JP2787711B2 - 投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばLSI製造に用いられる投影露光装
置、特にそのマスクとステージとの相対位置の計測やデ
ィストーションの計測のための機構を備えた投影露光装
置に関する。

［従来の技術］ 現在、LSIメモリ等の回路パターンの転写において
は、投影露光装置が一般的に用いられている。この投影
露光装置による回路パターンの転写においては、投影露
光を行う前に行われる半導体ウェハとマスクとの投影光
学系を介した高精度な相対位置決めが不可欠であり、種
々の相対位置決め方法が考案され、実用化されている。

第７図に特開昭64−10105号に係る投影露光装置の概
略な構成を示す。ここでは、露光光の光源に最大300Hz
のパルス発光を行うエキシマレーザ30jが採用されてい
て、１ショット200パルス（ウェハ上の単位露光面積に
対応する１回の露光期間中にエキシマレーザ30jが200回
発光する）程度で露光が行われる。また、露光光による
投影光学系3jを介したレチクル（マスクと同義）1jとウ
ェハ4jとの相対位置決めが行われていて、位置合せ用の
別光源を用いた場合のような投影レンズ3jの色収差に起
因する種々の誤差の影響がない。また、この露光光（以
下露光照明の場合と区別するために計測光とする）は、
ステージ5jからレチクル1jの方向に照射されるのでウェ
ハ上に形成されたレジスト層を不必要に感光させない。

本従来例において、レチクルステージ2jに取り付けら
れたレチクル1jには、転写領域の周囲に形成された遮光
部分とこの遮光部分に複数個形成された位置決め用のレ
チクルマーク9jとを有する。ここで、レチクルマーク9j
は、遮光部分に形成されたスリット形状を有する透明な
透光部分である。

また、ステージ5j上の投光器8jは、計測光を投光する
ための基準マーク10jを有する。ここで、基準マーク10j
は、投光器8j表面の遮光部分に形成された十字形状（２
本の直交するスリット）を有する透明な透光部分であ
る。

このレチクルマーク9jに対して基準マーク10jが、ス
テージ5jの移動により、投影レンズ3jを介して横切るよ
うにレチクル1jとステージ5jとを相対移動させるととも
に、このときのステージ5jの移動量を干渉計45jにより
計測する。これにより、レチクルマーク9jの投影レンズ
3jに関する共役な位置がステージ5jの位置座標として記
憶され、レチクル1jの転写領域の中心点を含む任意の点
のステージ5j上における位置座標が算出される。

露光期間中、エキシマレーザ30jから射出された露光
光は、ズームエキスパンダ31j、オプチカルインテグレ
ータ32j、メインコンデンサレンズ36jにより、均一な強
度分布をレチクル1jの転写領域上で持つように調整され
て、ダイクロイックミラー21jを透過してレチクル1jの
所定領域を照明する。

前述のレチクル1jとステージ5jとの相対位置検出を行
う場合のエキシマレーザ30jから射出される計測光は、
干渉計45jからの位置計測パルスに応答して発光トリガ
が行われるパルス光である。このパルス光は、ミラー11
j〜14jを経て投光器8jに導かれ、基準マーク10jからレ
チクル1jの方向に放射される。この計測光の一部は、投
影レンズ3jを介してレチクル1j上にスリット状の照明ス
ポット（基準マーク像）10j′を形成する。ステージ5j
の移動に伴なってこの照明スポット10j′はレチクル1j
上を移動する。そして、照明スポット10j′の中心とレ
チクルマーク9jの中心とが一致したときに、レチクル1j
を透過して光電検出器25jに入射する計測光は最大レベ
ルとなる。従って、このときの光電検出器25jの出力
は、最大出力となる。すなわち、この最大出力が得られ
るステージ5jの位置を求めることでレチクル1jのステー
ジ移動座標系における相対位置が規定されるのである。

