JPS63224327A

JPS63224327A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPS63224327A
Application number: JP62058657A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、例えば半導体ウェハ上のレジスト層などに対
し必要なパターンの焼き付けを行う投影露光装置にかか
るものであり、特にその焦点合わせ装置の改良に対する
ものである。

（発明の背景）従来のステップアンドリピート方式による投影露光装置
では、一般に半導体ウェハのうち露光されるべき面、す
なわちレジスト層が形成されて光が照射される面倒にア
ライメント用のマークが形成されている。そして、この
マークと、レチクルないしマスクに形成されたアライメ
ントマークとを用いて半導体ウェハとレチクル（ないし
マスク）との位置合わせが行なわれる。

しかしながら、かかるアライメント方式では、ウェハ表
面に塗布形成されたレジスト層を通してアライメントマ
ークを観察することとなるため、明瞭に観察することが
困難となり、結果的にアライメント誤差が増大すること
となる。特に近年においては、集積回路の集積度の向上
に伴って増々パターンが微細化する傾向にあり、かかる
アライメント誤差の低減が要望されるに至っている。

さらにウェハ表面の平坦化が行なわれるにつれて、表面
のマークが検出できなくなる可能性が生じる。

また、かかるアライメントとして、ダイバイダイアライ
メント又はイーチショットアライメントを行う場合には
、レチクル上にアライメント光学系等の装置を設けなけ
ればならない。このため、該装置の光学系が露光用の照
明光を妨げないように、ステップ的に出入れするか、あ
るいはダイバイダイ用のマークを一定の位置に定める必
要がある。

他方、かかるアライメント用の装置を分離すると、各ア
ライメント系間のマツチングを行う必要が生ずる。

（発明の目的）本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アライ
メント精度の向上を図り、アライメント系間のマツチン
グを容易にとることができるとともに、マーク位置の選
択の自由度が高いアライメント装置を有する露光装置を
提供することをその目的とするものである。

（発明の概要）（実施例）以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例について
説明する。第１図には本発明の実施例の全体構成が示さ
れている。この図において、露光対象となるパターンが
形成されたレチクルＲは、レチクルホルダ１に保持され
ており、このレチクルホルダ１はコラム２によって適宜
位置に支持されている。レチクルＲにはアライメント用
のマークｓｘ、ｓｙ、ｓθが各々設けられており、また
、レチクルホルダ１は駆動部３によりコラム２に対して
移動可能に構成されている。

コラム２の下方には、両側又は片側テレセントリックな
投影レンズ４が配置されており、この投影レンズ４のレ
チクルＲと共役となる光学位置にウェハＷが配置されて
いる。

このウェハＷは、ガラスプレート５上に配置されており
、更にガラスプレート５は、θテーブル６によって支持
されている。このθテーブル６は、回転中心６ａを中心
として微小回転可能に構成されており、この駆動はθテ
ーブル駆動部７によって行なわれ、回転角度はθ角度読
み取りエンコーダ８によって読み取られるようになって
いる。前述したガラスプレート５には、適宜位置に光路
長補正手段としてのガラスブロック５Ａが設けられてお
り、その表面には、基準マークＦＭが形成されている。

この部分については後から詳述する。

θテーブル６は、Ｚ方向すなわち上下方向に微動可能な
Ｚテーブル９上に配置されている。このＺテーブル９の
移動は、Ｚテーブル駆動部１１によりＺ方向移動案内ロ
ーラ１０の案内のもとに行なわれるようになっている。

前述したＺテーブル９は、Ｚ方向移動案内ローラ１０を
介してＹステージ１２上に配置されている。このＹステ
ージ１２は、図の紙面と垂直の方向に直進移動可能とな
っており、その駆動はＸステージ駆動部１３によって行
なわれるようになっている。

Ｙステージ１２は、Ｘステージ１４上に設けられている
。このＸステージ１４は、図の左右方向すなわちＺ、Ｙ
方向と各々直交する方向にＸステージ駆動部１５によっ
て移動可能に構成されている。このＸステージ１４は、
定盤ないしコラムベース１６上に配置されている。

