JP2863725B2 - 半導体露光方法とその装置 - Google Patents
半導体露光方法とその装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等の微細パ
ターン露光方法とその装置に係り、特に短波長のエキシ
マレーザ光を露光光として、この露光光によりマスク上
のパターンを露光用結像系を介し被露光物体上に結像露
光せしめるに先立って、その露光光よりも波長が長いア
ライメント光で露光用結像系を介し被露光物体上の合せ
マークを高精度に検出した上、マスクと被露光物体とが
高精度にアライメントされるようにした半導体露光方法
とその装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体回路の微細化に伴い、回路パター
ンの露光に使用される光の波長はｇ線からｉ線、更に
は、例えば１９８６年発行のプロシーディングス・オブ
・エスピーアイイー(Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ)No.６３３に
記載されているように、エキシマーザ光を用いた露光方
法が発表されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のよう
に、エキシマレーザ光を用いた場合、その可視域の波長
(４５０ｎｍ乃至７００ｎｍ)の半分になり、使用できる
縮小レンズの硝子材の種類も数種となり、露光波長以外
の波長に対する結像特性についての配慮が不可能とな
る。即ち、例えばフッ化クリプトン(ＫｒＦ)エキシマレ
ーザ(波長２４８.５ｎｍ)用の縮小レンズでは、石英ガ
ラスのみ、もしくは石英ガラスと蛍石との組合せによる
結像系が構成されている。しかるに、上記の結像系を用
いアライメント光として可視光である、例えばアルゴン
(Ａｒ)レーザ(波長５１５ｎｍ)およびヘリウム―ネオン
(Ｈｅ−Ｎｅ)レーザ(５４３.５ｎｍ，６３３ｎｍ)等を
用いると、ウエハ上の合せマークを解像度良くレチクル
側に結像することが困難となる。 【０００４】そこで、前記の従来技術では、縮小レンズ
とは別に合せマーク専用の結像系(オフアクシスアライ
メント系)を用いてアライメントを行っている。しかる
に、上記の方法では、縮小レンズとオフアクシスアライ
メント光学系の光軸中心をアライメント精度(０.１μｍ
程度)以下の寸法精度に安定に保持することが困難であ
る。また、従来の他の露光技術として、露光光と同一の
波長、もしくはこの波長に近い(遠)紫外光を用いて縮小
レンズを通してアライメントする方法が実施されてい
る。しかるに、この方法では、縮小レンズの焦点深度が
ますます浅くなるので、ウエハを平坦化するためにレジ
ストを多層構造にしたり、厚く塗布する必要が生じ、露
光光と同一短波長のアライメント光をレジストの下方位
置にあるアライメントマークに照射し、その反射光を検
出することが困難になっている。 【０００５】本発明の目的は、露光光としてエキシマレ
ーザを、また、アライメント光としてそのエキシマレー
ザより波長の長いものを用い、そのアライメント光によ
り基板上の合せマークを露光用縮小レンズを介し高精度
に検出した上、この検出結果にもとづきマスクと基板と
が高精度に相対的に位置合せされた状態で、エキシマレ
ーザがマスクに照射されることによって、そのマスクに
予め形成されているパターンが露光用縮小レンズを介し
基板上に縮小微細パターンとして投影露光され得る半導
体露光方法とその装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的における半導体
露光方法としては、露光光としてエキシマレーザを用
い、該エキシマレーザをマスクに照射して該マスクに形
成されたパターンを該マスクと相対的に位置合せされた
基板上に露光用縮小レンズを介して投影露光するに際し
て、エキシマレーザより波長の長いアライメント光を前
記露光用縮小レンズの前記アライメント光の波長におけ
る波面収差を補正するホログラムと前記露光用縮小レン
ズとを介して前記基板上に形成された合せマークに照射
し、該照射による前記合せマークからの反射光を前記露
光用縮小レンズを介して検出し、該検出した反射光に基
づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合せをし
た状 態で前記エキシマレーザを前記マスクに照射して該
マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１５μ
ｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光する
か、またはエキシマレーザより波長の長いアライメント
光を前記基板上に形成された合せマークに照射し、該照
射により前記合せマークで反射して前記露光用縮小レン
ズを透過した反射光を前記露光用縮小レンズの前記アラ
イメント光の波長における波面収差を補正するホログラ
ムを介して検出し、該検出した反射光に基づいて前記マ
スクと前記基板との相対的な位置合せをした状態で前記
エキシマレーザを前記マスクに照射して該マスクに形成
されたパターンを前記基板上に０.１５μｍよりも小さ
い値のアライメント精度で投影露光することで達成され
る。 【０００７】また、上記目的における半導体露光装置と
しては、エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマ
レーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパター
ンを該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用
縮小レンズを介して投影露光する構成を基本として、こ
れに、前記エキシマレーザより波長の長いアライメント
光を発射するアライメント光源と、前記アライメント光
源から発射されたアライメント光を通過、または反射さ
せる前記露光用縮小レンズの前記アライメント光の波長
における波面収差を補正するホログラム手段と、該ホロ
グラム手段を通過、または反射したアライメント光を前
記露光用縮小レンズを介して前記基板上に形成された合
せマークに照射する照射手段と、該照射手段により照射
されて前記合せマークで反射した反射光を前記露光用縮
小レンズを介して検出する検出手段と、該検出手段で検
出した反射光に基づいて前記マスクと前記基板との相対
的な位置合せをする位置合せ手段とを更に備え、該位置
合せ手段で前記マスクと前記基板との相対的な位置合せ
をした状態で前記エキシマレーザを前記マスクに照射す
ることにより該マスクに形成されたパターンを前記基板
上に０.１５μｍよりも小さい値のアライメント精度で
投影露光するか、または前記エキシマレーザより波長の
長いアライメント光を発射するアライメント光源と、前
記アライメント光源から発射されたアライメント光を前
記基板上に形成された合せマークに照射する照射手段
と、該照射手段の照射により前記合せマークで反射して
前記露光用縮小レンズを透過した反射光を通過、または
反射させる前記露光用縮小レンズ の前記アライメント光
の波長における波面収差を補正するホログラム手段と、
該ホログラム手段を透過、または反射した前記反射光を
介して検出する検出手段と、該検出手段で検出した反射
光に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合
せをする位置合せ手段とを更に備え、該位置合せ手段で
前記マスクと前記基板との相対的な位置合せをした状態
で前記エキシマレーザを前記マスクに照射することによ
り該マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１
５μｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光す
ることで達成される。これら以外の半導体露光装置とし
てはまた、前記エキシマレーザより波長の長いアライメ
ント光を発射するアライメント光源と、前記アライメン
ト光源から発射されたアライメント光の波長における前
記露光用縮小レンズの波面収差を補正するホログラム手
段と、該ホログラム手段で波面収差が補正されたアライ
メント光を前記露光用縮小レンズを介して前記基板上に
形成された合せマークに照射する照射手段と、該照射手
段により照射されて前記合せマークで反射した反射光を
前記露光用縮小レンズを介して検出する検出手段と、該
検出手段で検出した反射光に基づいて前記マスクと前記
基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段とを更に
備えさせるか、または前記エキシマレーザより波長の長
いアライメント光を発射するアライメント光源と、前記
アライメント光源から発射されたアライメント光を前記
基板上に形成された合せマークに照射する照射手段と、
該照射手段の照射により前記合せマークで反射して前記
露光用縮小レンズを透過した反射光に対して前記露光用
縮小レンズの前記アライメント光の波長における波面収
差を補正するホログラム手段と、該ホログラム手段で波
面収差が補正された前記反射光を検出する検出手段と、
該検出手段で検出した反射光をに基づいて前記マスクと
前記基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段とを
更に備えさせることで達成される。 【０００８】 【発明の実施の形態】先ず本発明を具体的に説明するに
先立って、その概要を説明すれば以下のようである。即
ち、本発明は、少なくともウエハ上の合せマークを照
明、もしくは検出する何れか一方の側にホログラムを用
いている。既に公知のように、ホログラムは物体の反
射、もしくは透過後の光の強度に関する情報のみでな
く、位相(波面)に関する情報を記録できる方法である。
そのため、縮小レンズのアライメント波長における波面
収差をホログラムに記録しておき、このホログラムを用
いて該縮小レンズのアライメント波長における収差を補
正するようにすれば、該縮小レンズを通してアライメン
ト光をウエハ上の合せマークに所望の形状、寸法を以て
照明することが可能となり、かつ上記合せマークで反射
したアライメント光を高い結像性能で検出することが可
能となる。 【０００９】次に、本発明によるホログラムを用いた露
光装置のアライメント照明手段および検出手段の構成概
念と作用について、図１６(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明
する。図１６(ａ)はホログラムの作成方法を示す斜視図
である。図１６(ａ)に示すように、石英ガラスにて形成
された縮小レンズ３は、露光光(２４８．５ｎｍ)に対し
ては、ウエハ面ＳW と、レチクル面ＳR との間に高解像
の結像関係を有している。但し、例えば５１５ｎｍのア
ライメント波長に対しては、ウエハ面ＳW 上のスリット
２０１(Ａ)の像はレチクル面ＳR に形成されず、該レチ
クル面ＳR より大きく離れた位置Ａ I に形成されるのみ
でなく、このスリット２０１(Ａ)の像の解像度は著しく
劣化するため、この像を用いてウエハ像を検出し、アラ
イメントを行うことは、前述したように精度上不可能に
近い。そこで、図１６(ａ)に示すように、縮小レンズ３
に対するウエハ面ＳW に相当する位置にマスク２００を
設け、このマスク２００上に幅１μｍ前後のスリット２
０１(Ａ)を形成し、このスリット２０１(Ａ)をアライメ
ント光と同一波長のレーザ５０３″(又は５１３″)によ
り照射する（図１６(ａ)では、シリンドリカルレンズ２
１０を用いてスリット２０１(Ａ)に効率良くレーザ光５
０３″(又は５１３″)を照明している）。 【００１０】このようにして、スリット２０１(Ａ)を通
過したアライメント波長のレーザ光５０３′（又は５１
３′）は、ウエハ２面ＳW 上に幅１μｍの光源があるか
の如く、スリット２０１(Ａ)から発射される。このレー
ザ光５０３′(又は５１３′)は縮小レンズ３を透過する
と、前述のようにレチクル面に相当する面ＳR にスリッ
ト２０１(Ａ)の像を形成しないで、その延長線上の位置
Ａ I にぼけた像を形成する。なお、スリット像は、必ず
しも実像とはならず、虚像になることもあるが、この場
合でも後述のように、本発明による方法は同様に実現さ
れる。上記位置ＡI に向うレーザ光５０３′(又は５１
３′)をミラー、又はハーフミラー５１により折返して
位置Ａ I ′に上記位置Ａ I の鏡像を形成するようにし、
折返された光路の途中にホログラム記録媒体８を配置し
て、この記録媒体８を折返したレーザ光５０３′(又は
５１３′)が通過する位置８１′（又は８２′）に参照
光５０１′（又は５１１′）を重畳して照明し、ホログ
ラム干渉縞を上記ホログラム記録媒体８に記録する。 【００１１】なお、上記参照光５０１′は、図１６(ａ)
に示すように、ＯI 点（又はＯ D 点）にレーザ光５０
１′(又は５１１′)が収束するように、集光レンズ８０
を用いて形成される。上記折返しレーザ光５０３′が通
過する位置８１′に形成される第１のホログラム８１
は、物体光としてスリット２００に主光線が垂直となる
レーザ光５０３″を用いて形成されているため、この第
１のホログラム８１を、図１６(ｂ)に示すように、ＯI
点で収束される(ＯI 点で出射する)再生光で再生する
と、第１のホログラム８１形成時の物体光が完全に再現
される。即ち、第１のホログラム８１再生(回析)光は、
ミラー５１と縮小レンズ３とを逆方向に辿って行くと、
図１６(ａ)に示すスリット２０１の位置に相当する位置
にスリット２０１の幅１μｍの開口像を形成する。した
がって、このスリット２０１の位置に相当する位置にウ
エハ上の合せマーク２１が移動してくると、図１６(ｂ)
に示すように、合せマーク２１を非常に狭い領域に限定
して照明することが可能となる。 【００１２】また、上記ホログラム記録媒体８には、第
２のホログラム８２が記録されている。この第２のホロ
グラム８２は、次の方法によって形成される。即ち、図
１６(ａ)において、スリット２０１の照明光５１３″は
その主光軸がウエハ面ＳW に対してθの入射角で照明さ
れる。スリット２０１を透過した透過光５０３′は縮小
レンズ３およびミラー５１を通過した後、ホログラム記
録媒体８の位置８２′を照射し、この位置８２′で重畳
し、かつ点ＯD に集光する参照光５１１′との間に干渉
縞を形成するので、位置８２′に第２のホログラム８２
