(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置において、
前記感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出手段と；
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段内に存在する気体の一部を温度制御することによって、前記包囲手段に包囲されている位置検出手段の周辺の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置において、
前記感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出手段と；
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段内に存在する気体を吸引することによって、前記包囲手段内の温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置において、
前記感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出手段と；
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段の周囲に液体を循環させることによって、前記包囲手段内の温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項４】
前記受光素子は、前記感光基板上を撮像する撮像素子を含むことを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記包囲手段と前記マスクとの間に、前記マスクから前記包囲手段への熱の伝達を遮断する遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記包囲手段と前記投影光学系との間に、前記投影光学系から前記包囲手段への熱の伝達を遮断する遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記感光基板を保持するステージと前記包囲手段との間に、前記感光基板及び前記ステージから前記包囲手段への熱の伝達を遮断する遮蔽部材を配置したことを特徴とする請求項１〜６のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記遮蔽部材は、熱伝導率の低い断熱性材料で成形されていることを特徴とする請求項５〜７のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記位置検出手段は、計測用の光を前記感光基板に対して照射して当該感光基板の位置を計測する構成であり、
前記位置計測手段と前記感光基板との間に配置された開閉可能なシャッタと；
前記感光基板の位置を計測する時に前記シャッタを開放し、露光作業を行う時に当該シャッタを閉じるシャッタ制御手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記温度制御手段は前記包囲手段内の温度を、常に一定の温度に設定するか、又は周辺温度と同じ温度に設定するか、又は周辺温度と常に一定の温度差の温度に設定するよう制御することを特徴とする請求項１〜９のうちの何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出装置であって、
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段内に存在する気体の一部を温度制御することによって、前記包囲手段に包囲されている位置検出手段の周辺の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１２】
感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出装置であって、
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段内に存在する気体を吸引することによって、前記包囲手段内の温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項１３】
感光基板に対して計測光を照射するための光源と、該感光基板で反射された該計測光を受光素子まで導く受光光学系と、該受光光学系を介して該計測光を受光する受光素子とを含み、該受光素子の受光結果に基づいて前記感光基板の位置を検出する位置検出装置であって、
前記位置検出手段を構成する各部材のうち、前記光源を除く各部材を、所定の気密性をもって包囲する包囲手段と；
