JPS63119232A - 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、例えば集積回路の製造に使用する露光装置に
おけるアライメント方式の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来の露光装置のなかで、基板上のレジスト層に対し非
感光の波長の光を用いて、マスクないしレチクルと基板
とのアライメントを行なうものがある。

このような場合において、投影レンズとしては、例えば
第２図に示すような波長特性を持ったものが使用される
。第２図において、露光光の波長は、色収差の少ないブ
ロード位置のΔＡの領域内で設定される。他方、アライ
メント光に関しては、波長λＢのレーザ光が選択され、
補正レンズを使用して色収差の補正が行われている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上述したような単一波長のレーザ光を用
いるアライメント方式では、第２図に示すように、波長
変動に対して色収差が大きく変化する領域にアライメン
ト光の波長が設定されている。検討すると、波長特性上
の色収差の変化が大きい部分を使うかぎり、極めてバン
ド幅か狭く、かつ波長自体の変化もない単色光を用いざ
るを得なかった。

このため、レジストによる多重干渉やスペックルの影響
によって、アライメント精度の低下を招くという不都合
がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、アラ
イメント精度の向上を図ることができる露光装置を提供
することを、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、第一の波長及びこれと異なる第二の波長の各
々の光に対して色収差量の変化率がほぼ零となる投影光
学系と、第一の波長もしくはその近傍の波長の光を露光
光としてマスクパターンの露光を行う露光用照明手段と
、第二の波長もしくはその近傍゛の波長の光をアライメ
ント光として、マスクパタ−ンと基板とのアライメント
を行うアライメント用照明手段とを備えることにより、
上記問題点を解決したものである。

［作用］ この発明においては、露光光、およびアライメント光の
いずれもが、投影光学系の色収差量の変化率がほぼ零と
なる波長に設定される。このため、波長が多少変化して
も、色収差は殆ど生じない。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

まず、第１図を参照しながら、本実施例の構成について
説明する。第１図において、露光照明系１０から出力さ
れた露光光ＥＬは、コンデンサレンズ１２を透過してレ
チクルＲに入射するようになっている。

次に、レチクルＲの投影パターン部分を透過した露光光
ＥＬは、投影レンズ１４を透過してステージ１６上のウ
ェハＷに照射されるようになっている。このステージ１
６の必要方向の駆動は、駆動装置１８によって行われる
ようになっており、ステージ１６の位置座標の計測は５
、レーザ光の干渉を利用する干渉計２０によって行われ
るようになっゝている。

次に、アライメント光ＡＬは、光源２２から出力される
ようになっており、出力されたアライメント光ＡＬは、
レンズ２４、絞り２６、レンズ２８を各々透過し、更に
はハーフミラ−３０の作用によって投影レンズ１４に入
射するようになっている。

この投影レンズ１４を透過したアライメント光ＡＬは、
ウェハＷ上のウェハマークＷＭ近傍の領域に入射し、こ
こで反射されたアライメント光ＡＬは、投影レンズ１４
、ハーフミラ−３ｏ、及び色収差を補正する補正レンズ
３２を各々透過して、レチクルＲのレチクルマークＲＭ
近傍の領域に入射するようになっている。

すなわち、アライメント光ＡＬによって、ウェハマーク
ＷＭと、レチクルマークＲＭの両方が照明されるように
なっており、マークＷＨの像は、補正レンズ３２によっ
てマークＲＭと同一平面内に結像される。

そして、各マークからのアライメント光は、ミラー３４
によって反射され、更には、対物レンズ３６．３８を各
々透過して工業用のテレビカメラ（撮像管）４０に入射
、結像するようになっている。

このテレビカメラ４０の出力側は、波形処理装置４２に
接続されており、波形処理装置４２の出力側は、制御装
置４４に接続されている。波形処理装置４２は、入力さ
れたビデオデータに対して必要な画像処理を施すもので
ある。

かかる制御装置４４には、上述したステージ１６の駆動
装置１８と、干渉計２０とが各々出力側に接続されてい
る。すなわち、制御装置４４は、人力されたデータと干
渉計２０の出力に基いて、駆動装置１８に指令を行い、
これに従ってステージ１６の心動が行われるようになっ
ている。

以上の各構成部分のうち、投影レンズ１４は、第３図に
示すような色収差特性を有するように設計されている。

すなわち、波長領域ΔＣおよび波長領域ΔＤの二ケ所で
色収差の変化率がほぼ雫になるように、投影レンズ１４
の光学特性の設計が行われている。このような特性は、
螢石、フッ化リチウムなどの異常分散を示す光学材料を
使用してレンズを構成するようにすれば得ることができ
る。尚、収差特性上の二ケ所で色収差の変化率をほぼ零
とするような設計は、顕微鏡用の対物レンズ等における
アポクロマートの色消し手法でよく知られている。

