JP2840303B2 - 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、原版上に描かれたパターンを基板に転写す
る露光装置に関し、特に露光ビームとしてシンクロトロ
ン放射光を用いる露光装置において露光ビームの光軸と
露光装置の転写露光部の理想入射光軸との位置合せを好
適に行える露光装置に関するものである。

〔従来技術〕

最近、IC,LSI等の半導体素子製造用の露光装置におい
ては半導体素子の高集積化に伴って、より高分解能の焼
付けが可能な露光装置が切望されている。そして、その
様な現状のもとに例えば波長１Å〜150Å程度のＸ線を
利用した露光装置が種々提案され中でも、マスクとウエ
ハとを所定のギヤツプを保って平行に対向させ、このマ
スクとウエハに対して高輝度なシンクロトロン放射光を
垂直かつ所定の露光エリア内に入射させ、マスク上のパ
ターンをウエハ上に転写する露光装置が有望視されてい
る。

しかしながら、その様な装置においては、シンクロト
ロン放射光を得るための光源の構成が、従来の露光装置
の光源に比べて非常に大型なことから、露光転写部を有
する装置本体と光源を同一の基台上で構成することは困
難であり、光源と、装置本体を別体として構成せざるえ
なかった。

その結果、光源と装置本体との相対姿勢変化に伴う露
光ビームの露光転写部に対する入射角度が変化し、転写
ズレ等の原因となっていた。又、シンクロトロン放射光
の放射角度を設定するための反射ミラーを用いる場合、
この反射ミラーの設定角度が適切でないと、ビーム束を
マスクまたはウエハに垂直に入射できなくなったり、ビ
ーム束の入射位置がずれたりするという問題があった。

又、上記問題を解決するためにシンクロトロン放射光
すなわち、露光ビームの光軸と、装置本体の理想入射光
軸の光軸合せを行う必要があったのだが、露光ビームが
Ｘ線であるために、Ｘ線ビームと露光装置の転写露光部
本体との光軸合せに際しては、高価なＸ線検出器が必要
であるという不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明はその様な問題に鑑み、このような露光ビーム
と転写露光部との整合上に問題点を解決するものであ
り、露光ビームを転写露光部内の原版または基板上に垂
直にかつ所定の位置関係で入射させ、転写ひずみを抑え
た高精度の露光を実現することを目的とする。

また、安価なシステムでの光軸合せを可能にすること
も目的とする。

〔目的を達成するための手段〕

上記目的を達成する本発明は、露光装置に保持された
マスクおよびウエハに露光光を照射することによってマ
スクのパターンをウエハに転写する露光装置において、
前記露光装置とは別に設置され露光光を生成する光源
と、前記露光装置と実質的に一体に設けた反射部にビー
ムを照射する手段と、該反射部で反射したビームを検出
するセンサを含み、前記光源ならびに前記露光装置とは
別に設置された光軸調整用光学系と、前記光源に対して
前記光軸調整用光学系を位置合せすると共に、前記セン
サの検出を基に前記光軸調整用光学系に対して前記露光
装置を位置合せすることで、前記光源と前記露光装置の
相対位置関係を調整する手段とを有することを特徴とす
るものである。

ここで露光光は例えばシンクロトロン放射光であり、
前記ビームはシンクロトロン放射光に含まれるビームで
ある。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第３図は、シンクロトロン放射光エネルギーの波長分
布を示すグラフである。横軸は波長で、縦軸はエネルギ
ーの相対値を示す。同図から、シンクロトロン放射光で
は可視領域（下限3800Å、上限8000Å）の波長でも最大
値の1/100程度のエネルギーを有することがわかる。本
実施例は、このシンクロトロン放射光の可視領域近傍の
光を用いて露光ビームと転写露光部との光軸合せを行う
ものである。

