(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元平面内で感光基板を位置決めするステージと、光源からの露光光をマスクに照射する照明光学系と、前記マスクに形成されたパターンを基板上に投影する投影光学系とを備えた露光装置に搭載され、前記ステージ側から照明光を出射する照明装置において、
前記マスク及び前記投影光学系を通過した露光光を前記ステージ内に導入する透過窓と、前記ステージ内に導入された露光光の光路を変更する光路変更素子と、前記光路変更素子により光路変更された露光光を照明光として射出する、前記ステージ上の透過窓とは異なる位置に配置された発光部とを備えたことを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
前記照明光の光路中に、アライメント用の計測マーク及びその計測マークから発生する光を受光する光センサを配したことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ステージ上で前記露光光が前記透明窓以外に照射されるのを阻止するために前記露光光を制限する光制限部材を更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光制限部材は、前記照明光学系内に設けられ、前記マスク上での前記露光光の照明範囲を変更可能な可変視野絞りであることを特徴とする、請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
光源からの露光光でマスクを照射する照明光学系と、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を保持して２次元移動するステージとを備えた投影露光装置において、
前記マスク及び前記投影光学系を通過した露光光を前記ステージ内に導く光透過部と、該光透過部を通った露光光が前記ステージ上の入射位置と異なる位置を通って射出するように、前記露光光の光路を変更する光路変更素子とを備え、前記光路変更された露光光で前記マスク上のマークパターンを照明することを特徴とする、投影露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の投影露光装置において、
前記光路変更素子は、２枚のミラー又はコーナーキューブを含むことを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
請求項５に記載の投影露光装置において、
前記光路変更された露光光で照明された前記マスク上のマークパターンから発生する光を、前記マスクよりも上部で受光する光センサを有することを特徴とする投影露光装置。
【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、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッドなどをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる投影露光装置に係り、特に位置決めステージを用いてステージ及びマスク（またはレチクル）上の計測マークを計測するアライメント光学系を備えた投影露光装置に搭載する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、投影露光装置においては、レチクルの位置検出（以下、アライメントと称する。）を行うために、ステージ及びレチクル上に位置計測用のマークが付されている。レチクルのアライメント時には、ステージ内に設置された照明装置により、ステージ上に形成された位置計測マーク（以下、基準マークと称する。）を照射し、その基準マークの像が、投影光学系を介して、レチクルの下面（パターン面）に結像される。このとき、その基準マークの像とレチクル上に形成された位置計測マーク（以下、レチクルマークと称する。）とが重なるように、ステージを駆動する。そして、アライメント光学系により、基準マークとレチクルマークとの重ね合わせ像の光情報を検出し、たとえば両マークの相対走査に伴う光量変化によりレチクルのステージに対するアライメントを行っている。
【０００３】
