JPS62128120A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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Publication number
JPS62128120A
JPS62128120A JP60267869A JP26786985A JPS62128120A JP S62128120 A JPS62128120 A JP S62128120A JP 60267869 A JP60267869 A JP 60267869A JP 26786985 A JP26786985 A JP 26786985A JP S62128120 A JPS62128120 A JP S62128120A
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JP
Japan
Prior art keywords
grating
wafer
reticle
diffracted
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP60267869A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Nomura
登 野村
Kazuhiro Yamashita
一博 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to US06/916,738 priority patent/US4771180A/en
Publication of JPS62128120A publication Critical patent/JPS62128120A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

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、微細パターンを持つ装置時に1ミクロンもし
くはそれ以上のサブミクロンのルールを持つ半導体装置
等の露光装置に関するものである0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◇従
来からのLSI製造時のフォトマスクとLSIウェハの
位置合わせは、ウェハに設けた位置合せマークを用いて
、ウェハを着装し念ステージの回転と2軸子行移動し、
フォトマスク上のマークとウェハ上のマークを重ね合わ
せることによって行なっていたが、その位置合わせ精度
は±0.3ミクロン程度であり、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。
また、S、オースチン(Appliedphysics
 Letters ’Vol 31N17 P、428
 、1977 )らが示した干渉法を用いた位置合わせ
方法では、第6図で示したように、入射レーザビーム1
をフォトマスク2に入射させ、フォトマスク2上に形成
した格子3で回折し、この回缶した光をもう一度、ウェ
ハ4上に形成した格子5によって回折することにより、
回折光6,7.8・・・・・・を得る。この回折光は、
フォトマスクでの回折次数とウェハでの回折次数の二値
表示で表わすと、回折光6は(011)、回折光子は(
1,1)、回折光8は(−1,2)・・・・・・で表わ
すことができる。この回折光をレンズにより一点に集め
光強度を測定する。
回折光は入射レーザビーム1に対して左右対称な位置に
光強度を持ち、フォトマスク2とウェハ4との位置合わ
せには、左右に観察された回折光の強度を一致させるこ
とにより行なえる。この方法では位置合わせ精度は、数
100人とされている。
しかし、この方法においては、フォトマスク2とウェハ
4との位置合わせは、フォトマスク2とウェハ4との間
隔りに犬きく影響されるため、間隔りの精度を要求する
。また、フォトマスク2とウェハ4を接近させ1間隔り
の精度を保持した状態で位置合わせする必要があり、装
置が複雑となるため、実用に問題があった。
また、サブミクロン線巾を持つ素子の位置合わせには、
素子からの二次電子放出による観察による方法があるが
、大気中での取り扱いができないため、I、SIを製造
する上でのスループットが小さくなり実用上問題があっ
た。
また、第6図に示した従来例〔アイイイイ トランズ 
オン  イーデ(IKiCIE 、 trans on
 E、D)HD −26,4,1974,723,Gi
jsBouwhuis 、1では、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
、レーザビームを入射しレンズL2を介してウェハ上に
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L
2w  Ll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を位置合わせする構成が図示されている。第
6図の構成においては。
ウェハW上に形成した非対称の格子に対しては位置を補
正することができないと述べられておシ。
位置合わせマークの製造方法において、全ての工程やマ
ークで実現不可能であり実用化するに致っていない。
発明が解決しようとする問題点 本発明はこのような従来からの問題に鑑み、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。
また、ウェハ上に形成した位置合わせ用の格子が非対象
であっても、その非対象性を検知して修正できる機能を
有する露光装置を提供することを目的としている。
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投影露光装置において
実現するために、レチクル面上に形成された格子によっ
て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1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。
