JPH0968416A - 物体の像観察方法及び該方法を用いた観察装置 - Google Patents
物体の像観察方法及び該方法を用いた観察装置Info
- Publication number
- JPH0968416A JPH0968416A JP7248711A JP24871195A JPH0968416A JP H0968416 A JPH0968416 A JP H0968416A JP 7248711 A JP7248711 A JP 7248711A JP 24871195 A JP24871195 A JP 24871195A JP H0968416 A JPH0968416 A JP H0968416A
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- Japan
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- image
- convex lens
- observing
- optical system
- unit
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- Pending
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Lenses (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 厳しい姿勢精度を要求される反射部材を用い
た光学系による物体の像観察において、該反射部材の姿
勢変化による影響を補正し、軽減する構成を提供するこ
と。 【解決手段】 姿勢の安定性を要求されるミラー等の反
射部材に凸レンズを貼り付けて一体化したユニットする
構成とし、更に該凸レンズの焦点距離を該ユニットの振
動中心からの距離とほぼ等しくすること。
た光学系による物体の像観察において、該反射部材の姿
勢変化による影響を補正し、軽減する構成を提供するこ
と。 【解決手段】 姿勢の安定性を要求されるミラー等の反
射部材に凸レンズを貼り付けて一体化したユニットする
構成とし、更に該凸レンズの焦点距離を該ユニットの振
動中心からの距離とほぼ等しくすること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は物体の像観察方法及
び該方法を用いた観察装置に関するもので、特に半導体
ＩＣやＬＳＩを製造する半導体投影露光装置のように物
体の位置を該物体の像を観察して高精度に検出し、該検
出情報に基づいて位置合わせを行う観察装置に好適なも
のである。
び該方法を用いた観察装置に関するもので、特に半導体
ＩＣやＬＳＩを製造する半導体投影露光装置のように物
体の位置を該物体の像を観察して高精度に検出し、該検
出情報に基づいて位置合わせを行う観察装置に好適なも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体技術の進展は近年ますます速度を
増しており、それに伴って微細加工技術の進展も著しい
ものがある。特にその中心をなす半導体投影露光装置を
用いた光加工技術は１ＭＤＲＡＭを境にサブミクロンの
領域に踏み込んだ。
増しており、それに伴って微細加工技術の進展も著しい
ものがある。特にその中心をなす半導体投影露光装置を
用いた光加工技術は１ＭＤＲＡＭを境にサブミクロンの
領域に踏み込んだ。
【０００３】解像力を向上させる手段として半導体投影
露光装置に対して過去行われてきたのは、波長を固定し
て投影光学系のＮＡを大きくしていく手法や、露光波長
をｇ線からｉ線、さらにはエキシマレーザの発振波長と
いうようにより短波長化していく手法である。また最近
は実用化レベルとなったハーフトーンタイプに代表され
る位相シフトマスク技術や変形照明技術等の更なる微細
化の手段が提案され、光露光による光加工の限界を広げ
る試みが行われている。
露光装置に対して過去行われてきたのは、波長を固定し
て投影光学系のＮＡを大きくしていく手法や、露光波長
をｇ線からｉ線、さらにはエキシマレーザの発振波長と
いうようにより短波長化していく手法である。また最近
は実用化レベルとなったハーフトーンタイプに代表され
る位相シフトマスク技術や変形照明技術等の更なる微細
化の手段が提案され、光露光による光加工の限界を広げ
る試みが行われている。
【０００４】一方、解像力向上に伴って、半導体投影露
光装置におけるウエハーとレチクルを相対位置合わせす
るアライメントについても高精度化が必要とされてい
る。従来行われているアライメントでは、ウエハー面に
形成したアライメントマークを投影レンズ等の光学系を
介してＣＣＤカメラ等の撮像素子上に結像投影し、その
電気信号を画像処理してウエハーの位置情報を得てい
る。
光装置におけるウエハーとレチクルを相対位置合わせす
るアライメントについても高精度化が必要とされてい
る。従来行われているアライメントでは、ウエハー面に
形成したアライメントマークを投影レンズ等の光学系を
介してＣＣＤカメラ等の撮像素子上に結像投影し、その
電気信号を画像処理してウエハーの位置情報を得てい
る。
【０００５】このウエハー像を検出する方法として半導
体投影露光装置で行われている方式は次の３つに分類す
ることができる。
体投影露光装置で行われている方式は次の３つに分類す
ることができる。
【０００６】露光光TTL 方式 …露光光を用い、投影
光学系を通す方式 Off-Axis方式 …非露光光を用い、投影光学系を通
さない方式 非露光光TTL 方式…非露光光を用い、投影光学系を通
す方式 現在のｉ線ステッパーはレジスト特性やベースラインの
安定性、装置の規模、価格などからの非露光光TTL 方
式を最適なアライメント方式として使用している。レチ
クルのパターンをウエハーに転写する投影光学系は露光
波長に対してのみ収差補正されており、非露光光TTL 方
式で用いるアライメント波長での投影光学系によるウエ
ハー像には収差が存在する。このため、ウエハーの位置
