JP2550966B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板（ウエハ）にレチクルのパターンを転写
する露光装置の構成に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子の製造過程中のリソグラフィ工程において
は、１枚のウエハに対してレジスト塗布−アライメント
−露光−化学プロセスの工程が複数回繰り返して行われ
る。近年、半導体素子の集積密度が高まるに従って、上
記のリソグラフィ工程中のアライメントと露光の工程
に、縮小投影型露光装置が多く用いられるようになって
きた。この縮小投影型露光装置においては、特に高い解
像力を有する投影レンズが要求され、その高解像力投影
レンズによりレチクル上のパターンの像が移動ステージ
上に載置されたウエハ上に投影されて、ステージ移動と
露光とが繰り返し行われる。その際、迅速なアライメン
ト、露光、ステージ移動ばかりでなく、解像力に見合う
高いアライメント精度が要求される。

また、縮小投影装置では、投影レンズを介して投影さ
れた後、化学プロセスを経てウエハ上に形成されたアラ
イメントマークと次工程のレチクル上のアライメントマ
ークとを露光毎に一致させる、いわゆるダイ・バイ・ダ
イアライメントが行われる。この場合、投影光学系を介
して行われるレチクルとウエハとのアライメントマーク
の重ね合わせは、焼付露光と同時に確認できることが望
ましい。

ところが、第４図に示すように従来の露光装置におけ
るアライメント光学系は、投影レンズ４を通してレチク
ル３とウエハ５との相対的な位置合わせを行なうアライ
メント用対物レンズ6L、6R及び落射ミラー2L、2Rと、レ
チクル３上のパターンを投影レンズ４を介してウエハ５
上に転写露光する露光用照明光学系のコンデンサーレン
ズ１とから成り、そのアライメント光学系がレチクル３
上のパターン領域の外周或いはパターン領域中に設けら
れたアライメントマークを観察してウエハ５との相対的
な位置合わせを行なうためには落射ミラー2L、2Rはコン
デンサーレンズ１からの照明光束の一部を遮る突出位置
にあり、露光時にはその落射ミラー2L、2Rをその突出位
置から図の矢印方向に退避させるように構成されてい
る。

〔解決するための問題点〕

しかしながら、投影レンズを介してアライメントを行
なう従来公知のTTL方式のアライメント光学系において
は、そのアライメント光学系の一部が露光用光路内に配
置されているため、露光の際にはそのアライメント光学
系の一部を退避させなければならず、構造が複雑なため
に露光装置の大型化を招き、しかも露光中はアライメン
トができないという問題があった。更に高密度で微細な
パターンをウエハ上に転写するためには、アライメント
の精度を向上させなければならない問題がある。

したがって、本発明は以上の問題点を解決し、更に高
精度で露光と同時にアライメントができるコンパクトな
アライメント光学系を有する露光装置を提供することを
目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

第１波長光によってレチクル上のパターンの像を投影
レンズを介して基板上に転写するための露光用照明光学
系と、該第１波長光より長い波長の第２波長光によって
投影レンズを通して前記レチクルと基板との相互位置合
わせを行なうためのアライメント用対物レンズを持つア
ライメント光学系と、前記第１波長光と、前記第２波長
光とを分離し各々の波長光を前記レチクルに導くために
前記露光用照明光学系の光軸と前記アライメント光学系
の光軸とに対して斜設されたダイクロイックミラーとを
有し、前記アライメント用対物レンズは前記露光用照明
光学系の光軸を横切る方向に沿って移動可能に設けられ
る構成を基本とするものである。そして、この構成にお
いて、前記ダイクロイックミラーと前記アライメント用
対物レンズとは以下の条件を共に満足するように構成す
るものである。

但し、 D:レチクルの有効領域直径 H:ダイクロイックミラーの有効領域における最もレチク
ルに近い部分からレチクルまでの距離 l:アライメント用対物レンズの頂点からレチクルまでの
距離 NA:投影レンズのレチクル側での開口係数 σ：投影レンズの開口数に対する露光用照明光学系の開
口数の比。

