JPH0322518A - 照明光学装置 - 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、特にレチクル（マスク）上のパターンをウエ
ハまたはプレート、（基板）上に転写する半導体製造の
ための照明光学装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の照明光学装置においては、第６図に示す如く、楕
円鏡４０の第１焦点位置近傍に配置された超高圧水銀放
電灯ｌより発する光束はこの楕円鏡２０により反射し、
反射部材６０を介してこの楕円鏡２０の第２焦点位置に
向けて集光する。この第２焦点位置近傍には、照明光路
を切替え可能なロータリーシャッター５０が設けられて
おり、このシャッター５０は、モーター５１により回転
可能に設けられている。

第７図にはロータリーシャッター５０の平面図を示して
おり、その形状は４つのセクター（５０ａ，５０ｂ，５
０ｃ，５０ｄ）を有し、これらのセクターは光源からの
光束を遮光するのに十分な大きさで形成されている。ま
た、シャッター５０の光源側はアルミニウム（Ａｎ）等
の金属基板上に多層膜等でコートした反射面に加工され
ている。

これは、図示の如く、中心Ｃを回転中心としてモーター
５ｌによって間欠的に回転する。セクターが光路中に位
置する時には、光源からの光はアライメント光学系へ送
光するためのライトガイド２００へ向けて反射され、セ
クターが光路から退避している時には、光源からの光は
露光照明系のコリメーターレンズ５へ入射する。

さて、ロータリーシャッター５０を通過した光源からの
光束は、コリメーターレンズ５を通過することにより平
行光束となり、複数のレンズ素子の集合体で形或されて
いるオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）
により、このオプティカルインテグレー夕の射出側面近
傍には２次元的な複数の点光源、すなわち２次元的な面
光源が形成される。そして、この２次光源からの光束は
、反射部材７により反射され、コンデンサーレンズ８に
より被照射面を重畳的に均一照明する。

さて、Ｘ，Ｙ方向へ２次元移動するステージＩ２上に載
置されたウエハｌ１は投影レンズ１０に関してレチクル
９と共役に配置されており、投影レンズｌＯを介してレ
チクル上のパターンの像がレジスト（感光層）を塗布さ
れたウエハ１１上に転写される。

ステージｌ２のＸ方向における位置を検出するためのレ
ーザー干渉計１３が設けられており、不図示ではあるが
ステージ（ウエハ）面に対してＸ方向と垂直なステージ
ｌ２のＹ方向の位置を検出するための別のレーザー干渉
計が設けられている。

また、ウエハのアライメントを行うために、投影レンズ
ｌＯの外周部に隣接してアライメント光学系２０が設け
られており、投影レンズｌＯの光軸Ａｘとアライメント
光学系２０の光軸１ｘとが平行となっている。

さて、アライメントする際には、ロータリーシャッター
５０のセクターが光路中に位置しているため、光源から
の光束はこのセクターで反射し３ アライメント光として、光ファイバー束よりなるガイド
ライト２００、アライメント光学系２０を介して、ウエ
ハマークＷＭを照射し、アライメント光学系中において
ウエハマークＷＭと像共役位置に設けられた撮像管等を
通して得られた画像信号に基づいて、このマークＷＭの
像の位置を検出することによりアライメントを行うこと
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、半導体製造装置については、生産性の向上、すな
わちスループットを向上させるために、露光光の光量（
照度）を増大させることにとが極めて有効な手法である
。

すなわち、同一感度のレジストにおいては、焼付に必要
な光量が決まっているからである。

このため、露光光の光量の増大を図るには、光源の出力
を増大されれば良いが、従来の照明光学装置においては
、これに伴って光源付近の温度上昇が著しくなり、光源
を集光させる例えば楕円鏡４０、光源に近く位置する反
射ミラー４、さらには楕円鏡４０の第２焦点位置近傍に
位置して光線４ が集中するシャッター５０等に関する光学部材の変形、
破損、寿命劣化等の問題が生ずる。

また、光源自体の熱により光源自身から発する光の波長
域がシフトして出力波長特性が変化するため、逆に適正
な露光光の波長域の光量（照度）が減少し極端に照明効
率が劣化する問題がある。

