JPH02288324A - 縮小投影露光装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超ＬＳＩ等の半導体素子を製造するときに用
いられる縮小投影露光装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、超ＬＳＩの製造工程では、縮小投影露光
装置（光ステッパ）が多用されている。

このような縮小投影露光装置では種々の光源が用いられ
ている。その中に光源として波長が１１００ｎ〜４００
ｎａ＋の単色光、たとえばエキシマレーザ光源を用いた
ものがある。このエキシマレーザ光源を用いた縮小投影
露光装置は２通常、第５図に示すように構成されている
。すなわち、ｘｙ軸方向ならびに２軸回りに可動自在に
設けられたウェハチャックテーブル１上にウェハ２を固
定するとともに、その上方に投影レンズ３およびレチク
ル４を配置し、レチクル４の上方から後述するエキシマ
レーザ光源１９から出た光を露光光５として照射し、こ
れによってレチクル４に描かれているＬＳＩパターンを
ウェハ２上に転写する構成となっている。レチクル４は
＋ＸＶ軸方向およびＺ軸回りに可動自在に設けられたレ
チクルテーブル６上に固定されている。この装置では、
レチクルテーブル６とウェハチャックテーブル１との相
対位置を調整することによってウェハ２上の所望の場所
にパターンを転写できるようになっている。

ところで、このような転写を能率的に、かつ位置精度よ
く行なうためには、レチクル４のアライメントを行なう
ためのレチクルアライメント光学系１１とウェハ２のア
ライメントを行なうためのウェハ・オフ・アキシス・ア
ライメント光学系１２との相対位置関係を予め投影レン
ズ３を介し、かつ露光光もしくは露光光と同一波長の光
を用いて校正しておく必要がある。

そのために、従来の縮小投影露光装置では次のようにし
ている。すなわち、レチクル４にレチクルアライメント
マーク（以後、ＲＭと略称する。）１３を設けるととも
にウェハチャックテーブル１上にフィシシュアルアライ
メントマーク（以後。

ＦＭと略称する。）１４を設けている。ＲＭ１３は、第
６図に示すように、透明部１５と、クロムメツキを帯状
（通常は十字状）に施して形成された反射ミラー構成の
マーク部１６とで構成されている。一方、ＦＭ１４は、
第６図に示すように、クロムメツキを施して形成された
反射ミラ一部１７と、帯状（通常は十字状）の透明部に
よって形成されたマーク部１８とで構成されている。

ここで、レチクルアライメント光学系１１およびウェハ
・オフ・アキシス・アライメント光学系１２の構成を簡
単に説明する。レチクルアライメント光学系１１は、い
わゆる顕微鏡であって、エキシマレーザ光源１９から出
た光Ａのうちのハーフミラ−２０を透過した光２１を反
射ミラー２２゜ハーフミラ−２３、レチクル４を介して
入射瞳２４の中心に向けて斜めに照射するとともに、Ｆ
Ｍ１４で反射した光をハーフミラ−２３、スリット２５
を介して２次元受光素子２６に導いている。２次元受光
素子２６で得られた画像は図示しない表示装置に表示さ
れる。表示装置は、第７図に示すような画面２７を有し
、この画面２７にはアライメントの基準となるカーソル
２８が設けられている。そして、画面２７上に写し出さ
れたマーク部１６．１８の像１６’　　　１８’　とカ
ーソル２８との間の距離を電子検出回路を用いて検出し
、この検出信号を制御信号として出力している。−方、
ウェハ・オフ・アキシス・アライメント光学系１２は、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の光源２９から出た光３０をハーフ
ミラ−３１を介してウェハチャックテーブル１の上面側
に向けて放射するとともに、ウェハ面あるいはＦＭ１４
で反射した光をハーフミラ−３１、反射ミラー３２、ス
リット３３を介して光検出器３４で検出するようにして
いる。

従来装置は、上述したＲＭ１３、ＦＭ１４、レチクルア
ライメント光学系１１およびウェハ・オフ・アキシス・
アライメント光学系１２を用い、次のようにしてレチク
ルアライメント光学系ＩＪとウェハ・オフ・アキシス・
アライメント光学系１２との相対位置関係を露光光と同
一波長の光で校正している。

すなわち、エキシマレーザ光源１９から出た光Ａのうち
のハーフミラ−２０を透過した光２１をレチクル４に斜
めに照射し、この照射によってＲＭ１３のマーク部１６
の像１６′とＦＭ１４のマーク部１８の像１８′とが画
面２７上に平行に現われるようにレチクルテーブル６お
よびウェハチャックテーブル１をアライメント方向（た
とえばＸ方向）に走査する。そして、画面２７上の各マ
ーク部の像１６’、１ｇ’のカーソル２８に対する位置
を検出し、各マーク部の像１６′１８′をカーソル２８
に一致させるようにレチクルテーブル６およびウェハチ
ャックテーブル１の位置を微調整する。このような微調
整は図示しない自動制御系によって行われる。これによ
って、ＲＭ１３およびＦＭ１４が露光光と同一波長の光
でカーソル２８に対してアライメントされることになる
。そして、このときのウェハチャックテーブル１の位置
をレーザ干渉計３５で計測し、これを記憶させる。この
ときのウェハチャックテーブル１の座標を原点とする。