そして、露光光ＥＬの波長は、第３図の波長領域ΔＣ内
で設定され、アライメント光ＡＬの波長は、波長領域Δ
Ｄ内で設定される。

また、以上のような波長設定のため、投影レンズ１４は
、アライメント光ＡＬに対して第３図に示すような色収
差量ΔＺを有することとなる。この色収差量ΔＺに相当
する光路長は、補正レンズ３２によって補正されている
。

このため、アライメント光ＡＬに対しても、レチクルＲ
とウェハＷとが投影レンズ１４に対して共役な位置関係
となる。

従って、ウェハマークＷＭとレチクルマークＲＭは、い
づれも対物レンズ３６．３８を各々介してテレビカメラ
４０で観察されることとなる。

なお、第４図（Ａ）に示すように、レチクルマークＲＭ
はクロムなどの材料で矩形状に形成されている。また、
ウェハマークＷＭは、ウェハＷ表面の凹凸として形成さ
れている。従って、アライメント光ＡＬは、ウェハマー
クＷＭのエツジ部分で反射されるものの、レチクルマー
クＲＭでは遮光されることとなる。

次に、上記実施例におけるアライメント時の動作につい
て説明する。

アライメント光ＡＬが照射されると、ウェハＷ上のウェ
ハマークＷＭと、レチクルＲのレチクルマークＲＭの像
がテレビカメラ４０によって各々撮像される。

ここで、両マークのテレビカメラ４０における見え、す
なわちテレビカメラ４０の位置から見た両マークの配置
が、第４図（Ａ）に示すような状態であフたとする。

このような場合のテレビカメラ４０の出力ビデオ信号を
、波形処理装置４２で画像処理すると、第４図（Ｂ）に
示すような光量変化のグラフが得られる。

なお、同図（Ｃ）には、第２図に示した従来の単一波長
のアライメント光を用いた場合のグラフが示されている
。

この第４図（Ｃ）に示すように、従来の方法では、干渉
縞が生じスペックルによって波形が乱れるので、マーク
パターンのエツジを良好に検出することができず、精度
よくアライメントを行うことができない。

これに対して、未実施例では、第３図で示したように、
ΔＤの範囲内で色収差がほぼ一定であるから、このΔＤ
の範囲内で種々の値の波長の光、あるいはΔＤの範囲内
でバンド幅を有する光をアライメント光としてを使用す
ることができる。

このため、干渉及びスペックルの影響が低減されること
となり、マークパターンのエツジが良好に検出されるこ
ととなる。

第４図（Ｂ）において、レチクルマークＲＭの左側のマ
ーク中心に相当する位置をＰＡ、右側のマーク中心に相
当する位置をＰＢとし、ウェハマークＷＭの左エツジに
相当する位置をＰＣ１右エツジに相当する位置をＰＤと
すると、レチクルＲとウェハＷとのずれ量△は、 Δ＝　　（ＰＩ３−ＰＡ）−（ＰＤ−ＰＣ）で表わされ
る。

従って、そのΔの値だけステージ１６を移動するように
、駆動装置１８に対して制御装置４４から指令が行われ
る。

以上のようなアライメントによる位置補正の後、マスク
パターンの露光が行われる。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、種々の態様が設計可能である。

ところで、通常ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　　Ｒ
ｅｔｉｃｌｅ）方式のアライメント系の対物レンズは、
レチクルＲ上の回路パターンのサイズの変更に対応して
可動となっている。第５図はパターンサイズのちがいを
模式的に表わした平面図である。座標系ｘｙの原点には
投影レンズ１４の光軸ＡＸが通るものとする。ＡＸを中
心とする円形の領域は投影レンズ１４のイメージフィー
ルトリＩＦであり、矩形領域ＦＡＩは小さなパターンサ
イズの場合を表わし、矩形領域ＰＡ２は大ぎなパターン
サイズの場合を表わす。領域ＰＡＩＯＸ軸に沿った周辺
にはレチクルマークＲＭＩが形成され、領域ＰＡ２のＸ
軸に沿った周辺にはレチクルマークＲＭ２が形成される
。領域ＦＡＩをもつレチクルでアライメントを行なう場
合、マークＲＭＩの像高はＬｌであり、領域ＰＡ２をも
つレチクルでアライメントを行なう場合、マークＲＭ２
の像高はＬ２である。このようなマーク位置の変化に対
応するため、従来アライメント光と露光光の波長が同じ
アライメント系では第１図中のミラー３４、対物レンズ
３６が一体に可動となっていた。ただし、アライメント
光が別波長の場合、補正レンズ３２も一体に移動させな
ければならないので、第６図に示すような構成とする。