が形成される。この第２のホログラム８２は、図１(ｂ)
に示すように、ウエハ上の合せマーク２１(周期構造)か
らの回折光(回折角θ)を検出するために用いられる。 【００１３】次に、上記ホログラムを用いた合せマーク
２１からの回折光の検出方法について説明する。前記の
ように、ウエハ上の合せマーク２１へのレーザ照明光５
０３(図１６(ｂ)参照)は、第１のホログラム８１に形成
され、この第１のホログラム８１により生じるウエハ照
明光５０２はウエハ２の合せマーク２１形成面に対して
垂直方向から照射する。その結果、周期構造(ピッチｐ)
の合せマーク２１からの回折角θは、θ＝ｓｉｎ-1（λ
／ｐ）で反射し、縮小レンズ３およびミラー５１を通過
した検出光５１２は、上記第２のホログラム８２に入射
するため、この第２のホログラム８２からの回折光５１
１は、図１６(ｃ)に示すように、第２のホログラム８２
を形成したときの参照光５１１′の集光点ＯD に集光す
る。 【００１４】したがって、上記集光点ＯD に検出器(図
示せず)を設置することにより、合せマーク２１の検出
が可能となる。 【００１５】さて、本発明を以下、具体的に説明する。
先ず本発明をその一実施例を示す図１(ａ)，（ｂ）およ
び図２(ａ)，（ｂ）により説明すれば、これら図におい
て、１はレチクル(マスク)、１０は回路パターンの原
画、２はウエハ、２０は１回の露光によって焼付けられ
るフィールドにして、１〜数チップの回路パターンであ
る。２１はウエハ２上の合せマークである。縮小レンズ
３により、レチクル１上の回路パターンの原画１０は露
光光(図示せず)によりウエハ２上のフィールド２０に縮
小結像される。４は照明手段にして、エキシマレーザ光
源(図示せず)から発射されたエキシマレーザ光４ａがレ
チクル１上に、所望の指向性と照度均一性とを以て照射
されたとき、レチクル１上の回路パターンの原画１０の
うち、１乃至数チップ毎の回路パターンがエキシマレー
ザ光４ａによりウエハ２上に露光、転写される。上記合
せマーク２１はウエハ２上に、各露光フィールド２０毎
に、ｘ方向合せマーク２１x とｙ方向合せマーク２１y
が設けられている。本実施例では、各合せマーク２１
x ，２１y を別の検出光学系で検出しているが、図で
は、ｘ方向検出光学系５０のみ図示している。しかし
て、このｘ方向検出光学系５０はウエハ２上の合せマー
ク２１にアライメントレーザ光５０１を照明する一方、
その反射光５０３(または５１３)を検出するもので、ミ
ラー５１、ホログラム８、開口付きミラー５２、集光レ
ンズ５３，５４および光検出器５５から構成されてい
る。 【００１６】次に、検出光学系５０による検出方法につ
いて説明すれば、アライメント用レーザ光源(図示せず)
より出射したレーザ光５０１は集光レンズ５３により開
口付きミラー５２の開口部５２１に集光され、この開口
部５２１を通過した発散レーザ光５０１はホログラム記
録媒体８に記録されている第１のホログラム８１を照射
する。この第１のホログラム８１からの回折光５０２
は、既に図１６を用い説明したように、ミラー５１およ
び縮小レンズ３を通過した後、ウエハ２上に幅１μｍ程
度のスリット状の光５０３を照明する。このウエハ２上
には、図１(ｂ)にその拡大図が示されているように、複
数個の凹パターン２１０をピッチｐで配置した周期構造
の合せマーク２１が設けられているので、ウエハ２をＥ
矢印方向に移動することによりスリット状の照明光５０
３がこの合せマーク２１を照明すると、Ｏ次正反射光以
外に、±１次、±２次… …の回折光を発生する。上記
±１次回折光は次の式で示される反射角度θで縮小レン
ズ３に飛び込む。 【００１７】 【数１】 【００１８】この±１次回折光は、縮小レンズ３を通過
後、ミラー５１で反射してホログラム記録媒体８に記録
されている第２のホログラム８２に入射する。この第２
のホログラム８２は、図１６を用い既に説明したよう
に、ウエハ２の面に相当する位置に配置されたスリット
２００に入射角θで照明して形成されたホログラムであ
る。このため、合せマーク２１から回折角θで回折して
きたレーザ光５１２が、上記のようにして、第２のホロ
グラム８２に入射すると、この第２のホログラム８２か
らの回折光(再生光)５１１は、図１６に示すＯD の位置
に相当する位置に集光する。他方、ウエハ２からの反射
光５０３が第２のホログラム８２を照射し、回折しない
でそのまま透過するＯ次光は開口付きミラー５２の開口
部５２１を通過する。上記第２のホログラム８２の１次
回折光５１１は開口付きミラー５２の開口部５２１以外
の壁面のＯD 位置で反射し、集光レンズ５４により光検
出器５５に集光される。この光検出器５５は回折光５１
１が集光されると、図２(ｂ)に示されているように、検
出信号(Ｉ)が発生するため、この信号の中心位置とこの
中心位置を検出しているときのウエハ２の位置の情報が
求まれば合せマーク２１のｘ方向の位置が求められる。
同様な方法により図示しないｙ方向の検出光学系にて合
せマーク２１のｙ方向の位置が求められる。このように
して求められた合せマーク２１のｘ，ｙ方向位置情報を
基にして、ウエハ２とレチクル１との相対位置合せを、
図示しないウエハ粗動機構と、ウエハ又はレチクル微動
機構により行うことにより、ウエハ２上に正確にレチク
ル１の回路パターンの原画１０を重ね露光することがで
きる。 【００１９】なお、図１，図２においては、第２のホロ
グラム８２を用いた場合を示しているが、これに限定さ
れるものでなく、第２のホログラム８２を用いないで合
せマーク２１からの１次回折光、もしくは±１次回折光
を直接検出することも可能である。 【００２０】次に、本発明の他の一実施例を示す図３
(ａ)，(ｂ)について説明する。なお、図３(ａ)，(ｂ)に
おいて、前記図１，図２と同一符号のものは同一部品を
示している。即ち、図３(ａ)，(ｂ)においては、ウエハ
２上の合せマーク２１を照射するスリット状のレーザ光
５０３は、図１，図２と同様、ウエハ２上の合せマーク
２１形成面に対し垂直方向に入射するが、この場合は、
ウエハ２が固定されていてスリット状のレーザ光５０３
が図３(ｂ)に示すＥ矢印方向に走査する。そして、この
スリット状のレーザ光５０３の走査は、照明レーザ光５
０１′をガルバノミラー５７により偏向することによっ
て実現している。即ち、ガルバノミラー５７をＺ軸を中
心にして僅少だけ偏向すると、集光レンズ５３′で反射
板５８に集光される位置が僅かにｙ方向に変位するの
で、その結果、ホログラム照明光５０１′は入射角度が
僅かに変化して第１ホログラム８１からの回折光５０３
はウエハ２上にスリット状ビーム５０３を形成し、これ
がｘ方向にガルバノミラー５７の偏向と同期して移動す
る。このように、周期状パターン２１０からなる合せマ
ーク２１を回折光５０３が垂直方向に照明しつつ、その
照明位置を移動することによって、合せマーク２１から
の反射回折光５１３は縮小レンズ３を透過後、第２のホ
ログラム８２をその入射角度が僅かに変化されながら照
射するので、第２のホログラム８２により再生される一
次回折光はビームスプリッタ５６により反射され、開口
付き遮光板５２′の開口部５２０に入って通過する。一
方、周期パターン２１０の正反射光は第１のホログラム
８１に入射し、Ｏ次光および１次光は遮光板５２′の開
口部５２０のない壁面の位置で遮光される。また、周期
パターン２１０の１次回折光は第２のホログラム８２に
入射後も、Ｏ次光と同様、遮光板５２′の開口部５２０
のない壁面の位置で遮光される。この結果、遮光板５
２′の開口部５２０では、所望の周期パターン２１０の
回折光のみが通過する。この所望の周期パターン２１０
の回折光５１２は開口部５２０で集光するが、上記で説
明したように、第２のホログラム８２の入射角が変化し
ているため、この集光位置はウエハ２へのレーザ光４ａ
の照射位置の移動に伴って変化する。 【００２１】更に、上記開口部５２０を透過した回折光
５１２の集光位置は結像レンズ５５０により一次元セン
サ５５′上に結像される。したがって、駆動制御回路９
によりガルバノミラー５７を偏向し、その間に一次元セ
ンサ５５′への画像情報を取り込み、偏向終了後、一次
元センサ５５′の情報を読み取れば、合せマーク２１の
像(１次回折光による像)が信号として得られる。 【００２２】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図４(ａ)，(ｂ)により説明する。なお、図３と同
一部品は同一符号を以て示す。即ち、図４(ａ)において
は、合せマーク２１が、図４(ｂ)に示すように、棒状に
形成されている。また、レチクル１の回路パターンの原
画１０の周辺一部に形成されたクロム膜(又は酸化クロ
ム膜)をミラー５１″として用いている。即ち、ガルバ
ノミラー５７で偏向された照明光５０１′はホログラム
８１を照明し、その回折光５０２′はミラー５１′、レ
チクルミラー５１″で反射されて縮小レンズ３を通り、
棒状の合せマーク２１を垂直方向に、かつその位置を変
えながら照明する。次いで、棒状の合せマーク２１で反
射された光５０３′は、再び縮小レンズ３を通ってレチ
クル１上のミラー５１″、ミラー５１′で反射され、再
び第１ホログラム８１に入射する。この第１のホログラ
ム８１を通過し回折する光５０３′はビームスプリッタ
５６で反射されて一点に集光する。この集光点は結像レ
ンズ５５０により一次元センサ５５′上に結像される。
そのため、ガルバノミラー５７の偏向によりウエハ２上
の合せマーク２１への照射位置が変化し、同時に上記第
１のホログラム８１を通過した回折光がビームスプリッ
タ５６で反射され集光位置が変化するので、一次元セン
サ５５′には合せマーク２１の像が得られる。したがっ
て、本実施例では、第１のホログラム８１を照明用およ
び検出用として用い、前記の実施例と同様なタイミング
でガルバノミラー５７と一次元センサ５５′とを駆動す
ることにより合せマーク２１の像(一次回折光による像)
が信号として得られる。 【００２３】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図５(ａ)，(ｂ)により説明する。なお、前記図３
および図４と同一部品には同一符号を以て示す。本実施
例においては、ホログラム記録媒体８に３つのホログラ
ム８１，８３および８３′が記録されている。第１のホ
ログラム８１は、前記図４に示す第１のホログラム８１
と同一機能を有しており、棒状の合せマーク２１を垂直
方向に落射照射するとともに、その反射光を検出するの
に用いられる。第２のホログラム８３は棒状の合せマー
ク２１に入射する角度が、図５(ｂ)に示すように、ψで
照明するために用いられる(但し、入射光５０４はｙ座
標およびｚ座標の面内にある)。図５(ｂ)に示すよう
に、ウエハ２に入射角ψで入射した照明光５０４は、棒
状合せマーク２１で反射角−ψで反射されると、この反
射光５１４は第３ホログラム８３′を照射し、この第３
ホログラム８３′で回折された後、ビームスプリッタ５
６で反射され、遮光板５２′の開口部５１０を通って一
次元センサ５５′に結像される。また、ウエハ２上の合
せマーク２１を垂直方向に落射する場合には、遮光板５
２′の開口部５１０を通って、前記図４に示す場合と同
様に、一次元センサ５５′に結像される。しかして、こ
れらウエハ２上に垂直方向から落射照明する場合と、傾
斜角ψで落射照明する場合との切換は、駆動制御回路９
からの駆動信号によりガルバノミラー５９を偏向するこ
とによって行われる。また、このようにして、垂直方向
および傾斜角でそれぞれウエハ２上の合せマーク２１を
照明し、反射された光５１４が一次元センサ５５′で結
像され検出された信号は加算され、これによって傾斜角
側の信号が合せマーク２１近傍のレジスト塗布むらによ
り検出波形が非対称性となるのを、垂直方向側の信号に
よって大幅に低減することができる。なお、２傾角照明
によるレジスト塗布むらに対する効果については、本願
出願人による特許出願（特願昭６１−４１７４３号）に
既に記載されているように、２傾角を採用することによ
り実効的に２波長で検出することに相当し、レジスト内
干渉の強度変化が１傾角(１つの入射角)より小さくな
り、レジストの厚さ変化による影響を受けにくくなるこ
とが知られている。この点について、更に詳述すると、
図１２(ａ)は波長が０.５１５ｎｍ検出のＮＡ(開口数)
が０.４２で、かつ照明角度が０°と２３°との場合の
レジスト１の厚みと多重干渉強度を示した図である。同
図から明らかなように、レジスト１の厚みの変化に対
し、干渉強度が大きく変らない領域ででは、レジストの
塗布むらの影響を受けにくく、特にレジスト１の厚みが
１.５μｍ乃至３.０μｍの範囲では、２傾角照明の効果
が大きく現われている。また、検出のＮＡが露光パター
ンの微細化に伴い大きくなる程、傾角照明の入射角度ψ
を大きくすることが可能となり、塗布むらの影響を除去
する上で有利である。なお、図１２(ｂ)，(ｃ)は２個の
ガルバノミラー５７，５９の駆動タイミング図、即ち、
偏向角Δθ57とΔθ59の経時変化であり、図１２(ｃ)に
示すように、経時変化ｔ0 乃至ｔ1 では傾角ψが０°の
とき垂直照明であり、経時変化ｔ2 乃至ｔ3 では傾角ψ
が２３°のときの傾角照明である。図１２(ｂ)，(ｃ)に
示すように、経時変化ｔ0 乃至ｔ 3 間で得られる傾角ψ
＝０°とψ＝２３°との照明に対する検出像の和を取る
ことにより、レジスト１の厚さ変化に対し、図１２(ａ)
に示す関係が成立する。 【００２４】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図６(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明する。なお、前
記図４および図５と同一部品には同一符号を以て示す。
図６(ａ)においては、ウエハ２上の合せマーク２１を検
出するのに、互いに波長がλ1 ，λ2 と異なる２個のレ
ーザ光５０２１，５０３１を用いている。即ち、ホログ
ラム記録媒体８′には、図６(ｃ)に示すように、波長λ
1 用ホログラム８２１，８２２，８２２′と、波長λ2
用ホログラム８３１，８３１′，８３２，８３２′が形
成されている。また、上記波長λ1 用ホログラム８２
１，８２２，８２２′および波長λ2 用ホログラム８３
１，８３１′，８３２，８３２′のうち、波長λ1 用ホ
ログラム８２１，８２２と波長λ2 用ホログラム８３
１，８３２は照明用であり、他の波長λ1 用ホログラム
８２２′と波長λ2 用ホログラム８３１′，８３２′と
