
ド）、コンデンサレンズ、ミラー等を介して、レチクル
ステージに保持されたレチクルに照射される。レチクル
を通過した結像光束は、結像光束に対して最適に収差補
正された投影光学系を介して、ウエハ上にレチクルパタ
ーンを転写露光する。

【０００４】このような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、ウエハ上には以前の工程で形成された位置
検出マークとしてのアライメントマークが形成されてお
り、このアライメントマークの位置を検出することで、
ウエハ（より正確には、ウエハ上の回路パターン）の正
確な位置を検出することができる。

【０００５】このようなアライメントの方式は、その構
成上、以下の３種に大別される。一つは、投影光学系と
は全く別のアライメント顕微鏡等のアライメントセンサ
ーを備え、このセンサーによってアライメントマークを
位置検出するタイプ（以下、「別付センサー方式」と呼
ぶ）である。一般に、アライメント用の光束の波長は、
露光すべきウエハ上のフォトレジストの感光を防ぐため
に、フォトレジストに対して非感光な波長域（波長５５
０ｎｍ以上）が使用される。別付センサー方式では、ア
ライメントセンサーに対してアライメント波長に最適な
光学系を使用できるため、後述する色収差の問題のない
検出系が実現できる。しかしながら、アライメントセン
サーは投影光学系とは全く別系統であるため、例えば、
投影露光装置本体の温度変化による熱膨張等により、投
影光学系とアライメントセンサーとの位置関係が変動し
てしまうことにより、アライメントの結果に誤差が生じ
てしまう恐れがある。

【０００６】残る２種は、投影光学系そのものをアライ
メントセンサーの光学系の一部としても使用するタイプ
である。これはＴＴＬ(Through The Lens)方式とＴＴＲ
(Through The Reticle）方式とに分類される。ＴＴＬ方
式のアライメントは、アライメント波長の光束の光路が
投影光学系を使用するものの、レチクルは介さず検出を
行うため、その光束は折り曲げミラー等で結像光路外へ
導かれる。

【０００７】また、ＴＴＲ方式のアライメントでは、レ
チクル上とウエハ上とのそれぞれのアライメントマーク
を光学的に重ね合わせて（結像させて）、直接的に検出
を行うため、アライメント波長の光束の光路はレチクル
を介したものとなる。このように、投影光学系そのもの
をアライメントセンサーの光学系の一部としても使用す
るＴＴＬ方式、及びＴＴＲ方式のアライメントでは、結
像光束（紫外線）に対して最適に設計された投影光学系
を用いて検出を行うため、アライメント波長における投
影光学系の色収差が問題となる。そこで、投影光学系内
にアライメント波長の光束用の色収差補正部材を加えた
り、折り曲げミラー等で転写用パターンの結像光路外へ
導かれた光束に色収差補正をかける等の色収差補正が行
われている。ただし、投影光学系そのものをアライメン
トセンサーの光学系の一部として使用するため、前述の
熱膨張等による悪影響が極めて少なく、高精度且つ安定
性のよいアライメントを実現することができる。

【０００８】ところで、別付センサー方式やＴＴＬ方式
のアライメントでは、事前にレチクル上のアライメント
マークの投影像（露光波長での）の位置と、アライメン
トセンサーの検出中心との位置関係（ベースライン量）
を計測（ベースラインチェック）しておく必要があり、
この計測に伴う誤差もアライメント誤差となってしま
う。また、別付センサー方式のアライメントは勿論のこ
と、ＴＴＬ方式のアライメントであってもベースライン
チェック後に熱膨張等で計測値が変動する恐れがある。

【０００９】これに対し、ＴＴＲ方式のアライメント
は、レチクル上のアライメントマークに対して直接的に
ウエハ上のアライメントマークを検出するため、アライ
メントに付随する様々な誤差要因の影響を受けにくく、
最も高精度なアライメント方式といえる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＴＲ
方式のアライメントは、投影光学系の収差補正が紫外線
である露光波長についてされているため、波長５５０ｎ
ｍ以上のアライメント光束でアライメントを行う場合、
色収差補正部材が不可欠という不都合がある。従来の色
収差補正部材は、アライメント光束の収差補正に影響す
るだけでなく、結像光束の収差を悪化させてしまうもの
でもあった。更に、半導体集積回路パターンの微細化に
伴い露光波長が短波長化する傾向下において、結像光束
とアライメント光束との波長差がより進行し、色収差補
正がより困難になっている。

