JPS61218132A - 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】 〔技術分野〕 本発明は投影露光装置に関し、特に高解像度の縮小投影
露光を可能にした投影露光装置に関するものである。

〔背景技術〕

半導体装置の與造工程の一つとしてのフォ）　ＩＪソグ
ラフイ技術ではレチクルパターンをウェハ上に転写させ
る投影露光装置が必要とされる（工業調査会発行電子材
料１９８１年１１月号別冊、昭和５６年１１月１０日発
行、ｐ、１０３〜１０９）。

一方、近年の素子パターンの微細化に伴なって投影露光
装置の縮小倍率精度も増々厳しくなり、使用される光学
系も高解像度のものが要求されてきている。このため、
光学系の対物レンズに高開口数（ＮＡ−０，３程度）の
ものを使用した投影露光装置も提案されている。

しかしながら、本発明者が、このような高開口数レンズ
を使用した投影露光装置を用いて実際にパターン転写を
行なったところ次のような問題が生ずることが判明した
。すなわち、ウェハ表面におけるパターンの投影面は中
央部の光強度が極めて高（なり、これがために露光完了
後の投影面では中央部のレジスト膜厚の低減が著しくか
つその寸法精度も著しく悪化する。このため、解像力は
逆に低下され、パターン微細化の限界が生じている。

この問題について本発明者が検討したところ、次のよう
な結果が得られた。すなわち、前述したような高開口数
のレンズは、従来レンズに比較して使用するレンズ枚数
が多いため、レンズ間における反射、４１多重反射の頻
度が多（なる。このため、レンズ面がレンズ光軸に対し
て垂直なレンズ中心部では、前記した多重反射の反射面
がレンズ光軸と垂直になり、中心部では光軸に沿った多
重反射光量が多くなる。これに対し、レンズ周辺部では
レンズ面、つまり反射面が光軸に対して垂直ではないた
め反射光は散乱され、光軸に沿って光量が多（なること
はない。したがって、ウェハやレチクルの各表面におけ
る反射も加えられることにより、相対的にレンズ中心部
の光強度が周辺部よりも大になり、これＫより前述のよ
うな不具合が発生されるものと考えられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は高開口数レンズにおける中央部の光強度
の増大を防止して均一光強度の投影面を得ることができ
、これにより投影面中央部のレジスト震域や寸法精度悪
化を防止して解像度を向上することのできる投影露光装
置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらか忙なるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、レチクル等の被転写体パターンをウェハ等の
転写体に投影、結儂する結像光学系内に直線偏光板と１
／４波長板で代表される位相変更板を介装することによ
り、結像光学系内ないし結像光学系と転写体および被転
写体間での投影光の多重反射を防止し、これにより投影
面中央部での極端な光強度の増大を抑制し、核部でのレ
ジスト震域や寸法精度悪化を防止して解像度の向上を達
成するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を縮小型投影ｊ１元装置に適用した実施
例であり、特にアライメントに利用できるパターン検出
機能を備えた装置に適用した構成例を示している。

この縮小型投影露光装置は、照明光学系ｌ、結像光学系
２およびパターン検出系３を備えており。

被転写体としてのレチクル４を照明光学系ｌで照明し、
そのパターンを結像光学系２により転写体としてのウェ
ハ５上に縮小して投影露光する。また、パターン検出系
３は前記レチクル４’Ｐウエハ５のターゲット等を検出
し、両者の相対位置を設定する。

前記照明光学系１は、水銀ランプ１０．楕円反射鏡１１
．ミラー１２．バンドパスフィルタ１３゜フライアイ１
４．ミラー１５およびコンデンサレンズ１６を備えてお
り、光源としての水銀ランプｌＯから所定の波長（ｇ線
）の光を取り出して前記レチクル４を照明することがで
きる。

前記結像光学系２は、鏡筒２１内に配置された複数枚の
レンズ２２．２２・・・からなり、図外の焦点機構によ
って前記レチクル４のパターン４ａをウェハ５表面上に
縮小して結偉し、いわゆる投影露光を行なうことができ
る、そして、本例では前記鏡筒２１内、更に言えば前記
複数枚のレンズ２２゜２２・・・・・・間に直線偏光板
２３と位相変更板２４とを夫々光軸に沿って直列に配置
している。

前記直線偏光板２３には公知構造の物を採用できる。ま
た、位相変更板２４は、透過光の位相を１／４波長だけ
進め或いは遅らせ得るように構成すると共に、合わせて
この位相変更を行ない得ないように構成している。即ち
、この位相変更板２４は所定の結晶軸方向に削成した板
状の電気石２５と、この電気石２５の両側面に形成した
一対の電極２６．２６とからなり、これら電極２６　、
２６間に電圧を印加しないときＫは電気石２５は１／４
波長板として動作し、電極２６゜２６間忙電圧を印加し
ないときには単なる透明板として動作するようになって
いる。そして、この位相変更板２４は、その誘起遅延軸
の方向を前記直線偏光板２３の偏光方向、つまり偏光軸
の方向に対して４５°ずらして配置している。なお、前
記電極２６．２６への電圧印加は制御回路２７によって
コントロールされるようになっている。

