JP2546319B2

JP2546319B2 - 投影型露光装置

Info

Publication number: JP2546319B2
Application number: JP63042793A
Authority: JP
Inventors: 英夫水谷; 晋森; 哲男菊池
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH01216528A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体製造過程において用いられる露光装
置に関し、特にフォトマスクのパターンをウエハ上に投
影転写するための投影型露光装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の投影型露光装置のなかには、例えば第
５図（特開昭62−215230号公報）に示されているよう
に、レンズ１を通過する露光光は、光路上に傾斜して設
けられたダイクロイックミラー２にて反射し、投影レン
ズ４の上下に配置されたマスク３とウエハ５との位置を
アライメントするためのアライメント光は、そのダイク
ロイックミラー２を透過するように構成された装置が公
知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記公知の露光装置においては、非点
収差と同時に発生する非対称収差をも補正してアライメ
ント精度を確保する必要があり、第５図に示すように、
平行平面板のダイクロイックミラー２と同じ厚さと屈折
率の平行平面の補正板６〜８を光軸に対して傾斜して挿
入しなければならない。そのためダイクロイックミラー
を用いた第５図の如き従来の構成においては、ダイクロ
イックミラー２と補正板６との組合わせにより非対称収
差（コマ収差）を取り除き、そのダイクロイックミラー
２と補正板６との組合わせと同様な一対の補正板７と８
を光軸を軸として90゜回転させて配置することにより、
非点収差を補正している。これによつて、非点収差と共
に非対称収差（コマ収差）も補正される。しかし、補正
板６〜８の挿入によつてアライメント用対物レンズ９の
作動距離を大きくする必要がある。そのため、アライメ
ント用対物レンズ９の焦点距離を長くしなければなら
ず、結果として装置全体が大型化する欠点があつた。し
かも受光素子11を含むアライメント光学系６〜11がダイ
クロイックミラー２より上方に配置されているため、重
心が高くなり、アライメント光学系がウエハ５のステッ
プ移動の際の機体の振動を受け易くなり、位置合わせの
精度が低下する等の欠点があつた。

また、ダイクロイックミラー２の代わりに、ダイクロ
イックプリズムを使えば上記の問題はなくなるが、ダイ
クロイックプリズムの性能は原理的にダイクロイックミ
ラーより劣り、しかもマスク上の露光領域を覆うために
大きなプリズムブロックを必要とし、製造上も重量にお
いても不利になるという欠点がある。

従つて本発明は、従来装置の上記問題点を解決し、光
路中に傾斜して設けられたダイクロイックミラーの如き
平行平面板による収差の悪影響を除き、しかもアライメ
ント光学系の重心が低く、装置全体がコンパクトに構成
された投影型露光装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、投影露光のた
めにマスク上のパターンを照明する照明光学系と、マス
ク上のパターンの像をウエハ上に形成する投影光学系
と、露光光とは異なる波長のアライメント光によりマス
クとウエハとのアライメント状態をその投影光学系を通
して検出するためのアライメント光学系と、マスクに対
して投影光学系とは反対側の照明光路上に露光光を透過
させ前記アライメント光を反射させる平行平面板のビー
ムスプリッターとを設けると共に、パターンの照明領域
を制限するために照明光路上に設けられ且つ四辺形の開
口を有する視野絞りの直交する２辺を、ビームスプリッ
ターの光透過によつて生じる非点収差を補正するように
光軸方向に互いにズラして配置することを上記の課題を
解決するための手段とするものである。

〔作用〕

マスク（26）とウエハ（28）とをアライメントするた
めのアライメント光学系（30〜33）は、ビームスプリッ
ター（25）によつて反射転向される光路上に配置されて
いるため、アライメント精度に悪影響を及ぼすような収
差が発生する恐れは無い。従つて、アライメント精度を
向上させることができる。一方、マスク（26）の照明領
域は、リレーレンズ（23）に関してマスク（26）と共役
な位置に置かれた視野絞り（22）によつて制限される。
この場合、マスク（26）を照明する露光光は、ビームス
プリッター（25）を透過するため、特に非点収差が顕著
に発生する。この非点収差による悪影響は、従来技術の
ような補正板を用いることなく、四辺形の開口を有する
視野絞り（22）の直交する２辺（22aと22b）を非点収差
分だけ光軸方向に互いにズラして配置することによつて
除かれる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく
説明する。