さらに、第2の格子からの複数の回折光と第1の格子か
ら回折される光束を干渉させ各々の光強度を比較するこ
とにより、第2の格子の形状の非対称性を推定すること
ができ、より高精度の位置合わせを実現できる露光装置
を提供することができる。
作用 従来位置合わせマークを形成する際の非対称性について
は補正することができず、位置合わせは、位置合わせマ
ークの非対称を含んだ状態で位置合わせされていたので
、合わせ誤差が大きかった。
本発明による上記手段を持つ露光装置は、位置合わせマ
ークの非対称性について補正が可能であり、より高い精
度の位置合わせを実現するものである。
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11から出た光(この図ではより鮮明な干渉性とよ
り深い焦点深度を得るために、レーザ光を想定した構成
になっているが、全体の光学系は白色干渉光学系であり
、水銀灯などのスペクトル光源でもよい。)をビームエ
クスパンダ12により拡大し、この光を平行光又は収来
光に変換するためのコリメータレンズ又はコンデンサレ
ンズで構成された照明光学系13によって第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5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。
光源11と縮小投影レンズ19との間にレチクル14と
第1のレンズ15.空間フィルタ16゜第2のレンズ1
7が配置され、レチクル14のパターンを2次光源とし
て出た像を第1のレンズによって一旦集光し、さらに第
2のレンズ17を通してレチクル14上のパターンの像
を縮小投影レンズ19を通してウェハ(半導体基板)1
8上に投影する。第1のレンズの後側焦点面には、レチ
クル上のパターンの回折光(フーリエスペクトル)が空
間的に分布しており、本発明の構成例においては、この
フー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て、第1図ではレチクル面で
回折された0次の光重〇のみをウェハ18上に投影して
いる。
ウェハ18上に投影された光は、ウエノ・上に設けた格
子によって回折され、その回折光は、縮小投影レンズ1
9を逆に戻り、さらに第2レンズ17を通過し、空間フ
ィルタ16に至る。この空間フィルタ16において、レ
チクル14から回折され7’mI++とI−1の光と、
ウェハ18から回折され7’mI’+t  と 工′−
1とが重ね合わされ、光検出器D1.D2にてレチクル
の位置情報である位相とウェハの位置情報が比較される
以下詳細に各部の説明を加える。
第2図は本発明の露光装置に用いられるレチクルである
。第2図aはレチクル14の平面図であり、第2図すは
aのムー人線断面図である。レチクル14中には1回路
パターン部42とその周辺部43から成り、周辺部43
のスクライブラインにあたる部分に位置合わせ用格子パ
ターン41゜41′が形成されている。レチクル14に
は入射光44人射し、第2図すに示すように、パターン
41内部では位相格子41パターンによって%0次。
±1次、±2次・・・・・・のように複数の回折光が回
折される。パターン41を取り巻くしゃ断部43はクロ
ムや酸化クロム等の膜で形成されており、入射光44を
、パターン41の内部のみ通過させている。
第2図の例においては、回折光を得るために位相格子パ
ターン41を用いているが、この格子は振幅格子でもよ
く、入射光がななめから入射する場合にはエシェレット
格子でもよい0 第3図はさらに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の光はビームエクスパンダ12
によって拡大され、さらに照明光学系13を構成するコ
リメータレンズ21で所定の広がりを持つ平行光にされ
る。第1フーリエ変換レンズ15の前側焦点f1の位置
x1にレチクル14上の位相格子パターン41を配置す
る。位相格子パターン41のビヮチP1と回折光の回折
角θ1は P1sinθn=nλ(n=o、±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16に入射し、さらに後側焦点面に
各々の回折光に相当するフーリエスペクトル像を結ぶ。
−次の回折光のフーリエスペクトルに対応する座標 ξ
61は ξb1 =、f+sLnθ。
P1sinθ1=λ で示され、0次の回折光のフーリエスペクトルξ60 ξ6g=f、sinθo=。
とは完全に分離された状態でフーリエ変換面に7IJニ
スベクトル像を結ぶ。第3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、0次光のみを
通過させる。±1次の光は。
フーリエ変換面近傍でディテクタの方向111゜112
に導ひかれる。0次光成分は、第2のレンズ系を通過後
、縮小投影レンズ(第3図中では省略している)を通過
し、ウェハ上に投影される。
ウェハW上に投影された像は、レチクル上の開口部(パ
ターン41)の像を大略結ぶとともに、ウェハ上に形成
されている格子によって回折光を反射する。ウェハ上に
形成する格子のピッチP2とレチクル上の格子のピッチ
P1との関係をとすると、ウェハ上の格子からの回折光
はフーリエ変換面において、フーリエスペクトルを60
゜61.62に結ぶように逆方向に進む。このウェハに
よって反射された回折光113,114と。
レチクルによって回折され7z111,112とをハー
フミラ−(HM)によってその位置を比較すると、レチ
クル41−座標61及び座標61−ウェハ上の格子位置
に関する位置と、レチクル41−座標62及び座標62
−ウェハ上の格子位置に関する位置とが光強度の差とし
て表われる。ウェハ上の格子位置には光軸と直角方向の
位置情報も含まれており、ウェハを光軸に対して直角方
向に移動すると、ハーフミラ−HMを通過した光の強度
はCOS状に変化する。この00g状の光強度変化から
、格子Gの位置を知ることができる。
第4図は格子形状が非対称であるときの位置合わせを示
している。入射光は格子に対して垂直に入射し、格子か
らは回折光が左右対称に回折される。格子Gの形状が対
