JP2591582B2 - Projection type exposure equipment - Google Patents

Projection type exposure equipment

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JP2591582B2
JP2591582B2 JP5155046A JP15504693A JP2591582B2 JP 2591582 B2 JP2591582 B2 JP 2591582B2 JP 5155046 A JP5155046 A JP 5155046A JP 15504693 A JP15504693 A JP 15504693A JP 2591582 B2 JP2591582 B2 JP 2591582B2
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exposure
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宏一 松本
豊 末永
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【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、特にフォトマスクパターンをウ
ェハ上に投影して転写する投影型露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a projection exposure apparatus for projecting and transferring a photomask pattern onto a wafer.

【0002】[0002]

【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枚のウェ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
うになって来た。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フォトマスク(以下「レチク
ル」と称する。)上のパターンの像が、移動ステージ上
に載置された直径75mm乃至150mmのウェハ上に10
mm角乃至20mm角の露光フィールドで投影されて、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無く、解像
力に見合う高いアライメント精度が要求される。
2. Description of the Related Art In a lithography process in the process of manufacturing a semiconductor device, a resist is applied to one wafer.
The steps of alignment-exposure-chemical process are repeated plural times. In recent years, as the integration density of semiconductor devices has increased, reduction projection type exposure apparatuses have been increasingly used in the alignment and exposure steps during the lithography step. In this reduced projection type exposure apparatus,
In particular, a projection lens having a high resolution is required, and the image of a pattern on a photomask (hereinafter referred to as a “reticle”) can be formed on a wafer having a diameter of 75 mm to 150 mm placed on a moving stage by the high resolution projection lens. To 10
Projection is performed in an exposure field of mm square to 20 mm square, and stage movement and exposure are repeatedly performed. In this case, not only rapid alignment, exposure, and stage movement, but also high alignment accuracy corresponding to the resolution is required.

【0003】また、縮小投影型露光装置では、投影レン
ズを介して投影露光された後、化学プロセスを経てウェ
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ごとに合致させる、
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、収差の補正された投影光学系を介して行われる
レチクルとウェハとのアライメントマークの重ね合せ
は、焼付け露光と同時に確認できることが望ましい。
[0003] In a reduction projection type exposure apparatus, an alignment mark formed on a wafer through a chemical process after being projected and exposed through a projection lens is aligned with an alignment mark on a reticle in the next step for each exposure. Let
So-called die-by-die alignment is performed. In this case, it is desirable that the overlay of the alignment mark between the reticle and the wafer performed through the projection optical system in which the aberration is corrected can be confirmed simultaneously with the printing exposure.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の如き投影レンズ
を介してアライメントを行うTTL式のアライメント光
学系においては、レチクルとウェハとの双方のアライメ
ントマークを照明するためのアライメント用照明光とし
て、露光波長に近い波長の光が多く用いられていた。そ
のため、ウェハ上のレジスト(感光剤)とアライメント
波長との関係で、次のような不具合が生じることが判明
した。すなわち、通常のレジストは、感光域が広く、露
光波長近辺でも感光性を有するため、アライメント波長
が露光波長に近いとアライメント時にアライメントマー
ク上のレジストが感光してしまい、工程ごとにアライメ
ントマークを写し替える煩わしさが有る。そのため、ア
ライメントマークの写替えによりアライメント精度を低
下させる一因となっていた。
In a conventional TTL type alignment optical system for performing alignment through a projection lens, an exposure light as alignment illumination light for illuminating alignment marks on both a reticle and a wafer is used. Light having a wavelength close to the wavelength has often been used. For this reason, it has been found that the following problems occur in relation to the resist (photosensitive agent) on the wafer and the alignment wavelength. In other words, since the normal resist has a wide photosensitive area and has photosensitivity even near the exposure wavelength, if the alignment wavelength is close to the exposure wavelength, the resist on the alignment mark is exposed at the time of alignment, and the alignment mark is printed for each process. There is trouble to change. For this reason, the replacement of the alignment mark has been one of the causes of lowering the alignment accuracy.

【0005】また、ウェハ上のアライメントマークをレ
ジスト越しに観察する際に、アライメント光によるレジ
ストの感光前後で、レジストの質的変化のため観察状況
(主としてアライメントマークのコントラスト)が変化
するため、アライメント検出信号が不安定となる欠点が
あった。さらに、露光波長で干渉条件により無反射にな
るように設定された多層レジストや吸収層を持つダイ入
りレジストCEL(コントラスト、エンハンスト、レイ
ヤ)などでは、露光波長に近いアライメント波長ではウ
ェハ上のアライメントマーク観察が困難となる欠点があ
った。
Further, when observing the alignment mark on the wafer through the resist, before and after the exposure of the resist by the alignment light, the observation situation (mainly the contrast of the alignment mark) changes due to the qualitative change of the resist. There is a disadvantage that the detection signal becomes unstable. Further, in the case of a multilayer resist or a die-containing resist CEL (contrast, enhanced, layer) having an absorption layer set so as to be non-reflective by an interference condition at an exposure wavelength, an alignment mark on a wafer is used at an alignment wavelength close to the exposure wavelength. There was a drawback that observation became difficult.