〔作用〕

本発明は第１図の示すように、本願と同一出願人によ
る先の出願（特願昭60−208396）に開示した、露光と同
時にアライメントできる投影露光装置の構成を基本とし
ている。ここで、ダイクロイックミラー２はアライメン
ト光学系の対物レンズ６とレチクル３との光路中である
と共に、露光用照明光学系のコンデンサーレンズ１との
光路中に配置され、レチクル３の下方に、レチクル３上
のパターンを投影する投影対物レンズ４、ウエハ５が配
置されている。そして、不図示の露光用光源からの光束
は、コンデンサーレンズ１を通過し、ダイクロイックミ
ラー２で45度反射転向し、レチクル３上のパターンを均
一に照明し、投影レンズを通過してウエハ５上にそのパ
ターンを転写する。一方、露光用照明光学系の光源より
長い波長の光束を供給する光源からアライメント用対物
レンズ６を経た光束はダイクロイックミラー２を透過す
る。アライメント用対物レンズ６はレチクル３とウエハ
５との全範囲にわたってアライメントできるように、ダ
イクロイックミラー２の上方でレチクル３に対して平行
に移動可能である。そして、レチクル３上のアライメン
トマークとウエハ５上のアライメントマークの像とを一
致させてレチクルとウエハとの相対的な位置合わせを行
なう。露光用光束である第１波長光と、アライメント用
光束である第２波長光とが別波長であるために、アライ
メントと焼付とを同時に行うことができる。このような
構成の露光装置において、アライメント精度を向上させ
るには、NAを大きくしなければならない。そして、NAを
大きくするためには、できるだけアライメン用対物レン
ズをレチクルに近づけなければならない。しかも、ダイ
クロイックミラーでの反射を介してレチクルを照明する
際の均一性を維持することも不可欠の条件である。

以上の条件を満たすためにダイクロイックミラーとア
ライメント用対物レンズとの配置を以下の様に定めた。
第２図に示すように少なくとも水平方向からの露光用照
明光の下側光線Ａがレチクルの一端3aでケラレずにレチ
クルを均一に照明できると共に、その下側光線Ａがレチ
クルの有効領域の端3bを照明するように斜設されなけれ
ばならないダイクロイックミラーが配設されるべき最小
高を示しているのが（１）式である。

但し、Ｈ値が大きくなるに従って、水平方向からの露
光用照明光の下側光線Ａがダイクロイックミラーを照明
する領域も大きくなるが、Ｈ値は比較的小さな値なので
露光用照明光の主光線のみを考えれば良い。

次に（２）式について説明する。第２図に示すように
Ｏを基準点として考えると、アライメント精度を向上さ
せるためにNAを大きくする際、アライメント用対物レン
ズは、少なくともレチクルの一端3bからアライメント用
対物レンズの光軸と投影レンズの光軸とが一致した位置
即ちレチクルの半分までをカバーできる範囲からレチク
ルの一端3bからレチクルの一端3aまで即ちレチクル全体
をカバーできるまでの範囲内でレチクルに対して平行に
可動するように配設されなければならない。

また、アライメント用対物レンズのバックフォーカス
は（２−２）式で示すことができる。

（２−１）式に（２−２）式を代入して （２−３）式に（１）式を代入すると となり（２）式を得ることができる。

したがって、（１）式と（２）式とを同時に満たすよ
うな構成にすることが必要である。ここで、（１）式は
露光用照明光学系の最適配置により要請される条件であ
り、（２）式はアライメント光学系の最適配置により要
請される条件である。また、（１）式と（２）式とは投
影レンズのNA、照明条件σ、レチクルの照明領域Ｄのみ
基づき露光用照明光学系及びアライメント光学系の最適
配置を規定するものである。

つまり、第２図に示すようにダイクロイックミラー２
が露光用照明光学系からの下側光線Ａが少なくともレチ
クル３の有効領域の端3aでケラレないようにすると共
に、その下側光線Ａがレチクルの有効領域の端3bを照明
するように斜設されなければならない。その条件から得
られたのが（１）式である。（２）式はNAを大きくする
ためのレチクルとアライメント用対物レンズとの最適な
距離を示していると同時に、アライメント用対物レンズ
のアライメントできる最適な範囲を示した式である。し
たがって、（１）式と（２）式を同時に満足するように
アライメント用対物レンズ６とダイクロイックミラー２
とを設ければ、露光とアライメントとが同時に行え、更
に高精度のアライメント可能な露光装置を得ることがで
きる。（１）式の上限を越えるとアライメントする範囲
が大きくなるが、NAが従来のもの同様またはそれ以上に
なるためにアライメント精度を向上させることが困難と
なる。（１）式の下限を越えるとNAは大きくすることは
可能であるが、アライメントする範囲が小さくなるとい
う物理的制約のためにアライメント精度を維持すること
が困難となる。また（２）式の下限を越えると露光用照
明光学系からの光束によるレチクル上の有効露光領域、
全体を均一に照明することが不可能となる。