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置の要部構
成を示す側面図である。同図において、１はＸ線露光装
置の転写露光部本体、２は第１の駆動装置である。第１
の駆動装置２によって、Ｘ線転写露光部本体１を図のX,
Y方向にそれぞれ平行移動したり、X,Yをそれぞれ軸とし
たWx,Wy方向に回転移動させることができる。３は電子
軌道装置SORより放射される露光ビームであるところの
放射光（Ｘ線束５を含む）、４はそれ自体を振動させる
等の方法により放射光３を面拡がりを持ったＸ線束５に
変換するミラー、６と７はそれぞれ転写露光部本体１内
におかれたマスクとウエハ、８は光軸調整用光学系であ
る。

光軸調整用光学系８は所定の関係に一体に支持された
部材９〜16から構成され、第２の駆動装置17によって図
のＸ′,Y′方向の平行移動およびWx′,Wy′方向の回転
移動が可能である。９はＸ線領域の放射光をカツトして
可視領域近傍の光だけを透過させるノンブラウンガラス
などからなるＸ線カツトフイルタ、10は例えば円形や十
字形状の開口を有する遮光板、11および12は第１および
第２のビームスプリツタ、13はコーナーキユーブ、14は
オートコリメータである。尚、ここでオートコリメータ
の基本構成について触れておく。オートコリメータは、
通常スケール（カーソル）等の指標を非計測対象に投影
する投影光学系と、前記投影光学系により前記非計測対
象に投影した像を再結像する再結像光学系とを備え、前
記再結像光学系の光軸と前記投影光学系の光軸とは共軸
関係におかれている構成から成っている。本実施例にお
いては前記共軸をオートコリメータの光軸OAとしてい
る。

15は望遠鏡、16はTVカメラである。部材11,13,14で第
１の観察光学系を、部材12,15,16で第２の観察光学系を
それぞれ構成する。なお、遮光板10の開口の中心と第１
および第２のビームスプリツタ11,12に関して、第1,第
２の観察系の光軸は共軸関係による様に配置される。

18,18′はそれぞれオートコリメータ14およびTVカメ
ラ16からの信号を処理し、制御部19,19′へ伝える信号
処理部である。制御部19,19′は、それぞれ信号処理部1
8,18′からの出力を元にして、第１の駆動装置２および
第２の駆動装置17を駆動するための制御信号を出力す
る。20は光軸調整のための基準面で、例えば、その中心
に十字形状の位置合せマークを有する光学的反射平面で
あり、マスクまたはウエハと同じ大きさと形状をしてい
る。図では、マスクの替りにマスク６の位置例えば、マ
スクステージに設定されている。

なお、図中の２つの座標系は露光装置の転写露光部１
の設置基準面Ｇに垂直な方向をY,X線束５の入射方向を
Ｚとし、放射光３に平行な方向をＺ′、垂直な方向を
Ｙ′とする。又、23はS.O.R光源である。

以上のように構成されたＸ線露光装置における光軸調
整の動作について以下に説明する。ただし、光軸調整に
際しては、転写露光部本体１の光軸調整用基準面20に取
付けられるマスクまたはウエハは、マスクステージ又は
ウエハステージを制御することにより、露光時の基準と
なる位置と角度に置かれ、ミラー４も振動させて放射光
を発散させる構成のものにおいてはその最大振動幅の中
心となる角度に固定されているものとする。

このため、例えば、光軸調整用基準面20が取付けられ
るマスクステージをWz方向（Ｚ軸方向を軸とする回転方
向）の回動だけが可能な構成とし、マスクステージの中
心と露光エリアの中心を一致させた設計としてもよい。

光軸調整においては、まず露光ビームの光軸と光軸調
整用光学系８の光軸とを第１の観察光学系を用いて合せ
る。最初に、光軸調整用光学系８を第２の駆動装置17に
よってＸ′−Ｙ′面内で所定距離平行移動させ、放射光
３を横切る位置に移動させて放射光を入射させる。

