JP3080694B2 - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JP3080694B2
JP3080694B2 JP03171438A JP17143891A JP3080694B2 JP 3080694 B2 JP3080694 B2 JP 3080694B2 JP 03171438 A JP03171438 A JP 03171438A JP 17143891 A JP17143891 A JP 17143891A JP 3080694 B2 JP3080694 B2 JP 3080694B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超LSI等を製造する
際に使用して最適な露光装置に備えられてマスクと半導
体ウェハとの位置合わせ及びギャップの検出を行う露光
装置のアライメント装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、超LSIにおける回路パターン
の形成時には、マスクに形成された多数の回路パターン
(マスクパターン)が露光装置により半導体ウェハ上に
転写されるのであるが、この転写は、通常、複数の回路
パターンを半導体ウェハに重ね合わせた状態で行われ
る。このため、パターン転写の露光に先立ち、マスクと
半導体ウェハとを高精度に位置合わせする必要がある。
【0003】特に、縮小投影露光装置に代表される光露
光装置よりも微細な回路パターンを形成することが可能
なX線露光装置においては、その物理的特性から縮小投
影にすることが困難で、等倍の露光にならざるを得な
い。等倍露光を行うためには、マスクと半導体ウェハと
のギャップを極小(数十ミクロン)とした近接露光とな
る。このため、マスクと半導体ウェハとの位置合わせ精
度の向上が以前にも増して必要となる。
【0004】ここに、前記X線露光装置に備えられ、マ
スクと半導体ウェハとの位置合わせ及びギャップの検出
を行うアライメント光学系の概要を図2及び図3に示
す。なお、通常X線露光装置には、X,Y及びθ方向の
位置ずれを検出するため、少なくとも3つのアライメン
ト光学系(Xアライメント光学系,Y1 アライメント光
学系及びY2 アライメント光学系)が備えられている
が、ここではY方向を位置合せ方向としたその1つ(Y
1 アライメント光学系)について説明する。このこと
は、以下同様である。
【0005】即ち、図2に示すように、アライメント光
学系1には、光学ベース2上に配置された第1レンズ
3、第2レンズ4及びプリズム5といった複数の光学部
品が備えられている。
【0006】一方、回路パターン6aとその周囲にアラ
イメントマーク6bが描かれたメンブレン膜6を備え補
強枠7で周囲を補強されたX線マスク8は、マスクチャ
ック9に着脱自在に保持され、上記アライメントマーク
6bと対向する位置にアライメントマーク10aが描か
れた半導体ウェハ10は、ウェハチャック11に着脱自
在に保持されて、両者8,10は互いに近接した位置に
配置されている。
【0007】これにより、露光光としてのX線(SOR
光)12を介して、半導体ウェハ10上にX線マスク8
の回路パターン6aを近接露光するとともに、光源(図
示せず)から出射されアライメント光学系1を通過した
レーザ光(アライメント光)13をX線マスク8のアラ
イメントマーク6aに照射し、半導体ウェハ10のアラ
イメントマーク10aから再びこのアライメントマーク
6aを通過した検出光を介して両者8,10の位置合せ
を行うようなされている。
【0008】前記アライメント光学系1には、図3に示
すように、音響光学変調素子(AOM)14が備えら
れ、この音響光学変調素子14を通過してミラー15で
ほぼ直角に反射したレーザ光13が前記第1レンズ3の
中心Oに入射するようなされているとともに、このの音
響光学変調素子14の前段には、回転することによりレ
ーザ光13をX方向に平行シフトする光学素子としてプ
レーンパラレル16a,同じく回転することによりレー
ザ光13をZ方向に平行シフトする光学素子としてのプ
レーンパラレル16b及びレーザ光13の傾きを変える
光学素子としてコンペンセータ17aが配置されてい
る。
【0009】そして、レーザ光13は、光学ベース2の
面上で、例えばこの1側面(基準面)Aに平行にかつ距
離lx の位置を通り、ミラー15で反射した後、前記側
面Aに直角な他側面(基準面)Bに平行にかつ距離ly
の位置を通って第1レンズ3の中心Oを通るように調整
される。
【0010】ここに、前記各距離lx ,ly 、光軸高さ
h(図2参照)及び第1レンズ3の配置精度は、±10
0〜200μm程度で良いが、最終的なレーザ光13の
中心と第1レンズ3の中心との合致度は、±30μm程
度(εy <±30μm)の精度が要求される。即ち、例
えば光学倍率を1/3倍程度として、マスク面上で±1
0μm程度(ε′y <±10μm)の精度が要求される
と仮定すると、前記合致度が得られる。
【0011】上記の精度を満たすため、従来、次のよう
