JPH01107529A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は露光装置に関し、特に精度の高い位置合わせ装
置に関する。

従来の技術 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々の素子の
微細パターンの寸法は、１ミクロン以下に及んでいる。

この原動力となっているのが、微細パターン形成装置（
以下縮少投影露光装置と呼ぶ）に使用されるレンズの解
像力の向上と位置合わせ精度の改善である。一般に縮少
投影系の解像力を高めるには、光学系のＮム（開口数）
を大きくするか、あるいは露光波長を短かくする事が必
要となっている。そこでより短い露光波長としてＫｒＦ
エキシマレーザを用いた縮少投影露光装置が検討されて
いるが、ＫｒＦエキシマレーザを露光波長として使用す
る場合、投影レンズに使用されるレンズ材料が限定され
ているので投影レンズには単色レンズが使用されている
。しかし単色レンズを使用すると色収差のため異波長の
光でレンズを通してレチクルとウェハ上の位置合わせマ
ークを観察して重ね合せるいわゆるＴＴＬ　（スルー・
ザ・レンズ）の位置合わせが出来ない。そこで、レチク
ル上の位置合わせマークとウェハ上の位置合わせマーク
を各々別々の光学系で観察し、それぞれの光学系の基準
に対して位置合わせを行った後、レーザ測長機により精
密に制御されたステージを移動させて相対的にレチクル
パターンとウェハ上のパターンを重ね合わせる方法が採
用されている。

しかしながらこの位置合わせ精度は±０．３ミクロンで
あり、サブミクロンの素子を形成する場合には、合わせ
精度が悪く実用にならない。

一方、第３図に、±０．１ミクロンの位置合わせが可能
と提案されている干渉法を利用した従来の方法を示す。

〔アイイーイーイー　トランズオンイーデー（Ｉ［ＩＣ
、ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｋ、Ｄ）　ＨＤ−２６，４゜１９
７４．７２３．Ｇｉｊｇ　Ｂｏｕｗｈｕｉｓ）　　２枚
のＬｌ。

Ｌｌのレンズ系で示されたマイクロレンズのフーリエ変
換面に、Ｈａ−Ｃ（！レーザビームｌを入射しレンズＬ
２を介してウェハＷ上に形成された格子に対してビーム
ｌを照明し、空間フィルタＳＦで格子から回折される±
１次光のみをレンズ系Ｌ２＋Ｌ１を通してレチクルＲ上
に入射し、レチクルＲの近傍において干渉縞を生成し、
レチクルＲに設けた格子を通過する光を光検出器りで検
出して、ウェハＷとレチクルＲを位置合わせる構成が図
示されている。

発明が解決しようとする問題点 第３図の構成において、投影レンズにｇ線（波長４３ｓ
ｎｍ）レンズが用いられており、Ｈｅ　−Ｃｄレーザ（
波長４４１ｓｎｍ）との色収差がほとんどないのでＴＴ
Ｌ位置合わせが可能であるけれども、この方式では色収
差の補正が出来ないため、単色レンズに使用する事が困
難である。

本発明はこのような従来からの問題に鑑み、特に露光波
長にＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の微細パターン
の位置合わせを、大気中で、かつ、簡単な構成で行なえ
るＬＳＩのレチクルとウェハの正確かつ容易な位置合わ
せを可能とした露光装置を目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、高精度な位置合わせをＫｒＦエキシマレーザ
を用いた露光装置において実現するために、位置合わせ
光源としてＡｒレーザの第２高調波を用いて、レチクル
面上に形成された格子によシ波面分割された光束のうち
、第ルンズのスペクトル面で適当な光束を空間フィルタ
ーによって通過させ、次に第２のレンズ系を通過させ、
さらに投影レンズによって基板上に投影する。基板上に
設けた第２の格子から回折された回折光を逆に投影レン
ズ中及び第２のレンズ系を通過させ、さらに、第１の格
子によって回折された光束と第２の格子からの回折光と
を互いに干渉させ、干渉させた光束の光強度を光検出器
により測定し、前記レチクル上の第１の格子と基板上の
第２の格子とを位置合わせするものである。

