JPH10335245A

JPH10335245A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10335245A
Application number: JP9163328A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクルマークの反射率に依存せず、簡素な構
成で高精度なレチクルマークの検出が可能な位置検出装
置を備えた露光装置を提供する。【解決手段】レチクル上に形成したパターンをウエハ上
に転写する投影光学系と、レチクル上に形成されたレチ
クルマーク又はウエハ上に形成された基板マークを照明
するアライメント照明光学系と、レチクルマーク又は基
板マークからの反射光を検出するアライメント検出光学
系とを備えた露光装置において、アライメント照明光学
系とアライメント検出光学系の光路内にそれぞれ光透過
部と遮光部とを有する照明側絞りと検出側絞りを配置
し、検出側絞りの遮光部が照明側絞りの光透過部をカバ
ーするように形成されることを特徴とする露光装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明なレチクル上
に形成されたレチクルマークを検出する位置検出装置を
備えた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の露光装置においてレチク
ルアライメントを行なう場合には、特開平４−１６５３
６３号公報、特開平５−７１９１６号公報に開示されて
いるように、落射照明によってレチクル上に形成された
レチクルマークを照明するとともに、ウエハステージ上
に設置されたフィデューシャル板上に形成されたフィデ
ューシャルマークを、投影光学系を通して照明し、レチ
クルマークからの反射光をフィデューシャルマークから
の反射光と比較することでレチクルマーク位置を検出し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の方式では、レチクルマークの反射光が背景のフィ
デューシャルマークからの反射光と同じ程度の強度にな
った場合には、コントラストが低下し、精度の高い検出
が困難であった。例えば、フィデューシャル板の反射率
が４０％、投影光学系の透過率が片道で８０％、レチク
ルのガラス面の反射率が片面で４％、レチクルマークの
反射率が２７％である場合、通常の明視野照明ではレチ
クルマーク部分とそれ以外の背景部分からの反射光の反
射率は次のようになる。レチクルマーク部分：０．２７×（０．９６）²＋０．０４＝０．２９（１）背景部分：０．４×（０．８）²×（０．９６）⁴＋０．０８＝０．３０（２）すなわちレチクルマーク部分からの反射率と背景部分か
らの反射率が共にほぼ３０％となり、コントラストがほ
とんど得られない結果となる。

【０００４】そのために、フィデューシャルマークの反
射率を可変にしたり、反射率の異なる複数のフィデュー
シャルマークを設置する必要があるが、反射率が異なる
サブミクロンの微細パターンを加工することは極めて困
難である。例えば、高反射率を得るために基板をアルミ
ニウムとした場合、そのエッチング加工が特に難しく実
用的ではない。また、鏡面部材の表面上に透過率可変の
エレクトロクロミック素子を設けて反射率可変とした多
層膜を用いる方法があるが、やはり加工が困難である。
さらに反射率４％以下の低反射板は、多層膜を用いる必
要があるので、同様に加工が困難である。

【０００５】これに対して、フィデューシャルマークの
裏側へファイバーなどで照明光を導き、フィデューシャ
ルマークを裏側から照明しレチクルマークの反射率に影
響されない構成とした、逆発光レチクルアライメント方
式が知られている。しかしながら、この方式では、加工
性に問題のないクロム膜を用いることが可能ではある
が、フィデューシャルマークの下にファイバーなどの光
学系を設置する必要があり、それらを保持するウエハス
テージの構造に大きな制約が生じてしまう。さらに、レ
チクルが位相シフトレチクルなどのように反射率差がな
く位相差だけの場合には、逆発光レチクルアライメント
方式でも、精度の高いレチクル位置検出は困難であっ
た。また、ウエハマークを観察する場合には、ウエハ上
一面にフォトレジストが塗布されるために、フォトレジ
スト膜の不均一性に起因して反射光に干渉縞が生じ、レ
チクルマークの位置合わせ精度を低下させるという不都
合もあった。