【0006】そこで、本発明は、上記従来装置の欠点を
解決し、ウェハ上のレジストに影響されることなく良好
にアライメント信号が検出でき、高精度で高スループッ
トが期待できる露光装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional apparatus, and to provide an exposure apparatus capable of detecting an alignment signal satisfactorily without being affected by a resist on a wafer and having high accuracy and high throughput. With the goal.

【0007】[0007]

【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、例えば図1、図2に示す如く、本発明による投影
型露光装置は、所定の波長域の露光光によってレチクル
(3)を照明する照明光学系(1)と、照明光学系によ
って照明されたレチクル上のパターンをウェハ(5)上
に投影する投影光学系は、露光光とは異なる波長域のア
ライメント光によってレチクルとウェハとのアライメン
ト状態を投影光学系を通して検出するアライメント光学
系(10L 〜18L 、10R 〜18R )と、照明光学系
の射出側の光路中に配置されかつ露光光を反射しアライ
メント光を透過させるダイクロイックミラー手段(2)
とを有する。そして、アライメント光学系は、ダイクロ
イックミラー手段を介したアライメント光により発生す
コマ収差を補正する収差補正手段(15L 〜17L
15R 〜17R )を有し、ダイクロイックミラー手段及
び投影光学系を介してアライメントの検出を行う如く構
成される。
In order to achieve the above object, as shown in FIGS. 1 and 2, for example, a projection type exposure apparatus according to the present invention uses a reticle (3) with exposure light in a predetermined wavelength range. An illumination optical system (1) for illuminating, and a projection optical system for projecting a pattern on a reticle illuminated by the illumination optical system onto a wafer (5), use an alignment light in a wavelength range different from the exposure light to align the reticle and the wafer. the alignment optical system for detecting the alignment state through the projection optical system (10 L ~18 L, 10 R ~18 R) and reflects arranged and exposure light in an optical path on the exit side of the illumination optical system Arai <br / > Dichroic mirror means (2) for transmitting the ment light
And Then, the alignment optical system, the aberration correcting means for correcting the coma generated by the alignment light through the dichroic mirror means (15 L to 17 L,
15 has a R to 17 R), as configured to detect the alignment through the dichroic mirror means and the projection optical system.

【0008】[0008]

【作用】上述の構成の如き本発明による投影型露光装置
においては、露光光とアライメント光とが別の波長域で
あるため、アライメント光によってウェハ上のレジスト
が感光しない。従って、常に良好なアライメント検出信
号が得られる。
In the projection type exposure apparatus according to the present invention as described above, since the exposure light and the alignment light are in different wavelength ranges, the resist on the wafer is not exposed to the alignment light. Therefore, a good alignment detection signal is always obtained.

【0009】[0009]

【実施例】以下、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。図1は本発明の一実施例を示す光学
系の側面図で、図2は図1に示す光学系の正面図であ
る。図1において、図示されない光源から供給されてコ
ンデンサーレンズ1を通った露光光束は、ダイクロイッ
クミラー2にて反射され、レチクル3上のパターンを均
一に照明する。その露光光束によって照明されたレチク
ル3上のパターンは、投影レンズ4によりウェハ5上に
投影される。一方、露光光束とは異なる波長の光を発振
する左右のアライメント照明光源10L 、10R からの
レーザ光束は、図2に示すように、半透過鏡11L 、1
R を透過した後、アライメント用第2対物レンズ12
L 、12R 、反射鏡13L 、13R およびアライメント
用第1対物レンズ、14L 、14R を経て、収差補正板
15L 、15R 、16L 、16 R および17L 、17R
を通過する。さらに、そのレーザ光束は、後で詳しく述
べられるダイクロイックミラー2を透過した後、レチク
ル3上の左右のアライメントマークPL 、PR をそれぞ
れ照明する。またさらに、アライメントマークP R 、P
L を照明したアライメント用の照明光束は、色収差補正
された投影レンズ4により実質的絞り4aの中心を通っ
てウェハ5上のアライメントマークQR 、QL をそれぞ
れ落射照明する。この絞り4aは投影レンズ4の後側焦
点位置にある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Will be described in detail. FIG. 1 shows an optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the optical system shown in FIG.
You. In FIG. 1, a core supplied from a light source (not shown)
The exposure light beam passing through the condenser lens 1 is a dichroic light.
The light is reflected by the mirror 2 and the pattern on the reticle 3 is leveled.
Light up at once. Reticks illuminated by the exposure beam
The pattern on the wafer 3 is projected onto the wafer 5 by the projection lens 4.
Projected. On the other hand, oscillates light of a different wavelength from the exposure light beam
Left and right alignment illumination light source 10L, 10Rfrom
As shown in FIG.L, 1
1RThrough the second objective lens 12 for alignment.
L, 12R, Reflector 13L, 13RAnd alignment
First objective lens, 14L, 14RThrough the aberration correction plate
FifteenL, 15R, 16L, 16 RAnd 17L, 17R
Pass through. Further, the laser beam is described in detail later.
After passing through the dichroic mirror 2
Left and right alignment mark PL, PREach
Lighting. Furthermore, the alignment mark P R, P
LIlluminating beam for alignment that illuminates
Substantially passes through the center of the diaphragm 4a by the projected projection lens 4.
Mark Q on wafer 5R, QLEach
It is epi-illuminated. The aperture 4a is located on the rear side of the projection lens 4.
It is at the point position.