情報を高精度で検出するには後続の検出系で何らかの補
正を行わなければならない。
光学系を通す方式 Off-Axis方式 …非露光光を用い、投影光学系を通
さない方式 非露光光TTL 方式…非露光光を用い、投影光学系を通
す方式 現在のｉ線ステッパーはレジスト特性やベースラインの
安定性、装置の規模、価格などからの非露光光TTL 方
式を最適なアライメント方式として使用している。レチ
クルのパターンをウエハーに転写する投影光学系は露光
波長に対してのみ収差補正されており、非露光光TTL 方
式で用いるアライメント波長での投影光学系によるウエ
ハー像には収差が存在する。このため、ウエハーの位置
情報を高精度で検出するには後続の検出系で何らかの補
正を行わなければならない。
【０００７】この収差の一つに軸上色収差がある。図７
は軸上色収差の発生状態を示したもので、ウエハーＷの
像は投影光学系ＰＬによりレチクル面１２より軸上色収
差ＣＡ分だけずれた位置に形成される。このため従来は
図１２に示したようにレチクル１２と投影光学系ＰＬの
間にミラーＭを配置して結像光束を取り出して像Ｉを形
成させ、その後に検出系ＤＳを配置する構成が取られて
いた。
は軸上色収差の発生状態を示したもので、ウエハーＷの
像は投影光学系ＰＬによりレチクル面１２より軸上色収
差ＣＡ分だけずれた位置に形成される。このため従来は
図１２に示したようにレチクル１２と投影光学系ＰＬの
間にミラーＭを配置して結像光束を取り出して像Ｉを形
成させ、その後に検出系ＤＳを配置する構成が取られて
いた。
【０００８】検出系の構成については本出願人から特開
平3-61802 号公報等に開示された提案が行われており、
また検出した像情報から位置を検出する処理方式として
は特開昭62-232504 号公報に開示されたパターンマッチ
ング検出法等が提案されている。
平3-61802 号公報等に開示された提案が行われており、
また検出した像情報から位置を検出する処理方式として
は特開昭62-232504 号公報に開示されたパターンマッチ
ング検出法等が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら解像
性能の微細化に伴ってアライメントの高精度化が必要と
されると図８のミラーＭの姿勢の安定性が問題となって
くる。ここでミラーＭの姿勢精度をθとし、ミラーＭと
ウエハー像Ｉとの距離をＬ’、ウエハーＷの結像倍率を
βとすると、ずれとなるΔはウエハー上で Δ＝Ｌ’tan( 2θ) ／β (1) と表される。θをウエハーのアライメントの間に発生す
る姿勢差とするとΔはアライメント精度の劣化に対応す
る。θの影響は、もしθの発生がウエハーのアライメン
ト時間内といった短時間であればアライメントのばらつ
きとなり、長時間のゆっくりした変動であれば長期的な
ベースライン変動となって現われる。姿勢精度の安定化
のために熱膨張の低い材質を使用したりする対策が行わ
れているが、一般には材質が高価で加工しにくいという
問題を抱えている。
性能の微細化に伴ってアライメントの高精度化が必要と
されると図８のミラーＭの姿勢の安定性が問題となって
くる。ここでミラーＭの姿勢精度をθとし、ミラーＭと
ウエハー像Ｉとの距離をＬ’、ウエハーＷの結像倍率を
βとすると、ずれとなるΔはウエハー上で Δ＝Ｌ’tan( 2θ) ／β (1) と表される。θをウエハーのアライメントの間に発生す
る姿勢差とするとΔはアライメント精度の劣化に対応す
る。θの影響は、もしθの発生がウエハーのアライメン
ト時間内といった短時間であればアライメントのばらつ
きとなり、長時間のゆっくりした変動であれば長期的な
ベースライン変動となって現われる。姿勢精度の安定化
のために熱膨張の低い材質を使用したりする対策が行わ
れているが、一般には材質が高価で加工しにくいという
問題を抱えている。
【００１０】解像性能の向上で述べたように半導体投影
露光装置の露光波長はｇ線からｉ線( 366nm ) 、更にエ
キシマレーザ発振波長（例えば 248nm )というように短
波長化する傾向にある。アライメント波長として He-Ne
レーザの 633nmの発振波長を使用するとすると、露光波
長との差は大きくなり投影光学系で発生する色収差はま
すます増大する。このことを軸上色収差で言えば図８の
Ｌ’が大きくなり、(1) 式よりずれ量Δが大きくなっ
て、θの影響が増大することになる。
露光装置の露光波長はｇ線からｉ線( 366nm ) 、更にエ
キシマレーザ発振波長（例えば 248nm )というように短
波長化する傾向にある。アライメント波長として He-Ne
レーザの 633nmの発振波長を使用するとすると、露光波
長との差は大きくなり投影光学系で発生する色収差はま
すます増大する。このことを軸上色収差で言えば図８の
Ｌ’が大きくなり、(1) 式よりずれ量Δが大きくなっ
て、θの影響が増大することになる。
【００１１】一方、解像する線幅は短波長化に従って微
細化するためアライメント精度も比例して厳しくなり、
反射ミラーの姿勢精度も更に高精度が必要とされる。姿
勢精度には温度との関係があるため、例えば姿勢と装置
の温度との間に再現性のある相関を取れれば、温度をモ
ニターしてズレ量Δを求めソフト補正することができ
る。しかし温度の影響の誤差は装置毎に異なるので、補
正のためのデータテーブルを装置１台１台で作成する必
要があるといった煩雑さを要する。
細化するためアライメント精度も比例して厳しくなり、
反射ミラーの姿勢精度も更に高精度が必要とされる。姿
勢精度には温度との関係があるため、例えば姿勢と装置
の温度との間に再現性のある相関を取れれば、温度をモ
ニターしてズレ量Δを求めソフト補正することができ
る。しかし温度の影響の誤差は装置毎に異なるので、補
正のためのデータテーブルを装置１台１台で作成する必
要があるといった煩雑さを要する。
【００１２】また該ソフト補正においては装置の設置場
所の移動、あるいは空調条件の変化等、使用条件が変わ
った場合に前述のテーブルの値が変化してしまい、再度