第８図（ａ）にレチクル1j上における照明スポット10
j′とレチクルマーク9jとのステージ5j移動に伴う重な
り状態を示す。照明スポット10j′は、ステージ5j移動
に伴ない矢印方向に一定速度で移動している。また、第
８図（ｂ）は、照明スポット10j′の移動に伴なう光電
検出器25の出力信号の変化を示す。照明スポット10j′
の中心とレチクルマーク9jの中心とが一致したところで
出力信号は最大となるが、エキシマレーザ30jの各発光
パルス（例えばステージ5jの0.16μｍ移動毎のトリガ）
に対応した離散的な出力信号分布となっている。

露光光の光源として用いられるエキシマレーザは、現
在の技術水準では毎秒の発光回数として最大200pps程
度、また１パルスの発光継続時間として10nsec程度のも
のが一般的であって、各パルス発光の間隔に比べ１パル
スの発光継続時間が極めて短い。

［発明が解決しようとする課題］ 従来例の投影露光装置のように露光光の光源としてエ
キシマレーザを用いた露光装置では、前述のようにエキ
シマレーザの発光繰り返し周波数が低いため、ステージ
を高速移動させながら高精度な位置計測を行うことが困
難であった。すなわち発光の休止時間（パルスとパルス
の間）にはウェハとマスクとの相対位置の状態を示す情
報（光電信号）が得られないため、ステージ用の干渉計
45jからの計測パルスの応答性に応じてステージ移動速
度を小さくする必要があった。従って、ウェハとレチク
ルとの相対位置決めに長時間を要する等の問題を生じ
て、装置のスループットを損ねた。また、スリット状の
マークを１回走査するたびに数百回以上のパルス発光が
必要なためにエキシマレーザのガス寿命を損ねた。

また、計測速度を上げるために例えば、レチクルマー
クの透光部を大きくする、あるいは、干渉計45jの計測
パルスをまびいてエキシマレーザをトリガすることが考
えられるが、その場合、当然位置検出の精度は低下す
る。

また、エキシマレーザの各パルス発光毎の出力が変動
するため、特開昭64−10105号に示されるように各パル
ス発光毎の出力に応じて計測信号の較正（規格化）を行
う必要もあった。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る投影露光装置は、所定のパターンと所定
の位置決めマークとがマスク面に形成されたマスクを露
光光により照明する第１照明光学系と、該パターンの像
を所定の結像面に投影する投影光学系と、前記結像面に
沿って移動可能なステージとを備えた投影露光装置にお
いて、前記結像面とほぼ同一の面内に開口部を有し、前
記ステージに固定された基準部材と、前記基準部材の開
口部を照明して、該開口部の投影像を前記投影光学系を
介して前記マスク面上に結像させる第２照明光学系と、
前記ステージを移動させて前記マスク面上における前記
開口部の投影像と前記位置決めマークとを撮像し前記開
口部の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を
画像処理で求めることにより、前記位置決めマークの前
記投影光学系による結像位置を計測する計測手段とを備
えている。

［作用］ 本発明に係る投影露光装置において、第１照明光学系
は、マスク面を露光光により照明する。また、投影光学
系は、露光光によって照明されたマスク面の所定のパタ
ーンの像を所定の結像面に投影する。開口部は、前記結
像面と同一面内に形成されているから、開口部の投影像
は、マスク面上に投影光学系を介して結像される。さら
に、開口部は、ステージに固定された基準部材に備えら
れ、ステージは、前記結像面に沿って移動するから、開
口部の投影像は、ステージの移動に伴ってマスク面上を
移動し得る。第２照明光学系は、前述のように開口部の
投影像をマスク面上に形成する。また、計測手段は、ス
テージを移動させて前記マスク面上における前記開口部
の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を画像
処理で求めることにより、位置決めマークの投影光学系
による結像位置を計測する。

［発明の実施例］ 第１図は、本発明の第１実施例である露光装置の構成
を示す。ここでは、レチクル（マスクと同義）１とステ
ージ５との投影レンズ３を介した相対位置の計測が、レ
チクルに投影された基準マーク10をレチクルマーク９に
照合比較して行われる。