そこで、本発明は、以上の問題を全て解決し、簡素な構
成にもかかわらず、温度上昇の主要因である光源から発
する不要な光、特に赤外光を発散させつつ、同一光源か
ら狭帯化された所定の波長域の露光光と、所定の波長域
のアライメント光とをそれぞれ抽出して光束の有効利用
が図れ、常に安定した光束を被照射面へ供給できる高性
能な照明光学装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達戒するために、本発明は第１図に示す如
く、第１被照射面を照明する第１照明系と第２被照射面
を照射する第２照明系とを有する照明光学装置において
、 光源と、その光源からの第１波長域の光束を分別して集
光するための第１波長分別集光手段と、その第１波長分
別集光手段の外側に沿って設けられるとともにこの第１
波長分別集光手段を通過した第２波長域の光束を分別し
て集光する第２波長分別集光手段と、第１波長分別集光
手段からの分別光束を第１照明系へ導くとともに第２波
長分別集光手段からの分別光束を第２照明系へ導くため
の波長分別手段とを有するものである。

さらに、光源から発する熱を除去して安定した光束を供
給するための冷却手段を第２集光手段の周辺領域に設け
ることがより望ましい。

〔作　用〕

本発明は、光源より発する不要な光、特に温度上昇の主
要因である赤外光を発散させながら、同一光源から狭帯
化された所定の波長域の露光光と、所定の波長域のアラ
イメント光とをそれぞれを抽出することができるように
して光束の有効利用を図ったものである。

これにより、スループットを向上させるために、光源の
出力を増加させても、光源の周辺に配置された光学部材
の熱による光学性能の劣化、変形、破損、寿命劣化等の
問題を解消でき常に安定した高出力の光束を被照射面へ
供給することが保証される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例における概略構成図であり、こ
の図を参照しながら本実施例について詳述する。

光源としての超高圧水銀灯１　（光源）は赤外線から遠
紫外線にわたる広波長域の光を発し、この光源ｌの輝点
が第１楕円ダイクロイックミラ−２（第１波長分別集光
手段）の第１焦点にほぼ位置するように設けられている
。そして、この第１楕円ダイクロイックミラ−２の外側
に沿って設けられている第２楕円ダイクロイックミラ−
３（第２波長分別集光手段）も、光源ｌと共有するよう
にこれの第１焦点に光源ｌがほぼ位置している。

先ず第１楕円ダイクロイックミラ−２は、超高圧水銀灯
ｌから発する光より狭帯化した露光に必要な遠紫外の波
長域の光を反射し、グイクロイッ７ クミラー４を介して第１楕円ダイクロイックミラ−２の
第２焦点位置Ａに集光させる一方、露光に不必要な波長
域の光束を透過させる。

そして、第２楕円ダイクロイックミラ−３は、第１楕円
ダイクロイックミラ−２を通過した光源からの光より、
アライメントに必要な可視領域の波長光を反射し、ダイ
クロイックミラ−４を介して第２楕円ダイクロイックミ
ラ−３の第２焦点位置Ｂに集光させる一方、この第２楕
円ダイクロイックミラ−３を通過する不要な光は周辺部
へ発散させる。

ここで、図示の如く、ダイクロイックミラ−４は第１楕
円グイクロイックミラ−２により分別集光された領域の
光束を反射するようにコンパクトに設けているが、第２
楕円グイクロイックミラ−３により分別集光された領域
をカバーするように設けても良い。また、ダイクロイッ
クミラ−４は、露光光を反射させ、アライメント光を透
過させるように構成されているが、逆に、露光光を透過
させ、アライメント光を反射させるように構或され８− ても良い。

さて、第１楕円ダイクロイックミラ−２の第２焦点位置
Ａには、露光光による光源像が形成されており、この光
源像からの露光光はコリメーターレンズ５に入射する。

このコリメーターレンズ５はこのレンズの前側焦点が光
源像が形成される位置Ａにほぼ一致するように設けられ
ており、このレンズ５を通過した露光光は平行光束とな
る。

この平行光束中には、複数のレンズ素子（六角柱、四角
柱状のレンズ等）の集合体よりなるオプティカルインテ
グレータ６（フライアイレンズ）が設けられており、こ
れの射出側もしくはその空間近傍にレンズ素子の数に対
応した複数の面光源としての第２次光源が形成される。

この２次光源からの複数の露光光は、反射ミラーを７を
により反射転向してコンデンサーレンズ８を通過するこ
とによりレチクル９を重畳的に均一照明する。

均一照明されたレチクル上のパターンの像が投影レンズ
１０を通してレジストを塗布されたウエハ上に転写され
る。

以上の如くレチクル９を照明する露光光は、先にも述べ
た如く、第１楕円グイクロイックミラー２で狭帯化され
ているため、露光光による色収差を除去できるため、レ
チクル上のパターンの解像度を向上させることができる
。