【００１１】本発明は斬かる点に鑑み、より短波長の結
像光束（露光用の照明光）のもとで投影光学系を用いて
もＴＴＲ方式のアライメントが可能となる投影露光装
置、即ちより解像度が高く、且つアライメント精度の高
い投影露光装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、露光用の第１の波長の照明光（ＩＬ）のもとで、
マスク（１０）上の転写用パターンの投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介した像で感光基板（１７）を露光する投影露光
装置において、その投影光学系（ＰＬ）は、その転写用
パターンの中間像を形成する第１の結像光学系（１２）
と、その中間像が形成される位置の近傍に配置され、そ
の第１の結像光学系（１２）からの結像光束（ＥＬ）を
偏向する第１のミラー（１３）と、その第１のミラー
（１３）によって偏向された結像光束（ＥＬ）を集光し
てその感光基板（１０）上にその転写用パターンの像を
形成する第２の結像光学系（１５）とを有し、その第１
及び第２の結像光学系（１２，１５）は、その第１の波
長に対して収差補正されると共に、その第１のミラー
（１３）の近傍に配置され、その第１の波長とは異なる
第２の波長に対してその第１及び第２の結像光学系（１
２，１５）で発生する色収差の少なくとも一部を補正す
る第２のミラー（１４）と、その第２の波長、又はその
近傍の波長の光束を用いて、その第１及び第２の結像光
学系（１２，１５）とその第２のミラー（１４）とを介
してそのマスク（１０）上の所定のパターン（ＲＭ）と
その感光基板（１７）上の所定のパターン（ＷＭ）との
位置関係を検出する位置検出系（２６）と、が設けられ
たものである。

【００１３】斯かる発明によれば、第１の結像光学系
（１２）が露光用の第１の波長の結像光束（ＥＬ）の中
間像を形成する位置の近傍に、第１のミラー（１３）と
は異なる第２のミラー（１４）を設け、且つ第１の波長
とは異なるアライメント用の第２の波長の光束を第２の
ミラー（１４）により偏向させることにより、第２の波
長に対して投影光学系（ＰＬ）によって生じる色収差の
少なくとも一部、例えば感光基板（１７）付近の結像位
置の軸方向色収差（フォーカス方向の差）を補正するこ
とが可能である。

【００１４】また、第１の波長の中間像形成位置付近で
は、第１の波長の光束の広がりが小さく、従って第２の
波長の光束の収差補正部材である第２のミラー（１４）
を第１の波長の結像光束（ＥＬ）の光路外に設置しやす
い。従って、第１の波長が短くなっても、その第１の波
長の結像光束（ＥＬ）の収差状態に悪影響を与えること
が少なく、その第２の波長のアライメント光束（ＡＬ）
の収差補正が可能となる。また、その第２の波長、又は
その近傍の波長を用いて、そのマスク（１０）上の所定
のパターン（ＲＭ）とその感光基板（１７）上の所定の
パターン（ＷＭ）との位置関係の検出を行う位置検出系
（２６）を設けることにより、精度の極めて高いＴＴＲ
方式のアライメントを実現できる。