第６図でミラー３４、対物レンズ３６及び補正レンズ３
２は可動部材５０に一体に取り付けられ、可動部材５０
は、ミラー３４が３４′に、対物レンズ３６が３６′に
、そして補正レンズ３２が３２′　に位置するように、
図中左右方向に移動する。

ところで、マーク位置が変化して、投影レンズ１４の異
なる像高点で別波長のアライメント光を入射する場合、
第７図に示すように色収差量が変化することがある。第
７図（Ａ）は例えば像高Ｌ１での色収差特性を表わし、
第７図（Ｂ）は像高Ｌ２での色収差特性を表わす。第７
図に示した投影レンズの色収差特性では、露光光（紫外
線）の波長λＣにおいて異なる像高点でも良好に収差補
正されているが、アライメント光の波長λｄにおいてΔ
Ｚｌ＞ΔＺ２の関係で収差が異なっている。

尚、波長λｄにおいて、像高Ｌ１とＬ２ではともに収差
の変化率はほぼ雫なっているものとする。このため像高
が変化した場合、レチクルＲとウェハＷとの共役（結像
）関係がずれてしまう。

そこで第６図に示すように、可動部材５０と補正レンズ
３２との間に、補正レンズ３２のみを光軸方向に微動さ
せる調整部材５２を設ける。この調整部材５２の微動量
は色収差特性上のずれ量（ΔＺ）と像高との関係を予め
マツプとして制御装置４４等に記憶させておくことによ
り容易に求めることかでき、自動調整が可能となる。

また色収差特性として第８図のような場合も考えられる
。例えばＦｌは像高Ｌ１での収差特性、Ｆ２は像高Ｌ２
ての収差特性を表わし、露光光の波長λＣではともに良
好に収差補正されているものの、アライメント光の波長
として使うべき変化率乎の中心波長がλｄ１λｄ２と異
なっている。

このような場合、第９図に示すように照明系から射出さ
れるアライメント光の波長をシフトするような構成とす
る。不図示の光源（ハロゲンランプ等）からの光では、
レンズ６０により平行光束にされ、オプチカルインテグ
レータ（フライアイレンズ）６１、フィールドレンズ６
２を通り、さらにターレット板７０に保持された干渉フ
ィルター６４ａを介して集光レンズ６６てライトガイド
（光ファイバー）６８の入射端に集光される。干渉フィ
ルター（バンドフィルター）６４ａのバンド幅の中心波
長は例えばλｄ１に合わされている。そして像高が変わ
ったときは、ターレット板７０に保持された他の干渉フ
ィルター６４ｂ（中心波長はλｄ２）が光路中に挿入さ
れるようにターレット板７０を回転、する。ターレット
板７０にはその他の中心波長を有する干渉フィルターが
保持され、像高の変化に応じて適宜選択されるようにな
っている。尚、ライトガイド６８の射出端からのアライ
メント光は第１図に示した絞り２６を照明する。

またアライメント光としてレーザ光を用いることもでき
る。第１０図はその実施例による回路ブロック図であり
、ここでは３つの半導体レーザ光源８０，８２．８４を
用いる。この半導体レーザ光源８０，８２．８４は、と
もに同一特性のものであるが、わずかに発振波長を変え
である。レーザ光源８０からのレーザ光（波長λｘ＋）
はミラー８６で反射された後、合成用のビームスプリッ
タ８８で反射されてレンズ９０に入射する。レーザ光源
８２からのレーザ光（波長λｘ２）は合成用のビームス
プリッタ９２．８８を透過し、レンズ９０に入射する。

そしてレーザ光源８４からのレーザ光（波長λＸ３）は
ミラー９４て反射された後、ビームスプリッタ９２て反
射されて他のレーλＸ　２　＋λｘ３は第１１図に示す
ように、色収差特性Ｆ１の変化率か零となる領域でわず
かに異なるように定められている。このように複数のレ
ーザ光を波長をわずかに変えてアライメント光とすると
、レチクル面、又はウェハ面で発生するスペックルが低
減される。各レーザ光源８０，８２゜８４は夫々ドライ
バー１００，１０２，１０４によって所定の駆動電流で
ドライブされるが、その駆動電流を互いにわずかに変え
ておくことにより発振波長が微妙に異なってくる。