【0010】落射照明されたウェハ5上のアライメント
マークQR 、QL からのレーザ光束による反射光は、逆
の光路を辿って進み、レチクル3上にウェハ5のアライ
メントマークQR 、QL の像を形成し、そのアライメン
トマークQR はレチクル3上のアライメントマークPL
と、またアライメントマークQL 、QR レチクル3上の
アライメントマークPR とそれぞれ重ね合わされる。そ
の重ね合わされたレチクル3上のアライメントマークP
L 、PR の像とウェハ5上のアライメントマークQR
L の像とは、ダイクロイックミラー2を透過した後、
収差補正板17 L 、17R 、16L 、16R 、15L
15R を透過し、アライメント用第1対物レンズ1
L 、14R 、反射鏡13L 、13R 、アライメント用
第2対物レンズ12L 、12R を通過し、さらに、半透
過鏡11L 、11R にてITV撮像管(または撮像素
子)18L 、18R の方へ転向され、それぞれの受光面
に結像される。
Alignment on epi-illuminated wafer 5
Mark QR, QLReflected by the laser beam from the
Of the wafer 5 on the reticle 3
Ment mark QR, QLThe image of the alignment
Tomark QRIs the alignment mark P on the reticle 3.L
And the alignment mark QL, QROn reticle 3
Alignment mark PRAnd each is superimposed. So
Alignment mark P on reticle 3 with superimposed
L, PRImage and alignment mark Q on wafer 5R,
QLIs the image after passing through the dichroic mirror 2
Aberration correction plate 17 L, 17R, 16L, 16R, 15L,
FifteenRAnd the first objective lens 1 for alignment
4L, 14R, Reflector 13L, 13RFor alignment
Second objective lens 12L, 12RThrough, and translucent
Hyperscope 11L, 11RAt the ITV imaging tube (or imaging element)
Child) 18L, 18RTo the respective light receiving surfaces
Is imaged.

【0011】ところで、厚さを持った平行平面板を光が
透過する場合、その透過光が平行光束の場合には、単に
その光束が横ずれするだけで収差に影響を及ぼすことは
無いが、その透過光が収斂または発散光の場合には、非
点収差とコマ収差とに影響する。そのため、レチクル3
からアライメント用第1対物レンズ14L 、14R に向
う光がアライメント光路中のダイクロイックミラー2を
透過する際に、コマ収差と非点収差とが発生する。その
ため、ダイクロイックミラー2に対して90°傾斜して
配置された収差補正板17R 、17L でコマ収差を補正
し、アライメント光軸を中心にダイクロイックミラー2
に対して90°回転し、さらにアライメント光軸に対し
て等しい角度だけ逆向きに傾斜して配置された一対づつ
の収差補正板16L 、15L 、16R 、15R で、非点
収差を補正するように構成されている。アライメント光
束の開口数(NA)が小さい場合やダイクロイックミラ
ー2が薄く収差に悪影響を与えない場合には収差補正板
を必要としないが、NAが大きい場合には、ダイクロイ
ックミラー2に対し収差補正板15L 、16L 、1
R 、16R は、非点収差の補正上極めて重要となる。
また、アライメント方法として図示されないシリンドリ
カルレンズによりレーザ光束を光軸に直交するスリット
状に成型し、このスリット状の光束でアライメントマー
クを走査して、アライメントを行う方式の場合には、ダ
イクロイックミラー2に対して収差補正板17L 、17
R はコマ収差補正上極めて重要である。
By the way, when light is transmitted through a plane-parallel plate having a thickness, and when the transmitted light is a parallel light beam, the light beam simply shifts laterally without affecting the aberration. If the transmitted light is convergent or divergent light, it affects astigmatism and coma. Therefore, reticle 3
Coma and astigmatism are generated when light traveling from the first to the first objective lenses for alignment 14 L and 14 R passes through the dichroic mirror 2 in the alignment optical path. Therefore, coma aberration is corrected by the aberration correction plates 17 R and 17 L arranged at an angle of 90 ° with respect to the dichroic mirror 2, and the dichroic mirror 2 is centered on the alignment optical axis.
Is rotated by 90 ° with respect to the alignment optical axis, and the astigmatism is reduced by a pair of aberration correction plates 16 L , 15 L , 16 R , and 15 R which are arranged in the opposite direction by an equal angle with respect to the alignment optical axis. It is configured to correct. When the numerical aperture (NA) of the alignment light beam is small or the dichroic mirror 2 is thin and does not adversely affect aberration, no aberration correction plate is required. 15 L , 16 L , 1
5 R and 16 R are extremely important in correcting astigmatism.
Further, as a method of alignment, a laser beam is formed into a slit shape orthogonal to the optical axis by a cylindrical lens (not shown), and the alignment mark is scanned by the slit light beam to perform alignment. On the other hand, aberration correction plates 17 L and 17
R is extremely important for coma aberration correction.