次に、ウェハチャックテーブル１を所定量だけ移動させ
、ＦＭ１４がウェハ・オフ・アキシス・アライメント光
学系１２の下にくるようにする。

この位置で、光源２９から出た光３０でＦＭ１４を照明
し、その反射回折光をハーフミラ−３１゜反射ミラー３
２．スリット３３を介して光検出器３４で検出する。そ
して、検出光量が最大（あるいは零）になったときのウ
ェハチャックテーブル１の位置をレーザ干渉計３５で計
測し、これを記憶させる。

このような制御により、レチクルアライメント光学系１
１と、ウェハ・オフ・アキシス・アライメント光学系１
２との相対位置関係が投影レンズ３を介し、かつ露光光
と同一波長の光を用いて校正されたことになる。

レチクルアライメント光学系１１は、実際にはＸ方向、
Ｘ方向、θ方向（２軸回り）の３系統あリ、またウェハ
・オフ・アキシス会アライメント光学系１２もＸ方向、
Ｘ方向、θ方向の３系統あり、これらの方向についても
同様の手法で校正が行なわれる。

以後は、レチクル４についてはレチクルアライメント光
学系１１によってアライメントし、またウェハ２につい
てはウェハ・オフ・アキシス−アライメント光学系１２
によってアライメントする。

このようにアライメントした後、レチクル４に描かれて
いるＬＳＩパターンをウェハ２上に転写してＬＳＩの製
造工程を実行する。この実行に供される露光光５は、エ
キシマレーザ光源１９かう出た光Ａのうち前述したハー
フミラ−２０で反射された光３６がミラー３７．３８に
よって導かれたものである。

しかしながら、上記のように構成された従来の縮小投影
露光装置にあっては次のような問題があった。すなわち
、先にのべたように、レチクル４に描かれているパター
ンをウェハ２上のパターン領域に正確に焼き付けるため
には、レチクルアライメント光学系１１とウェハ・オフ
・アキシス・アライメント光学系１２との相対位置関係
を露光光（あるいは露光光と同一波長の光）により校正
する必要がある。このために従来装置は、露光用の光源
であるエキシマレーザ光源１９から出た光Ａをハーフミ
ラ−２０で２つに分岐し、一方の光を露光用光路Ｂに導
き、他方の光をアライメント用光路Ｃに導くようにして
いる。このため、つ工／１２の上面における露光に必要
な照射エネルギの低下を招き、露光に長時間を要する問
題があった。

また、アライメントにおける光強度も低くなるので、ア
ライメント精度も低下するといった問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述のごとく、光源としてエキシマレーザ光源を用いた
従来の縮小投影露光装置にあっては、露光時間に長時間
を要するばかりか、レチクルアライメント光学系とウェ
ハ・オフ・アキシス・アライメント光学系との相対位置
関係の校正精度も低いと言う問題があった。そして、こ
の問題を解決しようとすると、ハイパワーの光源を必要
とする問題があった。

そこで本発明は、光源として単色光光源、たとえばエキ
シマレーザ光源を用いるものにあって、ハイパワーの光
源を必要とせずに、露光時間の短縮化ならびにアライメ
ント精度の向上化を図れる縮小投影露光装置を提供する
ことを目的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る縮小投影露光
装置では、光源である、たとえばエキシマレーザ光源か
ら出た光を露光用光路とアライメント用光路とに切り換
えて導くミラーを備えたものとなっている。

なお、露光用光路に光の光路長を変換するための位相板
と、露光面での照明強度の均一化を図るだめのハエノ目
レンズとを直列に挿設したり、アライメント用光路に光
の光路長を変換するための位相板を直列に挿設したりす
ると一層好ましい。

（作　用） レチクルアライメント光学系とウェハ・オフ・ア、キシ
ス・アライメント光学系との相対位置関係を校正すると
きには、ミラーを切り換えることによってエキシマレー
ザ光源から出た光の全部をアライメント用光路に導くこ
とが可能となり、同様に実際に露光を行うときにはミラ
ーを切り換えることによってエキシマレーザ光源から出
た光の全部を露光用光路に導くことが可能となる。