前記包囲手段の周囲に液体を循環させることによって、前記包囲手段内の温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置に関し、特に、感光基板の位置を検出する位置検出手段の温度調整の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の露光装置では、マスク又はレチクルと呼ばれる原版に描かれた回路パターンを、半導体ウエハに塗布されたフォトレジスト層に焼き付け、それを現像することで当該ウエハ上に所望のレジストパターンを形成している。一般に、半導体素子の製造では、数層から十数層の回路パターンを重ね合わせて露光するため、ウエハ上にすでに形成された回路パターンと、これから露光すべき回路パターンの像とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合わせに必要な各種装置を、位置合わせ装置、あるいはアライメント装置と呼んでいる。このアライメント装置は、上述の重ね合わせ露光を行なう露光装置には必須のものであり、近年より高精度且つ高速処理ができるように改良されてきている。またアライメント装置は大別して３つの要素技術から成り立っていると言える。その１つは、ウエハ上に予め形成されたアライメント用のマークを光学的に検出し、マークのプロフィールに応じた光電信号を得るアライメント光学系である。他の２つは、アライメント光学系によって得られた光電信号を適当なアルゴリズムで電気的に処理して、アライメントマークの本来の位置に対するずれ量を求める信号処理系と、この信号処理系によって求めたずれ量に応じてウエハの位置、もしくはマスク（又はレチクル）の位置を精密に位置補正する位置決め機構である。
【０００３】
近年、これらの３つの要素技術、すなわち光学技術としてのアライメント光学系、電子技術（情報処理技術）としての信号処理系、そして精密機械技術としての位置決め機構とを有機的に高次元で組み合わせた縮小投影型露光装置（ステッパー）が半導体製造工程で多用されるようになった。このようなステッパーは、レチクルの回路パターンの光像を高解像力の投影レンズ（開口数０．３５〜０．５程度）によってウエハ上の部分領域（以下、「ショット領域」と呼ぶ）に結像投影するものである。そして、１回の露光ショットが例えば１５×１５ｍｍ程度であるため、ウエハを載置するステージをＸ、Ｙ方向に２次元的にステッピングさせてウエハ全面の露光を行っている。このようなステッパーの場合、それに組み込まれるアライメント光学系の実用的な形態には大別して３つの方式がある。第１の方式は、レチクルに形成されたアライメントマークとウエハ上のアライメントマークとを投影レンズを介して同時に観察（又は検出）するＴＴＲ(Through The Reticle）方式であり、第２の方式は、レチクルのアライメントマークは全く検出しないで投影レンズを介してウエハ上のアライメントマークだけを検出するＴＴＬ（Through The Lens）方式であり、第３の方式は投影レンズから一定距離だけ離して別設した顕微鏡対物レンズを介してウエハ上のアライメントマークだけを検出するオフ・アクシス（Off-Axis）方式である。
【０００４】
図７は従来の露光装置の概略構成を示す。この露光装置において、水銀ランプ１００から射出した露光用の光は、ミラー１０２，１０４を介してレチクルＲのパターン形成領域を照明する。図示は省略するが、実際には、レチクルＲの手前には他の照明光学系が配置されており、レチクルＲに達する露光用の光の照度均一化がはかられている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、レチクルＲの裏面にはウエハＷ上に投影されるべきパターンが形成されている。レチクルＲを透過した光は、投影レンズＰＬを介してウエハホルダＷＨ上に載置されたウエハＷの表面に達し、レチクルＲのパターンの像を所定の投影倍率でウエハＷ上に転写するようになっている。ウエハホルダＷＨは、ステージ駆動系１０６によって移動可能なウエハステージＳＴ上に載置されている。ウエハステージＳＴ上には、移動鏡１０８が設置され、干渉計１１０によってウエハステージＳＴの位置を常時計測するようになっている。
【０００５】
投影レンズＰＬの側部には、ウエハＷの位置計測用の所謂ＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式のアライメントセンサ（１１２，１１４，１１６，１１８）が配置されている。このアライメントセンサは、上述したＴＴＬ（Through The   Lens）方式でウエハＷ上に形成されたアライメントマーク（図示せず）を検出することによって、ウエハＷの位置を求めるものであり、図７においては概略的な構成のみを示すものとする。図において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１１２から射出したレーザビームは、光学系１１４、ミラー１１６及びミラー１１８を介して投影レンズＰＬに入射する。そして、投影レンズＰＬを透過してウエハＷに達したレーザビームをウエハＷ上のアライメントマークで走査し、当該走査によってアライメントマークから発生する散乱光や回折光を観察することによってウエハＷの位置（座標）を求めるようになっている。
【０００６】
近年、ウエハＷ上に転写されるべきパターンの細線化及び微細化に伴い、ウエハＷのアライメント精度の更なる向上が要求されてきている。ところで、ウエハＷまたはレチクルＲのアライメント精度に影響を及ぼす原因の一つに、投影レンズＰＬやアライメントセンサ（１１２，１１４，１１６，１１８）周辺の温度変化がある。すなわち、露光用光の吸収により投影レンズＰＬの温度が変わる（上昇すると）と、当該レンズの焦点位置や投影倍率等が変化してしまう。このため、従来より投影レンズＰＬの性能の時間的変化を予測し、レンズコントローラと呼ばれる装置を用いて当該変化分の補正を行っている。また、投影レンズＰＬの周辺に液体等を循環させて当該レンズの温度を直接調整する方法もある。
