JPH0722103B2 - 投影型露光装置 - Google Patents

投影型露光装置

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JPH0722103B2
JPH0722103B2 JP60208396A JP20839685A JPH0722103B2 JP H0722103 B2 JPH0722103 B2 JP H0722103B2 JP 60208396 A JP60208396 A JP 60208396A JP 20839685 A JP20839685 A JP 20839685A JP H0722103 B2 JPH0722103 B2 JP H0722103B2
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JP
Japan
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wavelength
optical system
light
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reticle
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誠 上原
享幸 村松
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Nikon Corp
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、半導体製造リソグラフィ工程に用いられる投
影型露光装置に関する。
(発明の背景) 一般に、半導体製造リソグラフィ工程は、レジスト塗
布、アライメント、露光および現像の各工程から成り、
半導体製造に際し、各ウェハ毎にエッチングやデポジシ
ョンを交えて複数回のリソグラフィ工程が必要になる。
投影型露光装置は、このような半導体製造リソグラフィ
工程のうちのアライメント工程を行なうアライメント光
学系と露光工程を行なう露光用照明光学系とを備えてい
る。
ここでのアライメントとは、第1回目の露光時には、ア
ライメントマークとしてキーマークをウェハ上に焼き付
け、第2回目以降の露光時には、レチクル上のアライメ
ントマークの像とウェハ上のアライメントマークの像と
を重ね合せ、レチクルとウェハとを相対的に移動するこ
とにより該両マークの像を合致させ、レチクルとウェハ
とを所定の関係に配置する操作を意味する。
そして、投影型露光装置において、前記露光用照明光学
系の光源としては、例えばg線(436nm)やi線(365n
m)等の輝線スペクトルを発する水銀ランプ等が使用さ
れ、レチクル上のパターンをウェハ上に転写する投影対
物レンズは、g線(436nm)、i線(365nm)等のいずれ
かの露光波長の輝線スペクトル近傍に対してのみ高い光
学性能を持つように色収差補正されて設計されている。
したがって、投影対物レンズを介してレチクルとウェハ
との位置合せを行なうTTL方式のアライメント光学系
は、前記露光波長と同一又は、色収差補正がなされた波
長域の光をアライメント光として用いることが望まし
い。
さらに、歩留り(スループット)を向上させるために
は、レチクル上のアライメントマークは、半導体回路を
構成するレチクル上のパターン(以下、ショットと呼
ぶ)の外周近傍あるいはショット内に設けることが望ま
しい。
これらの条件により、従来の投影型露光装置としては、
第3図に示すように、アライメント光学系のミラーが露
光時に退避するミラー退避型が主流をしめていた。
第3図に示す従来の投影型露光装置は、投影対物レンズ
1を通してレチクル2とウェハ3との位置合せを行なう
アライメント光学系の対物レンズ4L、4Rおよび落射ミラ
ー5L、5Rと、レチクル2上のパターンを投影対物レンズ
1を介してウェハ3上に転写露光する露光用照明光学系
のメインコンデンサ6とから成り、該アライメント光学
系が前記ショットの外周近傍あるいはショット内に設け
られたアライメントマークを観察して位置合せをする場
合には、前記落射ミラー5L、5Rはメインコンデンサー6
からの照明光束の一部を遮る突出位置にあり、露光時に
は該落射ミラー5L、5Rを該突出位置から図の矢印方向に
退避させるように構成されている。
