JPS6318624A - 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半導体装置等を製造するた
めの露光装置に関するものである。

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わせマークを用い
て、ウエノ・を着装したステージの回転と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だが、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〔アブライドフィジックスレ
ターズ（人ｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ６ｒ
Ｓ）’１０１３１　　Ｎｏ、７　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５
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、この回折した光をもう一度、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（０゜１）、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とウエノ・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との間隔りに大きく影響される
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、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
用には問題があった。

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、−ＬＳＩ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　トランザク
ション（Ｉ　Ｅ　ＥＥ　、　ｔｒａｎｓ　ｏｎ）　Ｅ、
　ＤＥＤ−２６，４，１９７４，７２３，Ｇｉｊｏ　　
Ｂｏｕｗｈｕｉｓ）でば、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Ｌ２゜Ｌｌを
通してレチクルＲ上に入射し、レチクルＨ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り、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
を生産性良く可能とした露光装置を目的としており、特
に本発明の露光装置において、位置合わせ照明系による
レチクル上の位置合わせ格子の像の倒立を解決する事を
目的としている。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、高精度な位置合わせを有する投影露光装置に
おいて、レチクルと縮少投影レンズ間に設けられた１対
のフーリエ変換レンズ、ミラー等により生ずるレチクル
上の位置合わせ格子の像の倒立を解決するために、レチ
クル上の位置合わせ格子にレチクル照明光束と共役の角
度で位置合わせ光束を入射させることによりこの問題点
が解決出来る。

作用 位置合わせ光学系と投影レンズとを組み合わせることに
より、レチクル像と縮少投影する光学系と高精度な位置
合わせを行なう光学系を分離する事が出来、レチクル像
を投影する際に位置合わせに用いる空間フィルタやミラ
ー等を脱着することなく露光出来るため、より精度の高
い位置合わせが実現出来るものである。

実施例 本発明による光学系の実施例を第１図て示した。

位置合わせ用光源１１から出た光（この図ではより鮮明
な干渉性とよシ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、透過型回折格子１３に垂直に入射させレチクル１
４の格子１０に入射させる。

以下の説明では、レチクル１４は、縮少投影光学系１９
の縮少投影レンズの入射瞳に対して所定のパーシャリー
コヒーレンシイを持たせるため露光光源１２により照明
されているとする。１８は半導体ウェハ、２１はウェハ
１８上の第２の格子である。

光源１１とレチクル１４の間には、透過型回折格子１３
．フーリエ変換レンズ１５，１６、空間フィルター人１
７．ミラーが配置され、前記透過型回折格子のパターン
を２次光源として出た像を第１のフーリエ変換レンズ１
５によって一旦集光し、フーリエ変換レンズ間に設けた
空間フィルターＡ１７により所定のスペクトルのみを透
過せしめ第２のフーリエ変換レンズ１６を透過後、ミラ
ーにより反射され所定の角度でレチクル１４上の第１の
位置合わせ格子１０に入射する。

第２図は本発明の位置合わせ用照明系の原理図である。

光源１１から出た波長λの光は、透過型回折格子を照明
する。第１フーリエ変換レンズ１５の前側焦点ｆ１の位
置ｘ１に前記透過型回折格子１３を配置する。透過型回
折格子パターンのピッチＰ１と回折光の回折角θ１は、
Ｐ１ｓｉｎθ１＝ｎλ（ｎ＝○、±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１５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ξ６１は、 ξ６．＝　ｆ、　５ｉｒｌ。

Ｐ１ｓｉｎθ１−λ で示され、０次の回折光のフーリエスペクトルξ６゜ξ
６０　：　ｆ、　５ｉｎｆ７（、＝０とは完全に分離さ
れた状態でフーリエ変換面にフーリエスペクトル像を結
ぶ。このフーリエ変換面上に空間フィルター人（１７）
を配置し、格子パターンの０次、−１次、±２次以上の
回折光を遮断し、＋１次回折光のスペクトルを通過させ
る。この回折光は第２のフーリエ変換レンズ１６を通過
し、さらにミラーで反射後レチクル１４上の位置合わせ
格子１０に角度θ２で入射される。このとき、第２フー
リエ変換レンズ１６の前側焦点面に第１のフーリエ変換
レンズ１５のフーリエ変換面を設定するので ｆ１ｓｉｎθ１＝　ｆ２ｓｉｎθ２＝ξ６１の関係があ
る。

次にこの位置合わせ照明系を用いた場合の位置合わせ原
理を述べる。角度θ２でレチクル１４に入射した光は、
レチクル１４上に形成された格子１０により回折され第
３のフーリエ変換レンズ２３を通過後−旦集光し、さら
に第２のフーリエ変換レンズ２４を通してレチクル１４
のパターンの像をウェハ１８に縮少投影光学系１９を通
して投影する。前記第１のフーリエ変換レンズ１５の後
焦点面にはレチクル上の格子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、このフーリ
エ変換面に空間フィルターＢ（２５）を配置してスペク
トル面でフィルタリングし、前記レチクルに形成された
格子のパターンをフィルタリングする事によってウェハ
１８面上に干渉縞２０を生成する。

この際、位置合わせ光学系により、レチクル１４に対す
る照明系の入射角度は、露光照明光学系２７の入射角度
と対称であるため、位置合わせ光学系であるフーリエ変
換レンズとミラーとによる像の倒立が起らない。