データを取り直す必要がある。このような制約条件は煩
雑なだけでなく、装置を使用できない時間が長くなるた
め、トータルのスループット低下の原因となる。
所の移動、あるいは空調条件の変化等、使用条件が変わ
った場合に前述のテーブルの値が変化してしまい、再度
データを取り直す必要がある。このような制約条件は煩
雑なだけでなく、装置を使用できない時間が長くなるた
め、トータルのスループット低下の原因となる。
【００１３】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、露光波長が短波長化して前記ミラーの姿勢に対する
要求精度が厳しくなっても、その影響を補正しズレを発
生させない、もしくはズレを軽減する構成を持つ物体の
像観察方法、及び該方法を用いた半導体投影露光装置等
の観察装置を提供することを目的としている。
で、露光波長が短波長化して前記ミラーの姿勢に対する
要求精度が厳しくなっても、その影響を補正しズレを発
生させない、もしくはズレを軽減する構成を持つ物体の
像観察方法、及び該方法を用いた半導体投影露光装置等
の観察装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するため、アライメント信号を与える光束を投影光学
系から取り出すミラーを該ミラーと凸レンズを貼り付け
て一体化したユニットとする構成とし、更に該凸レンズ
の焦点距離を該ユニットの振動中心からの距離と等しく
することを特長とする。
成するため、アライメント信号を与える光束を投影光学
系から取り出すミラーを該ミラーと凸レンズを貼り付け
て一体化したユニットとする構成とし、更に該凸レンズ
の焦点距離を該ユニットの振動中心からの距離と等しく
することを特長とする。
【００１５】本発明の構成によれば前記ミラーの姿勢変
化によるズレの発生を光学系の構成で補正できるため、
高価でかつ加工しにくい熱膨張係数の低い材質を使用し
なくても、微細化で必要とされる高精度なアライメント
の達成が可能となる。またハード的に補正を行うため煩
雑なソフト補正も不要で、前述のトータルなスループッ
ト低下の問題から免れることが可能である。
化によるズレの発生を光学系の構成で補正できるため、
高価でかつ加工しにくい熱膨張係数の低い材質を使用し
なくても、微細化で必要とされる高精度なアライメント
の達成が可能となる。またハード的に補正を行うため煩
雑なソフト補正も不要で、前述のトータルなスループッ
ト低下の問題から免れることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した半導体素
子製造用の投影露光装置等の観察装置の原理を示すもの
である。図中、従来例と同一の構成要素には同じ記号が
付されている。図１でＲはレチクルで、該レチクル上の
パターンが投影光学系ＰＬによって露光波長でウエハー
Ｗ上に結像される。アライメント用の光学系は後の図で
詳細に説明するが、本発明の特長となる部分はアライメ
ント用の光を取り出すミラーと凸レンズが一体となった
一体化ユニットが配置されている点にある。
子製造用の投影露光装置等の観察装置の原理を示すもの
である。図中、従来例と同一の構成要素には同じ記号が
付されている。図１でＲはレチクルで、該レチクル上の
パターンが投影光学系ＰＬによって露光波長でウエハー
Ｗ上に結像される。アライメント用の光学系は後の図で
詳細に説明するが、本発明の特長となる部分はアライメ
ント用の光を取り出すミラーと凸レンズが一体となった
一体化ユニットが配置されている点にある。
【００１７】観察対象物体であるウエハーＷにはミラー
を含む一体化ユニットに続く不図示の光学系から照明光
が与えられる。ウエハーＷからの反射光ＲＬは投影光学
系ＰＬを通過して凸レンズＣＶＬに入射しする。凸レン
ズＣＶＬは全反射ミラーＴＲＭの働きをする面を持つプ
リズムＰに貼り合わされており、ミラーＴＲＭの反射面
からＬの距離にあるＩ’の位置にウエハーＷの像を形成
する。プリズムＰを支持する構成から、該一体化ユニッ
トの振動中心ＶＣが決定される。
を含む一体化ユニットに続く不図示の光学系から照明光
が与えられる。ウエハーＷからの反射光ＲＬは投影光学
系ＰＬを通過して凸レンズＣＶＬに入射しする。凸レン
ズＣＶＬは全反射ミラーＴＲＭの働きをする面を持つプ
リズムＰに貼り合わされており、ミラーＴＲＭの反射面
からＬの距離にあるＩ’の位置にウエハーＷの像を形成
する。プリズムＰを支持する構成から、該一体化ユニッ
トの振動中心ＶＣが決定される。
【００１８】ここで振動中心ＶＣからプリズムの反射点
までの空気換算距離をＬc とし、振動により該ユニット
が角度θ傾いたとすると、ミラーの傾きによるずれ量δ
1 は次の式で与えられる。
までの空気換算距離をＬc とし、振動により該ユニット
が角度θ傾いたとすると、ミラーの傾きによるずれ量δ
1 は次の式で与えられる。
【００１９】 δ1 ＝Ｌ tanθ (2) 一方、凸レンズの面頂点のずれ量Ｅは Ｅ ＝Ｌc tan θ (3) である。図２に焦点距離ｆのレンズの面頂点がＥずれた
場合の結像状態を示す。レンズに平行な光が入射する
と、本来ＩB に形成されるべき像は像面でＥずれたＩA
の位置に形成される。従って、レンズに入射する光束の
中心を示す主光線は該レンズを出射後 Ｅ／ｆ＝ tanα (4) を満たす角度αだけ傾く。角度αによるウエハー像面
Ｉ’でのズレ量δ2 は δ2 ＝Ｌ tanα (5) で求まる。なおズレる方向は偏心した方向と一致する。
場合の結像状態を示す。レンズに平行な光が入射する
と、本来ＩB に形成されるべき像は像面でＥずれたＩA
の位置に形成される。従って、レンズに入射する光束の
中心を示す主光線は該レンズを出射後 Ｅ／ｆ＝ tanα (4) を満たす角度αだけ傾く。角度αによるウエハー像面
Ｉ’でのズレ量δ2 は δ2 ＝Ｌ tanα (5) で求まる。なおズレる方向は偏心した方向と一致する。
【００２０】図３は本発明の特長をなす一体化ユニット