【００１５】この場合、その第１の及び第２のミラー
（１３，１４）の一例は、互いに反射面が平行に配置さ
れた平面鏡である。また、その第１及び第２の結像光学
系（１２，１５）の少なくとも一方は、結像光束（Ｅ
Ｌ）を反射する反射光学部材を含むことが望ましい。ま
た、その投影光学系（ＰＬ）は、そのマスク（１０）上
の転写用パターンの一部の像をその感光基板（１７）上
に投影し、そのマスク（１０）及びその感光基板（１
７）をその投影光学系（ＰＬ）に対して同期して走査す
ることによってそのマスク（１０）上の転写用パターン
がその感光基板（１７）上に逐次転写される。これは、
この投影露光装置が、走査露光型であることを意味して
いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
の第１の実施の形態につき図１〜図４を参照して説明す
る。図１は本例による投影露光装置を表す概略図であ
り、この図１において、エキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ又は１９３ｎｍ）等の露光光源系１を発した第１の波
長による照明光ＩＬは、整形レンズ２、干渉フィルター
（エタロン）３、フライアイレンズ等のオプティカルイ
ンテグレーター４、リレーレンズ５、ミラー６、照明視
野絞り（レチクルブラインド）７、コンデンサーレンズ
８、及びミラー９を介して、レチクル１０に照射され
る。レチクル１０を透過、回折した結像光束ＥＬは、本
例の投影光学系ＰＬの前段の第１の結像光学系１２に入
射し、その結像作用によりレチクル１０の中間像を平面
鏡である第１のミラー１３の反射面上付近に形成する。
そして、第１のミラー１３で反射された結像光束ＥＬ
は、投影光学系ＰＬの後段の第２の結像光学系１５に入
射し、最終的にウエハ１７上にレチクル１０のパターン
を投影倍率β（βは１／４，１／５等）で縮小した転写
像を形成する。

【００１７】なお、第２の結像光学系１５の光学的フー
リエ変換面（瞳面）に開口絞り１６が配置されている。
また、レチクル１０はレチクルホルダー１１により、投
影光学系ＰＬの「物体面」に保持されており、ウエハ１
７は試料台２０により、投影光学系ＰＬの「像面」に保
持されている。そして当然ながら投影光学系ＰＬは、第
１の波長（露光波長）に対して最適となるように収差補
正がなされている。

【００１８】以下、レチクル１０のパターン形成面に垂
直にＸ軸を取り、Ｘ軸に垂直な平面上で図１の紙面に平
行にＺ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
第１のミラー１３の近傍には、第１の波長（露光波長）
とは異なる第２の波長のアライメント光束ＡＬに対して
生じる投影光学系ＰＬの色収差を補正し、第２の波長に
ついてもレチクル１０とウエハ１７とを結像関係となら
しめる、第２のミラー１４が設けられている。

【００１９】一般に、アライメント光束ＡＬに使用され
ている波長６００ｎｍ付近の光束を想定すると、第１の
波長（露光波長）より長い第２の波長に対しては、投影
光学系ＰＬ内の屈折部材（レンズ）の屈折率が低下する
ために屈折力が弱まることとなる。従って、第１の結像
光学系１２によって形成される第２の波長によるレチク
ル１０上のパターンの中間像は、第１の波長により形成
される中間像の位置（第１のミラー１３鏡面の近傍）よ
りもレチクル１０から遠くなり（＋Ｘ方向）、ほぼ第２
のミラー１４面上に形成される。

【００２０】更に、上記第１の波長による中間像は、第
２の結像光学系１５によって再度結像され、ウエハ１７
上にレチクル１０のパターンが転写されるが、第２の波
長に対しては、第２の結像光学系１５においても色収差
が生じるため、ウエハ１７に対する結像位置（共役位
置）は、第１の波長での結像位置（第１のミラー１３相
当位置）よりもウエハ１７から遠くなり（＋Ｚ方向）、
ほぼ第２のミラー１４上に相当する。従って、本例は、
第２の波長についても、第２のミラー１４の位置が第１
の結像光学系１２、及び第２の結像光学系１５で生じる
色収差補正を行うに最適な位置に設けられていることに
より、レチクル１０とウエハ１７とを結像関係とするこ
とができる。

【００２１】また、レチクル１０の−Ｘ方向に、アライ
メントに用いるミラー２５と、第２の波長あるいはその
近傍の波長の光束をアライメント光束ＡＬとするＴＴＲ
方式のアライメント光学系２６とを配置し、レチクル１
０上のアライメントマークＲＭと、ウエハ１７上のアラ
イメントマークＷＭとの位置関係を、直接的に検出する
ことが可能となっている。

【００２２】一方、従来のＴＴＲアライメント用の色収
差補正光学系は、例えば第２の結像光学系１５中の開口
絞り１６付近、即ち投影光学系の瞳面（レチクルのパタ
ーン面に対するフーリエ変換面）の付近に配置されてい
た。そして図１より明らかなように、一般に投影光学系
の瞳面においては、結像光束ＥＬとアライメント光束Ａ
Ｌとが重なり合ってしまい、アライメント光束ＡＬに対
してのみ色収差補正を行い、結像光束ＥＬに対しては悪
影響を与えないような色収差補正を実現することは困難
であった。

