JPH07122565B2 - 露光装置 - Google Patents
露光装置Info
- Publication number
- JPH07122565B2 JPH07122565B2 JP61099645A JP9964586A JPH07122565B2 JP H07122565 B2 JPH07122565 B2 JP H07122565B2 JP 61099645 A JP61099645 A JP 61099645A JP 9964586 A JP9964586 A JP 9964586A JP H07122565 B2 JPH07122565 B2 JP H07122565B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength
- reticle
- grating
- lens system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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。
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TT
L（Through The Lens）方式が主流であるが、位置検出
感度が投影レンズの解像度によっているので、現状の方
式では位置検出感度が0.05μｍ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
エ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.Trutna,Jr etエスピーアイイー（SPIE）470（198
4）62,S.Wittekoeksエスピーアイイー（SPIE）221（198
0）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、ウエハ表面の
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。
L（Through The Lens）方式が主流であるが、位置検出
感度が投影レンズの解像度によっているので、現状の方
式では位置検出感度が0.05μｍ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
エ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.Trutna,Jr etエスピーアイイー（SPIE）470（198
4）62,S.Wittekoeksエスピーアイイー（SPIE）221（198
0）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、ウエハ表面の
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エハの正確かつ容易
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。
製造プロセスにおけるレチクルとウエハの正確かつ容易
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。
問題点を解決するための手段 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お
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エ
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。
を用いたときの高精度な位置合わせを投影露光装置にお
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エ
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。
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
（ｂ）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20、（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3,5、（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）ウエハ８（半導体基板）上の位
置合わせ格子10、（７）ウエハ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１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、 P1sinｎ＝ｎλ1 n＝0,±1,±2,±３ ……（１） とｎ次の回折光が回折される。ただし、ｎはｎ次の回
折角、第１のレンズ系３のフーリエ面では、ξｎの座標
に各次数のスペクトラムが得られる。
（ｂ）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20、（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3,5、（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）ウエハ８（半導体基板）上の位
置合わせ格子10、（７）ウエハ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１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、 P1sinｎ＝ｎλ1 n＝0,±1,±2,±３ ……（１） とｎ次の回折光が回折される。ただし、ｎはｎ次の回
折角、第１のレンズ系３のフーリエ面では、ξｎの座標
に各次数のスペクトラムが得られる。
ξｎ＝1sinｎ＝ｎλ１ 1/P1 ……（２） ｎ次のスペクトラム全てを第２のレンズ系５に導びく
と、第２のレンズ系５の後側焦点において、レチクル２
上の格子20の像を結ぶ。この格子20の結像位置は波長λ
１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、ウエハ８の位置は、縮小投影レンズ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エハ位
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エハを波長λ
２に対する焦点位置に移動しなければならない。ウエハ
位置を波長λ２で焦点位置に設定し、波長λ１でこのと
きのウエハの共役面を第１図における6bに設定する。こ
れには、図の変換光学系6b,6c,6d,6eのうち、6b,6c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
ってウエ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。
と、第２のレンズ系５の後側焦点において、レチクル２
上の格子20の像を結ぶ。この格子20の結像位置は波長λ
１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、ウエハ８の位置は、縮小投影レンズ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エハ位
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エハを波長λ
２に対する焦点位置に移動しなければならない。ウエハ
位置を波長λ２で焦点位置に設定し、波長λ１でこのと
きのウエハの共役面を第１図における6bに設定する。こ
れには、図の変換光学系6b,6c,6d,6eのうち、6b,6c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
ってウエ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λ
１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、ウエハ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
ウエハ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をウエハ８表面に再び生成す
る。干渉縞９のピッチP2は P2＝λ1/2sinｎ′＝ｍ2/12sinｎ ……（３） ただし、ｍは縮小投影レンズの縮小比、ｎはｎ次回折
光のウエ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＝ｍ2/１・P1/2 ……（４） の関係となり、レチクル上の格子の投影像に対して倍ピ
ッチ干渉縞９が生成される。
１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、ウエハ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
ウエハ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をウエハ８表面に再び生成す
る。干渉縞９のピッチP2は P2＝λ1/2sinｎ′＝ｍ2/12sinｎ ……（３） ただし、ｍは縮小投影レンズの縮小比、ｎはｎ次回折
光のウエ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＝ｍ2/１・P1/2 ……（４） の関係となり、レチクル上の格子の投影像に対して倍ピ
ッチ干渉縞９が生成される。
レチクル上の格子20の像と同ピッチの格子10をウエハ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、ウエハ８面に垂直な回折光13がウエハ上の
格子10から得られる。第１図（ｃ）に示すようにウエハ
８から垂直に回折された光13は、レチクルからの０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４の順に戻り、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。
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、ウエハ８面に垂直な回折光13がウエハ上の
格子10から得られる。第１図（ｃ）に示すようにウエハ
８から垂直に回折された光13は、レチクルからの０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４の順に戻り、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6b,6cを設定することができる。
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6b,6cを設定することができる。
ウエハ上の格子10と干渉縞９がほぼ平行であるときは、
共役な２光束11,12に対するウエハからの回折光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とウエハ上の格
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エハ上
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。
共役な２光束11,12に対するウエハからの回折光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とウエハ上の格
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エハ上
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、レチクルとウエハとを波長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でウエ
ハ上のレジストにパターン露光する。
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でウエ
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エ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図に示したように、レジストの感光波長範囲240nm
〜340nmから外れた領域の位置合わせ用光源、たとえば3
51nm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。また、
レチクルの格子に対してウエハの格子のずれを直接的に
計測できるため、マスクの位置変動などに対しても、高
精度に位置合わせすることができる。
としてレチクル上のパターンをウエ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図に示したように、レジストの感光波長範囲240nm
〜340nmから外れた領域の位置合わせ用光源、たとえば3
51nm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。また、
レチクルの格子に対してウエハの格子のずれを直接的に
計測できるため、マスクの位置変動などに対しても、高
精度に位置合わせすることができる。
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（ｂ）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、５……第２のレンズ、７……投影レ
ンズ、８……ウエハ、10,20……格子。
図、第１図（ｂ）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、５……第２のレンズ、７……投影レ
ンズ、８……ウエハ、10,20……格子。
Claims (1)
- 【請求項１】波長λ１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λ２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λ２で設定されており、さらに、前記
波長λ１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λ１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
λ１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λ１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
λ２の光で露光することを特徴とする露光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61099645A JPH07122565B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61099645A JPH07122565B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255805A JPS62255805A (ja) | 1987-11-07 |
| JPH07122565B2 true JPH07122565B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=14252787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61099645A Expired - Lifetime JPH07122565B2 (ja) | 1985-10-11 | 1986-04-30 | 露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122565B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| 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 |
| JPH0269926A (ja) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位置合せ光学装置 |
| US7528953B2 (en) * | 2005-03-01 | 2009-05-05 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Target acquisition and overlay metrology based on two diffracted orders imaging |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60136313A (ja) * | 1983-12-26 | 1985-07-19 | Hitachi Ltd | アライメント方法 |
| JPS6173958A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 露光装置 |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP61099645A patent/JPH07122565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255805A (ja) | 1987-11-07 |
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