第１図は本発明の実施例を示す光学系の配置図であ
る。露光用光源（フライアイレンズ等の２次光源を含
む）20からの光は、コンデンサーレンズ21を介して視野
絞り22を照明する。この視野絞り22を通過した光は、リ
レーレンズ23を通り、ミラー24にて下方へ反射され、更
にダイクロイックミラー25を透過した後、マスク26を照
明する。この露光光で照明されたマスク26上のパターン
の像は、投影レンズ27によつてウエハ28上に形成され
る。この場合、視野絞り22はマスク26の照明領域を明確
に制限するために、リレーレンズ23によつてマスク26の
パターン面上に結像される。

一方、露光光とは異なる波長のアライメント光は、ア
ライメント用光源30から射出され、ビームスプリッター
32で反射された後、アライメント用対物レンズ31によつ
てマスク26上に集束される。その際、アライメント用対
物レンズ31を透過した光は、ダイクロイックミラー25に
よつて反射される。マスク26上に集束された光は、更に
投影レンズ27を介してウエハ28上に再び集束される。こ
のアライメント光で照明されたマスク26とウエハ28上の
パターンからの反射光は、ダイクロイックミラー25にて
反射され、アライメント用対物レンズ31及びビームスプ
リッター32を介して光電変換素子33に導かれ、この光電
変換素子33からの出力信号に基づいてマスク26のアライ
メントやマスク26とウエハ28とのアライメントが行われ
る。

さて、露光領域を制限する視野絞り22は、光軸に対し
て斜めに置かれた平行平面板のダイクロイックミラー25
を透過して、マスク26上に結像されることになる。とこ
ろで、平行平面板を斜めに透過する光が平行光束の場合
は収差が発生することは無いが、その透過光が収斂又は
発散光束の場合には非点収差や非対称収差（コマ収差）
が発生する。特に非点収差による悪影響が著しく、メリ
ヂオナル（ｍ）像とサジタル（ｓ）像との中間にピント
を振り分けると、焦点ずれによるボケが非常に大きくな
る。

平行平面板の厚さをｄ、屈折率をｎ、入射光線とのな
す角をθとすると、その非点収差の量ｐは一般に次の式
で表される。

ただし、sinθ＝nsinθ′ 第１図の実施例では、紙面に平行な面をｍ像面とし、
その紙面に垂直な面をｓ像面とすると、ｍ像点（ｍ像面
内にある光線の結像点）は、ダイクロイックミラー25が
あるために、ｓ像点（ｓ像面内にある光線の結像点）に
比べて正の方向、つまり投影レンズ27の方向に（１）式
に従って離れて結像することになる。

具体的な値を示すと、例えば、ダイクロイックミラー
25の厚さを5mm、屈折率を1.5、θ＝45゜とすると、非点
収差量ｐはｐ＝1.35mmとなる。リレーレンズ23による
視野絞り22の結像光のNA（開口数）を0.1とすると、波
長436nmでの焦点深度は0.022mmなので、この非点収差量
は焦点深度の60倍以上となり、幅で約140μｍと非常に
ボケた像になつてしまう。また、非点収差と同時に非対
称収差（コマ収差）がｍ像面内で発生するが、この非対
称収差はあまり大きくなく、横収差で３〜５μｍ程度で
ある。

この非対称収差（コマ収差）の量は、極めて厳密な精
度が要求されるアライメント光学系においては許容し難
い量である。しかし、視野絞り22によってマスク26の照
明領域を制限する露光用照明光学系においては、一般に
は無視できる量である。そこで本発明においては、第１
図に示す様にアライメント対物レンズ31を通るアライメ
ント光束はダイクロイックミラー25で反射し、視野絞り
22を通る照明光束が、そのダイクロイックミラー25を透
過することによつて発生する非点収差の量は、視野絞り
22の開口を構成する互いに直交する辺22aと22bとを光軸
方向でそれぞれ異なつた位置にズラして置くことによつ
て消去（補正）される。

第２図は視野絞り22の平面図、第３図は断面図であ
る。視野絞り22の開口を四辺形に形成する互いに直交す
る辺22aと22bとは、非点収差量に対応する量ΔＳだけ光
軸方向に互いに離れて配置されている。この間隙ΔＳ
は、ダイクロイックミラー25の厚さと設置される傾き角
及び視野絞り22のマスク26への結像倍率のみに関係し、
画角には無関係である。従つて、視野絞り22を光軸に垂
直な方向に変位させ、あるいは開口の大きさを変えて
も、間隙ΔＳは一定の値でよい。また、視野絞り22の開
口を形成する辺22aと22bとの前後関係は、平行平面板の
傾斜による非点収差発生の関係から、ダイクロイックミ
ラー25の面の法線と光軸とを含む面（紙面に平行な面）
に垂直な方向の辺をリレーレンズ23から遠くに置くよう
にすればよい。第１図の例では、紙面に垂直なｍ像面の
辺、つまり辺22bを辺22aより遠くに置けばよい。