【０００７】
一方、一般にアライメントセンサ（１１２，１１４，１１６，１１８）の温度制御は行われていないため、アライメントセンサ周辺の部材或いはアライメントセンサ自体の発熱により、当該アライメントセンサの計測精度が低下する恐れがある。すなわち、露光光の照射によりレチクルＲ及びレチクルステージＲＳの温度が上昇し、露光光の吸収によって投影レンズＰＬの温度が上昇し、更には、露光光の吸収によってウエハＷ及びウエハステージＳＴの温度が上昇する。そして、これらの熱がアライメントセンサ（１１，１１４，１１６，１１８）に達し、或いは、アライメントセンサのレーザ光源１１２自体の熱により、当該センサの光軸のずれ等の不都合をもたらし、その結果、ウエハＷの位置計測精度を低下させていた。
【０００８】
このような温度変化によるアライメント精度の低下は、図７に示したＴＴＬ方式のアライメントセンサに限らず、投影レンズＰＬを介さずにウエハＷの位置を計測する所謂オフ・アクシス方式のアライメントセンサについても同様に深刻な問題である。すなわち、アライメントセンサの温度変化によりアライメントセンサ自体の光軸がずれ、投影レンズＰＬの光軸と当該アライメントセンサとの光軸の距離である所謂ベースラインが変化してしまう。このような不都合を解消するために、温度変化が生じる前にベースラインを計測し、後にその変化分を補正するという方法も考えられるが、ベースライン計測のシーケンスにかかる時間が長く、生産性の低下を招き実用的でないという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような状況に鑑みて成されたものであり、常に安定した精度で感光基板の位置検出を行える露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、感光基板（Ｗ）の位置を検出する位置検出手段（１〜９）と；位置検出手段（１〜９）の少なくとも一部を所定の気密性をもって包囲する包囲手段（４２）と；包囲手段（４２）内に存在する気体の一部を温度制御することによって、位置検出手段（１〜９）の周辺の温度を制御する温度制御手段（４４）とを備えている。
【００１１】
好ましくは、包囲手段（４２）とマスク（Ｒ）との間に、マスク（Ｒ）から包囲手段（４２）への熱の伝達を遮断する遮蔽部材（５２）を配置する。また、包囲手段（４２）と投影光学系（ＰＬ）との間に、投影光学系（ＰＬ）から包囲手段への熱の伝達を遮断する遮蔽部材（５４）を配置する。更に、包囲手段（４２）と感光基板（Ｗ）との間に、感光基板（Ｗ）から包囲手段（４２）への熱の伝達を遮断する遮蔽部材（５６）を配置する。なお、これらの遮蔽部材（５２，５４，５６）は、熱伝導率の低い断熱性材料で成形することが望ましい。
【００１２】
また、位置計測手段（２８他）と感光基板（Ｗ）との間に開閉可能なシャッタ（６８）を配置し、シャッタ制御手段（７０）により、感光基板（Ｗ）の位置を計測する時にシャッタ（６８）を開放し、露光作業を行う時に当該シャッタ（６８）を閉じるように構成しても良い。
【００１３】
【作用及び効果】
上記のような本発明において、例えば、アライメント系（位置検出手段）を構成する部材の中で少なくとも熱の影響を受けやすい部材を包囲手段（４２）内に収容する。そして、感光基板（Ｗ）の位置検出動作を繰り返す間に包囲手段（４２）内の検出手段（１〜９）の周囲の温度が上昇した時に、包囲手段（４２）内の温められた空気を温度制御手段（４４）によって制御し、検出手段（１〜９）の周囲の温度が高くなりすぎないようにする。例えば、包囲手段（４２）内の温度を常に一定にしたり、周辺温度と同じ温度に設定したり、包囲手段（４２）内の温度を周辺温度と常に一定の温度差になるように設定したりする。このように、本発明においては、露光作業中において投影光学系（ＰＬ）や、感光基板（Ｗ）や、マスク（Ｒ）から伝播される熱を包囲手段（４２）自体によってある程度遮断できるとともに、温度制御手段（４４）による温度制御により、検出手段（１〜９）の周囲の温度を一定に保つことができる。その結果、検出手段（１〜９）の検出用の光の光軸のずれ等の不都合を防止でき、安定した位置検出を行うことが可能となり、感光基板（Ｗ）上に露光されるパターンの重ね合わせ精度が向上する。
【００１４】
また、包囲手段（４２）とマスク（Ｒ）との間や、包囲手段（４２）と投影光学系（ＰＬ）との間や、包囲手段（４２）と感光基板（Ｗ）との間に、例えば、熱伝導率の低い断熱性材料で成形された遮蔽部材（５２，５４，５６）を配置した場合には、マスク（Ｒ）、投影光学系（ＰＬ）及び感光基板（Ｗ）から包囲手段（４２）側に伝わる熱を遮断できる。すなわち、一般にマスク（Ｒ）には露光されるデバイスパターンに応じた遮光部がクロム等で形成されており、露光光がこのマスク（Ｒ）に照射されると、遮光部で反射される光以外の光が当該遮光部に吸収され、露光作業を繰り返すうちにマスク（Ｒ）の温度が上昇する。そこで、マスク（Ｒ）と包囲手段（４２）との間に遮蔽部材（５２）を配置することにより、温められたマスク（Ｒ）から検出手段（１〜９）に達しようとする熱を遮断でき、当該検出手段（１〜９）内のミラーの熱変形等を良好に防止することが出来る。また、投影光学系（ＰＬ）は露光作業を繰り返すうちに、露光光のエネルギーの一部を吸収して温められ、その熱が当該光学系（ＰＬ）を支持する鏡筒を伝わって外部に放出される。そこで、投影光学系（ＰＬ）と包囲手段（４２）との間に遮蔽部材（５４）を配置することにより、投影光学系（ＰＬ）の鏡筒を伝わって放出される熱を遮断することができる。更に、感光基板（Ｗ）及び当該基板（Ｗ）を載置したステージは、露光作業を繰り返すうちに、露光光のエネルギーの一部を吸収して温められる。そこで、感光基板（Ｗ）と包囲手段（４２）との間に遮蔽部材（５６）を配置することにより、感光基板（Ｗ）及びステージに蓄積され、外部に放出される熱を包囲手段（４２）の手前で遮断することが出来る。