【００２３】本例は、投影光学系ＰＬの光路中、結像光
束ＥＬが収束する中間像位置（第１のミラー１３面近
傍）にて、結像光束ＥＬとアライメント光束ＡＬとを分
離するため空間的な分離能力に優れ、結像光束ＥＬに対
して何ら悪影響を与えずに、アライメント光束ＡＬの色
収差を補正することができる。勿論、第１のミラー１３
近傍に形成される中間像結像範囲があまりに大きいと、
それに伴って第１のミラー１３を大型化する必要があ
り、アライメント光束ＡＬが第１のミラー１３にケラれ
る恐れがある。そのため、形成される中間像結像範囲を
あまり大きくしないよう、レチクル１０と共役なレチク
ルブラインド７によりレチクル１０の照明領域を制限す
ることが望ましい。

【００２４】なお、図１では第２のミラー１４は、第１
のミラー１３と平行に配置されるとしたが、第２のミラ
ー１４の向きはこれに限らず任意の方向であってもよ
い。第２のミラー１４は、ウエハ１７とほぼ共役な位置
に配置されるので、その向きを多少変えてもレチクル１
０とウエハ１７との結像による位置関係は余り変化しな
いが、ウエハ１７へのアライメント光束ＡＬの入射角度
を変化させることができる。位置検出時には、ウエハ１
７上のアライメントマークが多少なりともデフォーカス
した状態で検出を行うこと可能性もあるが、ウエハ１７
へのアライメント光束ＡＬの入射角を垂直としておけ
ば、デフォーカスに伴う検出誤差を最小にすることがで
きる。

【００２５】次に、試料台２０は、ウエハステージ２１
上に載置され、且つモーター等の駆動系２３により、Ｚ
方向への移動、及び傾斜が可能となっている。ウエハス
テージ２１は、Ｘ方向、Ｙ方向にウエハ１１をステッピ
ング移動して位置決めを行う。一方、レチクルホルダー
１１はレチクルステージＲＳＴ上に取り付けられ、レチ
クルステージＲＳＴもＹ方向、Ｚ方向、及び回転方向に
レチクル１０の微動位置決めを行うように構成されてい
る。試料台２０上には、干渉計ミラー１９が設けられ、
レーザ干渉計２２によりその位置が計測される。計測結
果は主制御系２４に供給され、主制御系２４はその結果
に基づいて、駆動系２３の動作を制御する。また、試料
２０上には基準マークが形成された基準マーク部材１８
も設けられており、これを用いてＴＴＲ方式のアライメ
ント光学系２６のベースラインチェックを行うこともで
きる。

【００２６】なお、本例の投影露光装置によるアライメ
ント及びベースラインチェックのシーケンスは、従来の
投影露光装置でのものと同様であるので説明は省略す
る。また、本例の投影露光装置では計測再現性に優れた
ＴＴＲ方式のアライメント光学系２６を採用しているの
で、ベースラインチェックについては省略することもで
きる。

【００２７】なお、図１に示した実施の形態において
は、レチクルホルダー１１を露光中に固定型のものとし
たが、レチクルステージＲＳＴを例えばＺ方向に走査で
きる構成とし、ウエハ１７への露光を行う際にレチクル
ステージＲＳＴとウエハステージ２１を同期して走査す
る、所謂ステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置
とすることも可能である。この場合にも、アライメント
マークＲＭとアライメントマークＷＭとのアライメント
は、レチクルステージＲＳＴを移動してアライメントマ
ークＲＭをミラー２５、及びＴＴＲ方式のアライメント
光学系２６の直下に移動して行うことになる。