な調整が一般に行われていた。
【0012】即ち、先ず光学ベース2の基準面Aから水
平距離lx 離れ、かつ光学ベース2から鉛直高さhの位
置に先ず2つのピンホール18a,18bを置き、この
2つのピンホール18a,18bをレーザ光13が通る
ようにレーザ光源の姿勢を調整した後、このレーザ光1
3が基準面Bに設置したミラー19に当たり、その反射
光が前記2つのピンホール18b,18aへと順次戻る
かを確認する。
【0013】次に、基準面Bから水平距離ly 離れ、か
つ光学ベース2から鉛直高さhの位置にピンホール18
cを置くとともにミラー15を設置し、このミラー15
の反射光が前記ピンホール18cを通るように該ミラー
15の角度θ及びy(またはx)方向の調整を行う。
【0014】この状態で、所定の位置に音響光学変調素
子14を設置する。この音響光学素子14からは±1次
光が出射され、これらのうちのいずれかをアライメント
光として使用するのであるが、図示では+1次光I+1
利用する場合を示している。そして、この+1次光I+1
の強度が最大となるように、音響光学変調素子14の前
段に設置された各光学素子、即ちプレーンパラレル16
a,16b及びコンペンセータ17aを調整する。即
ち、このプレーンパラレル16a及び16bを回転させ
ることによりレーザ光13をx方向及びz方向に個々に
平行シフト(例えば、±0.1mm)するとともに、コン
ペンセータ17aでレーザ光13の傾きを変えることに
より、+1次光I+1の強度を最大にする。
【0015】ところで、同図からわかるように、一般に
一次光I+1は、0次光に対して、約8mrad程度の
傾きα(α=8mrad)をもって斜めに出るため、ミ
ラー15での反射光がピンホール18cを通るように、
再度このミラー15の角度θ及びy(またはx)方向の
調整を行い、その後に第1のレンズ3の設置が行われて
いる。
【0016】なお、変調周波数の異なるもう1台の音響
光学素子が前記音響光学素子14と並列的に設置され、
2本のレーザ光13が夫々第1レンズ3の中心Oを通過
して平行に第2レンズ4に入射するようなされているの
であるが、図示では一方のレーザ光13の経路のみを示
し、他方を省略している。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、光学ベース2の基準面A,Bからの距
離lx ,ly の精度及び第1レンズ3の設置精度が、±
100〜200μm程度であるので、第1レンズ3の中
心とレーザ光13の中心との合致度、即ち両者のずれ量
εy を±30μm程度まで追い込むことが極めて困難で
あるのが現状であった。
【0018】即ち、第1レンズ3そのものを動かすこと
により、レーザ光13に対して第1レンズ3の中心Oを
合わせ込むことは、ピンホールを使用し、目視でレーザ
光が第1レンズ3の中心Oを通っているかを判断するこ
とにより可能であるが、効率が悪くこの調整にかなりの
時間がかかってしまうばかりでなく、光軸に対するレン
ズ3の傾きを合わせることが困難である。
【0019】なお、音響光学変調素子14の前段に配置
されているプレーンパラレル16a,16b及びコンペ
ンセータ17aを利用してこの調整を行うと、例えば+
1次光I+1の強度が最大になるように調整された光軸が
ずれてしまう。
【0020】本発明は上記に鑑み、音響光学調整素子か
ら出射される最大強度のレーザ光の光軸がずれてしまう
ことを防止しつつ、レーザ光の中心とレンズの中心等と
を該レンズ等を動かすことなく、容易にしかも高精度に
位置合わせできるようにしたものを提供することを目的
とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はマスク及び半導体ウエハに夫々設けられた
アライメントマークに対してレーザ光を照射して、前記
マスクと前記半導体ウエハとの位置合わせ及びギャップ
の検出を行うアライメント光学系を備え、X線や光を利
用してマスクに描かれたマスクパターンを半導体ウエハ
上に転写する露光装置において、前記アライメント光学
系に備えられている音響光学変調素子の前段に、前記音
響光学変調素子に入射すべきレーザ光を上下および左右
に平行にシフトする第1の光学素子と、前記音響光学変
調素子に入射すべきレーザ光の傾きを変更する第2の光
学素子とを配置するとともに、前記音響光学変調素子の
後段に、前記音響光学変調素子から出射した一次光を上
下および左右に平行にシフトする第3の光学素子と、前
記音響光学変調素子から出射した一次光の傾きを変更す
る第4の光学素子とを配置したことを特徴としている。
【0022】
【作用】上記のように構成した本発明によれば、音響光
学変調素子の後段に設置された光学素子によってレーザ
光を左右、上下に平行にシフトするとともに、レーザ光
の傾きを調整することにより、最大強度のレーザ光の光
軸がずれてしまうことを防止しつつ、レーザ光の中心と
レンズの中心等とを容易かつ高精度に位置合わせするこ