ところで、上記のように、ステージ側から計測マークを照明するために、従来より、図４及び図５に示されるような照明装置が使用されている。この照明装置は、ステージ２とは別に設置された光源４（図５）からの照明光を、光ファイバなどの光伝達手段６によりウェハ８などが載置されるステージ２の内部に導き、レンズ１０ａ、１０ｂ、反射鏡１０ｃなどから成るリレー光学系１０を用いて光路の変更及び修正を行い、ステージ２上の所定箇所に設置されたフィデューシャルマーク１２の照明エリア１４より発光を行うものである。そして、この照明エリア１４に形成された、例えば十字形状の基準マーク１６を下から照明することにより、その基準マーク１６の像を投影光学系（不図示）を介してレチクル上に形成されたレチクルマーク（不図示）に重ね合わせ、両マークの像を光センサなどにより計測することにより、ステージ２とレチクルとの相対的な位置を求めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとき従来の照明装置においては、照明用の光源より光ファイバを用いることによりステージに照明光を導いているため、ステージに光ファイバを設置するスペースを設ける必要がある。そのため、ステージ上の発光エリア（あるいは、基準マーク）の配置及びウェハステージの小型化が制約されるという問題を抱えている。またステージ駆動時には光ファイバも同時に引き回さねば成らず余分な駆動力を必要とするという問題もある。
【０００５】
また、照明用の光源からステージへの光伝達手段として使用される光ファイバは、その光学特性より短波長の光に対しては伝達効率が悪く、また経時的に光学特性が劣化するため所望の光量が得られない場合がある。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、計測マーク照明用の光源を別途に設ける必要がなく、光ファイバを用いずにステージ側から計測マークを照明することを可能にするとともに、ステージ上の発光エリアの配置の自由度を増し、光ファイバ設置スペースを省略することによりステージの小型化を図ることが可能であり、光ファイバを省略した分だけステージの駆動力の低減をはかることが可能であり、しかも光ファイバの光伝達損失や光学的特性の経時的劣化による光量不足といった問題から解放された新規かつ改良された照明装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるステージ側から照明光を出射する照明装置は、２次元平面内で半導体ウェハや液晶基板などの感光基板（１２６）を位置決めするステージ（１１０）と、光源（１０２）からの露光光をレチクル（Ｒ）に照射する照明光学系（１０４、１１４、１１６、１１８等）と、レチクル（Ｒ）に形成されたパターン（１２０）を基板（１２６）上に投影する投影光学系（ＰＬ）とを備えた露光装置に搭載されるものである。そして、上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、照明光学系（１０４、１１４、１１６、１１８等）より発せられレチクル（Ｒ、１２２ａ、１２２ｂ）及び投影光学系（ＰＬ）を通過した露光光をステージ内に導入する透過窓（１１２ａ、１１３ａ）をステージ（１１０）に設け、その透過窓（１１２ａ、１１３ａ）を介してステージ（１１０）内に導入された露光光の光路を光路変更素子（１３０ａ、１３０ｂ）により変更し、その光路変更素子（１３０ａ、１３０ｂ）により光路変更された露光光を照明光としてステージ（１１０）上において前記透過窓とは異なる位置に配置される発光部（１１２ｂ、１１３ｂ）から射出する構成としている。そして、例えば発光部（１１２ａ、１１３ｂ）にステージ（１１０）の計測マーク（１１２ｃ、１１３ｃ）を付し、その照明光の光路上にレチクル（Ｒ）の計測マーク（１２４ａ、１２４ｂ）が来るようにステージ（１１０）を駆動し、両マークの重ね合わせ像をアライメント用の光センサ（１３４）により計測することにより、レチクル（Ｒ）のステージ（１１０）に対する相対的位置を求めることができる。
【０００７】
また、上記照明装置には、ステージ（１１０）上で露光光が透明窓（１１２ａ、１１３ａ）以外に照射されるのを阻止するために、露光光を制限する光制限部材、例えば照明光学系内に設けられ、マスク上での露光光の照明範囲を変更可能な可変視野絞り（１０６）を更に設けることができる。
以上において、光路変更素子としては、２枚のミラー（１３０ａ、１３０ｂ）を用いたものの他、コーナーキューブ等の光路変更素子を用いることも可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら本発明の実施の一形態にかかる照明装置について詳細に説明する。なお、図１は、本形態にかかる照明装置を搭載した投影露光装置の概略的な全体構成を示す構成図であり、図２は、照明装置部分を拡大して示すものであり、図２（ａ）は照明装置の略平面図、図２（ｂ）は照明装置の略断面図をそれぞれ示している。
【０００９】
まず、図１に関連して、投影露光装置全体の構成について説明すると、水銀ランプなどの露光用光源１０２から出射された露光光は、レンズ系１０４によってほぼ平行な光束となってブラインド機構（視野絞り）１０６に至る。ブラインド機構１０６は、レチクルＲのパターン面と実質的に共役な面内に配置されるとともに、駆動系１０８によりそれぞれ独立に駆動可能な複数の可動ブレード（不図示）から構成され、可動ブレードにより開口の大きさ、位置、形状を調整することにより、アライメント時には、図中点線で示す露光処理時の露光光の光路を選択的に変更することで、図中実線で示すように、ステージ１１０の所定位置に形成された基準マーク板１１２の透過窓１１２ａ（図２（ａ）参照）に露光光を集中させることができるものである。すなわち、透過窓１１２ａ及びレチクルＲ上の透過窓１１２ｂと結像関係（共役関係）となる照明光学系中のレチクル共役面上の領域に開口が形成されるように、可動ブレードを駆動し、これによりステージ１１０上で、露光光が透過窓１１２ａ以外に照射されるのを阻止している。ただし、図１では、可動ブレードがレチクルのパターンを露光光で照射するときの位置にあるため、アライメント時に形成されるべき透過窓１１２ａと結像関係となる開口は図示されていない。