は検出用であり、特に波長λ1 用ホログラム８２１は検
出用を兼ねている。更に、これら波長の異なる７つのホ
ログラムは、図７(ａ)，(ｂ)に示す方法によって形成さ
れている。即ち、図１６にホログラム作製法と照明時並
びに検出時の使用法を示した如く、図７(ａ)，(ｂ)にお
いて、実線の光線５２１，５２２，５２２′の波長λ1
および点線の光線５３１，５３１′，５３２，５３２′
の波長λ2 に対して、それぞれホログラム８２１，８２
２，８２２′，８３１，８３１′，８３２，８３２′が
形成される。なお、一般に縮小レンズ３の露光光４ａ以
外の波長では、ウエハ２上の合せマーク(図７(ａ)では
スリット２０１に相当)の像は波長λが異なると、
ＡI1，ＡI2とで示すように、異なる位置に形成される。
これらの像はミラー５１で折返されてＡI1′，ＡI2′と
に結像する。そのため、上記各光線５２１，５２２，５
２２′，５３１，５３１′，５３２，５３２′の光路中
にホログラム記録媒体８を設置すれば、波長λ1 の参照
光５０１と波長2 の参照光５１１をホログラム記録媒体
８上で重ね露光してホログラム８２１，８２２，８２
２′，８３１，８３１′，８３２，８３２′を形成す
る。なお、図７(ａ)に示す、いわゆる物体光はスリット
２０１を、図７(ｂ)に示すように、波長λ1 の光線５２
１、あるいは波長λ2 の光線５３１で照明することによ
り、スリット２０１を通過するスリット透過光として得
たものである。このようにして得られた物体光に対して
形成された波長λ1 のホログラム８２１、あるいは波長
λ2 ホログラム８３１の他に、図７(ｂ)に示すように、
スリット２０１の入射角ψを変化させる。即ち、波長λ
1 と波長λ2 に対しそれぞれ光線５２２，５２２′，５
３１′，５３２，５３２′を形成し、これらの光線５２
２，５２２′５３１′５３２，５３２′をスリット２０
１に照射し、その透過光を物体光としてホログラム８２
２，８２２′および８３１′，８３２，８３２′を形成
する。この際、参照光は上記ホログラム８２１，８３１
を形成したときと同様に、位置ＯI に集光する参照光５
０１，５１１を用いる。但し、参照光５０１，５１１は
形成しようとするホログラム８２２，８２２′および８
３１′，８３２，８３２′以外の部分を露光すると、か
ぶり現象が発生して他のホログラム８２１，８３１の回
折効率を低下させてしまうので、必要な部分以外へのか
ぶり露光をさけるためのマスク(図示せず)をホログラム
記録媒体８近傍のレチクル１側に設置している。 【００２５】このようにして形成されたホログラム８２
１，８２２，８２２′，８３１，８３１′，８３２，８
３２′を図６(ａ)，(ｂ)に示す縮小露光装置に設置し、
これらホログラム８２１，８２２，８２２′，８３１，
８３１′，８３２，８３２′に再生レーザ光を照明する
と、この再生レーザ光がガルバノミラー５７により偏向
されることによって、既に説明したように、照射ビーム
５０３１がウエハ２の合せマーク２１上を、図６(ｂ)に
示す矢印方向に走査するので、ウエハ２から反射された
レーザ光５０３１′は、傾角ψ＝０゜のときには、照射
時と同一のホログラム８２１に、また、傾斜角ψ＞０゜
のときには、上記のホログラム８２１を中心にしてその
対称の位置にあるホログラム、例えば照明時のホログラ
ムが８３１のときには、ホログラム８３１′で検出され
る。図６(ａ)に示す各ホログラムにより照明、あるいは
検出される条件を以下に表１として示す。 【００２６】 【表１】 【００２７】したがって、表１に示すように、ホログラ
ムを形成すれば、前記特願昭６１−４１７４３号に記載
されているように、レジスト塗布むらに対し検出波形の
非対称性が小さくなる。したがって、検出誤差の小さな
ウエハ合せマーク２１の検出を行うことができる。 【００２８】なお、図６(ａ)のガルバノミラー５９は第
２のガルバノミラーであり、波長λ1 とλ2 の光を同時
にホログラムに照射するとともに、ガルバノミラー５９
を偏向することにより、ウエハへの入射角度を変える機
能を有する。即ち、ホログラム８２１と８３１はガルバ
ノミラー５９の１つの偏向角により、同時に波長λ1と
λ2 のレーザにより照明され、ガルバノミラー５９の偏
向角を変えることにより、ホログラム８２２と８３２が
波長λ1 と波長λ2 のレーザにより同時に照明される。
このようにして、２波長(λ1 ，λ2 )に対し２つの入射
角で検出された信号を合成し、合成された波形の中心位
置を求める。 【００２９】次に、本発明による合せマーク検出方法に
ついて更に詳細に説明する。図１３(ａ)，(ｂ)，(ｃ)は
合せマークを検出する際の２個のガルバノミラーの偏向
角の経時変化と、合せマークへの入射光および合せマー
クからの反射光を示している。なお、２個のガルバノミ
ラーおよび検出器の駆動制御は図示しない駆動制御回路
(前記図３，図５を参照のこと)で行っている。時刻ｔ0
〜ｔ1 の間には、図１３(ｃ)に示すように、波長λ1 お
よびλ2 の光は入射角ψλ1 ＝０°，ψλ2 ＝３°で合
せマーク２１に入射する。入射角３゜の傾角は合せマー
ク２１の長手方向に垂線より３°傾けた方向に付けた角
度である。２つの波長λ1 ，λ2 で照明する間(ｔ0 〜
ｔ1 )に図６のガルバノミラー５７を僅かに偏向し、合
せマーク２１をスリット状の照明光５０３１と５０２１
が検出方向(図６矢印)に動かす。前述した如く、合せマ
ーク２１からの反射光５０２１′，５０３１′は、両波
長λ1 ，λ2 ともリニアセンサ５５′上に集光し、しか
もスリット状照明光５０３１，５０２１の走査に応じて
リニアセンサ５５′上の集光位置が変化する。したがっ
て、ｔ0 〜ｔ1 の間のガルバノミラー５７の走査が終れ
ば、合せマーク２１の像がリニアセンサ５５′に蓄積さ
れているので、ｔ0 〜ｔ1 の間に蓄積された像を読み取
ればよい。次に、図６のガルバノミラー５９を時刻ｔ2
〜ｔ3の間、一定量偏向し、ホログラム８２２と８３２
を同時に照明することにより、図１３(ａ)に示すよう
に、合せマーク２１に対し、波長λ1 のレーザ光５０２
２は入射角２０°，λ2 のレーザ光５０３２は２３°で
照明し、上記の方法同様に、両波長λ1 ，λ2 での検出
波形を得る。このように、２つの波長λ1 ，λ2 に対し
上記２種の入射角度０°，３°および２０°，２３°で
合せマーク２１に照射した結果として得られる４つの波
形の合成検出強度は、レジスト１の厚みｄの変化に対
し、図１４に示す干渉強度として得られる。但し、本実
施例では、λ1＝５１４.５ｎｍ，λ2 ＝５４３.５ｎｍ
である。図１４から明らかなように、本実施例では、レ
ジスト１の厚みｄが１〜４.５μｍの範囲に亘って干渉
強度変化が小さくなり、特に、レジスト１の厚みｄが
１.５〜４μｍの範囲では、最大干渉強度変化の１／５
以下となっている。この結果、合せマーク２１のエッジ
部近傍で生じるレジスト１の塗布むらによって発生する
検出パターンの非対称性は大幅に低減できる。図１５は
この非対称性の低減を示した図である。図１５(ａ)は基
板４２上のレジスト４３の塗布むらを示しており、レジ
スト４３の厚さｄが２．３μｍあり、塗布むらが０.１
μｍある場合である。従来の単純な２波長検出(垂直入
射のみ)では、図１５(ｂ)に示すような波形となる。こ
れに対し、本実施例での検出波形は図１５(ｃ)のように
なり、検出波形の非対称性は大幅に少なくなり、真のマ
ーク中心から検出中心までの距離Δｘ、即ち、検出誤差
は０.１６μｍから０.０４μｍに大幅に低減されてお
り、高精度検出が実現されている。 【００３０】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図８により説明する。図８においては、次の問題
を解決するための実施例である。即ち、波長λの短いエ
キシマレーザ露光光(例えばλｅ＝２４８.５ｎｍ)に対
し製作された縮小レンズ３に対して、可視光の光で検出
すると、特に縮小レンズ３が石英ガラスのみから形成さ
れる場合、ウエハの像はレチクル１側に実像を結ばす、
ウエハ２側に虚像を形成することがある。これは、石英
ガラスの屈折率の分散が２４８.５ｎｍ近傍で大きくな
るためである。このような虚像を作ると、ウエハ２上の
合せマーク２１を可視光で照明した光５０１は、集光レ
ンズ５３を透過後、大きく広がってしまう。図８の実施
例では、この問題を解決するため、広がった光を凸レン
ズ８４で集光し、ビーム径を小さくしている。即ち、図
９(ａ)に示すように、ウエハ２上合せマーク(図９(ａ)
のスリット２０１に相当)から出射した可視のアライメ
ント光５１３′を凸レンズ８４によりＡI ″位置に集光
する。この集光位置ＡI ″と、集光レンズ８４の中間位
置に配置したホログラム記録媒体８上では、適度の広が
りとなる。図９(ａ)は凸レンズ８４を含んだ縮小レンズ
光学系３の波面収差補正用ホログラム８１の作製方法を
示したものである。上記の如く、凸レンズ８４によりス
リット２０１を透過した検出用レーザ光５１３′はＡ
I ″に集光する。上記光路中に配置されたホログラム記
録媒体８を通過する部分に、集光位置ＯI に集光する参
照光５０１を重ね露光し、波面収差補正機能を有する照
明、かつ検出用のホログラム８１を形成する。図９(ｂ)
はこのようにして形成されたホログラム８１を用い、上
記凸レンズ８４を組込んでウエハ２上の合せマーク２１
を、スリット２０１のスリット幅とほぼ同程度の広がり
で照明する照明系の原理図を示している。このように、
ホログラム８１の波面収差補正機能を用いれば、ＯI 点
に集光し、ホログラム８１の形成時の参照光路を逆に辿
る光５０２をホログラム８１に照明すれば、上述のスリ
ット幅にほぼ等しい狭い範囲のウエハ照明が実現され
る。このようにして、ウエハ２上の合せマーク２１に照
明して反射した光５１３は、図９(ｃ)に示すように、縮
小レンズ３、凸レンズ８４を通ってホログラム８１に入
射し、一次回折光５１１が集光点ＯD に集光する。した
がって、図８に示すように、ウエハ合せマーク検出系５
０を構成し、棒状マーク２１をホログラム８１を用いて
照明、検出することにより、ウエハの矢印方向の走査に
応じ、合せマーク２１の波形信号が光検出器５５により
得られる。 【００３１】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図１０(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明する。図１０
(ａ)，(ｂ)，(ｃ)においては、ウエハ２０上の合せマー
ク２１への照明光が前記の実施例とは異なっている。即
ち、図１０(ａ)では、合せマーク照明光は、合せマーク
２１の部分を照明するのではなく、合せマーク２１全体
とその周辺も若干含めて広く照明している。この照明光
はウエハ２の面上ではほぼ平行光束に近い波面を有して
いる。この照明光を発生するホログラムが８５である。
このホログラム８５は図１１に示す方法により製作され
る。即ち、ウエハ２の面に相当する位置にピンホール板
２２０が配置される。このピンホール板２２０には、そ
の直径がウエハ合せマーク２１より若干大きいピンホー
ル２２１が穿たれている。このピンホール２２１に下方
よりコリメータレンズ系２３１，２３２を用い、細い平
行レーザービーム５１３″′を照射する。ここを透過し
たレーザ光５１３″′は縮小レンズ３、ミラー５１、凸
レンズ８４を経て、ホログラム記録媒体８を比較的狭い
範囲で照明する(ピンホール２２１の径が前出のスリッ
ト幅に比べて大きいので、回折による広がりが小さいた
め)。他方、同一レーザ光源より得られた参照光５０
１′はレンズ８０により集光点ＯI に集光し、かつホロ
グラム８５上でピンホール透過光と重畳する。このよう
にして形成されたホログラム８５を、図１１(ｂ)に示す
ように、集光点ＯI より出射するごとき再生光で再生す
ると、図１１(ｃ)に拡大図を示す如く、ウエハ上の合せ
マーク２１全体を平面波(平行光)で照明する光５０５が
得られる。図１１(ａ)に示す如く、ホログラム記録媒体
８には、図１１で説明した照明用ホログラム８５以外
に、図１の実施例で説明した、合せマーク２１からの回
折光５０５′を検出するためのホログラム８２(８
２′、但し、８２′は−１次回折光検出用)も記録され
ている。但し、図１０(ａ)の実施例では、図１とは異な
り、ホログラム８２は凸レンズ８４を用いて作られてい
る。ホログラム８２は、図１６にその原理を示すよう
に、スリット透過光の波面をＯD 点に集光する参照光５
１１′により記録されたものである。しかも図３の実施
例で説明したように、スリット状照明光５０３(図３)の
走査により、検出回折像ＯD はその場所が変化する。こ
のことより、図１０に示す実施例のように、合せマーク
２１全体を照明し、ホログラム８２で検出すれば、合せ
マーク２１の回折光５０５′による合せマーク２１の像
がＯD 位置に形成されることになる。この像を結像レン
ズ５５０により一次元センサ５５′上に結像すれば、合
せマーク２１の検出信号が図１０(ｂ)の如く得られ、精
度の高い検出信号が可動部を設けることなく検出される
ことになる。なお、５２′は開口部付きのミラーであ
る。 【００３２】次に、本発明の一実施例であり、ホログラ
ムとして、縮小レンズ３の設計データからホログラム８
２を形成し、このホログラム８２を用いてアライメント
を行う方法について説明する。縮小レンズ３に対するウ
エハ２の面に相当する位置におかれた上記の実施例にお
けるホログラム作成用のマスク２００上の開口を通過す
るアライメント波長の光が、レンズを通過した後のホロ
グラム位置での波面収差は計算によりも求まる。同様
に、ホログラム作成時の参照光のホログラム位置での波
面も求めることができる。したがって、両光のホログラ
ム位置における干渉パターンは理論的に求めることが可
能となる。この干渉縞強度Ｉ(ｘ．ｙ)を示す式は、例え
ば以下のようである。 【００３３】 【数２】 【００３４】上式中、φRL(ｘ，ｙ)は縮小レンズ透過後
の波面(位相)であり、φR (ｘ，ｙ)は参照光の波面(位
相)である。したがって、上記Ｉ(ｘ，ｙ)の平均強度(＝
２)より大の部分は透明、小の部分は不透明にする。こ
のような２値化干渉像をＥＢ描画装置で５倍に拡大して
描画する。ＥＢ描画装置の特性上、最小描画単位は決ま
っているから、この最小描画単位でＩ(ｘ，ｙ)をサンプ
リングし、各サンプリング点における強度が２以上か、
２以下かに分け、そのサンプル点の描画データ値(抜き
パターンか否か)を決定し、ＥＢ描画データを作成す