を図１の装置の上面、即ち投影光学系の光軸方向から観
察した状態を示す。図１で言うとＶＰの方向からの観察
となり、プリズムＰの下に凸レンズＣＶＬが配置され
る。図３ａは正規の状態を示すもので、観察対象物体の
ウエハーの共役位置から離れた位置に配置されている一
体化ユニットを介して、Ｉ’にウエハーの像が形成され
る。これに対し図３ｂ以下はＶＣを振動中心として一体
化ユニット全体が角度θだけ傾いた場合に起こる現象の
説明図である。一体化ユニットは破線で示された元の状
態から実線で示された位置に移動している。
を図１の装置の上面、即ち投影光学系の光軸方向から観
察した状態を示す。図１で言うとＶＰの方向からの観察
となり、プリズムＰの下に凸レンズＣＶＬが配置され
る。図３ａは正規の状態を示すもので、観察対象物体の
ウエハーの共役位置から離れた位置に配置されている一
体化ユニットを介して、Ｉ’にウエハーの像が形成され
る。これに対し図３ｂ以下はＶＣを振動中心として一体
化ユニット全体が角度θだけ傾いた場合に起こる現象の
説明図である。一体化ユニットは破線で示された元の状
態から実線で示された位置に移動している。
【００２１】図３ｂはミラーが傾いたことによる影響成
分のみを取り出して示した図で、光線は凸レンズＣＶＬ
の下側より一体化ユニットに入射し、プリズムＰの全反
射ミラーＴＲＭが角度θ傾いたことで、同じ角度θ傾い
た光線となる。ミラーによる影響分Δ1 はウエハーの像
面Ｉ’で Δ1 ＝Ｌ tanθ (6) となる。一方、図３ｃは凸レンズＣＶＬがずれたことに
よる影響成分のみを取り出して図示したものである。振
動中心ＶＣと一体化ユニットの中心軸との距離をＬc と
して、角度θ傾いたとすると、レンズの面頂点のずれ量
Ｅは Ｅ＝Ｌc tan θ (7) 主光線は光線の中心の挙動を示すので、凸レンズＣＶＬ
により光束は tanα1 ＝Ｅ／ｆ (8) を満たす角度α1 だけ曲げられる。ウエハーの像面Ｉ’
でのズレ量Δ2 はレンズからウエハー像面までの光路長
を空気換算した距離をＬ1 とすると Δ2 ＝−Ｌ1 tan α1 (9) となる。またここではα（α1)≧0、θ≧0 とし、方向性
を示すため図３ｂで示した方向へのミラーの傾きを＋
θ、図３ｃで示した凸レンズの面頂点の平行偏心で傾く
光線の角度を−α1 と定義する。レンズ面から全反射面
ＴＲＭまでの空気換算距離Ｌ2 と距離Ｌ、Ｌ1 との関係
は Ｌ1 ＝Ｌ＋Ｌ2 (10) である。図３ｂと図３ｃのΔ1 とΔ2 よりミラーの影響
と凸レンズの影響は互いに逆方向であることが解る。
分のみを取り出して示した図で、光線は凸レンズＣＶＬ
の下側より一体化ユニットに入射し、プリズムＰの全反
射ミラーＴＲＭが角度θ傾いたことで、同じ角度θ傾い
た光線となる。ミラーによる影響分Δ1 はウエハーの像
面Ｉ’で Δ1 ＝Ｌ tanθ (6) となる。一方、図３ｃは凸レンズＣＶＬがずれたことに
よる影響成分のみを取り出して図示したものである。振
動中心ＶＣと一体化ユニットの中心軸との距離をＬc と
して、角度θ傾いたとすると、レンズの面頂点のずれ量
Ｅは Ｅ＝Ｌc tan θ (7) 主光線は光線の中心の挙動を示すので、凸レンズＣＶＬ
により光束は tanα1 ＝Ｅ／ｆ (8) を満たす角度α1 だけ曲げられる。ウエハーの像面Ｉ’
でのズレ量Δ2 はレンズからウエハー像面までの光路長
を空気換算した距離をＬ1 とすると Δ2 ＝−Ｌ1 tan α1 (9) となる。またここではα（α1)≧0、θ≧0 とし、方向性
を示すため図３ｂで示した方向へのミラーの傾きを＋
θ、図３ｃで示した凸レンズの面頂点の平行偏心で傾く
光線の角度を−α1 と定義する。レンズ面から全反射面
ＴＲＭまでの空気換算距離Ｌ2 と距離Ｌ、Ｌ1 との関係
は Ｌ1 ＝Ｌ＋Ｌ2 (10) である。図３ｂと図３ｃのΔ1 とΔ2 よりミラーの影響
と凸レンズの影響は互いに逆方向であることが解る。
【００２２】本実施形態の好ましい例では振動中心ＶＣ
からプリズムの反射点までの距離Ｌc と凸レンズの焦点
距離ｆを Ｌc ＝ｆ (11) と等しくしている。θやαとして発生する角度は微小量
なので tan α≒α、 tan θ≒θ (12) と近似できる。また実際にはＬ＞＞Ｌ1 であるため Ｌ≒Ｌ1 (13) として前述のズレ量Δ1、Δ2 を求めると、 Δ1 ＝θＬ (14) Δ2 ＝−Ｌα＝−ＬＥ／ｆ＝−ＬＬc θ／ｆ＝−θＬ (15) 従って Δ1 ＝−Δ2 (16) となり、ミラーによるズレと凸レンズによるずれが完全
に打ち消し合う。
からプリズムの反射点までの距離Ｌc と凸レンズの焦点
距離ｆを Ｌc ＝ｆ (11) と等しくしている。θやαとして発生する角度は微小量
なので tan α≒α、 tan θ≒θ (12) と近似できる。また実際にはＬ＞＞Ｌ1 であるため Ｌ≒Ｌ1 (13) として前述のズレ量Δ1、Δ2 を求めると、 Δ1 ＝θＬ (14) Δ2 ＝−Ｌα＝−ＬＥ／ｆ＝−ＬＬc θ／ｆ＝−θＬ (15) 従って Δ1 ＝−Δ2 (16) となり、ミラーによるズレと凸レンズによるずれが完全
に打ち消し合う。
【００２３】このように反射ミラーと凸レンズを一体と
するユニットに構成し、該一体化ユニットのミラーの反
射点と振動中心との距離を前記凸レンズの焦点距離と等
しくすると、ミラーの傾き分と凸レンズの面頂点の平行
偏心による傾き分の影響が打ち消し合い、ズレを発生さ
せないことが可能となる。
するユニットに構成し、該一体化ユニットのミラーの反
射点と振動中心との距離を前記凸レンズの焦点距離と等
しくすると、ミラーの傾き分と凸レンズの面頂点の平行
偏心による傾き分の影響が打ち消し合い、ズレを発生さ
せないことが可能となる。
【００２４】図３ｄはＶＣを振動中心とする傾きのほか
に一体化ユニットに平行移動によるズレＥ’が発生した
場合を示したものである。傾きによる影響は図３ｂのミ
ラーによる光線傾きと図３ｃの凸レンズによる光線の曲
げ効果でキャンセルするが、平行ズレ成分Ｅ’について
は補正ができない。この平行ズレＥ’は投影光学系に軸