【００２８】図３（Ａ）に本例に好適なＴＴＲ方式のア
ライメント光学系２６の構成例を示す。図３（Ａ）中の
レーザ光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ等）２７
を射出した検出光束ＡＬｉは、整形光学系２８を介し
て、音響光学素子（以下、「ＡＯＤ」と呼ぶ）２９によ
り周期的に偏向される。次に、シリンドリカルレンズ３
０、ミラー３１を介して、偏光ビームスプリッター３２
に入射する。このとき検出光束ＡＬｉは偏光ビームスプ
リッター３２に対してＳ偏光となっており、ほぼ１００
％反射してアライメント光束ＡＬとなる。この後、アラ
イメント光束ＡＬは、図１中のミラー２５により折り曲
げられ、レチクル１０上のアライメントマークＲＭの近
傍に照射される。なお、偏光ビームスプリッター３２の
射出後に設けられた１／４波長板３３の作用により、レ
チクル１０へ照射されるアライメント光束ＡＬは円偏光
となると共に、更に戻り光ＡＬｄは偏光ビームスプリッ
ター３２に対してＰ偏光となり、これをほぼ１００％透
過してフォトダイオード等の光電検出器３４に入射す
る。

【００２９】図３（Ｂ）に、レチクル１０上のアライメ
ントマークＲＭと、ウエハ１１上のアライメントマーク
ＷＭ（正確にはそのレチクル１０への投影像）との位置
関係を示す。アライメント光束ＡＬはアライメントマー
クＲＭ近傍で、シリンドリカルレンズ３０の作用により
シート状ビームＬＢとになり、ＡＯＤ２９の作用により
図３（Ｂ）のＺ方向に走査する。従って、シート状ビー
ムＬＢは、アライメントマークＲＭ、アライメントマー
クＷＭ、再びアライメントマークＲＭ上を順次走査する
ことなり、戻り光ＡＬｄが図３（Ａ）のを光電検出器３
４で受光される。光電検出器３４で受光した光量変化に
基づいて、レチクル１０上のアライメントマークＲＭと
ウエハ１１上のアライメントマークＷＭとの位置関係を
計測することができる。即ち、光電検出器３４からの光
電信号は、図１中の主制御系２４に入力され、主制御系
２４内で光電信号の解析及び位置関係の計測が行われ
る。

【００３０】以上のＴＴＲ方式のアライメント光学系２
６の構成例においては、説明を容易にするために、アラ
イメント光学系２６が検出する位置関係は１次元方向の
みしたが、実際の投影露光装置では１方向のみでなく２
方向の（２次元）の位置計測が必要であるので、上記の
ＴＴＲ方式のアライメント光学系２６を複数個（ＹＺ各
方向用）装備するか、あるいは、ＴＴＲ方式のアライメ
ント光学系２６自体を、２次元計測可能なものとするこ
とは勿論である。

【００３１】更に、図４には結像式画像センサーを採用
するＴＴＲ方式のアライメント光学系２６の別の構成例
を示す。図４において、光源３５にはハロゲンランプ等
のブロードバンド光源を使用し、ブロードバンド光束を
コンデンサーレンズ３６、シャープカットフィルター３
７を介して、ビームスプリッター３８に入射させる。ビ
ームスプリッター３８で反射された光束がアライメント
光束ＡＬとなる。ただし、図１の投影光学系ＰＬ、及び
第２のミラー１４による第２の波長によるアライメント
光束ＡＬに対する色収差補正が、第２の波長以外の波長
の光束については良好でない場合には、更に波長選択フ
ィルター（バンドパスフィルター）を設け、アライメン
ト光束ＡＬの波長域を第２の波長付近に制限する。

【００３２】ビームスプリッター３８からのアライメン
ト光束ＡＬはリレーレンズ３９を介して、図１中のミラ
ー２５により折り曲げられ、レチクル１０上のアライメ
ントマークＲＭの近傍に照射され、レチクル１０を透過
したアライメント光束ＡＬはウエハ１７に達する。そし
て、ウエハ１７及びレチクル１０から戻された後、図４
のビームスプリッター３８を透過した戻り光ＡＬｄは、
結像レンズ４０の作用により、ＣＣＤ等の撮像素子４１
上にレチクル１１上のアライメントマークＲＭ、及びウ
エハ１１上のアライメントマークＷＭの像を形成する。