【００１０】
さてブラインド機構１０６を出た露光光は、レンズ系１１４、ミラー１１６、コンデンサレンズ１１８を経てレチクルホルダＲＨに保持されたレチクルＲに至る。レチクルＲには、図３に示すように、パターン領域１２０内に形成された回路パターン（不図示）に加えて、周辺部に透過窓１２２ａ、１２２ｂとレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂが形成されている。レチクルマーク１２４ａ、１２４ｂは、例えば図示のようにＸ方向及びＹ方向に直交する十字マークであり、ガラス基板であるレチクルにクロムを蒸着することにより形成できる。また透過窓１２２ａ、１２２ｂは、ブラインド機構１０６を調整して集中されたアライメント用照明として使用される露光光を透過するもので、例えばクロムの蒸着が行われない場所として構成することができる。なお、図示の例では、透過窓１２２ａ、１２２ｂ及びレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂを矩形形状とし相隣接して示したが、これらの配置位置及び形状はかかる例に限定されず、例えば円形の透過窓を形成したり、各種形状、例えば回折格子状のレチクルマークを使用することも可能である。あるいは、使用する光学系の特性に応じて、透過窓１２２ａ、１２２ｂ及びレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂを自由なレイアウトで、例えば相離隔する位置に配置することも可能である。
【００１１】
レチクルＲを通過した露光光（すなわち、露光時にはレチクルＲ上のパターン領域１２０を透過した露光光であり、アライメント時には透過窓１２２ａ、１２２ｂを透過した露光光）は、投影光学系ＰＬを介してステージ１１０に至る。このステージ上には、例えば半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス基板などの感光基板１２６や基準マーク板１１２などが載置されている。このステージ１１０は不図示の駆動系により２次元的に移動させることが可能であり、ステージ１１０の座標位置はレーザビームを用いたレーザ干渉計１２８により正確に測定される。
【００１２】
ところで、本形態では、ステージ１１０に形成される基準マーク板１１２は、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを通過した露光光をステージ１１０内に導入する透過窓１１２ａ、１１３ａと、ステージ１１０内で光路変更された露光光をアライメント用照明光として出射する発光部１１２ｂ、１１３ｂとを備えており、本発明にかかる照明装置の一部を成している。すなわち、この基準マーク板１１２の下方（すなわち、ステージ１１０内）には、図２（ｂ）に示すように、露光光の光路を変更するためのミラー１３０ａ、１３０ｂが配置されており、透過窓１１２ａ、１１３ａを通過して入射した露光光の光路を１８０度折り曲げることにより、発光部１１２ｂ、１１３ｂから照明光として射出することが可能である。なお、図示の例では、２枚のミラー１３０ａ、１３０ｂを用いて光路の変更を行っているが、例えばコーナーキューブなどの光路変更素子を用いることも可能である。また、図示の例では、透過窓１１２ａ、１１３ａと発光部１１２ｂ、１１３ｂとし相隣接するように配置したが、ステージ１１０上の相離隔する位置に配置しても良い。その場合には、集光レンズ、リレーレンズ、光ファイバなどの光学系をステージ内に配し、透過窓を通過した露光光を離隔位置にある発光部にまで導くことができる。また、透過窓１２２ａ、１１３ａと発光部１１２ｂ、１１３ｂの形状も、図示のような略矩形形状に限らず任意の形状にすることができる。例えば、後述するように、発光部をスリット状あるいは小径のものとして、発光部自体を基準マークとして利用する構成としても良い。
【００１３】
このように本形態にかかる照明装置よれば、従来のようにアライメント用光源を別途設けることなく、露光光をアライメント用照明光として利用して、ステージ側からアライメント用の計測マークを照明することができる。特に、本形態にかかる照明装置よれば、従来の照明装置のように光ファイバを使用しないので、ステージ上の発光部の配置の自由度を増すことができ、光ファイバ設置スペースの省略によりステージの小型化を図ることができ、さらに光ファイバを使用していた場合に問題となっていた光ファイバ自体による光伝達損失、光ファイバの光学的特性の経時的劣化による光量不足などを解消できる。