上色収差がない場合にも同じ敏感度で発生する成分であ
る。しかしながら前述したようにアライメント波長での
検出では大きな軸上色収差があり、実際は傾きによるズ
レが平行ズレＥ’よりはるかに大きな量となっている。
このため本発明のような物体の像観察方法及び該方法を
用いた半導体投影露光装置等の観察装置において、傾き
によるズレを発生させない補正は、アライメント精度劣
化の要因の影響を小さくするのに極めて有効である。
に一体化ユニットに平行移動によるズレＥ’が発生した
場合を示したものである。傾きによる影響は図３ｂのミ
ラーによる光線傾きと図３ｃの凸レンズによる光線の曲
げ効果でキャンセルするが、平行ズレ成分Ｅ’について
は補正ができない。この平行ズレＥ’は投影光学系に軸
上色収差がない場合にも同じ敏感度で発生する成分であ
る。しかしながら前述したようにアライメント波長での
検出では大きな軸上色収差があり、実際は傾きによるズ
レが平行ズレＥ’よりはるかに大きな量となっている。
このため本発明のような物体の像観察方法及び該方法を
用いた半導体投影露光装置等の観察装置において、傾き
によるズレを発生させない補正は、アライメント精度劣
化の要因の影響を小さくするのに極めて有効である。
【００２５】露光光と異なる波長でアライメントを行う
ことは検出系側の安定性だけでなく、レチクルパターン
をウエハー上に転写する投影光学系の安定性も精度劣化
の要因となる。投影光学系には該投影光学系の一部の光
学系部が光軸方向に移動して倍率を補正する機構が付け
られている。露光光がｉ線( 366nm ) でアライメント波
長が He-Neレーザ発振波長( 633nm ) である場合、前記
移動する光学系部が光軸方向だけでなく光軸と直交する
平面内で平行偏心あるいは傾きが発生すると、366nm と
633nmの波長が異なる分だけプリズム効果の量が異な
り、その差分がベースライン変動となる。
ことは検出系側の安定性だけでなく、レチクルパターン
をウエハー上に転写する投影光学系の安定性も精度劣化
の要因となる。投影光学系には該投影光学系の一部の光
学系部が光軸方向に移動して倍率を補正する機構が付け
られている。露光光がｉ線( 366nm ) でアライメント波
長が He-Neレーザ発振波長( 633nm ) である場合、前記
移動する光学系部が光軸方向だけでなく光軸と直交する
平面内で平行偏心あるいは傾きが発生すると、366nm と
633nmの波長が異なる分だけプリズム効果の量が異な
り、その差分がベースライン変動となる。
【００２６】露光光がエキシマレーザの発振波長（例え
ば 248nm )になると、アライメント光との波長差はます
ます大きくなり、前述のプリズム効果の差が大きくな
る。一方でアライメント精度は厳しくなるため、必要な
姿勢精度はますます厳しいものとなる。
ば 248nm )になると、アライメント光との波長差はます
ます大きくなり、前述のプリズム効果の差が大きくな
る。一方でアライメント精度は厳しくなるため、必要な
姿勢精度はますます厳しいものとなる。
【００２７】この場合は前記移動する光学系部の位置と
姿勢の再現性を利用して、例えば該位置をモニターする
ことによってズレ量Δを求め補正することが対策として
考えられる。位置と姿勢との相関は装置毎に異なるの
で、補正のためのデータテーブルは装置１台１台で作成
すれば良い。
姿勢の再現性を利用して、例えば該位置をモニターする
ことによってズレ量Δを求め補正することが対策として
考えられる。位置と姿勢との相関は装置毎に異なるの
で、補正のためのデータテーブルは装置１台１台で作成
すれば良い。
【００２８】図４は本発明の実施形態１で、本発明を半
導体露光装置のアライメント検出系に適用した例であ
る。He-Ne レーザーＨＮＬから射出した 633nmの光束は
ファイバーＦにより検出光学系に導かれる。He-Ne レー
ザーＨＮＬとファイバーＦの間には回転拡散板ＲＤＰが
配置され、ウエハーを照明した時にスペックルが発生し
ないようにしている。
導体露光装置のアライメント検出系に適用した例であ
る。He-Ne レーザーＨＮＬから射出した 633nmの光束は
ファイバーＦにより検出光学系に導かれる。He-Ne レー
ザーＨＮＬとファイバーＦの間には回転拡散板ＲＤＰが
配置され、ウエハーを照明した時にスペックルが発生し
ないようにしている。
【００２９】ファイバーＦからの光は照明と検出を兼ね
た光学系で構成されるアライメントスコープシステムＡ
ＳＯに導かれる。ファイバーＦの射出端はＡＳＯ内の照
明光学系ＩＬの焦点位置に配置される。Ｆを射出した光
束はＩＬの逆側の焦点位置でかつウエハーと光学的に共
役関係な位置にある視野絞りＦＳをケーラー照明する。
視野絞りＦＳの形状がウエハーの照明領域を限定する。
照明光学系ＩＬの中には別にアライメント検出系の瞳面
を構成する開口絞りＡＳが配置される。開口絞りＡＳの
大きさがアライメント検出系の照明のＮＡを決定する。
た光学系で構成されるアライメントスコープシステムＡ
ＳＯに導かれる。ファイバーＦの射出端はＡＳＯ内の照
明光学系ＩＬの焦点位置に配置される。Ｆを射出した光
束はＩＬの逆側の焦点位置でかつウエハーと光学的に共
役関係な位置にある視野絞りＦＳをケーラー照明する。
視野絞りＦＳの形状がウエハーの照明領域を限定する。
照明光学系ＩＬの中には別にアライメント検出系の瞳面
を構成する開口絞りＡＳが配置される。開口絞りＡＳの
大きさがアライメント検出系の照明のＮＡを決定する。
【００３０】視野絞りＦＳをケーラー照明した光束は偏
光ビームスプリッタＰＢＳを反射し、リレーＲＬ、λ/4
板ＰＳＰ、対物レンズＯＬを透過し、ミラーと凸レンズ
の一体構成プリズムＰＵに入射する。光束は更に投影光
学系ＰＬを透過してウエハーＷ上のアライメントマーク
ＡＭをケーラー照明する。アライメントマークＡＭで反
射した光束は投影光学系ＰＬから一体構成プリズムＰＵ
と来た光路を逆行し、対物レンズＯＬ、λ/4板ＰＳＰ、