さらに本実施例では、レーザ光源８２．８４に発振波長
の変調をかけるための発振器１０６，１０８を設ける。

この発振器１０６，１０８はドライバー１０２゜１０４
を介して駆動電流にわずかなレベルで高周波成分を重量
させる。その高周波成分の周波数は発振器１０６と１０
８とでは異なるようにする。あるいは発振器１０６，１
０８としてホワイトノイズを発生するものを使用しても
よい。ここで変調をかける波長変化幅は、収差特性上の
変化率がほぼ雫とみなせる帯域と関係する。このように
発振波長に高周波変調をかけることにより、スペックル
の定在化がなくなり、アライメントのための光電信号等
のＳ／Ｎ比がざらに改善される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、色収差の変化率
がほぼ零となる部分が２ケ所あるような光学特性を有す
る投影光学系を使用するとともに、露光光のみならずア
ライメント光に対しても色収差の変化率がほぼ墨となる
領域で波長設定を行うこととしたので、アライメント光
として該領域中の広い波長の光を使用でき、スペックル
や多重干渉の影響によるアライメント検出信号のＳ／Ｎ
比の低下を良好に防止し、アライメント精度の向上を図
ることができるという効果がある。

また、波長選択の範囲が広くなるため、レーザ以外の光
源を用いても十分な光量を得ることかできるという効果
がある。

更に、露光光及びアライメント光共に波長選択の幅が広
いので、投影光学系の設計に対する許容度か高く、レン
ズ設計、あるいは照明系の設計か容易になるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は従来
の一般的な投影光学系の色収差特性を示す線図、第３図
は本実施例に招ける広帯２色色消し投影光学系の色収差
特性を示す線図、第４図はレチクルマークとウェハマー
クの配置と検出信号の関係を示す説明図、第５図はパタ
ーンサイズの異る場合を示す説明図、第６図は補正レン
ズが一体可動のアライメント光学系の一例を示す構成図
、第７図は投影レンズにおける色収差量の変化を示す線
図、第８図は投影レンズの他の色収差特性を示す線図、
第９図はアライメント光の波長をシフトさせる光学手段
の一例を示す説明図、第１０図はかかる場合のアライメ
ント光としてレーザ光を用いた例の回路ブロック図、第
１１図は各レーザ光の波長の関係を示す線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １０・・・露光照明系、１４・・・投影レンズ、１６・
・・ステージ、１８・・・駆動装置、２０・・・干渉計
、２２・・・光源、３２・・・補正レンズ、４０・・・
テレビカメラ、４２・・・波形処理装置、４４・・・制
御装置、Ｒ・・・レチクル、ＲＭ・・・レチクルマーク
、Ｗ・・・ウェハ、ＷＭ・・・ウェハマーク。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成されたパターンを感光基板に投影露
   光する露光装置において、 第１の波長の光と、該第１の波長とは異なる第２の波長
   の光の各々に対して色収差量の変化率がほぼ零となるよ
   うに収差補正された投影光学系と、 前記第１の波長、もしくはその近傍の波長を含む露光光
   を前記マスクに照射し、前記投影光学系を介して前記感
   光基板にパターン像を形成するための露光用照明手段と
   、 前記第２の波長、もしくはその近傍の波長を含むアライ
   メント光を、前記投影光学系を介して前記感光基板に照
   射し、前記感光基板上に予め形成されたマークパターン
   を検出してアライメントを行うためのアライメント用照
   明手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記露光装置は、前記アライメント光で照明され
   た前記感光基板上のマークパターンの前記投影光学系に
   よる像と、前記マスク上に予め形成されたマークパター
   ンとを共に光学的に検出するアライメント光学系を有し
   、該アライメント光学系は、前記投影光学系に対するア
   ライメント光の色収差量を補正する補正光学系を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光装置。
3. （３）前記アライメント光学系によるマークパターン検
   出位置が、前記投影光学系の異なる像高点に変化したと
   き、該変化に応答して前記補正光学系の色収差補正量を
   調整可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の露光装置。
4. （４）前記アライメント用照明手段は、前記第２の波長
   を中心に所定の帯域幅を有するアライメント光を射出す
   るためのバンドフィルタを有し、前記アライメント光学
   系によるパターン検出位置が前記投影光学系の異なる像
   高点に変化したとき、前記フィルタの特性を前記第２の
   波長がシフトする方向に切換可能としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項又は第３項のいづれかに記載の
   露光装置。
5. （５）前記アライメント用照明手段は、前記第２の波長
   、もしくはその近傍に発振スペクトルを有する複数の半
   導体レーザ光源と、該複数の半導体レーザ光源の各々か
   らの光を合成する合成光学系と、前記複数の半導体レー
   ザ光源のうち少なくとも１つの光源の発振スペクトルの
   波長を所定の帯域幅内で高速に変調する変調手段とを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光
   装置。