【００３３】撮像素子４１から出力される画像信号（像
強度分布）は、図１の主制御系２４に伝達され、その信
号に基づいてレチクル１１上のアライメントマークＲ
Ｍ、及びウエハ１１上のアライメントマークＷＭの位置
関係の計測が行われる。なお、ＴＴＲ方式のアライメン
ト光学系２６の別の構成例で使用する各マークについて
も、図３（Ｂ）に示したものと同様のものでよい。ただ
し、主制御系２４内の画像処理系の処理能力によって
は、各種の形状のマークについても検出することが可能
であり、例えば、ボックスマーク等の２次元計測マーク
を使用して、２次元方向の位置検出を同時に行うことも
可能である。

【００３４】次に、本発明による投影露光装置の第２の
実施の形態につき図２を参照して説明する。本例は、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が、図２において図１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
２は本例による投影露光装置を表す概略図であり、この
図２において、第１の実施の形態と同様に、露光光源系
１を発したエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ又は１９３
ｎｍ）等の照明光ＩＬは、整形レンズ２、オプティカル
インテグレーター４、リレーレンズ５、レチクルブライ
ンド７、第１のコンデンサーレンズ８ａ、ミラー６、第
２のコンデンサレンズ８ｂを介して、レチクル１０上の
スリット状の照明領域に照射される。レチクル１０を透
過、回折した結像光束ＥＬは、本例の投影光学系ＰＬの
前段の第１の結像光学系ＰＬ１に入射する。

【００３５】本例においては、第１の結像光学系ＰＬ１
は反射光学部材である凹面鏡５３を含む光学系となって
いる。本例では、第１の結像光学系ＰＬ１の光軸ＡＸ１
に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面で図２の紙面に
平行にＸ軸、図２に紙面に垂直にＹ軸を取って説明す
る。結像光束ＥＬは、第１の結像光学系ＰＬ１におい
て、第１のレンズ群５０、第２のレンズ群５１、第３の
レンズ群５２に入射し屈折された後、凹面鏡５３に反射
され、再び第３のレンズ群５２、第２のレンズ群５１に
入射し屈折され、第１の結像光学系ＰＬから射出され
る。その後、結像光束ＥＬは、第１のミラー１３により
反射偏向された後、第１のミラー１３の近傍にレチクル
１０の中間像（中空像）ＭＩを形成する。

【００３６】更に、結像光束ＥＬはミラー５４で反射さ
れた後、投影光学系ＰＬの後段の第２の結像光学系ＰＬ
２に入射する。結像光束ＥＬは第２の結像光学系ＰＬ２
において、第１のレンズ群５５、開口絞り１６、第２の
レンズ群５６を経て、それらの屈折作用によりウエハ１
７上にレチクル１０の転写像を形成する。なお、レチク
ル１０はレチクルホルダー１１により、投影光学系ＰＬ
の「物体面」に保持されており、且つレチクルホルダー
１１はレチクル駆動系６０によって、レチクルステージ
５８上をＸ方向に走査できると共に、ＸＹ平面内での位
置調整ができるようになっている。そして、レチクルホ
ルダー１１の位置は、干渉計ミラー５７、及びレチクル
干渉計５９により計測され、計測結果が主制御系２４に
供給され、主制御系２４はその計測結果に基づいてレチ
クル駆動系６０を制御する。そして、ウエハ１７への露
光は、レチクルステージ５８とウエハステージ２１と
を、主制御系２４の指令により同期して走査しつつ行う
ものとした。具体的に、投影光学系ＰＬのレチクル１０
からウエハ１７への投影倍率もβ（βは１／４，１／５
等）とすると、レチクル１０が−Ｘ方向（又は＋Ｘ方
向）へ速度ＶＲで走査されるのに同期して、ウエハ１７
は＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）へ速度β・ＶＲで走査され
る。

【００３７】勿論、試料台２０により保持されるウエハ
１７は投影光学系ＰＬの「像面」に保持されている。そ
して、投影光学系ＰＬは、第１の波長（露光波長）に対
して最適となるように収差補正がなされている。一般に
凹面鏡５３に含んだ投影光学系ＰＬでは、その色収差補
正の状態は、レンズ系のみからなる場合に比べて良好で
あるので、本例においては、第１の実施の形態で用いた
照明光ＩＬの単色化部材である干渉フィルター３を用い
なくてもよく、故に露光波長の第１の波長が単色でなく
ても良い。そして、光源についてもレーザーに比べ単色
性の劣る輝線ランプ等を用いることもできる。