リレーＲＬを透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳに到
達する。光束はλ/4板ＰＳＰの効果で今度はＰＢＳを透
過し、エレクターＥＬによりＣＣＤカメラＣＤに正立正
像でアライメントマークＡＭの像を結ぶ。このとき、ミ
ラーと凸レンズを一体化した一体構成プリズムＰＵの振
動中心ＶＣと前記ミラーの反射点までの距離を前記凸レ
ンズの焦点距離と等しくなるように構成することによ
り、本発明の目的である傾き効果の補正が実現され、高
精度なアライメントが可能となる。
光ビームスプリッタＰＢＳを反射し、リレーＲＬ、λ/4
板ＰＳＰ、対物レンズＯＬを透過し、ミラーと凸レンズ
の一体構成プリズムＰＵに入射する。光束は更に投影光
学系ＰＬを透過してウエハーＷ上のアライメントマーク
ＡＭをケーラー照明する。アライメントマークＡＭで反
射した光束は投影光学系ＰＬから一体構成プリズムＰＵ
と来た光路を逆行し、対物レンズＯＬ、λ/4板ＰＳＰ、
リレーＲＬを透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳに到
達する。光束はλ/4板ＰＳＰの効果で今度はＰＢＳを透
過し、エレクターＥＬによりＣＣＤカメラＣＤに正立正
像でアライメントマークＡＭの像を結ぶ。このとき、ミ
ラーと凸レンズを一体化した一体構成プリズムＰＵの振
動中心ＶＣと前記ミラーの反射点までの距離を前記凸レ
ンズの焦点距離と等しくなるように構成することによ
り、本発明の目的である傾き効果の補正が実現され、高
精度なアライメントが可能となる。
【００３１】図５は本発明の実施形態２で、本発明を暗
視野検出を行う半導体素子製造用の投影露光装置のアラ
イメント系に適用した例である。図中、実施形態１と同
じ構成要素は同じ番号で示した。ＡＳＯで示したのはア
ライメントの照明及び検出を行うアライメントスコープ
システム部で、実施形態１でＡＳＯとして囲った部分に
相当する。ＡＳＯから供給される照明光ＩＬはシリンド
リカルレンズＣＹＬを通過して本発明の特長の一体化ユ
ニットである一体構成プリズムＰＵ１に入射する。図６
は一体構成プリズムＰＵ１の側面図である。ＰＵ１は全
反射面ＴＲＭを持つプリズムＰ０と、光路を分ける作用
をするプリズムＷＰ、及び凸レンズＣＶＬの３つの部品
が貼り合わされて構成される。一体構成プリズムＰＵ１
に入射した照明光ＩＬはＰ０とＷＰの間の境界面の一部
に付けられたクロムのコーティング部Ｃr で反射し、凸
レンズＣＶＬ、投影光学系ＰＬを通してウエハーＷ上の
アライメントマークＡＭを照明する。
視野検出を行う半導体素子製造用の投影露光装置のアラ
イメント系に適用した例である。図中、実施形態１と同
じ構成要素は同じ番号で示した。ＡＳＯで示したのはア
ライメントの照明及び検出を行うアライメントスコープ
システム部で、実施形態１でＡＳＯとして囲った部分に
相当する。ＡＳＯから供給される照明光ＩＬはシリンド
リカルレンズＣＹＬを通過して本発明の特長の一体化ユ
ニットである一体構成プリズムＰＵ１に入射する。図６
は一体構成プリズムＰＵ１の側面図である。ＰＵ１は全
反射面ＴＲＭを持つプリズムＰ０と、光路を分ける作用
をするプリズムＷＰ、及び凸レンズＣＶＬの３つの部品
が貼り合わされて構成される。一体構成プリズムＰＵ１
に入射した照明光ＩＬはＰ０とＷＰの間の境界面の一部
に付けられたクロムのコーティング部Ｃr で反射し、凸
レンズＣＶＬ、投影光学系ＰＬを通してウエハーＷ上の
アライメントマークＡＭを照明する。
【００３２】アライメントマークＡＭで反射・散乱した
光は投影光学系ＰＬ、凸レンズＣＶＬを通ってプリズム
ＷＰに至る。ＷＰに入射した光束のうち散乱した回折光
はクロム・コーティング部Ｃr を通らず、ＷＰとＰ０の
透明部Ｇを透過して全反射ミラー面ＴＲＭで反射され、
シリンドリカルレンズＣＹＬを通ってＡＳＯの検出部に
導かれる。
光は投影光学系ＰＬ、凸レンズＣＶＬを通ってプリズム
ＷＰに至る。ＷＰに入射した光束のうち散乱した回折光
はクロム・コーティング部Ｃr を通らず、ＷＰとＰ０の
透明部Ｇを透過して全反射ミラー面ＴＲＭで反射され、
シリンドリカルレンズＣＹＬを通ってＡＳＯの検出部に
導かれる。
【００３３】図５で一体構成プリズムＰＵ１を構成する
ＷＰは単純な45°プリズムではなく、入射する光に対し
てくさび効果を持つくさび形プリズムとして投影光学系
がアライメント波長で発生させるコマ収差の補正を行
う。該構成はコマ収差の補正として最も単純でコンパク
トな方法である。一方、投影光学系ＰＬ及びくさび形プ
リズムＷＰで発生する非点収差を補正するのがシリンド
リカルレンズＣＹＬの役目となっている。図５のように
１つのシリンドリカルレンズ、及びくさび形プリズムの
上下を照明と検出に使い分けることによって照明及び検
出時のコマ・非点収差を同時に補正することができる。
ＷＰは単純な45°プリズムではなく、入射する光に対し
てくさび効果を持つくさび形プリズムとして投影光学系
がアライメント波長で発生させるコマ収差の補正を行
う。該構成はコマ収差の補正として最も単純でコンパク
トな方法である。一方、投影光学系ＰＬ及びくさび形プ
リズムＷＰで発生する非点収差を補正するのがシリンド
リカルレンズＣＹＬの役目となっている。図５のように
１つのシリンドリカルレンズ、及びくさび形プリズムの
上下を照明と検出に使い分けることによって照明及び検
出時のコマ・非点収差を同時に補正することができる。
【００３４】本実施形態においても一体構成プリズムＰ
Ｕ１の凸レンズの焦点距離と、振動中心ＶＣと全反射面
ＴＲＭの反射点の関係は実施形態１と同じく等しくなる
よう設定される。照明と検出を一体化ユニットで２段の
構成とすることで、光線の行き帰り共に振動の影響を補
正することができる。この場合２つの反射点の位置の差
は小さいため実用上は問題とならない。
Ｕ１の凸レンズの焦点距離と、振動中心ＶＣと全反射面
ＴＲＭの反射点の関係は実施形態１と同じく等しくなる
よう設定される。照明と検出を一体化ユニットで２段の