本露光装置において、所定の回路パターンと位置決め
用のレチクルマーク９とを有するレチクル１は、レチク
ルステージ２に取り付けられ、両側テレセントリック
（片側セントリックでも良い）な投影レンズ３を介して
ステージ５と対向する。レチクル１は、レチクルステー
ジ２上で駆動モータ42によりＸ方向、Ｙ方向に移動可能
であり、この移動量は干渉計43により計測される。レチ
クルステージ２の移動は、後述するレチクル１の位置決
めに用いられる。レチクルステージ２の移動幅は数ミリ
メートル以下で、干渉計43の検出分解能も0.01μｍ程度
を有する。

実際には、干渉計（レーザ光波干渉式測長器）43とミ
ラー６とは、Ｘ方向、Ｙ方向、回転θ方向の位置をそれ
ぞれ独立に検出するため３組設置されているが、ここで
は説明を簡単にするために図示を一部省略してある。ま
た駆動モータ42も各方向に対応して計３個設置されてい
るが、同様な図示を一部省略してある。

ステージ５は、レチクル１の投影レンズ３に関する結
像面に沿って駆動モータ46により自由に移動可能な構成
である。ステージ５の露光装置本体に対する位置座標
は、ステージ５に固定されたミラー７の移動量を干渉計
45により計測し、所定の基準点からの距離として算出さ
れる。実際には、干渉計（レーザ光波干渉式測長器）45
とミラー７とは、Ｘ方向、Ｙ方向の位置を独立に検出す
るため２組設置されているが、ここでは説明を簡単にす
るために図示を一部省略してある。また駆動モータ46も
各方向に対応して計２個設置されているが、同様に図示
を一部省略してある。

露光用の照明光学系は、エキシマレーザ30、ズームエ
キスパンダ31、オプチカルインテグレータ（フライアイ
レンズ）32、ミラー33、35、リレーレンズ34、メインコ
ンデンサレンズ36等により構成される。エキシマレーザ
30から射出された露光光は、ズームエキスパンダ31、オ
プチカルインテグレータ32、メインコンデンサレンズ36
により、レチクル１の照射面上で均一な強度分布を持つ
ように調整されて、ビームスプリッタ（ハーフミラー）
21を透過してレチクル１の所定領域を照明する。ズーム
スプリッタ21は、露光光の波長に対して90％の透過率と
10％の反射率とを持つ。

レチクル１の位置検出用の光学系は、エキシマレーザ
30、ミラー11〜14、投光系８、投影レンズ３により構成
される。この位置検出を行う場合、エキシマレーザ30か
ら射出された露光光をミラー11で反射させて計測光とし
て用いる。この計測光は、ミラー12、13、14を経て投光
系８に導かれ、レチクル１の共役面に形成された開口部
である基準マーク10から上方に放射され、投影レンズ３
に入射して、レチクル１上に基準マーク10の投影像（開
口像）を形成する。

この基準マークの投影像は、ステージ５の移動によっ
てレチクル１上の任意の点に位置決めできる。また、ミ
ラー11は、露光用の光学系のシャッタの役割も果たして
いて、露光中は図示しないモータ等により第１図中の位
置から退避される。

レチクル１に投影された基準マーク10とレチクルマー
ク９とを撮像して比較する光学系は、ビームプリッタ2
1、対物レンズ22、ハーフミラー23、結像レンズ24、イ
メージセンサ25により構成される。

この光学系は、レチクル１上のレチクルマーク９を捕
えるように配置されていて、ステージ５が移動して基準
マーク10の投影像がレチクルマーク９と重なったとき
に、この重なり状態をイメージセンサ25により撮像し
て、基準マーク10とレチクルマーク９との相対位置の計
測を行う。このとき、投影レンズ３を通った計測光は、
レチクルマーク９周囲のレチクル１透明部分を透過して
ビームスプリッタ21で一部分が反射され、対物レンズ2
2、ハーフミラー23、結像光学系24を介してイメージセ
ンサ25上に拡大されて結像される。