【０００６】そこで、本発明はこれらの欠点をなくし、
レチクルマークの反射率に依存せず、簡素な構成で高精
度なレチクルマークの検出が可能な位置検出装置を備え
た露光装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、レチクル上に形成したパターンをウエハ
上に転写する投影光学系と、レチクル上に形成されたレ
チクルマーク又はウエハ上に形成された基板マークを照
明するアライメント照明光学系と、レチクルマーク又は
基板マークからの反射光を検出するアライメント検出光
学系とを備えた露光装置において、アライメント照明光
学系とアライメント検出光学系の光路内にそれぞれ光透
過部と遮光部とを有する照明側絞りと検出側絞りを配置
し、検出側絞りの遮光部が照明側絞りの光透過部をカバ
ーするように形成されることを特徴とする露光装置であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例に係る露光装置
について説明する。本実施例の露光装置の概略構成図を
図１に示す。本実施例の露光装置は、いわゆるレンズス
キャン方式の露光装置である。レチクルステージ５及び
ウエハステージ７は、それぞれレチクルステージ干渉計
６及びウエハステージ干渉計８によって位置計測され、
露光に際して、レチクルステージ５及びウエハステージ
７にそれぞれ配置された駆動系２２及び２３によって図
中左右方向に同期して移動し、レジストなどの感光剤を
塗布したウエハやガラスプレートなどの感光性基板（以
下、本明細書においてウエハと総称する。）４上にレチ
クルパターン２ｂの露光が行われる。

【０００９】不図示の照明光源から発光された露光光
（エキシマレーザー光）は、照明光学系１を介してレチ
クル２を照明し、投影光学系３によりレチクル２上に形
成されているレチクルパターン２ｂをウエハ４上に結像
転写する。図２に示したように、レチクル２には、上述
したレチクルパターン２ｂとともに位置検出用のレチク
ルアライメントマーク２ａが形成されている。レチクル
２の位置検出は、レチクル２の上方からレチクルマーク
２ａに光を照射し、この反射光をアライメント検出光学
系９で検出することによって行う。

【００１０】レチクルマーク２ａの位置検出は、次のよ
うに行う。本実施例の露光装置では、アライメント照明
光学系９の光源として投影光学系の照明光源を兼用して
いる。照明光源からの露光光は、照明光学系１を介して
導入プリズム１１によってビームスプリッター１２に導
かれ、ビームスプリッター１２を透過してレチクルマー
ク２ａを照明する。レチクルマーク２ａで反射した光
は、ビームスプリッター１２で反射されアライメント検
出光学系９に入射する。一方、レチクルマーク２ａを透
過した光は、投影光学系３を通過して、ウエハステージ
７上に設置されたフィデューシャル板１３を照明する。
フィデューシャル板１３で反射された光は、投影光学系
３を逆行してレチクルマーク２ａを透過し、レチクルマ
ーク２ａからの反射光と共にビームスプリッター１２で
反射される。ビームスプリッター１２で反射された光は
アライメント検出光学系９に入射し、ＣＣＤなどの撮像
素子１４上に結像される。その信号は、レチクル基板の
位置検出値として制御系１５で処理される。その後、制
御系１５は、位置検出情報に基づいて、駆動系２２を介
してレチクル２の位置を補正する。

【００１１】本実施例に係る露光装置のアライメント照
明光学系では、照明光学系１には照明側絞り１７、アラ
イメント検出光学系９には検出側絞り１０を配置して暗
視野照明を構成している。照明側絞り１７と検出側絞り
１０の平面図を図３に示す。照明側絞り１７は、２次光
源としてのフライアイレンズ１６の射出側近傍に配置さ
れ、図３（ａ）に示したように半径Ｒ１からＲ２にかけ
て光が透過する輪帯で構成されている。一方、検出側絞
り１０は、アライメント検出光学系９の中に配置され、
図３（ｂ）に示したように、半径Ｒ３の円形の光透過部
から構成されている。遮光部の内径Ｒ３は、照明側絞り
１７の輪帯状の光透過部からの光を遮光するように、検
出側絞り１０を設置した位置での輪帯内側の遮光部の像
の半径Ｒ１′よりも小さく設定され、照明光のうち正反
射光が入射しない暗視野照明が形成されている。このこ
とをレチクル２に対して同一の空間、すなわち照明光学
系１及びアライメント検出光学系９が配置された空間で
の光束の開口数を用いて表すと、次式のようになる。ＮＡ３＜ＮＡ１（３）ＮＡ１：照明側絞りの輪帯の内側Ｒ１の開口数ＮＡ３：検出側絞りＲ３の開口数照明側絞り１７と検出側絞り１０が（３）式の関係を満
たしていれば、暗視野照明を実現することができる。ま
た、照明側絞り１７を光路外に除去すると正反射光（０
次光）がアライメント検出光学系９に入射する、いわゆ
る明視野照明になる。したがって、照明側絞り１７を可
動式に構成しておけば、明視野及び暗視野のいずれか一
方の照明状態を選択することが可能である。