一方、前記パターン検出系３は、前記レチクル４の一側
上方位置に配設しており、光源用の白色ランプ３１．パ
ターン検出用のＣＯＤ等の光検出素子３２および２枚の
ハーフミラ−３３，３４とミラー３５とを備え、白色ラ
ンプ３１の光をレチクル４一部に設けたターゲラ）４ｂ
を通して結像光学系２１Ｃよりウェハ５上に結像させ、
かつこのウェハ５上における結像と、ウエノＳ５に形成
されているターゲット５ｂとを一体にして結像光学系２
により再結像し、光検出素子３２によって電気信号とし
て検出することができる。この光検出素子３２はパター
ン検出回路３６に接続し、既に知られた信号処理方法に
よって両ターゲット４ｂ　。

５ｂのパターンを検出しかつ両者の相対位置関係を求め
ることができる。

なお、前記制御回路２７はこのパターン検出回路３６に
接続し、また前記ウェハ５を支持しかつこれをＸＹ方向
に移動させるＸＹテーブル５０の駆動部５１を同様にこ
のパターン検出回路３６に接続している。

以上の構成によれば、水銀ランプ１１の光はバンドパス
フィルタ１３によってｇ線のみが取り出された後、フラ
イアイ１４によって所要の関数分布トサれ、コンデンサ
レンズ１６で集光されてレチクル４を照明する。レチク
ル４のパターン４ａは結像光学系２によってウェハ５上
に結像され、縮小されて投影露光される。

このとき、レチクル４からの光は、第２図に示すように
、結像光学系２内を通る際に直線偏光板２３によって直
線偏光とされ、更にこのとき位置変更板２４に電圧が印
加されているときには１／４波長板作用によってこれを
透過する光は円偏光とされる。そして、この円偏光の状
態で前述の投影露光を行なった光は、ウェハ５表面で反
射され再び結像光学系２内に逆方向忙侵入され、前記１
７４波長板としての位相変更板２４を逆方向に透過する
。このとき１円偏光は再び直線偏光に変換されるが１位
相変更板２４の往復透過によってこの直線偏光はその偏
光方向が最初と９０°相違されることになる。したがっ
て、この光は直線偏光板２３を逆方向に透過されること
はなく、結像光学系２内を更に上方に向かって進むこと
はない。

これにより、ウェハ５の反射光が結像光学系２内の、特
に上部のレンズ２２やレチクル４等によって反射される
ことはなく、結像光学系２内の多重反射が、これら直線
偏光板２３と位相変更板２４とを境にして防止できる。

したがって、これまで問題にされている光軸およびその
近傍における多重反射も防止でき、投影面の中央部での
極端な光強度の向上（ホットスポット）の発生を防止す
ることができる。これにより、投影面中央部のレジスト
震域１寸法精度悪化を防止でき、高解儂のパターン転写
を実現できる。

一方、前述したパターン投影の前にはパターン検出系３
を動作させてアライメントを行なうことになる。このと
き、予め制御回路２７は位相変更板２４の電極２６．２
６に電圧を印加して位相変更板２４を単なる透明板とし
ての状態にしているため、白色ランプ３１の光はレチク
ル４のターゲット４ｂを結像光学系２によってウェハ５
上に結像させた上でウェハ５によって反射され、このと
きウェハ５のターゲット５ｂ情報を含みながら再び結像
光学系２内を通過され、光検出素子３２に到達されて各
ターゲット４ｂ、５ｂのパターンが検出されることにな
る。そして、光検出素子３２の検出信号に基づいてパタ
ーン検出回路３６ではレチクル４とウェハ５の相対位冒
ずれ？算出し。

この算出値に基づいて駆動部５１をコントロールし、Ｘ
Ｙテーブル５０を移動させてレチクル４に対するウェハ
５の相対位置設定を行なうことができる。

このアライメント方法は、いわゆる明視野方式によるパ
ターン検出に基づいているが、本例では必要に応じてこ
れを暗視野方式忙よるアライメント方法とすることもで
きる。

即ち、アライメント時忙おいても前述のパターン投影時
と同様忙位相変更板２４に通電を行なわず１位相変更板
２４を１７４波長板として機能させておく。これにより
、結像光学系２によってレチクル４のターゲット４ｂを
ウェハ５上忙結像する白色ランプ３１の光は、前述と同
様に直線偏光板２３と位相変更板２４によって円偏光に
されてウェハ５に当射される。そして、ウエノＳ５で反
射された後は、結像光学系２内を逆方同圧進行されよう
とするが、これも前述と同様忙位相変更板２４０作用に
よって直線偏光板２３を透過されなくなり、光検出素子
３２へ到達されなくなる。しかしながら、この現象はウ
ェハ５表面において正反射された光についてのみ該当し
、ターゲラ）４ｂ、５ｂのパターンエツジ部等で反射さ
れた光は散乱に近い状態となるために円偏光の真円状態
が乱される。