作用 本発明によれば、縮少投影露光装置の投影レンズにＫｒ
Ｆエキシマレーザ用単色レンズを用いた場合、ＴＴＬ方
式でかつ高精度な位置合わせを実現することができる。

実施例 本発明による光学系の実施例を第１図に示した。

光源から出た第２高調波のＡｒレーザ光１１（波長２５
７．５ｎｍ）を第１のレンズ系１６の入射瞳に対して入
射する。

以下の説明では、本発明の原理を簡潔に述べるためにレ
チクルは平行光束によって照明され、第１及び第２のレ
ンズ系１５．１７はフーリエ変換レンズとするが必らず
しもフーリエ変換レンズでなくてもよい。第２高調波の
Ａｒレーザ１１と第１のフーリエ変換レンズ１６との間
にレチクＭ４が配置され、レチクル１４の第１の格子１
０のパターンを２次光源として出た像を第１の７−リエ
変換レンズ１６によって一旦集光し、さらに、第２のフ
ーリエ変換レンズ１７を通してレチクル１４のパターン
の像をウェハ（半導体基板）１８に縮少投影光学系１９
を通して投影する。第１のフーリエ変換レンズ１５の後
側焦点面には、レチクル上の格子１０のパターンの回折
光（フーリエスペクトル）が空間的に分布しておシ、本
発明においては、この７一リエ変換面に空間フィルター
１６を配置してスペクトル面でフィルタリングし、レチ
クル１４上に形成された格子１０のパターンをスペクト
ル面でフィルタリングすることによってウェハ面１８上
に干渉縞２ｏを生成する。半導体ウェハ１８上に形成し
た第２の格子２１からは、回折光２２が回折され、縮少
投影光学系１９及び第２のレンズ１７を逆方向に戻り、
空間フィルタ１６の位置に配置されたミラーによって光
検出器２３に導ひかれる。

以上がレチクル１４とウェハ１８の位置合わせの光学系
であるが、一方レチクル１４の回路パターンはＫｒＦ　
ｘキ’／　？　Ｌ／−ザ（波長２５８ｎｍ）１２及び照
明光学系１３によって照明され、その投影像は単色レン
ズから成る縮少投影光学系１９を通して、ウェハ１８上
に結像する。こうして通常の回路パターン露光用の光学
系が形成される。以上のように本発明では、第２高調波
Ａｒレーザ及びその光学系とＫｒＦエキシマレーザ及び
その光学系を有しておシ、空間フィルタを位置合わせ光
学系に配置し使用し、合わせが完了後レチクル上の回路
パターンの像がウェハ上に縮少投影される。

第２図は本発明の露光装置の原理説明図である。

−光源１１から出た波長λの光は、レチクル上の格子１
０を照明する。第１フーリエ変換レンズ１５の前側焦点
ｆ１の位置ｚ１にレチクル１４上の位相格子パターン１
０を配置する。位相格子パターン４１のピッチＰ１　と
回折光の回折角θ１はＰ　１ｓｉｎθ１＝Ｔｌλ（ｎ　
＝　Ｏｒ±１．±２　、　・・−・・・）の関係がある
。このように複数の光束に回折された光はフーリエ変換
レンズ１５に入射し、さらに後側焦点面に各々の回折光
に和尚するフーリエスペクトル像を結ぶ。１次の回折光
のフーリエスペクトルに対応する座標ξ６１は ξ６４　＝　ｆ１ｓｉｎθ１ Ｐ１ｓｉｎθ１＝λ で示され、０次の回折光のフーリエスペクトルξ６０ ξ６ｏ＝ｆ１Ｓｉｎθｏ＝。

とは完全に分離された状態でフーリエ変換面にフーリエ
スペクトル像を結ぶ。第１図に示したようにこのフーリ
エ変換面上に空間フィルタ１６を配置し、第２図に示し
たように格子パターン１０の０次および±２次以上の回
折光を遮断し、±１次回折光と開ロバターンのスペクト
ル（０次光成分を除く）を通過させる。この回折光は第
２７−りエ変換レンズ１７を通過し、さらにウェハ１８
上に投影される。ただし、第２図においては縮少投影レ
ンズ系１９を省略しである。ウェハ１８上に投影された
像は、レチクル上の開口部（パターン１０）の像を大略
結ぶとともに、格子パターン１ｏの±１次光成分同志が
干渉して新らたなピッチの干渉縞が形成される。ここで
干渉縞のビ、レチＰ２は、 で与えられる。このとき、第２フーリエ変換レンズ１７
の前側焦点面に第１フーリエ変換レンズ１６のフーリエ
変換面を設定するので ｆｌｓｌｎｏｌ　＝　ｆ２　ｓｉｎθ２＝ξ６１の関係
がある。

第１及び第２フーリエ変換レンズ１５．１７、さらに、
縮少率ｍの縮少投影光学系を通した像の間には、 の−係がある。よって、ウェハＷ上に生成される干渉縞
のピッチＰ２はｆ１＝ｆ２　　のときは、レチクル上の
格子パターン４１の投影像のピッチの半分となる。格子
１０の投影像によって、ウェハＷ上に第２の格子Ｇを形
成し、この格子Ｇに対して、光束１１１と１１２の光を
それぞれ照射すると、波面分割する格子Ｇによってそれ
ぞれ回折された光が得られる。また、２光束１１１，１
１２をウェハＷ上に同時に照射すると、干渉縞を生成し
、さらに、この場合ウェハＷ上の格子Ｇによって回折さ
れる光が各々干渉し、この干渉した光を光検出器２３で
検出し、干渉縞と格子Ｇとの間の位置関係を示す光強度
情報が得られる。