なお、狭帯域化されたエキシマレーザ光源から出た光は
、非常に可干渉性が強く、通常“コヒーレントノイズ１
と呼ばれている干渉パターンが発生する。しかし、露光
用光路に光の光路長を不規則にするための位相板を直列
に挿設しておくと、可干渉性を緩和させることができ、
露光に際しての解像特性の低下を防止できる。同様に、
アライメント用光路にも光の光路長を変換するための位
相板を直列に挿設しておくと、“コヒーレントノイズ”
によって起こるアライメント精度の低下を抑制すること
ができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の
概略構成が示されている。そして、この図では第５図と
同一部分が同一符号で示されている。したがって、同一
部分の詳しい説明は省略する。

この実施例に係る縮小投影露光装置が従来の装置と異な
る点は、エキシマレーザ光源１９と露光用光路Ｂおよび
アライメント用光路Ｃとの間に、光源１９から出た光の
全部をいずれかの光路に選択的に導くミラー４１を設け
たものとなっている。

ミラー４１は図示しない駆動機構によって、露光時には
図中実線で示す位置に、またアライメント・時には図中
２点鎖線で示す位置に移動制御される。

なお、露光用光路Ｂの途中位置、つまりミラー３７と３
８との間には、位相板４２とハエノ目レンズ４３とが直
列に挿設されており、さらにアライメント用光路Ｃのミ
ラー２２の前面にも位相板４４が直列に挿設されている
。位相板４２．４４は、エキシマレーザ光を使用したと
きに発生する“コヒーレントノイズ１と呼ばれる干渉パ
ターンの発生を抑制するように機能する。すなわち、狭
帯域化されたエキシマレーザ光源より出射される光束（
通常、数ｆｆ１ｌｌＸ数■の大きさ）は、その中の各光
線の位相が可干渉な条件を満足し易いため、コヒーレン
トノイズが発生し易い。この干渉パターンを消去するに
は、各光線の位相が光束の各部でランダムに変化するよ
うな光路長変換手段が必要である。この要望を満すのが
位相板である。位相板には、静止、回転、揺動（振動）
等のタイプがあるが、いずれのものも使用できる。また
、ハエノ目レンズ４３は、照明強度の均一化に寄与する
。

第１図は理解を容易にするために、本発明装置を概略的
に示したものであるが、実際には第２図に示すように、
レチクルアライメント光学系はＸ方向、Ｘ方向、θ方向
の３系統設けてあり、またウェハ・オフ・アキシス・ア
ライメント光学系１２も同図に示すようにＸ方向、Ｘ方
向、θ方向の３系統設けられている。そして、この第２
図の場合には、エキシマレーザ光源１つがらの出た光が
ミラー４１、ハーフミラ−４４，４５およびミラーを介
して各レチクルアライメント光学系１１ｘ、４１ｙ、１
１θにアライメント用の光として導かれるようになって
いる。

次に、上記のように構成された縮小投影露光装置の使用
例を第１図を中心にして説明する。レチクルアライメン
ト光学系１１とウェハ・オフ・アキシス・アライメント
光学系１２との相対位置関係を校正するときには、ミラ
ー４１を図中２点鎖線で示す位置に移動させる。このよ
うにミラー４１を移動させると、エキシマレーザ光源１
つから出た光の全部がレチクルアライメント光学系１１
に入射することになる。そして、アライメント操作は、
従来装置と同様にレチクル４に設けられたＲＭ１３およ
びウェハチャックテーブル１に設けられたＦ　Ｍ　１．
４を使って行われる。

この場合、アライメント用光路Ｃの光入射側に位相板４
４を介在させているので、２次元受光素子２６に入射す
るＲＭ１３のマーク部１６の像１６′およびＦＭ１４の
マーク部１８の像１８′の光強度分布は、第３図に示す
ようになめらかなものとなる。そして、各機１６’　　
　１８’の光強度分布信号を一定しベルＤで波形整形し
、この整形されたの波形の画面上における中心位置Ｅと
カーソルの中心位置とを電子回路的に算出してレチクル
テーブル６およびウェハチャックテーブル１が走査され
る。なお、位相板４４を設けない場合、２次元受光素子
２６に入射するＲＭ１３のマーク部１６の像１６′およ
びＦＭ１４のマーク部］８の像１８′の光強度分布は、
第４図に示すように、前述した干渉パターン、つまりコ
ヒーレントノイズ５１の影響で、非対称で不規則なもの
となる。このため、光強度分布信号を上記のように一定
しベルＤで波形整形し、この整形された波形の画面上に
おける中心位置Ｅを求めると、この中心位置Ｅは真の中
心位置とは異なった値として検出される。したがって、
アライメント用光路Ｃに位相板４４を介在させることに
よってアライメント精度を向上させることが可能となる
。