このコラムベース１６の上面略中央には、ガラスプレー
ト５との間に投影レンズの方向に向かって対物光学系１
７が固定して設けられている。この対物光学系１７は、
ウェハＷの裏面に形成されたマークを検出するためのも
のである。更に、この対物光学系１７は、ウェハＷがガ
ラスプレート５上にないとき、レチクルＲのマークＳθ
、５ｘ１ＳＹの各投影像も同時観察できるように、投影
レンズ４の光軸ＡＸと同軸に配置されている。

また、コラムベース１６の底側には、対物光学系１７の
視野領域に対応してアライメントセンサ部２０θ、２０
Ｘ（不図示）、２０Ｙを含むアライメント系２０が設け
られている。これらのアライメントセンサ部２０θ、２
０Ｘ、２０Ｙは、各々ウェハＷの裏面に形成されたマー
ク、基準マークＦＭ又はレチクルＲのマークＳθ、ｓＸ
、ＳＹの投影像を光電検出し、これらのマークと所定の
検出中心とのずれを検出するためのものである。このア
ライメント系２０は、定盤すなわちコラムベース１６に
固定されているため、ステージの振動等による影響を受
は難い。このため、精度よくアライメントを行うことが
できる。

次に、前述したＺステージ９上の側部には移動鏡３０が
設けられており、他方、投影レンズ４の鏡筒下部には固
定鏡３１が固定されている。移動鏡３０にはミラー３２
及びビームスプリッタ３３を介して干渉計３４の光が入
射しており、固定鏡３１にはビームスプリッタ３３を介
して干渉計３４の光が入射している。すなわちレーザ光
の発生源を含む干渉計３４の光が移動鏡３０及び固定鏡
３１に各々入射しており、各々の反射光の干渉を利用し
てＹ、Ｘステージ１２．１４によりウェハＷの座標値が
計測されるようになっている。

また、前述したアライメントセンサ部２０θ、２０Ｘ、
２０Ｙは、各々アライメント処理部４０に接続されてい
る。このアライメント処理部４０は、アライメントセン
サ部２０θ、２０Ｘ、２０Ｙからのアライメント信号に
基づいてウェハＷのθ、ｘ、ｙ方向の位置補正量を決定
するとともに、観察したマークやパターンのコントラス
トに基づいて焦点検出のための演算処理も行なう。

さらに本実施例では露光時にウェハＷの表面を投影レン
ズ４の結像面（レクチルＲと共役な面）と一致させるた
めに使われる斜入射光式焦点検出装置が設けられる。こ
れは公知のように、スリット像等をウェハＷの表面に斜
めに投影する投光部４５と、このスリット像のウェハＷ
での反射光を定位置で受光する受光部４６と、受光した
スリット像反射光を光電検出して、投影レンズ４の光軸
ＡＸの方向に関するウェハＷの位置に応じた焦点検出信
号を出力する焦点検出系４７とで構成される。

次に、上述した駆動部３、θテーブル駆動部７、角度読
取エンコーダ８、Ｚテーブル駆動部１１、Ｙステージ駆
動部１３、Ｘステージ駆動部１５、干渉計３４及びアラ
イメント処理部４０はいずれも主制御装置５０に接続さ
れている。この主制御装置５０は、（ａ）　　レチクルＲのアライメントの際の駆動部３の
制御、（ｂ）　　ウェハＷのグローバルアライメントの際のθ
テーブル駆動部７、角度読取エンコーダ８、Ｙステージ
駆動部１３、Ｘステージ駆動部１５、干渉計５４による
制御、（Ｃ）１回の露光ショット毎のアライメント（所謂ダイ
・パイ・ダイアライメント）の際のＺテーブル駆動部１
１、Ｙステージ駆動部１３、Ｘステージ駆動部１５、干
渉計３４、アライメント処理部４０による制御、（ｄ）　　レチクルＲとウェハＷとの絶対的な焦点合わ
せやキャリブレーションの際のＺテーブル駆動部ｌｌ、
斜入射焦点検出系４７及びアライメント処理部４０によ
る制御、ｔどを統括するものである。