【００１５】
オフアクシス形式の位置計測手段（２８他）を採用した場合、光学系の一部（２８）が投影光学系（ＰＬ）の下部に入り込む形になり、感光基板（Ｗ）からの熱の影響を受けやすくなる。すなわち、露光作業を繰り返し行うことにより感光基板（Ｗ）が露光光のエネルギーを吸収して熱を発するため、その熱が一部の光学系（２８）に達すると、ミラー等の角度が変化し、位置計測手段の光軸がずれてしまう。そこで、本発明のように、位置計測手段（２８他）と感光基板（Ｗ）との間に開閉可能なシャッタ（６８）を配置し、感光基板（Ｗ）の位置を計測する時にのみシャッタ（６８）を開放し、露光作業を行う時には当該シャッタ（６８）を閉じるように構成すれば、シャッタ（６８）によって感光基板（Ｗ）側から位置計測手段（２８他）方向への熱を遮断できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の各実施例が適用可能な投影露光装置と、それに組み込まれる位置合わせ装置（アライメント装置）との構成を示す。図１において、露光用の照明光（水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光）ＩＬはコンデンサーレンズＣＬを介してレチクルＲのパターン領域を均一な照度分布で照明する。レチクルＲは、２次元方向（ＸＹ方向）に微動可能なレチクルステージＲＳに真空吸着等の手法により保持されている。レチクルＲのパターン領域を通過した照明光ＩＬは、両側テレセントリック（又は片側テレセントリック）な投影レンズＰＬに入射し、ウエハＷの表面（フォトレジスト層）に達する。ここで、投影レンズＰＬは照明光ＩＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役な位置関係を保っている。また、照明光ＩＬはケーラ照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＥＰ内の中心に光源像として結像される。
【００１７】
レチクルＲの周辺には不図示のレチクルアライメントマークが形成されており、当該マークをミラー１６、対物レンズ１７、マーク検出系１８から成るレチクルアライメント系によって検出する。そして、このようなレチクルアライメント系（１６，１７，１８）こよって検出された位置情報に基づいて、レチクルステージＲＳを駆動し、レチクルＲを投影レンズＰＬの光軸ＡＸに対して位置決めするようになっている。
【００１８】
一方、ウエハＷはウエハホルダＷＨ（図２）を介して、ウエハステージＳＴ上に載置されている。ウエハステージＳＴは、駆動系１３によって２次元（ＸＹ方向）に移動可能に構成されると同時に、干渉計１２によってその座標値を逐次計測するようになっている。すなわち、干渉計１２からの座標計測値等に基づいてステージコントローラ１４が駆動系１３を制御してウエハステージＳＴの移動や位置決めを行う。ウエハステージＳＴ上にはベースライン計測等で使用する基準マークＦＭが設けられている。
【００１９】
本実施例では、ウエハＷの位置を検出する手段として、第１のマーク検出手段と第２のマーク検出手段との２つの検出系が設けられている。第１のマーク位置検出手段は、図１における投影レンズＰＬの右側に示されたＴＴＬ方式のアライメント光学系（ＬＳＡアライメントセンサ）である。このアライメント系において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等のレーザ光源１から射出されるレーザビームＬＢは、ウエハＷ上のレジスト層に対して非感光性のものを使用する。このビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系２を通り、ミラー３ａ、レンズ系４、ミラー３ｂ、ビームスプリッタ５を介して対物レンズ６に入射する。対物レンズ６から射出したビームＬＢは、レチクルＲの下方に４５°に斜設されたミラー７で反射し、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射する。そして、ビームＬＢは投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。ここで、ビームＬＢはビーム整形光学系２の働きで対物レンズ６と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状のスポット光となって集光し、投影レンズＰＬによってウエハＷ上にスポット光ＳＰとして再結像する。また、ミラー７はレチクルＲのパターン領域の周辺よりも外側で、且つ投影レンズＰＬの視野内に固定配置される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、レチクルＲのパターン領域の投影像の外側に位置する。
