JPS62255805A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、微細パターンを持つ装置特に１ミクロンもし
くはそれ以下のサブミクロンのルールを持つ半導体装置
等の製造に用いる高精度位置合わせを備えた露光装置に
関するものである。

従来の技術 従来の投影露光装置の位置合わせに用いる位置検出はＴ
　Ｔ　Ｌ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）方式
が主流であるが、位置検出感度が投影レンズΩ解像度て
よっているので、現状の方式では位置検出感度が０．０
５μｍ程度であり、位置合わせ精度を０．１μｍとする
高い精度は困難である。また、ウェハ上で干渉計を構成
する二重格子法が研究されてきた（Ｗ、Ｒ，Ｔｒｕｔｎ
ａ、Ｊｒ　　ｅｔ　ｘスピーアイイ−（ＳＰＩＥ）４７
０（１９８４）６２　、　Ｓ　、Ｗｉ　ｔｔｅｋｏｅｋ
　エスピーアイイー（ＳＰＩＥ）２２１（１９８０）２
〕。しかしながらこの方法は、位置検出信号が２つ以上
の回折光の混合によっているので、ウェハ表面の凹凸等
に影響を受け、充分な位置検出感度が得られなかった。

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点に鑑み、ＬＳＩ
の製造プロセスにおけるレチクルとウェハの正確かつ容
易な位置合わせ光学系を持つ露光装置を提供することを
目的としている。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、波長の異なる位置合わせ用光源と露光用光源
を用いたときの高精度な位置合わせを投影露光装置にｉ
て実現するために、レチクル面上に形成した格子によっ
て回折した波長λ１の光束のうち、第１のレンズ系のス
ペクトル面で二つの回折光の対のみを空間フィルターに
よって通過させ、この２つの光束を第２のレンズ系に導
びき、第２のレンズ系の結像面に生成した干渉縞をウェ
ハ上に投影レンズを通して生成する際に、この結像面の
位置を、予め波長λ２の露光用光源で定められた投影レ
ンズと基板間の距離に対して、波長λ１の位置合わせ光
源で投影レンズと前記結像面を共役な位置に設定し、露
光波長と異なった光によって位置合わせすることを可能
とし、レジストで光吸収が少ないか又は位置合わせ中に
レジストが感光することによってブリーチングが生じて
合わせの回折光強度が変化しないようにして、位置合わ
せ精度を良好とする。

作　　用 本発明による光学系の構成によって、位置合わせに用い
る光の波長が露光用の光の波長と異なる光源を用いるこ
とができ、より高い精度の位置検出及び位置合わせを実
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。

第１図に）は同図（ａ）のＸ部分の拡大詳細図、第１図
（Ｃ）は第１図（ａ）の要部拡大図である。以下に、位
置合わせに用いる光線の光路の順に説明を加える。

以下の説明では、本発明の原理を簡潔に述べるために、
レチクルは、平行光で照明したとする。本発明の位置合
わせ光学系の主要構成要素は、（１）レチクル２上の位
置合わせ格子２ｏ、（２）フーリエスペクトル面で結合
した第１及び第２のレンズ系３，６、（３）　　フーリ
エスペクトル面に配置した空間フィルタ４となる反射ミ
ラー、（４）レチクル２上の格子と第２のレンズ系の作
るレチクル上の格子像を位置合わせ用光源波長λ１に対
応した共役の位置関係とするために光軸を６回変換する
ための反射ミラー４，６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅか
らなる変換光学系６　、（５）　　縮小投影レンズ７、
（６）　　ウェハ８（半導体基板）上の位置合わせ格子
１０、（７）ウェハ８上の格子１０からの回折光１３を
フーリエスペクトル面で取り出し、モアレ光強度を測定
する光検出器１４から成っている。レチクル２は、第１
のレンズ系３の前側焦点ｆ１の位置に配置する。レチク
ル２上の合わせ格子２０としては振幅格子を形成し、こ
の格子２０に波長λ１の入射光線１を入射させる。この
ときは、光源から照明光学系を通して光線１とする。ピ
ッチＰ１のレチクル２上の合わせ格子２０からは第２図
の原理図に示すように、 Ｐｓｉｎψ＝ｎλ　　ｎ＝０．±１．±２．±３・旧・
・（１）１ｎ　　　　　１ とｎ次の回折光が回折される。ただ限ψ。はｎ次の回折
角、第１のレンズ系３のフーリエ面では、ξユの座標に
各次数のスペクトラムが得られる。