上記の如き各条件を満足するような構成とすることに
より、露光中にもアライメントが可能であってスループ
ットの向上を図りつつ、レチクル照明の均一を維持し且
つアライメント用対物レンズのNAを大きくできる為に、
更に高密度で微細なパターンをウエハに転写できる露光
装置の要求に対応できる。また、アライメント用対物レ
ンズを更にコンパクトにできる為に、アライメント光学
系及び露光装置のコンパクト化が期待できる。

〔実施例〕

本発明を第３図示した実施例に沿って説明すると、図
示されていない第１波長光を供給する光源からコンデン
サーレンズ１を経た光束はダイクロイックミラー２で反
射転向しレチクル３上のパターンを均一に照明し、その
光束は投影レンズ４によってレチクル３上のパターンを
ウエハ５上に転写する。一方、露光用照明光学系の光源
より長い第２波長光を供給する光源からアライメント用
対物レンズ６を経た光束はダイクロイックミラー５を透
過しレチクル３上のアライメントマークを照明する。そ
して、アライメントマークを照明した照明光束は投影レ
ンズの絞り4aの中心を通ってウエハ５上を落射照明す
る。落射照明されたウエハ５上のアライメントマークの
反射光は逆の光路を辿り、レチクル３上にアライメント
マークの像を形成する。したがって、ウエハ上のアライ
メントマークの像はレチクル３上のアライメントマーク
と重ね合わせられる。重ね合わせられたレチクル３上の
アライメントマークとウエハ５上のアライメントマーク
の像とは、ダイクロイックミラー２を透過してアライメ
ント用対物レンズにより拡大結像され、図示なきリレー
系を介して、最終的にTV撮像素子のセンサーの受光面に
結像される。そして、撮像素子による像によって、レチ
クル３とウエハ５との相対的に位置合わせを行なう。こ
のように、アライメント用対物レンズとレチクル間の距
離を短くできことからNAを小さくでき、更に高精度なア
ライメントが可能となる。

〔発明の効果〕

このように、本発明は上記の如き各条件の範囲内でア
ライメント用対物レンズとダイクロイックミラーとが配
設することによって、露光と同時にアライメントするこ
とが可能となり、スループットの向上に寄与することが
でき、しかもレチクル照明の均一を維持しつつレチクル
とアライメント用対物レンズとの距離を小さくすること
が可能となりNAを大きくすることができるため、更に高
密度で微細なパターンをウエハに転写する露光装置の要
求に対応できる。また、従来のものよりアライメント用
対物レンズをコンパクトにできる為に、アライメント光
学系及び露光装置全体のコンパクト化が期待できる。

尚、本発明の実施例では投影型露光装置について説明
したが投影光学系による露光装置に限らずプロキシミテ
ィ等による露光装置にも適用できることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は同一出願人による先の出願の実施例を示す光学
断面図、第２図は本発明の原理を示す光学系の断面図、
第３図は本発明の実施例を示す光学系の断面図、第４図
は従来技術を示す光学系の断面図である。 （主要部分の符号の説明） １……コンデンサーレンズ、２……ダイクロイックミラ
ー、３……レチクル、４……投影レンズ、、4a……絞
り、５……ウエハ、６……アライメント用対物レンズ、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１波長光によってレチクル上のパターン
   の像を投影レンズを介して基板上に転写するための露光
   用照明光学系と、該第１波長光より長い波長の第２波長
   光によって投影レンズを介して前記レチクルと基板との
   相互位置合わせを行うためのアライメント用対物レンズ
   を持つアライメント光学系と、前記第１波長光と、前記
   第２波長光とを分離し各々の波長光を前記レチクルに導
   くために前記露光用照明光学系の光軸と前記アライメン
   ト光学系の光軸とに対して斜設されたダイクロイックミ
   ラーとを有し、前記アライメント用対物レンズは前記露
   光用照明光学系の光軸を横切る方向に沿って移動可能に
   設けられ、前記ダイクロイックミラーと前記アライメン
   ト用対物レンズとは以下の条件式を満足するように構成
   することを特徴とする露光装置。 但し、 D:レチクルの有効領域直径 H:ダイクロイックミラーの有効領域における最もレチク
   ルに近い部分からレチクルまでの距離 l:アライメント用対物レンズの頂点からレチクルまでの
   距離 NA:投影レンズのレチクル側での開口係数 σ：投影レンズの開口数に対する露光用照明光学系の開
   口数の比。