【００２０】
ウエハＷ上に形成されるスポット光ＳＰによってウエハＷ上のマークを検出するには、ウエハステージＳＴをスポット光ＳＰに対して水平方向に（ＸＹ平面内で）移動させる。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポット光ＳＰとの相対位置により光量が変化していく。これらの光情報は、ビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、ミラー７、対物レンズ６及びビームスプリッタ５で反射して、受光素子８に達する。受光素子８の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な位置に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域をもち、散乱光や回折光のみを受光するようになっている。
【００２１】
受光素子８からの光電信号は、干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともに、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）演算ユニット９に入力し、マーク位置の情報ＡＰ１が形成される。ＬＳＡ演算ユニット９は、スポット光ＳＰに対してウエハマークを走査したときの受光素子８からの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサンプリングし、その波形を解析することによってマークの中心がスポット光中心と一致したときのウエハステージＳＴの座標位置を情報ＡＰ１として出力する。以上のように、レーザ光源１、ビーム整形光学系２、ミラー３ａ、３ｂ、レンズ系４、ビームスプリッタ５、対物レンズ６、ミラー７、受光素子８及びＬＳＡ演算ユニット９によって、ウエハＷに対する第１のマーク位置検出手段が構成される。
【００２２】
次に、第２のマーク位置検出手段としてのオフアクシス（Off-Axis）方式のアライメント系であるＦＩＡ（Field Image Alignment）について説明する。このアライメント系において、ハロゲンランプ２０から射出した光は、コンデンサーレンズ２１によってオプチカルファイバー２２の一端面に集光される。オプチカルファイバー２２を通った光は、レジスト層の感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルター２３を通った後、レンズ系２４を介してハーフミラー２５に達する。ハーフミラー２５で反射した照明光は、ミラー２６で略水平に反射された後、対物レンズ２７に入射し、プリズム（ミラー）２８で反射してウエハＷを垂直に照射する。プリズムミラー２８は、投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺において投影レンズＰＬに視野を遮光しないように固定配置されている。
【００２３】
図示しないが、オプチカルファイバー２２の射出端から対物レンズ２７までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ２７に関してウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レンズ２７はテレセントリック系とし、その開口絞り（瞳と同じ）の面２７ａには、オプチカルファイバー２２の射出端の像が形成され、ケーラ照明が行われる。対物レンズ２７の光軸は、ウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっている。
【００２４】
さて、ウエハＷからの反射光は対物レンズ２７、ハーフミラー２５を通り、レンズ系２９の作用によって指標板３０に結像する。指標板３０は、対物レンズ２７とレンズ系２９とによってウエハＷと共役な位置に配置され、短形の透明窓内にｘ方向とｙ方向の各々に伸びた直線状の指標マークを有する。従って、ウエハＷのマークの像は指標板３０の透明窓内に結像され、このウエハマーク像と指標マークとは、リレー系３１、３３、ミラー３２を介してＣＣＤカメラ等の撮像素子３４に結像する。撮像素子３４から得られるのビデオ信号は、干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともにＦＩＡ（フィールド・イメージ・アライメント）演算ユニット３５に入力する。ＦＩＡ演算ユニット３５は、指標板３０上の指標マークに対するマーク像のずれをビデオ信号の波形に基づいて求め、位置計測信号ＰＤＳによって表わされるウエハステージＳＴの停止位置から、ウエハマークの像が指標マークの中心に正確に位置したときのウエハステージＳＴのマーク中心検出位置に対応する位置情報ＡＰ２を出力する。上記のように、ハロゲンランプ２０から符号順にＦＩＡ演算ユニット３５までの各部材によって、第２のマーク位置検出手段が構成される。
【００２５】
なお、上記のような露光装置において、例えば、特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されているようにＴＴＬアライメント系とオフアクシス・アライメント系の両方を用いてウエハＷのグローバルアライメントを行うことができる。また、通常は処理速度の速いＴＴＬアライメント系によってウエハ上の３ヶ所、又は２ヶ所のマークを検出してグローバルアライメントを行うようにしてもよい。そして、上述した第１及び第２のマーク位置検出手段による検出手段により、ウエハＷの位置（座標）を求め、当該位置データに基づいて、アライメント時やステップ・アンド・リピート方式の露光時のウエハステージＳＴの移動の制御を行う。