【００３８】本例においても、図２の第１のミラー１３
の近傍に、第１の波長（露光波長）とは異なる第２の波
長のアライメント光束ＡＬに対して生じる投影光学系Ｐ
Ｌの色収差を補正し、第２の波長についてもレチクル１
０とウエハ１７とを結像関係とならしめる第２のミラー
１４が設けられている。そして、レチクル１０のアライ
メントマークＲＭの上方にアライメントに用いるミラー
２５と、第２の波長あるいはその近傍の波長の光束をア
ライメント光束ＡＬとするＴＴＲ方式のアライメント光
学系２６とが配置され、レチクル１０上のアライメント
マークＲＭと、ウエハ１７上のアライメントマークＷＭ
との位置関係を、直接的に検出することが可能となって
いる。

【００３９】即ち、アライメント光学系２６からのアラ
イメント光束ＡＬは、ミラー２５を経てレチクル１０の
アライメントマークＲＭの近傍に照射される。そして、
レチクル１０を透過したアライメント光束ＡＬは、第１
の結像光学系ＰＬ１、ミラー１４、ミラー５４、及び第
２の結像光学系ＰＬ２を経てウエハ１７上のアライメン
トマークＷＭの近傍に照射される。アライメント光束Ａ
Ｌのもとでレチクル１０とウエハ１７とはほぼ共役であ
り、ウエハ１７から反射されたアライメント光束ＡＬ
は、入射時の光路を逆にたどってアライメント光学系２
６に戻る。

【００４０】以上の第２の実施の形態においても、ＴＴ
Ｒ方式のアライメント光学系２６としては、第１の実施
の形態と同様に図３、図４に示した如きものを用いるこ
とができる。なお、以上の第１、第２の実施の形態にお
いて、第２のミラー１４によりレチクル１０とウエハ１
７間で、第２の波長での軸方向色収差のみが補正される
ように表されているが、第２のミラー１４の配置、投影
光学系ＰＬの構成等によっては、横方向色収差（倍率色
収差）をも補正することが可能である。

【００４１】あるいは、軸方向色収差についても、これ
を完全には補正できなくとも、ある程度の補正が可能で
あれば、上記と同様のＴＴＲ方式のアライメントを実現
することはできる。この場合には、第１の波長（露光波
長）でのレチクル１０上の転写パターン像位置（ベスト
フォーカス位置）と、第２の波長（アライメント波長）
でのレチクル１０上の転写パターン像位置とが異なるこ
とになるが、その差が数μｍ程度以内であれば、アライ
メント時と露光時とで試料台２０を上下させ、ウエハ１
１の位置を異ならせることにより、第１の波長と第２の
波長との結像位置の差の問題を解決することができる。

【００４２】また、本例の投影露光装置に搭載する投影
光学系ＰＬのうちの、第１の結像光学系、第２の結像光
学系のそれぞれの投影倍率は任意の値であってよい。勿
論レチクル１０とウエハ１７との間の投影倍率も任意の
値でよい。また、投影光学系ＰＬとしては、レチクル１
０とウエハ１７との間で収差が良好に補正されていれば
よく、レチクル１０と中間像ＭＩとの間に、あるいは中
間像ＭＩとウエハ１７との間には、個々に収差が残存し
ていても問題とはならない。

【００４３】なお、上記実施の形態中では、第１のミラ
ー１３と第２のミラー１４とを別々に図示したが、第
１、及び第２のミラーは同一の部材（例えば低膨張のガ
ラス）の異なる面をそれぞれ研磨した一体構造のもので
あってもよく、むしろその方が熱変動等のアライメント
の誤差に起因する変動に対して、結像光束ＥＬとアライ
メント光束ＡＬとが同様に変動するので、ベースライン
変動が相殺されるので好ましい。また、第１、及び第２
のミラーを同一の部材上に形成しなくとも、両ミラーを
同一の部材（低膨張の金属等）で保持することによって
も、熱変動等によるベースライン変動を相殺することが
できる。