一方、アライメント後に、実際に露光工程を実行すると
きにはミラー４１を第１図中実線で示す位置に移動させ
る。この制御によってエキシマレーザ光源１９から出た
光の全部が露光用光路Ｂに導かれることになる。露光用
光路Ｂに導かれた光は、位相板４２、ハエノ目レンズ４
３、レチクル４、投影レンズ３を介してウェハ２に照射
される。

したがって、レチクル４に描かれているパターンがウェ
ハ２に転写されることになる。

この場合、位相板４２の存在によってコヒーレントノイ
ズの発生が抑制され、またハエノ目レンズ４３の存在に
よって照明強度の均一化が計られるので、解像度のよい
転写を実現できる。

このように、エキシマレーザ光源１９から出た光を、ミ
ラー４１を使って露光用光路Ｂとアライメント用光路Ｃ
とに選択的に切り換えできるようにしている。したがっ
て、露光工程を実行するときにはエキシマレーザ光源１
９から出た光の全部を使って露光を行うことができ、ま
たレチクルアライメント光学系１１とウェハ・オフ・ア
キシス・アライメント光学系１２との相対位置関係を校
正するときにもエキシマレーザ光源１９から出た光の全
部を使って校正できる。このため、ハイパワーのエキシ
マレーザ光源を使わなくても露光時間の短縮化を実現で
き、しかもアライメント精度も向上させることができる
。

また、実施例のように露光用光路Ｂに位相板４２を直列
に介在させておくと解像度のよい転写を実現でき、さら
にアライメント用光路Ｃにも位相板４４を介在させてお
くとアライメント精度を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では露光用光路Ｂとアラ
イメント用光路Ｃとにそれぞれ位相板を介在させている
が、ミラー４１とエキシマレーザ光源１９との間に位相
板を介在させることによって、位相板の数を減らすよう
にしてもよい。

また、露光用光路Ｂに拡大用ビーム成形レンズを介在さ
せてもよいし、アライメント用光路Ｃに拡大あるいは縮
小用のビーム成形レンズを介在させるようにしてもよい
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ハイパワーの単
色光光源を必要とせずに露光時間の短縮化を実現でき、
しかもアライメント精度の向上化も実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の概
略構成図、第２図は同装置の実際の光学系統図、第３図
は同装置において検出されるアライメントマークの光強
度分布図、第４図は位相板を設けないときに検出される
アライメントマークの光強度分布図、第５図は従来の縮
小投影露光装置の概略構成図、第６図は同装置における
アライメントマークの構造を説明するための図、第７図
はアライメント用画面の構成を説明するための図である
。 Ａ・・・エキシマレーザ光源から出た光、Ｂ・・・露光
用光路、Ｃ・・・アライメント用光路、１・・・ウェハ
チャックテーブル、２・・・ウェハ、３・・・投影レン
ズ、４・・・レチクル、５・・・露光光、６・・・レチ
クルテーブル、１１　（ｌｌｘ、ｌｌｙ、１１θ）・・
・レチクルアライメント光学系、１２　（１２ｘ、１２
ｙ。 １２θ）・・・ウェハ・オフやアキシス・アライメント
光学系、１３・・・レチクルアライメントマーク（ＲＭ
）、１４・・・フィシシアルアライメントマーク（ＦＭ
）、１９・・・エキシマレーザ光源、２４・・・入射瞳
、２６・・・２次元受光素子、２７・・・画面、２８・
・・カーソル、４１・・・ミラー、４２．４４・・・位
＋ＩＪｌ＆、４３・・・ハエノ目レンズ、５１・・・ス
ペックル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 Ｏ 第３ 図 第４図 第７ 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）単色光光源から出た光を露光光として用いるとと
   もに投影レンズを介してレチクルアライメント光学系と
   ウェハ・オフ・アキシス・アライメント光学系との相対
   位置関係を校正するためのアライメント光として用いる
   ようにした縮小投影露光装置において、前記単色光光源
   から出た光を露光用光路とアライメント用光路とに切り
   換えて導くミラーを備えてなることを特徴とする縮小投
   影露光装置。
2. （２）前記露光用光路には、光の光路長を不規則にする
   ための位相板と、露光面での照明強度の均一化を図るた
   めのハエノ目レンズとが直列に挿設されている請求項１
   に記載の縮小投影露光装置。
3. （３）前記アライメント用光路には、光の光路長を変換
   するための位相板が直列に挿設されている請求項１に記
   載の縮小投影露光装置。
4. （４）前記位相板は、前記ミラーと前記単色光光源との
   間に設けられている請求項２または３に記載の縮小投影
   露光装置。
5. （５）前記位相板は、静止、回転、揺動（振動）のいず
   れかのタイプのものである請求項２、３、４のいずれか
   １項に記載の縮小投影露光装置。