【００１４】
ところで、基準マーク板１１２の発光部１１２ｂ、１１３ｂには、図２（ａ）及び図３に示すように、基準マーク１１２ｃ、１１３ｃが付されている。この基準マーク１１２ｃ、１１３ｃは、例えば図示のようにＸ方向及びＹ方向に直交する十字マークであり、ガラス製の発光部１１２ｂ、１１３ｂにクロムを蒸着することにより形成できる。かかる基準マーク１１２ｃ、１１３ｃをステージ１１０側から照明することにより、その基準マーク１１２ｃ、１１３ｃの像は投影光学系ＰＬを通ってレチクルＲ上に配置されたレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂ上に投影される。前述したように、本実施の形態では、アライメント時、ブラインド機構１０６によって、透過窓１１２ａ、１１３ａ（及び透過窓１２２ａ、１２２ｂ）と結像関係となる領域のみに開口を形成するので、レチクルマークには照明光学系からの露光光が直接照射されない。また、基準マークも十字形上に限られず、適用されるアライメント系に応じて任意の形状、例えば回折格子状にすることができることは言うまでもない。
【００１５】
このようにして、図３に示すように、投影光学系ＰＬを介して相重ねられた基準マーク１１２ｃとレチクルマーク１２４ｂの重ね合わせ像は、レチクルＲの上方に設置されたミラー１３２により光路を変更され、画像処理センサ、光量センサなどのアライメント用の光センサ１３４により受光され、その情報が制御器１５０に送られ、所定の画像処理が施されて、ステージ１１０とレチクルＲとの相対的な位置が求められる。なお、図３に示す態様では、基準マーク板１１２には２つの基準マーク１１２ｃ、１１３ｃが形成されるとともに、レチクルＲ上にも２つのレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂが形成されている。そして、基準マーク１１２ｃの像とレチクルマーク１２４ｂの像とを重ね合わせ、基準マーク１１３ｃの像とレチクルマーク１２４ａの像とを重ね合わせることにより、２つのレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂを同時に測定し、レチクルのアライメント行うことができる。しかし、本発明はかかる例に限定されず、１の基準マークにより２つのレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂをそれぞれ個別に測定する構成を採用することもできる。また、図１及び図３では、基準マーク１１３ｃの像とレチクルマーク１２４ａの像とを受光する光センサは、図示省略してある。
【００１６】
次に、本形態にかかる投影露光装置のレチクルのアライメント動作の一実施例について簡単に説明する。レチクルのアライメント時には、ブラインド機構１０６の可動ブレードを動かして、露光光をレチクルＲに形成された透過窓１２２ｂに集中させる。そして露光光を投影光学系ＰＬ→ステージ上の透過窓１１２ａ→ミラー１３０ａ→ミラー１３０ｂと順次導き、発光部１１２ｂより照明光としてステージ側から投影光学系側（レチクル側）に出射させる。発光部１１２ｂには十字形状の基準マーク１１２ｃが形成されているので、その基準マーク１１２ｃの像が、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのレチクルマーク１２４ｂ上に投影される。この結果、基準マーク１１２ｃの像とレチクルマーク１２４ｂの像が重ね合わされて、レチクルＲの上部に配置されたミラー１３２により反射されて、画像処理センサ１３４に到達する。画像処理センサ１３４により取得された画像情報は、制御器１５０に送られ、所定の画像処理が施された後、レーザ干渉計１２８により測定されたステージ１１０の座標位置とともに、レチクルＲとステージ１１０との相対的な位置を測定するために利用される。さらに制御器１５０は、予め測定した基準マーク板１１２（基準マーク１１２ｃ）とウェハ１２６の距離などの情報から、レチクルＲ自体の装置に対するアライメントのみならず、ウェハ１２６とレチクルＲとのアライメントを行うこともできる。なお、上記例では、画像処理センサによりアライメントを行ったが、アライメントセンサとして光量センサを用いて、ステージ１１０の移動に伴う（すなわち、両マークの重なり具合に応じた）光量の変化に基づいて、レチクルＲの位置を測定することも可能である。
【００１７】
また図３に示すように、レチクルＲ上の２カ所にレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂを形成し、それぞれのレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂに対して基準マーク１１２ｃ、１１３ｃ重複させた時のステージ１１０の２次元的な位置を検出すれば、各マークのＹ軸方向の位置ずれ量から、レチクルＲのローテーション（回転）量を検出することもできる。