尚、この時の光軸調整用光学系８の移動する所定距離
は、光軸調整用光学系８の退避位置と設計上の放射光３
の光軸位置を考慮して、光軸調整用光学系８内の遮光板
10の開口絞りの中心が放射光３の光軸上若しくは近傍に
移動後位置する様に設定されている。

尚、第１図では不図示であるが、転写露光部本体１と
光軸調整用光学系８の位置はレーザ干渉計等により観測
され、その観測値は制御部へフイードバツクされてい
る。このとき、放射光３のＸ線波長領域の光はＸ線カツ
トフイルタ９によってカツトされる。従って光軸OX近傍
の可視領域の光のみが遮光板10の開口によって微小径に
絞られ、第２のビームスプリツタ12を通過して、第１の
ビームスプリツタ11に入射する。第１のビームスプリツ
タ11に入射した光の一部は、第１の反射面によって折り
曲げられ、コーナーキユーブ13へ入射する。そして、コ
ーナーキユーブ13の特性により、入射方向と同じ方向へ
コーナーキユーブ13から出射する。そして、再び第１の
ビームスプリツタ11へ入射し、これを通過してオートコ
リメータ14へ入射する。

そして、第２図に示すようにオートコリメータ14の視
野内に、放射光３の中の可視領域近傍の光が、遮光板10
の開口で決まる形状のスポツト21として現われてくる。
このときオートコリメータ14自信の投光は止めておく。
そこで、該スポツト21がオートコリメータ14の視野の中
心（カーソル22の中心、尚、これはカーソルでなくとも
中心位置を示す微小な開口を有するブレードでも良い）
OCに来るように、第２の駆動装置17によって光軸調整用
光学系８を移動させる。これによって、放射光３の光軸
OXとオートコリメータ14の光軸OAとが共軸若しくはほぼ
共軸の関係となる。尚、この場合、詳しくはオートコリ
メータによって得られた画像情報を信号処理部18により
処理することにより、オートコリメータのカーソル22上
のスポツト21の位置を検出し、そして、その検出値に対
応して、スポツトの位置が視野の中心OCに来る様、制御
手段19は駆動装置17の駆動を制御している。

次に、第２の観察光学系を用いて、光軸調整用光学系
８と転写露光部本体１との光軸合せを行う。まず、望遠
鏡15とTVカメラ16によって、第２のビームスプリツタ12
を介して基準面20上の中心に設けたマーク（例えば、十
字形状）を観察する。そのマークの中心が画面の中央に
見える基準面20上のスポツト（第２のビームスプリツタ
12をそのまま透過した放射光３の可視領域光の一部）の
中心と一致するように、第１の駆動装置２によって転写
露光部本体１をＸ−Ｙ方向に移動させる。尚、この時基
準面上のマークは不図示の照明系によって照明されてい
る。又、この時の駆動装置２の制御は前記TVカメラ16に
よって得られた画像情報を信号処理部18′によって処理
することにより、基準面20上のマークとスポットの位置
を検出し、その検出値に対応して行なう。

そして、オートコリメータ14の照明光によって、第１
のビームスプリツタ11の第２の反射面を介して、十字形
状のカーソル22（第２図）を基準面20上に投影すると、
その基準面20によるオートコリメータ14の視野内の反射
像とカーソル22とのずれから基準面20の法線（即ち、転
写露光部本体１の光軸）の露光ビーム光軸に対する傾き
がわかる。そして、これが零となるように露光装置本体
１を第１の駆動装置２によってWx,Wy方向に回動させ
る。

尚、この場合、詳しくはオートコリメータによって得
られた画像情報を信号処理部18により処理することによ
り、反射像とカーソル22とのずれを検出し、制御部19は
その検出値に対応して駆動装置２を制御している。

この調整によって、基準面20上のスポツトが該基準面
20上のマークの中心からずれた場合には、再び前述のよ
うに転写露光部本体１をＸ−Ｙ方向に移動させて調整
し、同様に基準面20の傾きをWx,Wy方向の回動によって
調整する。