第２図には、ウェハＷ上におけるレチクルＲ上のマーク
５ｘＳｓｙ、ｓθの投影像の一例が示されている。この
図において、内側の枠は小さなショットサイズＳＳを示
し、外側の枠は大きなショットサイズＬＳを表わす。な
お、ショットサイズは、露光すべき１つのパターンのサ
イズである。いずれもショット中心ないしレチクル中心
ＳＣを合わせて表されている。

マーク像ｓｘｓ、ｓｙｓ、ｓθＳは、ショットサイズＳ
ＳにおけるレチクルＲのマークＳＸ、５ＹＳＳθの投影
像であり、マーク像ＳＸＬ、ＳＹＬ、ＳθＬは、ショッ
トサイズＬＳにおけるレチクルＲのマーク５ｘＳｓｙ、
ｓθの投影像である。

この図におけるｘ、ｙ座標は、ウェハステージ上におけ
る走り座標である。

次に第３図を参照しながら、第１図し示したガラスプレ
ート５のガラスブロック５Ａと基準マークＦＭ（フィデ
ューシャルマーク）について説明する。

ガラスブロック５Ａは、ガラスプレート５に設けられる
がその位置は、ウェハ載置面以外のところであり、この
ガラスブロック５Ａの表面高さは、ガラスプレート５上
に配置されたウェハＷの表面ないし露光面の高さにほぼ
一致している。基準マークＦＭは、かかるガラスブロッ
ク５Ａ上にクロム等の材料で形成されている。

第３図において、ガラスブロック５Ａは円形の平面を有
しており、第２図に示したウェハＷの走り座標ｘ、ｙに
対応して１組の基準マークＦＭｘ、ＦＭＶ及びフォーカ
スチェック用の格子状パターンＦＣｘ、ＦＣｙが各々形
成されている。基準マークＦＭｘは、ｙ方向に延びた平
行な２本の線から成っており、基準マークＦＭｙは、Ｘ
方向に延びた平行な２本の線から成っている。

尚、ガラスブロック５Ａは、本実施例の斜入射焦点合わ
す装置が組み込まれている場合は、ガラスプレート５を
上下動できるため、投影レンズ４の結像面と正確に一致
させることができる。

次に、第４図を参照しながら、アライメントセンサ部２
０Ｘ、２０Ｙ、２０θの構成について詳細に説明する。

なおいずれも同様の構成であるので、アライメントセン
サ部２０Ｙ、２０θを代表して説明する。

対物光学系１７の結像面ＦＰ、は、第１図に示すように
、ウェハＷの裏面と一致しており、この結像面ＦＰｏ　
　（又はこれと共役な位置）の物体Ｐ１、Ｐ２は対物光
学系１７を介することにより像面ＦＰ、上に像Ｐｌ゛、
Ｐ２“として結像する。

物体ＰＩ、Ｐｇとしては、ウェハＷの裏面に形成された
マーク、基準マークＦＭｘ、ＦＭｙ、ＦＣｘ、ＦＣｙあ
るいは第２図に示したマークＳＹＬ、ＳＹＳ、ＳθＬ、
ＳθＳが各々対応する。これらの像Ｐ１°、ｐ、ｌは、
光源２０５ａ、２０５ｂからの光（例えば露光光と同一
波長）によって形成される。

光源２０５ａ、２０５ｂからの光は、シャッタ２０４ａ
、２０４ｂを介してレンズ系２０３ａに入射する。そし
て更に、ハーフミラ−２０２ａ及び第１対物レンズ２０
１　ａ　（２０ｌ　ｂ）を通過した後、ミラー２００　
ａ　（２００ｂ）によって光軸がテレセントリックな対
物光学系１７の方向に曲折されるようになっている。曲
折された光は、対物光学系１７を透過後、結像面Ｆ　Ｐ
　ｏにある物体Ｐ１、Ｐ２によって反射され、再び対物
光学系１７を透過後、ミラー２００　ａ　（２００ｂ）
に入射する。そしてミラー２００　ａ　　（２００ｂ）
により光軸が曲折されて第１対物レンズ２０１ａ（２０
１ｂ）を通過し、ハーフミラ−２０２ａにより反射され
る。反射された光は、合焦用に矢印ＡＹ方向に可動なレ
ンズ２０６ａにより窓ＡＰＹ　（ＡＰθ）を有するアパ
ーチャプレート２０７ａ　　（２０７ｂ）上に結像し、
再び結像レンズ２０８ａによってリレーされて、テレビ
カメラ２０９ａ（２０９ｂ）の撮像面に結像するように
なっている。