構成とすることで、光線の行き帰り共に振動の影響を補
正することができる。この場合２つの反射点の位置の差
は小さいため実用上は問題とならない。
【００３５】実施形態１、２のように反射ミラーと凸レ
ンズを一体化ユニットとして構成し、該ユニットの振動
中心と該ミラーの反射点までの距離を、該凸レンズの焦
点距離と等しくするのが理想系であるが、実際の構成で
は光学パラメーターの制約から等しくするのが困難な場
合ある。しかしながらそのような場合も一体化構成によ
るミラーと凸レンズのズレ補正効果は働くため、両者の
比が１からずれて例えば1.5 などの値となっても傾きに
よるズレの発生は大幅に軽減される。従って理想的構成
からずれて傾きの効果が完全に補正できない場合でも、
本発明の一体化ユニットによる補正効果を利用すれば要
求精度が緩和され、システムを構成することができる。
ンズを一体化ユニットとして構成し、該ユニットの振動
中心と該ミラーの反射点までの距離を、該凸レンズの焦
点距離と等しくするのが理想系であるが、実際の構成で
は光学パラメーターの制約から等しくするのが困難な場
合ある。しかしながらそのような場合も一体化構成によ
るミラーと凸レンズのズレ補正効果は働くため、両者の
比が１からずれて例えば1.5 などの値となっても傾きに
よるズレの発生は大幅に軽減される。従って理想的構成
からずれて傾きの効果が完全に補正できない場合でも、
本発明の一体化ユニットによる補正効果を利用すれば要
求精度が緩和され、システムを構成することができる。
【００３６】なおこれまでは光学像からその位置を検出
する事例について述べてきたが、応用範囲は位置検出の
分野だけでなく、光学系を使用してその一部にミラーが
構成され、更にその姿勢精度が光学系による観察に影響
を与える場合は、本発明の効果を適用することができ
る。
する事例について述べてきたが、応用範囲は位置検出の
分野だけでなく、光学系を使用してその一部にミラーが
構成され、更にその姿勢精度が光学系による観察に影響
を与える場合は、本発明の効果を適用することができ
る。
【００３７】例えばレーザー干渉計付きのＸＹステージ
上に置かれたウエハー上にレーザービームを集光し、該
ウエハー上のアライメントマークからの反射散乱光を受
光するアライメント方式においては、光学像を形成する
必要はないが、アライメント光学系の姿勢安定性が必要
である。他に光学像を撮像素子で受光して線幅を測定し
たり、重ね合わせ状態を計測したりする場合の光学系に
ミラーを使用する時にもミラー光学系の姿勢精度が重要
となるため、本発明の一体化ユニットの構成を適用する
と系全体の安定性・信頼性が向上する。
上に置かれたウエハー上にレーザービームを集光し、該
ウエハー上のアライメントマークからの反射散乱光を受
光するアライメント方式においては、光学像を形成する
必要はないが、アライメント光学系の姿勢安定性が必要
である。他に光学像を撮像素子で受光して線幅を測定し
たり、重ね合わせ状態を計測したりする場合の光学系に
ミラーを使用する時にもミラー光学系の姿勢精度が重要
となるため、本発明の一体化ユニットの構成を適用する
と系全体の安定性・信頼性が向上する。
【００３８】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では姿
勢の安定性を要求されるミラー等の反射部材に凸レンズ
を貼り付けて一体化したユニットする構成とし、更に該
凸レンズの焦点距離を該ユニットの振動中心からの距離
とほぼ等しくすることにより、前記反射部材の姿勢変化
によるズレの発生を光学系の構成でハード的に補正する
ことを可能とした。このため高価でかつ加工しにくい熱
膨張係数の低い材質等を使用しなくてもベースライン変
動と呼ばれる誤差要因を小さくすることができ、微細化
で必要とされる高精度なアライメントが達成できる物体
の像観察方法、及び該方法を用いた投影露光装置等の観
察装置を提供することが可能となった。
勢の安定性を要求されるミラー等の反射部材に凸レンズ
を貼り付けて一体化したユニットする構成とし、更に該
凸レンズの焦点距離を該ユニットの振動中心からの距離
とほぼ等しくすることにより、前記反射部材の姿勢変化
によるズレの発生を光学系の構成でハード的に補正する
ことを可能とした。このため高価でかつ加工しにくい熱
膨張係数の低い材質等を使用しなくてもベースライン変
動と呼ばれる誤差要因を小さくすることができ、微細化
で必要とされる高精度なアライメントが達成できる物体
の像観察方法、及び該方法を用いた投影露光装置等の観
察装置を提供することが可能となった。
【図１】本発明の観察装置の原理説明図
【図２】凸レンズの偏心によって起こる光路の変化を示
す図
す図
【図３】ミラーと凸レンズの一体化ユニットの補正状況
を示す図
を示す図
【図４】本発明の実施形態１で本発明を半導体製造装置
のウエハーの位置合わせ検出系に応用した例を示す図
のウエハーの位置合わせ検出系に応用した例を示す図
【図５】本発明の実施形態２で本発明を半導体製造装置
のウエハーの位置合わせの暗視野検出系に応用した例を
示す図
のウエハーの位置合わせの暗視野検出系に応用した例を
示す図
【図６】実施形態２の一体化ユニットのプリズム部の詳
細図
細図
【図７】半導体露光装置の投影光学系のアライメント波
長における色収差の説明図
長における色収差の説明図
【図８】従来の半導体露光装置のアライメント検出系の
構成図
構成図
Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハー ＣＶＬ 凸レンズ Ｍ ミラー Ｉ ウエハー像面 ＣＡ 軸上色収差 ＶＣ 振動中心 Ｐ プリズム ＴＲＭ 全反射ミラー面 ＨＮＬ HeNeレーザ Ｆ ファイバー ＲＤＰ 回転拡散板 ＡＳ 開口絞り ＦＳ 視野絞り ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ ＡＳＯ アライメントスコープシステム ＲＬ リレーレンズ ＰＳＰ λ/4板 ＯＬ 対物レンズ ＥＬ エレクター ＣＤ ＣＣＤカメラ ＰＵ１ 一体構成プリズム ＣＹＬ シリンドリカルレンズ