しかしながら、このような従来の投影型露光装置では、
アライメント時には前記落射ミラー5L、5Rを前記突出位
置に挿入し、露光時には該落射ミラー5L、5Rを該突出位
置から退避させる必要があるので、作業能率が悪く、ス
ループットも悪く、該落射ミラー5L、5Rを図の矢印方向
に摺動させる機構が必要となるため、装置全体の構成が
複雑となり、アライメントの終了後に前記落射ミラー5
L、5Rを該突出位置から退避させてから露光が完了する
まで、レチクル2、投影対物レンズ1およびウェハ3を
アライメントされた位置関係に維持するだけの剛性が装
置に要求され、この要求が満たされない場合には完全な
ダイ・バイ・ダイ・点TTLアライメントができず、さら
には、前記落射ミラー5L、5Rの移動によりレチクル2上
にホコリ等が落ちることがあり、不良品の発生率が増加
してしまうという問題点があった。
(発明の目的) 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、各露光時にアライメント光学系の一部を露光用
照明光学系の光束外に退避させる必要をなくすことによ
り、スループットを向上させ、装置全体の構成を簡単に
した投影型露光装置を提供することを目的としている。
(発明の概要) かかる目的を達成するための本発明の要旨は、第1波長
光によってレチクル上のパターンを投影対物レンズを介
してウェハ上に転写するための露光用照明光学系と、該
第1波長光よりも長い波長の第2波長光によって、前記
投影対物レンズを通してレチクルとウェハとの位置合せ
を行うためのアライメント光学系とを有する投影型露光
装置において、前記レチクルと前記露光用照明光学系と
の間に、前記第1波長光を反射すると共に前記第2波長
光を透過させる面を持つ波長分別反射光学部材を設け、
該波長分別反射光学部材の反射光路上に前記露光用照明
光学系を配置し、その透過光路上に前記アライメント光
学系を配置し、前記波長分別反射光学部材と前記アライ
メント光学系との間の前記反射光路上に前記反射分別反
射光学部材により生じる非点収差を補正する非点収差補
正部材を設け、前記アライメント光学系は、前記投影対
物レンズの光軸に垂直な方向に移動可能であり、前記投
影対物レンズは、前記第1波長および前記第2波長光に
対して色収差の補正が成されていることを特徴とする投
影型露光装置に存する。
そして、上記投影型露光装置では、前記アライメント光
学系からの第2波長光は前記波長分別反射光学部材を透
過してレチクル上に照射され、該アライメント光学系は
該第2波長光によってレチクルとウェハとの位置合せを
行ない、露光時には前記露光用照明光学系からの第1波
長光は前記波長分別反射光学部材で反射されてレチクル
上に照射され、該露光用照明光学系は該第1波長光によ
ってレチクル上のパターンをウェハ上に転写するように
成っている。
(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第1図および第2図は本発明の一実施例を示している。
第1図に示す投影型露光装置は、第1波長光(波長がλ
1の光)によってレチクル2上のパターンを投影対物レ
ンズ1を介してウェハ3上に転写するための露光用照明
光学系10と、該第1波長光よりも長い波長の第2波長光
(波長がλ2の光)によって、投影対物レンズ1を遠し
てレチクル2とウェハ3との位置合せを行なうためのア
ライメント光学系20と、第1波長光を反射すると共に第
2波長光を透過する波長分別反射光学部材としてのダイ
クロイックミラー30とから構成されている。
該ダイクロイックミラー30は投影対物レンズ1の光軸に
対して45度傾けて設けられており、該ダイクロイックミ
ラー30の反射光路上には露光用照明光学系10のメインコ
ンデンサ11が配置されている。該ダイクロイックミラー
30゜の透過光路上には、アライメント光学系20を構成す
る対物レンズ21L、21Rおよび非点収差補正用の平行平面
板22L、22Rがそれぞれ配置されている。
平行平面板22L、22Rは、非平行光路中に斜設されたダイ
クロイックミラー30で発生する非点収差を相殺するため
に、光軸に対して、ダイクロイックミラー30と逆向きに
等しい角度(45゜)の傾斜で配置されている。
前記投影対物レンズ1は、前記第1波長光および第2波
長光に対して色収差の補正が成されている。