る。このデータを基に、ＥＢ描画装置を用いレチクルを
描画する。このレチクルは前述の如く、最終的なホログ
ラムの干渉パターンの５倍になっているので、これを縮
小露光装置のレチクルステージに搭載し、ウエハステー
ジにはレジストを塗布したガラスウエハを搭載し、レチ
クルの干渉パターンを１／５に縮小露光する。露光され
たウエハを現像し、ガラスを所望の段差パターンが生じ
るようにエッチングし、ホログラムが完成する。このよ
うにして作成されたホログラムはガラスウエハ上に多数
作られているので、これを切断し、前述のホログラムの
位置に実装すればよい。 【００３５】なお、上記実施例では、ホログラムは何れ
も透過型であるが、反射型のものを用いても本発明は実
現可能である。また、合せマークの照明光は縮小レンズ
とウエハの間隙より導入して合せマークを照明し、その
合せマークからの反射散乱光の検出は縮小レンズを通し
上述の検出用ホログラムを用いることによっても、高い
精度の合せマーク検出が可能である。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば、露光光である短波長の
エキシマレーザ光に対し十分波長の長い可視光をアライ
メント光として用いることにより、レジストに影響を与
える(かぶり)ことなく、また、レジストを良く透過する
ため、レジストの影響を受けることなく(ウエハ合せマ
ークが検出可能)、ウエハ合せマークを縮小レンズを介
して検出することが可能となった。これにより、以下に
示す大きな効果(１)〜(３)が得られる。 【００３７】(１)縮小レンズを介し検出するため、アラ
イメント精度のより一層の向上(０.１５μｍ→０.０８
μｍ)が図れる。即ち、縮小レンズを介さずに別の検出
系を設けると、縮小レンズ光軸と検出系光軸の、温度や
振動による間隔の微小な変化がそのまま検出誤差となる
が、縮小レンズを介し検出すれば、縮小レンズ透過後の
検出系の上記温度や振動による誤差は、縮小レンズ透過
後は大略１／５(拡大倍率が１／５の縮小レンズの場合)
となる。 【００３８】(２)露光光に近い短波長光をアライメント
検出光に用いると、照明光によりレジストが露光される
のみならず、レジスト内を照明光が透過しにくく、検出
信号レベルが大幅に低下し、良好な検出波形が得られ
ず、検出精度が低下する。本発明はこの問題を完全に解
決している。即ち、この問題を解決するための一方法と
して、ウエハ上の合せマーク部分を予め部分露光し、レ
ジストを現像除去することも可能である。しかし、この
ように余分な工程を増やすと、コスト増大になるばかり
でなく、余分な工程を増やすことになり、歩留りの低下
をもたらすことになる。この点からも本発明の方法はコ
スト、歩留り上、大幅に有利である。 【００３９】(３)更に、本発明の大きな効果はウエハ上
の合せマークを無収差で結像し、検出できる点である。
縮小レンズ自体は露光光に対してのみ無収差に近い結像
性能を有しているが、その反面、その露光光とは異なる
波長に対しては各種収差を含み、特に波長が大きく異な
る程、この問題は厳しくなる。このように収差をレンズ
系で補正することも不可能ではないが、検出光軸は露光
光軸と一致せず、露光光軸に対し傾いたものとなる。こ
のため、レンズ系による補正は極めて困難となる。しか
るに、本発明によれば、ホログラムの本来の性質とし
て、縮小レンズにおけるアライメント検出光に対する収
差がホログラムに予め記録されていれば、この収差を含
んだ波面を再現性良好として再生することが可能なた
め、無収差(回折限界)でのウエハ照明と、検出が可能と
なり、従来のｇ線やｉ線の縮小レンズを用いる縮小露光
装置のアライメント法でも達成し得なかった高解像検出
を、露光光以外の波長で実現することが初めて可能とな
った。この結果、上述の従来の縮小露光装置では達成で
きないアライメント精度が実現できるようになった。 【００４０】また、本発明の２波長を用いるアライメン
ト検出方法においては、２波長によって生じる縮小レン
ズの色収差の問題に対し、従来、色収差に伴う結像位置
の不一致を補正する光路補正光学系を必要としたが、こ
のような余分な光学系を用いずに同一検出器に同一光学
系を用いて結像することが可能となり、装置構成の簡略
化とコスト低減が図れる。更に、単波長、あるいは多波
長のレーザ光を各種入射角で照明し、像を合成すること
により塗布むらの影響を低減することも容易に可能とな
る。
ターン露光方法とその装置に係り、特に短波長のエキシ
マレーザ光を露光光として、この露光光によりマスク上
のパターンを露光用結像系を介し被露光物体上に結像露
光せしめるに先立って、その露光光よりも波長が長いア
ライメント光で露光用結像系を介し被露光物体上の合せ
マークを高精度に検出した上、マスクと被露光物体とが
高精度にアライメントされるようにした半導体露光方法
とその装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体回路の微細化に伴い、回路パター
ンの露光に使用される光の波長はｇ線からｉ線、更に
は、例えば１９８６年発行のプロシーディングス・オブ
・エスピーアイイー(Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ)No.６３３に
記載されているように、エキシマーザ光を用いた露光方
法が発表されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のよう
に、エキシマレーザ光を用いた場合、その可視域の波長
(４５０ｎｍ乃至７００ｎｍ)の半分になり、使用できる
縮小レンズの硝子材の種類も数種となり、露光波長以外
の波長に対する結像特性についての配慮が不可能とな
る。即ち、例えばフッ化クリプトン(ＫｒＦ)エキシマレ
ーザ(波長２４８.５ｎｍ)用の縮小レンズでは、石英ガ
ラスのみ、もしくは石英ガラスと蛍石との組合せによる
結像系が構成されている。しかるに、上記の結像系を用
いアライメント光として可視光である、例えばアルゴン
(Ａｒ)レーザ(波長５１５ｎｍ)およびヘリウム―ネオン
(Ｈｅ−Ｎｅ)レーザ(５４３.５ｎｍ，６３３ｎｍ)等を
用いると、ウエハ上の合せマークを解像度良くレチクル
側に結像することが困難となる。 【０００４】そこで、前記の従来技術では、縮小レンズ
とは別に合せマーク専用の結像系(オフアクシスアライ
メント系)を用いてアライメントを行っている。しかる
に、上記の方法では、縮小レンズとオフアクシスアライ
メント光学系の光軸中心をアライメント精度(０.１μｍ
程度)以下の寸法精度に安定に保持することが困難であ
る。また、従来の他の露光技術として、露光光と同一の
波長、もしくはこの波長に近い(遠)紫外光を用いて縮小
レンズを通してアライメントする方法が実施されてい
る。しかるに、この方法では、縮小レンズの焦点深度が
ますます浅くなるので、ウエハを平坦化するためにレジ
ストを多層構造にしたり、厚く塗布する必要が生じ、露
光光と同一短波長のアライメント光をレジストの下方位
置にあるアライメントマークに照射し、その反射光を検
出することが困難になっている。 【０００５】本発明の目的は、露光光としてエキシマレ
ーザを、また、アライメント光としてそのエキシマレー
ザより波長の長いものを用い、そのアライメント光によ
り基板上の合せマークを露光用縮小レンズを介し高精度
に検出した上、この検出結果にもとづきマスクと基板と
が高精度に相対的に位置合せされた状態で、エキシマレ
ーザがマスクに照射されることによって、そのマスクに
予め形成されているパターンが露光用縮小レンズを介し
基板上に縮小微細パターンとして投影露光され得る半導
体露光方法とその装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的における半導体
露光方法としては、露光光としてエキシマレーザを用
い、該エキシマレーザをマスクに照射して該マスクに形
成されたパターンを該マスクと相対的に位置合せされた
基板上に露光用縮小レンズを介して投影露光するに際し
て、エキシマレーザより波長の長いアライメント光を前
記露光用縮小レンズの前記アライメント光の波長におけ
る波面収差を補正するホログラムと前記露光用縮小レン
ズとを介して前記基板上に形成された合せマークに照射
し、該照射による前記合せマークからの反射光を前記露
光用縮小レンズを介して検出し、該検出した反射光に基
づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合せをし
た状 態で前記エキシマレーザを前記マスクに照射して該
マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１５μ
ｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光する
か、またはエキシマレーザより波長の長いアライメント
光を前記基板上に形成された合せマークに照射し、該照
射により前記合せマークで反射して前記露光用縮小レン
ズを透過した反射光を前記露光用縮小レンズの前記アラ
イメント光の波長における波面収差を補正するホログラ
ムを介して検出し、該検出した反射光に基づいて前記マ
スクと前記基板との相対的な位置合せをした状態で前記
エキシマレーザを前記マスクに照射して該マスクに形成
されたパターンを前記基板上に０.１５μｍよりも小さ
い値のアライメント精度で投影露光することで達成され
る。 【０００７】また、上記目的における半導体露光装置と
しては、エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマ
レーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパター
ンを該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用
縮小レンズを介して投影露光する構成を基本として、こ
れに、前記エキシマレーザより波長の長いアライメント
光を発射するアライメント光源と、前記アライメント光
源から発射されたアライメント光を通過、または反射さ
せる前記露光用縮小レンズの前記アライメント光の波長
における波面収差を補正するホログラム手段と、該ホロ
グラム手段を通過、または反射したアライメント光を前
記露光用縮小レンズを介して前記基板上に形成された合
せマークに照射する照射手段と、該照射手段により照射
されて前記合せマークで反射した反射光を前記露光用縮
小レンズを介して検出する検出手段と、該検出手段で検
出した反射光に基づいて前記マスクと前記基板との相対
的な位置合せをする位置合せ手段とを更に備え、該位置
合せ手段で前記マスクと前記基板との相対的な位置合せ
をした状態で前記エキシマレーザを前記マスクに照射す
ることにより該マスクに形成されたパターンを前記基板
上に０.１５μｍよりも小さい値のアライメント精度で
投影露光するか、または前記エキシマレーザより波長の
長いアライメント光を発射するアライメント光源と、前
記アライメント光源から発射されたアライメント光を前
記基板上に形成された合せマークに照射する照射手段
と、該照射手段の照射により前記合せマークで反射して
前記露光用縮小レンズを透過した反射光を通過、または
反射させる前記露光用縮小レンズ の前記アライメント光
の波長における波面収差を補正するホログラム手段と、
該ホログラム手段を透過、または反射した前記反射光を
介して検出する検出手段と、該検出手段で検出した反射
光に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合
せをする位置合せ手段とを更に備え、該位置合せ手段で
前記マスクと前記基板との相対的な位置合せをした状態
で前記エキシマレーザを前記マスクに照射することによ
り該マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１
５μｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光す
ることで達成される。これら以外の半導体露光装置とし
てはまた、前記エキシマレーザより波長の長いアライメ
ント光を発射するアライメント光源と、前記アライメン
ト光源から発射されたアライメント光の波長における前
記露光用縮小レンズの波面収差を補正するホログラム手
段と、該ホログラム手段で波面収差が補正されたアライ
メント光を前記露光用縮小レンズを介して前記基板上に
形成された合せマークに照射する照射手段と、該照射手
段により照射されて前記合せマークで反射した反射光を
前記露光用縮小レンズを介して検出する検出手段と、該
検出手段で検出した反射光に基づいて前記マスクと前記
基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段とを更に
備えさせるか、または前記エキシマレーザより波長の長
いアライメント光を発射するアライメント光源と、前記
アライメント光源から発射されたアライメント光を前記
基板上に形成された合せマークに照射する照射手段と、
該照射手段の照射により前記合せマークで反射して前記
露光用縮小レンズを透過した反射光に対して前記露光用
縮小レンズの前記アライメント光の波長における波面収
差を補正するホログラム手段と、該ホログラム手段で波
面収差が補正された前記反射光を検出する検出手段と、
該検出手段で検出した反射光をに基づいて前記マスクと
前記基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段とを
更に備えさせることで達成される。 【０００８】 【発明の実施の形態】先ず本発明を具体的に説明するに
先立って、その概要を説明すれば以下のようである。即
ち、本発明は、少なくともウエハ上の合せマークを照
明、もしくは検出する何れか一方の側にホログラムを用
いている。既に公知のように、ホログラムは物体の反
射、もしくは透過後の光の強度に関する情報のみでな
く、位相(波面)に関する情報を記録できる方法である。
そのため、縮小レンズのアライメント波長における波面
収差をホログラムに記録しておき、このホログラムを用
いて該縮小レンズのアライメント波長における収差を補
正するようにすれば、該縮小レンズを通してアライメン
ト光をウエハ上の合せマークに所望の形状、寸法を以て
照明することが可能となり、かつ上記合せマークで反射
したアライメント光を高い結像性能で検出することが可
能となる。 【０００９】次に、本発明によるホログラムを用いた露