これらのうち、ミラー２００　ａ　　（２００ｂ）と第
１対物レンズ２０１　ａ　（２０ｌ　ｂ）とは、全体が
一体として像面ＦＰ、に沿った方向にアライメント時を
除いて移動可能となっている。これは、第２図に示した
ショットサイズＬＳ、ＳＳの変更に伴って行なわれる操
作である。また、アパーチャプレート２０７ａ　　（２
０７ｂ）の窓ＡＰＹ　（ＡＰθ）は、アライメントセン
サ部２０Ｙ（２０θ）の検出中心を規定するものである
。この窓ＡＰＹ（ＡＰθ）の位置と、物体Ｐ２　（ＰＩ
）の位置と、像Ｐ２”（ｐ、’）の位置はいずれも共役
となっており、また、窓ＡＰＹ　（ＡＰθ）とテレビカ
メラ２０９　ａ　　（２０９ｂ）の受光面の位置も共役
となっている。

以上の各部により、アライメントセンサ部２０Ｙ、２０
θが構成されている。アライメントセンサ部２０Ｘにつ
いても同様である。

また上記アライメントセンサ部２０Ｙ、２０Ｘの夫々は
レチクルＲに設けられたパターン、基準パターンＦＣｘ
、ＦＣｙ等を検出して、それらパターンのコンストラス
トに基づいて、レチクルＲの正確な結像面（絶対的な結
像面）ＦＰ、をチェックするためにも使われる。さらに
ウェハＷの裏面に形成されたマークパターンを検出する
アライメントに際して、極力ボケないようにアライメン
ト信号（画像信号）を取り込むようにする。このため本
実施例ではこれらアライメントセンサ部２０Ｙ、２０Ｘ
が本発明の第２の位置検出手段に相当する。

次に第５図を参照しながら、第４図において説明した結
像面ＦＰ０におけるマークの配置例について説明する。

この図は、ウェハＷをガラスプレート５上から除いたレ
チクルＲ上のショットサイズＬＳのマークＳＸ、ＳＹ、
Ｓθを投影したものである。

第５図において、ウェハステージの走り座標に対応する
ｘｙ座標系の中心は、対物光学系１７の光軸ＡＸと一致
している。すなわち、ｘｙ座標系に対して対物光学系１
７は固定されており、ガラスプレート５あるいはウェハ
Ｗの移動があってもそれとともに原点が移動するもので
はない。

対物光学系Ｉ７の視野であるイメージフィールドＩＦ内
には、第２図において説明したように、レチクルＲのマ
ークｓｘ、ｓｙ、ｓθに対応する像ＳＸＬ、５ＹＬＳＳ
θＬがあり、アライメントが良好に行なわれている場合
には、これらの像ＳＸＬ、ＳＹＬ、ＳθＬがアライメン
トセンサ部２０Ｘ、２０Ｙ、２０θの検出窓ＡＰＸ、Ａ
ＰＹ。

ＡＰθの各々の中心にくる。そしてステージ１２．１４
等を移動させると、基準マークのうちシヨ・７トサイズ
ＬＳに対応する基準マークＦＭｘ、ＦＭｙの一部も各々
像ＳＸＬ、ＳＹＬを中心に挟むように配置することがで
きる。またレチクルＲの各マークｓｙ、ｓθ、ＳＸの近
傍には、フォーカスチェック用の格子状パターンＲＦＣ
が形成され、これも窓ＡＰＸＳＡＰＹ、ＡＰθの各々の
内側で同時に観察される。