第2図はダイクロイックミラー30の光学性能を示したグ
ラフである。第2図に示すように、ダイクロイックミラ
ー30は、λ1nmの第1波長光を100%反射し、λ2nmの第
2波長光に対しては、P方向の偏光成分を100%透過す
ると共にS方向の偏光成分を100%反射するように、該
ダイクロイックミラー30の薄膜設計が成されている。
さらに、投影対物レンズ1に対するレチクル2側の所定
の開口数(NA)の光束が均等的にダイクロイックミラー
30を透過又は反射しなければならない。具体的には、薄
膜特性上NA=0.1は約±3nmの波長シフトに相当するた
め、λ1より±3nmシフトした波長の光についてもほぼ1
00%反射され、かつλ2より±3nmシフトした波長の光
については、P方向の偏光成分がほぼ100%透過される
ように、該ダイクロイックミラー30の薄膜設計が成され
ている。縮小投影型露光装置に用いられる投影レンズ
は、通常5〜10倍の縮小率を持ち、ウェハ側でNA=0.35
程度であるためレチクル側では0.07〜0.035のNAを有
し、ダイクロイックミラーとしては、NA=0.1に相当す
る光線に対しても均一な特性を持つことが必要であるか
らである。第2図に示したダイクロイックミラーの特性
図中に記したごとく、露光光λ1に対する幅Δλ1及び
アライメント光λ2に対する幅Δλ2は共にNA=0.1に
相対する波長シフト範囲であり、このような範囲におい
ても特性が安定である。
前記第1波長光としては、具体的には表1の左欄に示す
ような第1波長を持った光で、光源としてはHgランプ、
エキシマレーザ等が使用できる。また、前記第2波長光
としては、具体的には表1の右欄に示すような第2波長
を持った光で、光源としてはHeCdレーザ、色素レーザ、
Hgランプ等が使用できる。
以下、作用を説明する。
投影対物レンズ1を通してレチクル2とウェハ3とのア
ライメントを行なう際には、アライメント光学系20の不
図示の光源から発せられた第2波長光は、対物レンズ21
L、21Rおよび平行平面板22L、22Rを透過した後、ダイク
ロイックミラー30に送られる。ここで、該第2波長光の
P方向の偏光成分がダイクロイックミラー30をほぼ100
%透過する。
該ダイクロイックミラー30を透過した第2波長光はレチ
クル2に入射すると共に投影対物レンズ1を介してウェ
ハ3に入射し、該ウェハ3およびレチクル2で反射され
た第2波長光が再びダイクロイックミラー30を透過す
る。このときも該第2波長光のP方向の偏光成分はダイ
クロイックミラー30をほぼ100%透過する。該ダイクロ
イックミラー30を透過した第2波長光は平行平面板22
L、22Rおよび対物レンズ21L、21Rに戻り、アライメント
光学系20によってレチクル上のアライメントマークの像
とウェハ上のアライメントマークの像とを観察し、レチ
クルとウェハとを相対的に移動することにより該両マー
クの像を合致させ、レチクルとウェハとを所定の関係に
配置する。
このようにしてアライメントを終了した状態で、露光に
先立って上記従来例のように前記アライメント光学系20
の一部、例えば対物レンズ21L、21Rや平行平面板22L、2
2R等を露光用照明光学系10からの光束外に退避させる必
要はなく、該アライメント光学系20は上記アライメント
時の位置のままでよい。
レチクル2上のパターンを投影対物レンズ1を介してウ
ェハ3上に転写露光する際には、露光用照明光学系10の
不図示の光源から発せられた第1波長光は、メインコン
デンサ11によってダイクロイックミラー30に送られる。
ここで、該第1波長光はダイクロイックミラー30によっ
て、第2図の特性に従ってほぼ100%反射され、レチク
ル2上に照射され、該レチクル2上のパターンは投影対
物レンズ1によってウェハ3上に転写される。
このように、アライメントと露光とを繰り返す際に、前
記アライメント光学系20の一部を露光用照明光学系10か
らの第1波長光の光束外に退避させたりする必要がな
く、作業能率が極めて良い。
なお、上記実施例において、アライメントの検出能力を
高めるためには、前記第2波長光としてレーザを用いる
ことが望ましいが、原理的には該第2波長光は通常の光
源光でもよい。
また、上記実施例において、前記アライメント光学系20
の対物レンズ21L、21Rおよび平行平面板22L、22Rを投影
対物レンズ1の光軸に垂直な方向に移動可能と成し、該