光装置のアライメント照明手段および検出手段の構成概
念と作用について、図１６(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明
する。図１６(ａ)はホログラムの作成方法を示す斜視図
である。図１６(ａ)に示すように、石英ガラスにて形成
された縮小レンズ３は、露光光(２４８．５ｎｍ)に対し
ては、ウエハ面ＳW と、レチクル面ＳR との間に高解像
の結像関係を有している。但し、例えば５１５ｎｍのア
ライメント波長に対しては、ウエハ面ＳW 上のスリット
２０１(Ａ)の像はレチクル面ＳR に形成されず、該レチ
クル面ＳR より大きく離れた位置Ａ I に形成されるのみ
でなく、このスリット２０１(Ａ)の像の解像度は著しく
劣化するため、この像を用いてウエハ像を検出し、アラ
イメントを行うことは、前述したように精度上不可能に
近い。そこで、図１６(ａ)に示すように、縮小レンズ３
に対するウエハ面ＳW に相当する位置にマスク２００を
設け、このマスク２００上に幅１μｍ前後のスリット２
０１(Ａ)を形成し、このスリット２０１(Ａ)をアライメ
ント光と同一波長のレーザ５０３″(又は５１３″)によ
り照射する（図１６(ａ)では、シリンドリカルレンズ２
１０を用いてスリット２０１(Ａ)に効率良くレーザ光５
０３″(又は５１３″)を照明している）。 【００１０】このようにして、スリット２０１(Ａ)を通
過したアライメント波長のレーザ光５０３′（又は５１
３′）は、ウエハ２面ＳW 上に幅１μｍの光源があるか
の如く、スリット２０１(Ａ)から発射される。このレー
ザ光５０３′(又は５１３′)は縮小レンズ３を透過する
と、前述のようにレチクル面に相当する面ＳR にスリッ
ト２０１(Ａ)の像を形成しないで、その延長線上の位置
Ａ I にぼけた像を形成する。なお、スリット像は、必ず
しも実像とはならず、虚像になることもあるが、この場
合でも後述のように、本発明による方法は同様に実現さ
れる。上記位置ＡI に向うレーザ光５０３′(又は５１
３′)をミラー、又はハーフミラー５１により折返して
位置Ａ I ′に上記位置Ａ I の鏡像を形成するようにし、
折返された光路の途中にホログラム記録媒体８を配置し
て、この記録媒体８を折返したレーザ光５０３′(又は
５１３′)が通過する位置８１′（又は８２′）に参照
光５０１′（又は５１１′）を重畳して照明し、ホログ
ラム干渉縞を上記ホログラム記録媒体８に記録する。 【００１１】なお、上記参照光５０１′は、図１６(ａ)
に示すように、ＯI 点（又はＯ D 点）にレーザ光５０
１′(又は５１１′)が収束するように、集光レンズ８０
を用いて形成される。上記折返しレーザ光５０３′が通
過する位置８１′に形成される第１のホログラム８１
は、物体光としてスリット２００に主光線が垂直となる
レーザ光５０３″を用いて形成されているため、この第
１のホログラム８１を、図１６(ｂ)に示すように、ＯI
点で収束される(ＯI 点で出射する)再生光で再生する
と、第１のホログラム８１形成時の物体光が完全に再現
される。即ち、第１のホログラム８１再生(回析)光は、
ミラー５１と縮小レンズ３とを逆方向に辿って行くと、
図１６(ａ)に示すスリット２０１の位置に相当する位置
にスリット２０１の幅１μｍの開口像を形成する。した
がって、このスリット２０１の位置に相当する位置にウ
エハ上の合せマーク２１が移動してくると、図１６(ｂ)
に示すように、合せマーク２１を非常に狭い領域に限定
して照明することが可能となる。 【００１２】また、上記ホログラム記録媒体８には、第
２のホログラム８２が記録されている。この第２のホロ
グラム８２は、次の方法によって形成される。即ち、図
１６(ａ)において、スリット２０１の照明光５１３″は
その主光軸がウエハ面ＳW に対してθの入射角で照明さ
れる。スリット２０１を透過した透過光５０３′は縮小
レンズ３およびミラー５１を通過した後、ホログラム記
録媒体８の位置８２′を照射し、この位置８２′で重畳
し、かつ点ＯD に集光する参照光５１１′との間に干渉
縞を形成するので、位置８２′に第２のホログラム８２
が形成される。この第２のホログラム８２は、図１(ｂ)
に示すように、ウエハ上の合せマーク２１(周期構造)か
らの回折光(回折角θ)を検出するために用いられる。 【００１３】次に、上記ホログラムを用いた合せマーク
２１からの回折光の検出方法について説明する。前記の
ように、ウエハ上の合せマーク２１へのレーザ照明光５
０３(図１６(ｂ)参照)は、第１のホログラム８１に形成
され、この第１のホログラム８１により生じるウエハ照
明光５０２はウエハ２の合せマーク２１形成面に対して
垂直方向から照射する。その結果、周期構造(ピッチｐ)
の合せマーク２１からの回折角θは、θ＝ｓｉｎ-1（λ
／ｐ）で反射し、縮小レンズ３およびミラー５１を通過
した検出光５１２は、上記第２のホログラム８２に入射
するため、この第２のホログラム８２からの回折光５１
１は、図１６(ｃ)に示すように、第２のホログラム８２
を形成したときの参照光５１１′の集光点ＯD に集光す
る。 【００１４】したがって、上記集光点ＯD に検出器(図
示せず)を設置することにより、合せマーク２１の検出
が可能となる。 【００１５】さて、本発明を以下、具体的に説明する。
先ず本発明をその一実施例を示す図１(ａ)，（ｂ）およ
び図２(ａ)，（ｂ）により説明すれば、これら図におい
て、１はレチクル(マスク)、１０は回路パターンの原
画、２はウエハ、２０は１回の露光によって焼付けられ
るフィールドにして、１〜数チップの回路パターンであ
る。２１はウエハ２上の合せマークである。縮小レンズ
３により、レチクル１上の回路パターンの原画１０は露
光光(図示せず)によりウエハ２上のフィールド２０に縮
小結像される。４は照明手段にして、エキシマレーザ光
源(図示せず)から発射されたエキシマレーザ光４ａがレ
チクル１上に、所望の指向性と照度均一性とを以て照射
されたとき、レチクル１上の回路パターンの原画１０の
うち、１乃至数チップ毎の回路パターンがエキシマレー
ザ光４ａによりウエハ２上に露光、転写される。上記合
せマーク２１はウエハ２上に、各露光フィールド２０毎
に、ｘ方向合せマーク２１x とｙ方向合せマーク２１y
が設けられている。本実施例では、各合せマーク２１
x ，２１y を別の検出光学系で検出しているが、図で
は、ｘ方向検出光学系５０のみ図示している。しかし
て、このｘ方向検出光学系５０はウエハ２上の合せマー
ク２１にアライメントレーザ光５０１を照明する一方、
その反射光５０３(または５１３)を検出するもので、ミ
ラー５１、ホログラム８、開口付きミラー５２、集光レ
ンズ５３，５４および光検出器５５から構成されてい
る。 【００１６】次に、検出光学系５０による検出方法につ
いて説明すれば、アライメント用レーザ光源(図示せず)
より出射したレーザ光５０１は集光レンズ５３により開
口付きミラー５２の開口部５２１に集光され、この開口
部５２１を通過した発散レーザ光５０１はホログラム記
録媒体８に記録されている第１のホログラム８１を照射
する。この第１のホログラム８１からの回折光５０２
は、既に図１６を用い説明したように、ミラー５１およ
び縮小レンズ３を通過した後、ウエハ２上に幅１μｍ程
度のスリット状の光５０３を照明する。このウエハ２上
には、図１(ｂ)にその拡大図が示されているように、複
数個の凹パターン２１０をピッチｐで配置した周期構造
の合せマーク２１が設けられているので、ウエハ２をＥ
矢印方向に移動することによりスリット状の照明光５０
３がこの合せマーク２１を照明すると、Ｏ次正反射光以
外に、±１次、±２次… …の回折光を発生する。上記
±１次回折光は次の式で示される反射角度θで縮小レン
ズ３に飛び込む。 【００１７】 【数１】 【００１８】この±１次回折光は、縮小レンズ３を通過
後、ミラー５１で反射してホログラム記録媒体８に記録
されている第２のホログラム８２に入射する。この第２
のホログラム８２は、図１６を用い既に説明したよう
に、ウエハ２の面に相当する位置に配置されたスリット
２００に入射角θで照明して形成されたホログラムであ
る。このため、合せマーク２１から回折角θで回折して
きたレーザ光５１２が、上記のようにして、第２のホロ
グラム８２に入射すると、この第２のホログラム８２か
らの回折光(再生光)５１１は、図１６に示すＯD の位置
に相当する位置に集光する。他方、ウエハ２からの反射
光５０３が第２のホログラム８２を照射し、回折しない
でそのまま透過するＯ次光は開口付きミラー５２の開口
部５２１を通過する。上記第２のホログラム８２の１次
回折光５１１は開口付きミラー５２の開口部５２１以外
の壁面のＯD 位置で反射し、集光レンズ５４により光検
出器５５に集光される。この光検出器５５は回折光５１
１が集光されると、図２(ｂ)に示されているように、検
出信号(Ｉ)が発生するため、この信号の中心位置とこの
中心位置を検出しているときのウエハ２の位置の情報が
求まれば合せマーク２１のｘ方向の位置が求められる。
同様な方法により図示しないｙ方向の検出光学系にて合
せマーク２１のｙ方向の位置が求められる。このように
して求められた合せマーク２１のｘ，ｙ方向位置情報を
基にして、ウエハ２とレチクル１との相対位置合せを、
図示しないウエハ粗動機構と、ウエハ又はレチクル微動
機構により行うことにより、ウエハ２上に正確にレチク
ル１の回路パターンの原画１０を重ね露光することがで
きる。 【００１９】なお、図１，図２においては、第２のホロ
グラム８２を用いた場合を示しているが、これに限定さ
れるものでなく、第２のホログラム８２を用いないで合
せマーク２１からの１次回折光、もしくは±１次回折光
を直接検出することも可能である。 【００２０】次に、本発明の他の一実施例を示す図３
(ａ)，(ｂ)について説明する。なお、図３(ａ)，(ｂ)に
おいて、前記図１，図２と同一符号のものは同一部品を
示している。即ち、図３(ａ)，(ｂ)においては、ウエハ
２上の合せマーク２１を照射するスリット状のレーザ光
５０３は、図１，図２と同様、ウエハ２上の合せマーク
２１形成面に対し垂直方向に入射するが、この場合は、
ウエハ２が固定されていてスリット状のレーザ光５０３
が図３(ｂ)に示すＥ矢印方向に走査する。そして、この
スリット状のレーザ光５０３の走査は、照明レーザ光５
０１′をガルバノミラー５７により偏向することによっ
て実現している。即ち、ガルバノミラー５７をＺ軸を中
心にして僅少だけ偏向すると、集光レンズ５３′で反射
板５８に集光される位置が僅かにｙ方向に変位するの
で、その結果、ホログラム照明光５０１′は入射角度が
僅かに変化して第１ホログラム８１からの回折光５０３
はウエハ２上にスリット状ビーム５０３を形成し、これ
がｘ方向にガルバノミラー５７の偏向と同期して移動す
る。このように、周期状パターン２１０からなる合せマ
ーク２１を回折光５０３が垂直方向に照明しつつ、その
照明位置を移動することによって、合せマーク２１から
の反射回折光５１３は縮小レンズ３を透過後、第２のホ
ログラム８２をその入射角度が僅かに変化されながら照
射するので、第２のホログラム８２により再生される一
次回折光はビームスプリッタ５６により反射され、開口
付き遮光板５２′の開口部５２０に入って通過する。一
方、周期パターン２１０の正反射光は第１のホログラム
８１に入射し、Ｏ次光および１次光は遮光板５２′の開
口部５２０のない壁面の位置で遮光される。また、周期
パターン２１０の１次回折光は第２のホログラム８２に
入射後も、Ｏ次光と同様、遮光板５２′の開口部５２０
のない壁面の位置で遮光される。この結果、遮光板５
２′の開口部５２０では、所望の周期パターン２１０の
回折光のみが通過する。この所望の周期パターン２１０
の回折光５１２は開口部５２０で集光するが、上記で説
明したように、第２のホログラム８２の入射角が変化し
ているため、この集光位置はウエハ２へのレーザ光４ａ
の照射位置の移動に伴って変化する。 【００２１】更に、上記開口部５２０を透過した回折光
５１２の集光位置は結像レンズ５５０により一次元セン
サ５５′上に結像される。したがって、駆動制御回路９
によりガルバノミラー５７を偏向し、その間に一次元セ
ンサ５５′への画像情報を取り込み、偏向終了後、一次
元センサ５５′の情報を読み取れば、合せマーク２１の
像(１次回折光による像)が信号として得られる。 【００２２】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図４(ａ)，(ｂ)により説明する。なお、図３と同
一部品は同一符号を以て示す。即ち、図４(ａ)において
は、合せマーク２１が、図４(ｂ)に示すように、棒状に
形成されている。また、レチクル１の回路パターンの原
画１０の周辺一部に形成されたクロム膜(又は酸化クロ
ム膜)をミラー５１″として用いている。即ち、ガルバ
ノミラー５７で偏向された照明光５０１′はホログラム
８１を照明し、その回折光５０２′はミラー５１′、レ
チクルミラー５１″で反射されて縮小レンズ３を通り、
棒状の合せマーク２１を垂直方向に、かつその位置を変
えながら照明する。次いで、棒状の合せマーク２１で反
射された光５０３′は、再び縮小レンズ３を通ってレチ
クル１上のミラー５１″、ミラー５１′で反射され、再
び第１ホログラム８１に入射する。この第１のホログラ
ム８１を通過し回折する光５０３′はビームスプリッタ
５６で反射されて一点に集光する。この集光点は結像レ
ンズ５５０により一次元センサ５５′上に結像される。
そのため、ガルバノミラー５７の偏向によりウエハ２上
の合せマーク２１への照射位置が変化し、同時に上記第
１のホログラム８１を通過した回折光がビームスプリッ
タ５６で反射され集光位置が変化するので、一次元セン
サ５５′には合せマーク２１の像が得られる。したがっ
て、本実施例では、第１のホログラム８１を照明用およ
び検出用として用い、前記の実施例と同様なタイミング
でガルバノミラー５７と一次元センサ５５′とを駆動す
ることにより合せマーク２１の像(一次回折光による像)
が信号として得られる。 【００２３】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図５(ａ)，(ｂ)により説明する。なお、前記図３
および図４と同一部品には同一符号を以て示す。本実施
例においては、ホログラム記録媒体８に３つのホログラ
ム８１，８３および８３′が記録されている。第１のホ
ログラム８１は、前記図４に示す第１のホログラム８１
と同一機能を有しており、棒状の合せマーク２１を垂直