【００１８】
また上記例では、ステージ１１０に形成される基準マークとして非透過性の基準マーク１１２ｃを使用したが、かかる非透過性のマーク１１２ｃを使用せずに、発光部１１２ｂをスリット状もしくは小径のものとすることにより、発光部１１２ｂ自体を基準マークとして使用することもできる。その場合には、非透過性のレチクルマークに対して、スリット状もしくは小径の光が照射される。その状態でステージ１１０を微少駆動し、その透過光をレチクルの上部もしくは露光用照明光学系内に設置された光量センサにより測定し、その光量の変化に基づいてレチクルマークの位置を測定することができる。かかる動作の詳細については、例えば特開昭６３−５５２１号公報に開示されている。
【００１９】
さらに上記例では、発光部１１２ｂから照射されてレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂを透過した光によりレチクルＲの位置を求めているが、レチクルマーク１２４ａ、１２４ｂからの反射光をステージ上に設置したセンサにより計測することによりレチクルマーク１２４ａ、１２４ｂの位置を求めても良い。同様に、発光部１１２ｂからの照明光を利用してステージから所定のパターンをレチクルＲに向けて発光し、レチクルから反射したパターンをステージ上のセンサにより測定するための光源としても利用することができる。
【００２０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、本発明にかかる照明装置を投影露光装置のレチクルアライメント系に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明にかかる照明装置は、投影レンズ、レチクル、アライメント顕微鏡などに対してステージ側から照明光を供給するあらゆる場合の照明装置として適用することが可能である。また本発明にかかる照明装置は、ステージのベストフォーカス位置を測定する際の照明装置としても利用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる照明装置よれば、アライメント用の光源を別途設けることなく、従ってステージに照明光を導く光ファイバを設置することなしに、露光光を利用して、レチクル上の露光光透過部、ステージ上の露光光透過部、計測マーク及び発光部の位置を調整することにより、十分な光量を有するステージ側からの照明光を得ることができる。
【００２２】
また、本発明にかかる照明装置では、従来の装置のように光ファイバを用いないので、ステージ上の基準マーク、発光部等の配置の自由度が増加し、ステージの小型軽量化とともに、ステージ駆動時の光ファイバ引き回しに要する駆動力の低減を図ることができる。さらに光ファイバによる光伝達損失の問題や、光ファイバ自体の経時的劣化による光量不足といった問題も同時に解決することが可能となり、簡単な構成により十分な光量を有するステージ側からの照明装置を提供することができる。
【００２３】
さらに本発明では、露光光を制限する光制限部材によって、ステージ上の透過窓のみに露光光を照射することができるので、露光光が熱となってステージに蓄積されることがなく、ステージの熱膨張を防止することができる。また、照明光学系に設けられる視野絞りを光制限部材として用いるときには、アライメント時にマスクを通過して投影光学系に入射する露光光が大幅に減少するので、露光光照射による投影光学系の熱蓄積、即ち投影光学系の結像特性（例えば焦点位置、投影倍率等）の変化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる照明装置が搭載された投影露光装置の一実施形態を示す概略的な構成図である。
【図２】本発明にかかる照明装置の概略的な構成を示しており、（ａ）は該照明装置の露光光透過部と発光部を示す略平面図、（ｂ）は該照明装置の露光光の光路変更素子を示す略断面図である。
【図３】本発明にかかる照明装置の動作を示す概略的な透過見取図である。
【図４】従来の照明装置の一例を示す平面図である。
【図５】図４に示す照明装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１０２    露光用光源
１１０    ステージ
１１２    基準マーク板
１１２ａ  （ステージの）透過窓
１１２ｂ  （ステージの）発光部
１１２ｃ  基準マーク
１２２ａ  （レチクルの）透過窓
１２４ｂ  レチクルマーク
１２６    感光基板
１３０ａ  ミラー（光路変更素子）
１３０ｂ  ミラー（光路変更素子）
１３４    光センサ
【図１】
0003651072.tif 000002
【図２】
0003651072.tif 000003
【図３】
0003651072.tif 000004
【図４】
0003651072.tif 000005
【図５】
0003651072.tif 000006