さらに本実施例では、第６図（ａ）に示すようにウェハ
Ｗの裏面には表面の各ショット６１域Ｅに対応して、放
射方向に伸びた直線状のアライメントマークｗｘ、ｗｙ
、ｗθが予め形成される。これらマークｗｘ、、ｗｙ、
ｗθは第５図に示したレチクルＲ上のマークＳＸ、ＳＹ
、Ｓθの投影像ＳＸＬ、ＳＹＬ、ＳａＬの配置と一致す
るように設けられる。そしてこれらマークｗｘＳｗｙ、
ｗθの夫々に付随して、ウェハＷのショット領域Ｅに対
するフォーカスチェック用の格子状パターンＷＦｃも形
成され、これらパターンＷＦ、ｃもアライメントセンサ
部２０Ｘ、２０Ｙ、２０θの各検出窓ＡＰＸ、ＡＰＹ、
ＡＰθ内で観察される。

次に第７図のフローチャート図を参照して本実施例の動
作について説明する。尚、本実施例においては、第６図
（ｂ）に示したようにウェハＷの裏面には予め各ショッ
ト領域Ｅに対応してアライメントマークｗｘ、ｗｙ、ｗ
θとフォーカスチェック用のパターンＷＦｃが形成され
ているものとする。また第７図のフローチャート図は主
に斜入射焦点検出系の絶対値キャリブレーションの動作
を示している。

まずレチクルＲは所定位置にセットされ、ウェハＷがス
テージ上にない状態で、対物光学系１７、アライメント
系２０により第５図に示したように位置決めされる。次
にガラスプレート５のガラスブロック５Ａが投影レンズ
４の視野内に移動され、フォーカスチェック用の基準パ
ターンＦＣＸ、Ｆｃｙが対物光学系１７を介してアライ
メント系２０で観察できるように位置決めされる（ステ
ージ１００）。そしてレチクルＲに設けられたフォーカ
スチェック用の基準パターンＲＦｃと基準パターンＦＣ
ｘＳＦＣｙとが検出窓ＡＰＹ、ＡＰＸ内で互いに重畳し
て位置しないようにウェハステージ１２．１４によって
位置決めする（ステップ１０１）。このときの状態は第
８図に示すようになる。第８図はｙ方向用のアライメン
トマークＳＹ、基準マークＦＭｙの配置についてのみ示
すが、マークＳＹに付随したパターンＲＦｃ、基準パタ
ーンＦＣｙの配置についても同様である。ここでまずレ
チクルＲ上のパターンＲＦｃを撮像するテレビカメラ２
０９ａからの画像信号に基づいて、パターンＲＦｃの投
影レンズ４による投影像が最もコントラスト良くなるよ
うにレンズ系２０６ａを光軸方向に移動させる。そのよ
うなパターンＲＦｃ　（格子状）からコントラストに基
づいてアライメント系自体の合焦動作を行なうことは、
例えば特開昭６０−１０１５４０号公報に開示されてい
る通りである。ところでこの際、レチクルＲのパターン
ＲＦｃを照明しなければならないが、その方法は２通り
ある。１つは第４図中のシャッター２０４３を開いて光
源（レーザ光源、又はオプチカルファイバー）２０５ａ
を利用する系であり、もう１つは第８図に矢印で示した
ようにレチクルＲの全面又はマーク部のみを照明する露
光光ＬＢを利用する系である。光源２０５ａを利用する
場合は、パターンＲＦｃ、基準パターンＦＣｙの夫々か
らの反射光をテレビカメラ２０９ａで受光することにな
り、露光光ＬＢを利用する場合はパターンＲＦＣ％基準
パターンＦＣｙの夫々からの透過光を受光することにな
る。このようなコントラストによる焦点検出では、検出
精度やＳ／Ｎ比の点で透過照明を利用することが望まし
い。以上のようにしてレンズ系２０６ａによるパターン
ＲＦＣとテレビカメラ２０９ａ　　（すなわち窓ＡＰＹ
）との合焦動作が完了したら、基準パターンＦＣｙにつ
いても同様にフォーカスチェックを行なう（ステップ１
０２）。基準パターンＦＣｙはＺステージ９により光軸
ＡＸに沿って上下動するので、駆動部１１を作動させて
、基準パターンＦＣｙのコントラストが最大になるよう
にＺステージ９の高さ位置を調整する。