以上の調整を繰り返して、転写露光部本体１と光軸調
整用光学系８との光軸合せを行うことによって、最終的
に露光光の光軸OXと転写露光部本体の光軸OMとを一致さ
せることができる。調整が終了すると、光軸調整用光学
系８が放射光３を遮らない位置に退避し、露光可能な状
態となる。

なお、Ｘ線ビームの発散角は前述のように１ミリ・ラ
ジアンであるので、機械的精度としては0.1ミリ・ラジ
アン以下が要求されるが、オートコリメータは１秒（５
マイクロ・ラジアン）以下の精度が得られるので十分で
ある。

又、光軸調整用光学系８は、前記時においては、ミラ
ー４と、光源23との間に設けていたが、光軸調整用光学
系８の設置位置は、露光装置本体とミラー４との間でも
良い。

最後に、本発明において用いられる遮光板10について
説明を加える。第４図が遮光板10の平面図であり、31は
開口部である。この開口部の径は放射光の光束に対し
て、充分小さく設定されている。

尚、遮光板10により光束を絞ることにより利点は第５
図を参照して説明する。

尚、本図は、遮光板10の効果を説明するための簡略化
された図である。前図と同番号のものは同一のものを示
す。24,25は遮光板に対して入射方向の異なる放射光、2
6,27は放射光24,25それぞれの遮光板10を通過した光、2
8は受光センサー、例えばイメージセンサーやSPD等であ
る。29,30は前記光軸26,27のセンサー28への入射位置を
示す。

尚、センサー28と遮光板10とは一体的に構成されてい
る。上記構成において、放射光24,25は遮光板10により
充分細く絞られ、センサー28へ入光する。放射光24,25
の遮光板10、センサー28に対する入射方向はセンサー28
上の入光位置により求めることができる。もし遮光板10
がなく同じ方法で入射方向を検出しようとすると、放射
光24,25の光束断面積より大きなセンサーが必要とな
り、装置が大型化、且つ高価になる。

〔発明の効果〕 以上本発明によれば、マスクをウエハを保持する露光
装置と、露光光との相対位置関係を高精度に調節するこ
とができ、ひいては高精度なパターン転写が能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例に係る露光装置の要部構成
を示し側面図。 第２図は一実施例で用いられるオートコリメータの視野
の模式図。 第３図はシンクロトロン放射光エネルギーの波長分布を
示すグラフ。 第４図は本発明で用いられる遮光板を説明する図。 第５図は遮光板を用いることによる効果を説明する図。 １……転写露光部 ３……放射光 ４……ミラー ５……Ｘ線束 ６……光軸調整用基準面を有するダミーマスク ７……ウエハ ８……光軸調整用光学系 ９……Ｘ線カツトフイルタ 10……遮光板 11,12……ビームスプリツタ 13……コーナーキユーブ 14……オートコリメータ 15……望遠鏡 16……TVカメラ 18……信号処理部 19……制御部 23……S.O.R光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−300700（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−300697（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露光装置に保持されたマスクおよびウエハ
   に露光光を照射することによってマスクのパターンをウ
   エハに転写する露光装置において、 前記露光装置とは別に設置され露光光を生成する光源
   と、 前記露光装置と実質的に一体に設けた反射部にビームを
   照射する手段と、 該反射部で反射したビームを検出するセンサを含み、前
   記光源ならびに前記露光装置とは別に設置された光軸調
   整用光学系と、 前記光源に対して前記光軸調整用光学系を位置合せする
   と共に、前記センサの検出を基に前記光軸調整用光学系
   に対して前記露光装置を位置合せすることで、前記光源
   と前記露光装置の相対位置関係を調整する手段とを有す
   ることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】前記露光光はシンクロトロン放射光であ
   り、前記ビームはシンクロトロン放射光に含まれるビー
   ムであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。