【００１２】暗視野照明を実現する他の実施例に係る照
明側絞り１７と検出側絞り１０の平面図を図４に示す。
図４（ａ）は照明側絞り、図４（ｂ）は検出側絞りを表
している。照明側絞り１７は、半径Ｒ４の円形の光透過
部から構成され、検出側絞り１０は、半径Ｒ５からＲ６
にかけて光が透過する輪帯で構成されている。照明側絞
り１７の光透過部から出射され、レチクルマークで反射
された光のうちの正反射光が、検出側絞り１０の輪帯内
側である半径Ｒ５よりも小さい領域に入射して、正反射
光が遮光されるように設定される。上記の場合と同じ
く、開口数を用いてこれらの関係を表すと次式のように
なる。ＮＡ４＜ＮＡ５（４）ＮＡ４：照明側絞りＲ４の開口数ＮＡ５：検出側絞りの輪帯の内側Ｒ５の開口数本実施例では照明側絞り１７の開口数を大きくするか、
検出側絞り１０の輪帯内側の遮光部分を除去すれば明視
野照明に切り替えることができ、明視野及び暗視野のい
ずれか一方の照明状態を選択することが可能である。

【００１３】なお、レチクルマーク２ａとフィデューシ
ャルマーク１３ａに入射する照明光の主光線は、それぞ
れ同じ傾き角で入射することが望ましい。換言すれば、
レチクル２側とウエハ４側からみた入射瞳の位置がほぼ
同じであることが望ましい。それにより、検出側絞り１
０によってレチクルマーク２ａとフィデューシャルマー
ク１３ａからの正反射光を同時に遮断することが可能と
なるからである。さらに入射瞳が無限遠にある、いわゆ
るテレセントリックであれば入射光がもときた光路を逆
方向に戻るので絞りの設計上都合が良い。この場合、照
明光の主光線は、レチクル面２とフィデューシャル板１
３にほぼ垂直である。このような状態を投影光学系３に
関して両側テレセントリックと呼ぶが、この状態から多
少ずれている場合であっても、（３）式、又は（４）式
の条件を余裕をもって満足するように照明側絞り１７と
検出側絞り１０を構成することで対応可能である。

【００１４】このように暗視野照明、すなわち照明光の
正反射光が入らない構成とすることによって、レチクル
マーク２ａからの反射光は、レチクルマーク２ａのエッ
ジからの回折光を集光することになる。この場合、レチ
クルマーク２ａからの反射光の強度分布は図５に示した
ようになる。図５（ａ）は、アライメント検出光学系９
で実際に検出されるレチクルマーク２ａからの反射光の
強度分布である。一方、図５（ｂ）は、照明光で直接照
射されたレチクルマーク２ａからの回折光による像の強
度分布を示している。また、図５（ｃ）は、照明光がレ
チクル２を一旦透過してフィデューシャル板１３に結像
し、フィデューシャル板１３で反射されて、再びレチク
ルマーク２ａ面に結像した光の強度分布を示している。
この光がレチクルマーク２ａのエッジで回折され、さら
に照明光で直接照射されたレチクルマーク２ａからの回
折光も加わったものが、図５（ａ）に示した実際に検出
される強度分布である。このように、レチクルマーク２
ａもフィデューシャルマーク１３ａも暗視野照明ではマ
ークのエッジが光るような像として検出され、コントラ
ストの良い検出が可能である。

【００１５】また、レチクルマーク２ａの反射率が低く
なり、例えば４％になった場合には、照明光で直接照射
されたレチクルマーク２ａからの回折光による像の強度
はそれに比例して小さくなる。したがって、図５（ｂ）
で示したレチクルマーク２ａのみからの回折光の強度が
小さくなる。しかしながら、図５（ｃ）で示したレチク
ル２を透過しフィデューシャル板１３で反射された光の
強度は変化しない。その結果、図５（ａ）に示した全体
の強度分布は小さくなるが、コントラストは引き続き良
い状態に保たれる。

【００１６】アライメント検出光学系９には、レチクル
マーク２ａとフィデューシャルマーク１３ａからの反射
光が入射し、それらを同時に観察して、相対距離が計測
される。すなわち、レチクルマーク２ａとフィデューシ
ャルマーク１３ａは、撮像素子１４上に図６（ａ）のよ
うに結像される。したがって、それを暗視野照明で検出
した場合には、レチクルマーク２ａとフィデューシャル
マーク１３ａからの反射光の強度分布は図６（ｂ）のよ
うに検出されることとなる。