方向に落射照射するとともに、その反射光を検出するの
に用いられる。第２のホログラム８３は棒状の合せマー
ク２１に入射する角度が、図５(ｂ)に示すように、ψで
照明するために用いられる(但し、入射光５０４はｙ座
標およびｚ座標の面内にある)。図５(ｂ)に示すよう
に、ウエハ２に入射角ψで入射した照明光５０４は、棒
状合せマーク２１で反射角−ψで反射されると、この反
射光５１４は第３ホログラム８３′を照射し、この第３
ホログラム８３′で回折された後、ビームスプリッタ５
６で反射され、遮光板５２′の開口部５１０を通って一
次元センサ５５′に結像される。また、ウエハ２上の合
せマーク２１を垂直方向に落射する場合には、遮光板５
２′の開口部５１０を通って、前記図４に示す場合と同
様に、一次元センサ５５′に結像される。しかして、こ
れらウエハ２上に垂直方向から落射照明する場合と、傾
斜角ψで落射照明する場合との切換は、駆動制御回路９
からの駆動信号によりガルバノミラー５９を偏向するこ
とによって行われる。また、このようにして、垂直方向
および傾斜角でそれぞれウエハ２上の合せマーク２１を
照明し、反射された光５１４が一次元センサ５５′で結
像され検出された信号は加算され、これによって傾斜角
側の信号が合せマーク２１近傍のレジスト塗布むらによ
り検出波形が非対称性となるのを、垂直方向側の信号に
よって大幅に低減することができる。なお、２傾角照明
によるレジスト塗布むらに対する効果については、本願
出願人による特許出願（特願昭６１−４１７４３号）に
既に記載されているように、２傾角を採用することによ
り実効的に２波長で検出することに相当し、レジスト内
干渉の強度変化が１傾角(１つの入射角)より小さくな
り、レジストの厚さ変化による影響を受けにくくなるこ
とが知られている。この点について、更に詳述すると、
図１２(ａ)は波長が０.５１５ｎｍ検出のＮＡ(開口数)
が０.４２で、かつ照明角度が０°と２３°との場合の
レジスト１の厚みと多重干渉強度を示した図である。同
図から明らかなように、レジスト１の厚みの変化に対
し、干渉強度が大きく変らない領域ででは、レジストの
塗布むらの影響を受けにくく、特にレジスト１の厚みが
１.５μｍ乃至３.０μｍの範囲では、２傾角照明の効果
が大きく現われている。また、検出のＮＡが露光パター
ンの微細化に伴い大きくなる程、傾角照明の入射角度ψ
を大きくすることが可能となり、塗布むらの影響を除去
する上で有利である。なお、図１２(ｂ)，(ｃ)は２個の
ガルバノミラー５７，５９の駆動タイミング図、即ち、
偏向角Δθ57とΔθ59の経時変化であり、図１２(ｃ)に
示すように、経時変化ｔ0 乃至ｔ1 では傾角ψが０°の
とき垂直照明であり、経時変化ｔ2 乃至ｔ3 では傾角ψ
が２３°のときの傾角照明である。図１２(ｂ)，(ｃ)に
示すように、経時変化ｔ0 乃至ｔ 3 間で得られる傾角ψ
＝０°とψ＝２３°との照明に対する検出像の和を取る
ことにより、レジスト１の厚さ変化に対し、図１２(ａ)
に示す関係が成立する。 【００２４】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図６(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明する。なお、前
記図４および図５と同一部品には同一符号を以て示す。
図６(ａ)においては、ウエハ２上の合せマーク２１を検
出するのに、互いに波長がλ1 ，λ2 と異なる２個のレ
ーザ光５０２１，５０３１を用いている。即ち、ホログ
ラム記録媒体８′には、図６(ｃ)に示すように、波長λ
1 用ホログラム８２１，８２２，８２２′と、波長λ2
用ホログラム８３１，８３１′，８３２，８３２′が形
成されている。また、上記波長λ1 用ホログラム８２
１，８２２，８２２′および波長λ2 用ホログラム８３
１，８３１′，８３２，８３２′のうち、波長λ1 用ホ
ログラム８２１，８２２と波長λ2 用ホログラム８３
１，８３２は照明用であり、他の波長λ1 用ホログラム
８２２′と波長λ2 用ホログラム８３１′，８３２′と
は検出用であり、特に波長λ1 用ホログラム８２１は検
出用を兼ねている。更に、これら波長の異なる７つのホ
ログラムは、図７(ａ)，(ｂ)に示す方法によって形成さ
れている。即ち、図１６にホログラム作製法と照明時並
びに検出時の使用法を示した如く、図７(ａ)，(ｂ)にお
いて、実線の光線５２１，５２２，５２２′の波長λ1
および点線の光線５３１，５３１′，５３２，５３２′
の波長λ2 に対して、それぞれホログラム８２１，８２
２，８２２′，８３１，８３１′，８３２，８３２′が
形成される。なお、一般に縮小レンズ３の露光光４ａ以
外の波長では、ウエハ２上の合せマーク(図７(ａ)では
スリット２０１に相当)の像は波長λが異なると、
ＡI1，ＡI2とで示すように、異なる位置に形成される。
これらの像はミラー５１で折返されてＡI1′，ＡI2′と
に結像する。そのため、上記各光線５２１，５２２，５
２２′，５３１，５３１′，５３２，５３２′の光路中
にホログラム記録媒体８を設置すれば、波長λ1 の参照
光５０１と波長2 の参照光５１１をホログラム記録媒体
８上で重ね露光してホログラム８２１，８２２，８２
２′，８３１，８３１′，８３２，８３２′を形成す
る。なお、図７(ａ)に示す、いわゆる物体光はスリット
２０１を、図７(ｂ)に示すように、波長λ1 の光線５２
１、あるいは波長λ2 の光線５３１で照明することによ
り、スリット２０１を通過するスリット透過光として得
たものである。このようにして得られた物体光に対して
形成された波長λ1 のホログラム８２１、あるいは波長
λ2 ホログラム８３１の他に、図７(ｂ)に示すように、
スリット２０１の入射角ψを変化させる。即ち、波長λ
1 と波長λ2 に対しそれぞれ光線５２２，５２２′，５
３１′，５３２，５３２′を形成し、これらの光線５２
２，５２２′５３１′５３２，５３２′をスリット２０
１に照射し、その透過光を物体光としてホログラム８２
２，８２２′および８３１′，８３２，８３２′を形成
する。この際、参照光は上記ホログラム８２１，８３１
を形成したときと同様に、位置ＯI に集光する参照光５
０１，５１１を用いる。但し、参照光５０１，５１１は
形成しようとするホログラム８２２，８２２′および８
３１′，８３２，８３２′以外の部分を露光すると、か
ぶり現象が発生して他のホログラム８２１，８３１の回
折効率を低下させてしまうので、必要な部分以外へのか
ぶり露光をさけるためのマスク(図示せず)をホログラム
記録媒体８近傍のレチクル１側に設置している。 【００２５】このようにして形成されたホログラム８２
１，８２２，８２２′，８３１，８３１′，８３２，８
３２′を図６(ａ)，(ｂ)に示す縮小露光装置に設置し、
これらホログラム８２１，８２２，８２２′，８３１，
８３１′，８３２，８３２′に再生レーザ光を照明する
と、この再生レーザ光がガルバノミラー５７により偏向
されることによって、既に説明したように、照射ビーム
５０３１がウエハ２の合せマーク２１上を、図６(ｂ)に
示す矢印方向に走査するので、ウエハ２から反射された
レーザ光５０３１′は、傾角ψ＝０゜のときには、照射
時と同一のホログラム８２１に、また、傾斜角ψ＞０゜
のときには、上記のホログラム８２１を中心にしてその
対称の位置にあるホログラム、例えば照明時のホログラ
ムが８３１のときには、ホログラム８３１′で検出され
る。図６(ａ)に示す各ホログラムにより照明、あるいは
検出される条件を以下に表１として示す。 【００２６】 【表１】 【００２７】したがって、表１に示すように、ホログラ
ムを形成すれば、前記特願昭６１−４１７４３号に記載
されているように、レジスト塗布むらに対し検出波形の
非対称性が小さくなる。したがって、検出誤差の小さな
ウエハ合せマーク２１の検出を行うことができる。 【００２８】なお、図６(ａ)のガルバノミラー５９は第
２のガルバノミラーであり、波長λ1 とλ2 の光を同時
にホログラムに照射するとともに、ガルバノミラー５９
を偏向することにより、ウエハへの入射角度を変える機
能を有する。即ち、ホログラム８２１と８３１はガルバ
ノミラー５９の１つの偏向角により、同時に波長λ1と
λ2 のレーザにより照明され、ガルバノミラー５９の偏
向角を変えることにより、ホログラム８２２と８３２が
波長λ1 と波長λ2 のレーザにより同時に照明される。
このようにして、２波長(λ1 ，λ2 )に対し２つの入射
角で検出された信号を合成し、合成された波形の中心位
置を求める。 【００２９】次に、本発明による合せマーク検出方法に
ついて更に詳細に説明する。図１３(ａ)，(ｂ)，(ｃ)は
合せマークを検出する際の２個のガルバノミラーの偏向
角の経時変化と、合せマークへの入射光および合せマー
クからの反射光を示している。なお、２個のガルバノミ
ラーおよび検出器の駆動制御は図示しない駆動制御回路
(前記図３，図５を参照のこと)で行っている。時刻ｔ0
〜ｔ1 の間には、図１３(ｃ)に示すように、波長λ1 お
よびλ2 の光は入射角ψλ1 ＝０°，ψλ2 ＝３°で合
せマーク２１に入射する。入射角３゜の傾角は合せマー
ク２１の長手方向に垂線より３°傾けた方向に付けた角
度である。２つの波長λ1 ，λ2 で照明する間(ｔ0 〜
ｔ1 )に図６のガルバノミラー５７を僅かに偏向し、合
せマーク２１をスリット状の照明光５０３１と５０２１
が検出方向(図６矢印)に動かす。前述した如く、合せマ
ーク２１からの反射光５０２１′，５０３１′は、両波
長λ1 ，λ2 ともリニアセンサ５５′上に集光し、しか
もスリット状照明光５０３１，５０２１の走査に応じて
リニアセンサ５５′上の集光位置が変化する。したがっ
て、ｔ0 〜ｔ1 の間のガルバノミラー５７の走査が終れ
ば、合せマーク２１の像がリニアセンサ５５′に蓄積さ
れているので、ｔ0 〜ｔ1 の間に蓄積された像を読み取
ればよい。次に、図６のガルバノミラー５９を時刻ｔ2
〜ｔ3の間、一定量偏向し、ホログラム８２２と８３２
を同時に照明することにより、図１３(ａ)に示すよう
に、合せマーク２１に対し、波長λ1 のレーザ光５０２
２は入射角２０°，λ2 のレーザ光５０３２は２３°で
照明し、上記の方法同様に、両波長λ1 ，λ2 での検出
波形を得る。このように、２つの波長λ1 ，λ2 に対し
上記２種の入射角度０°，３°および２０°，２３°で
合せマーク２１に照射した結果として得られる４つの波
形の合成検出強度は、レジスト１の厚みｄの変化に対
し、図１４に示す干渉強度として得られる。但し、本実
施例では、λ1＝５１４.５ｎｍ，λ2 ＝５４３.５ｎｍ
である。図１４から明らかなように、本実施例では、レ
ジスト１の厚みｄが１〜４.５μｍの範囲に亘って干渉
強度変化が小さくなり、特に、レジスト１の厚みｄが
１.５〜４μｍの範囲では、最大干渉強度変化の１／５
以下となっている。この結果、合せマーク２１のエッジ
部近傍で生じるレジスト１の塗布むらによって発生する
検出パターンの非対称性は大幅に低減できる。図１５は
この非対称性の低減を示した図である。図１５(ａ)は基
板４２上のレジスト４３の塗布むらを示しており、レジ
スト４３の厚さｄが２．３μｍあり、塗布むらが０.１
μｍある場合である。従来の単純な２波長検出(垂直入
射のみ)では、図１５(ｂ)に示すような波形となる。こ
れに対し、本実施例での検出波形は図１５(ｃ)のように
なり、検出波形の非対称性は大幅に少なくなり、真のマ
ーク中心から検出中心までの距離Δｘ、即ち、検出誤差
は０.１６μｍから０.０４μｍに大幅に低減されてお
り、高精度検出が実現されている。 【００３０】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図８により説明する。図８においては、次の問題
を解決するための実施例である。即ち、波長λの短いエ
キシマレーザ露光光(例えばλｅ＝２４８.５ｎｍ)に対
し製作された縮小レンズ３に対して、可視光の光で検出
すると、特に縮小レンズ３が石英ガラスのみから形成さ
れる場合、ウエハの像はレチクル１側に実像を結ばす、
ウエハ２側に虚像を形成することがある。これは、石英
ガラスの屈折率の分散が２４８.５ｎｍ近傍で大きくな
るためである。このような虚像を作ると、ウエハ２上の
合せマーク２１を可視光で照明した光５０１は、集光レ
ンズ５３を透過後、大きく広がってしまう。図８の実施
例では、この問題を解決するため、広がった光を凸レン
ズ８４で集光し、ビーム径を小さくしている。即ち、図
９(ａ)に示すように、ウエハ２上合せマーク(図９(ａ)
のスリット２０１に相当)から出射した可視のアライメ
ント光５１３′を凸レンズ８４によりＡI ″位置に集光
する。この集光位置ＡI ″と、集光レンズ８４の中間位
置に配置したホログラム記録媒体８上では、適度の広が
りとなる。図９(ａ)は凸レンズ８４を含んだ縮小レンズ
光学系３の波面収差補正用ホログラム８１の作製方法を
示したものである。上記の如く、凸レンズ８４によりス
リット２０１を透過した検出用レーザ光５１３′はＡ
I ″に集光する。上記光路中に配置されたホログラム記
録媒体８を通過する部分に、集光位置ＯI に集光する参
照光５０１を重ね露光し、波面収差補正機能を有する照
明、かつ検出用のホログラム８１を形成する。図９(ｂ)
はこのようにして形成されたホログラム８１を用い、上
記凸レンズ８４を組込んでウエハ２上の合せマーク２１
を、スリット２０１のスリット幅とほぼ同程度の広がり
で照明する照明系の原理図を示している。このように、
ホログラム８１の波面収差補正機能を用いれば、ＯI 点
に集光し、ホログラム８１の形成時の参照光路を逆に辿
る光５０２をホログラム８１に照明すれば、上述のスリ
ット幅にほぼ等しい狭い範囲のウエハ照明が実現され
る。このようにして、ウエハ２上の合せマーク２１に照
明して反射した光５１３は、図９(ｃ)に示すように、縮
小レンズ３、凸レンズ８４を通ってホログラム８１に入
射し、一次回折光５１１が集光点ＯD に集光する。した
がって、図８に示すように、ウエハ合せマーク検出系５
０を構成し、棒状マーク２１をホログラム８１を用いて
照明、検出することにより、ウエハの矢印方向の走査に
応じ、合せマーク２１の波形信号が光検出器５５により
得られる。 【００３１】次に、本発明を、更に異なる他の一実施例
を示す図１０(ａ)，(ｂ)，(ｃ)により説明する。図１０
(ａ)，(ｂ)，(ｃ)においては、ウエハ２０上の合せマー
ク２１への照明光が前記の実施例とは異なっている。即