とができる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。なお、上記従来例と同一部材は同一符番を付し
てその説明を省略する。
【0024】即ち、本実施例においては、図1に示すよ
うに、音響光学変調素子14の後段でミラー15と第1
レンズ3との間には、レーザ光13の光路中に位置して
回転することによりレーザ光13をy方向に平行シフト
する光学素子としてプレーンパラレル16cと、同じく
回転することによりレーザ光13をz方向に平行シフト
する光学素子としてのプレーンパラレル16dと、レー
ザ光13の傾きを変える光学素子としてのコンペンセー
タ17bとがレーザ光13の進行方向に沿って順次配置
されている。
【0025】ここに、各プレーンパラレル16c,16
dの回転角を夫々θy ,θz 、光軸方向の厚さt(共
通)、屈折率をn(共通)とする、各プレーンパラレル
16c,16dによる光軸シフト量εy ,εz (εz
図示せず)は、 εy =t・θy ・(1−1/n) εz =t・θz ・(1−1/n) で表すことができる。
【0026】一方、前記第1レンズ3の焦点距離を
1 、第2レンズ4の焦点距離をf2 とすると、仮想マ
スク面上の中心(マーク中心)からのレーザ光13の中
心のずれ量ε′y ,ε′z (ε′z は図示せず)は、 ε′y =εy ・f2 /f1 ε′z =εz ・f2 /f1 で表すことができる。
【0027】今、仮想マスク面上のずれ量ε′y ,ε′
z を±10μm程度のオーダに抑えるものとし、一例と
して、f1 =150mm、f2 =50mm、t=1000μ
m、n=1.456としてこれらの値を上記式に代入す
ると、εy =εz =30μmとなり、これだけの平行シ
フト量εy ,εz を得るためには、各プレーンパラレル
16c,16dを各々θy =θz =5.5deg だけ回転
させれば良い。このような操作は簡単に行うことができ
る。
【0028】これにより、第1レンズ3及び第2レンズ
4を設置した後、各プレーンパラレル16c,16dを
回転することにより、アライメントマーク中心に対する
レーザ光13のy及びx方向の光軸調整を容易かつ高精
度の行うことができる。しかも、ウェハに入射するレー
ザ光の角度の調整としてはコンペンセータ17bを介し
てレーザ光13の傾きを調整することにより行なうこと
ができ、信号強度を最大に維持することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
音響光学変調素子の後段に設置された光学素子によって
レーザ光を左右、上下に平行にシフトするとともに、レ
ーザ光の傾きを調整することにより、最大強度のレーザ
光の光軸がずれてしまうことを防止しつつ、レーザ光の
中心とレンズの中心等とを容易かつ高精度に位置合わせ
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略平面図。
【図2】従来例の一部を拡大して示す縦断面図。
【図3】同じく、図1相当図。
【符号の説明】
1 アライメント光学系 14 音響光学変調素子(AOM) 16a,16b 第1の光学素子(プレーンパラレル) 16c,16d 第3の光学素子(プレーンパラレル) 17a 第2の光学素子(コンペンセータ) 16b 第4の光学素子(コンペンセータ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳 野 寿 和 東京都板橋区蓮沼町75の1 株式会社ト プコン内 (56)参考文献 特開 昭59−132126(JP,A) 特開 平2−43719(JP,A) 特開 平3−61802(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マスク及び半導体ウエハに夫々設けられた
    アライメントマークに対してレーザ光を照射して、前記
    マスクと前記半導体ウエハとの位置合わせ及びギャップ
    の検出を行うアライメント光学系を備え、X線や光を利
    用してマスクに描かれたマスクパターンを半導体ウエハ
    上に転写する露光装置において、前記アライメント光学
    系に備えられている音響光学変調素子の前段に、前記音
    響光学変調素子に入射すべきレーザ光を上下および左右
    に平行にシフトする第1の光学素子と、前記音響光学変
    調素子に入射すべきレーザ光の傾きを変更する第2の光
    学素子とを配置するとともに、前記音響光学変調素子の
    後段に、前記音響光学変調素子から出射した一次光を上
    下および左右に平行にシフトする第3の光学素子と、前
    記音響光学変調素子から出射した一次光の傾きを変更す
    る第4の光学素子とを配置したことを特徴とする露光装
    置。
  2. 【請求項2】前記第3の光学素子がプレーンパラレルで
    あり、前記第4の光学素子がコンペンセータであること
    を特徴とする、請求項1に記載の露光装置。
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