【0012】図3は、図1中に使用されているダイクロ
イックミラー2の光学特性を示し、波長λ1 の光を10
0%反射し、波長λ2 の光に対しては、ミラー面に垂直
な面内で振動するP方向の偏光成分は100%透過し、
これに垂直な面内で振動するS方向の偏光成分は100
%反射するように、そのダイクロイックミラー2は薄膜
設計がなされている。また、S方向の偏光成分が100
%透過する領域を超えて長い波長λ3 に対しては、10
0%の透過光となる。この場合、投影レンズ4に対する
レチクル3側の所定の開口数(NA)の光束が均等にダ
イクロイックミラー2を反射または透過しなければなら
ない。
[0012] Figure 3 shows an optical characteristic of the dichroic mirrors 2 which are used in Figure 1, the wavelength lambda 1 of the light 10
With respect to the light of wavelength λ 2 , which reflects 0%, the polarization component in the P direction that vibrates in a plane perpendicular to the mirror surface is transmitted by 100%,
The polarization component in the S direction oscillating in a plane perpendicular to this is 100
The dichroic mirror 2 is designed to be a thin film so as to reflect%. The polarization component in the S direction is 100
% For a wavelength λ 3 longer than the% transmission region.
The transmitted light is 0%. In this case, a light beam having a predetermined numerical aperture (NA) on the reticle 3 side with respect to the projection lens 4 must be uniformly reflected or transmitted through the dichroic mirror 2.

【0013】縮小投影型露光装置に用いられる投影レン
ズは、通常、5乃至10倍の縮小倍率を持つので、例え
ばウェハ側でNA=0.35の投影レンズ4では、レチ
クル側で0.07乃至0.035のNAとなる。そのた
め、ダイクロイックミラー2としては、露光波長とアラ
イメント波長のスペクトル半値巾も考慮するとNA=
0.1に相当する波長シフト範囲Δλの波長の光に対し
て均一な特性を持つことが必要である。具体的には、薄
膜特性上NA=0.1は約±3nmの波長シフトに相当す
るため、図3中で、波長λ1 よりΔλ1 =±3nmだけシ
フトした範囲の波長の光についてもほぼ100%反射
し、また、波長λ3 よりΔλ3 =±3nmだけシフトした
波長の光についてほぼ100%透過し、さらに、λ1
近い波長λ2についてはΔλ2 =±3nmだけシフトした
波長の光に対して、P方向の偏光成分をほぼ100%透
過し、S方向の偏光成分をほぼ100%反射するよう
に、図1に示すダイクロイックミラー2では薄膜設計が
なされる。
A projection lens used in a reduction projection type exposure apparatus usually has a reduction magnification of 5 to 10 times. For example, a projection lens 4 having an NA = 0.35 on the wafer side has a reduction ratio of 0.07 to 7 on the reticle side. It becomes NA of 0.035. For this reason, the dichroic mirror 2 has a NA = NA in consideration of the half width of the spectrum of the exposure wavelength and the alignment wavelength.
It is necessary to have uniform characteristics for light having a wavelength in the wavelength shift range Δλ corresponding to 0.1. Specifically, since NA = 0.1 corresponds to a wavelength shift of about ± 3 nm from the viewpoint of the characteristics of the thin film, in FIG. 3, light having a wavelength shifted from the wavelength λ 1 by Δλ 1 = ± 3 nm is also substantially used. 100% is reflected, and almost 100% is transmitted for light having a wavelength shifted by Δλ 3 = ± 3 nm from wavelength λ 3 , and further, wavelength λ 2 which is close to λ 1 is shifted by Δλ 2 = ± 3 nm. The dichroic mirror 2 shown in FIG. 1 is designed to have a thin-film design so as to transmit substantially 100% of the polarization component in the P direction and to reflect substantially 100% of the polarization component in the S direction.