これに対し、先にも述べた如く、第２楕円ダイクロイッ
クミラ−３、ダイクロイックミラ−４を介した可視領域
の波長光のアライメント光は、この第２楕円グイクロイ
ックミラ−３の第２焦点位置Ｂに集光してアライメント
光による光源像が形成される。

この光源像位置近傍に、複数の光ファイバーよりなるラ
イトガイド２００の入射端が位置するように配置されて
おり、このライトガイド２００の射出端がアライメント
光学系の光源として機能するように配置されている。こ
れにより、第２楕円ダイクロイックミラ−３の第２焦点
位置Ｂに光源像を形成したアライメント光がアライメン
ト光学系へ送光される。

ここで、ライトガイド２００を構成する光ファイバーを
不規則的に配列して束ねても、入射光の入射角に関係な
く射出光の射出角による配光特性は、ほぼ一様にするこ
とができるだけでなく、光強度の平滑化を達成すること
ができる。

次に、アライメント光学系について第２図を参照しなが
ら詳述する。

ライトガイド２００からのアライメント光はリレー光学
系２０１ａ，２０ｌｂ，レンズ２０２を通過し、ハーフ
ミラー２０３で反射されて、対物レンズ２０４を通して
アライメント光学系の光軸ＩＸと平行に均一な平行光と
なってウエハ１１を照明する。

このとき、ウエハｌ１上にはレジストＦＲが塗布されて
いるが、これは露光光に対してのみ感光特性を有し、ア
ライメント光に対しては感光しない光束が第２楕円ダイ
クロイックミラーにより抽出されて供給される。

さて、ウエハ１ｌの表面から生じた反射光（性ｌ１ 反射光、散乱光、回折光等）は、対物レンズ２０４、ハ
ーフミラー２０４を介して結像レンズ２０５に入射し、
ガラス等で作られた指標板２０６の下面に結像する。

ここで、対物レンズ２０４と結像レンズ２０５との両者
によって所謂テレセントリック対物光学系が構成され、
ウエハ１１側と指標板２０６側とで主光線はともに光軸
１ｘと平行になっている。

そして、指標板２０６上に形成されたウエハマークＷＭ
の像と指標マーク２０７とはテレセントリック拡大光学
系２０８ａ、２０８ｂを介して撮像管２０９の撮像面２
０９ａ上に形成される。

このテレセントリック拡大光学系の瞳位置には、正反射
光をカットするための空間フィルター２１０が着脱可能
に設けられている。

このフィルター２１０が光路中に存在する時には、ウエ
ハ１１上のウエハマークＷＭの暗視野像が撮像され、フ
ィルター２１０が光路外に退避している時には、明視野
像が撮像される。

この撮像された画像信号に基づいてブラウン管１２ （ＣＲＴ）で表示しながらアライメントを行うことがで
きる。

このアライメントの方式及び動作についての詳細は、本
件と同一出願人による特開昭６２−１７１１２５号公報
等にて提案しているが、これを以下において簡単に説明
する。

第３図は撮像管２１０からの画像信号をＣＲＴに表示さ
せたときの各マークの見え方の一例を示す図である。

指標マーク２０７ａと２０７ｂとの間にウエハマークＷ
Ｍの像ＷＭ’が位置するようにウエハ１１を位置決めし
たとき、マーク２０７ａと２０７ｂとのＸ方向の中心位
置ＸＣに対して像ＷＭ’の中心位置Ｘ，はΔＸだけＸ方
向にズレているものとする。このズレ量が所謂アライメ
ント誤差となり、クローバルアライメント後においては
、ウエハ１ｌ上で±ｌμｍ以下の微小量である。中心位
置ＸＣはマーク２０７ａの中心Ｘ１とマーク２０７ｂの
中心ｘ２との中点として求められる。このようなマーク
を所定の走査領域２０９ｂ内に位置させると、走査線Ｓ
Ｌによる画像信号は第４図の如き波形となる。ここでは
、空間フィルター２ＩＯが光路中にない明視野検出の場
合について図示する。この第４図では縦軸は画像信号の
大きさ（レベル）■を表し、横軸は位置（Ｘ）を表す。

第２図に示した如く、指標板２０６はウエハ１ｌからの
反射光によって照明されることになるので、位置ｘ，　
、ｘ２においてマーク２０７ａ，２０７ｂのためにレベ
ルＩはボトムとなる。またマークＷＭ’については走査
線ＳＬと直交する方向に延びた２つの段差エッジで光の
散乱が生じるので、位置Ｅｌ，Ｅ２においてボトムとな
る。位置Ｘ，は位置Ｅ．　、Ｅ２との中点として検出さ
れ、位置ＸＣは位置ＸＩ　、ｘｔの中点として検出され
るので、アライメント誤差ΔＸは ２２ として求められる。