Claims (9)
- 【請求項１】 物体上に形成されたパターンを反射部材
を有した光学系を介して観察する際、該反射部材を凸レ
ンズと一体化したユニットとして構成し、前記物体を観
察することを特徴とする物体の像観察方法。 - 【請求項２】 前記反射部材と凸レンズの一体化ユニッ
トの振動中心と該一体化ユニットの反射点までの距離
が、前記凸レンズの焦点距離とほぼ等しいことを特徴と
する請求項１の物体の像観察方法。 - 【請求項３】 前記一体化ユニットを複数のプリズムと
凸レンズとの組み合わせで構成したことを特徴とする請
求項１の物体の像観察方法。 - 【請求項４】 前記一体化ユニットが前記物体の共役面
から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求
項１の物体の像観察方法。 - 【請求項５】 物体上に形成されたパターンを反射部材
を有した光学系を介して観察する際、該反射部材を凸レ
ンズと一体化したユニットとして構成し、前記物体を観
察することを特徴とする物体の像観察装置。 - 【請求項６】 前記反射部材と凸レンズの一体化ユニッ
トの振動中心と該一体化ユニットの反射点までの距離
が、前記凸レンズの焦点距離とほぼ等しいことを特長と
する請求項５の物体の像観察装置。 - 【請求項７】 前記一体化ユニットが前記物体の結像に
おけるコマ収差を補正することを特長とする請求項５の
物体の像観察装置。 - 【請求項８】 前記一体化ユニットがくさび成分を持つ
プリズムを持っていることを特徴とする請求項７の物体
の像観察装置。 - 【請求項９】 移動部分を持つ光学系を用いて物体の位
置を観察する装置において、該移動部分の位置をモニタ
ーすると共に、該モニターした値から予め該移動部分の
移動に関して持っているデータテーブルを用いて前記物
体の位置の補正を行うことを特徴とする物体の像観察装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248711A JPH0968416A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 物体の像観察方法及び該方法を用いた観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248711A JPH0968416A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 物体の像観察方法及び該方法を用いた観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0968416A true JPH0968416A (ja) | 1997-03-11 |
Family
ID=17182208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7248711A Pending JPH0968416A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 物体の像観察方法及び該方法を用いた観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0968416A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6450645B1 (en) | 1999-04-26 | 2002-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Reflection type projector including a sheet polarization beam splitter and a correction mechanism which corrects an aberration of the incident light caused by the sheet polarization beam splitter |
| JP2011109083A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-06-02 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びパターニングデバイス |
-
1995
- 1995-08-31 JP JP7248711A patent/JPH0968416A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6450645B1 (en) | 1999-04-26 | 2002-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Reflection type projector including a sheet polarization beam splitter and a correction mechanism which corrects an aberration of the incident light caused by the sheet polarization beam splitter |
| JP2011109083A (ja) * | 2009-10-28 | 2011-06-02 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びパターニングデバイス |
| US8922749B2 (en) | 2009-10-28 | 2014-12-30 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and patterning device |
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