この光学系の検出分解能は、対物レンズ22、結像光学
系24等で構成される光学系の拡大倍率とイメージセンサ
25の分解能とに依存する。ここで、検出分解能を上げる
ために拡大倍率を高くするとこの光学系の視野は小さく
なる。しかし、この視野は、レチクル１上の基準マーク
10の像を十分に捕えられる広さに設定されている。

対物レンズ22とミラー23は、移動可能な台座の上に固
定され、駆動系により矢印の方向に移動する。これによ
り、レチクルマーク９がレチクル１上の適当な範囲内に
あれば、これをイメージセンサ25上に結像できる。ま
た、ハーフミラー23は、本来は単なるミラーで良いが本
実施例ではミラー12を可動にして光路上から退避させ、
ミラー11からの露光光をハーフミラー23、ビームスプリ
ッタ21、レチクル１、投影レンズ３を介してウェハ４に
照射してウェハ上のショット領域の位置決め（ダイ・バ
イ・ダイ・アライメント）にも用いる構成とした。

次に、本実施例の投影露光装置を用いたレチクル１の
位置計測、レチクルのアライメント、およびウェハアラ
イメントを説明する。

第２図（ａ）は、本実施例におけるステージ５に固定
された投光系８上の基準マーク10を示す。ここで、基準
マーク10は矩形で、10（ａ）、10（ｂ）と大きさを変え
て２個設定されている。

第２図（ｂ）は、レチクル１の転写領域PEの周囲の透
明部分に設定されたレチクルマーク９を示す。レチクル
マーク９は、遮光性の十字マークであり、９（ａ）、９
（ｂ）、９（ｃ）と３箇所に設定されている。

第２図（ｃ）は、レチクル１の位置検出を行う場合、
ステージ５を移動させて、レチクル１上の３箇所の基準
マークのそれぞれに対して順次位置決めするときの基準
マーク10の投影像の軌跡を示す。

基準マーク10は、基準マーク10のレチクル１上の投影
像の幅がレチクルマーク９よりも十分に幅広くなるよう
設定されている。また、レチクルマーク９の十字線は、
基準マーク10の投影像との重なりを広い領域で起すよう
にそれぞれ十分長く設定されている。

さて、レチクル１をレチクルステージ２上にプリアラ
イメントして載置した後、レチクル１の位置検出、およ
び位置決めが行われる。この場合、エキシマレーザ30を
発光させないで所定のプログラムによりステージ５を移
動させる。これにより基準マーク10の投影像の軌跡は、
第２図（ｃ）の矢印となり、おおよその位置で各レチク
ルマーク９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）と交差する。

また、このプログラムは、基準マーク10の投影像が各
レチクルマーク９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）とのおお
よその重なり位置に達したときに制御系47からエキシマ
レーザ30に発光トリガを１発または複数発（２〜５発）
送出させる。同時に、この発光トリガ送出時の干渉系45
によるステージ５の位置座標が記憶される。（複数発の
トリガ送出の場合、この間ステージ５は停止している必
要がある）これにより、エキシマレーザ30が発光し計測
光が発生してイメージセンサ25上に像を与える。