このときステージｌ２のＸ方尚の絶対的な位置はレーザ
ー干渉計１３によって例えば０．０２μｍてんどの分解
能で検出されているので、ステージｌ２を現在位置から
ーΔＸだけＸ方向へ移動させることによりアライメント
が達成される。

さて、本実施例においては、超高圧水銀灯により発する
赤外光による熱の影響を考慮しつつ、露光光とアライメ
ント光とのそれぞれを抽出できる構成としたが、第１及
び第２楕円ダイクロイツクミラーを通過した不要な光束
、特に赤外光による温度上昇の影響を軽減するために、
第５図に示す如く、第２楕円ダイクロイックミラーの外
周部を覆うように冷却手段を配置しても良い。

図示の如く、光源と、第１及び第２楕円ダイクロイック
ミラーとの光源部と被照射部とを空間的に分離しつつ、
光源部より発する光を透過させるために光源部の下方に
ガラス等で形成された透過部３０と、光源部を包囲する
ように設けられた冷却剤循環通路ｔｌと、冷却剤３２（
液体または気体）を循環させるための循環手段３３と、
外気と光源部内部とを連通ずる通風通路３４と、外気を
−１５ 送風するファン等の送風千段３５とが設けられている。

これにより、光源部から発する熱を冷却剤循環冷却系で
強制的に冷却して吸収する。また、ファンを回転させて
外気を光源部内部へ送風することにより、超高圧水銀灯
、第１及び第２楕円ダイクロイックミラーの内部に蓄積
されている熱を除去することができる。

尚、第５図では、ファンを回転させて直接に外気を光源
部内部に送り込んで、光源部内部の空気を通風通路を通
して吐き出しているが、ファンの回転を逆転させて光源
部内部からの空気を外部に吐き出し、通風通路から外気
を取り込むようにしても良い。また、外気を光源部内部
に送風する空冷方式のみで実現しても良い。

以上の如き構成により、スループットを上げるために光
源の出力を増大させてもこれによる熱の影響を軽減でき
るため、安定した露光及びアライメントが保証される。

尚、光源部を含めた冷却手段をユニット化してｌ６ 交換可能に設けても良い。また、アライメント専用の光
源と露光用の光源とを独立に設け、露光用の光源から発
する光を１つの楕円ダイクロイックミラーで狭帯化した
所定の波長域の光のみを分別して集光するような構成に
して良い。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、光源の出力を上げて、ス
ループットの向上に容易に対応できるため、常に安定し
た露光が保証される。

しかも、同一の共有光源より狭帯化した露光光と所定波
長域のアライメント光とにそれぞれ抽出できるため、簡
易な構威で光束の有効利用を図れる照明光学装置が達成
でき極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における概略構成図、第２図は
本発明の実施例におけるアライメント光学系を示す図、
第３図はアライメントマークＷＭを用いたアライメント
誤差の検出の様子を示す図、第４図はアライメント信号
の波形図、第５図は光源部周辺に冷却手段を設けた様子
を示す図、第６図は従来の装置における概略構成図、第
７図はロータリーシャッターの平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・超高圧水銀灯 ２・・・第１楕円ダイクロイックミラーＡ・・・第２焦
点 ３・・・第２楕円ダイクロイツクミラーＢ・・・第２焦
点 ４、７・・・反射ミラー ５・・・コリメーターレンズ ８・・・コンデンサーレンズ ２０・・・アライメント光学系 ２００・・・ライトガイド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１被照射面を照明する第１照明系と第２被照射
   面を照射する第２照明系とを有する照明光学装置におい
   て、 光源と、該光源からの第１波長域の光束を分別して集光
   するための第１波長分別集光手段と、該第１波長分別集
   光手段の外側に沿って設けられるとともに該第１波長分
   別集光手段を通過した第２波長域の光束を分別して集光
   する第２波長分別集光手段と、前記第１波長分別集光手
   段からの分別光束を前記第１照明系へ導くとともに前記
   第２波長分別集光手段からの分別光束を前記第２照明系
   へ導くための波長分別手段とを有することを特徴とする
   照明光学装置。
2. （２）前記光源より発する熱を冷却するための冷却手段
   を前記第２波長分別集光手段の周辺領域に設けることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の照明光学装置。