また、視野絞り22のマスク26への結像倍率をβとする
と、辺22aと22bとの間隔ΔＳは、（１）式を用いて、となる。

例えば、ダイクロイックミラー25の厚さｄ＝5mm,屈折
率ｎ＝1.5,入射光線とのなす角θ＝45゜，結像倍率β＝
４とすると、ΔＳ＝0.084mmとなる。

この量ΔＳだけ離して置けば、辺22a.22bがそれぞれ
光軸と垂直な平面内で平行移動しても、非点収差量は常
に補正されている。またコマ収差は残るが、補正しない
場合の非点収差量と比べて遥かに小さいので問題は無
い。

どうしてもコマ収差まで補正しなければならない場合
には、第４図に示すようにダイクロイックミラー25と直
交する方向に補正板29を挿入すればよい。この場合に
は、ダイクロイックミラー25と補正板29との合計の厚さ
によつて生じる非点収差量だけ、視野絞り22の２辺の間
隙ΔＳを調整して補正すればよい。こうすれば、第５図
に示すようなコマ収差の補正板７及び８を省略すること
ができる。

また、視野絞り22の開口を可変にする場合には、２辺
の間に適当な間隙ΔＳを必要とする。この場合には、そ
の間隙に見合つた平行平面板（ダイクロイックミラー25
を含む）を像側に入れることにより、可変視野絞りの２
辺の間隙ΔＳによる像側での影響を除くことができる。

なお、上記の実施例においては、ビームスプリッター
としてアライメント光を反射し、露光照明光は透過する
ダイクロイックミラーを用いたが、ダイクロイックミラ
ーの代わりに平行平面板の半透過ミラーを用いても差し
支えない。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によれば、アライメント用の光はマ
スクの上方に斜設された平行平面板のビームスプリッタ
ーで反射させ、マスクを露光照明する照明光はそのビー
ムスプリッターを透過するように構成し、更にその透過
によつて生じる非点収差は、マスクの照明領域を制限す
る視野絞りの開口を形成する互いに直交する２辺の間に
間隙を持たせることによつて補正するように構成したか
ら、照明光路上に収差補正板を斜設する必要が無く簡単
な構成で非点収差の補正が可能となる。更に装置全体の
高さが低くなり、コンパクトで振動に強く、しかも高い
アライメント精度が得られる等の効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光学系の概略配置図で、
第２図は本発明の要部をなす視野絞りの平面図、第３図
は第２図に示す視野絞りの断面図、第４図はコマ収差補
正用補正板の挿入されたダイクロイックミラー部の光学
系配置図で、第５図は従来装置の光学系配置図である。（主要部分の符号の説明） 20……露光用光源（照明光学系） 21……コンデンサーレンズ（照明光学系） 23……リレーレンズ（照明光学系） 24……ミラー（照明光学系） 25……ダイクロイックミラー（ビームスプリッター） 27……投影レンズ（投影光学系） 30……アライメント用光源（アライメント光学系） 31……アライメント用対物レンズ（アライメント光学
系） 32……ビームスプリッター（アライメント光学系） 33……光電変換素子（アライメント光学系） 22……視野絞り 26……マスク 28……ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−51827（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−165917（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−151（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを露光照明する照明光
学系と、前記パターンの像をウエハ上に形成する投影光
学系と、露光光とは異なる波長のアライメント光により
前記マスクと前記ウエハとのアライメント状態を前記投
影光学系を通して検出するためのアライメント光学系
と、前記マスクに対して前記投影光学系とは反対側の照
明光路上に前記露光光を透過させ前記アライメント光を
反射させる平行平面板のビームスプリッターとを設ける
と共に、前記パターンの照明領域を制限するために前記
照明光路上に開口が四辺形の視野絞りを設け、前記ビー
ムスプリッターの光透過によつて発生する非点収差を補
正するために、該視野絞りの直交する２辺を光軸方向に
互いにズラして配置することを特徴とする投影型露光装
置。
【請求項２】前記ビームスプリッターの厚さをｄ、屈折
率をｎ、入射光線とのなす角をθ、前記視野絞りの前記
マスクへの結像倍率をβ、前記非点収差の量をｐとする
と、前記２辺のズレ量ΔＳが次の式を満足するように前
記視野絞りを構成することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の投影型露光装置。ただし、sinθ＝nsinθ′