【００２６】
【実施例】
次に、上述した露光装置に適用される本発明の実施例について説明する。図２は、本発明の第１実施例にかかる投影露光装置の概略構成を示す。本実施例は図１に示す投影露光装置に適用されるものであり、その特徴部分を中心に説明する。すなわち、本実施例は図１に示す投影露光装置の第１の位置検出系であるＬＳＡ光学系（１，２他）の温度制御を行うことを特徴とするものであり、第２の位置検出系であるＦＩＡ系（２０，２１他）の図示は省略する。また、図２においては図１の装置を裏側から観察した状態を示し、ＬＳＡ光学系が投影レンズＰＬの左側に配置されているが、両者の実質的な構成の相違はなく、対応する構成については同一の符号を付す。また、説明の便宜上、図２においては一部の構成を簡略化して示し、又は図示を省略する。図２において、ＬＳＡ演算ユニット９（図１）を除くＬＳＡ光学系を構成する光学部材の殆どが所定の密閉度をもってチャンバー４２内に収容されており、配管４６を介して温度コントローラユニット４４によって当該ＬＳＡ光学系の周囲の温度調整が行われるようになっている。
【００２７】
チャンバー４２内において、符号４８は図１に示すリレーレンズ等の光学部材（２，３ａ，３ｂ，４等）を総合して簡略的に示す。温度コントローラユニット４４は、配管４６を介してチャンバー４２内の温められた空気を所定の圧力で吸引することによって、チャンバー４２内の温度調整を行う。すなわち、He-Ne レーザ光源１の稼働によって発生する熱や、投影レンズＰＬ、ウエハＷ、或いはレチクルＲから伝播された熱によって温められたチャンバー４２内の空気を吸引することによって、アライメントセンサ周囲の温度を一定に保っている。なお、温度コントローラユニット４４による吸引圧力は、アライメントセンサの計測精度に影響を及ぼさない程度の小さな値に設定する。
【００２８】
温度コントローラ４４によるチャンバー４２内の温度制御の方法としては、上述したように温められた空気を吸引する方法の他に、温度調整された空気を温度コントローラ４４とチャンバー４２との間で循環させる方法や、チャンバー４２の外周に液体を循環させる方法や、更には、ペルチェ素子とヒータを用いた個体素子による方法等が考えられる。また、チャンバー４２内の設定温度については、常に一定の温度に設定する方法の他、周辺温度と同じ温度に設定する方法や、周辺温度と常に一定の温度差に設定する方法が考えられる。このように、チャンバー４２内の温度を精密に制御する場合には、チャンバー４２内やその周囲に温度センサを設置し、当該温度センサの検出結果に基づいて温度制御を行うことが望ましい。
【００２９】
以上のように、本実施例においては、露光作業中において投影レンズＰＬや、ウエハＷや、レチクルＲから伝播される熱をチャンバー４２自体によってある程度遮断できるとともに、温度コントローラユニット４４によってチャンバー４２内の温度制御を行っているため、ＬＳＡ光学系の周囲の温度を一定に保つことができ、アライメント用の光ＬＢ（図１）の光軸のずれ等の不都合を防止でき、安定したアライメントを行うことが可能となる。その結果、ウエハＷ上に露光されるパターンの重ね合わせ精度が向上するという効果がある。
【００３０】
図３は、本発明の第２実施例にかかる投影露光装置の概略構成を示す。本実施例は、図２に示す第１実施例の一部を改良したものであり、多くの共通の構成要素を有する。すなわち、本実施例は第１実施例の露光装置に断熱部材５２，５４，５６を付加したものであり、これらの断熱部材５２，５４，５６によって、レチクルＲ、投影レンズＰＬ及びウエハＷからＬＳＡ光学系（１，４８他）に向かう温かい空気を遮断するようになっている。なお、上述したように、本実施例は上記第１実施例と共通の構成要素を多く含んでいるため、相違点についてのみ詳細に説明することとする。
【００３１】
図３において、断熱部材５２はレチクルＲとＬＳＡ光学系（７，５，４８他）との間に配置され、レチクルＲの熱がＬＳＡ光学系の方向に伝播するのを遮断している。すなわち、レチクルＲには露光されるデバイスパターンに応じた遮光部がクロム等で形成されており、露光光ＩＬがレチクルＲに照射されると、遮光部で反射される光以外の光が当該遮光部に吸収され、露光作業を繰り返すうちにレチクルＲの温度が上昇する。断熱部材５２は、温められたレチクルＲからミラー７やチャンバー４２内のＬＳＡ光学系に達しようとする熱を遮断する。仮に、この断熱部材５２がないと、レチクルＲの熱がそのままミラー７に伝わり、当該ミラー７が熱変形してしまい、ＬＳＡ系の精度を低下させる。また、チャンバー４２内の光学部材（５，４８）に対しても同様に悪影響を及ぼす。
【００３２】
断熱部材５４は、投影レンズＰＬとチャンバー４２との間に配置され、投影レンズＰＬの熱がチャンバー４２の方向に伝播するのを遮断している。すなわち、投影レンズＰＬは露光作業を繰り返すうちに、露光光ＩＬのエネルギーの一部を吸収して温められる。投影レンズＰＬの内部の光学系については、不図示の調整装置によって温度調整されるが、一部の熱は投影レンズＰＬの鏡筒を伝わって外部に放出される。断熱部材５４は、このように投影レンズＰＬの鏡筒を伝わって放出される熱を遮断する。