半導体ウェハ１８上に形成した第２の格子２１からは、
回折光２２が回折され、縮少投影光学系１９及び前記フ
ーリエ変換レンズを逆方向に戻り、空間フィルターＢ（
２７）の位置に配置されたミラーによって、光検器２６
に導かれる。

この時検出器で検出される光強度工は、ニーｕｉ　＋ｕ
Ｂ　＋　ｕｉ＝　ｕＢ　＋ｕ、、ｕ−ただし、Ｕム、　
ｕＢは各々２光束の振幅強度、ｕｋ＋峯 ｕＢ　は、共役複素振幅である。

第１図の光検知器り上での観測される光強度工は、 工＝ｕ、　＋ｕＢ　＋ｕム・ｕＢ＋％−１１９ただし、
Ｕム＋ｕＢば２光束の振幅強度、Ｕ人＋ｕＢは、共役複
素振幅である。

＋Ｋｘ（ｓｉｎθＡ　−ｓｉｎθＢ）Ｉただし、Ａ、Ｂ
は定数、Ｎ：格子の数、δ人、δＢは隣接した２格子に
よって回折された光の間の光路差、Ｋｘは２光束の干渉
縞と格子との間の相対的位置関係、θム、θＢは各々２
光束のウェハの垂線とのなす角として示される。

以上がレチクル１４とウェハ１８の位置合わせの光学系
であるが、一方レチクル１４の回路パターンは、投影用
光源１２及び照明光学系２７によって照明され、その投
影像はこれらにより所定のパーシャリ−コヒーレンシー
を持って照明され、その投影像は縮少投影光学系１９を
通してウェハ１８上に結像する。

以上のように本発明では、位置合わせ用光源及びその光
学系を有しており、露光用の照明と位置合わせ照明光学
系を同じパーシャリ−コヒーレンシーを持たせてレチク
ルを照明する事が出来る。

又、本発明の実施例ではフーリエ変換レンズと透過型回
折格子によりレチクルの位置合わせ光入射角度を決定し
たが、単一の回折格子を用いても同様の事が行える。こ
の時格子の入射角度をψ、ｎ次の回折光をψｎ１格子の
ピッチ、入射光の波長をＰ、λとすると回折角は ｎλ＝　Ｐ　（ｓｉｎψ７１−　ｓｉｎψ）で与えられ
る。

第３図、第４図にその具体例を示す。

透過型回折格子２９９反射型回折格子３５に入射した位
置合わせ光２８．３４は波面分割され、前記で与えた角
度θで回折される。前記の回折を受けた光は、光路途中
の空間フィルター３０．３６により所定の角度を有する
もののみが通過せしめられレチクル３８上の位置合わせ
格子３３．３９を所定の角度で照明する。

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、レチクル上の
パターンをウェハ上に露光形成する事が出来る。さらに
、同じパーシャリ−コヒーレンシーを有した投影光学系
と位置合わせ光学系を異った光路として構成するので異
波長位置合わせを行なう事が出来る。また、空間フィル
ターやミラー系を脱着せずに露光が可能となり合わせ精
度の高い露光装置が構成出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の露光装置における基本的な
構成図、第２図は本発明による再回折光学系の原理図、
第３図、第４図は本発明の他の実施例の露光装置の要部
構成図、第６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する場合の構成図である。 １０・・・・・・第１の格子、１１・・・・・・位置合
わせ用光源、１２・・・・・・投影用光源、１３・・・
・・・透過型回折格子、１４・・・・・・レチクル、１
５・・・・・・第１のフーリエ変換レンズ、１６・・・
・・・第２のフーリエ変換レンズ、１７・・・・・・空
間フィルター人、１８・川・・ウェハ、１９縮少投影光
学系、２１・・・・・・第２の格子、２３・・・・・・
第３のフーリエ変換レンズ、２４・・・・・・第４のフ
ーリエ変換レンズ、２５・・・・・・空間フィルターＢ
１２６・・・・・・光検出器、２７・・・・・・照明光
学系。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ヒーナ１−→−±１−←−５２←ｊｚ−＠Ｉ；３Ｓｉｌ
Ｉｌｈ＝入　　Ｘ／ＪＩＳ＋７’ＬθＩ第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、縮少投影光学系、基
   板を保持するステージ、光検出器、前記レチクル上の位
   置合わせ格子、ウェハ上の位置合わせ格子から成る光学
   式露光装置の位置合わせ光学系を備え、前記レチクル上
   の位置合わせ格子に、前記レチクルに対して位置合わせ
   光源光を、前記照明光学系と共役の角度で前記レチクル
   に入射させることを特徴とする露光装置。
2. （２）光源、透過型回折格子、第１のレンズ系、空間フ
   ィルター、第２のレンズ系、ミラーを有し、前記光源よ
   り出た光束を前記透過型回折格子に入射させて前記光束
   を波面分割して前記第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り所定のスペクトルを選択的 に透過させて前記ミラーにより反射せしめてレチクル上
   の位置合わせ格子に所定の入射角度で入射させることを
   特徴とする露光装置。
3. （３）光源、透過型または反射型回折格子、空間フィル
   ターを有し、前記光源より出た光束を前記透過型又は反
   射型回折格子に入射させて前記光束を波面分割し、前記
   透過型あるいは反射型回折格子の後側に設けた前記空間
   フィルターにより所定のスペクトルを選択的に透過させ
   て所定の角度で前記光束をレチクルに入射させることを
   特徴とする露光装置。