【0014】図4乃至図6は、図1の実施例に使用され
るそれぞれ別の投影レンズ4の露光波長とアライメント
波長とに対する色収差補正状態を説明するための線図
で、それぞれ横軸に波長λ、縦軸に投影レンズ4の軸上
色収差量を示し、破線にて挟まれた部分dは色収差許容
範囲を示す。図4は、一つの極値を持つ2次曲線の軸上
色収差状態を示す通常の投影レンズに見られる色収差補
正の状態を示し、色収差許容範囲d内に比較的広い半値
巾(スペクトル値)bを持った露光波長λ1 と、レーザ
光λ2 のアライメント波長とが含まれている。本発明で
は、これを「一括色消しタイプ」と呼ぶ。従来の露光装
置などに組み込まれている通常のガラス素材を使用した
投影レンズ4では、色収差許容範囲が狭いため、露光波
長λ1 とアライメント波長λ2 とは、互いに近い図4に
示すタイプのものが多く使用されている。この一括色消
しタイプの投影レンズ4に対し、ダイクロイックミラー
2を介して使用される露光波長λ1 とアライメント波長
λ2 との組合わせの例を表1に示す。
FIGS. 4 to 6 are diagrams for explaining the state of chromatic aberration correction with respect to the exposure wavelength and the alignment wavelength of each of the different projection lenses 4 used in the embodiment of FIG. λ, the vertical axis indicates the amount of axial chromatic aberration of the projection lens 4, and the portion d sandwiched by the broken line indicates the allowable range of chromatic aberration. FIG. 4 shows a state of chromatic aberration correction seen in a normal projection lens showing an axial chromatic aberration state of a quadratic curve having one extreme value, and a relatively wide half-value width (spectral value) b within the chromatic aberration allowable range d. an exposure wavelength lambda 1 having a includes a laser light lambda 2 of the alignment wavelength. In the present invention, this is referred to as a “collective achromatism type”. In the projection lens 4 using a normal glass material incorporated in a conventional exposure apparatus, etc., since the allowable range of chromatic aberration is narrow, the exposure wavelength λ 1 and the alignment wavelength λ 2 are close to each other as shown in FIG. Is often used. Table 1 shows an example of a combination of an exposure wavelength λ 1 and an alignment wavelength λ 2 used via the dichroic mirror 2 for the projection lens 4 of the collective achromatic type.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】代表的な露光波長λ1 としてHgランプ
(高圧水銀ランプ)のスペクトルの436nm、365nm
および313nmを選び、波長半値巾は比較的広いため、
ここでは一様に±2nmとした。また、同じく露光波長λ
1 として選んだエキシマレーザについては、XeClと
KrFの比較的半値巾の広いものを±0.5nmとしてい
る。また、アライメント光としては高輝度光源が望まし
く、使い易いレーザとしてHe−Cd:442nm、He
−Cd:325nmなどが選ばれる。また、アライメント
波長λ2 は露光波長λ1 に近いので、ダイクロイックミ
ラー2は、図3の波長λ2 にて示すように、P成分を透
過し、S成分を反射する領域が使用される。
A typical exposure wavelength λ 1 is 436 nm, 365 nm of the spectrum of an Hg lamp (high pressure mercury lamp).
And 313 nm, and the wavelength half width is relatively wide,
Here, it is uniformly ± 2 nm. Also, similarly, the exposure wavelength λ
As for the excimer laser selected as 1 , the relatively wide half width of XeCl and KrF is set to ± 0.5 nm. A high-brightness light source is desirable as the alignment light, and He-Cd: 442 nm, He
-Cd: 325 nm or the like is selected. Further, since the alignment wavelength λ 2 is close to the exposure wavelength λ 1 , the dichroic mirror 2 uses a region that transmits the P component and reflects the S component as shown by the wavelength λ 2 in FIG.

【0017】図5は、図4と同様に1つの極値を有する
2次曲線を示す軸上色収差を持つ投影レンズにおいて、
その極値0を挟む短波長側の波長λ1 と長波長側の波長
λ3に対して色収差補正を行ったもので、ここでは、こ
れを「狭帯2色色消しタイプ」と呼ぶ。このタイプの投
影レンズを露光装置に用いる場合には、露光波長λ1
極値0から短波長側に大きく離れるので色収差許容範囲
1 が狭いため、半値巾の狭いエキシマレーザを露光用
光源として使用し、アライメント波長λ3 としては投影
レンズ4の設計により各種のものが選ばれる。このよう
に色収差補正された投影レンズに対し、ダイクロイック
ミラー2を介して使用される露光波長λ 1 とアライメン
ト波長λ3 との組合せの例を表2に示す。
FIG. 5 has one extremum like FIG.
In a projection lens having an axial chromatic aberration showing a quadratic curve,
The wavelength λ on the short wavelength side sandwiching the extreme value 01And longer wavelength
λThreeThe chromatic aberration was corrected for
This is referred to as a “narrow band two-color achromatic type”. This type of investment
When a shadow lens is used in an exposure apparatus, the exposure wavelength λ1Is
Chromatic aberration tolerance because it is far away from extreme value 0 to the short wavelength side
d1For exposing an excimer laser with a narrow half width
Used as light source, alignment wavelength λThreeAs a projection
Various types are selected depending on the design of the lens 4. like this
Dichroic for projection lens with chromatic aberration correction
Exposure wavelength λ used via mirror 2 1And Alignmen
Wavelength λThreeTable 2 shows examples of combinations with.