ち、図１０(ａ)では、合せマーク照明光は、合せマーク
２１の部分を照明するのではなく、合せマーク２１全体
とその周辺も若干含めて広く照明している。この照明光
はウエハ２の面上ではほぼ平行光束に近い波面を有して
いる。この照明光を発生するホログラムが８５である。
このホログラム８５は図１１に示す方法により製作され
る。即ち、ウエハ２の面に相当する位置にピンホール板
２２０が配置される。このピンホール板２２０には、そ
の直径がウエハ合せマーク２１より若干大きいピンホー
ル２２１が穿たれている。このピンホール２２１に下方
よりコリメータレンズ系２３１，２３２を用い、細い平
行レーザービーム５１３″′を照射する。ここを透過し
たレーザ光５１３″′は縮小レンズ３、ミラー５１、凸
レンズ８４を経て、ホログラム記録媒体８を比較的狭い
範囲で照明する(ピンホール２２１の径が前出のスリッ
ト幅に比べて大きいので、回折による広がりが小さいた
め)。他方、同一レーザ光源より得られた参照光５０
１′はレンズ８０により集光点ＯI に集光し、かつホロ
グラム８５上でピンホール透過光と重畳する。このよう
にして形成されたホログラム８５を、図１１(ｂ)に示す
ように、集光点ＯI より出射するごとき再生光で再生す
ると、図１１(ｃ)に拡大図を示す如く、ウエハ上の合せ
マーク２１全体を平面波(平行光)で照明する光５０５が
得られる。図１１(ａ)に示す如く、ホログラム記録媒体
８には、図１１で説明した照明用ホログラム８５以外
に、図１の実施例で説明した、合せマーク２１からの回
折光５０５′を検出するためのホログラム８２(８
２′、但し、８２′は−１次回折光検出用)も記録され
ている。但し、図１０(ａ)の実施例では、図１とは異な
り、ホログラム８２は凸レンズ８４を用いて作られてい
る。ホログラム８２は、図１６にその原理を示すよう
に、スリット透過光の波面をＯD 点に集光する参照光５
１１′により記録されたものである。しかも図３の実施
例で説明したように、スリット状照明光５０３(図３)の
走査により、検出回折像ＯD はその場所が変化する。こ
のことより、図１０に示す実施例のように、合せマーク
２１全体を照明し、ホログラム８２で検出すれば、合せ
マーク２１の回折光５０５′による合せマーク２１の像
がＯD 位置に形成されることになる。この像を結像レン
ズ５５０により一次元センサ５５′上に結像すれば、合
せマーク２１の検出信号が図１０(ｂ)の如く得られ、精
度の高い検出信号が可動部を設けることなく検出される
ことになる。なお、５２′は開口部付きのミラーであ
る。 【００３２】次に、本発明の一実施例であり、ホログラ
ムとして、縮小レンズ３の設計データからホログラム８
２を形成し、このホログラム８２を用いてアライメント
を行う方法について説明する。縮小レンズ３に対するウ
エハ２の面に相当する位置におかれた上記の実施例にお
けるホログラム作成用のマスク２００上の開口を通過す
るアライメント波長の光が、レンズを通過した後のホロ
グラム位置での波面収差は計算によりも求まる。同様
に、ホログラム作成時の参照光のホログラム位置での波
面も求めることができる。したがって、両光のホログラ
ム位置における干渉パターンは理論的に求めることが可
能となる。この干渉縞強度Ｉ(ｘ．ｙ)を示す式は、例え
ば以下のようである。 【００３３】 【数２】 【００３４】上式中、φRL(ｘ，ｙ)は縮小レンズ透過後
の波面(位相)であり、φR (ｘ，ｙ)は参照光の波面(位
相)である。したがって、上記Ｉ(ｘ，ｙ)の平均強度(＝
２)より大の部分は透明、小の部分は不透明にする。こ
のような２値化干渉像をＥＢ描画装置で５倍に拡大して
描画する。ＥＢ描画装置の特性上、最小描画単位は決ま
っているから、この最小描画単位でＩ(ｘ，ｙ)をサンプ
リングし、各サンプリング点における強度が２以上か、
２以下かに分け、そのサンプル点の描画データ値(抜き
パターンか否か)を決定し、ＥＢ描画データを作成す
る。このデータを基に、ＥＢ描画装置を用いレチクルを
描画する。このレチクルは前述の如く、最終的なホログ
ラムの干渉パターンの５倍になっているので、これを縮
小露光装置のレチクルステージに搭載し、ウエハステー
ジにはレジストを塗布したガラスウエハを搭載し、レチ
クルの干渉パターンを１／５に縮小露光する。露光され
たウエハを現像し、ガラスを所望の段差パターンが生じ
るようにエッチングし、ホログラムが完成する。このよ
うにして作成されたホログラムはガラスウエハ上に多数
作られているので、これを切断し、前述のホログラムの
位置に実装すればよい。 【００３５】なお、上記実施例では、ホログラムは何れ
も透過型であるが、反射型のものを用いても本発明は実
現可能である。また、合せマークの照明光は縮小レンズ
とウエハの間隙より導入して合せマークを照明し、その
合せマークからの反射散乱光の検出は縮小レンズを通し
上述の検出用ホログラムを用いることによっても、高い
精度の合せマーク検出が可能である。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば、露光光である短波長の
エキシマレーザ光に対し十分波長の長い可視光をアライ
メント光として用いることにより、レジストに影響を与
える(かぶり)ことなく、また、レジストを良く透過する
ため、レジストの影響を受けることなく(ウエハ合せマ
ークが検出可能)、ウエハ合せマークを縮小レンズを介
して検出することが可能となった。これにより、以下に
示す大きな効果(１)〜(３)が得られる。 【００３７】(１)縮小レンズを介し検出するため、アラ
イメント精度のより一層の向上(０.１５μｍ→０.０８
μｍ)が図れる。即ち、縮小レンズを介さずに別の検出
系を設けると、縮小レンズ光軸と検出系光軸の、温度や
振動による間隔の微小な変化がそのまま検出誤差となる
が、縮小レンズを介し検出すれば、縮小レンズ透過後の
検出系の上記温度や振動による誤差は、縮小レンズ透過
後は大略１／５(拡大倍率が１／５の縮小レンズの場合)
となる。 【００３８】(２)露光光に近い短波長光をアライメント
検出光に用いると、照明光によりレジストが露光される
のみならず、レジスト内を照明光が透過しにくく、検出
信号レベルが大幅に低下し、良好な検出波形が得られ
ず、検出精度が低下する。本発明はこの問題を完全に解
決している。即ち、この問題を解決するための一方法と
して、ウエハ上の合せマーク部分を予め部分露光し、レ
ジストを現像除去することも可能である。しかし、この
ように余分な工程を増やすと、コスト増大になるばかり
でなく、余分な工程を増やすことになり、歩留りの低下
をもたらすことになる。この点からも本発明の方法はコ
スト、歩留り上、大幅に有利である。 【００３９】(３)更に、本発明の大きな効果はウエハ上
の合せマークを無収差で結像し、検出できる点である。
縮小レンズ自体は露光光に対してのみ無収差に近い結像
性能を有しているが、その反面、その露光光とは異なる
波長に対しては各種収差を含み、特に波長が大きく異な
る程、この問題は厳しくなる。このように収差をレンズ
系で補正することも不可能ではないが、検出光軸は露光
光軸と一致せず、露光光軸に対し傾いたものとなる。こ
のため、レンズ系による補正は極めて困難となる。しか
るに、本発明によれば、ホログラムの本来の性質とし
て、縮小レンズにおけるアライメント検出光に対する収
差がホログラムに予め記録されていれば、この収差を含
んだ波面を再現性良好として再生することが可能なた
め、無収差(回折限界)でのウエハ照明と、検出が可能と
なり、従来のｇ線やｉ線の縮小レンズを用いる縮小露光
装置のアライメント法でも達成し得なかった高解像検出
を、露光光以外の波長で実現することが初めて可能とな
った。この結果、上述の従来の縮小露光装置では達成で
きないアライメント精度が実現できるようになった。 【００４０】また、本発明の２波長を用いるアライメン
ト検出方法においては、２波長によって生じる縮小レン
ズの色収差の問題に対し、従来、色収差に伴う結像位置
の不一致を補正する光路補正光学系を必要としたが、こ
のような余分な光学系を用いずに同一検出器に同一光学
系を用いて結像することが可能となり、装置構成の簡略
化とコスト低減が図れる。更に、単波長、あるいは多波
長のレーザ光を各種入射角で照明し、像を合成すること
により塗布むらの影響を低減することも容易に可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例である半導体露光装
置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)はウ
エハを照明する照明光の拡大斜視図 【図２】図２は、図１に関連した説明図にして、(ａ)は
検出光学系の説明図、(ｂ)は検出器に発生する検出信号
曲線図 【図３】図３は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)
はウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図４】図４は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は
ウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図５】図５は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)
はウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図６】図６は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)は
ウエハを照明する照明光の拡大斜視図、(ｃ)はホログラ
ム記録媒体を示す図 【図７】図７(ａ)は、図５に示すホログラムの形成方法
用説明図、図７(ｂ)は、スリットを照明する照明光の説
明図 【図８】図８は、本発明による検出光学系の他の一実施
例を示す説明図 【図９】図９は、本発明による検出光学系の他の一実施
例を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)はホロ
グラムの形成方法用説明図、(ｃ)はウエハ照明系の原理
図 【図１０】図１０は、本発明による検出光学系の他の一
実施例を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)は
検出器に発生する発生信号曲線図、(ｃ)はウエハを照明
する照明光の拡大斜視図 【図１１】図１１は、本発明によるホログラム形成方法
の他の一実施例を説明するための図にして、(ａ)はその
全体を示す説明図、(ｂ)は再生光の説明図、(ｃ)はウエ
ハ上の合せマークを照明する照明光を示す拡大図、(ｄ)
はピンホール板を示す拡大図 【図１２】図１２は、本発明による２波長２傾照明の一
実施例を示す説明図にして、(ａ)はレジストの厚さと干
渉強度との関係を示す図、(ｂ)はガルバノミラー駆動タ
イミング図、(ｃ)は偏向角と時系列との関係を示す図 【図１３】図１３は、本発明による２波長２傾照明の他
の一実施例を示す説明図にして、(ａ)は２波長、２傾照
明光のウエハの合せマークを照射し、反射する状態を示
す説明図、(ｂ)はガルバノミラー駆動タイミング図、
(ｃ)は２波長、２傾照明のタイミング図 【図１４】図１４は、図１２におけるレジストの厚さと
干渉強度との関係を示す図 【図１５】図１５は、合せマークのエッジ部近傍でレジ
スト塗布によって発生する検出パターンの非対称性の低
減を示す図にして、(ａ)はレジスト塗布むらを示す図、
(ｂ)は従来の単純な２波長検出パターンの波形を示す
図、(ｃ)は本発明による２波長検出パターンの波形を示
す図 【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明による収差
補正ホログラムの形成方法および使用方法を示す図 【符号の説明】 １…レチクル、２…ウエハ、２１…合せマーク、３…縮
小レンズ、４…露光照明系、５５…光検出器、５５′…
一次元センサ、８…ホログラム記録媒体、８１，８２，
８２′，８３，８３′，８２１，８２２，８２２′，８
３１，８３１′，８３２，８３２′…ホログラム、５
７，５９…ガルバノミラー、８４…凸レンズ、８０…参
照光発生用レンズ
置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)はウ
エハを照明する照明光の拡大斜視図 【図２】図２は、図１に関連した説明図にして、(ａ)は
検出光学系の説明図、(ｂ)は検出器に発生する検出信号
曲線図 【図３】図３は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)
はウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図４】図４は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は
ウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図５】図５は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体の説明図、(ｂ)
はウエハを照明する照明光の拡大斜視図 【図６】図６は、本発明の他の一実施例である半導体露
光装置を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)は
ウエハを照明する照明光の拡大斜視図、(ｃ)はホログラ
ム記録媒体を示す図 【図７】図７(ａ)は、図５に示すホログラムの形成方法
用説明図、図７(ｂ)は、スリットを照明する照明光の説
明図 【図８】図８は、本発明による検出光学系の他の一実施
例を示す説明図 【図９】図９は、本発明による検出光学系の他の一実施
例を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)はホロ
グラムの形成方法用説明図、(ｃ)はウエハ照明系の原理
図 【図１０】図１０は、本発明による検出光学系の他の一
実施例を示す説明図にして、(ａ)は全体説明図、(ｂ)は
検出器に発生する発生信号曲線図、(ｃ)はウエハを照明
する照明光の拡大斜視図 【図１１】図１１は、本発明によるホログラム形成方法
の他の一実施例を説明するための図にして、(ａ)はその
全体を示す説明図、(ｂ)は再生光の説明図、(ｃ)はウエ