【００１７】なお、レチクルマーク２ａの反射率が４％
になった状態では、レチクルマーク２ａ部分の反射率は
ガラスの表面反射を加えて８％であり、（２）式より背
景部分は３０％であるので、通常の明視野照明に切り替
えても、図７に示すようなコントラストの良い強度分布
が得られ、高精度な位置検出が可能である。したがっ
て、このような場合には、暗視野照明を明視野照明に切
り替えることによっても、高精度な位置検出が可能であ
る。

【００１８】つぎに、本発明の他の実施例に係る投影露
光装置について説明する。前述した実施例に係る投影露
光装置では、投影光学系の照明光源を兼用して、アライ
メント照明光学系において暗視野照明を構成する場合に
ついて述べたが、本実施例では、アライメント検出光学
系９の一部に照明光学系を組み込む構成を有する。本実
施例に係る投影露光装置に用いるアライメント検出光学
系９の構成図を図８に示す。本実施例に係るアライメン
ト検出光学系９では、光学系の一部にビームスプリッタ
ー１８を設け、そこから照明光を入射させる。ファイバ
ー１９の出射端近傍に照明側絞り２０を配置し、ファイ
バー１９より照明側絞り２０を通って照明光がビームス
プリッター１８に入射する。ビームスプリッター１８で
反射された照明光束は、折り曲げミラー２１で反射され
てレチクル２及びフィデューシャル板１３ヘ出射し、前
述の実施例と同様にレチクルマーク２ａ及びフィデュー
シャルマーク１３ａを照明する。レチクルマーク２ａ及
びフィデューシャルマーク１３ａで反射された光は、ア
ライメント検出光学系９に配置された絞り１０によって
正反射光が遮断されて、暗視野照明を構成する。

【００１９】この場合も、前述の実施例と同様に、ファ
イバー１９に配置した照明側絞り２０とアライメント検
出光学系に配置した絞り１０をともに可動式に構成して
おけば、明視野及び暗視野のいずれか一方の照明状態を
選択することが可能である。なお、暗視野照明／明視野
照明の切り替えは、レチクルマーク２ａからの像のコン
トラストを検出し、その情報に基づいて自動切替えして
もよい。また、レチクル２自体に反射率の情報をバーコ
ードなどを用いて入れておき、その情報に基づいてあら
かじめ切り替えてもよい。

【００２０】なお、本発明は、前述した実施例に示した
ように、レチクルマークからの反射光をフィデューシャ
ルマークからの反射光と比較することで、レチクルマー
ク位置を検出するレチクルアライメントに適用できる。
しかしながら、本発明はレチクルアライメントだけでな
く、ウエハマークからの反射光をレチクルマークからの
反射光と比較することで、レチクルマーク位置に対して
ウエハマークの位置合わせを行うウエハアライメントに
も適用可能である。ウエハアライメントに際して、ウエ
ハ上一面に塗布されたフォトレジスト膜の膜厚がウエハ
マーク部で不均一となることに起因して、基板マークか
らの反射光に干渉縞が発生しても、本発明に係る暗視野
照明を用いることによってアライメント検出光学系への
正反射光の入射が遮断できるため、干渉縞がアライメン
ト検出光学系に及ぼす影響を極めて少なくすることがで
きる。このため、制御系１５が、駆動系２２を介してレ
チクル２の位置の補正あるいは駆動系２３を介してウエ
ハ１３の位置を補正することにより、レチクルマーク位
置に対するウエハマークの位置合わせを高精度で行うこ
とが可能となる。

【００２１】ところで、最近では、エキシマレーザ光源
から供給される紫外の露光光（例えば、ＫｒＦエキシマ
レーザでは、２４８ｎｍの波長の光）に対して、透明、
即ち比較的高い透過特性を持つ化学増幅型フォトレジス
トが用いられるようになっている。このため、レチクル
２上のレチクルマーク２ａと投影光学系３を介してウエ
ハマークとを露光光のもとで同時にアライメント検出系
（検出器１４）にて観察することができるため、各マー
クの相対的位置ずれを精度良く検出することができる。
そして、制御系１５が、駆動系２２を介してレチクル２
の位置を補正、あるいは駆動系２３を介してウエハ１３
の位置を補正することにより、レチクル２とウエハ１３
との相対的位置合わせが精度良く達成される。