ξユ＝ｆ１ｓｉｎψ、＝　ｎλ１ｆ　１／　Ｐ１゛°°
−−−−（２）ｎ次のスペクトラム全てを第２のレンズ
系５に導ひくと、第２のレンズ系６の後側焦点において
、レチクル２上の格子２ｏの像を結ぶ。この格子２０の
結像位置は波長λ１に対応したものである。このスペク
トラムの一部を通過させるために、第１図ではスペクト
ル面近傍において空間フィルタ４（図では反射ミラー）
を配置し、たとえば共役な±１次のスペクトラムのみを
通過させている。第２図では、空間フィルタ４で０次光
をしゃ断し、±１次光のみを通過させている。この２光
束は、第２のレンズ系５に導びかれ、第２のレンズ系５
の後側焦点面（第１図ａではミラー６ｂの位置）で干渉
縞を生成する。この後側焦点面とレチクル面とが、第１
図に示すように縮小投影レンズ７に対して共役の位置関
係となるように配置する。しかし、ウェハ８の位置は、
縮小投影し／ズ７に対してレチクル位置の共役となるよ
うに露光用光源波長λ２によって設定されているため、
第２図に示したようにλ１における共役面と違う位置に
λ２に対する共役面ができ、高精度に位置合わせを行な
う要件からウェハ位置を固定した状態でこの波長差を吸
収することが必要である。そうしないと位置合わせして
からウェハを波長λ２に対する焦点位置に移動しなけれ
ばならない。ウェハ位置を波長λ２で焦点位置に設定し
、波長λ、でこのときのウェハの共役面を第１図におけ
る６ｂに設定する。これには、図の変換光学系ｅｂ、ｅ
ｃ。

ｓｄ　、ａｓのうち、ｅｂ、ｓａのミラー系を同時に移
動するようにしたミラー保持台１５によってウェハとの
共役面を設定することができる。さらに、レンズの作成
上若干の焦点位置のばらつきがあるので、焦点位置補正
用の移動手段１６によってこのばらつきを補正すること
ができる。

以上のようにミラー６ｂ、６ｃの位置を設定すると、波
長λ１の光でレチクルを照明したときの像を直接投影レ
ンズ７に入射し、ウェハ８上に結像することができる。

このミラー６ｂの位置で干渉縞を生成した２光束はさら
に縮小投影レンズ７に入射し、レンズ７によってこの干
渉縞がウェハ８表面に投影され、縮小投影レンズ７の縮
小比に応じたピッチの干渉縞９をウェハ８表面に再び生
成する。干渉縞９のピッチＰ２は ｐ２＝λ１／２Ｓｉｎ−′＝ｍｆ２／／ｆ１２Ｓ１ｎψ
ユ叫・・（３）ただし、ｍは縮小投影レンズの縮小比、
へはｎ次回先光のウェハ上への入射角で示され、±１次
回折光を利用する場合には、 Ｐ２；ｍｆ２／ｆ１・Ｐ１／／２！・・・・・・・・・
・・・・・・（４）の関係となシ、レチクル上の格子の
投影像に対して倍ピツチ干渉縞９が生成される。

レチクル上の格子２ｏの像と同ピツチの格−ｈ。

をウェハ８上に形成し、レチクル２から回折された２光
束１１．１２を照射すると、ウニ八８面に垂直な回折光
１３がウェハ上の格子１０から得られる。第１図（Ｃ）
に示すようにウェハ８から垂直に回折された光１３は、
レチクルから００次光に対して逆方向に縮小投影レンズ
７、第２のカップリングレンズ５、空間フィルタ４０顆
に戻り、第１及び第２レンズのフーリエ変換面に配置さ
れた空間フィルタ（第１図（Ｃ）では０次光のみを通過
させるピンホール４０を配置）を通して光検出器１４に
導びかれる。