また、この発光トリガ送出時の干渉系45によるステー
ジ５の位置座標が制御系47に抽出記憶される。

例えば、レチクルマーク９（ａ）と基準マーク10の投
影像とのおおよその重なり位置でイメージセンサ25上に
第３図（ａ）に示すような像が形成されたとする。この
場合、イメージセンサ25の水平走査線方向が計測方向と
なり、この方向と交差する方向に伸びたレチクルマーク
９のエッジと基準マーク10のエッジとの位置関係が光電
検出される。このときのイメージセンサ25の出力信号
は、第３図（ｂ）のようになる。この出力信号の両側の
立ち上がりのエッジに対する中央の凹部の位置を検出す
ることにより、基準マーク10の投影像の中心とレチクル
マーク９（ａ）のずれ量が求められる。また、このずれ
量と先に記憶したステージ座標値とによりレチクルマー
ク９（ａ）の投影レンズ３を介した結像点の位置が干渉
計45の座標として与えられる。この操作を前述のステー
ジ５の移動に伴なわせてレチクルマーク９（ｂ）、９
（ｃ）に対して次々に行う。その後各レチクルマーク９
（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）の座標は、制御系47で各座
標の目標値と比較され、その偏差は、駆動モータ42によ
りレチクルステージ２を移動して補正される。このと
き、レチクルステージ２のｘ方向、ｙ方向、回転方向そ
れぞれの補正量が、干渉計43により計測されて制御計47
へフィードバックされる。

本実施例の投影露光装置では、レチクル１の装置に対
する位置合せを効率良くかつ高精度に行うために、以上
の操作を粗調整と微調整との２回繰り返す。ここで、粗
調整は、第２図（ａ）の投光系８上の大きな基準マーク
10（ａ）によるイメージセンサ25の出力信号を用いてス
テージ５を前述のプログラムに従って連続的に移動させ
るとともに、結像光学系24の倍率を低倍率に切り替えて
視野を広くして行う。また、微調整は、小さな基準マー
ク10（ｂ）を粗調整で求められた各レチクルマーク９
（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）の投影位置の座標から両基
準マーク10（ａ）、10（ｂ）の中心距離分ずれた位置を
移動させる、またはずれた位置に位置決めし停止させ、
結像光学系24の倍率を高倍率に切り替え検出分解能を高
めて行う。

以上の手順によりレチクル１の装置に対する位置合せ
が行われる。また、この位置合せ終了後の各レチクルマ
ーク９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）に対応するステージ
５の位置座標値からレチクル１上の回路パターン領域PE
の投影像の中心位置の位置座標が求められ記憶される。
さらに、レチクルマーク９（ａ）、９（ｃ）の座標か
ら、レチクル１の残留ローテーション（回転量）誤差が
検出される。

また、ダイ・バイ・ダイ・アライメント系（11、22、
23、24、25、30）または不図示のオフ・アクシス・アラ
イメント系等により測定したステージ５上における基準
マーク10とウェハ４上のアライメントマークとの距離に
より、回路パターン領域PEの投影像とウェハ上の被転写
領域とを重ね合せるために必要なステージ５の移動量の
算出が行われる。制御系47は、この移動量に従って駆動
モータ46によりステージ５の位置調整を行う。これによ
り、ウェハ４とレチクル１の相対位置決め動作（アライ
メント）が行われる。

以上の動作において、エキシマレーザ30の１回の発光
パルス幅は20nsec程度であり、発光トリガを制御系47か
ら送出して１μsec以内には発光できるから、ウェハス
テージ５を停止することなくレチクルマーク９の投影位
置を基準マーク10が高速に走査する間に１パルスだけ発
光させるだけでも十分に高精度な計測が可能である。こ
のとき、発光トリガと干渉計45の出力とが制御系47のハ
ードウェアによって十分高速に処理されるなら走査によ
り生じる誤差は干渉計分解能よりも十分小さくすること
が可能である。

また、ウェハステージ５を位置決めしておき十分安定
な状態でエキシマレーザ30を何回か発光させることによ
り、イメージセンサ25に同じ画像を蓄積させて出力信号
を平均化して計測再現性を高めることも可能である。

さらに、基準マーク10の投影像とレチクルマーク９と
のおおよその重なり位置で、計測方向に一定量だけ両者
の相対位置をずらせて、それぞれ位置ずれ量の計測を行
い、２つ以上の重なり状態の画像から得られる位置ずれ
量とずらせた移動量（移動位置）からレチクルマーク９
の中心と基準マーク像の中心とが一致するステージ位置
座標を算出することも可能である。