第１図の光検知器上での観測される光強度Ｉは１　＝＝
、　ｕム２＋　ｕＢ＋　ｕム＊−ｕＢ　＋　ｕム・ｕＢ
＊ただし、ｕム、ｕ！＋　は各々光束１１１，１１２の
振幅強度、ｕＡ＊、ｕＢ＊は共役複素振幅である。

＋ｘｘ（ｓｉｎθＡ−ｓｉｎθａ）ｌ （ただし、ム、Ｂは定数、Ｎ＝格子の数、８人。

δＢは隣接した２格子によって回折された光の間の光路
差、Ｘは光束１１１と光束１１２との干渉縞と格子との
間の相対的位置関係、θム、θＢは光束１１１及び１１
２とウェハの垂線とのなす角）として示される。

以上の如く本発明によるマスクとウェハの位置合わせに
おいては、レチクルの位置合わせマークからの回折光に
よシウェハ上に生成した２光束干渉縞とウェハ上の位置
合わせ格子との相対位置をを検出するために、レチクル
の像がウェハ上で完全に結像しなくても位置合わせが可
能である。即ち僅かの色収差による焦点位置ずれが問題
とならないため、本発明の如（ＫｒＦエキシマレーザを
照明光源とする単色レンズから成る縮少投影露光装置の
位置合わせ光に第２高調波のｈｒレーザを使用出来る。

発明の効果 本発明により、ＫｒＦエキシマレーザを照明光源とする
縮少投影露光装置において、干渉縞を媒介としてレチク
ル上のパターンをウェノ・上ニスルー・ザ・レンズ方式
で高精度に位置合わせし、レチクル上のパターンをウェ
ハ上に露光形成する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の露光装置における位置合わ
せの基本的な構造を示す概略側面図、第２図は従来から
のレチクルとウェハを干渉縞を用いて位置合わせる場合
の構成図、第３図は本発明による再回折光学系の原理図
である。 １１・・・・・・第２高調波Ａｒレーザ、１２・・・・
・・ＫｒＦエキシマレーザ、１３・・・・・・照明光学
系、１４・・・・・・レチクル、１５．１７・・・・・
・第１１第２のフーリエ変換レンズ、１６・・・・・・
空間フィルター、１８・・・・・・ウェハ、１９・・・
・・・単色レンズの縮少投影光学系、Ｇ・・・・・・格
子、Ｄ・・・・・・光検出器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ＬＪ
−ン　〜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクパターンの像を基板上に繰返し形成する縮
   少投影露光装置の中で基板上およびマスク中格子を位置
   決め基準格子として使用して前記マスク中に形成したマ
   スクパターンを前記基板に対して位置決めするに際し、
   前記縮少投影露光装置の露光用照明にＸｒＦエキシマレ
   ーザを用いる場合に位置合わせ光源としてＡｒレーザの
   第２高調波を用いてなる露光装置。
2. （２）光源、照明光学系、レチクル、第１のレンズ系、
   空間フィルター、第２のレンズ系、縮小投影光学系、基
   板およびこの基板を保持するステージ、光検出器を有し
   てなる露光装置の前記レチクル面上に第１の格子が形成
   されており、前記光源から出た光束を照明光学系を通し
   て前記レチクル面上の格子に入射させて、前記光束を波
   面分割して前記第１のレンズ系に導びくとともに、前記
   第１のレンズ系のスペクトル面付近に設けた所定の空間
   フィルターによって所定のスペクトルを選択的に透過せ
   しめて、前記スペクトルを持つ光束を前記第２のレンズ
   系を通過させ、さらに前記縮少投影光学系を通して第２
   の格子を持つ前記基板に光束を投影し、前記第２の格子
   から回折された回折光を前記縮少投影光学系、第２のレ
   ンズ系を逆方向に通過せしめ、前記第１の格子によって
   波面分割された光束と前記第２の格子によって回折され
   た光束とを互いに干渉させ、干渉させた光束の光強度を
   光検出器により測定し、前記レチクル上の第１の格子と
   第２の格子を位置合わせする露光装置において、前記露
   光用光源としてＫｒＦエキシマレーザを用い、位置合わ
   せ光源としてＡｒレーザの第２高調波を用いてなる露光
   装置。