このため、１／４波長板としての位相変更板２４を逆進
される元は完全な直線偏光とはされずに楕円に近い偏光
状態とされ、したがってその一部成分は直線偏光板２３
を通りて光検出素子３２に到達されることになる。これ
な、光検出素子３２の側から見れば、ターゲットパター
ンのエツジ部に相当する部位が明るく見え、このエツジ
部に相当する信号を検出することができる。このような
暗視野方式のパターン検出により、検出信号のＳ／Ｎ比
（信号／雑音比）ｆｔ大きくし、パターン検出精度の向
上を図ることができる。

したがって、この投影露光装置によれば、結像光学系２
に設けた直線偏光板２３と１位相変更板２４とによって
ウェハ５からの反射光の逆進を防止しているので、レチ
クル４およびウェハ５間での多重反射を防止し、特に投
影面中央部での多重反射を有効に防止して中央部での極
端な光強度の増大を防止する。また、これと共和、パタ
ーン検出を暗視野方式で行ない得るために、検出精度の
向上を図ることもできる。勿論、位相変更板２４の１／
４波長板としての機能をなく丁ことにより、通常の明視
野方式のパターン検出も可能である。

〔効果〕

（１）投影露光装置の結像光学系内に直線偏光板と、位
相変更板とを配設しているので、ウェハ等の転写体で反
射された光が結像光学系内を通ってレチクル等の被転写
体側へ進行するのを防止でき、これにより結像光学系内
はもとより転写体と被転写体との間の多重反射を防止し
て投影面中央部における極端な光強度の増大を防止し、
核部でのレジスト震域や寸法精度悪化を防止して解像度
の向上を達成できる。

（２）位相変更板を電気石から構成し、電圧の印加。

非印加によってこれを単なる透明板あるいは１７４波長
板として機能できるように構成しているので。

パターン露光時には前記（１）のように多重反射を防止
する一方、アライメント時には転写体からのアライメン
ト光の反射を可能にしてアライメントを実現できる。

（３）アライメント時にも位相変更板を１／４波長板と
して機能させることＫより、アライメント用のターゲッ
トパターンのエツジ部からのみの反射光を検出すること
ができ、いわゆる暗視野方式のアライメントを可能にし
てアライメント精度の向上を達成できる。

（４）結像光学系内に直線偏光板と位相変更板を配設す
るだけでよいので、既存の装置にも簡単に組み入れるこ
とができる。

以上本発明によってなされた発明を実施例にもとづき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で穐々変更可能
であることはいうまでもな−１゜ たとえば１位相変更板は単なる１／４波長板を使用して
もよい。但し、この場合にはアライメントは暗視野方式
に限定されることになる。また。

直線偏光板と位相変更板とを一体に形成して、いわゆる
円偏光板として構成してもよい。更に、直線偏光板と位
相変更板とは必ずしも近接配置する必要はなく、レンズ
を挾んで配置する構成としてもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるレチクルパターンを
ウェハに縮小転写する投影露光装置に適用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではなく、転写
体にフォトマスク原板を適用する装置や等着露光装置、
更には半導体技術分野以外の投影露光装置に適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は作用
を説明するための要部の模式的な斜視図である。 １・・・照明光学系、２・・・結像光学系、３・・・パ
ターン検出系、４・・・レチクル（被転写体）、５・・
・ウェハ（転写体）、１０・・・水銀ランプ、２１・・
・鏡筒、２２・・・レンズ、２３・・・直線偏光板、２
４・・・位相変更板、２５・・・電気石、２６・・・電
極、２７・・・制御回路、３１・・・白色ランプ、３２
・・・光検出素子（ＣＯＤ）。 ３６・・・検出回路、５０・・・ＸＹテーブル。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男１　°゛噸 第　　　１　　図 ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レチクル等の被転写体のパターンをウェハ等の転写
   体に投影露光する結像光学系を有する投影露光装置であ
   って、前記結像光学系内に直線偏光板と位相変更板を介
   装したことを特徴とする投影露光装置。 ２、位相変更板は１／４波長板である特許請求の範囲第
   １項記載の投影露光装置。 ３、直線偏光板を被転写体側の光軸位置に、位相変更板
   を転写体側の光軸位置に夫々配置してなる特許請求の範
   囲第２項記載の投影露光装置。 ４、位相変更板はその誘起遅延軸を直線偏光板の偏光方
   向に対し４５°の回転角度位置に設定してなる特許請求
   の範囲第３項記載の投影露光装置。 ５、直線偏光板と位相変更板は円偏光板として一体形成
   してなる特許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれか
   に記載の投影露光装置。 ６、位相変更板は電気石からなり、一体に形成した電極
   への通電、非通電によって位相を１／４波長変更し或い
   は変更しないように構成してなる特許請求の範囲第１項
   、第３項ないし第５項のいずれかに記載の投影露光装置
   。