以上により、レチクルＲのパターン結像面（Ｆｐｏ）は
、精密に基準パターンＦＣｙの存在するガラスブロック
５Ａの表面と一致することになり、絶対的な焦点合わせ
が完了する。さてその状態でガラスブロック５Ａの表面
には斜入射焦点検出系（投光部４５、受光部４６等）か
らのスリット像が斜めに投影されているため、ブロック
５Ａの表面（基準パターン面）の高さ位置は焦点検出部
４７で同時に検出されることになる（ステップ１０３）
。そこでそのときの基準パターン面の位置を検出部４７
で検出し、その位置をオフセｙトＷｋとして記憶する（
ステップ１０４）。斜入射焦点検出系はウェハＷの表面
又はブロック５Ａの表面の高さ位置のみしか検出できず
、この焦点検出系で合焦と判断されたとしても、それが
正確に投影レンズ４の結像面と一致しているか否かは十
分に保証されていない。従って、もしオフセント量が零
であるならば、結像面と合焦検出位置とは一致している
ことになる。

以上の動作により斜入射焦点検出系のキャリブレーショ
ンが終了するが、検出されたオフセント量が過度に大き
い場合は、斜入射焦点検出系のスリット像送光路又は受
光路中に設けられた平行平面ガラスの角度を調整して合
焦検出位置を光軸ＡＸに沿って補正し、再度ステップ１
０３．１０４を実行すればよい。また平行平面ガラスの
角度設定精度が十分にあるならば、この平行平面ガラス
の角度の調整により、ステップ１０２が完了した状態で
基準パターン面が合焦として判断されるように補正して
しまってもよい。

次に実際のステップアンドリピート方式による露光動作
時には、−例として次のステップ１０５〜１０９のよう
なシーケンスをとることができる。

まずウェハＷを保持したＸ、Ｙステージ１２．１４を設
計値に基づいてステッピングさせ、レチクルＲの回路パ
ターン領域とウェハＷ表面のショト領域とを位置合わせ
する（ステップ１０５）。この際、ウェハＷのグローバ
ルアライメントが完了しているものとすれば、そのステ
ッピングのみによる位置合わせは１μｍ以内で達成され
る。このためアライメントセンサ部２０Ｘ、２０Ｙ、２
０θの各検出窓ＡＰＸ、ＡＰＹ、ＡＰθのそれぞれには
、ウェハＷ裏面に形成されたマークＷＸ、ＷＹＳＷθの
像が形成される。このときマークＷＸ、ＷＹ、Ｗθに対
する照明は、光源２０５ａ、２０５ｂによって行なうの
で、シャッター２０４ａ。

２０４ｂが開放される。この状態は第９図に示すように
なり、対物光学系１７はガラスプレート５を介してマー
クＷＹのみを観察しているように示したが、対物光学系
１７自体はマークｗｙ、ｗｘ、Ｗθを同時に像面ＦＰ、
に結像する。もちろん、マークｗｙ、ｗｘ％Ｗθに付随
したフーカスチェソク用のパターンＷＦｃの像も各検出
窓ＡＰＸ。

ＡＰＹ、ＡＰθ内に形成される。また第８図のようにガ
ラスブロック５Ａの表面と像面ＦＰ、とを共役にした状
態で、ガラスプレート５を水平に移動させて第９図のよ
うにした場合、像面ＦＰ、と共役な面はガラスプレート
５の表面、すなわちウェハＷの裏面になるように定めら
れている。