【００３３】
断熱部材５６は、ウエハステージＳＴとチャンバー４２との間に配置され、ウエハＷ及びウエハステージＳＴの熱がチャンバー４２の方向に伝播するのを遮断している。すなわち、ウエハＷ，ウエハホルダＷＨ及びウエハステージＳＴは、露光作業を繰り返すうちに、露光光ＩＬのエネルギーの一部を吸収して温められる。断熱部材５６は、ウエハＷ，ウエハホルダＷＨ及びウエハステージＳＴに蓄積され、外部に放出される熱をチャンバー４２の手前で遮断する。
【００３４】
断熱部材５２，５４，５６の素材としては、熱伝導率の低いセラミックスやグラスウール等を用いることができる。また、断熱部材５２，５４，５６は、レチクルＲ、投影レンズＰＬ及びウエハＷからの熱のみならず、露光装置全体の空調系の空気の流れ等を考慮し、アライメント系周辺の他の発熱部材からの熱の伝播を良好に遮断できる位置に配置することが望ましい。また、断熱部材５２，５４，５６は常に全てを同時に用いる必要はなく、ＬＳＡ系の構成や配置に応じて１つ又は２つを選択的に用いても良い。例えば、図１に示すように、ミラー７がレチクルの下側に入り込むような配置であるが、他の構成（１〜６,８）については投影レンズＰＬ及びレチクルＲから比較的離れた位置に配置できるような場合には、断熱部材５２のみを用いるようにしても良い。
【００３５】
以上のように本実施例においては、第１実施例と同様にチャンバー４２で囲まれたＬＳＡアライメントセンサの周囲の温度を温度コントローラユニット４４によって制御するのに加えて、断熱部材５２，５４，５６を用いてＬＳＡアライメントセンサに向かう熱を遮断しているため、ＬＳＡアライメントセンサの周囲の温度を一定に保つことができ、アライメント用の光ＬＢ（図１）の光軸のずれ等の不都合を防止でき、安定したアライメントを行うことが可能となる。
【００３６】
図４は、本発明の第３実施例にかかる投影露光装置の概略構成を示す。本実施例も第１及び第２実施例と同様に図１に示す投影露光装置に適用されるものであり、その特徴部分を中心に説明する。すなわち、本実施例は図１に示す投影露光装置のＦＩＡ光学系（２１，２２他）の温度制御を行うことを特徴とするものであり、ＬＳＡ光学系（１，２他）の図示は省略する。また、図４において図１の装置に対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、説明の便宜上、一部の構成については簡略化して示し、又は図示を省略する。図４において、ハロゲンランプ２０及びＦＩＡ演算ユニット３５を除くＦＩＡ光学系を構成する光学部材の殆どがチャンバー５８内に収容されており、配管６２を介して温度コントローラユニット６０によって当該ＦＩＡアライメントセンサの周囲の温度調整が行われるようになっている。
【００３７】
チャンバー５８内において符号６４は、図１に示すリレーレンズ等の光学部材（２９，３０他）を総合して簡略的に示す。温度コントローラユニット６０は、配管６２を介してチャンバー５８内の温められた空気を所定の圧力で吸引することによって、チャンバー５８内の温度調整を行う。すなわち、ＣＣＤセンサ（撮像素子）３４等で発生する熱や、投影レンズＰＬ、ウエハＷ、或いはレチクルＲから伝播された熱によって温められたチャンバー５８内の空気を吸引することによって、アライメントセンサ周囲の温度を一定に保っている。なお、温度コントローラユニット６０による吸引圧力は、アライメントセンサの計測精度に影響を及ぼさない程度の小さな値に設定する。
【００３８】
温度コントローラ６０によるチャンバー５８内の温度制御の方法としては、図２及び図３に示した第１及び第２実施例と同様に、温度調整された空気を温度コントローラ６０とチャンバー５８との間で循環させる方法等種々の方法を適用することができる。また、チャンバー５８内の設定温度についても、常に一定の温度に設定する方法の他、周辺温度と同じ温度に設定する等の方法を採用することができる。
【００３９】
以上のように、本実施例においても、上記第１実施例と同様に、ＦＩＡ系の周囲の温度を一定に保つことができ、アライメント光の光軸のずれ等の不都合を防止でき、安定したアライメントを行うことが可能となる。すなわち、アライメント用の光の光軸と露光光ＩＬの光軸との距離であるベースラインが安定し、ウエハＷのアライメント精度が向上する。その結果、ウエハＷ上に露光されるパターンの重ね合わせ精度が向上するという効果がある。
【００４０】
図５は、本発明の第４実施例にかかる投影露光装置の概略構成を示す。本実施例は、図４に示す第３実施例の一部を改良したものであり、多くの共通の構成要素を有する。すなわち、本実施例は第３実施例の露光装置に断熱部材６６を付加したものであり、この断熱部材６６によって、投影レンズＰＬからＦＩＡ光学系に向かう温かい空気を遮断するようになっている。なお、上述したように、本実施例は上記第３実施例と共通の構成要素を多く含んでいるため、相違点（断熱部材６６）についてのみ詳細に説明することとする。
【００４１】
図５において、断熱部材６６は、投影レンズＰＬとチャンバー５８との間に配置され、投影レンズＰＬの熱がチャンバー５８の方向に伝播するのを遮断している。すなわち、投影レンズＰＬは露光作業を繰り返すうちに、露光光ＩＬのエネルギーの一部を吸収して温められ、その熱が投影レンズＰＬの鏡筒を伝わってチャンバー５８側に流れるのを遮断する。断熱部材６６の素材としては、図３に示す第２実施例の断熱部材５２，５４，５６と同様に、熱伝導率の低いセラミックスやグラスウール等を用いる。