前記ミラー６ｂ、６ｃの設定には光検出器１４に導びか
れた光束のモアレ縞を観察して行なうことができ、高い
精度でミラーｅｂ、ｅｃを設定することができる。

ウェハ上の格子１ｏと干渉縞９がほぼ平行であるときは
、共役な２光束１１．１２に対するウェハからの回折光
１３同志は同一方向に回折されて重なり合い、干渉して
モアレ縞を生成する。モアレ縞の光強度は、レチクル上
の格子からの回折光によって生成された干渉縞９とウェ
ハ上の格子との間の相対的な位置関係を示し、モアレ縞
の光強度を測定することによって、レチクル上の格子と
ウェハ上の格子１０の相対的な位置を検出して位置合わ
せが可能となる。

こうして、レチクルとウェハとを波長λ１の位置合わせ
用の光で位置合わせした後に、レチクル上に形成されて
いる集積回路パターン像（図示せず）を波長λ２でウェ
ハ上のレジストにパターン露光する。

発明の効果 本発明による位置合わせ光学系によって、干渉縞を媒介
としてレチクル上のパターンをウェハ上のパターンに対
して露光波長と異なる波長の位置合わせ光を用いること
ができ、高い精度の位置合わせが実現できる。たとえば
第３図に示しだように、レジストの感光波長範囲２４０
ｎｍ〜３４０ｎｍから外れた領域の位置合わせ用光源、
たとえば３５１ｎｍのＡｒイオンレーザを用いることが
でき、位置合わせ中にレジストが露光されて回折光強度
が変化するということはなく、高い位置合わせ精度を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の露光装置の概略構成
図、第１図中）は第１図（ａ）のＸ部分の拡大図、第１
図（Ｃ）は第１図（ａ）における位置合せ系の概略構成
図、第２図は本発明における原理図、第３図は本発明に
おける波長と相対感度を示す図である。 １・・・・・・光線、２・・・・・・レチクル、３・・
・・・・第１のレンズ、４・・・・・・空間フィルタ、
６・・・・・・第２のレンズ、了・・・・・・投影レン
ズ、８・・・・・・ウェハ、１０．２０・・・・・・格
子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 波長λ＿１の位置合わせ用光源、照明光学系、レチクル
   、第１のレンズ系、空間フィルタ、第２のレンズ系、波
   長λ＿２の露光用光源、投影レンズ、基板、光検出器を
   有し、前記レチクル投影レンズおよび基板との間の距離
   が波長λ＿２で設定されており、さらに、前記波長λ＿
   １の位置合わせ用光源から出た光束を前記照明光学系を
   通して前記レチクル上に形成した第１の格子に入射して
   光束を回折させ、この回折した光束を前記第１のレンズ
   系に導びき、前記第１のレンズ系のスペクトル面に設け
   た前記空間フィルタによって所定のスペクトルを選択的
   に透過せしめてこのスペクトルを前記第２のレンズ系に
   導びき、前記第２のレンズ系を通過した光束により干渉
   縞を前記第２のレンズ系の結像面に生成し、この結像面
   が、前記投影レンズに波長λ＿１の光を通したときの基
   板面に対応した共役面となるように設定され、波長λ＿
   １の干渉縞を前記投影レンズを通して前記基板上に投影
   し、前記干渉縞に対して整数倍のピッチを持つ前記基板
   上の第２の格子と前記干渉縞との間の位置合わせを、前
   記第２の格子から回折される回折光の光強度を前記光検
   出器で測定して行い、前記レチクル面上の第１の格子と
   基板上の第２の格子を波長λ＿１の光で位置合わせした
   後に、レチクル上に形成されているパターンの像を波長
   λ＿２の光で露光することを特徴とする露光装置。