さて、第９図のような状態でアライメントマークの検出
を行なうに先立って、パターンＷＦｃを検出しているウ
ェハＷ裏面とテレビカメラ２０９ａ（２０９ｂ）の盪像
面との合焦状態をチェックする（ステップ１０６）。こ
こでもパターンＷＦＣが明暗のコントラスト像として最
も良好に観察されるようにレンズ系２０６ａ　　（２０
６ｂ）　を位１［１整する。パターンＷＦｃに対する合
焦動作が完了したら、各マークｗｘ、ｗｙＳｗθと、窓
ＡＰＸ、ＡＰＹ、ＡＰθとの位置ずれ量を画像信号に基
づいて求め、そのずれ量が零になるようにＸ、Ｙステー
ジ１２．１４の位置を微動させる（ステップ１０７）。

そして斜入射焦点検出系によりウェハ表面の高さ位置を
検出し、記憶したオフセット量（零値も含む）分だけ２
ステージ９の高さ位置を補正して、レチクルＲの回路パ
ターン像をウェハＷの表面に合焦させる（ステップ１０
６）。これによりウェハＷ上の１つのショット右頁域Ｅ
に対する露光が行なわれ（ステップ１０８）、ウェハＷ
上の全面についての露光が終了していなければ、ステッ
プ１０９での判断により先のステップ１０５から同様の
動作が繰り返される。

以上、第７図に示したシーケンスでは各ショット領域毎
に露光直前にマーク位置の検出動作が行なわれたが、ウ
ェハＷの裏面のいくつかのマークのみを予め検出して、
ウェハＷ表面のショット配列を推定して、ステッピング
時のショットアドレス設計値に補正を加えておくように
してもよい。

この方法によれば各ショット領域への露光時にはアライ
メントマークの検出動作が不要となるので、スルーブツ
トの点で有利である。

次に本発明の他の実施例による焦点合わせシーケンスに
ついて第１０図、第１１図を参照して説明する。第１０
図に示すように例えばウェハＷとガラスプレート５との
間に微小なゴミ（例えば１〜５μｍ程度）ＰＴがはさま
ると、ウェハＷはブレート５に対して反ったものとなる
。この場合でも先の実施例によればアライメント時にア
ライメント系２０の合焦動作によりレンズ系２０６ａが
調整されるので、マークＷＹの像は窓ＡＰＹ中に合焦し
て形成される。すなわちマークＷＹの共役像面はＦＰ、
からＦＰ、’に変化し、像面ＦＰ、°中の点Ｐ２゛にマ
ークＷＹの像が形成される。しかしながら、本実施例の
アライメント系２０の焦点検出方式は格子状パターンＷ
　Ｆ　ｃのコントラスト変化をみるものであるため、そ
の合焦検出動作に時間がかかるといった問題もある。特
に第１０図のようにゴミＰＴがはさまると、その近傍で
は大きなデフォーカス状態におちいり、合焦動作にも時
間を要することになる。

そこで本実施例では、斜入射焦点検出系による合焦動作
時の調整量に基づいて、アライメント系２０のレンズ系
２０６を調整するようにした。このようにすると、ウェ
ハＷの大きなそりやうねりに対しても高速な合焦動作が
可能となる。

まず第１Ｏ図に示すようにＺステージ９を上下動させる
駆動部１１から、Ｚステージ９（ガラスプレート５）の
移動量を検出してモータ１５１を作動させるための制御
部１５０を設ける。モータ１５１はレンズ系２０６ａを
矢印ＡＹ方向に移動させるものである。この装置による
動作は第１１図のフローチャート図に示されるように実
行される。まずガラスブロック５Ａを用いて斜入射焦点
検出系をキャリブレーションした後（第７図のステップ
１０４完了時）に、制御部１５０はＺステージ９の高さ
位置をイニシャル値として記憶する（ステップ１６０）
。そして実際のアライメント時（又は露光時）には、斜
入射焦点検出系からのスリット像投影光ＬＦをウェハＷ
の表面に照射し、その反射光ＬＦ’を光電検出し、第１
図の焦点検出部４７により合焦と判断されるまでＺステ
ージ９を移動させ、制御部１５０は移動完了時のＺステ
ージ９の高さ位置を読み取り、イニシャル値からの移動
量ΔＺを記憶する。第１θ図では面ｐｗ、において焦点
検出部４７は合焦と判断するが、もしゴミＰＴがなくウ
ェハＷの表面がプレート５と密着していれば面ＰＷｚに
おいて合焦と判断される・。すなわちゴミＰＴによるそ
りによって面ＰＷ、と面ＰＷＩとの差ΔＺだけイニシャ
ル値からずれて合焦と検出されることになる。