【００２２】ここで、このアライメント（ＴＴＲアライ
メント）を行う際に、露光用照明系（アライメント照明
系）１からのアライメント用の露光光（アライメント照
明光）を化学増幅型フォトレジストを感光させない程度
の弱い光のもとで、ウエハマークの位置をアライメント
検出系（検出器１４）にて検出すれば、現像工程（光リ
ソグラフィー工程の後の工程）の後もウエハアライメン
トマークを保護することができるという利点がある。な
お、アライメントを行う際に、露光用照明系（アライメ
ント照明系）１からのアライメント用の露光光（アライ
メント照明光）の光量を調節するために、照明系１とプ
リズム１１との間の光路中、あるいはプリズム１１とビ
ームスプリッタ１２との間の光路中に、光量可変な光量
調整装置を設けることが望ましい。この光量調整装置の
１つとして、互いに透過率の異なる複数のＮＤフィルタ
ー等を上記アライメント照明光路中に挿脱可能に構成し
たものが好ましい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、暗視野
照明を用いてレチクルアライメントマークを検出するの
で、レチクルマークからの反射光をコントラストよく検
出することができ、高精度なレチクルアライメントが可
能となった。また、ウエハアライメントを行う場合にお
いても、ウエハ上一面に塗布されたフォトレジスト膜が
不均一であることにより反射光が干渉しても、正反射光
を遮断できるため、干渉縞がアライメント検出光学系に
及ぼす影響を極めて少なくすることが可能となった。さ
らに、明視野照明によりレチクルマークからの反射光を
コントラストよく検出することができる場合には、明視
野照明に切り替えることも可能で、あらゆるレチクルの
反射率に対応することができる。また、レチクルマーク
が位相差のみである場合でも検出可能なので応用範囲も
広い。さらに、フィデューシャルマークの反射率を変化
させる必要がないのでサブミクロン（０．２μｍ程度）
の線幅でもフィデューシャルマークを形成することが可
能とであるとともに、装置をシンプルに構成することも
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る露光装置の概略構成図

【図２】レチクルの平面図

【図３】（ａ）照明側絞りと（ｂ）検出側絞りの平面図

【図４】他の実施例に係る（ａ）照明側絞りと（ｂ）検
出側絞りの平面図

【図５】レチクルマークからの反射光の強度分布を説明
する図

【図６】（ａ）レチクルマークとフィデューシャルマー
クの像及び（ｂ）暗視野照明で検出した場合のレチクル
マークとフィデューシャルマークからの反射光の強度分
布を説明する図

【図７】明視野照明で検出した場合のレチクルマークか
らの反射光の強度分布を説明する図

【図８】本発明の他の実施例に係る露光装置に用いるア
ライメント検出光学系の概略構成図

【符号の説明】

１…照明光学系２…レチク
ル２ａ…レチクルアライメントマーク２ｂ…レチ
クルパターン３…投影光学系４…ウエハ５…レチクルステージ６…レチク
ルステージ干渉計７…ウエハステージ８…ウエハ
ステージ干渉計９…アライメント検出光学系１０…検出
側絞り１１…導入プリズム１２…ビー
ムスプリッター１３…フィデューシャル板１３ａ…フ
ィデューシャルマーク１４…撮像素子１５…制御
系１６…フライアイレンズ１７、２０
…照明側絞り１８…ビームスプリッター１９…ファ
イバー２１…折り曲げミラー２２、２
３、２４…駆動系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクル上に形成したパターンをウエハ上
に転写する投影光学系と、前記レチクル上に形成された
レチクルマーク又は前記ウエハ上に形成された基板マー
クを照明するアライメント照明光学系と、前記レチクル
マーク又は前記基板マークからの反射光を検出するアラ
イメント検出光学系とを備えた露光装置において、前記アライメント照明光学系とアライメント検出光学系
の光路内にそれぞれ光透過部と遮光部とを有する照明側
絞りと検出側絞りを配置し、検出側絞りの前記遮光部が照明側絞りの前記光透過部を
カバーするように形成されることを特徴とする露光装
置。
【請求項２】前記照明側絞りと検出側絞りの少なくとも
いずれか一方を光路の内外に挿脱可能に配置した請求項
１記載の露光装置。
【請求項３】照明側絞りの前記光透過部を輪帯状に形成
し、検出側絞りの前記光透過部を円形に形成した請求項
１又は２記載の露光装置。
【請求項４】照明側絞りの前記光透過部を円形に形成
し、検出側絞りの前記光透過部を輪帯状に形成した請求
項１又は２記載の露光装置。
【請求項５】前記ウエハに隣接してフィデューシャル板
を配置して、前記アライメント照明光学系で前記フィデ
ューシャル板上に形成したフィデューシャルマークを照
明し、前記アライメント検出光学系で前記フィデューシャルマ
ークからの反射光と前記レチクルマークからの反射光を
検出する請求項１、２、３又は４記載の露光装置。