【0018】[0018]

【表2】 [Table 2]

【0019】上記表2のエキシマレーザは、いずれもイ
ンジェクションロッキング状態など半値巾が狭いものが
使用される。なお、アライメント波長λ3 は露光波長λ
1 から大きく離れているので、ダイクロイックミラー2
の全透過領域(図3中でλ3の領域)で使用される。上
記のような一括色消しタイプでは、アライメント波長に
は露光波長に近い波長しか使用できず、また、狭帯2色
色消しタイプでは、露光用、アライメント用共に波長幅
の狭いレーザ光を必要とし、また、複数のアライメント
波長を用いることは不可能である。しかし、投影レンズ
4の構成要素の内に、螢石(CaF2)、弗化リチウム
(LiF)等のような異常分散を示す光学材料を用いて
色収差補正を行うと、波長を関数とする軸上色収差の振
舞いを、図6に示すように、少なくとも2つの極値01
および02 を有する3次曲線の状態にすることができ
る。
As the excimer lasers in Table 2 above, those having a narrow half width such as an injection locking state are used. Note that the alignment wavelength λ 3 is the exposure wavelength λ
Because it is far away from 1 , dichroic mirror 2
Are used in the entire transmission region (the region of λ 3 in FIG. 3). In the collective achromatic type as described above, only the wavelength close to the exposure wavelength can be used as the alignment wavelength, and in the narrow band two-color achromatic type, a laser beam with a narrow wavelength width is required for both exposure and alignment. Further, it is impossible to use a plurality of alignment wavelengths. However, if chromatic aberration correction is performed using an optical material exhibiting anomalous dispersion, such as fluorite (CaF 2 ) or lithium fluoride (LiF), among components of the projection lens 4, an axis having a wavelength as a function is obtained. As shown in FIG. 6, the behavior of the upper chromatic aberration is represented by at least two extreme values 0 1.
And a cubic curve with 0 2 .

【0020】この図6に示す軸上色収差曲線において横
軸Xを短波長側の極値01 にほぼ接するようにとると、
波長λ1 (極値01 にほぼ等しい波長)と、長波長側の
極値02 を超えた長波長域の波長λ3 とに対して軸上色
収差を0(ゼロ)に補正するができる。この場合、極値
1 の近辺では色収差許容範囲内において波長幅を広く
とることができるので、エキシマレーザは勿論、例えば
Hgランプ(超高圧水銀ランプ)のようなスペクトル幅
の広い光源の使用が可能となる。それ故、ここではこれ
を「広帯2色色消しタイプ」と呼ぶ。また、極値02
超えた長波長域の波長λ3 は、アライメント光として使
用され、λ1 よりわずかに長い波長λ2は露光用または
アライメント用のいずれにも使用できる。上記のような
広帯2色色消しタイプの投影レンズ4に対して、ダイク
ロイックミラー2を介して使用される露光波長λ1 とア
ライメント波長λ2 およびλ3 の組合わせの例を表3お
よび表4に示す。
In the longitudinal chromatic aberration curve shown in FIG. 6, when the horizontal axis X is substantially in contact with the extreme value 0 1 on the short wavelength side,
The axial chromatic aberration can be corrected to 0 (zero) for the wavelength λ 1 (wavelength approximately equal to the extreme value 0 1 ) and the wavelength λ 3 in the long wavelength region exceeding the extreme value 0 2 on the long wavelength side. . In this case, it is possible to widen the wavelength width in the chromatic aberration tolerance in the vicinity of extreme values 0 1, an excimer laser, of course, for example, Hg lamp spectrum use wide light source, such as (ultra high pressure mercury lamp) is It becomes possible. Therefore, here, this is referred to as "broad band two-color achromatic type". The wavelength λ 3 in the long wavelength range exceeding the extreme value 0 2 is used as alignment light, and the wavelength λ 2 slightly longer than λ 1 can be used for both exposure and alignment. Tables 3 and 4 show examples of combinations of the exposure wavelength λ 1 and the alignment wavelengths λ 2 and λ 3 used via the dichroic mirror 2 for the projection lens 4 of the wide band two-color achromatic type as described above. Shown in

【0021】[0021]

【表3】 [Table 3]

【0022】表3は露光波長λ1 としてHgランプのス
ペクトの436nm、365nm、313nmなどがスペクト
ル幅±2nmで用いられ、また、XeClエキシマレーザ
は、波長249±0.5nm、KrFエキシマレーザは波
長249±0.5nmで用いられる。また、アライメント
光束としては、いずれも、図6中で長波長側の極値0 2
を超えた領域の波長λ3 のみが用いられ、ダイクロイッ
クミラー2の図3中で全透過領域(S成分も完全透過領
域)で使用される。
Table 3 shows the exposure wavelength λ.1Hg lamp
Specs of 436nm, 365nm, 313nm etc.
XeCl excimer laser
Is a wavelength of 249 ± 0.5 nm, and KrF excimer laser is
Used at length 249 ± 0.5 nm. Also, alignment
Each of the luminous fluxes has an extreme value 0 on the long wavelength side in FIG. Two
Wavelength λ in the region beyondThreeOnly the dichroic
In FIG. 3 of the mirror 2, the total transmission region (the S component is also completely transmitted region)
Area).