次にΔＺが予め定められた許容量ＤＣよりも大きいか否
かが判断され（ステップ１６２）、大きい場合はΔＺが
窓ＡＰＹ側で補正されるようにレンズ系２０６ａをモー
タ１５１で移動させる（ステップ１６３）。

上記許容量ＤＧは、例えばアライメント系２０のテレビ
カメラ上で許容されるパターンのボケ量や、ウェハＷの
厚みムラ（テーパ）の量等に応じて決定される。

次に、アライメント系２０の画像信号に基づいて、さら
に精密なフォーカスチェックが行なわれる（ステップ１
６４）。ただし、このステップ１６４は省略してもよい
。

本実施例によれば、露光されるべきウェハＷ表面に対す
る合焦動作により調整されたＺステージ９の移動量に応
じて、ウェハＷの裏面を観察するアライメント系２０の
焦点調整を自動的に行なうようにしたので、アライメン
ト系２０による画像信号に基づいて焦点検出を行なうこ
とが省略可能となり、極めて高速な焦点合わせ、アライ
メントが達成できる。尚、ステップ１６０のイニシャル
セットの動作は、例えばウェハＷの中心部において斜入
射焦点検出系で合焦となるようにＺステージ９を位置決
めし、パターンＷＦｃによるコントラスト検出が最良と
なるようにレンズ系２０６ａを調整した状態で、Ｚステ
ージ９の高さ位置をイニシャル値として記憶してもよい
。

（発明の効果）以上本発明によれば感光基板の表面に対する焦点検出系
と、感光基板の裏面に対する焦点調整系とを有し、相互
にキャリブレーションが行なわれるので、感光基板の裏
面にアライメント用のマークを形成した場合でも、常に
正確なマーク検出ができ、アライメント精度を低下させ
ることがないといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図、第２図はレチクル上の各パターンの投影位置の配
置を示す平面図、第３図はガラスブロック５Ａ上の基準
マーク、基準パターンの配置を示す平面図、第４図はア
ライメントセンサ部の構成を示す図、第５図は対物光学
系の像面で観察されるレチクルの各パターンの配置を示
す図、第６図はウェハ裏面のアライメントマークの配置
と、その拡大した配置とを示す図、第７図は第１の実施
例によるキャリブレーション動作を説明するフローチャ
ート図、第８図はキャリブレーション時の様子を示す図
、第９図はアライメント時の様子を示す図、第１０図は
第２の実施例による構成を示す図、第１１図は第２の実
施例による焦点合わせの動作を説明するフローチャート
図である。（主要部分の符号の説明）Ｒ・・・レチクル、　　　　　Ｗ・・・ウェハ、４・・
・投影レンズ、　　　　５・・・ガラスプレート、５Ａ
・・・ガラスブロック、９・・・Ｚステージ、１７・・
・対物光学系、　２０・・・アライメント系、４５．４
６．４７・・・斜入射焦点検出系、２０６ａ・・・合焦
用のレンズ系、２０９ａ、ｂ・・・テレビカメラ。

Claims

【特許請求の範囲】所定のパターンを有するマスクを照明し、該パターンの
像を投影光学系を介して感光基板の表面に投影露光する
装置において、前記感光基板の裏面には予め位置合わせ用のマークが形
成され、該マークが形成された裏面を保持するように前
記感光基板を載置する透明な保持手段と；前記投影光学
系の光軸方向に関して前記感光基板の表面位置を検出す
る第１の位置検出手段と；前記感光基板の裏面に形成さ
れたマークを前記透明な保持手段を介して検出し、前記
投影光学系の光軸方向に関して前記感光基板の裏面位置
を検出する第２の位置検出手段と；前記第１位置検出手
段と第２位置検出手段とを対応付けるために、前記保持
手段の透明部に形成された基準パターン部材とを備えた
ことを特徴とする投影露光装置。