【００４４】また、第１、及び第２のミラーはいずれも
平面鏡であるとしたが収差補正において、曲面鏡の方が
好ましければ、曲面鏡を採用しても全く問題はない。な
お、本発明は上述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ことは勿論
である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、露光用の第１の波長の
光束を偏向する第１のミラーの近傍に配置され、且つ第
１の波長とは異なる位置検出用の第２の波長に対して、
第１及び第２の結像光学系で発生する色収差の少なくと
も一部を補正する第２のミラーと、第２の波長、又はそ
の近傍の波長の光束を用いて、第１及び第２の結像光学
系と第２のミラーとを介してマスク上の所定のパターン
と感光基板上の所定のパターンとの位置関係を検出する
位置検出系とが設けられていることにより、露光用の第
１の波長が短くなった場合でも、第２のミラーは第１の
波長の光束の光路外であるため、第１の波長の光束の収
差に影響を与えることなく、第２の波長を用いた良好な
ＴＴＲ方式のアライメントが可能となる。

【００４６】また、第１及び第２のミラーが、互いに反
射面が平行に配置された平面鏡である場合には、安全性
が高く、且つ構成が簡単である。また、第１及び第２の
結像光学系の少なくとも一方が、結像光束を反射する反
射光学部材を含む場合には、その色収差補正はレンズを
用いた結像光学系より良好となることにより、微細な転
写パターンの露光に適している。また、位置検出用の光
束についても色収差が小さくなり、色収差補正が容易で
ある。

【００４７】また、投影光学系が、マスク上の転写用パ
ターンの一部の像を感光基板上に投影し、マスク及び感
光基板を投影光学系に対して同期して走査することによ
って、マスク上の転写用パターンが感光基板上に逐次転
写される場合には、その投影露光装置は、走査型の投影
露光方式であることを意味する。走査露光装置では、第
１の波長の露光光束が形成する中間像が小さくなり、第
１及び第２のミラーを設ける許容範囲が拡大し、本発明
の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の第１の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図２】本発明による投影露光装置の第２の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図３】（Ａ）は、図１のＴＴＲ方式のアライメント光
学系２６の構成例を示す拡大図、（Ｂ）は、レチクル１
０上のアライメントマークＲＭとウエハ１７上のアライ
メントマークＷＭとの位置関係を示す拡大平面図であ
る。

【図４】図１のＴＴＲ方式のアライメント光学系２６の
別の構成例を示す拡大図である。

【符号の説明】

１露光光源系８コンデンサレンズ１０レチクル１２第１の結像光学系１３第１のミラー１４第２のミラー１５第２の結像光学系１７ウエハ２６アライメント光学系ＰＬ投影光学系ＲＭアライメントマーク（レチクル側）ＷＭアライメントマーク（ウエハ側）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の第１の波長の照明光のもとで、
マスク上の転写用パターンの投影光学系を介した像で感
光基板を露光する投影露光装置において、前記投影光学系は、前記転写用パターンの中間像を形成
する第１の結像光学系と、前記中間像が形成される位置
の近傍に配置され、前記第１の結像光学系からの結像光
束を偏向する第１のミラーと、該第１のミラーによって
偏向された結像光束を集光して前記感光基板上に前記転
写用パターンの像を形成する第２の結像光学系とを有
し、前記第１及び第２の結像光学系は前記第１の波長に対し
て収差補正されると共に、前記第１のミラーの近傍に配置され、前記第１の波長と
は異なる第２の波長に対して前記第１及び第２の結像光
学系で発生する色収差の少なくとも一部を補正する第２
のミラーと、前記第２の波長、又はその近傍の波長の光束を用いて、
前記第１及び第２の結像光学系と前記第２のミラーとを
介して前記マスク上の所定のパターンと前記感光基板上
の所定のパターンとの位置関係を検出する位置検出系
と、が設けられたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、前記第１及び第２のミラーは、互いに反射面が平行に配
置された平面鏡であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の投影露光装置で
あって、前記第１及び第２の結像光学系の少なくとも一方は、結
像光束を反射する反射光学部材を含むことを特徴とする
投影露光装置。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の投影露光装置
であって、前記投影光学系は、前記マスク上の転写用パターンの一
部の像を前記感光基板上に投影し、前記マスク及び前記
感光基板を前記投影光学系に対して同期して走査するこ
とによって前記マスク上の転写用パターンが前記感光基
板上に逐次転写されることを特徴とする投影露光装置。