次に、本実施例の露光装置における倍率計測及びディ
ストーションの計測について説明する。

ここで用いられるレチクル１には、前述のレチクルマ
ーク９とともに、転写領域を含む領域のディストーショ
ン及び倍率測定位置に対応させて遮光性の十字マークが
形成されている。これらの十字マークの投影像の位置を
検出することにより、倍率計測とディストーションの計
測とを行う。

レチクル１の装置に対する位置決めを行った後各十字
マークの結像レンズ３に関する設計上の各結像点を基準
マーク10が通るような所定のプログラムに従って、干渉
計45で移動量をフィードバックしながらステージ５を移
動させる。基準マーク10の中心が、第４図（ａ）のよう
にこの設計上の各結像点に達したときにエキシマレーザ
30を発光させる。イメージセンサ25からは、第４図
（ｂ）のような出力信号が得られ、両側の立ち上がりと
中央の凹部とを検出して十字マークの設計上の各結像点
と基準マーク10の位置ずれ量を算出する。ここで、イメ
ージセンサ25は、ｘ軸方向、ｙ軸方向の２方向の出力信
号を同時に出力する（２次元センサ）から、１回のエキ
シマレーザ30の発光でｘ軸方向、ｙ軸方向の２方向の位
置ずれ量が検出される。ただし、イメージセンサ25の垂
直走査方向は、１フレーム走査後に、垂直方向に並んだ
画素列のレベルを切り出し回路等で抽出することにより
第４図（ｂ）のような信号を得る。

投影レンズにディストーション及び、倍率誤差が全く
存在しなければ十字マーク中心と発光マーク中心とが一
致するが通常は僅かにずれ、このずれがディストーショ
ン、あるいは、倍率誤差である。

このディストーション及び倍率誤差の計測の際も、対
物レンズ22を駆動系によって紙面と垂直な面内で移動さ
せてレチクル１上のすべての十字マークのそれぞれをイ
メージセンサ25上に結像できる。これによりレチクル１
上のすべての十字マークに対する計測が行われる。

本実施例の投影露光装置のさらに別の機能として、投
影レンズ３に関するレチクル１上の任意の点の合焦点位
置を計測することも可能である。

ここで、ステージ５には上下方向の移動量を計測する
焦点検出系、ギャップセンサ等が設置される。ステージ
５を上下いずれかの方向に移動させてイメージセンサ25
の信号波形をサンプリングすることにより、信号波形の
コントラストや波形の凹凸の傾き等から合焦点の判定を
行い、焦点検出系、ギャップセンサ等の示す移動量か
ら、その高さ位置が計測される。

本実施例においてはレチクルの透過光を利用したが投
影レンズ３がウェハ側のみテレセントリックな構成にお
いてはレチクルの反射光を利用することが可能である。

第５図は、本発明の投影露光装置の第２実施例であ
る。第２実施例においては、ウェハ側のみテレセントリ
ックな投影レンズ3bを通った基準マーク10からの露光光
をレチクル1bで反射させてイメージセンサ25bに導く構
成である。

ここで、図示されないその他の構成は、第１図と同一
である。また、レチクル１の転写領域の外側は鏡面上に
加工され、レチクルマーク９は、この鏡面に形成された
透光性または吸収性の十字形である。

投影レンズ3bを通った基準マーク10からの露光光は、
レチクル1bで反射されミラー26、対物レンズ22b、結像
レンズ24bを介してイメージセンサ25bに入射させる。第
２実施例においても第１実施例と同様の機能と効果とが
得られる。

第６図は、本発明の投影露光装置の第３実施例であ
る。第３実施例において、ウェハ４上に設定された位置
決め用のマークは、レチクル1cを介することなく投影レ
ンズ3c、ミラー27c、26cを通してアライメント系26cで
画像として検出される構成である。ここで、図示されな
いその他の構成は、第１図と同一である。また、レチク
ル1cは、前もって別の方法により装置本体に精度良く位
置決めされる。