【００４２】
以上のように本実施例においては、第３実施例と同様にチャンバー５８で囲まれたＦＩＡ光学系の周囲の温度を温度コントローラユニット６０によって制御するのに加えて、断熱部材６６を用いてＦＩＡ光学系に向かう熱を遮断しているため、ＦＩＡ光学系の周囲の温度を一定に保つことができ、アライメント用光の光軸のずれ等の不都合を防止でき、安定したアライメントを行うことが可能となる。
【００４３】
図６は、本発明の第５実施例にかかる投影露光装置の概略構成を示す。本実施例は、図５に示す第４実施例の一部を改良したものであり、多くの共通の構成要素を有する。すなわち、本実施例は第４実施例の露光装置にシャッタ６８及び当該シャッタ６８を駆動するシャッタ駆動部７０とを付加したものである。なお、上述したように、本実施例は上記第４実施例と共通の構成要素を多く含んでいるため、相違点についてのみ詳細に説明することとする。
【００４４】
図６において、シャッタ６８はミラー（プリズム）２８の下方に配置され、シャッタ駆動部７０によって開閉するようになっている。すなわち、ＦＩＡ系によってアライメントを行っている間は、シャッタ駆動部７０の制御によりシャッタ６８を開放し、アライメント光の通路を確保する。一方、アライメントを行っていないとき、すなわち、露光作業を行っている間は、シャッタ駆動部７０の制御によりシャッタ６８を閉じ、ウエハＷ側とＦＩＡアライメントセンサ側との間の熱の伝達を遮断する。ＦＩＡ光学系の一部を構成するミラー（プリズム）２８は、投影レンズＰＬの下側に入り込んだ状態で配置されているため、当該ミラー２８はウエハＷからの熱の影響を受けやすい。すなわち、露光作業を繰り返し行うことによりウエハＷ及びウエハステージＳＴが露光光のエネルギーを吸収して熱を発するため、その熱がミラー２８及び他の光学系を構成する光学部材に達すると、ミラーにおいては反射角度が変化し、アライメント系としての光軸がずれてしまう等の不具合が生じる。本実施例においては、シャッタ６８によってウエハＷ側からアライメントセンサ方向への熱（温められた空気）を遮断できるため、上述した第３及び第４実施例よりも更に効果的な温度制御が可能となる。
【００４５】
シャッタ６８は、ウエハＷ側からアライメントセンサ方向への熱（温められた空気）を遮断するのみならず、その逆にアライメントセンサ側からウエハＷ側への熱の伝達をカットすることができる。チャンバー５８内に収容されたＦＩＡ光学系においては、例えば撮像素子（ＣＣＤ）３４等が発熱源となり得るため、その熱がアライメントセンサ自身のみならず、ウエハＷにも悪影響を与えかねない。そこで、本実施例のようなシャッタ６８を設けることにより、ウエハＷの状態の安定化にも寄与することができる。また、ＦＩＡ系の発熱が投影レンズＰＬに結像状態に影響を及ぼすことを防ぐために、投影レンズＰＬの下部にシャッタを配置することも考えられる。
【００４６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想としての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図１に示した露光装置においてはＬＳＡとＦＩＡの両方の方式のアライメントセンサを用いているが、片方のみを用いた露光装置にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の各実施例が適用可能な投影露光装置の構成及びアライメント装置の構成を示す構成図（正面図）である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【図４】図４は、本発明の第３実施例にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【図５】図５は、本発明の第４実施例にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【図６】図６は、本発明の第５実施例にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【図７】図７は、従来技術にかかる露光装置の概略構成を示す構成図（正面図）である。
【符号の説明】
ＰＬ・・・投影レンズ
Ｒ・・・レチクル
Ｗ・・・ウエハ
１・・・レーザ光源（He-Ne レーザ）
５・・・ミラー
８・・・受光素子
９・・・ＬＳＡ演算ユニット
２０・・・ハロゲンランプ
２５・・・ハーフミラー
２８・・・プリズムミラー
３４・・・撮像素子（ＣＣＤカメラ）
３５・・・ＦＩＡ演算ユニット
４２,５８・・・チャンバー
４４，６０・・・温度コントローラユニット
４８，６４・・・光学系
５０・・・主制御系
５２，５４，５６,６６・・・断熱部材
６８・・・シャッタ
７０・・・シャッタ駆動部
【図１】
0003812015.tif 000002
【図２】
0003812015.tif 000003
【図３】
0003812015.tif 000004
【図４】
0003812015.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003812015.tif 000007
【図７】
0003812015.tif 000008