アライメント光学系20が任意の位置にあるアライメント
マークを観察できるように構成してもよい。
なお、上記実施例では、アライメント光学系20に2組の
対物レンズ21L、21Rおよび平行平面板22L、22Rを設けた
が、該対物レンズ21L、21Rおよび平行平面板22L、22Rの
数は2組に限定されるものではない。
また、ダイクロイックミラー30に対して、露光用照明光
学系の光軸が入射角45゜となるように配置したが、これ
に限らず、入射角がより小さい角度になるようにするこ
とによってダイクロイックミラーのS偏光とP偏光とに
対する特性の差を小さくすることが可能である。このよ
うな場合にも、平行平面板22L、22Rは、光軸に垂直な平
面に関してダイクロイックミラーと対称になるように配
置すればよい。
さらに、上記実施例において、前記波長分別反射光学部
材としてダイクロイックミラー30の代りにダイクロイッ
クプリズムを用いた場合には、前記平行平面板22L、22R
が不要となり、構成を簡単にすることが可能である。
(発明の効果) 本発明に係る投影型露光装置によれば、各露光時にアラ
イメント光学系の一部を露光用照明光学系の光束外に退
避させる必要がないので、作業能率が向上すると共にス
ループットも向上し、該アライメント光学系の一部を退
避させるための機構が不要なため、装置全体の構成が簡
単となり、露光時間中において常にアライメントが可能
であるので、レチクル、投影対物レンズおよびウェハの
相対位置関係がズレても、該ズレ量を補正しながら露光
を行なえ、完全なダイ・バイ・ダイ・TTLアライメント
が可能となり、さらには、レチクルの上方で光学部材が
移動したりしないので、該レチクル上にホコリが落ちる
ことが少なくなり、その分だけ不良品の発生率を減少さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例を示しており、
第1図は投影型露光装置を示す光学系の概略的な配置
図、第2図は波長分別反射光学部材の光学特性を示すグ
ラフ、第3図は従来の投影型露光装置を示す光学系の概
略的な配置図である。 1……投影対物レンズ、2……レチクル 3……ウェハ、10……露光用照明光学系 20……アライメント光学系 30……ダイクロイックミラー(波長分別反射光学部材)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1波長光によってレチクル上のパターン
    を投影対物レンズを介してウェハ上に転写するための露
    光用照明光学系と、該第1波長光よりも長い波長の第2
    波長光によって、前記投影対物レンズを通してレチクル
    とウェハとの位置合せを行うためのアライメント光学系
    とを有する投影型露光装置において、 前記レチクルと前記露光用照明光学系との間に、前記第
    1波長光を反射すると共に前記第2波長光を透過させる
    面を持つ波長分別反射光学部材を設け、 該波長分別反射光学部材の反射光路上に前記露光用照明
    光学系を配置し、その透過光路上に前記アライメント光
    学系を配置し、 前記波長分別反射光学部材と前記アライメント光学系と
    の間の前記反射光路上に前記反射分別反射光学部材によ
    り生じる非点収差を補正する非点収差補正部材を設け、 前記アライメント光学系は、前記投影対物レンズの光軸
    に垂直な方向に移動可能であり、 前記投影対物レンズは、前記第1波長および前記第2波
    長光に対して色収差の補正が成されていることを特徴と
    する投影型露光装置。
JP60208396A 1985-09-20 1985-09-20 投影型露光装置 Expired - Lifetime JPH0722103B2 (ja)

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JPS6267820A JPS6267820A (ja) 1987-03-27
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JPH0612754B2 (ja) * 1984-02-24 1994-02-16 株式会社日立製作所 投影露光装置

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