第３実施例の投影露光装置においては、ウェハ４をプ
リアライメントしてステージ５に載置した後、アライメ
ント系26cを用いて、ウェハ４上に設定された複数個の
位置決め用マークの位置を計測する。これにより、ウェ
ハ４上の位置決め用マークの位置、すなわち被露光領域
（ショット）の中心点と基準マーク10との相対位置関係
が求められる。

基準マーク10とレチクル1cとの位置関係はステージ上
の投光系８を用いて予め計測してあるので、結果とし
て、レチクル1cとウエハ４とが相対的に位置決めされ
る。また、アライメント系25cは、第１実施例のイメー
ジセンサ25のように撮像機能を持つとともに、アライメ
ント系25cの内部に設定された位置決め用の指標に対す
る検出像の中心位置のずれ量を算出する機能を持つ。

第３実施例の投影露光装置においては、ステージ５を
移動させてまず基準マーク10をアライメント系25cに捕
えて基準マーク10の座標位置を記憶した後、ステージ５
を移動させてウェハ４上の各位置決め用のマークをアラ
イメント系25cで捕えることにより、各位置決め用のマ
ークと基準マーク10との間のそれぞれの距離が干渉計45
により計測される。この場合、基準マーク10は、アライ
メント系が容易に検出しうるような形状のパターンであ
る必要が有るとともに、ウェハ４上の各位置決め用のマ
ークと同一な形状であることが望ましい。

さらに図示しない第４実施例として、特開昭64−1010
5号に示されるようなOFF−AXISアライメント系を有する
投影露光装置においても同様に、その光電検出器に替え
て撮像機能を備えた相対位置の検出系を採用することが
可能である。これにより、第３実施例と全く同様にして
ベースライン量等を計測できる。本実施例によれば、位
置決めマークの中心と開口部の投影像の中心を一致させ
るようにステージの位置決めを行わなくても、位置決め
マークの投影光学系による結像位置を検出可能である。
また、開口部は、マスク面上における開口部の投影像が
マスク側のスリット状の位置決めマークよりも位置計測
方向に関して相対的に十分大きな幅を持つように形成さ
れているから、イメージセンサが撮像する開口部の投影
像と位置決めマークとの重なり状態は、開口部の明るい
投影像の内側に入った相対的に暗くて細い位置決めマー
クとなる。この明暗像を画像処理することにより、位置
決めマークの中心と開口部の中心との位置ずれ量が、ス
テージの座標値単位で算出される。これにより、位置決
めマークの中心と開口部の投影像の中心とが一致するス
テージ位置の座標が算出される。すなわち、特に位置決
めマークの中心と開口部の投影像の中心を一致させるよ
うにステージの位置決めを行わなくても、開口部と位置
決めマークとの投影光学系に関する相対位置関係を計測
できる。さらに、開口部の投影像と位置決めマークとの
相対位置関係を画像処理で求めることにより、位置決め
マークの投影光学系による結像位置を計測できるから、
エキシマレーザ等のパルス発光する光源を用いても高速
で高精度な計測が可能である。また、このときの光源の
発光回数は、例えば特開昭64−10105号に係る投影露光
装置に比べて格段に少なくて済む。これにより、パルス
発光する光源のガス寿命が伸びる。また、本発明に係る
投影露光装置においては、露光転写以外の場合に露光光
が、ウェハに対して照射されないのでウェハのレジスト
層の不必要な感光が無い。［発明の効果］ 本発明に係る投影露光装置においては、ステージに固
定された基準部材が有する開口部の投影像とマスク面の
位置決めマークとの相対位置関係を画像処理で求めるこ
とにより、位置決めマークの投影光学系による結像位置
を計測できるから、露光準備時間等が短縮されて装置の
可動効率が向上する。また、開口部の投影像と位置決め
マークとの相対位置関係を画像処理で求めることによ
り、開口部の投影像と位置決めマークとの重なり状態が
いかなる状態でも、位置決めマークの投影光学系による
結像位置を計測できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の投影露光装置の構成を
示す模式図である。 第２図（ａ）は、第１実施例の投影露光装置の投光器８
の平面図、第２図（ｂ）は、同じくレチクル１の平面
図、第２図（ｃ）は、第１実施例におけるレチクル１の
装置本体に対する位置決めの方法を説明する概念図であ
る。 第３図（ａ）は、第１実施例の投影露光装置のイメージ
センサ25の撮像像の一例を示す概念図、第３図（ｂ）
は、このときのイメージセンサ25の出力信号を示す概念
図である。 第４図（ａ）は、第１実施例におけるディストーション
の計測時のイメージセンサ25の撮像像の一例を示す概念
図、第４図（ｂ）は、このときのイメージセンサ25の出
力信号を示す概念図である。 第５図は、本発明の第２実施例の投影露光装置の部分的
な構成を示す模式図である。 第６図は、本発明の第３実施例の投影露光装置の部分的
な構成を示す模式図である。 第７図は、従来例の投影露光装置の構成を示す模式図で
ある。 第８図（ａ）は、従来例の投影露光装置のレチクル1j上
におけるレチクルマーク9jと基準マーク10jの投影像の
重なりの一例を示す概念図、第８図（ｂ）は、このとき
の光電検出器25jの出力信号を示す概念図である。 ［主要部分の符号の説明］ １……レチクル、３……投影レンズ ４……ウェハ、５……ステージ ６……投光系、９……レチクルマーク 10……基準マーク、11〜14……ミラー 25……イメージセンサ、30……エキシマレーザ 34……リレーレンズ系、36……コンデンサレンズ 45……干渉計