称である場合、第4図1に示すように1回折光の位相を
示す波面は左右対称である。−力筒4図すに示すように
、格子Gの形状が左右非対称であるときは、格子Gの形
状の非対称性に対応した位相のずれを生じ1図に示すよ
うに格子形状が対称であるときと比較すると左右の回折
光の波面Sがずれる。
この非対称形状の位置情報を持つ回折光を第1図に示す
光学系により、レチクルからの回折光の位相との比較を
行なって格子の非対称形状を考慮した位置合わせを行な
う。
格子の溝が対称な場合は%aのように干渉縞の中心と格
子溝の中心が位置合わせされるが、bのように非対称の
場合には、位置合わせの位置は設計時の位置Hのセンタ
Tからずれた位置Sに合うため、大きな合わせ誤差とな
る。第6図すでは、各回折光強度の測定から推定した格
子形状に対して補正するため正確な位置合わせを行なえ
る。また、補正のために移動した距離は光強度の変化量
として検出できるので、モ゛ニタできる。よって。
ステージの移動を正確に確認できる。
次に補正値の入力については、格子の溝が非対称でディ
テクタ(光検出器)位置がウェハに対して垂直の回折光
(第3図の場合には左右±1次の光)を検出して干渉縞
と格子を位置合わせするとき、第4図に示したようにS
に合う。このとき、予め推定した格子形状により、格子
溝の底の位置HのセンタTとSとの差を読み取り、補正
値を入力する。補正値の大きさは、T、!:Sの差から
類推される値と、実際に工程を流して蓄積されたデータ
とを比較して決定する。この補正値に対して基板を移動
し、高い精度の位置合わせを行なう。
発明の効果 本発明により、干渉縞を媒介としてレチクル上のパター
ンをウェハ上に高い精度で位置合わせし。
さらに、ウェハ上に形成した格子の形状を推定し。
形状が非対称である場合には位置の補正を行なってよシ
高い精度の位置合わせを打力うことかできる。
【図面の簡単な説明】 第3図は本発明による位置合わせ光学系の詳細説明図、
第4図aは本発明による格子の溝形状が対称である場合
の干渉縞と溝の位置合わせ状態を示す図、第4図すは本
発明による格子の溝形状が非対称である場合の干渉縞と
溝の位置合わせ状態を示す図、第5図は従来からの2重
格子法による位置合わせの原理図、第6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
構成図である。 11・・・・・・光源、13・・・・・・照明光学系、
14・・・・・・レチクル、15.17・・・・・・第
1.第2のフーリエ変換レンズ、16・・・・・・空間
フィルター、18・・・・・・ウェハ、G・・・・・・
格子h  ”1 w  ”2・・・・・・光検出器。 第2図 ((L) 心 さ \ 第41!I       (山) 第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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、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、縮小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小投影光学系、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の格子と前記基
    板上の第2の格子を位置合わせすることを特徴とする露
    光装置。
JP60267869A 1985-10-11 1985-11-28 露光装置 Pending JPS62128120A (ja)

Priority Applications (2)

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JP60267869A JPS62128120A (ja) 1985-11-28 1985-11-28 露光装置
US06/916,738 US4771180A (en) 1985-10-11 1986-10-08 Exposure apparatus including an optical system for aligning a reticle and a wafer

Applications Claiming Priority (1)

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JP60267869A JPS62128120A (ja) 1985-11-28 1985-11-28 露光装置

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JPS62128120A true JPS62128120A (ja) 1987-06-10

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ID=17450758

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JP60267869A Pending JPS62128120A (ja) 1985-10-11 1985-11-28 露光装置

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JP (1) JPS62128120A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5325176A (en) * 1988-02-16 1994-06-28 Canon Kabushiki Kaisha Position detecting method and apparatus including Fraunhofer diffraction detector
CN112987504A (zh) * 2021-02-04 2021-06-18 哈尔滨工业大学 焦点校准系统及基于光束扫描角度调制的焦点校准方法

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