ハ上の合せマークを照明する照明光を示す拡大図、(ｄ)
はピンホール板を示す拡大図 【図１２】図１２は、本発明による２波長２傾照明の一
実施例を示す説明図にして、(ａ)はレジストの厚さと干
渉強度との関係を示す図、(ｂ)はガルバノミラー駆動タ
イミング図、(ｃ)は偏向角と時系列との関係を示す図 【図１３】図１３は、本発明による２波長２傾照明の他
の一実施例を示す説明図にして、(ａ)は２波長、２傾照
明光のウエハの合せマークを照射し、反射する状態を示
す説明図、(ｂ)はガルバノミラー駆動タイミング図、
(ｃ)は２波長、２傾照明のタイミング図 【図１４】図１４は、図１２におけるレジストの厚さと
干渉強度との関係を示す図 【図１５】図１５は、合せマークのエッジ部近傍でレジ
スト塗布によって発生する検出パターンの非対称性の低
減を示す図にして、(ａ)はレジスト塗布むらを示す図、
(ｂ)は従来の単純な２波長検出パターンの波形を示す
図、(ｃ)は本発明による２波長検出パターンの波形を示
す図 【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明による収差
補正ホログラムの形成方法および使用方法を示す図 【符号の説明】 １…レチクル、２…ウエハ、２１…合せマーク、３…縮
小レンズ、４…露光照明系、５５…光検出器、５５′…
一次元センサ、８…ホログラム記録媒体、８１，８２，
８２′，８３，８３′，８２１，８２２，８２２′，８
３１，８３１′，８３２，８３２′…ホログラム、５
７，５９…ガルバノミラー、８４…凸レンズ、８０…参
照光発生用レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉武 康裕
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地
株式会社 日立製作所 生産技術研究所
内
(56)参考文献 特開 昭56−110234（ＪＰ，Ａ)
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．18，Ｎｏ．14，15 Ｊｕｌｙ 1979
ｐｐ2385−2393
光学ニュース 第103号 1969年６月
ｐ・３−９
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 9/00
H01L 21/68
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．露光光としてエキシマレーザを用い、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光方法であっ
て、前記エキシマレーザより波長の長いアライメント光
を前記露光用縮小レンズの前記アライメント光の波長に
おける波面収差を補正するホログラムと前記露光用縮小
レンズとを介して前記基板上に形成された合せマークに
照射し、該照射による前記合せマークからの反射光を前
記露光用縮小レンズを介して検出し、該検出した反射光
に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合せ
をした状態で前記エキシマレーザを前記マスクに照射し
て該マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１
５μｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光す
ることを特徴とする半導体露光方法。 ２． 前記基板に照射されるアライメント光が、スリッ
ト状の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載
の半導体露光方法。 ３．前記アライメント光を、前記基板上の合せマークに
対して相対的に走査することを特徴とする請求項１記載
の半導体露光方法。 ４．前記アライメント光が複数の波長を有していること
を特徴とする請求項１記載の半導体露光方法。 ５．前記複数の波長のアライメント光を、それぞれ互い
に異なる角度から前記基板上に照射することを特徴とす
る請求項４記載の半導体露光方法。 ６．露光光としてエキシマレーザを用い、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光方法であっ
て、前記エキシマレーザより波長の長いアライメント光
を前記基板上に形成された合せマークに照射し、該照射
により前記合せマークで反射して前記露光用縮小レンズ
を透過した反射光を前記露光用縮小レンズの前記アライ
メント光の波長におけ る波面収差を補正するホログラム
を介して検出し、該検出した反射光に基づいて前記マス
クと前記基板との相対的な位置合せをした状態で前記エ
キシマレーザを前記マスクに照射して該マスクに形成さ
れたパターンを前記基板上に０.１５μｍよりも小さい
値のアライメント精度で投影露光することを特徴とする
半導体露光方法。 ７．前記基板に照射されるアライメント光が、スリット
状の断面形状を有することを特徴とする請求項６記載の
半導体露光方法。 ８．前記アライメント光を、前記基板上の合せマークに
対して相対的に走査することを特徴とする請求項６記載
の半導体露光方法。 ９．前記アライメント光が複数の波長を有していること
を特徴とする請求項６記載の半導体露光方法。 １０．前記複数の波長のアライメント光を、それぞれ互
いに異なる角度から前記基板上に照射することを特徴と
する請求項９記載の半導体露光方法。 １１．エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光装置であっ
て、該半導体露光装置が、前記エキシマレーザより波長
の長いアライメント光を発射するアライメント光源と、
前記アライメント光源から発射されたアライメント光を
通過、または反射させる前記露光用縮小レンズの前記ア
ライメント光の波長における波面収差を補正するホログ
ラム手段と、該ホログラム手段を通過、または反射した
アライメント光を前記露光用縮小レンズを介して前記基
板上に形成された合せマークに照射する照射手段と、該
照射手段により照射されて前記合せマークで反射した反
射光を前記露光用縮小レンズを介して検出する検出手段
と、該検出手段で検出した反射光に基づいて前記マスク
と前記基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段と
を更に備え、該位置合せ手段で前記マスクと前記基板と
の相対的な位置合せをした状態で前記エキシマレーザを
前記マスクに照射することにより該マスクに形成された
パターンを前記基板上に０.１５μｍよりも小さい値の
アライメント精度で投影露光することを特徴とする半導
体露光装置。 １２．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を発生することを特徴とする請求項１１記載の半
導体露光装置。 １３．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を、それぞれ互いに異なる角度から前記基板上に
照射することを特徴とする請求項１２記載の半導体露光
装置。 １４．エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光装置であっ
て、該半導体露光装置が、前記エキシマレーザより波長
の長いアライメント光を発射するアライメント光源と、
前記アライメント光源から発射されたアライメント光を
前記基板上に形成された合せマークに照射する照射手段
と、該照射手段の照射により前記合せマークで反射して
前記露光用縮小レンズを透過した反射光を通過、または
反射させる前記露光用縮小レンズの前記アライメント光
の波長における波面収差を補正するホログラム手段と、
該ホログラム手段を透過、または反射した前記反射光を
介して検出する検出手段と、該検出手段で検出した反射
光に基づいて前記マスクと前記基板との相対的な位置合
せをする位置合せ手段とを更に備え、該位置合せ手段で
前記マスクと前記基板との相対的な位置合せをした状態
で前記エキシマレーザを前記マスクに照射することによ
り該マスクに形成されたパターンを前記基板上に０.１
５μｍよりも小さい値のアライメント精度で投影露光す
ることを特徴とする半導体露光装置。 １５．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を発生することを特徴とする請求項１４記載の半
導体露光装置。 １６．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を、それぞれ互いに異なる角度から前記基板上に
照射することを特徴とする請求項１５記載の半導体露光
装置。 １７．エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光装置であっ
て、該半導体露光装置が、前記エキシマレーザより波長
の長いアライメント光を発射 するアライメント光源と、
前記アライメント光源から発射されたアライメント光の
波長における前記露光用縮小レンズの波面収差を補正す
るホログラム手段と、該ホログラム手段で波面収差が補
正されたアライメント光を前記露光用縮小レンズを介し
て前記基板上に形成された合せマークに照射する照射手
段と、該照射手段により照射されて前記合せマークで反
射した反射光を前記露光用縮小レンズを介して検出する
検出手段と、該検出手段で検出した反射光に基づいて前
記マスクと前記基板との相対的な位置合せをする位置合
せ手段とを更に備えたことを特徴とする半導体露光装
置。 １８．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を発生することを特徴とする請求項１７記載の半
導体露光装置。 １９．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を、それぞれ互いに異なる角度から前記基板上に
照射することを特徴とする請求項１８記載の半導体露光
装置。 ２０．エキシマレーザの露光光源を有し、該エキシマレ
ーザをマスクに照射して該マスクに形成されたパターン
を該マスクと相対的に位置合せされた基板上に露光用縮
小レンズを介して投影露光する半導体露光装置であっ
て、該半導体露光装置が、前記エキシマレーザより波長
の長いアライメント光を発射するアライメント光源と、
前記アライメント光源から発射されたアライメント光を
前記基板上に形成された合せマークに照射する照射手段
と、該照射手段の照射により前記合せマークで反射して
前記露光用縮小レンズを透過した反射光に対して前記露
光用縮小レンズの前記アライメント光の波長における波
面収差を補正するホログラム手段と、該ホログラム手段
で波面収差が補正された前記反射光を検出する検出手段
と、該検出手段で検出した反射光をに基づいて前記マス
クと前記基板との相対的な位置合せをする位置合せ手段
とを更に備えたことを特徴とする半導体露光装置。 ２１．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を発生することを特徴とする請求項２０記載の半
導体露光装置。 ２２．前記アライメント光源が、複数の波長のアライメ
ント光を、それぞれ互いに異なる角度から前記基板上に
照射することを特徴とする請求項 ２１記載の半導体露光
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29289995A JP2863725B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | 半導体露光方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29289995A JP2863725B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | 半導体露光方法とその装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62161296A Division JPH065663B2 (ja) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | 半導体露光方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08335550A JPH08335550A (ja) | 1996-12-17 |
| JP2863725B2 true JP2863725B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=17787842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29289995A Expired - Lifetime JP2863725B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | 半導体露光方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863725B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56100234A (en) * | 1980-01-10 | 1981-08-12 | Hitachi Heating Appliance Co Ltd | Cooking utensil |
| JPS56110234A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-01 | Canon Inc | Projection printing device |
-
1995
- 1995-11-10 JP JP29289995A patent/JP2863725B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１４，１５ Ｊｕｌｙ １９７９ ｐｐ２３８５−２３９３ |
| 光学ニュース 第１０３号 １９６９年６月 ｐ・３−９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08335550A (ja) | 1996-12-17 |
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