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のパターンと所定の位置決めマークと
   がマスク面に形成されたマスクを露光光により照明する
   第１照明光学系と、該パターンの像を所定の結像面に投
   影する投影光学系と、前記結像面に沿って移動可能なス
   テージとを備えた投影露光装置において、 前記結像面とほぼ同一の面内に開口部を有し、前記ステ
   ージに固定された基準部材と； 前記基準部材の開口部を照明して、該開口部の投影像を
   前記投影光学系を介して前記マスク面上に結像させる第
   ２照明光学系と； 前記ステージを移動させて前記マスク面上における前記
   開口部の投影像と前記位置決めマークとを撮像し前記開
   口部の投影像と前記位置決めマークとの相対位置関係を
   画像処理で求めることにより、前記位置決めマークの前
   記投影光学系による結像位置を計測する計測手段と； を備えることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】前記開口部は、そのマスク面上における投
   影像が位置計測の方向に関して前記位置決めマークより
   も大きな幅となるように形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】前記第２照明光学系は、前記開口部をパル
   ス光で照明するための照明用光源を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の投影露光装
   置。
4. 【請求項４】前記第１照明光学系は、前記マスクをパル
   ス光で照明するための露光用光源を有し、前記第２照明
   光学系は前記露光用光源を前記照明用光源として用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の投影露光
   装置。
5. 【請求項５】前記露光用光源は、エキシマレーザを射出
   することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の投影
   露光装置。
6. 【請求項６】前記計測手段は、前記照明用光源から複数
   のパルス光を発生させて蓄積された画像情報に基づい
   て、前記開口部の投影像と前記位置決めマークとの相対
   位置関係を求めることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】前記計測手段は、前記マスク上に形成され
   た複数の位置決めマークの前記投影光学系による結像位
   置をそれぞれ計測し、該計測の結果に基づいて前記投影
   光学系に関する倍率及びディストーションの少なくとも
   一方を計測することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の投影露光装置。
8. 【請求項８】前記計測手段は、前記投影光学系の光軸方
   向に前記ステージを移動させて前記投影光学系の合焦位
   置を計測することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の投影露光装置。