【0023】さらに、広帯2色色消しタイプでは、表4
に示すようにアライメント波長として2波長選択も可能
である。この場合、ダイクロイックミラー2は、図3中
でλ 2 およびλ3 にて示すように、露光波長λ1 に近い
アライメント波長λ2 についてはP成分を透過すると共
にS成分を反射するように構成され、露光波長λ1 から
遠いアライメント波長λ3 について全透過させる。
Further, in the case of the wide band two-color achromatic type, Table 4
2 wavelengths can be selected as alignment wavelength as shown in
It is. In this case, the dichroic mirror 2 is shown in FIG.
At λ TwoAnd λThree, The exposure wavelength λ1Close to
Alignment wavelength λTwoIs transmitted through the P component.
At the exposure wavelength λ.1From
Far alignment wavelength λThreeIs completely transmitted.

【0024】[0024]

【表4】 [Table 4]

【0025】レジスト(感光剤)が塗布されたウェハに
対してアライメントを行う際、一方の波長では、レジス
トの厚さや屈折率などによる干渉条件で、ウェハ上のア
ライメントマークの検出信号が得られなかったり、非常
にノイズが多くなる場合がある。このような場合、アラ
イメントに2つの異なる波長の光を用いると、一つの波
長で検出信号が不充分でも、他方の波長で充分な検出信
号が得られる場合が多く、検出能力の向上が期待でき
る。
When alignment is performed on a wafer coated with a resist (photosensitive agent), at one wavelength, a detection signal of an alignment mark on the wafer cannot be obtained due to interference conditions such as the resist thickness and the refractive index. Or may be very noisy. In such a case, if two different wavelengths of light are used for alignment, a sufficient detection signal is often obtained at the other wavelength even if the detection signal at one wavelength is insufficient, and improvement in detection capability can be expected. .

【0026】また、上記の表4には記載されていない
が、図6において、露光の2つの波長(例えばλ1 とλ
2 )を用い、アライメントを1つの波長(例えばλ3
で行うことも可能である。この場合、1つの波長(例え
ばλ1 )で露光を行うと、ウェハ上のパターンエッジに
レジストの上面とウェハ上面との双方の反射光により定
在波が生じ、そのため微細なパターンの形成に支障を来
す恐れが有るが、露光を2波長(例えばλ1 、λ2 )に
て行うと、その定在波を低減させることが可能なため、
焼付け線巾のコントロールの向上が期待できる。
Although not described in Table 4 above, in FIG. 6, two wavelengths of exposure (for example, λ 1 and λ
2 ) using one wavelength (eg λ 3 )
It is also possible to carry out. In this case, when exposure is performed at one wavelength (for example, λ 1 ), a standing wave is generated at the pattern edge on the wafer due to the reflected light on both the upper surface of the resist and the upper surface of the wafer, which hinders the formation of a fine pattern. However, if the exposure is performed at two wavelengths (for example, λ 1 and λ 2 ), the standing wave can be reduced.
An improvement in the control of the printing line width can be expected.

【0027】上記の実施例においてはダイクロイックミ
ラー2を平行平面板で形成したが、これを直角プリズム
2枚を貼り合わせて、その斜辺が反射面となるように構
成してもよい。この場合、そのプリズムの透過光には収
差が生じないので、収差補正板15R 〜17R 、15L
〜17L を削除できる。一方、ダイクロイックミラー
は、その特性として短波長を反射し、長波長を透過する
コールドミラータイプのものが製作上有利である。また
通常、アライメント光束に高輝度レーザを使用すると、
ノイズが少なく、検出能力の高いアライメント光学系の
構成が可能となるが、その安定したレーザは、露光波長
より長い波長を持ったものが多い。そのため、図1の実
施例では、露光波長を反射し、アライメント波長を透過
するダイクロイックミラー2を採用している。しかし、
アライメント波長と露光波長との組合せによっては、ダ
イクロイックミラー2の透過側に露光光束、反射側にア
ライメント光束を選んでもよい。
In the above embodiment, the dichroic mirror 2 is formed of a plane parallel plate. However, the dichroic mirror 2 may be formed by laminating two right-angle prisms so that the oblique side becomes a reflection surface. In this case, aberration does not occur in the transmitted light of the prism, the aberration correction plate 15 R ~17 R, 15 L
~ 17 L can be deleted. On the other hand, as a characteristic of the dichroic mirror, a cold mirror type that reflects a short wavelength and transmits a long wavelength is advantageous in manufacturing. Usually, when a high-intensity laser is used for the alignment light beam,
Although an alignment optical system having low noise and high detection capability can be configured, many stable lasers have a wavelength longer than the exposure wavelength. Therefore, the embodiment of FIG. 1 employs a dichroic mirror 2 that reflects the exposure wavelength and transmits the alignment wavelength. But,
Depending on the combination of the alignment wavelength and the exposure wavelength, an exposure light beam may be selected on the transmission side of the dichroic mirror 2 and an alignment light beam on the reflection side.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述の如き本発明によれば、露光波長と
は異なる波長域のアライメント波長のもとでアライメン
トが実行できるため、露光波長に吸収帯を持つ多層レジ
ストやダイ入りレジスト、CELなどに対してもSN比
の良好なアライメント信号が得られ、検出能力の大巾な
向上が実現できる。
According to the present invention as described above, since alignment can be performed under an alignment wavelength in a wavelength range different from the exposure wavelength, a multilayer resist having an absorption band at the exposure wavelength, a die-containing resist, a CEL, etc. , An alignment signal with a good SN ratio can be obtained, and the detection capability can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す光学系の側面図。FIG. 1 is a side view of an optical system showing one embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す光学系の正面図。FIG. 2 is a front view of the optical system shown in FIG.

【図3】図1に示すダイクロイックミラーの光学特性
図。
FIG. 3 is an optical characteristic diagram of the dichroic mirror shown in FIG.

【図4】一括色消しタイプの投影レンズの色収差補正状
態を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a chromatic aberration correction state of a collective achromatic projection lens.

【図5】狭帯2色色消しタイプの投影レンズの色収差補
正状態を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a chromatic aberration correction state of a narrow band two-color achromatic projection lens.

【図6】広帯2色色消しタイプの投影レンズの色収差補
正状態を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a chromatic aberration correction state of a wide band two-color achromatic projection lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … コンデンサーレンズ、(照明光学系) 2 … ダイクロイックミラー、(ダイクロイックミラ
ー手段) 3 … レチクル、 4 … 投影レンズ、(投影光学系) 5 … ウェハ、 12L ,12R … アライメント用第1対物レンズ、 14L ,14R … アライメント用第2対物レンズ、 15L 〜17L ,15R 〜17R … 収差補正板、 10L ,10R … アライメント照明光源、 18L ,18R … ITV撮像管、
1 ... condenser lens, (illumination optical system) 2 ... dichroic mirror (dichroic mirror means) 3 ... reticle, 4 ... projection lens (projection optical system) 5 ... wafer, 12 L, 12 R ... first objective lens for alignment , 14 L, 14 R ... second objective lens for alignment, 15 L ~17 L, 15 R ~17 R ... aberration correction plate, 10 L, 10 R ... alignment illumination source, 18 L, 18 R ... ITV camera tube,

フロントページの続き 合議体 審判長 小林 邦雄 審判官 左村 義弘 審判官 相田 義明 (56)参考文献 特開 昭58−162954(JP,A) 特開 昭60−177625(JP,A) 特公 昭50−23276(JP,B2)Continued on the front page Judge Kunio Kobayashi Judge Judge Yoshihiro Samura Judge Yoshiaki Aida (56) References JP-A-58-162954 (JP, A) JP-A 60-177625 (JP, A) -23276 (JP, B2)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の波長域の露光光によってレチクルを
照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明され
たレチクル上のパターンをウェハ上に投影する投影光学
系と、前記露光光とは異なる波長域のアライメント光に
よって前記レチクルと前記ウェ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アライメント光学系
と、前記照明光学系の射出側の光路中に配置されかつ前
記露光光を反射し前記アライメント光を透過させるダイ
クロイックミラー手段とを有し、 前記アライメント光学系は、前記ダイクロイックミラー
手段を介したアライメント光により発生するコマ収差を
補正する収差補正手段を有し、前記ダイクロイックミラ
ー手段及び前記投影光学系を介して前記アライメントの
検出を行う如く構成されることを特徴とする投影型露光
装置。
An illumination optical system for illuminating a reticle with exposure light in a predetermined wavelength range, a projection optical system for projecting a pattern on the reticle illuminated by the illumination optical system onto a wafer, and the exposure light An alignment optical system that detects an alignment state between the reticle and the wafer through the projection optical system by alignment light in different wavelength ranges, and is disposed in an optical path on an emission side of the illumination optical system, and reflects the exposure light , and and a die <br/> Kuroikkumira means for transmitting an alignment beam, the alignment optical system has an aberration correcting means for correcting the coma generated by the alignment light through the dichroic mirror means, said It is characterized in that the alignment is detected through dichroic mirror means and the projection optical system. And the projection type exposure apparatus.
【請求項2】(2) 前記収差補正手段は、前記ダイクロイックThe aberration correction unit includes the dichroic
ミラー手段を介した前記アライメント光により発生するGenerated by the alignment light via mirror means
非点収差をさらに補正することを特徴とする請求項1記2. The method according to claim 1, wherein the astigmatism is further corrected.
載の投影型露光装置。Projection type exposure apparatus.
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